基于桌面级三维虚拟现实的教学设计策略研究——以“汽车构造”虚拟学习情境为例

摘要

随着三维图形技术和人机交互技术的快速发展，以及高速网络的不断普及，桌面级三维虚拟现实技术已经成为辅助教学的重要手段，并且为越来越多的人所掌握。 本文结合工科院校“汽车构造”课程的学科特点和教学要求，论述了桌面级三维虚拟现实技术的特点和教学理论基础，并详细探讨了基于虚拟现实的技术特性进行教学设计的应用策略，最后通过开发“汽车构造”虚拟现实案例，验证了教学设计策略的可行性。 笔者结合自身车辆工程专业多年的实践教学经验，基于“汽车构造”课程的学科特点和教学需要，结合系统教学设计的理论指导，运用三维虚拟现实技术设计开发了用于学生自主探究式学习的资源案例。该软件研发完成后投入了教学实践使用，作为高校网络课程共享资源发挥了较好的辅助教学功能，并分别荣获了第九届全国多媒体教育软件大奖赛一等奖，以及第五届全国多媒体课件大赛一等奖，得到了师生的认可。 作为本研究的理论成果，笔者总结了设计开发“汽车构造”教学软件的实践经验，结合相关理论，提出了基于三维虚拟现实技术进行教学设计的应用策略。设计策略总结了实际开发的经验，分别从视觉认知设计、交互行为设计和虚拟学习情境设计几个方面进行了阐述，试图将三维虚拟现实的优势与教学设计理论相融合，为学习资源的设计开发人员提供一些具有可行性的设计思想。该设计策略可以作为其他虚拟现实学习资源设计时的参考。 研究及应用的结果表明，“汽车构造”虚拟现实学习资源的开发，为车辆工程专业学生的学习提供了更加直观、生动的学习资料，扩展了自主探究式学习的时空范围，弥补了实物教具和教材资料的空白。“汽车构造”虚拟现实学习资源的开发，对于机械工程类专业课程的学习资源开发，具有一定的借鉴意义。 本文的论述和案例开发由于水平有限以及时间关系，还存在诸多不足之处，需要进一步完善。

目录

文摘

英文文摘

论文说明:图表目录

声明

第1章绪论

1.1选题背景

1.1.1高校车辆工程类专业教学手段有待改进

1.1.2三维动画和桌面级虚拟现实技术发展日渐成熟

1.2研究的问题

1.2.1问题的提出

1.2.2概念界定

1.3研究思路及方法

1.4文章结构

第2章 研究综述及理论基础

2.1汽车构造课程的教学现状及需求分析

2.1.1汽车构造课程的学科特征

2.1.2汽车构造课程的教学需求

2.1.3汽车构造课程的教学现状及问题

2.2桌面级三维虚拟现实技术概述

2.2.1桌面级三维虚拟现实的定义

2.2.2三维虚拟现实的认知特性

2.2.3桌面级三维虚拟现实的技术特性分析

2.3基于桌面级虚拟现实设计学习资源的理论综述

第3章 基于虚拟现实进行教学设计的策略

3.1基于视觉认知的设计策略

3.1.1视觉思维认知的理论综述

3.1.2汽车构造课程的视觉认知特点

3.1.3基于三维虚拟视觉认知的设计策略

3.2基于交互认知的设计策略

3.2.1虚拟交互的定义

3.2.2虚拟交互的认知特性

3.2.3三维虚拟现实交互设计的理论基础

3.2.4三维虚拟情境的交互设计策略

3.3基于虚拟学习情境的设计策略

3.3.1学习情境的含义及意义

3.3.2有意义的学习情境的特征

3.3.3基于虚拟现实和交互技术的学习情境设计

第4章 案例研究-“汽车构造”虚拟现实学习资源开发

4.1 “汽车构造”三维虚拟学习资源简介

4.2 “汽车构造”虚拟学习资源的教学设计方案

1.内容选择及结构组织

2.方案设计

3.视觉认知设计

4.交互行为设计

5.学习情境设计

4.3“汽车构造”三维虚拟学习资源的开发实现

4.3.1三维建模

4.3.2设计材质

4.3.3设置零件的工作动画

4.3.4将模型导入虚拟现实开发引擎

4.3.5在开发引擎中定义模型对象的语义信息和用户的交互行为

4.3.6用开发引擎中编译、输出虚拟现实场景文件

4.4应用效果评价分析

第5章 研究总结与展望

5.1研究总结

5.2研究的不足

5.3基于桌面级虚拟现实技术的学习资源开发展望

致谢

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果