東師理想理化生虛擬實驗室建設方案西南師范學院理想信息技術研究院2016概述東師理想高中數學虛擬實驗室軟件秉持培養中學生創新精神和實踐能力的設計理念，以學科課程標準為根據，在演示實驗、探究實驗智慧教育思路與方式、最佳教學過程設計的基礎上設計研制。重點解決常規實驗室完成困難甚至難以完成、成本偏高、危險過大的演示實驗、探究實驗，以及實驗原理不易理解、實驗現象不易觀察等問題。針對高中數學教學內容，提供演示實驗、探究實驗、儀器學習、問題驅動學習，通過一體化集成環境將四個部份有機集成。才能建立虛擬實驗環境以及問題驅動式學習環境，為化學演示實驗、探究實驗和問題驅動式學習提供有效支持。才能滿足班主任實驗教學、教師引導中學生探究式學習、學生自主探究式學習等多種教學模式的須要。為班主任和中學生提供了一個界面友好、科學確切、內容豐富的實驗操作平臺。作為常規實驗室的補充和提升，本虛擬仿真實驗室軟件可系統了解中學數學實驗室中的常用實驗器材；可以對演示實驗提供規范的操作規程，包括分步演示、連續演示和虛擬操作，其中分步演示可便捷班主任在課堂教學進行展示和講解，連續演示幫助班主任在備課時了解實驗的規范操作步驟，虛擬操作為師生提供仿真的演示環境；每位探究實驗為中學生提供真正動手探究前的仿真實驗或則中學生在探究過程中的研究工具，在探究后可幫助中學生重現探究過程，讓探究實驗過程愈發生動，成為師生探究實驗過程中有用的工具；每位問題驅動式學習課題有效的將問題，自主學習，重難點講解，深度練習，拓展等幾個環節通過問題驅動的形式聯系在一起，提供中學生自主學習過程中所須要的核心問題，支撐環境，以及適當的練習，讓中學生可以自主的進行探究性學習，將所學知識消化吸收，歸納總結。
軟件總體構架理化生虛擬仿真實驗室的整體構架主要分為三層：數據層，業務層和應用層。數據層數據層為虛擬仿真實驗室提供了所需的基礎資源數據，包括實驗儀器的模型文件、模型紋理資源、聲音資源、演示實驗庫、探究實驗庫和問題驅動學習資源業務層業務層處理虛擬實驗室的核心邏輯，包括三維實驗場景的創建、三維儀器的顯示與控制，以及實驗資源調度策略，為應用層提供業務邏輯支持。應用層應用層面向用戶，以數據層和業務層為基礎，為用戶提供演示實驗、探究實驗、儀器學習和問題驅動學習等內容。軟件功能設計總體功能設計中學數學虛擬仿真實驗室主要包括一體化集成環境、演示實驗、探究實驗、儀器學習和問題驅動學習。數據層——資源數據實驗儀器模型文件紋理資源聲音資源演示實驗庫探究實驗庫問題驅動學習資源庫應用層——用戶界面演示實驗探究實驗儀器學習問題驅動學習業務層——核心邏輯三維實驗場景創建三維儀器顯示與控制資源調度策略中學數學虛擬仿真實驗室一體化集成環境中學數學虛擬仿真實驗室以三維虛擬實驗室場景呈現，虛擬場景中有中學生實驗臺、教師實驗臺、黑板、儀器柜等基礎設施，用戶可以從各個視角觀察實驗室環境，并集成了演示實驗、探究實驗、儀器學習和問題驅動學習四個模塊。
演示實驗依據中學數學教學需求，共提供演示實驗76個，其中每位演示實驗包括實驗介紹、實驗儀器、操作演示、虛擬操作。實驗介紹提供實驗的目的、原理、要求等。實驗儀器對實驗中所涉及的儀器進行展示物理虛擬實驗室軟件，并提供主要用途、使用方式及注意事項等等。操作演示以動漫方式演示規范的實驗操作步驟，分為分步演示和連續演示。實驗前通過生動形象的演示使中學生迅速、準確地掌握實驗的內涵物理虛擬實驗室軟件，降低實驗操作的盲虛擬操作以動漫方式提供虛擬實驗操作環境?？梢愿鶕嶒炘碜灾鞑僮鲀x器完成實驗過程，每位實驗步驟配有相應的操作說明。演示實驗列表實驗名稱軟件名稱功能紙盆震動觀察樂音的波形觀察噪音的波形聲波能傳遞能量嗎音調和頻度的關系觀察聲音的施肥沸騰光是如何傳10.光導纖維11.光色散現象透鏡對光線唱歌的小人觀察聲音的波音調和頻度的關系觀察波形施肥沸騰光的直線傳播光的折射光導纖維光的色散透鏡對光線的通過揚聲器震動使小人唱歌模擬演示音叉和男、女同學聲音的波形模擬演示噪音的波形模擬演示聲波能傳遞能量模擬用手撥尺子的不同位置，發生情況的變化模擬用示波器觀察音叉形成的聲音的波形模擬停止沸騰的水在燒杯頂部施肥后再度沸騰的過程。通過激光引導采煤機模擬演示光的直線傳播模擬演示光線射入水底的情況模擬光順著從杯子里流出的水傳播的過程模擬演示白光射到三棱鏡后的分解情況模擬演示凸透鏡、凹透鏡對光線的12.的作用作用作用13.焦點和焦距焦點和焦距模擬演示凸透鏡的焦點和焦距14.觀察投影儀成像投影儀模擬演示投影儀成像情況15.幻燈機16.虛像和實像放大鏡的作17.18.體溫計電荷間的相幻燈機虛像和實像放大鏡自制體溫計電荷間作用規模擬演示幻燈機工作過程模擬演示凸透鏡成虛像和實像模擬演示放大鏡的作用模擬演示濕度計的使用通過帶電玻璃棒和橡膠棒的互相作19.互作用拿來模擬演示電荷間的互相作用20.電荷的定向聯通電荷的定向移模擬電荷的定向聯通過程21.電壓表的使電流表的使22.23.串聯電路24.并聯電路25.阻值決定阻值大26.小的誘因27.阻值的串聯28.阻值的并聯檢測小燈泡電壓表電流表串聯電路并聯電路內阻決定內阻大小的誘因內阻的串聯內阻的并聯檢測小燈泡的模擬演示電壓表的聯接和讀數模擬演示電流表的聯接和讀數模擬串聯電路，探究串聯電路的特模擬影響導體內阻大小的各類誘因借助實驗探究決定內阻大小的誘因模擬內阻的串聯，探究串聯后內阻的變化模擬內阻的并聯，探究并聯后內阻的變化模擬實驗過程，借助歐姆定理檢測29.30.的阻值額定電流和額定功率內阻額定電流和額定功率小燈泡的阻值模擬演示不同額定電流和額定功率燈泡接入電路水表變化情況模擬水表的工作過程，了解電功率31.電功率電壓的熱效32.33.額定功率檢測小燈光電功率電壓的熱效應額定功率檢測小燈光的的概念模擬電壓的發熱過程，探究電壓的熱效應模擬小燈泡發光的實驗環境，探究額定功率的原理提供模擬檢測小燈光的電功率環34.35.36.的電功率電壓的熱效電功率電壓的熱效應保險絲的作用境，進行自主探究模擬演示不通內阻加熱煤油時氣溫的變化模擬演示保險絲的作用37.磁場的方向磁體間的相38.互作用39.磁化電壓的磁效40.通電螺線管41.的磁場分布42.安培定則43.電磁熔斷器磁場的方向磁體間的互相作用磁化電壓的磁效應通電螺線管的磁場安培定則電磁熔斷器模擬演示、判斷磁場的方向模擬演示磁體間的互相作用模擬金屬的磁化過程模擬演示電壓的磁效應模擬演示通電螺線管的磁場分布模擬演示螺線管磁場方向模擬演示電磁熔斷器構造、原理44.磁場對通濁度體的作用磁場對通濁度線的作用通過蹄形吸鐵石、軌道、鐵棒等模擬演示磁場對通濁度體的作用45.電動機原理46.發電機讓線圈轉起47.電磁波的產48.電磁波的傳49.50.天平的使用用天平稱固51.體和液體的質量52.量杯的使用53.時間的檢測力的作用效54.物體間力的55.作用是互相56.慣性實驗液體浮力的電動機原理發電機讓線圈轉上去電磁波的形成電磁波的傳播天平的使用用天平稱固體和液體的質量量杯的使用時間的檢測力的作用療效物體間力的作用是互相的慣性實驗液體浮力的特模擬演示電動機的構造和原理模擬演示底盤的構造和原理模擬通電纜線圈在磁場中的運動過程通過收音機接收電瓶漏電電磁波脈沖模擬演示電磁波的形成通過把無線電話的等設備置于真空罩中能夠接到訊號來演示電磁波傳播不須要介質模擬演示天平的使用模擬演示用天平稱固體和液體的質模擬演示量杯的使用模擬演示用停表測時間通過吸鐵石、運動的鐵塊來模擬演示力的作用療效通過兩個小船互相分開來模擬演示物體間力的作用是互相的通過彈簧片、小球、支架來模擬演示慣性通過水槽、壓強計和精鹽等模擬演57.特征示液體浮力的特征58.連通器原理馬德堡半球59.模型實驗60.瓶子吸氣球大氣壓的測61.活塞式抽水62.金屬盒氣壓63.硬幣“跳高”比64.65.豬肉的浮沉塑膠塊的沉66.瓶子吸氣球托里拆利實驗活塞式抽水機金屬盒氣壓計硬幣"跳遠"賽事豬肉的浮沉塑膠塊的浮沉模擬演示連通器原理模擬演示馬德堡半球實驗模擬瓶子吸氣球的現象，觀察大氣浮力的療效通過水銀、玻璃管等模擬托里拆利實驗模擬活塞式抽水機工作過程模擬金屬盒氣壓計構造模擬口吹硬幣跳圍欄實驗模擬豬肉在鹽水的浮沉過程，了解壓強的大小和哪些誘因有關模擬不同質量的塑膠塊在液體中的浮沉以及受力情況探究實驗探究實驗依據中學數學教學需求，共提供探究實驗39個，其中每位探究實驗包括實驗指導、實驗儀器、實驗探究、實驗方案。
實驗指導提供實驗的重難點講解及實驗注意事項等。實驗儀器對實驗中所涉及的儀器進行展示，并提供主要用途、使用方式及注意事實驗方案提供探究實驗任務剖析、探究活動設計、學習成果評價方式等。實驗探究67.68.金屬箔能浮在海面上嗎功的原理金屬箔能浮在海面上嗎？功的原理69.72.影響擴散快慢的誘因分子間作用做功改變物體內能70.擴散現象實驗71.影響擴散快慢的誘因通過改變金屬箔形狀來模擬金屬箔的浮沉通過杠桿、滑輪等模擬演示功的原模擬演示滾擺能量轉化的過程通過盛有甲烷的空氣玻璃瓶來模擬演示擴散現象通過熱水、熱水、墨水來模擬演示影響擴散快慢的誘因分子間斥力通過鉛柱模擬演示分子間斥力73.做功改變物體內能74.熱機熱機原理75.通過壓縮引火儀、打氣筒、玻璃瓶模擬演示做功改變物體內能通過試管、水、酒精燈模擬演示熱能轉化成機械能模擬核裂變的過程76.裂變內燃機的四個沖程裂變內燃機的四個沖程模擬演示內燃機的四個沖程以動漫方式為使用者提供虛擬實驗操作環境。使用者可以依據探究活動的須要自主操作儀器與裝置，每位實驗步驟提供必要的操作說明。按照探究活動的須要。配備必要的原理講解和拓展應用模擬。探究實驗列表軟件名稱功能探究聲是如何形成的聲如何從發聲的物體傳播到遠處探究音調與什