高中理化生虛擬實驗教學應用解決方案

2019-10-08

第一章 項目背景

一、 政策背景

《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(20102020年)》明確指出:加強優質教育資源開發與應用,建立數字圖書館和虛擬實驗室”。

“十三五規劃”方針政策指引下,各地陸續出臺落地執行方案和政策:

河南省教育廳發布的《關于加強和改進中小學實驗教學工作的意見》(教技裝[2017]643)明確指出:學校要開發有特色的校本實驗項目和配套的教學資源,要重視數字化實驗儀器和現代信息技術的使用研究,掌握現代實驗教學技能”,提倡創新中招理化生實驗操作考試方式探索信息化手段在考試中的應用,不斷提高考試質量,促進考試安全和公平性”。

山西省教育廳關于高中畢業與升學考試加試理化生實驗操作和信息技術的意見》(晉教基〔2013〕28號)中明確指出:物理和化學學科實驗考試分數共計10分數納入中考成績中。

2016北京中高考公布新方案:文理不再分科,其中物生化實驗部分占分比例為30%

上海、廣東等省區也相繼出臺政策,明確提出理化生實驗教學考試的重要性。

二、 實驗教學現狀

(一) 學校經費緊張、實驗設備陳舊或不足

個別學校不開或少開實驗課,老師幾乎都是在講實驗和畫實驗,而學生幾乎都是在背實驗。

(二) 課程學時短,講授內容多,課堂效率低下

體系的優質實驗教學資源相對缺乏,而且不成體系,資源類型不統一更新速度滿足不了教學需求;學生參與度不高,學習興趣不夠,缺乏主動性

(三) 流程化的實驗操作模式,不利于培養學生的創新思維

不少學校偏重于驗證性實驗自主和探究性實驗重視度不夠。

(四) 涉及危險或現象不易觀察實驗,難以課堂操作

涉及易燃易爆、有毒有害高溫高壓反應周期漫長等實驗,難以在課堂上進行呈現和操作;非正規操作由于破壞性大,成本較高,很難展示實驗中出現的各種故障現象沒有理想實驗環境,高危實驗很難呈現和操作

(五) 師生隨時隨地能操作實驗的需求難以滿足

第二章 系統架構

  一、 技術架構

虛擬實驗是一款專為中小學理化生學科打造的實驗教學系統從而讓學科知識可視化、互動化、數據化

該系統可輔助教師在課堂教學環節中更加方便為學生進行實驗演示,從而讓繁瑣的實驗課變得高效、簡單,提升教學效率,增強教學效果;同時學生學習更有趣、更輕松有效。


我們的目標是:讓老師的表達更形象讓學生的學習更有趣讓學生的理解更容易

實驗教學系統采用HTML5技術用戶可以在pc設備上離線使用,也可以在windows、ios、Android設備的瀏覽器上在線使用。系統分為客戶端和實驗云平臺兩大部分:客戶端支持離線使用,滿足常規教學需求,完全不用擔心網絡問題,保障正常的課堂教學;實驗云平臺支持多終端跨平臺訪問,無需安裝任何插件,師生一人一賬號不受時空限制,校內外隨時隨地訪問使用,同時,提供標準對接接口,可與學校已有云平臺賬號體系打通,實現單點登入。

    通過多媒體手段,依托學科特色,建立富有科技感的虛擬仿真實驗平臺,滿足師生多次、隨時地進行實驗探究和學習需求。在直觀、立體、高效、多樣化的人機互動過程中,既提高學生的學習興趣,也滿足了學生個性化的學習需求。同時,不受物理空間、時間的限制。集探究性、趣味性、科學性于一體。

生物學科提供豐富的3D模型,呈現多姿多彩的生物世界;物理和化學學科內置獨特的"引擎",讓每個器材都“活”起來,自由擺放、任意組裝、參數任意調節、相互影響、疊加運算實驗現象真實逼真、數據精準無誤,是目前市面上唯一一款真正具備探索性和創新性的實驗教學輔助工具。

二、 應用場景

(一) 常規教室教學場景

在常規教室教學設備(一體機、電子白板、智能黑板、投影設備等)中安裝客戶端,即可開展常規教學活動,方便教師演示和操作實驗,全班同學都可通過大屏幕清晰看到實驗操作情況,增強課堂趣味性。實驗在教學中應用廣泛

 

 

(二) 多媒體互動教室教學場景

在學校現有的微機室/多媒體教室設備上直接安裝師生一人一賬號。

     

(三) 平板教室教學場景

    支持平板設備使用,windows、ios、Android均可使用。 

 

(四) 互動興趣學習小組場景

 

(五) 圖書館教室走廊移動體驗學習場景

 

(六) 公開課教學場景

    形象直觀方便高效,輔助公開課完美呈現!

三、 方案優勢

(一) 采用HTML5技術開發

完美的系統兼容性,windows、ios、AndroidmacOS、Web全平臺適應。

(二) 充分利用學校現有硬件,各種硬件終端深度適配

電子白板、一體機臺式電腦筆記本平板電腦等全適配支持鼠標點擊和多點觸控兩種交互方式。

(三) 獨特的實驗引擎

物理和化學學科支持各種DIY探究,精準還原實驗數據,滿足不同用戶的個性化教學需求。

(四) 安全高效的實驗探究環境,支持健分享

    

第三章 產品特色

一、 物理學科

物理實驗涵蓋了高中物理電學、力學、電磁學、光學、熱學、聲學、家庭電路、力與運動、近代物理等模塊,實驗器材200,實驗資源182,支持多版本教材。軟件支持全平臺,多終端設備一帳號通用,老師可根據需求在線開發課件,自由創建、組裝實驗,實現了云服務、智能化、完全開放的實驗環境。實驗支持實時在線保存,云平臺存儲,一帳號多平臺無障礙使用,可方便不同教師間的資源共享、開放交流,優秀的實驗教學案例和方法將被快速復制,實現更大規模知識經驗的交流和分享,節省備課時間,提高備課效率

 

實驗含有引擎系統,支持自主DIY實驗。

              

標準實驗資源庫,完整配置,即選即用

海量器材,隨意拼裝

   

操作靈活,現象逼真,屬性可更改

     

還原難以呈現的場景

     

家庭電路,還原生活場景

   

力與運動,集成重力場、電場、磁場、萬有引力、阻尼介質等實驗環境

 

模擬理想環境

   

可視化光路

 

聲學可監聽外部聲音

   

二、 化學學科

化學實驗涵蓋高中實驗器材和藥品300多種實驗資源80多個,有機反應原理動畫和電化學原理動畫不少于10個。內置自主研發的熱力學引擎,力學引擎,粒子引擎以及速率系統、化學平衡系統、壓強系統、化學反應系統等,實現了傳統實驗室無法完成的易燃易爆、有毒性以及其他高危險性實驗,逼真動態展示化學反應現象、任意化學藥品在任意液體中的溶解度關系、藥品之間的反應速率、化學反應即時生成化學方程式等,真正意義上實現自主DIY,完全滿足常規性的教學活動。

實驗支持實時在線保存,云平臺存儲,一帳號多平臺無障礙使用,可方便不同教師間的資源共享、開放交流,優秀的實驗教學案例和方法將被快速復制,實現更大規模知識經驗的交流和分享,節省備課時間,提高備課效率

  

標準實驗資源庫,完整配置,即選即用

實驗現象逼真

   

實時數據追蹤

 

危險錯誤操作演示

 

一邊做實驗,一邊看現象,一邊查數據

三、 生物學科

生物采用高精度3D模型制作而成,視覺效果清晰震撼,生物結構、生命現象、生命活動規律以及原理一目了然。生動逼真的3D實驗教學環境,能在短時間內調動學生多種感官參與其中,使學生獲得動態信息,化繁為簡,引領學生感悟微觀世界。涵蓋了國內主流教材版本實驗80多個,高清圖片、3D模型、3D動畫資源30多個。

高精度3D模型

3D模型,生動直觀。支持360度旋轉,多維立體展示,效果逼真,科技感強可進行放大縮小等操作。增加學生的參與感、帶入感。視覺效果清晰震撼,生物結構、生命現象、生命活動規律以及原理一目了然。

高清裝

 

強大的交互功能

生物實驗系統以強大的交互功能區別于視頻、圖片等資源。生動逼真的3D實驗教學環境,能在短時間內調動學生的多種感官參與其中,使學生獲得動態信息,從而形成鮮明的感性認識,激發學生的學習興趣。

高清視頻資源

變抽象為形象,變靜態為動態,變不可操作為可操作,使死的生物概念、原理變成“活”的生活知識。彌補了實驗時間、空間、實驗材料的限制,增強了學生通過實驗來探究生物的規律,培養學生創新思維、觀察能力、實驗操作能力以及分析解決生物學問題能力的有效途徑。

四、 實驗云平臺

實驗云平臺提供理化生精品實驗資源,校內外均可輕松訪問使用,讓每位師生都輕松擁有自己專屬的移動實驗室該平臺支持上傳學校自己的logo,支持與學校已有云平臺進行賬號體系打通,實現登陸。

第四章 產品價值

(一) 方便便捷,提高教學效率

生動、形象、立體,提升課堂教學效率,增強課堂效果,節約備課、上課時間成本

(二) 解決學生隨時多次的實驗練習需求

實驗是理化生學科的重要組成部分,也是課堂教學的重要環節,由于學生群體的數量龐大和教學實驗設備不足,學校的實驗設備已經不能滿足學生多次、隨時的操作實驗的要求。因此,虛擬實驗是一種很好的輔助方式。

(三) 降低學生對實驗的理解難度

讓單純的講實驗、說實驗實驗課堂變得更加生動、有趣

(四) 探索理化生學科新型教學模式

建設學校特色的校本實驗項目和配套的教學資源,探索數字化實驗儀器和現代信息技術的使用研究,幫助老師掌握現代實驗教學技能

(五) 降低資源采購成本提升硬件使用率

軟件支持多終端跨平臺訪問,支持學校現有硬件設備,無需擔心硬件系統不兼容而出現重復采購的問題,同時,提升硬件設備的使用率。

(六) 無需擔心器材損耗問題

器材齊全豐富,反復使用,無需維護,零損耗。

(七) 實驗危險度為零

傳統實驗學習環節,在真實實驗環境中往往會有許多實驗危險源,仿真實驗能有效避免因操作不規范所帶來的潛在危險。完全探究傳統實驗室無法完成的高危險性、易燃易爆性、有毒性、輻射性以及爆炸性等實驗。

第五章 應用案例

目前虛擬實驗在全國中小學使用已經超過3600部分學校案例如下

        

人大附中                   北京101中學      

   

西藏堆龍中學                  澳門濠江中學

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