虚拟实验技术及其在中学物理实验教学中应用

论文摘要

随着课程改革的不断发展,计算机信息技术在教育中取得越来越多的应用。近年来,虚拟现实技术的发展与应用为虚拟实验的发展带来了新的生机。由于它采用了3D数字化技术、多传感交互技术以及高分辨显示等科学可视化技术,能够生成三维逼真的虚拟场景,并能使用户与场景进行实时交互,感知和操作虚拟对象,因而,能够使虚拟实验的性能更佳和教学效果更好。同时,虚拟仪器技术也逐渐被引入到教育教学中来。虚拟仪器可以采集现场真实的物理数据,并可轻松地对数据进行相应的分析处理,还可以通过多种方式将数据显示出来。虚拟仪器代表着未来仪器的一个重要发展方向,体现了“软件就是仪器”的特点。通过使用高效强大的软件,我们可以自定义虚拟实验仪器的采集、存储、分析、共享和显示功能,因此使用一套实验仪器可以完成多个实验内容。这样不仅可以克服传统实验仪器较多,且易于出现故障、误差较大等不利因素,还可以降低实验器材的成本,增强学生的动手能力和创新能力。论文分析了虚拟现实技术的特点,阐述了虚拟现实技术用于虚拟实验开发的优势,并对基于虚拟现实的虚拟实验的建模技术进行了研究,结合现代教育和虚拟实验的特点确立采用虚拟现实建模语言VRML(Virtual RealityModeling Language)构造三维虚拟实验场景,为虚拟现实技术应用提高虚拟实验的真实感和改善教学效果提供了可行的途径。论文还阐述了虚拟仪器的基本理论,介绍了虚拟仪器的设计平台——LabVIEW软件,讨论了中学实验中常用的几种虚拟仪器:虚拟信号发生器、虚拟示波器等,并应用相关的虚拟仪器设计了部分中学物理实验案例。希望能够让教师和学生能了解虚拟仪器,并能够使用虚拟仪器完成或设计常见的中学物理实验,拓宽中学物理实验的技术化道路。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 第一节 课题研究的意义
• 第二节 国内外研究现状分析
• 第三节 论文研究工作与创新贡献
• 第四节 论文结构
• 第二章 虚拟现实技术和虚拟实验原理
• 第一节 虚拟现实技术
• 第二节 虚拟实验研究
• 第三节 小结
• 第三章 虚拟实验系统与相关技术
• 第一节 虚拟实验系统的规划
• 第二节 VRML技术
• 第三节 虚拟实验场景优化的关键技术
• 第四节 虚拟仪器及其建模
• 第五节 小结
• 第四章 虚拟仪器技术
• 第一节 虚拟仪器的概述
• 第二节 数据采集器与传感器
• 第三节 LabVIEW软件
• 第四节 小结
• 第五章 实验案例设计
• 第一节 常见的虚拟仪器介绍
• 第二节 基于虚拟仪器开发的中学物理实验案例
• 第三节 小结
• 第六章 总结与展望
• 第一节 总结
• 第二节 展望
• 参考文献
• 参加的科研与发表的论文
• 致谢