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與傳統(tǒng)教學(xué)相比，“元界課堂”在立體呈現(xiàn)、多人操作、互聯(lián)互通等方面展現(xiàn)出廣泛的潛在優(yōu)勢，打破了自然空間的限制，為教學(xué)方式的拓展提供了新途徑以及教學(xué)資源的共享。 解決方案。 未來，清華大學(xué)“元界課堂”將不斷拓展在教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，進(jìn)一步強(qiáng)化大學(xué)生的互動(dòng)性、趣味性、開放性教學(xué)。
漂浮在浩瀚星際空間的宿舍里，托卡馬克裝置（用于實(shí)現(xiàn)受控核聚變的裝置）緩緩啟動(dòng)。 面對這個(gè)“人造太陽”，同事們通過浮動(dòng)控制臺親自調(diào)整了這個(gè)巨大裝置的主要參數(shù)，并觀察其內(nèi)部聚變反應(yīng)的變化。 這是“元界課堂”核科學(xué)與技術(shù)系中學(xué)生的經(jīng)歷。
核科學(xué)與技術(shù)系副系主任楊陽團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地將“元宇宙課堂”引入到大學(xué)生的教學(xué)中，讓化學(xué)世界的核聚變和計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的虛擬現(xiàn)實(shí)這兩個(gè)跨學(xué)科元素神奇的碰撞，建立了新的教學(xué)模式。 通過搭建虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室、編譯完整的核化學(xué)引擎、開發(fā)動(dòng)作交互和UI適配、迭代跨終端網(wǎng)絡(luò)連接解決方??案，小伙伴們可以置身于“元宇宙”的比特空間中，在一個(gè)極具視覺沖擊力卻又還原現(xiàn)實(shí)世界數(shù)學(xué)規(guī)律的三維虛擬空間，可以進(jìn)行互動(dòng)探索、交流和討論物理虛擬實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)站，可以高自由度親自控制各種虛擬小型實(shí)驗(yàn)裝置的操作，從而獲得直觀、震撼的課堂體驗(yàn)。 該項(xiàng)目將代表清華大學(xué)申報(bào)2021年國家一流課程，今年秋季獲批公布。
團(tuán)隊(duì)意識到，互聯(lián)的“阿凡達(dá)”式深度沉浸、可持續(xù)的在線虛擬空間、多人社區(qū)化的教學(xué)方式是未來的發(fā)展趨勢。 這些技術(shù)解決方案被稱為“”，是最大程度地利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的唯一途徑。 沿著這個(gè)思路，經(jīng)過五年的發(fā)展，“元宇宙”形式的托卡馬克聚變實(shí)驗(yàn)室即將啟動(dòng)。 楊洋的第一次“元宇宙”講座就是在這個(gè)第三代虛擬實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行的。 ，我們能夠?qū)崿F(xiàn)這些在現(xiàn)實(shí)世界中很難實(shí)現(xiàn)的溝通模式、交互模式和感官體驗(yàn)。”
“新奇”是當(dāng)天聽課的同事郭廷軒對“元界課堂”的概括：“我好像玩過各種VR設(shè)備，上課用它還是第一次。上課前，我對小型裝置很感興趣，對核電站的理解還停留在課本和PPT的文字和圖片上，但當(dāng)我親自點(diǎn)燃聚變裝置時(shí)，新的理解出現(xiàn)了。”
《元界課堂》的“新”體現(xiàn)在新視角、新形式、新道具上。 但“新奇”只是元宇宙課堂的吸引眼球的特點(diǎn)，要想運(yùn)用到課堂教學(xué)中，“真實(shí)性”才是必不可少的。 為了復(fù)制現(xiàn)實(shí)中基礎(chǔ)化學(xué)和核化學(xué)的規(guī)律物理虛擬實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)站，最大程度地再現(xiàn)核實(shí)驗(yàn)和核裝置的運(yùn)行狀態(tài)，楊陽團(tuán)隊(duì)為“元宇宙課堂”開發(fā)了核化學(xué)系統(tǒng)的底層算法邏輯。 ”。 這套自研的算法邏輯除了再現(xiàn)核化學(xué)的規(guī)律性和隨機(jī)性之外，還包含了熱、電磁、流體熱等大量數(shù)學(xué)定律，并且在計(jì)算能力有限的情況下，可以優(yōu)先考慮不同的風(fēng)暴，借助不同的計(jì)算能力進(jìn)行差分估計(jì)。
“元界課堂”可以展示豐富的化學(xué)定律和科學(xué)運(yùn)算的不同狀態(tài)，也適合用于其他理工科專業(yè)的虛擬仿真教學(xué)。