《电与磁》学习工具制作综述

梅传俊

● 创新点

该学习工具采用双入口设计，分为探究室和研学堂两部分，其中探究室用于课前自学、探究，研学堂用于课堂交流与协作；利用虚拟现实技术，立体呈现对象，增强了沉浸感、真实性。

● 特色与亮点

◇开放的结构：每节都采用XML菜单，只需用记事本打开并对其内容、先后顺序作简单的修改，存盘退出后，该模块的结构就会随之进行修改，以适应不同的学习策略、教学策略。

◇带有超链接的立体化的学习工具：以科学直观的图、文、声、像等实现了教材内容的数字化、交互功能的智能化，从多角度、多维度呈现教材内容，方便学生理解和掌握教材知识。同时还具备注释、笔记等功能，并可以将结果截图保存。

◇逼真的Flash动画演示：将经过精心选择设计的问题、概念原理、逻辑关系等用Flash动画、编程来阐释，学习者只有通过主动感知、积极思考才能探究、梳理知识结构，逼真、准确、交互性强（如图1）。

◇引入虚拟现实技术：虚拟现实是利用计算机动画技术模拟产生的一个三维空间的虚拟环境系统，“身临其境”地置身于这个虚拟环境中随心所欲地活动，就像在真实世界中一样。该学习工具将诸如继电器的结构、电动机的原理等用二维不容易表达或表达不到位的对象用三维立体模型模拟出来，可以对对象进行多角度、多维度查看、拖拽、缩放、控制运动等交互操作，提供了可视化操作与交互的一种全新方式（如图2）。

● 开发背景

《电和磁》选自初中物理八年级下第九章电与磁，由“磁现象”、“磁场”、“电生磁”、“电磁铁”、“电磁继电器 扬声器”、“电动机”和“磁生电”7个节次组成。磁性、磁体、磁极、磁场、磁化、磁感线方向、磁效应，通电螺线管周围磁场、电流的磁效应等这些现象距离我们那么近而又那么遥远，看不见而又摸不着……而表现这类现象恰恰就是数字化学习工具的特长。该学习工具拟通过“重演”科学史上著名发现的过程，让学生“发现”从而认识磁现象、磁场、电磁转化等现象，增强学生学习活动的探究性、趣味性，为后继学习打下了坚实的基础。

学生是否获得了科学探究的乐趣，参与学习活动是否主动积极，是否持之以恒，是否实事求是，提问是否恰当，设计是否合理，表达是否清晰，收集、整理信息的能力怎么样，动手能力怎么样，同伴之间合作的能力怎么样等才是物理学习成功之所在。所以，本学习工具开发的目的就是要鼓励他们自主地、创造性地完成自己的实验记录，并以自己喜爱的方式完成由现象到结论的过程。既体现学习的主动性，又充分给他们自由发挥的空间，进而可以照顾到每个个体的差异。通过对现象的分析，培养学生密切联系实际，运用科学知识来解释一些自然现象的习惯和能力，更重要是激发学生的学习兴趣，提高科学素养，让学生从小崇尚科学，立志献身科学。

● 设计思路及内容结构

为突出学生的主体地位，鼓励学生自己动手、亲身体验，充分发挥主观能动性，该学习工具提供了“研学堂”和“探究室”两个不同的入口。

首先进入研学堂，单击节次按钮进入相应节次，如其中第七节《磁生电》，由下面7部分组成：

1.发电尝试

首先通过观察对“磁能够生电”这一物理现象有一个初步的认识，让学生探究、实验、交流，在自主活动中，养成探究物理规律、应用物理规律解释物理现象、敢于质疑、善于合作、乐于探索自然现象和日常生活中的物理学道理的习惯（如图3）。

2.动画展示

通过三个动画模拟电磁感应现象产生的条件与规律，归纳“导体在磁场中做切割磁力线运动时会产生电”这一现象（如图4）。

3.视频揭秘

作为个人实验的补充，规范个人实验操作，归纳实验结论（如图5）。

4.查看模型

由发电机模型和手摇发电机两个3D模型展示电机结构，可以拖拽改变模型的视角、滚轮改变大小，用空格键控制手摇的启动，使学习者对发电机结构、原理有一个精确、具体的了解（如图6）。

5.工作原理

通过动画归纳发电机原理，体验改变磁场方向、动力方向对电流方向产生的影响（如图7）。

6.实际发电机

通过图片、3D动画、视频研究现实生活中发电机（如图8）。

7.挑战自我

用以检测学习效果并对本节知识进行归纳、梳理。

再看探究室（如下页图9），界面共分为左右两部分，左为立体化、数字化的电子课本，并提供与该页面学习内容相关的图片、动画、实验、演示、模型等链接热区；右为展示、记录区，用于展示资源和记录学习情况。单击保存按钮实现注释、笔记等结果的保存。

● 艺术布局

整个学习工具以蓝色为主色调，凸显科技主题。该学习工具采用左置型版面编排，将纵长型一级菜单放在版面的左侧，使之与横向排列的文字、图形、动画形成有力对比，分割自然、合理、雅观，符合人们的视线流动顺序。二级菜单采用下拉式设计，用红色圆点位置指示当前选择，简单明了（如下页图10、图11）。

在不影响精美的前提下，采用异色、异质、异形扩大需要强调部分的反差，并且将重要内容放置在显示区的明显位置，让主体引人注目。整个学习工具虽内容繁杂，但各节次风格、界面布局协调一致而又富有变化，在“大同”中求“小异”，遵循“单一时找变化，变化时求统一”的艺术规则。

● 关键技术处理

本学习工具的技术难点在于交互的智能处理与虚拟现实技术之3D展示功能的实现。

1.该工具使用Flash cs6开发，脚本语言采用AS3.0

AS3.0是一种强大的面向对象的编程语言，它标志着Flash Player Runtime演化过程中的一个重要阶段。AS3.0对XML提供了全方位的支持，它功能强大而灵活，符合E4X标准，便于与其他程序进行数据交流。

2.虚拟现实技术

本学习工具的三维呈现是使用3D Max 2010建模、在Quest3D里建构出实时3D互动世界。3D Max是由Autodesk公司开发的最流行的三维动画制作软件，提供了强大的基于Windows平台的实时三维建模、渲染和动画设计功能，可以在虚拟的三维场景中创建出精美的模型，并输出图像和视频动画文件。但其实时交互性并不强，不利于数字化学习工具的开发。本学习工具利用3D Max 2010建模，利用PandaDirectXMaxExporter插件将模型导出为.x格式备用。

Quest3D软件是由荷兰的Act 3D公司研发的专门从事虚拟现实方面的应用软件，软件有丰富的功能模块，实现了模块化、图像化编程，真正实现了所见即所得与实时作品预览，其稳定、先进的工作流程，处理所有数字内容的2D/3D图形、声音、网络、数据库、互动逻辑等都是我们梦想中的设计软件巨擘。我们不需要去书写代码、只需要简单的拖拖拽拽就能够制作功能强大、画面效果绚丽的VR项目。本学习工具将3D Max完成的场景导出的.x文件导入后进行编辑、贴图、构建交互并发布格式为.exe文件供Flash调用，图12为罗盘的Quest3D编程结构图。

● 评价与反思

本学习工具在开放式设计、虚拟现实等方面作了一些有益的探索，演示逼真、沉浸感强。学习工具搭建了一个基于信息技术的研究性学习平台，从关注学入手，强化“学生为本、数字化学习工具”的制作理念，实现了智能化的人机互动，能够很好地辅助完成数字化学习及教学任务。

反思整个学习工具，某些元件制作还不够精美，对象建模、贴图还不够精密，艺术效果还不尽人意，学习工具结构编辑模块儿智能度还不够高，操作也还略显笨拙。

● 幕前幕后

转眼间，我已连续追随NOC活动四年之久，顺利完成了从做课件到研发“数字化学习工具”的蜕变，完成了从新手到老兵的升华。

一路走来，大赛赋予了我—— 一个普通教师太多的荣耀和收获，让我一步步成长为一名教育信息化的先行者、探索者、实验者，我两次荣获恩欧希教育信息化发明创新奖、两次荣获一等奖，并多次应邀到兄弟地市做培训、讲课。

一路走来，我苦过、累过，但更重要的是我始终在快乐着、享受着，在一个一个动画效果的创作中，在一个一个智能交互的实现中，我忘记了学习的艰辛，陶醉在创新的喜悦中。我徜徉在小桥流水、落花飘零的动画场景里，绽放着发自内心的微笑，在小船悠悠，夕阳西下的虚拟现实中，感受现代科技赋予的美好。当同学们轻点鼠标就能“看到”声音时，他们笑了！当教师们轻点鼠标三两分钟就能做出属于他本人的个性化课件时，他们乐了！当有更多的教师聚集在我的周围，切磋的是技术，讨论的是创作，那一刻，所有的辛苦都汇成了一首首动人的歌谣，悠扬而迷人，我在这如歌的行板中陶醉了。

一路走来，我也迷茫过、失落过、犹豫过。2011年，我以《声现象》荣获恩欧希教育信息化发明创新奖，但2012年作品《光的折射》却仅获得了一等奖，是我退步了吗？但仅仅几天的失落后，我立即投入到下一作品的构思中，因为我知道参赛不只是为了获得荣誉，更在于享受过程、学习技术、增长见识、寻找创意。回来后我苦心钻研虚拟现实技术，精心选题，边学边做，边做边改，三个月后初稿全部完成，在此我要感谢我的团队，是他们在创意上、美工上、技术上给予我很大的支持，在细节上帮我不断地挖掘，我感谢我团队的开诚布公与深度合作。尽管作品仍有很多不足，能够得到评委老师与裁判长的青睐我心里充满了感激和许多的惴惴与不安。

我喜欢NOC这块创新、超越、激人奋进的热土，我将继续耕耘在教育信息化的最前沿，只要我还有新的创意要实现，只要还有新的技术要学习，只要周围的教师还需要我，我将不停地探索、创作，愿所有的教学更轻松，愿所有的学习更快乐！