基于“互聯(lián)網(wǎng)+教育”信息化時代的發(fā)展,虛擬仿真實驗已成為一種有效的教學手段,被廣泛應用到教育教學領域。為了更好地滿足社會對教育教學的要求,設計和開發(fā)更適合學生的虛擬仿真實驗,國內(nèi)外學者將一些相關理論應用到虛擬仿真實驗的設計中。具身認知理論強調(diào)人的認知來源于身體,認為人的認知是以環(huán)境中具體的身體構造和身體活動為基礎的,是身體、環(huán)境和活動共同作用的結果�；诖�,具身認知和虛擬仿真實驗的深度融合能夠有效調(diào)動學習者的積極主動性,增強學習者的沉浸感和學習動機,提高學習者的學習效果,進而推進教育教學的發(fā)展變革。本研究期望在具身認知理論的指導下,依托虛擬仿真技術設計開發(fā)一款可視化、可操作、可理解、可交互的開放性虛擬仿真實驗。該虛擬仿真實驗能夠通過多元化的學習內(nèi)容、真實化的虛擬空間以及人性化的自然交互等為學生提供更好的學習資源和指導,大大提高學生的學習動機和意圖;并能夠利用多模態(tài)反饋幫助學生及時修改錯誤,調(diào)整實驗步驟和過程,促進學生在自主探索學習過程中對相關知識的深度理解和掌握。本研究主要采用文獻分析法、系統(tǒng)科學法、設計研究法、問卷調(diào)查法等具體研究方法,在具身認知理論的指導下,利用Unity3D、3Dmax、VRTK等開發(fā)工具,進行具身認知視域下虛擬仿真實驗的設計與開發(fā)。下面從三方面重點論述研究工作的展開和獲得的研究成果。(1)基本理論研究。本研究通過查閱分析國內(nèi)外相關具身認知領域和虛擬仿真實驗領域的文獻資料,對具身認知理論的概念、涵義、應用等進行了深入分析,并對相似學理論、探究性學習理論進行了系統(tǒng)闡述,為具身認知視域下虛擬仿真實驗的設計與開發(fā)提供了理論基礎。(2)具身認知視域下虛擬仿真實驗的模型構建研究。本研究通過梳理以往研究中的具身認知教學模型和經(jīng)典虛擬實驗模型,借鑒其模型的設計思想和構建原則,從研究目標出發(fā),構建出具身認知視域下虛擬仿真實驗的教學模型和功能結構模型,并詳細分析了模型中各結構要素的實現(xiàn)方法及其相互聯(lián)系。(3)具身認知視域下虛擬仿真實驗實例設計與開發(fā)研究。本研究選擇初中物理歐姆定律的知識作為虛擬仿真實驗的學習內(nèi)容,并依據(jù)相關知識點設計理論學習和實驗探索等模塊,深度融合相關理論知識和實踐技能,以幫助學生更好地學習。為實現(xiàn)虛擬仿真實驗的整體效果,本研究基于所構建的功能結構模型進行虛擬仿真實驗實例的詳細開發(fā),以Unity3D為開發(fā)環(huán)境,以虛擬仿真技術為依托,結合SteamVR、VRTK、3Dmax等工具,完成具體的虛擬仿真實驗實例開發(fā);并對虛擬仿真實驗的應用效果進行實驗驗證,實現(xiàn)了本研究最初的設想。本研究創(chuàng)造性地將具身認知和虛擬仿真實驗進行融合,在虛擬仿真實驗中實現(xiàn)了學生身臨其境地感知和體驗,大大增強了學生的學習動機和意圖,提高了學生的學習效果。但由于研究時間和技術能力的限制,使得研究仍存在許多不足,未來的研究工作將繼續(xù)深入探討具身認知和虛擬仿真實驗的契合點,構建更為詳細和全面的設計模型,以設計開發(fā)更為優(yōu)秀的虛擬仿真實驗。
【學位單位】：山東師范大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：G434

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本文編號：2819298