摘 要

当前的中学物理实验教学，存在着教学模式落后、师生重视不足等现象，学生往往被动地接收知识，缺少实际的操作，导致实验教学效果不佳。而虚拟现实因其具有强大的交互性和沉浸性，不仅可以实现对真实环境的模拟，还可以制作出现实生活里难以观察到的物理现象。目前，虚拟现实技术如何与教学相结合也逐渐成为研究热点。

本次研究通过设计开发《凸透镜成像规律》课件，将虚拟现实技术运用到了初中物理实验中。本文分别从理论分析、教学设计、教学开发三个环节进行研究，希望能够利用虚拟现实的场景，激发学生科学探究的精神，提高学生解决问题的能力。同时，本文着重介绍了虚拟现实课件的开发过程，希望能通过本次研究，能使教师熟悉虚拟课件制作的流程，帮助教师开发出适合于教学使用的课件。

本次研究结果表明：利用虚拟现实技术制作的教学课件，能够有效提高学生学习的积极性，增强学生对知识的理解。因此虚拟现实技术在教育领域的应用是值得不断深入研究的。

关键词：虚拟现实；凸透镜成像规律；Unity 3D；实验教学

Abstract

In the current middle school physics experiment teaching, there are phenomena such as backward teaching mode and insufficient attention of teachers and students. Students often receive knowledge passively and lack practical operation, which leads to poor experiment teaching effect. Because of its strong interactivity and immersion, virtual reality can not only simulate the real environment, but also produce physical phenomena that are difficult to observe in real life. At present, how to combine virtual reality technology with teaching has gradually become a research hotspot.

In this study, through the design and development of "Convex Lens Imaging Law" courseware, the virtual reality technology was applied to the junior middle school physics experiment. This article conducts research from three links: theoretical analysis, instructional design, and instructional development, hoping to use virtual reality scenes to stimulate students 'spirit of scientific inquiry and improve students' ability to solve problems. At the same time, this article focuses on the development process of virtual reality courseware. I hope that through this research, teachers can be familiar with the process of making virtual courseware and help teachers develop courseware suitable for teaching.

The results of this study show that: the use of virtual reality technology to create teaching courseware can effectively improve students 'enthusiasm for learning and enhance students' understanding of knowledge. Therefore, the application of virtual reality technology in the field of education is worthy of continuous research.

Key Words：visual reality；convex lens imaging rule；unity 3d；Experimental teaching

目录

第1章 绪论 1

• 1. 研究目的和意义 1

1.2.1 研究目的 1

1.2.2 研究意义 2

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 中学物理的研究现状 2

1.2.2 虚拟现实技术的研究现状 3

1.3 研究基本内容和目标 5

1.3.1 研究基本内容 5

1.3.2 研究基本目标 5

1.4 研究方法 5

第2章 概念及相关理论基础 6

2.1 虚拟现实 6

2.1.1 虚拟现实的定义 6

2.1.2 虚拟现实的特性 6

2.2 构建主义理论 7

2.3 沉浸学习理论 7

第3章 教学课件的设计 8

3.1 教学设计 8

3.1.1 教学目标 8

3.1.2 教学对象分析 8

3.1.3 教学重难点 8

3.2 游戏设计 8

3.3 交互设计 10

第4章 教学课件的开发与实现 11

4.1 开发工具的选择 11

4.1.1 三维建模工具 11

4.1.2 主要开发工具 11

4.2 开发环境的配置 12

4.3 开发流程 15

4.4 建模及场景搭建 15

4.4.1 实验仪器及环境的建模 15

4.4.2 3D Max模型的导出 16

4.4.3 在Unity中导入模型 17

4.5 渲染模块的实现 18

4.5.1 火焰粒子效果 18

4.5.2 光屏成像效果 18

4.6 交互模块的实现 19

4.6.1 录制视频动画 19

4.6.2 判断下一步需要播放哪个视频动画 20

4.7 教学课件的发布 21

第5章 结语和展望 23

5.1 研究总结 23

5.2 不足与反思 23

5.3 研究展望 24

参考文献 25

第1章 绪论

1.1 研究目的和意义

1.1.1 研究目的

《义务教育物理课程标准（2011 年版）》中指出：物理学科作为一门注重实验的自然科学基础课程，它在注重与生产、生活实际及时代发展的联系的同时，还要求物理教学要贴近学生生活，符合学生认知特点，能够激发并保持学生的学习兴趣，让学生通过学习和探索掌握物理学科的基本知识和基本技能，并将其应用于实践^[1]。然而，在当前的中学物理教学过程中，普遍存在着不够重视物理教学、物理实验教学滞后、物理知识点吸收缓慢，感受性经验匮乏等现象。一方面，在中学阶段，物理作为一门比较难学的科目，学生的学习积极性本就不大，而这些问题却进一步削弱了学生对物理的学习兴趣。另一方面，学校背负着巨大的升学压力，这会促使教师采取填鸭式教学传授物理知识，导致学生难以真正掌握物理知识。因此，目前迫切需要改善当下物理教学的局限性，以提高学生对学习的兴趣。

2018年12月25日，工信部发布《工业和信息化部关于加快推进虚拟现实产业发展的指导意见》指出：“要推进虚拟现实技术在高等教育、职业教育等领域和物理、化学、生物、地理等实验性、演示型课程中的应用；促进虚拟现实教育资源开发，实现规模化示范应用，推动科普、培训、教学、科研的融合发展”^[2]。