基于Cult3D與LabVIEW整合技術(shù)的物理高效課堂

　　摘要隨著課程改革的不斷推進(jìn)，“高效課堂”逐漸成為當(dāng)今教育界最熱門的話題。本文以活動(dòng)課程論和建構(gòu)主義教學(xué)理論為依據(jù)，探討三維虛擬與LabVIEW整合技術(shù)在創(chuàng)建物理高效課堂中應(yīng)用的技術(shù)路線，并對(duì)該項(xiàng)技術(shù)在物理教學(xué)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)做了初步總結(jié)。
　　關(guān)鍵詞高效課堂；三維虛擬；LabVIEW；整合技術(shù)
　　
　　概述
　　
　　“高效課堂”概述
　　傳統(tǒng)物理課堂更多關(guān)注的是教師的教，因此常出現(xiàn)學(xué)生聽了就懂，獨(dú)立面對(duì)就沒(méi)了思路，或者培養(yǎng)出的學(xué)生解題能力很強(qiáng)，應(yīng)試能力也不遜色，但走向?qū)嵺`卻發(fā)現(xiàn)自己是一個(gè)只會(huì)解題的“物理盲”。隨著社會(huì)對(duì)“人才”定義的刷新，素質(zhì)教育的呼聲不斷高漲，在“減負(fù)”與“升學(xué)率”兩個(gè)概念的驅(qū)動(dòng)下，“高效課堂”成為當(dāng)今教育界最熱門的話題。新課標(biāo)和素質(zhì)教育雙重標(biāo)準(zhǔn)下的“高效課堂”應(yīng)該是讓學(xué)生充分經(jīng)歷、體驗(yàn)學(xué)習(xí)過(guò)程，通過(guò)經(jīng)歷和體驗(yàn)獨(dú)立構(gòu)建物理模型、形成基本知識(shí)和基本技能，進(jìn)而培養(yǎng)高尚的情感、積極的態(tài)度和科學(xué)的價(jià)值觀。簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是以學(xué)生為主體，通過(guò)動(dòng)態(tài)生成，讓學(xué)生獲得全維度發(fā)展的課堂才是真正意義上的高效課堂。為了真正實(shí)現(xiàn)課堂的“高效”，各種現(xiàn)代教育技術(shù)紛紛走進(jìn)物理課堂，但目前課堂常用的多媒體技術(shù)多數(shù)局限于憑借一些華麗的圖片和程序化的動(dòng)畫沖擊學(xué)習(xí)者的視覺(jué)，學(xué)習(xí)者難以沉浸于其中，無(wú)法親身體驗(yàn)知識(shí)的形成過(guò)程，更無(wú)法發(fā)揮其想象能力，一定程度上也削弱了學(xué)生的動(dòng)手能力。因此，在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)與日俱增的社會(huì)大形勢(shì)下，先進(jìn)的教育理念、高超的教學(xué)技藝、科學(xué)的輔助手段是“高效課堂”的必備要素，缺一不可。本文針對(duì)當(dāng)前現(xiàn)代教育技術(shù)存在的缺陷，探討基于三維虛擬與LabVIEW整合技術(shù)的自主、合作、探究型高效課堂的構(gòu)建[1]。
　　三維虛擬與LabVIEW整合技術(shù)概述
　　以Cult3D為核心的三維虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是由瑞典的 Cy-core公司推出的一種嶄新的網(wǎng)絡(luò)三維技術(shù)，這一技術(shù)是通過(guò)計(jì)算機(jī)生成一種逼真的三維虛擬環(huán)境，實(shí)現(xiàn)用戶與該環(huán)境直接、自然的交互；LabVIEW是由美國(guó)國(guó)家儀器公司設(shè)計(jì)的一種基于圖形開發(fā)、調(diào)試和運(yùn)行的集成化程序開發(fā)環(huán)境，能夠完成仿真、數(shù)據(jù)采集、儀器控制、測(cè)量分析和數(shù)據(jù)顯示等任務(wù)。而且LabVIEW軟件支持對(duì)ActiveX控件的調(diào)用，利用這一接口與三維虛擬技術(shù)進(jìn)行有機(jī)融合，建立一個(gè)集聲、像、動(dòng)態(tài)功能于一體的三維空間環(huán)境，使人們以自然的方式與虛擬環(huán)境中的情境進(jìn)行真實(shí)的體驗(yàn)和交互，用戶即可以親身體驗(yàn)，又可以反復(fù)操練；既克服了以往LabVIEW技術(shù)形象性差的弊端，同時(shí)又可以彌補(bǔ)Cult3D技術(shù)疏于精確的不足，為學(xué)習(xí)者建立一個(gè)感性認(rèn)識(shí)和理性分析相統(tǒng)一的學(xué)習(xí)環(huán)境。
　　
　　三維虛擬與LabVIEW整合技術(shù)構(gòu)建物理高效課堂的理論基礎(chǔ)
　　
　　教育學(xué)依據(jù)
　　以美國(guó)實(shí)用主義教育家杜威（J.Dewey，1859—1952）為代表的“活動(dòng)課程論”主張“從做中學(xué)”，他說(shuō)：“學(xué)校課程中相關(guān)的真正中心，不是科學(xué)，不是文學(xué)，不是歷史，不是地理，而是兒童本身的社會(huì)活動(dòng)�！盵2]他們反對(duì)把教材視為“固定的和現(xiàn)成的”，特別強(qiáng)調(diào)注意游戲、活動(dòng)作業(yè)。盡管這種課程理論片面夸大了學(xué)習(xí)者的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，忽視了知識(shí)本身的邏輯結(jié)構(gòu)，但帶給物理教學(xué)啟示也不置可否。
　　物理要求的基本知識(shí)多數(shù)是從日常生活抽象出來(lái)的，要求的最基本能力是動(dòng)手操作能力。實(shí)踐表明，只有親自動(dòng)手體驗(yàn)所獲得的記憶是最深刻的，而且由此培養(yǎng)的興趣可以進(jìn)一步激發(fā)更深入探究的動(dòng)機(jī)，從而形成一種良性循環(huán)。簡(jiǎn)而言之，物理離不開體驗(yàn)，即離不開“活動(dòng)”。
　　三維虛擬與LabVIEW整合技術(shù)因其逼真性、交互性和開放性與“活動(dòng)課程理論”有著不謀而合的默契，學(xué)生在整合技術(shù)所創(chuàng)設(shè)的“活動(dòng)”環(huán)境中體驗(yàn)、探究、合作，獲得知識(shí)與技能，進(jìn)而形成情感、態(tài)度與價(jià)值觀的提升，最終獲得全維度的發(fā)展，讓物理課堂的“高效”真正得以實(shí)現(xiàn)。
　　心理學(xué)依據(jù)
　　三維虛擬與LabVIEW整合技術(shù)應(yīng)用于物理教學(xué)的一個(gè)重要心理學(xué)依據(jù)是以瑞士心理學(xué)家皮亞杰(Jean Piaget，1896—1980)為代表的建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論。作為當(dāng)代歐美興起的一種龐雜的社會(huì)科學(xué)理論，建構(gòu)主義思想來(lái)源駁雜，流派紛呈，其內(nèi)容涵蓋了知識(shí)觀、學(xué)習(xí)觀、教學(xué)觀、課程觀、師生觀等幾個(gè)方面，但其核心可以概括為：以學(xué)生為中心，在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中由教師起組織者、指導(dǎo)者、幫助者和促進(jìn)者的作用，利用情境、協(xié)作、會(huì)話等學(xué)習(xí)環(huán)境要素充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性、積極性和首創(chuàng)精神，最終達(dá)到使學(xué)生有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前所學(xué)知識(shí)的意義建構(gòu)的目的[3]。這也正是我國(guó)新課程改革的核心理念。
　　之所以說(shuō)建構(gòu)主義是整合技術(shù)的理論基礎(chǔ)，是因?yàn)檎�合技術(shù)為建構(gòu)主義學(xué)習(xí)觀所強(qiáng)調(diào)的“情境”“協(xié)作”“對(duì)話”和“意義建構(gòu)”搭建了一個(gè)很好的平臺(tái)，營(yíng)造一個(gè)開放的、交互的、個(gè)性化的、研究性的學(xué)習(xí)環(huán)境，提供一個(gè)最佳的自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)和研究性學(xué)習(xí)的條件，為最終實(shí)現(xiàn)知識(shí)建構(gòu)提供了保障。這個(gè)平臺(tái)強(qiáng)調(diào)“教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體”，注重課堂的動(dòng)態(tài)生成，倡導(dǎo)學(xué)生的整體發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了學(xué)習(xí)理論、課改理念、學(xué)科教學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。
　　
　　技術(shù)實(shí)現(xiàn)
　　
　　隨著多媒體技術(shù)在課堂教學(xué)中應(yīng)用的日益廣泛，人們逐漸認(rèn)識(shí)到計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)涉及學(xué)科教學(xué)、教育教學(xué)理論、計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)及美學(xué)等多方面能力。本文將三維虛擬技術(shù)、LabVIEW技術(shù)與物理高效課堂建設(shè)相融合，涵蓋以Cult3D為核心的三維虛擬技術(shù)、以LabVIEW軟件為平臺(tái)的軟硬件技術(shù)以及二者的接口技術(shù)。
　　以Cult3D為核心的三維虛擬技術(shù)路線
　　1）首先用3Ds max軟件根據(jù)教學(xué)需要設(shè)計(jì)三維模型或物理場(chǎng)景，將建好的三維模型輸出為*.C3D格式文件。
　　2）將3Ds max中輸出的*.C3D格式文件導(dǎo)入Cult3D軟件，為模型或物理場(chǎng)景設(shè)置交互動(dòng)作，設(shè)置完成后將文件保存為Cult3D Project文件，文件格式選擇為*.c3p，以便于以后修改。
　　3）最后利用Cult3D軟件中File菜單下的Save Interment file菜單將3D模型以*.CO格式導(dǎo)出[4]。
　�。ㄗⅲ耗Ｐ驮�3Ds max軟件和Cult3D軟件之間導(dǎo)出導(dǎo)入過(guò)程及模型使用和操作時(shí)需注意的事項(xiàng)和外掛插件詳見(jiàn)本文參考文獻(xiàn)[4]。）
　　LabVIEW軟件技術(shù)路線
　　LabVIEW軟件開發(fā)的應(yīng)用程序由前面板、后面板（或稱流程圖）以及圖標(biāo)/連結(jié)器3部分組成。前面板是應(yīng)用程序的界面，即人機(jī)交互的窗口，該窗口主要由控制量和顯示量構(gòu)成，其控制量是數(shù)據(jù)輸入端，用于提供輸入數(shù)據(jù)和控制信號(hào)，而顯示量則是顯示窗口，用于顯示經(jīng)分析、處理后的數(shù)據(jù)；后面板是應(yīng)用程序的代碼部分，即流程圖，也是核心，開發(fā)者在后面板上進(jìn)行編程，以控制和操縱定義在前面板上的輸入和輸出功能；圖標(biāo)是子程序在其他程序框圖中被調(diào)用的節(jié)點(diǎn)表現(xiàn)形式，而連接器則表示節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的輸入/輸出口，就像函數(shù)的參數(shù)。此外，LabVIEW軟件里提供的選項(xiàng)卡控件可以方便、快捷的對(duì)教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)目標(biāo)、重難點(diǎn)突破等環(huán)節(jié)進(jìn)行整合[5]。
　　
　　三維虛擬與LabVIEW技術(shù)的整合路線
　　
　　LabVIEW軟件支持對(duì)ActiveX控件的調(diào)用，因此，可以實(shí)現(xiàn)LabVIEW技術(shù)與三維虛擬技術(shù)的結(jié)合。整合步驟如下：
　　1）在前面板上創(chuàng)建ActiveX Container對(duì)象；
　　2）為ActiveX Container對(duì)象創(chuàng)建Cult3D ActiveX Player控制量；

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