東師理想理化生虛擬實驗室建設(shè)方案西南師范學(xué)院理想信息技術(shù)研究院2016概述東師理想高中數(shù)學(xué)虛擬實驗室軟件秉持培養(yǎng)中學(xué)生創(chuàng)新精神和實踐能力的設(shè)計理念，以學(xué)科課程標準為根據(jù)，在演示實驗、探究實驗智慧教育思路與方式、最佳教學(xué)過程設(shè)計的基礎(chǔ)上設(shè)計研制。重點解決常規(guī)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(xiàn)象不易觀察等問題。針對高中數(shù)學(xué)教學(xué)內(nèi)容，提供演示實驗、探究實驗、儀器學(xué)習(xí)、問題驅(qū)動學(xué)習(xí)，通過一體化集成環(huán)境將四個部份有機集成。才能建立虛擬實驗環(huán)境以及問題驅(qū)動式學(xué)習(xí)環(huán)境，為化學(xué)演示實驗、探究實驗和問題驅(qū)動式學(xué)習(xí)提供有效支持。才能滿足班主任實驗教學(xué)、教師引導(dǎo)中學(xué)生探究式學(xué)習(xí)、學(xué)生自主探究式學(xué)習(xí)等多種教學(xué)模式的須要。為班主任和中學(xué)生提供了一個界面友好、科學(xué)確切、內(nèi)容豐富的實驗操作平臺。作為常規(guī)實驗室的補充和提升，本虛擬仿真實驗室軟件可系統(tǒng)了解中學(xué)數(shù)學(xué)實驗室中的常用實驗器材；可以對演示實驗提供規(guī)范的操作規(guī)程，包括分步演示、連續(xù)演示和虛擬操作，其中分步演示可便捷班主任在課堂教學(xué)進行展示和講解，連續(xù)演示幫助班主任在備課時了解實驗的規(guī)范操作步驟，虛擬操作為師生提供仿真的演示環(huán)境；每位探究實驗為中學(xué)生提供真正動手探究前的仿真實驗或則中學(xué)生在探究過程中的研究工具，在探究后可幫助中學(xué)生重現(xiàn)探究過程，讓探究實驗過程愈發(fā)生動，成為師生探究實驗過程中有用的工具；每位問題驅(qū)動式學(xué)習(xí)課題有效的將問題，自主學(xué)習(xí)，重難點講解，深度練習(xí)，拓展等幾個環(huán)節(jié)通過問題驅(qū)動的形式聯(lián)系在一起，提供中學(xué)生自主學(xué)習(xí)過程中所須要的核心問題，支撐環(huán)境，以及適當(dāng)?shù)木毩?xí)，讓中學(xué)生可以自主的進行探究性學(xué)習(xí)，將所學(xué)知識消化吸收，歸納總結(jié)。
軟件總體構(gòu)架理化生虛擬仿真實驗室的整體構(gòu)架主要分為三層：數(shù)據(jù)層，業(yè)務(wù)層和應(yīng)用層。數(shù)據(jù)層數(shù)據(jù)層為虛擬仿真實驗室提供了所需的基礎(chǔ)資源數(shù)據(jù)，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(qū)動學(xué)習(xí)資源業(yè)務(wù)層業(yè)務(wù)層處理虛擬實驗室的核心邏輯，包括三維實驗場景的創(chuàng)建、三維儀器的顯示與控制，以及實驗資源調(diào)度策略，為應(yīng)用層提供業(yè)務(wù)邏輯支持。應(yīng)用層應(yīng)用層面向用戶，以數(shù)據(jù)層和業(yè)務(wù)層為基礎(chǔ)，為用戶提供演示實驗、探究實驗、儀器學(xué)習(xí)和問題驅(qū)動學(xué)習(xí)等內(nèi)容。軟件功能設(shè)計總體功能設(shè)計中學(xué)數(shù)學(xué)虛擬仿真實驗室主要包括一體化集成環(huán)境、演示實驗、探究實驗、儀器學(xué)習(xí)和問題驅(qū)動學(xué)習(xí)。數(shù)據(jù)層——資源數(shù)據(jù)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(qū)動學(xué)習(xí)資源庫應(yīng)用層——用戶界面演示實驗探究實驗儀器學(xué)習(xí)問題驅(qū)動學(xué)習(xí)業(yè)務(wù)層——核心邏輯三維實驗場景創(chuàng)建三維儀器顯示與控制資源調(diào)度策略中學(xué)數(shù)學(xué)虛擬仿真實驗室一體化集成環(huán)境中學(xué)數(shù)學(xué)虛擬仿真實驗室以三維虛擬實驗室場景呈現(xiàn)，虛擬場景中有中學(xué)生實驗臺、教師實驗臺、黑板、儀器柜等基礎(chǔ)設(shè)施，用戶可以從各個視角觀察實驗室環(huán)境，并集成了演示實驗、探究實驗、儀器學(xué)習(xí)和問題驅(qū)動學(xué)習(xí)四個模塊。
演示實驗依據(jù)中學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)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(guī)范的實驗操作步驟，分為分步演示和連續(xù)演示。實驗前通過生動形象的演示使中學(xué)生迅速、準確地掌握實驗的內(nèi)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(huán)境。可以根據(jù)實驗原理自主操作儀器完成實驗過程，每位實驗步驟配有相應(yīng)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(diào)和頻度的關(guān)系觀察聲音的施肥沸騰光是如何傳10.光導(dǎo)纖維11.光色散現(xiàn)象透鏡對光線唱歌的小人觀察聲音的波音調(diào)和頻度的關(guān)系觀察波形施肥沸騰光的直線傳播光的折射光導(dǎo)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(xué)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(fā)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(dǎo)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(guī)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(lián)通電荷的定向移模擬電荷的定向聯(lián)通過程21.電壓表的使電流表的使22.23.串聯(lián)電路24.并聯(lián)電路25.阻值決定阻值大26.小的誘因27.阻值的串聯(lián)28.阻值的并聯(lián)檢測小燈泡電壓表電流表串聯(lián)電路并聯(lián)電路內(nèi)阻決定內(nèi)阻大小的誘因內(nèi)阻的串聯(lián)內(nèi)阻的并聯(lián)檢測小燈泡的模擬演示電壓表的聯(lián)接和讀數(shù)模擬演示電流表的聯(lián)接和讀數(shù)模擬串聯(lián)電路，探究串聯(lián)電路的特模擬影響導(dǎo)體內(nèi)阻大小的各類誘因借助實驗探究決定內(nèi)阻大小的誘因模擬內(nèi)阻的串聯(lián)，探究串聯(lián)后內(nèi)阻的變化模擬內(nèi)阻的并聯(lián)，探究并聯(lián)后內(nèi)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(nèi)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(yīng)額定功率檢測小燈光的的概念模擬電壓的發(fā)熱過程，探究電壓的熱效應(yīng)模擬小燈泡發(fā)光的實驗環(huán)境，探究額定功率的原理提供模擬檢測小燈光的電功率環(huán)34.35.36.的電功率電壓的熱效電功率電壓的熱效應(yīng)保險絲的作用境，進行自主探究模擬演示不通內(nèi)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(yīng)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(yīng)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(gòu)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(fā)電機讓線圈轉(zhuǎn)起47.電磁波的產(chǎn)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(zhì)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(fā)電機讓線圈轉(zhuǎn)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(zhì)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(gòu)造和原理模擬演示底盤的構(gòu)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(shè)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(zhì)模擬演示天平的使用模擬演示用天平稱固體和液體的質(zhì)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?qū)嶒災(zāi)M瓶子吸氣球的現(xiàn)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?zāi)M活塞式抽水機工作過程模擬金屬盒氣壓計構(gòu)造模擬口吹硬幣跳圍欄實驗?zāi)M豬肉在鹽水的浮沉過程，了解壓強的大小和哪些誘因有關(guān)模擬不同質(zhì)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(jù)中學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)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(dǎo)、實驗儀器、實驗探究、實驗方案。
實驗指導(dǎo)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(wù)剖析、探究活動設(shè)計、學(xué)習(xí)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(nèi)能70.擴散現(xiàn)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(zhuǎn)化的過程通過盛有甲烷的空氣玻璃瓶來模擬演示擴散現(xiàn)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(nèi)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(nèi)能通過試管、水、酒精燈模擬演示熱能轉(zhuǎn)化成機械能模擬核裂變的過程76.裂變內(nèi)燃機的四個沖程裂變內(nèi)燃機的四個沖程模擬演示內(nèi)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(huán)境。使用者可以依據(jù)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(yīng)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(fā)聲的物體傳播到遠處探究音調(diào)與什