中小学课题申报：3DVR教学资源在中小学理科教学中的应用研究

课题申报范例精选【导语】课题要坚持正确的政治方向，充分体现中央有关精神和要求，具有鲜明的问题导向和创新价值。应用对艮类选题要有现实性、针对性和前瞻性；基础理论类选题要立足学术前沿，具有原创性和开拓性；跨学科类选题要体现学科交叉渗透的属性和特点。选题文字表述科学、严谨、规范。以下是课题优秀成果，是各类教师进行课题申报、开展课题研究、撰写研究报告的参考模板和范例。3D/VR教学资源在中小学理科教学中的应用研

究课题名称：3D/VR教学资源在中小学理科教学中的应用研究关键词：单位申报申报级别：上海思姚科技教育课题类别：学科分类：研究类型：预期研究成果：立项号:课题设计论证3D/VR教学资源在中小学理科教学中的应用研究一、本课题研究背景与意义及国内外研究现状述评1.1研究背景虚拟现实技术是计算机通过三维建模软件建立的，它可以在电脑上通过各种建模软件实现以往受到条件限制的无法实现的现实场景。VR场景不仅可以提供给学生更加真实的学习环境，还可以给讲师提供一个通俗易懂，直观的，便于讲述的虚拟场景，对教师在讲解知识、语言表达、与同学沟通方面都有积极的作用。1.2国内外研究现状比较著名的教学应用是安妮•班福德博士“未来学习”的研究。安妮博士是国际研究机构主管和教育负责人，她带领她的团队三维动画技术应用在教学实践中。该团队为虚拟教学找到了最佳的学习模式，他们在欧洲的多个国家进行3D/VR技术课堂实践教学应用的跟进调查研究。此项研究对三维立体教学模式运用雨课堂教学的效果进行了分析总结，个中指标主要有学生的学习兴趣、学习方式、熟练程度和考试成绩。国外的三维教学动画通常由专业的动画工程师来制作，成品的三维模型精度与质量很高，并且成品体系相对完善。但是由于这些成品主要针对于动画的制作，成品最终的侧重点并不适用于高中教学，动画内容与高中知识点大相径庭，表述上过于艰深。若用于国内教学应用，不仅内容上不符合教育部的目标，在实际应用上，全英文的模式也给师生们带来了很大的挑战。国内3D/VR技术中应用三维模型动画的起步时间很晚，但是发展速度快，目前应用的领域较多。在科普领域，三维模型可以详细具体的描述宇宙、星球方面的知识。国内有基于网络的仿真大学物理实验的教学平台，在实践教学与虚拟设计之间结合很好，但是没有针对中小学的3D/VR教学资源，三维教学动画与中小学课程的结合资源主要来自互联网，多数教学资源是个人自制，尚没有专业的公司或者人员从事相关的工作，并且质量也是参差不齐，导致目前多数教师更愿意使用二维教学模式，例如图片和文字。综合国内与国外研究现状，将3D/VR应用于教学的相关文献与应用研究相对较少，有很大的发展空间。二、本课题的研究目标、研究内容和创新之处3D/VR技术在教育教学中的实践应用符合教学理论的指导思想。3D/VR技术的迅速发展具有优秀理论和先进的技术支撑。3D/VR技术在教育教学中的应用必然成为三维模型发展的重要里程碑，未来的市场将非常庞大。2.1研究目标将3D/VR技术应用在教育领域中可以快速的提高学生的学习效率和学习的自主性以及学习兴趣，使学生更深层次地理解知识点，具有高价值的教辅作用。按照3D/VR技术在教育行业内的应用来看，仍存在着以下缺点：①技术层面交互性深度过浅②信息层面交互能力过弱③视觉层面过于单一。这些缺点都在不同程度上限制了学生的学习效率和想象力。在这个强调在课堂上发挥学生主观能动性和积极探索性的时代，虚拟现实技术要通过一定的手段积极的为教育提供更好的服务，改变目前的教学形式，充分的提高学生在课堂中的学习兴趣，提高教师在日常教学中的教学效果。我们设计了高中物理、化学以及生物虚拟实验室场景以及实验室中穿插的实验，可以为学生提供一个三维的实验场景。在这个展示的过程中，教师可以在教学过程中通过鼠标操作来完成该实验的演示，学生可以通过更加直观的观察，来进行学习和讨论。2.2研究内容利用虚拟现实技术，建立一个虚拟的实验室，通过实验室的虚拟动画来展现出所要掌握和了解的知识点，学生可以通过观察实验现象来进行讨论，加弓金学生对知识的记忆。也让教师在讲授期间，不再是简单的口头讲解，更加直观的体现出了教学效果，也省去了实验器材的来回搬运时间。将传统的教师讲解模式，渐渐转变为学生自主学习的模式，发挥出学生在课堂中的主导作用，因此，主要研究以下两个方面：1、研究构建虚拟实验场景在教育教学中的理论基础，选择基于虚拟现实的相关理论知识点、选择制作虚拟现实系统设计工具。选取中小学课本中相关的物理、化学、生物、数学、科技等相关的知识内容和理论，制作虚拟现实系统2、在一定的教学环境下，充分发挥学生的动手能力，实现学生自主学习，根据相关教材，能够自主制作出相关的学习资料和课件。3、经过课堂实践以后，通过问卷调查的方式来分析基于虚拟现实技术的虚拟场景学习实现后的课堂教学效果。2.3创新之处虚拟现实技术的出现丰富了媒体所承载的内容，可以把学习者带入各种利于学习的教学情境中。虚拟现实技术具有以下优点：①三维动画可以放大微观世界，把知识形象化单纯的知识系统化。本系统通过将精美的图片、简单的交互、仿真的环境以不同的方式结合并呈现给学习者，让学习者在学习的过程中产生情绪的波动，从而激发他（她）们的学习兴趣；②利用三维虚拟实验室进行有危险的实验，确保人身安全；③三维动画还可以在课堂中呈现各种地理环境、地貌特征、历史事件等，让学生产生身临其境的学习感觉在数学、物理、化学、地理和生物等学科的教学中，三维教学动画发挥了一定的辅助作用；④目前的国内的三维教学资源不仅数量较少，质量也是参差不齐，真正适合中小学教学的资源很稀缺，我们可以实现资源整合，真正建立完善的教育资源系统，提供给各大中小学校；⑤系统的归纳和研究三维立体教学在实际教学中影响，从实践的层面为立体教学提供参考和模板。三、本课题的研究思路、研究方法、技术经济分析和实施步骤1.研究思路(1)理论分析，通过查阅相关资料，对虚拟现实进行相关的概念界定，并对其在教育中的理论基础进行分析和总结。研究学习中小学教辅资料，基于教育理论，结合3D/VR技术研制出完备的系统教学三维动画，并实际应用于中小学的理论教学过程。(2)针对虚拟现实场景的构建，选用3DsMax2016软件进行建模处理，并对需要设计的小实验进行导入和渲染处理与相关学校合作，创造出符合教材内容的课件和教辅资料，同时承办设计3D/VR教室，创造出良好的学习氛围与环境。(3)对所设计的虚拟现实场景中的小实验进行教学设计，针对教学目标开展课堂。锻炼学生的动手能力，让学生沉浸式融入教学环境，甚至可以自主设计课程内容和学习过程，完成学习任务。(4)根据实际教学情况，检验3D/VR技术对于教学效果的影响，统计学生的成绩和自主学习能力的提高情况。(5)丰富教育技术与教育结合的理论和实践研究，总结出切实可行的三维教学动画制作原则和实用的三维教学动画制作一般流程，给出三维教学动画使用建议。2.研究方法(1)设计研究法通过使用3DsMax2016软件来进行虚拟实验室的设计建模，对高中教材必学的各类定律之前的理论基础以及各类经典实验进行场景设计，并创建一个虚拟的三维实验室场景。(2)问卷调查法通过与实验学校合作教学，对设计的教材实例进行教学设计及应用，最终通过问卷调查的结果分析虚拟场景在中小学学习上的效果。3.实施步骤(1)规划设计规划设计是指对项目进行较具体的规划或总体设计，越具体越详细的规划设计会让后期的开发设计工作越容易开展。(2)前期准备前期准备包含数据收集和素材准备两方面内容。前期准备对系统沉浸性有着至关重要的作用，数据和素材越接近真实，虚拟实验系统越接近真实实验室。数据主要采集实验室尺寸、实验室内部器材尺寸、实验元件尺寸。在虚拟现实环境中，3dsMax自带的贴图素材并不能满足虚拟系统的需求，因此需要使用图片处理软件自行制作素材。(3)开发设计首先，根据前期收集的数据，用3dsMax建立实验工具、场景，同时设计知识点在虚拟环境中的呈现方式。其次，将模型导入Unity中，实现虚拟实验环境，通过使用Unity引擎的组件、对象、编程等功能实现学习者与系统的交互功能。(4)测试发布待虚拟实验系统功能全部实现以后，人工测试功能的完整性和正确性，最后将其打包发布。课题可行性分析1.技术可行性分析本研究采用功能弓金大、制作效率高、易学易用的3dsMax软件创建数字资源系统所需物体的三维模型，采用拥有可视化编辑界面、资源丰富、操作简单、高效高能的Unity游戏引擎进行交互设置，采用集成开发环境VisioStudio进行程序编写。本研究采用3dsMax+Unity+VisioStudio技术完成实验系统的开发，在技术上是可行的。2.经济可行性分析2016上半年，在工信部的指导下，中国电子技术标准化研究院就编写了《虚拟现实产业发展白皮书》。书中介绍了国内外的VR产业的发展现状、关键技术以及主要的应用领域。八月下旬，国家发改委发布了相关通知，指出要建立国家级的虚拟现