高中理化生虚拟实验教学应用解决技术方案

1、第一章项目背景一、政策背景国家中长期教育改革和发展规划纲要（20102020年）明确指出：“加强优质教育资源开发与应用，建立数字图书馆和虚拟实验室”。在“十三五规划”方针政策指引下，各地陆续出台落地执行方案和政策：河南省教育厅发布的关于加强和改进中小学实验教学工作的意见（教技装2017643号）明确指出：“各学校要开发有特色的校本实验项目和配套的教学资源，要重视数字化实验仪器和现代信息技术的使用研究，掌握现代实验教学技能”，并提倡创新中招理化生实验操作考试方式“探索信息化手段在考试中的应用，不断提高考试质量，促进考试安全和公平性”。山西省教育厅关于高中毕业与升学考试加试理化生实验操作和信息技术

2、的意见（晋教基201328号）中，明确指出：物理和化学学科实验考试分数共计10分，分数纳入中考成绩中。2016年，北京中高考公布新方案：文理不再分科，其中物生化实验部分占分比例为30%。上海、广东等省区也相继出台政策，明确提出理化生实验教学和考试的重要性。二、实验教学现状(一)学校经费紧张、实验设备陈旧或不足个别学校不开或少开实验课，老师几乎都是在讲实验和画实验，而学生几乎都是在背实验。(二)课程学时短，讲授内容多，课堂效率低下成体系的优质实验教学资源相对缺乏，而且不成体系，资源类型不统一，更新速度满足不了教学需求；学生参与度不高，学习兴趣不够，缺乏主动性(三)流程化的实验操作模式，不利于培养

3、学生的创新思维不少学校偏重于验证性实验，对自主和探究性实验重视度不够。(四)涉及危险或现象不易观察实验，难以课堂操作涉及易燃易爆、有毒有害、高温高压、反应周期漫长等实验，难以在课堂上进行呈现和操作；非正规操作由于破坏性大，成本较高，很难展示实验中出现的各种故障现象；没有理想实验环境，高危实验很难呈现和操作。(五)师生随时随地能操作实验的需求难以满足第二章系统架构一、技术架构虚拟实验是一款专为中小学理化生学科打造的实验教学系统，从而让学科知识可视化、互动化、数据化。该系统可辅助教师在课堂教学环节中，更加方便地为学生进行实验演示，从而让繁琐的实验课变得高效、简单，提升教学效率，增强教学效果；同时，

4、让学生的学习更有趣、更轻松、更有效。我们的目标是：让老师的表达更形象，让学生的学习更有趣，让学生的理解更容易。实验教学系统采用HTML5技术，用户可以在pc设备上离线使用，也可以在windows、ios、Android设备的浏览器上在线使用。系统分为客户端和实验云平台两大部分：客户端支持离线使用，满足常规教学需求，完全不用担心网络问题，保障正常的课堂教学；实验云平台支持多终端跨平台访问，无需安装任何插件，师生一人一账号，不受时空限制，校内外随时随地访问使用，同时，提供标准对接接口，可与学校已有云平台账号体系打通，实现单点登入。通过多媒体手段，依托学科特色，建立富有科技感的虚拟仿真实验平台，满足

5、师生多次、随时地进行实验探究和学习需求。在直观、立体、高效、多样化的人机互动过程中，既提高了学生的学习兴趣，也满足了学生个性化的学习需求。同时，不受物理空间、时间的限制。集探究性、趣味性、科学性于一体。生物学科提供丰富的3D模型，呈现多姿多彩的生物世界；物理和化学学科内置独特的引擎，让每个器材都“活”起来，自由摆放、任意组装、参数任意调节、相互影响、叠加运算，实验现象真实逼真、数据精准无误，是目前市面上唯一一款真正具备探索性和创新性的实验教学辅助工具。二、应用场景(一)常规教室教学场景在常规教室教学设备（如一体机、电子白板、智能黑板、投影设备等）中安装客户端，即可开展常规教学活动，方便教师演示

6、和操作实验，全班同学都可通过大屏幕清晰看到实验操作情况，增强课堂趣味性。实验在教学中应用广泛。(二)多媒体互动教室教学场景在学校现有的微机室多媒体教室设备上直接安装，师生一人一账号。(三)平板教室教学场景支持平板设备使用，windows、ios、Android均可使用。(四)互动兴趣学习小组场景(五)图书馆教室走廊移动体验学习场景(六)公开课教学场景形象、直观、方便、高效，辅助公开课完美呈现！三、方案优势(一)采用HTML5技术开发完美的系统兼容性，windows、ios、Android、macOS、Web全平台适应。(二)充分利用学校现有硬件，各种硬件终端深度适配电子白板、一体机、台式电脑、

7、笔记本、平板电脑等全适配，支持鼠标点击和多点触控两种交互方式。(三)独特的实验“引擎”物理和化学学科支持各种DIY探究，精准还原实验数据，满足不同用户的个性化教学需求。(四)安全高效的实验探究环境，支持一健分享第三章产品特色一、物理学科物理实验涵盖了高中物理电学、力学、电磁学、光学、热学、声学、家庭电路、力与运动、近代物理等模块，实验器材200，实验资源182，支持多版本教材。软件支持全平台，多终端设备一帐号通用，老师可根据需求在线开发课件，自由创建、组装实验，实现了云服务、智能化、完全开放的实验环境。实验支持实时在线保存，云平台存储，一帐号多平台无障碍使用，可方便不同教师间的资源共享、开放交

8、流，优秀的实验教学案例和方法将被快速复制，实现更大规模知识经验的交流和分享，节省备课时间，提高备课效率。实验含有引擎系统，支持自主DIY实验。标准实验资源库，完整配置，即选即用海量器材，随意拼装操作灵活，现象逼真，属性可更改还原难以呈现的场景家庭电路，还原生活场景力与运动，集成重力场、电场、磁场、万有引力、阻尼介质等实验环境模拟理想环境可视化光路声学可监听外部声音二、化学学科化学实验涵盖高中实验器材和药品300多种，实验资源80多个,有机反应原理动画和电化学原理动画不少于10个。内置自主研发的热力学引擎，力学引擎，粒子引擎以及速率系统、化学平衡系统、压强系统、化学反应系统等，实现了传统实验室无

9、法完成的易燃易爆、有毒性以及其他高危险性实验,逼真动态展示化学反应现象、任意化学药品在任意液体中的溶解度关系、药品之间的反应速率、化学反应即时生成化学方程式等，真正意义上实现自主DIY，完全满足常规性的教学活动。实验支持实时在线保存，云平台存储，一帐号多平台无障碍使用，可方便不同教师间的资源共享、开放交流，优秀的实验教学案例和方法将被快速复制，实现更大规模知识经验的交流和分享，节省备课时间，提高备课效率。标准实验资源库，完整配置，即选即用实验现象逼真实时数据追踪危险错误操作演示一边做实验，一边看现象，一边查数据三、生物学科生物采用高精度3D模型制作而成，视觉效果清晰震撼，生物结构、生命现象、生

10、命活动规律以及原理一目了然。生动逼真的3D实验教学环境，能在短时间内调动学生多种感官参与其中，使学生获得动态信息，化繁为简，引领学生感悟微观世界。涵盖了国内主流教材版本实验80多个，高清图片、3D模型、3D动画资源30多个。高精度3D模型3D模型，生动直观。支持360度旋转，多维立体展示，效果逼真，科技感强可进行放大缩小等操作。增加学生的参与感、带入感。视觉效果清晰震撼，生物结构、生命现象、生命活动规律以及原理一目了然。高清装片强大的交互功能生物实验系统以强大的交互功能区别于视频、图片等资源。生动逼真的3D实验教学环境，能在短时间内调动学生的多种感官参与其中，使学生获得动态信息，从而形成鲜明的

11、感性认识，激发学生的学习兴趣。高清视频资源变抽象为形象，变静态为动态，变不可操作为可操作，使死的生物概念、原理变成“活”的生活知识。弥补了实验时间、空间、实验材料的限制，增强了学生通过实验来探究生物的规律，培养学生创新思维、观察能力、实验操作能力以及分析解决生物学问题能力的有效途径。四、实验云平台实验云平台提供理化生精品实验资源，校内外均可轻松访问使用，让每位师生都轻松拥有自己专属的移动实验室。该平台支持上传学校自己的logo，支持与学校已有云平台进行账号体系打通，实现单点登陆。第四章产品价值(一) 方便便捷，提高教学效率生动、形象、立体，提升课堂教学效率，增强课堂效果，节约备课、上课时间成本

12、。(二) 解决学生随时多次的实验练习需求实验是理化生学科的重要组成部分，也是课堂教学的重要环节，由于学生群体的数量庞大和教学实验设备不足，学校的实验设备已经不能满足学生多次、随时的操作实验的要求。因此，虚拟实验是一种很好的辅助方式。(三) 降低学生对实验的理解难度让单纯的讲实验、说实验、画实验的课堂变得更加生动、有趣。(四) 探索理化生学科新型教学模式建设学校特色的校本实验项目和配套的教学资源，探索数字化实验仪器和现代信息技术的使用研究，帮助老师掌握现代实验教学技能。(五) 降低资源采购成本，提升硬件使用率软件支持多终端跨平台访问，支持学校现有硬件设备，无需担心硬件系统不兼容而出现重复采购的问题，同时，提升硬件设备的使用率。(六) 无需担心器材损耗问