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zSpace虚拟仿真课程模块及其相关研究

已有 1346 次阅读 2020-8-15 10:17 |系统分类:科研笔记

       去年年底,有幸作为第二负责人(主要执行人),参与并立项了浙江省“十三五”省级虚拟仿真实验教学立项建设项目“指向思维发展的STEM探究教学虚拟仿真与实践”。同时,也争取到了一个虚拟仿真一体机以及相关实验室的初步落地。从而有幸开始,深入探索zSpace虚拟仿真课程模块及其相关研究。

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已有 1408 次阅读 2020-7-5

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一、zSpace硬件及其虚拟仿真课程和其他软件模块

(一)zSpace硬件

       目前,团队所用的zSpace台式一体机,在zSpace的英文官网主页(https://zspace.com/)视频介绍中也还有出现。同时,zSpace的英文官网主页视频介绍中还出现了笔记本一体机,这也是是我们后续计划采购的。但这进一步的采购,也需要我们先用已有的台式一体机先做好前期探索和课程建设。

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(二)zSpace虚拟仿真课程等软件模块

       zSpace虚拟仿真课程模块,其实总体上设计上,对于大学、K12等教育系统来说,还不是特别友好。因为它还没有针对于大学、K12等教育,从用户视角来进行课程等软件模块开发和梳理。详见如下zSpace虚拟仿真课程模块介绍。

首页 / 软件体系 / VR软件 / VR课程 / zSpace课程

https://www.yesvrclass.com/product/88.html

       团队初步结合大学、K12等教育情况,做了如下zSpace虚拟仿真课程等软件模块梳理。

1、指向高职和本科等院校大学生使用的zSpace虚拟仿真课程模块

       (1)人体解剖图谱:适合生物医学课堂使用的逼真人体模型。学生通过加减系统可任意添加或减少人体的某个部位,通过3D视图系统能看到人体每一处的详细介绍以及对应出可能发生的病变,通过动画媒体系统可以观察到人体在做出不同动作时不同部位肌肉和骨骼的牵连动作。配套的测试系统能让老师实时了解学生对知识的掌握程度。

       (2)汽车动力总成拆卸及原理VR系统:由zSpace合作伙伴国泰安开发的汽车动力总成拆卸及原理VR系统是一款为中职、高职、本科设计的用于辅助汽车教学和实训的VR产品。让学生在虚拟机械车间内进行组装和拆卸,确保安全,并且可以重复练习。软件为1:1建模,可360°旋转、缩放、拉近、拆装,全方位观察,使汽车结构原理清晰展现在学生面前。:

       (3)汽车原理VR教学系统:由zSpace合作伙伴国泰安开发的汽车原理VR教学系统适用于中职、高职、本科院校汽车类专业,是学习汽车原理结构及授课使用的绝佳软件。以《汽车构造》、《汽车原理》为理论架构依据,通过文字和VR模型、动画、特效等结合,用于展示汽车构造与维修中抽象原理及复杂结构。同时,后台搭载课件编辑器,老师可根据个人需求进行课件自由编辑,灵活运用于课堂教学场景。

       当然,如上指向高职和本科等院校大学生使用的zSpace虚拟仿真课程模块,也可以结合K12教育,进行针对性的迁移使用。例如在人体解剖图谱方面,可以迁移使用到初高中的人体呼吸、消化等系统的知识讲解中去。

2、指向K12学生使用的zSpace虚拟仿真课程模块    

(1)3D工作室(数理化生、历史、艺术等学科均可):适合中小学课堂使用的虚拟现实教学工具,包含2000+个模型,300+个课件。模型涵盖多个学科,包括 动物、植物、人体解剖、建筑、艺术、历史、生物等, 且提供多种交互工具,如导入模型、旋转、拆分结构、 测量、尺寸对比、标签等,有效提升学生动手能力。

(2)Geogebra(主要为数学学科使用):是一款动态数学(动态几何与代数)的软件系统, 允许学生更好地参与与三维主题相关的数学概念。除了点,直线,线段,多边形,向量,曲线等,学生可以在三位空间直接构建圆柱体,立方体,锥体等,并可以直观的看到任意角度的切面,绘图元素均可在创建后直接在屏幕或者使用命令动态改变。同时老师可以设计相关的计算题目供学生练习。

(3)欧几里得图形(主要为数学学科的几何部分使用,但所开发内容情境性不高,效果也不一定优于几何实体物件排放,没有发挥虚拟仿真的效果):适合中小学课堂使用的虚拟现实教学工具,针对数学学科的课程。软件模拟出一个逼真的多彩空间,多种可拆分的几何形状和立方体积木。软件涵盖多种常见图形,并且可以任意拼接,甚至在无视重力的环境下进行搭建,而不必担心积木会因重力而掉落。使得学生能够深入了解并正确掌握分数以及集合的概念。

(4)牛顿公园(主要为物理学科的力学部分使用,也可迁移到数学等学科做应用):适合中小学课堂使用的虚拟现实教学工具,针对物理学科的力学课程。这是一个逼真的力学实验室,提供多样的力学实验器材,可以模拟平抛、自由落体等不同情况下的力学实验。善用支持回放速度设置的实验变速回放功能,可清楚观察物体受力的方向和运动轨迹。还能模拟在不同星球的重力加速度下的物理实验。

(5)富兰克林实验室(主要为物理学科的电学部分使用):适合中小学课堂使用的虚拟现实教学工具,针对物理学科的电学课程。软件模拟出一个逼真的电学实验室,多种可拆分电学元器件,如发动机、开关。软件涵盖多种常见电学实验器材,并且可以任意模拟电学实验场景,甚至设计排错检修课程,而不必担心元器件损耗和实验的安全性。使得学生能够深入了解并正确掌握电学的工作原理。

(6)居里元素周期表(主要为化学学科使用):适合中学课堂使用的化学元素表。其中可将元素按照不同种类分组,可显示同种元素的多种不同模型,可查看每个元素的详细介绍以及详细属性,如发现年份、性状、燃点、沸点等,甚至可以看到关于不同元素各个常见同位素的知识。学生可以通过自己动手,在波尔模型结构上放入不同数量的原子电子和中子来增强对元素的记忆和了解。

(7)3D制作软件(主要为美术学科使用,也可迁移到数学和物理等学科做应用):适合中小学课堂使用的虚拟现实教学工具,针对美术课程及相关的课外兴趣拓展课。学生通过动手操作,可以直接在三维空间中进行复杂模型的设计,即使是小学生也能轻松上手, 并培养学生的空间感和创造力。制作完成的模型为通用格式,可以连接3D打印机,实时打印。教师也可以根据需要,在Leopoly中制作模型并导入Studio中充实原有的模型库。

3、开发软件模块    

(1)Unity Programming 编程帮助教育者教授zSpace应用程序开发。该工具包提供了强大的教学环境,并鼓励学生开发交互式应用程序。

(2)Tinkercad 是一个在线3D设计和打印网站,可让您将模型直接导入3D工作室。在3D工作室中,您可以添加其他模型来创建场景并录制视频。

二、zSpace虚拟仿真课程等模块相关研究

(一)研究概况

      中国知网高级检索后的文献总数:17 篇;检索条件:(题名=中英文扩展(zSpace) 或者 Title=zSpace) (精确匹配),专辑导航:全部; 数据库:文献 跨库检索。从中可以看出,最早的研究是开始于2013年的四篇均发表于《工业设计》的短文,如“zSpace,一个教育的新层面(ZSpace开启教育新层面)[J].工业设计,2013(03):27.”。而在近三年,zSpac的相关研究也有了一定的上升趋势,尤其是中国知网对于今年(2020年)的预判上。

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(二)zSpace虚拟仿真课程等模块相关研究

       zSpace虚拟仿真课程等模块相关研究,在2016年及之前主要呈现出平台软件等偏技术及其介绍的研究,在2017年及之后则开始了较多的课程教学实践研究(如下)。具体而言,除了宏观研究外,也先后涉及到了物理、地理、科学等课程。

[1]王珠珠.zSpace在教学中的应用与前景展望[J].中小学信息技术教育,2017(09):76-79.

[2]王珠珠,马玉慧.基于虚拟现实技术产品zSpace的教学活动设计[J].中小学电教,2017(11):34-37.

[3]刘鑫.基于zSpace的VR/AR技术在中小学课堂教学中的应用探究[J].中国教育信息化,2018(14):93-96.

[4]孙佩雄,刘通.例谈STEM教育理念下虚拟现实技术zSpace在中学物理教学中的应用[J].物理教师,2018,39(09):68-70.

[5]张欣.基于zSpace的虚拟现实技术在地理教学中的应用[J].教学研究,2019,42(03):92-95.

[6]高洁,刘含嫣.基于zSpace的物理学科综合实践活动设计研究[J].中小学电教,2019(09):39-41.

[7]冯建平,康志敏,吴丽华.基于zSpace虚拟现实技术的学校科学课应用与分析[J].无线互联科技,2019,16(21):130-132.

[8]刘鑫,李耀锋,金彩云.VR/AR在中小学的应用现状研究——以zSpace为例[J].中国教育技术装备,2020(02):43-45.



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