移动环境下初中物理智能虚拟仿真实验平台设计

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创新人才的培养是国家的战略发展目标。创新人才需具备理论思维、计算思维、实验思维以及工程思维。物理实验教学能有效培养学生的计算思维、实验思维和工程思维。但是当前物理实验教学中仍然存在着实验环境与设备不足、优秀教师不足和实验教学平台不理想的问题。当前物理实验教学平台存在着智能性不足、移动环境下实验操作不便利的问题。因此,物理实验教学平台需要进一步的研究。本文旨在通过理论分析和现状调查设计出移动环境下初中物理智能虚拟仿真实验平台,重点解决实验平台智能性不足和实验操作不便利的问题,同时培养学生的计算思维、实验思维、工程思维和物理学科核心素养。分析了研究的理论基础,对物理实验教学的现状进行了问卷调查,然后设计出了实验平台的功能结构,最后实现了实验平台的原型和对设计的实验平台进行了评估。本文主要工作如下:(1)首先通过调查与分析,界定了本文要研究的主要问题。从物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个维度调查了初中物理实验教学的现状,分析了国内外虚拟仿真实验平台研究现状。总结出移动环境下的实验平台在设计上存在着智能性不足、移动环境下操作不便利的问题。(2)以戴尔的经验之塔理论、建构主义学习理论和人本主义学习理论为理论依据,分析了理论对平台设计的指导作用。(3)针对两个主要问题,设计了平台的功能结构,突出对移动环境下的交互设计和智能导学的设计。首先提出了实验平台的设计依据和设计原则,然后从实验平台的功能需求和性能需求明确了平台的需求。接下来依据需求提出了总体功能框架和功能流程图,再分别对用户模型模块、导学模块和数据库模块进行了详细的设计。(4)依据功能结构的设计,实现了实验平台的原型。主要包括主界面、学习界面、练习界面、互动界面、人机交互的原型。(5)最后对设计的结果以及原型进行了评估。采用专家访谈法从定性的角度认为设计的实验平台能够对学习者进行智能导学,支持学生的个性化学习并且学习者在实验平台上实验操作也更加便利了,解决了实验平台存在的智能性不足和实验操作不便利两个问题,设计的实验平台达到了预期目标。
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