中小學(xué)課題申報(bào)：3DVR教學(xué)資源在中小學(xué)理科教學(xué)中的應(yīng)用研究

課題申報(bào)范例精選【導(dǎo)語(yǔ)】課題要堅(jiān)持正確的政治方向，充分體現(xiàn)中央有關(guān)精神和要求，具有鮮明的問(wèn)題導(dǎo)向和創(chuàng)新價(jià)值。應(yīng)用對(duì)艮類(lèi)選題要有現(xiàn)實(shí)性、針對(duì)性和前瞻性；基礎(chǔ)理論類(lèi)選題要立足學(xué)術(shù)前沿，具有原創(chuàng)性和開(kāi)拓性；跨學(xué)科類(lèi)選題要體現(xiàn)學(xué)科交叉滲透的屬性和特點(diǎn)。選題文字表述科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)、規(guī)范。以下是課題優(yōu)秀成果，是各類(lèi)教師進(jìn)行課題申報(bào)、開(kāi)展課題研究、撰寫(xiě)研究報(bào)告的參考模板和范例。3D/VR教學(xué)資源在中小學(xué)理科教學(xué)中的應(yīng)用研

究課題名稱(chēng)：3D/VR教學(xué)資源在中小學(xué)理科教學(xué)中的應(yīng)用研究關(guān)鍵詞：?jiǎn)挝簧陥?bào)申報(bào)級(jí)別：上海思姚科技教育課題類(lèi)別：學(xué)科分類(lèi)：研究類(lèi)型：預(yù)期研究成果：立項(xiàng)號(hào):課題設(shè)計(jì)論證3D/VR教學(xué)資源在中小學(xué)理科教學(xué)中的應(yīng)用研究一、本課題研究背景與意義及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀述評(píng)1.1研究背景虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是計(jì)算機(jī)通過(guò)三維建模軟件建立的，它可以在電腦上通過(guò)各種建模軟件實(shí)現(xiàn)以往受到條件限制的無(wú)法實(shí)現(xiàn)的現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景。VR場(chǎng)景不僅可以提供給學(xué)生更加真實(shí)的學(xué)習(xí)環(huán)境，還可以給講師提供一個(gè)通俗易懂，直觀的，便于講述的虛擬場(chǎng)景，對(duì)教師在講解知識(shí)、語(yǔ)言表達(dá)、與同學(xué)溝通方面都有積極的作用。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀比較著名的教學(xué)應(yīng)用是安妮?班福德博士“未來(lái)學(xué)習(xí)”的研究。安妮博士是國(guó)際研究機(jī)構(gòu)主管和教育負(fù)責(zé)人，她帶領(lǐng)她的團(tuán)隊(duì)三維動(dòng)畫(huà)技術(shù)應(yīng)用在教學(xué)實(shí)踐中。該團(tuán)隊(duì)為虛擬教學(xué)找到了最佳的學(xué)習(xí)模式，他們?cè)跉W洲的多個(gè)國(guó)家進(jìn)行3D/VR技術(shù)課堂實(shí)踐教學(xué)應(yīng)用的跟進(jìn)調(diào)查研究。此項(xiàng)研究對(duì)三維立體教學(xué)模式運(yùn)用雨課堂教學(xué)的效果進(jìn)行了分析總結(jié)，個(gè)中指標(biāo)主要有學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)方式、熟練程度和考試成績(jī)。國(guó)外的三維教學(xué)動(dòng)畫(huà)通常由專(zhuān)業(yè)的動(dòng)畫(huà)工程師來(lái)制作，成品的三維模型精度與質(zhì)量很高，并且成品體系相對(duì)完善。但是由于這些成品主要針對(duì)于動(dòng)畫(huà)的制作，成品最終的側(cè)重點(diǎn)并不適用于高中教學(xué)，動(dòng)畫(huà)內(nèi)容與高中知識(shí)點(diǎn)大相徑庭，表述上過(guò)于艱深。若用于國(guó)內(nèi)教學(xué)應(yīng)用，不僅內(nèi)容上不符合教育部的目標(biāo)，在實(shí)際應(yīng)用上，全英文的模式也給師生們帶來(lái)了很大的挑戰(zhàn)。國(guó)內(nèi)3D/VR技術(shù)中應(yīng)用三維模型動(dòng)畫(huà)的起步時(shí)間很晚，但是發(fā)展速度快，目前應(yīng)用的領(lǐng)域較多。在科普領(lǐng)域，三維模型可以詳細(xì)具體的描述宇宙、星球方面的知識(shí)。國(guó)內(nèi)有基于網(wǎng)絡(luò)的仿真大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)平臺(tái)，在實(shí)踐教學(xué)與虛擬設(shè)計(jì)之間結(jié)合很好，但是沒(méi)有針對(duì)中小學(xué)的3D/VR教學(xué)資源，三維教學(xué)動(dòng)畫(huà)與中小學(xué)課程的結(jié)合資源主要來(lái)自互聯(lián)網(wǎng)，多數(shù)教學(xué)資源是個(gè)人自制，尚沒(méi)有專(zhuān)業(yè)的公司或者人員從事相關(guān)的工作，并且質(zhì)量也是參差不齊，導(dǎo)致目前多數(shù)教師更愿意使用二維教學(xué)模式，例如圖片和文字。綜合國(guó)內(nèi)與國(guó)外研究現(xiàn)狀，將3D/VR應(yīng)用于教學(xué)的相關(guān)文獻(xiàn)與應(yīng)用研究相對(duì)較少，有很大的發(fā)展空間。二、本課題的研究目標(biāo)、研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新之處3D/VR技術(shù)在教育教學(xué)中的實(shí)踐應(yīng)用符合教學(xué)理論的指導(dǎo)思想。3D/VR技術(shù)的迅速發(fā)展具有優(yōu)秀理論和先進(jìn)的技術(shù)支撐。3D/VR技術(shù)在教育教學(xué)中的應(yīng)用必然成為三維模型發(fā)展的重要里程碑，未來(lái)的市場(chǎng)將非常龐大。2.1研究目標(biāo)將3D/VR技術(shù)應(yīng)用在教育領(lǐng)域中可以快速的提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)的自主性以及學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生更深層次地理解知識(shí)點(diǎn)，具有高價(jià)值的教輔作用。按照3D/VR技術(shù)在教育行業(yè)內(nèi)的應(yīng)用來(lái)看，仍存在著以下缺點(diǎn)：①技術(shù)層面交互性深度過(guò)淺②信息層面交互能力過(guò)弱③視覺(jué)層面過(guò)于單一。這些缺點(diǎn)都在不同程度上限制了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和想象力。在這個(gè)強(qiáng)調(diào)在課堂上發(fā)揮學(xué)生主觀能動(dòng)性和積極探索性的時(shí)代，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)要通過(guò)一定的手段積極的為教育提供更好的服務(wù)，改變目前的教學(xué)形式，充分的提高學(xué)生在課堂中的學(xué)習(xí)興趣，提高教師在日常教學(xué)中的教學(xué)效果。我們?cè)O(shè)計(jì)了高中物理、化學(xué)以及生物虛擬實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)景以及實(shí)驗(yàn)室中穿插的實(shí)驗(yàn)，可以為學(xué)生提供一個(gè)三維的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景。在這個(gè)展示的過(guò)程中，教師可以在教學(xué)過(guò)程中通過(guò)鼠標(biāo)操作來(lái)完成該實(shí)驗(yàn)的演示，學(xué)生可以通過(guò)更加直觀的觀察，來(lái)進(jìn)行學(xué)習(xí)和討論。2.2研究?jī)?nèi)容利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，建立一個(gè)虛擬的實(shí)驗(yàn)室，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室的虛擬動(dòng)畫(huà)來(lái)展現(xiàn)出所要掌握和了解的知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生可以通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象來(lái)進(jìn)行討論，加弓金學(xué)生對(duì)知識(shí)的記憶。也讓教師在講授期間，不再是簡(jiǎn)單的口頭講解，更加直觀的體現(xiàn)出了教學(xué)效果，也省去了實(shí)驗(yàn)器材的來(lái)回搬運(yùn)時(shí)間。將傳統(tǒng)的教師講解模式，漸漸轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生自主學(xué)習(xí)的模式，發(fā)揮出學(xué)生在課堂中的主導(dǎo)作用，因此，主要研究以下兩個(gè)方面：1、研究構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景在教育教學(xué)中的理論基礎(chǔ)，選擇基于虛擬現(xiàn)實(shí)的相關(guān)理論知識(shí)點(diǎn)、選擇制作虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具。選取中小學(xué)課本中相關(guān)的物理、化學(xué)、生物、數(shù)學(xué)、科技等相關(guān)的知識(shí)內(nèi)容和理論，制作虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)2、在一定的教學(xué)環(huán)境下，充分發(fā)揮學(xué)生的動(dòng)手能力，實(shí)現(xiàn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，根據(jù)相關(guān)教材，能夠自主制作出相關(guān)的學(xué)習(xí)資料和課件。3、經(jīng)過(guò)課堂實(shí)踐以后，通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查的方式來(lái)分析基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的虛擬場(chǎng)景學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)后的課堂教學(xué)效果。2.3創(chuàng)新之處虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的出現(xiàn)豐富了媒體所承載的內(nèi)容，可以把學(xué)習(xí)者帶入各種利于學(xué)習(xí)的教學(xué)情境中。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：①三維動(dòng)畫(huà)可以放大微觀世界，把知識(shí)形象化單純的知識(shí)系統(tǒng)化。本系統(tǒng)通過(guò)將精美的圖片、簡(jiǎn)單的交互、仿真的環(huán)境以不同的方式結(jié)合并呈現(xiàn)給學(xué)習(xí)者，讓學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)的過(guò)程中產(chǎn)生情緒的波動(dòng)，從而激發(fā)他（她）們的學(xué)習(xí)興趣；②利用三維虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行有危險(xiǎn)的實(shí)驗(yàn)，確保人身安全；③三維動(dòng)畫(huà)還可以在課堂中呈現(xiàn)各種地理環(huán)境、地貌特征、歷史事件等，讓學(xué)生產(chǎn)生身臨其境的學(xué)習(xí)感覺(jué)在數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、地理和生物等學(xué)科的教學(xué)中，三維教學(xué)動(dòng)畫(huà)發(fā)揮了一定的輔助作用；④目前的國(guó)內(nèi)的三維教學(xué)資源不僅數(shù)量較少，質(zhì)量也是參差不齊，真正適合中小學(xué)教學(xué)的資源很稀缺，我們可以實(shí)現(xiàn)資源整合，真正建立完善的教育資源系統(tǒng)，提供給各大中小學(xué)校；⑤系統(tǒng)的歸納和研究三維立體教學(xué)在實(shí)際教學(xué)中影響，從實(shí)踐的層面為立體教學(xué)提供參考和模板。三、本課題的研究思路、研究方法、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析和實(shí)施步驟1.研究思路(1)理論分析，通過(guò)查閱相關(guān)資料，對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)進(jìn)行相關(guān)的概念界定，并對(duì)其在教育中的理論基礎(chǔ)進(jìn)行分析和總結(jié)。研究學(xué)習(xí)中小學(xué)教輔資料，基于教育理論，結(jié)合3D/VR技術(shù)研制出完備的系統(tǒng)教學(xué)三維動(dòng)畫(huà)，并實(shí)際應(yīng)用于中小學(xué)的理論教學(xué)過(guò)程。(2)針對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的構(gòu)建，選用3DsMax2016軟件進(jìn)行建模處理，并對(duì)需要設(shè)計(jì)的小實(shí)驗(yàn)進(jìn)行導(dǎo)入和渲染處理與相關(guān)學(xué)校合作，創(chuàng)造出符合教材內(nèi)容的課件和教輔資料，同時(shí)承辦設(shè)計(jì)3D/VR教室，創(chuàng)造出良好的學(xué)習(xí)氛圍與環(huán)境。(3)對(duì)所設(shè)計(jì)的虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中的小實(shí)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，針對(duì)教學(xué)目標(biāo)開(kāi)展課堂。鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，讓學(xué)生沉浸式融入教學(xué)環(huán)境，甚至可以自主設(shè)計(jì)課程內(nèi)容和學(xué)習(xí)過(guò)程，完成學(xué)習(xí)任務(wù)。(4)根據(jù)實(shí)際教學(xué)情況，檢驗(yàn)3D/VR技術(shù)對(duì)于教學(xué)效果的影響，統(tǒng)計(jì)學(xué)生的成績(jī)和自主學(xué)習(xí)能力的提高情況。(5)豐富教育技術(shù)與教育結(jié)合的理論和實(shí)踐研究，總結(jié)出切實(shí)可行的三維教學(xué)動(dòng)畫(huà)制作原則和實(shí)用的三維教學(xué)動(dòng)畫(huà)制作一般流程，給出三維教學(xué)動(dòng)畫(huà)使用建議。2.研究方法(1)設(shè)計(jì)研究法通過(guò)使用3DsMax2016軟件來(lái)進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)建模，對(duì)高中教材必學(xué)的各類(lèi)定律之前的理論基礎(chǔ)以及各類(lèi)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)進(jìn)行場(chǎng)景設(shè)計(jì)，并創(chuàng)建一個(gè)虛擬的三維實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)景。(2)問(wèn)卷調(diào)查法通過(guò)與實(shí)驗(yàn)學(xué)校合作教學(xué)，對(duì)設(shè)計(jì)的教材實(shí)例進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)及應(yīng)用，最終通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查的結(jié)果分析虛擬場(chǎng)景在中小學(xué)學(xué)習(xí)上的效果。3.實(shí)施步驟(1)規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)劃設(shè)計(jì)是指對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行較具體的規(guī)劃或總體設(shè)計(jì)，越具體越詳細(xì)的規(guī)劃設(shè)計(jì)會(huì)讓后期的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)工作越容易開(kāi)展。(2)前期準(zhǔn)備前期準(zhǔn)備包含數(shù)據(jù)收集和素材準(zhǔn)備兩方面內(nèi)容。前期準(zhǔn)備對(duì)系統(tǒng)沉浸性有著至關(guān)重要的作用，數(shù)據(jù)和素材越接近真實(shí)，虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)越接近真實(shí)實(shí)驗(yàn)室。數(shù)據(jù)主要采集實(shí)驗(yàn)室尺寸、實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部器材尺寸、實(shí)驗(yàn)元件尺寸。在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，3dsMax自帶的貼圖素材并不能滿(mǎn)足虛擬系統(tǒng)的需求，因此需要使用圖片處理軟件自行制作素材。(3)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)首先，根據(jù)前期收集的數(shù)據(jù)，用3dsMax建立實(shí)驗(yàn)工具、場(chǎng)景，同時(shí)設(shè)計(jì)知識(shí)點(diǎn)在虛擬環(huán)境中的呈現(xiàn)方式。其次，將模型導(dǎo)入U(xiǎn)nity中，實(shí)現(xiàn)虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，通過(guò)使用Unity引擎的組件、對(duì)象、編程等功能實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)者與系統(tǒng)的交互功能。(4)測(cè)試發(fā)布待虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)功能全部實(shí)現(xiàn)以后，人工測(cè)試功能的完整性和正確性，最后將其打包發(fā)布。課題可行性分析1.技術(shù)可行性分析本研究采用功能弓金大、制作效率高、易學(xué)易用的3dsMax軟件創(chuàng)建數(shù)字資源系統(tǒng)所需物體的三維模型，采用擁有可視化編輯界面、資源豐富、操作簡(jiǎn)單、高效高能的Unity游戲引擎進(jìn)行交互設(shè)置，采用集成開(kāi)發(fā)環(huán)境VisioStudio進(jìn)行程序編寫(xiě)。本研究采用3dsMax+Unity+VisioStudio技術(shù)完成實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，在技術(shù)上是可行的。2.經(jīng)濟(jì)可行性分析2016上半年，在工信部的指導(dǎo)下，中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院就編寫(xiě)了《虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書(shū)》。書(shū)中介紹了國(guó)內(nèi)外的VR產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀、關(guān)鍵技術(shù)以及主要的應(yīng)用領(lǐng)域。八月下旬，國(guó)家發(fā)改委發(fā)布了相關(guān)通知，指出要建立國(guó)家級(jí)的虛擬現(xiàn)