【摘 要】
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虚拟现实技术作为一种融合了多个领域的新兴仿真技术,被广泛地应用于教育教学中。虚拟现实技术具有良好的沉浸性与交互性,能够营造一个逼真的三维可视化实验场景,提供可交互的实验内容与学习资料,模拟现实中无法直接观察的实验现象,为实验教学开辟了一种新的教学思路。论文主旨将STEAM教育理念与虚拟现实技术结合,以初中物理光学实验为学科背景,设计并开发虚拟光学实验系统,帮助学生直观地了解光的传播过程和规律,最终
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虚拟现实技术作为一种融合了多个领域的新兴仿真技术,被广泛地应用于教育教学中。虚拟现实技术具有良好的沉浸性与交互性,能够营造一个逼真的三维可视化实验场景,提供可交互的实验内容与学习资料,模拟现实中无法直接观察的实验现象,为实验教学开辟了一种新的教学思路。论文主旨将STEAM教育理念与虚拟现实技术结合,以初中物理光学实验为学科背景,设计并开发虚拟光学实验系统,帮助学生直观地了解光的传播过程和规律,最终实现以技术为驱动的数字化STEAM学习资源。本论文主要研究工作如下:（1）相关教育理论的学习与研究。查阅文献资料,了解“STEAM教育”、“虚拟现实技术”、“虚拟实验”等相关领域的理论基础与研究现状,进行STEAM教育理念与虚拟现实教学结合的可行性分析。明确以学生为中心、以实验项目为主体的设计原则,针对每个实验项目提出“讲科学、学技术、做工程、求艺术、究数学”的教学目标;（2）虚拟实验系统设计与开发。设计虚拟实验系统的整体框架与开发流程,系统主要包含三个模块:小孔成像、平面镜反射、凸透镜成像等实验操作;播放视频讲解光学基础知识,三维动画展示光学现象形成过程;连接交互设备在虚拟场景中漫游,观察并操控实验仪器。（3）虚拟实验系统实证研究。使用Unity3D引擎和3dsMax建模软件进行虚拟实验场景搭建,使用C#语言实现光线传播过程与实验交互功能,使用Socket网络编程与MySQL数据库实现虚拟实验系统不同客户端之间的通信,系统开发完成后进行最后的实证研究和实际效果分析。基于STEAM教育理念开发的虚拟实验系统能有效提升学生的学习兴趣与学习热情,学生在虚拟实验场景中学习理论知识、动手操作实验仪器、观察实验现象,能有效培养其项目实践能力与工程思维,使学生在解决实际问题的过程中实现知识的迁移,证实了虚拟实验系统应用到STEAM教学中的可行性。
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