虚实融合实验教学探究式学习环境及系统(T-CI 039—2022).pdf
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1、ICS 35.240CCS L60/69团体标准T/CI 0392022虚实融合实验教学探究式学习环境及系统Inquiry experimental learning environment and itsVirtuality-Reality integrated system2022-7-14 发布2022-7-14 实施中国国际科技促进会发布T/CI 0392022I目次目次.I前言.II虚实融合实验教学探究式学习环境及系统.11 适用范围.12 规范性引用文件.13 术语和定义.14 总体设计.24.1 基本目标.24.2 系统结构.24.3 系统功能.35 系统核心功能模块要求.35.
2、1 虚实融合实验台.35.2 学习环境的数据采集及数据分类.45.3 学习行为的识别与分析.45.4 探究式学习环境及系统管理.56 虚实融合实验教学探究式学习环境及系统的作用与绩效.66.1 系统的作用.66.2 虚实融合实验探究环境中的活动流程.6附 录 系统结构图.8T/CI 0392022II前言本文件按照 GB/T1.1-2020标准化工作导则第 1 部分:标准化文件的结构和起草规则起草:某些内容可能涉及专利,本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。本文件为首次发布,今后将根据虚实融合实验教学探究式学习环境及系统要求及技术发展情况适时修订。本文件由中山大学、同济大学、杭州师范大学提
3、出。本文件由中国国际科技促进会归口。本文件起草单位:中山大学、同济大学、杭州师范大学、中山大学深圳研究院、广州玖的数码科技有限公司、广东工贸职业技术学院、中山大学南昌研究院。本文件主要起草人:王建民、郑伟诗、徐光涛、楼泽如、胡建芳、朱永宁、曾令安、高基彬、姚争为、邹菊梅、由芳、曹明亮、梁应鸿、周凡、刘海亮、陈小燕。本文件为首次发布。T/CI 0392022III引言日前,教育部发布义务教育课程方案和课程标准(2022 年版),明确了新修订的义务教育课程方案和语文等 16 门学科的课程标准。新课程标准明确要求“转变学生的学习方式,提高科学探究能力,培养创新精神和实践能力”,强调注重引导学生的主动
4、学习,要求学生开展科学探究活动。随着虚拟现实、增强现实技术的发展,为了在实验教学中全面激发学习者的兴趣,提高学生的实验操作技能,营造“互动、自主、合作、探究”的实验教学环境,满足学生个性化和自主探究的学习需求,构建虚实融合实验教学探究式学习环境及系统至关重要,特制定本文件,用以保证虚实融合实验教学探究式学习环境及系统的功能的统一和一致性。本文件针对虚实融合实验教学探究式学习环境及系统,规定了该系统的总体设计、系统结构、系统目标、系统功能和功能要求,为虚实融合实验教学探究式学习环境及系统的设计与研发提供参考。本文件由中山大学、同济大学负责具体技术内容的解释。为了提高标准质量,请各单位在使用过程中
5、,总结经验和积累资料,及时将发现的问题和意见反馈给中山大学、同济大学,以供后续修订时参考。联系方式:上海市嘉定区曹安公路 4800 号同济大学惟新馆 123 室,邮编:201804;E-mail:。T/CI 03920221虚实融合实验教学探究式学习环境及系统1适用范围本文件规定了虚实融合实验教学探究式学习环境及系统的总体设计、系统结构、系统目标、系统功能和功能要求。本文件适用于作为虚实融合实验教学中的探究式学习环境及系统的设计和开发依据。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)
6、适用于本文件。GB/T 5271.1-2000 信息技术 词汇 第 1 部分:基本术语。GB/T 38247-2019 信息技术 增强现实 术语。GB/T 36455-2018 软件构件模型。3术语和定义3.1 探究式学习(Inquiry learning):指围绕自然、社会和人文领域中的某个主题,在一定的问题情境中,借助数字化或物理的探究工具,让学生主动提出问题、探索发现,并在探索发现的过程中进行严密论证的一种有指导的学习方式。3.2 虚拟实验(Virtual experiment):指借助计算机仿真等技术,在计算机平台上模拟出一个逼真的实验环境,包含虚拟场景、实验仪器设备、实验对象以及实验
7、信息资源等,支持实验者在虚拟环境中开展实验项目。3.3 虚实融合(Virtuality-Reality fusion):指借助互联网技术、智能传感器设备等获取真实世界的环境和虚拟世界的环境中的信息数据,将真实世界的客观信息与虚拟环境中的数字资源的有效融合。3.4 学习行为单元(Learning behavior unit):学习过程中的行为单元(数据元)是判断学习者行为、心理和生理特征的基本逻辑单元,一系列的行为单元组成了学习者的学习行为。学T/CI 03920222习者行为单元是判断学习者实验结果的关键参考信息。学习者行为具体表现为系统中的多模态交互行为,包括学习者对虚拟/真实实验仪器的操作
8、、与教师的对话行为、与虚拟学伴/教师的对话交互。4总体设计4.1基本目标系统应实现以下基本目标:(1)促进实验教学的教学效果,促使学习者对实验的理解更深刻,更好地理解知识,锻炼实验能力,培养学习者的逻辑思维能力;(2)培养学习者学习科学知识的兴趣,提高学习者的积极性,以学习者的现实情境为依托,激发学习者的好奇心和求知欲;(3)转变学习者的学习方式,培养学习者自主探究的能力,利用虚实融合的实验平台开展实验,增强学生的自主学习能力。同时,虚实融合实验平台可以通过对学习行为的全过程监控和分析,对学生的学习情况给予及时反馈,并为学习者提供个性化引导提示与反馈,引领学习者在经历科学探究的过程中,获取科学
9、知识,领悟科学的探究方法,从而培养学生的科学探究能力。4.2系统结构系统的结构如下:(1)虚实融合探究式学习环境的搭建搭建虚实融合教学环境下满足学习者探究式学习需求的学习系统与平台,系统与平台需满足上述提出的需求,主要有:为用户提供虚实融合的探究式学习的交互体验,采集学习者在学习过程与结果中的行为数据,以及反馈显示学习者行为分析后的结果。(2)多模态学习行为智能识别与分析构建虚实融合教学环境下学习者探究过程中的学习行为模型,并建立多层次、多角度和多模态的行为评估模型,对学习行为进行实时的智能识别与分析。同时对学习行为单元进行切割,结合分析学习者在整个学习过程中的历史行为,进一步分析学习过程与结
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