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初中物理虚拟实验平台的设计与开发

胡国涛  
【摘要】:实验教学一直以来被公认为教学中的重要一环,但由于我国实验器材的紧缺和实验室的不足,它也是教学中最薄弱的环节。计算机虚拟仿真技术的出现,为实验教学提供了新的思路。利用计算机虚拟仿真技术开发的实验教学软件具有较高的对真实环境的仿真特性,凭借良好的交互性、易操作性迅速成为教师教学与学生练习的得力助手,已被应用于各种实验学科教学中。 调查分析表明,国外虚拟实验教学软件的发展较快,在不同教育阶段均有大量应用。国内虽有众多高校参与设计开发,但多数是针对本校强势学科而设计开发,几乎很少在校外推广应用。面向基础教育的虚拟实验教学软件大多由软件公司开发,但由于交互性和学科针对性不强、分类过于细化等缺陷,使得它们得不到市场的认可。因此,本文针对初中物理实验教学的需求,设计开发了一款虚拟实验平台。 本文主要工作包括: (1)基于仪器元件的设计思想与面向对象的编程思想,在对初中物理实验器材进行合理抽象的基础上,设计了虚拟仪器类库。 (2)结合计算机软件操作的特点,对实验操作步骤进行深入分析,设计出对象感知与选择算法,解决了虚拟物理仪器选择与实验组合操作问题。 (3)通过对初中电路的研究,设计出基于基尔霍夫定理的模拟电路仿真算法。 (4)以提高用户体验度为原则,设计完成本平台的交互功能,用户以简单的操作便能实现复杂的运算。 (5)基于XML技术实现实验现场的保存与重现功能,以满足教学需求。 本虚拟实验平台的特色之处在于:设计方面注重提高用户体验度,软件交互功能良好、界面操作简单;内容方面紧扣初中物理这一具体学科,学科针对性强、案例资源丰富;基于基尔霍夫定律设计的模拟电路仿真算法具有较高的性能。本文工作为初中物理虚拟教学软件产品的开发奠定了实践基础。


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