2021年11月中高中虚拟仿真实验室建设计划 第1页/共27页 目录1 背景及现状分析 21.1 建设背景分析 21.1.1 国家新政策支持虚拟技术进入基础教育 21.1.2 3D技术提升教学效率显着提高 41.1.3 VR虚拟现实技术促进教学模式改革 51.2 现状分析 51.3 建设目标及意义 62 建设思路及原则 72.1 方案建设思路 72.2 建设原则 83 方案亮点 94 建设内容 104.1 硬件建设 114.1． 1 桌面VR系统 114.2 软件建设 134.2.1 VR互动教学系统 134.2.2 虚拟现实互动软件 154.2.3 虚拟仿真实验教学系统 164.2.4 资源特色 185 项目服务运维保障机制 195.1 平台安全保障体系 195.2 项目管理运行机制 205.2.1 进度计划 255.2.2 进度控制 255.2.3 人员培训机制 265.2.4 技术支持 26 第2页/共27页 1 背景及现状分析 1.1 建设背景分析 1.1.1 国家新政支持虚拟技术进入基础教育 《教育部关于加强和改进中小学实验教学的意见》教机[2019]16号强调要拓展创新，不断将前沿科学知识和最新技术成果融入实验教学，丰富实验教学内容内容和改进形式； 注重实效，加强中学生的实践操作、情境体验、探索求知、亲身体验和创新创造，能有效提高中学生的观察能力、实践能力、创造性思维能力和团队合作能力，培养中学生的观察能力、实践能力、创造性思维能力和团队合作能力。学校培养学生的兴趣爱好、创新精神、科学素质和意志品质。
针对现实世界中因时空限制而难以观察和控制的事物和现象，变化过快或过慢的过程，以及对环境具有危险性、破坏性和危害性的实验，增强现实、虚拟现实、技术手段的介绍等。 还建议各地对现有班主任相关学科实验教学能力进行分析研判，制定有针对性的培养方案，纳入班主任培养体系，纳入“国家培养计划”和“国家培养计划”。省级培训计划》，确保2022年完成班主任培训。实验教学能力全员轮训。 各地学校要合理审核班主任实验教学工作量，将班主任实验教学能力、教学水平和教学业绩作为相关学科班主任职称评定和绩效奖励的重要依据。 2023年前，试点运行纳入高中学业水平考试，考试成绩纳入中学学校招生备案。 按照普通中学学业水平考试，有条件的地区，物理、化学、生物实验操作可纳入市级统一考试。 《加强培育新型消费实施方案》中，28个部门联合发文，教育部牵头负责在线教育有序发展。 推动智能技术应用，推动各类综合性新型教育教学模式发展。 推动教育信息化发展，鼓励和支持社会力量积极参与。 探索运用更多数据化、信息化、多媒体化的教学工具，改造和完善传统教育模式，发展开放、泛在、个性化的在线学习，拓展多样化的新教育场景。 第3页/共27条 《教育部关于新形势下进一步做好普通中学生兵器工作的意见》部署将先进教育思想、办学理念、科学技术融入兵器和教育教学计算机科学、虚拟现实、大数据等新兴信息技术在教育中广泛应用。
《关于2017年教育信息化工作要点的通知》提出重点任务：推进数字校园、智慧校园建设：国家开放学院完成100个云教室建设，实现基层县域全覆盖中东部地区电大。 启动基于VR的实验实训平台建设，完成互联网+智慧教育示范基地建设。 不断加强高等教育优质资源建设和应用：选择一批典型虚拟仿真实验项目，组织建设虚拟仿真实验共享平台。 协调有关部门推动建立部际协同监管机制。 《中央电化教育中心2021年教育信息化工作要点》提出物理虚拟实验室安卓下载，不断更新建设全国中小学网络云平台功能，加快线上线下教育教学深度融合，用信息技术支撑不断优化教育改造体系和改造能力，推动教育联通互联网应用有序健康发展。 继续推进中小学虚拟实验教学资源建设、应用和推广。 教育部印发《中小学数字化校园建设规范（试行）》提出：1、中学为科学课程提供实验教学空间，支持举办科学探究实验。 2、学校提供理化生物学实验教学空间，支持在理化生物学课程教学中举办探究性实验。 3、配备查询式实验管理软件，支持中学生实验数据的存储、显示和分析。 4.提供适量的创新训练空间，配备训练工具和设备，支持中学生创造性学习。 关于印发《义务教育初中科学课程标准》的通知凸显加强教学实践。
各地要指导班主任落实中学生发展核心素质要求，按照课程标准组织教学。 要重视实验教学，努力创造适宜的学习环境，鼓励中学生积极参与、主动探索，引导中学生做好每一次实验。 班主任要加强对实践探究过程的指导，注重引导中学生手脑结合，提高中学生的问题意识，培养他们的创新精神和实践能力。 要加强财政投入，保障实验室建设、仪器设备、耗材的需要。 要优化课程资源建设，注重发挥家庭、社区、校外中学生活动基地的作用，为保障课程实施创造有利条件。 虚拟实验对中学生学习效果的影响研究——基于30项实验和准实验研究的荟萃分析，提出虚拟实验具有成本低、交互性强、超时间等优点和空间，以及教育领域的高安全性。 第4页/共27页广泛应用。 本研究借助荟萃分析方法，系统回顾了国际中文期刊上发表的30篇关于虚拟实验在教育中应用的实验和准实验研究，系统回顾了虚拟实验对中学生学习效能的影响。 研究发现：①样本的综合效应值为0.46，表明虚拟实验对学习有中等程度的正向影响； ②从学校阶段来看，虚拟实验对学生的学习有较大的影响； ③从学科角度看，虚拟实验对社会科学和医学等学科影响较大； ④从班级规模来看，虚拟实验适合大规模教室； 影响更大。
1.1.2 3D技术显着提高教学效率 根据美国著名3D教育专家安妮的研究报告，2011年，他选取了740名10-13岁的中学生进行了测试，研究3D技术对教学的影响。 3D与传统2D对教学效率的影响。 结果显示，超过86%的中学生在课堂上使用3D资源后进步明显。 对于使用2D资源的朋友来说，只有52%的人有进步。 在3D宿舍中，中学生的成绩平均提高了17%，而在2D宿舍中，中学生的成绩仅提高了8%。 92%的中学生表示3D课程很精彩，而2D宿舍里只有46%的中学生认真听讲。 33D教学对比测试结果增加了3D虚拟教学组和2D教学组的人数。 在这种环境下的学习经历让中学生记忆深刻、受益匪浅，极大地促进了教学效率和质量。 第5/27页 1.1.3VR虚拟现实技术推动教学模式改革 VR/AR技术可以激发学习动机、创设学习场景、增强学习体验、感受心理瘾、跨越时空界限、动态互动出行、跨界知识整合等诸多优势。
VR/AR技术可以为教育工作者提供全新的教学工具。 同时可以激发中学生学习新知识的兴趣，让中学生在动手体验中激发创新的火花。 因此，VR/AR技术在教育行业的应用是教育技术发展史上的新飞跃。 它创造了自主学习的环境，通过新的信息环境和工具，从传统的“以教促学”的学习方式演变为中学生的自主学习。 它是一种获取知识和技能的新学习方法，符合新一轮教学改革的教育理念，有利于培养中学生的核心素质。 1.2 现状分析 1）3D/VR资源在实际教学应用中相对过剩 随着虚拟现实技术的逐渐成熟，3D/AR/VR显示设备已经进入很多中学，但由于虚拟现实的发展存在资源少，很多教师很难有效利用，甚至不知道如何在教学中运用。 为此，课程资源匮乏是中小学推广虚拟现实技术的最大困境。 然而，随着技术的不断迭代发展以及专业人员和资金的投入，将虚拟现实应用于教学势在必行，势必给课堂教学模式带来颠覆性的变化。 2）3D/VR教学资源的设计重方法轻内容。 目前，很多虚拟课程资源仍然注重内容呈现。 即使中学生体验了栩栩如生的虚拟世界，课堂气氛也十分活跃，中学生互动、交流、讨论热烈。 中学生获得沉浸式体验，但实际上只停留在内容的“呈现”上。 这些重方法轻内容、缺乏互动和自主探索的形式只能称为“伪虚拟现实课堂”。
3）2016年，教育部公布的数据显示，各级中学硬件达标率达到86%。 然而，大多数教师只是简单地使用PPT来备课。 许多信息设备和资源平台闲置。 可以预见，未来几年，班主任的素质要求和对教材的应用要求将是重点。 第6/27页 1.3建设目标及意义 1）营造自主学习场景，培养中学生探索能力。 图像、声音、场景有机结合，全方位、多视角地呈现在中学生面前。 能够最大限度地发挥中学生的主动性和积极性，引导中学生思维的流畅性、灵活性和精细化，为中学生发散思维提供训练。 资源丰富，空间便利。 将中学生的学习、实践和自我评价结合起来，产生生动、主动、主动的学习方法，这是任何教学方法所无法比拟的。 2）因材施教，提高学习主动性。 3D智慧教室充分利用3D和VR/AR技术营造的沉浸感、临场感和多维交互感，让中学生参与多感官、实时的知识交互。 置身其中，中学生不仅是观察者、学习者，更是参与者。 3D资源和互动讲义给了中学生更多的自主学习空间、更成熟的条件、更活跃的思维。
3）创造起点，提高班主任应用新技术的能力。 在信息技术普及的今天，班主任不仅及时更新教学理念、教学方法，还熟练运用信息技术，提高教学效率。 3D智能宿舍设备提供的智能教学、可视化的备课环境、丰富的教学资源，可以有效帮助教师减少备课和教学阶段的资料查找和知识讲解的工作量，专注于教学过程、教学组织、并注意中学生的反应。 4）建设精品课程，提升中学品牌影响力。 3D/AR/VR的出现无疑给教学活动注入了新的活力，特别是智慧教室的建立和设备、丰富的资源，使班主任有充分的条件优化现有的教学模式，立足教材，创造高水平的教学效果。 ——精品课程，逐步提高中学教学、科研和教学活动的水平和内涵，提高中学品牌影响力。 第7/27页 2建设思路和原则 3D/VR学科教室的所有硬件、软件和资源都可以与数字校园系统无缝兼容，无需额外的维护和管理成本。 2.1 方案建设思路 3D/VR智慧宿舍是借助3D建模技术、VR/AR虚拟技术、云测算等新一代信息技术方法，结合主流教学模式、摘要建立的多维教学环境。通过3D教学资源传授知识，通过VR/AR互动讲义制作学习场景。 3D/AR智慧课堂基于完整的教学实施流程，以减轻班主任教学负担、增强中学生兴趣、提高教学效率为目标。
本方案以3D教学一体机、桌面VR互动一体机、3D教学系统、3D播放系统等软硬件为教学工具，通过提供高品质的教学体验，为教学的每一个过程提供内容支撑。 ——优质的教学资源。 第8/27页 该方案适用场景广泛：可用于普通教室、专题教室、学科实验室、小型多媒体教室等。 桌面VR：桌面VR互动一体机配合3D教学一体机，可轻松实现AR/MR功能。 班主任可以对内容进行VR演示，指导中学生进行实际操作，并让中学生在桌面VR中分组互动。 在一体机上进行虚拟探究，提高中学生探究能力、动手实践能力，加深中学生知识理解，提高中学生知识应用能力。 3D/VR课程资源：多维度的教学视频场景和可视化激发中学生学习兴趣，提高中学生专注力，加深中学生理解； 参与其中，变被动为主动。 2.2 建设原则 主动参与原则：3D/VR学科课堂必须满足班主任和中学生在教学活动中构建相互平等、尊重、合作的角色，让中学生积极参与课堂活动真正成为教育的主体。 使教育质量得到真正的提高。 自主体验原则：3D/VR学科教室配备丰富优质的3D教学资源和VR互动资源，方便班主任备课物理虚拟实验室安卓下载，方便中学生学习。 在整个教学过程中，教师和学生也可以多感官参与，获得独特的教/学体系，从知识到应用，快速完成知识体系的构建。
第9页/共27页 导向教学原则：从班主任教学和中学生学习需求出发，根据教学应用流程合理构建，以提高教学应用率为目标。 以中学生为中心选材设计，从满足中学生需求出发，建立多课程体系； 教学设计以课堂为中心，班主任通过课程来实现，用课程来促进中学生的发展，课程的顺利实施； 以班主任为中心进行组件设计，根据课程标准，充分整合教学过程中所需的媒体、教材和教学包，为中学提供完整的课程资源包。 无缝对接原则：硬件建设和软件设计均基于统一行业标准，具有开放性、可扩展性、集成性，能够与中学智慧校园系统集成对接，实现数据快速对接而不减少任何转移负担。 3 节目亮点紧扣大纲，自主研发的3D/VR教学资源严格按照相应国家学科标准和教材，配套教材，对应章节课程，所有内容均由一线资深提出班主任根据课堂教学特点，与专业制作团队自主研发。 搭配灵活，场景适应性强根据中学的教学环境、功能要求、规划预算等条件，我公司提供多种选择。 3D/VR学科教室适用于常规学科教学和创新实验教学，支持情景教学、翻转课堂、探究式学习等多种教学模式。 第10页/共27页 体验真实，互动多元 3D/VR智慧教室借助桌面VR互动一体机、超短焦投影+电子白板，为中学生打造情境化、多维度的学习环境学校学生，并动员中学生。 视觉、听觉等感官的参与，让他们感受到强烈的真实感。
让中学生有更加身临其境的体验，将视角从旁观者转变为参与者，激发中学生的学习兴趣。 强兼容性，轻量级升级。 3D教学系统可以部署在用户原有的PC、一体机等安装了操作系统的设备上，无需额外设备。 4 建设内容 3D/VR 学科教室是以信息化手段为支撑的新型教学环境，为教学提供硬件、软件、资源等全方位支持。第11/27 页 4.1 硬件建设 4.1.1 桌面VR 系统特点：？ 模块化、集成化设计？ 6自由度智能感知？ 沉浸式体验？ 环境适应？ 完全开放SDK？ 4.1.1.13 D显示系统？ 规格>24英寸，化学码率：1920*1080，可支持3D格式：左右、上下格式； 支持？ 一键2D/3D工作模式切换； 支持程控2D/3D工作模式切换； 机器具有防蓝光护眼显示模式，可通过软件一键切换至护眼模式； 总共12/27页？ 显示器最多支持2路外部信号源输入，并支持一键控制信号源切换； 机器的倾斜角度可随意调节，调节范围：20度（水平角）~90度（垂直角），设备能准确判断整机的倾斜角度，并反馈给系统，并且系统可以手动调节到最佳 4.1.1.2 光学跟踪系统？ 系统配备红外跟踪摄像头、光学跟踪太阳镜、光学跟踪控制笔、光学跟踪软件； 被动式3D光学跟踪太阳镜均配备光学跟踪定位点，与安装在主机上的跟踪器配合使用，系统可以准确确定太阳镜的位置，从而根据太阳镜的不同视角进行切换显示内容不同的视角； 系统配备智能位置跟踪控制笔：支持物体3自由度坐标轴连接和3自由度空中姿态旋转； 坐标位置跟踪精度