基于AVM平臺的交互式虛擬學習環境模型構建與應用研究*
——以《中學物理光學虛擬實驗》為例

肖 芳，陳國軍，郭杰榮（.湖南文理學院物電學院，湖南常德45000；.湖南文理學院美術學院，湖南常德45000）

基于AVM平臺的交互式虛擬學習環境模型構建與應用研究*
——以《中學物理光學虛擬實驗》為例

肖 芳1，陳國軍2，郭杰榮3
（1.湖南文理學院物電學院，湖南常德415000；2.湖南文理學院美術學院，湖南常德415000）

文章主要探討基于AVM平臺的交互式虛擬學習環境構建、設計與開發，以中學物理光學虛擬實驗為例，分析AVM平臺下虛擬實驗室設計和開發的理論基礎，并對其設計原則、策略、開發技術等進行探討。

AVM；虛擬學習環境；中學物理

一、研究背景

隨著計算機技術及網絡技術的發展，虛擬學習環境（VLE）給教育者和學習者都帶來了全新的變革。傳統的時空界限被逐漸打破，虛擬學習環境（VLE）成為傳統高等教育的重要領域，虛擬學習環境在教育領域的應用具有其他媒體無法比擬的優勢，現有的虛擬學習環境應用所展示的優勢與不足，一部分是技術角度出發的教育應用不科學，效率不高，一部分是教學原型出發的技術實現沒有考慮交互性。本文研究的對象是在虛擬學習環境的基礎上，以交互設計為切入點，構建交互式虛擬學習環境 （Interaction Virtual Learning Environment，簡稱IVLE）的學習模型。

很多虛擬實驗室都采用了JAVA這一開發工具，或以兩種甚至三種平臺相結合，如 ActiveX、3D Max、VRML結合JAVA平臺等。盡管這樣有一定的優勢，但相對增加了復雜程度，加上我國的網絡速度問題，使這些虛擬實驗室在應用程度上還遠遠達不到人們的預期目標。考慮上述問題的存在，本研究選擇了AVM平臺作為開發工具，相對于其它平臺而言，AVM在網絡化方面有很強的先天優勢，能輕松的進行網絡傳播，同時大多數電腦都支持Flash插件播放。AVM平臺的交互式語言主要為Action Script，本研究采用最新版本3.0，這是一種完全面向對象的編程語言，可用于編寫Adobe Flash動畫和應用程序。

二、面向中學物理光學虛擬實驗的交互式虛擬學習環境的教學設計

從國內虛擬學習環境的發展中不難發現，虛擬學習環境的內容以大學的物理、化學為主，而中學則相對較少，本研究選取了中學物理中的光學部分。根據2004年教育部制訂的《普通高中物理課程標準（實驗）》，在本研究中，面向中學物理光學虛擬實驗的交互式虛擬學習環境的教學設計內容主要包括：

1.光學發展簡史

主要是了解光學發展歷史；了解光學發展中的重大歷史典故；了解光學領域的著名科學家，如伽利略、牛頓、惠更斯、托馬斯·楊、菲涅等。

2.光學實驗體驗區

通過演示典型的光學實驗模擬，讓使用者直觀的了解光學的基本原理。

（1）幾何光學的基本規律。包括光的反射、光的折射、平面鏡成像、光的直線傳播、凸透鏡成像。

（2）自然界的典型現象。包括海市蜃樓等。

（3）光學應用。包括眼睛校正、望遠鏡、顯微鏡、照相機、投影放映機等。

三、面向中學物理光學虛擬實驗的交互式虛擬學習環境的模型構建及技術實現

中學物理光學虛擬實驗是對中學物理光學實驗的真實模擬，需要很強的交互性，以便使用者能在具體的使用過程中體驗真實的光學事實，同時理解光學的基本原理。而開發工具AVM的選用就能很好的滿足這個要求，通過ActionScript3.0這一交互式語言的運用，使用者能夠在使用過程中得到近乎完美的交互式體驗。使用者可以在光學體驗區直接操縱實驗的進程，并從實驗進程中發現實驗所體現的光學原理。

1.基于按鈕交互的界面設計

界面設計主要為兩層，第一層為主界面，第二層為分界面。學習者通過單擊相應按鈕即可進入相應部分的知識學習。板塊的右上角出現的圖標為返回按鈕，通過單擊該按鈕可以返回上一界面的學習。

（1）基于按鈕交互的界面設計說明：主界面分為光學名人、幾何光學、光學現象、光學應用四大板塊，幾何光學板塊分為光的反射、光的折射、平面鏡成像、光的直線傳播、凸透鏡成像五個內容。

（2）基于按鈕交互的技術實現與代碼分析

基于Mouse Event的應用，以主界面中“幾何光學”的按鈕實現跳轉為例：

2.基于鼠標交互的虛擬實驗展示

基于鼠標交互的虛擬實驗展示主要包括光的反射、光的折射、平面鏡成像、光的直線傳播、凸透鏡成像。在這些虛擬實驗展示中，學習者可以隨意拖動激光燈，將入射光線的位置方向改變，入射光角度相應發生變化，可以直觀形象精確地看到光的反射情況，從而對光反射有了更透徹的理解，深層次上體會光的反射定律，能很好的達到教學目標；其次還設置了“返回”，前后內容銜接流暢，交互性強。

3.基于鼠標交互的技術實現與代碼分析

在場景中有一個可移動的激光筆，一條畫好的直線，拖動直線可確定激光筆的光線發射方向，確定后點擊發射按鈕，則光線按直線發射。

/*分別對場景中的激光筆（mc）、發射按鈕（_btn）以及場景中舞臺（stage）的添加鼠標按下（MOUSE_DOWN）、鼠標彈起（MOUSE_UP）鼠標點擊（CLICK）等事件偵聽器*/

4.基于動態文本顯示的交互設計與代碼分析

以光的反射、光的折射為例：隨著激光筆的位置改變，光線的入射方向及反射方向也跟隨改變，同時在文本框中顯示光線的入射角和反射角的大小。并在畫面的下方有反射定律的文字說明呈隱藏狀態，可點擊按鈕使其顯示。

/*建立函數（cs），確定入射光線與反射光線的方向和位置，同時在文本框中顯示當前的入射角度和反射角度*/

四、基于AVM平臺的交互式虛擬學習環境的應用研究

通過基于中學物理光學虛擬實驗室的設計、開發與測試，基本實現了基于AVM平臺的交互式虛擬學習環境的模型構建。以中學物理光學虛擬實驗室為例，基于AVM平臺的交互式虛擬學習環境的應用表明：基于AVM平臺的交互式虛擬學習環境的構建和應用具有可行性、易用性和交互性。但離真實的虛擬學習環境還有一段距離，還需要進一步的改進。

1.基于AVM平臺的交互式虛擬學習環境的構建與應用有良好的網絡性能，能夠輕松的在網上傳播，并且開發周期短、數據量小、傳播速度快，具有很好的易用性。

2.基于AVM平臺的交互式虛擬學習環境的構建與應用具有很強的交互性，使用者在使用過程中能夠得到近似真實的光學實驗的模擬感受等。

3.由于時間和技術上的限制，基于AVM平臺的交互式虛擬學習環境的構建與應用的案例設計與開發還需要專業的教學設計人員和高水平的技術人員參與。

4.由于AVM平臺的限制，交互式虛擬學習環境主要支持2D界面，在后續的研究中還需要使用虛擬現實技術構建真實情境。

總之，基于AVM平臺的交互式虛擬學習環境有很大的應用空間，它能更好更快在基礎教育和中等教育領域推廣和流行，也能迅速地在網絡上進行傳播。學生可以通過虛擬實驗進行自主學習，解決學生在實驗中的困擾，提高學習效率。它實現了交互式的學習模式，同時豐富了教學內容，提高了“教”與“學”的效率。極大地促進了教學改革和實踐。

［1］李璐.虛擬仿真實驗室應用于初中物理實驗教學的理論與實踐研究［D］.西安：陜西師范大學，2009.

［2］羅烽慶.基于虛擬儀器光學實驗室的研究與實現［D］.中山：中山大學，2009.

［3］劉勇.Flash游戲型物理課件的設計與開發研究［D］.長沙：湖南師范大學，2009.

［4］黃元南.虛擬實驗室設計技術與應用探析［J］.中國科技信息，2005（14）：90-90.

（編輯：魯利瑞）

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1673-8454（2016）12-0092-04

湖南省教育科學“十二五”規劃課題“交互式虛擬學習環境的模型構建與應用研究”，湘教科規領（2014）005號205項，編號為：XJK014CXX008；湖南省光電信息技術校企聯合人才培養基地（湘教通［2012］434號）。