一种基于互联网的互动虚拟实验的实现方法技术

本发明专利技术涉及一种基于互联网的互动虚拟实验的实现方法，包括以下步骤：老师用鼠标把最小实验单元拖拽入演示区；上述操作动作由全景学习平台进行数据化描述并以数据包的形式向学生端发送，根据这些数据，在学生端虚拟实验子系统的演示区的同样位置自动放置同样的最小实验单元；老师对最小实验单元进行操作，操作动作由全景学习平台进行数据化描述，并形成数据包向学生端发送，学生端根据上述数据自动进行同样的操作；老师端和学生端的演示区中的最小实验单元根据程序属性、程序逻辑和程序事件进行模拟实验的演示。通过网络，学生或老师能够对客户端上的实验单元进行单独或联合操作，实验效果与真实实验基本一致，能大大节约教学成本，在教育信息化等领域具有广阔的应用空间。

【技术实现步骤摘要】
一种基于互联网的互动虚拟实验的实现方法
本专利技术涉及教育信息化
，具体涉及一种基于互联网的互动虚拟实验的实现方法。该虚拟实验的实现方法可广泛应用于信息化教学，为师生提供更直观、更方便、交互性更好的虚拟实验及仿真方法。
技术介绍
随着数字技术(DigitalTechnology)的发展，越来越多的人通过互联网学习新知识，在线学习已经称为人们获取知识的一种全新方式。特别是在出现特别严重的公共卫生事件(如非典SARS、新冠病毒肺炎COVID-19)后，全世界范围内对在线学习的需求与应用都在不断增加。而在教学过程中，老师需要和学生进行演示、互动操作等教学步骤的环节，比如物理教学中的物体运动实验、电路实验、光学实验等；化学教学中的各种化学反应实验等，在线学习都只能通过视频的方式来进行演示，无法让学生亲自操作。老师也无法了解学生在操作过程中存在的问题，从而快速进行指正。另一方面，对于一些具有危险性的物理或化学实验，为了确保学生的安全，在现实实验环境下也无法体验，例如能够产生剧毒物质的化学实验。还有一些理想实验环境下的实验，比如理想受力状态的物理实验等，同样也只能通过类似视频、动画模拟的手段来向学生展示。随着教育信息化技术以及互联网技术的发展，能否通过新的技术让学生亲自操作，更加直观地展示实验现象，成为当下一个十分突出、且亟待解决的问题。为了解决上述技术问题，我们需要实现以下目标：第一，能够支持通过计算机模拟各种实验工具、实验仪器。第二，能够还原真实实验中，应有的反应、效果或运动情况。>第三，能够互动操作。通过网络，让学生或老师能够对客户端上的实验单元进行操作，并可以同步到所有在线观看的其他学生或老师客户端的界面上，同时，各个客户端的反馈应该是一致的。现有的虚拟仿真实验系统大多为本地操作，每一个客户端都需要购买一个软件许可证，这大大增加了学生使用这些系统的成本。因此，如何实现虚拟实验以及老师与学生之间如何进行远程互动虚拟实验就成为现有技术中存在的一个亟待解决的难题。
技术实现思路
为了解决上述现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种虚拟实验(或试验)的实现方法以及基于互联网的互动虚拟实验的实现方法。所述虚拟实验的实现方法包括以下步骤：步骤1、根据实验目的的不同，把实验器材分解成最小实验单元。例如，一个简单的电路实验，我们把实验器材分解为最小实验单元，包括电池、电池盒、滑动变阻器、电流表、导线、灯泡和闸刀开关。再例如，加热高锰酸钾制备氧气实验，我们把实验器材分解为酒精灯、试管、带导管的单孔塞、集气瓶、水槽、试管架、铁架台和高锰酸钾药品。步骤2、利用计算机程序赋予最小实验单元程序属性、程序逻辑和程序事件。所述程序属性是指最小实验单元自身能够提供给其他最小实验单元使用或供自身输出的参数和/或状态。例如酒精灯是否处于点燃状态、灯泡是否处于完好状态、电池的电压、滑动变阻器的电阻，均属于程序属性。所述程序逻辑是指当前最小实验单元自身的逻辑处理流程。例如拖动滑动变阻器的电阻块，其电阻值会发生变化；点击闸刀开关，可以将闸刀开关的状态在关闭和打开之间进行切换；试管在空置状态下进行加热会破裂等。以上均属于实验单元自身的程序逻辑。所述程序事件是指当前最小实验单元产生的，向与其相连或产生关联关系的其他最小实验单元发送的消息，各最小实验单元通过这种方式进行程序属性发生变化时的通知。例如，当试管被加热时，试管会产生加热事件，传递给试管内部盛放的实验药品单元，从而使其产生程序属性的变化；滑动变阻器的电阻值产生变化时，会通过程序事件通知同一电路中的其他最小实验单元。程序事件具有一定的传递范围和路径，同时，程序事件也可以携带产生目标的变化值或其他参数，供接收方的最小实验单元使用。步骤3、最小实验单元接收其他最小实验单元的程序事件来触发自身程序逻辑。步骤4、接收程序事件的最小实验单元可以追踪到程序事件的产生目标，读取其能够提供的属性或状态值，结合接收到的程序事件所携带的参数作为输入参数。再由自身的程序逻辑进行运算，并根据运算结果更改自身的程序属性，从而模拟真实实验流程或实验现象。下面我们通过具体实验案例来说明虚拟实验的实现方法。1、通过计算机程序，模拟实现各种独立的实验器材(即最小实验单元)，每个最小实验单元对应现实中真实存在的一个实验仪器。比如化学实验中的试管、酒精灯、烧杯、安瓿瓶、试管架等；物理实验中的电压表、电流表、开关、灯泡、变阻器等。并针对每一种独立的最小实验单元编写计算机程序，使其本身具备既定的判断和逻辑运行能力，并触发对应的运行结果，通过动画、声音的方式进行展现。我们以化学实验中的酒精灯、火柴和试管来做简单说明：酒精灯作为一个最小实验单元，具备打开、关闭、点燃三个基本状态。酒精灯只有处于打开状态(这里的打开状态即移除酒精灯的灯帽)的前提下，才能转变为点燃状态。而转变为点燃状态，必须使用火柴单元靠近暴露的灯芯部分，进行点燃。其中，酒精灯打开和关闭状态的切换，即为对酒精灯帽的操作，通过鼠标、触控设备等将灯帽移除，即可将酒精灯实验单元的状态由关闭切换到打开。在打开状态下，火柴单元靠近酒精灯芯，酒精灯即被点燃。而将灯帽盖回，则可以将酒精灯由点燃状态和打开状态，切换为酒精灯熄灭且关闭的状态。当酒精灯处于点燃状态下，即可对靠近其火焰一定距离的实验单元(比如试管)，自动发送加热事件。并根据实验单元与火焰的距离，计算加热量的权重值，从而决定加热强度。而试管实验单元，则可以接受上述加热事件，并对加热事件中所携带的参数，根据自身的程序逻辑进行处理，改变自身的程序属性，并传递加热这一程序事件。如果试管内装有药品、液体等其他最小实验单元，则可以接收加热这一程序事件，并由其所对应的程序逻辑进行处理。而试管中如果没有装入任何药品、液体等其他最小实验单元，则根据试管实验单元的自身逻辑，评估空烧损坏程度，并根据运算结果播放试管炸裂的动画以及试管炸裂的声音，从而达到模拟真实实验效果的目的。2、具体地，要根据每种实验单元能够支持的操作，进行具体的编程。使用户通过鼠标、触控屏对实验单元作出的操作，转变为可以在实验单元间进行传递的操作信号。同时借由上一步骤所提到的，实验单元自身的程序逻辑处理能力(通过最小实验单元的程序属性、程序逻辑和程序事件实现)，对这些操作信号进行处理，结合其他参数，如停留时间、与其他最小实验单元之间的距离、各种虚拟环境参数等，作出运算，然后将运算结果以程序事件的形式推送给与之相关联的其他最小实验单元，重复上述步骤，同样进行逻辑运算，直至产生最终的结果。我们以试管和试管架为例来做简单地说明。试管和试管架，均能够支持移动事件，即通过鼠标、触控屏来移动实验单元，并固定摆放位置。并且，试管和试管架之间可以进行关联，如将试管拖动摆放在试管架的附近，即可产生联动效果，即画面显示，试管摆放在了试管架上，此时再移动试管架，试管将随之移动。从而模拟现实实验中的操作。电池和电池盒也有类似效果。一种基于全景学习平台的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种虚拟实验的实现方法，其特征在于，所述虚拟实验的实现方法包括以下步骤：/n步骤1、根据实验目的的不同，把实验器材分解成最小实验单元；/n步骤2、利用计算机程序赋予最小实验单元程序属性、程序逻辑和程序事件；/n步骤3、最小实验单元接收其他最小实验单元的程序事件来触发自身程序逻辑；/n步骤4、接收程序事件的最小实验单元根据程序事件确认产生目标，读取其能够提供的属性或状态值，结合接收到的程序事件所携带的参数作为输入参数，再由自身的程序逻辑进行运算，并根据运算结果更改自身的程序属性或状态，从而模拟真实实验流程或实验现象。/n

【技术特征摘要】
1.一种虚拟实验的实现方法，其特征在于，所述虚拟实验的实现方法包括以下步骤：
步骤1、根据实验目的的不同，把实验器材分解成最小实验单元；
步骤2、利用计算机程序赋予最小实验单元程序属性、程序逻辑和程序事件；
步骤3、最小实验单元接收其他最小实验单元的程序事件来触发自身程序逻辑；
步骤4、接收程序事件的最小实验单元根据程序事件确认产生目标，读取其能够提供的属性或状态值，结合接收到的程序事件所携带的参数作为输入参数，再由自身的程序逻辑进行运算，并根据运算结果更改自身的程序属性或状态，从而模拟真实实验流程或实验现象。


2.根据权利要求1所述的虚拟实验的实现方法，其特征在于，所述程序属性是指最小实验单元自身能够提供给其他最小实验单元使用或供自身输出的参数和状态。


3.根据权利要求1所述的虚拟实验的实现方法，其特征在于，所述程序逻辑是指当前最小实验单元自身的逻辑处理流程。


4.根据权利要求1所述的虚拟实验的实现方法，其特征在于，所述程序事件是指当前最小实验单元产生的，向符合条件的最小实验单元发送的消息，通过这种方式进行程序属性发生变化时的通知。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫健，任浩，
申请(专利权)人：北京国发天元信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11