專利名稱：虛擬創造教育方法
技術領域：
本發明涉及教育類，具體的講是涉及一種虛擬創造教育方法。虛擬創造，是使實際創造過程在計算機上的本質實現的過程，即采用計算機仿真與虛擬現實技術，使學生在計算機上群組協同工作，以實現創造的設計、加工制造、性能分析、作品評價等實踐活動。虛擬創造不是真實的創造，但是它卻體現了創造的本質過程，有時被認為是一種超越現實的一種想象力表現。
背景技術：
在目前的創造教育實踐中，存在著如下的問題首先是創造作品的物質化，我們一般把有形的創造作品視為真實，一個小發明、小創造從設想到成品，需要一個很長的過程，特別是在制作過程中更是要化費大量精力、消耗大量原材料才可能完成，而近年來隨著創造教育水平的提高，不少作品在材料上要求越來越高，作品制作成本有不斷增高的趨向，完成的作品復制、保存、修復也需要更多經費的保證。其次是創造工藝的成人化，學生的創造從意想到作品，一般依賴于工藝。學生創造能力首先在于創意，在創意到作品的過程中需要的技術工藝得到成人的幫助和支持是自然的甚至是必要的，但是技術工藝是一項需要長期訓練才能形成的專門能力，對于小學生而言是難以實現的，也就使“真實創造”更難以突破，成人化傾向不可避免。再有就是教育模式的單一，創造教育是基于技法的訓練模式，這種模式一般都很少涉及微觀世界和宏觀世界，學生的學習創造的過程被相對局限于一個更狹小的空間中，而難以引發和滿足學生對微觀和宏觀世界的向望和好奇。還有是教育手段的傳統，在新的教育技術手段不斷加入到教育過程時，研究還未能從新的技術層面去詮釋創造教育，使其具有鮮明的時代特征，創造教育本身亟需自我創造、自我革新。
發明內容
本發明的目的是根據上述現有技術的不足之處，提供一種虛擬創造教育方法，使學生們都能在虛擬的環境中完成自己的作品，有效地規避了技術和工藝問題，讓學生有更多的時間進行創造性的思考。
本發明目的實現由以下技術方案完成一種虛擬創造教育方法，其特征在于該方法至少具備一個用于虛擬創造的數據資源庫，至少具備一個虛擬創造平臺。
其中用于虛擬創造的數據資源庫包括由家具、人物、玩具、植物、家電、交通、日用品、音樂、學校、服飾構成的資源圖庫；以及由課程教材構成的資源庫。
虛擬創造平臺至少包括有技法天地版塊，該版塊包含對數據資源庫中的內容進行加一加、縮一縮、變一變、反一反、定一定、搬一搬、代一代、改一改、仿一仿、聯一聯、擴一擴、試一試共計十二種技法的演練。
虛擬創造平臺至少包括有創造星光版塊，該版塊包含已有作品的創造者的創造故事以及創造作品介紹。
虛擬創造平臺至少包括有創造之路版塊，該版塊展示有典型意義的創造發明過程。
虛擬創造平臺至少包括有設計師版塊，該版塊借助實用設計軟件，讓學生在數據資源庫的基礎上，運用內置的模塊和程序按照自己的意愿完成設計創造。
虛擬創造平臺至少包括有發明涂鴉版塊，該版塊設置有問題情境，并按照問題的難易程度分成不同的星級，學生按星級自由選擇學習，從數據資源庫中提取有關的信息或物件，進行組合、刪改、加工、再創作，完成虛擬創作、并進入有關的驗證程序。
本發明還可以包括虛擬創造的成果展示臺及其評論臺。
本發明可通過計算機及其相應的軟件、硬件配合實現。
本發明的優點是，(1)輔助式教學。在教學過程中信息技術充當教學媒體而成為教學結構四要素(學生、教師、教材、教學媒體)之一，也是協助教師向學生傳授知識的工具。(2)支撐式教學。CAI課件、積件、教學資源庫、多媒體著作平臺、教學管理軟件平臺等都對整個教學活動起著技術支持的作用，教學活動更趨多樣化和開放性。(3)主體化學習。教師通過網絡把課程和作業等內容上傳到教學系統中，學生利用帳號和密碼登錄、瀏覽或下載學習資料，學生自主學習是其基本特征。(4)個性化學習。在迅速發展起來的現代遠程教育的支持下，學生可以根據自己的現有知識水平、學習習慣和自身需要等情況選擇和確定課程內容，體現個性化學習的基本要求。使學生們都能在虛擬的環境中完成自己的作品創造，有效地規避了技術和工藝問題，讓學生有更多的時間進行創造性的思考。在計算機及其網絡下的虛擬創造環境，學生可以把自己的創造運用動畫等軟件進行制作，可以不斷修改、完善自己的創造設想直至制作出滿意的作品。與真實創造比較，虛擬創造的作品是虛擬模型，在計算機上對虛擬模型進行作品設計、制造、測試，甚至學生可“進入”虛擬的制造環境檢驗其設計、加工、裝配和操作，而不依賴于對作品的的反復修改；學生可以將自己的作品(部件)存放在計算機里，隨時修改完善，從而能大幅度壓縮創造的時間，提高質量、降低成本；虛擬創造可使分布在其它學生合作伙伴在同一個創造作品模型上同時工作，相互交流，信息共享，減少大量的文檔生成及其傳遞的時間和誤差。
具體實施例方式
以下結合附圖
通過實施例對本發明特征及其它相關特征作進一步詳細說明，以便于同行業技術人員的理解虛擬創造教育的目標在于發展學生的創造力，學生在虛擬創造的過程中得到的將是多方面的提高。
本實施例涉及的虛擬創造教育方法，由虛擬創造教育方法、虛擬創造平臺以及成果展示臺及其評論臺三大部分構成。
一、首先創建一個用于虛擬創造的數據資源庫，其中包括由家具、人物、玩具、植物、家電、交通、日用品、音樂、學校、服飾構成的資源圖庫，以及由課程教材構成的資源庫。
二、創建虛擬創造平臺，由以下版塊組成1、技法天地版塊以動畫形式出現對數據資源庫中的內容進行加一加、縮一縮、變一變、反一反、定一定、搬一搬、代一代、改一改、仿一仿、聯一聯、擴一擴、試一試共計十二種技法的演練，每個技法配2-3個“試一試”，讓學生的創造設想在計算機上得以實現。
例如(1)加一加在這件東西上添加些什么或把這件東西跟其他東西組合在一起，行不行？加一加后會變成什么新東西？這新東西有什么新的功能？加一加思路實例 試一試活動材料 教學案例 課堂教學實錄
生活中常見的東西，如果有新的功能，多好！你看添加些什么才可能成為現實？
(2)縮一縮把某件東西壓縮、折疊、縮小，它的功能、用途會發生什么變化？思路 實例試一試 活動材料 教學案例 課堂教學實錄
生活中常見的東西，如果有新的功能，你看，怎樣縮一縮才可能成為現實？
(3)定一定為了解決某一問題或改進某一件東西；為了提高學習、工作效率，防止可能發生的事故或疏漏；為了生活得更美滿，需要定出什么嗎？這個規定的作用究竟是什么？思路 實例 試一試 活動材料 教學案例 課堂教學實錄
生活中常見的東西，如果有新的功能，多好！你看添加些什么才可能成為現實？
(4)反一反如果把一件東西的正反、里外、上下、左右、前后、橫豎顛倒一下會有什么結果？如果把平時習慣的思考方向逆反過來能解決什么問題？思路 實例 試一試 活動材料 教學案例 課堂教學實錄
生活中遇到的問題，常規思路不能解決時，有時運用反一反的思路，問題同樣能迎刃而解。
(5)代一代有什么東西能代替另一件東西嗎？，如果用別的材料、零件、方法等代替另一種材料、零件、方法行不行？會產生哪些變化？會有什么效果？能解決哪些問題？思路 實例 試一試 活動材料 教學案例 課堂教學實錄
生活中經常遇到不同的問題，找到問題的關鍵，然后尋找替代品，問題也許就迎刃而解。
(6)改一改某件東西在使用過程中，還有那些缺點或不足？把這些缺點與不足排一排，再分析一下，看看哪個缺點是主要的或必須馬上解決的，怎樣改進才能克服或盡量減少缺點，給人們帶來方便。思路 實例 試一試 活動材料 教學案例 課堂教學實錄
生活中常見的東西，總有不太滿意處，如能稍做改變，克服原來的缺點，多好！
(7)變一變改變一下事物的形狀、顏色、音響、氣味、位置、方向回產生什么結果？改變一下事情的次序或操作的順序又會產生什么結果？思路 實例 試一試 活動材料 教學案例 課堂教學實錄
生活中常見的東西，總有不太滿意處，如能稍做改變，克服原來的缺點，多好！
(8)仿一仿有什么事物可以讓自己模仿、學習一下？模仿它的某些形狀、結構或學習它的某些原理、方法。這樣做，會有什么良好的效果？這樣會創造出什么新的東西？思路 實例 試一試 活動材料 教學案例 課堂教學實錄
生活中的很多東西，常常有它的獨特功能！仿一仿，你也能造出有獨特功能的新東西？
(9)聯一聯某件事情的結果跟它的起因有什么聯系？能從中找到解決問題的辦法嗎？把兩樣或幾樣事物聯系起來，會發現什么規律？把幾樣東西聯在一起，或幾件事情聯系起來，能幫助我們解決什么問題？思路 實例 試一試 活動材料 教學案例 課堂教學實錄
生活中常見的東西，如果能加以利用，多好！你看，怎樣聯一聯才可能成為現實？
(9)搬一搬把這件東西搬到別的地方，還能有什么用處嗎？或將某一個想法、道理，某一項技術搬到別的場合或地方，能派上別的用處嗎？思路 實例 試一試 活動材料 教學案例 課堂教學實錄
生活中常見的東西，搬到別處也可能發揮新的效益！遇到問題的時候，也可以嘗試用搬一搬的方法來解決問題！
(10)擴一擴這樣東西如果放大、擴展(聲音擴大、面積擴大、距離擴大……)，它的功能與用途會有哪些變化？這件物品除了大家熟知的用途外，還可以擴展出哪些用途？思路 實例 試一試 活動材料 教學案例 課堂教學實錄
生活中常見的東西，如果有新的功能，多好！你看，怎樣擴一擴才可能成為現實？
(11)減一減能在某件東西上減去什么部分嗎？能把某樣東西的重量減輕一點嗎？能在操作過程中減少次數行不行？這些從形態上、重量上、過程中的“減一減”能產生什么好的效果嗎？思路 實例 試一試 活動材料 教學案例 課堂教學實錄
生活中常見的東西，如果能有更多的方便，多好！你看減去些什么才可能成為現實？
2、創造星光版塊分為兩個部分，第一部分以動畫形式出現和田創造小明星的的創造小故事多功能籃球架，防滲漏雨衣，防漏電插座，方向指示儀等，配小作者的照片，創造的想法，作品介紹等；第二部分以圖文形式呈現各國發明家的作品或生平故事。
3、創造之路版塊用圖文方式展示有典型意義的發明過程，如拉鏈、折疊式自行車、眼鏡、杯子、黑板擦、筆、折疊式曬衣架的發明過程等等。
4、設計師版塊借助房屋設計、時裝設計，包裝設計等實用設計軟件，讓學生可以運用內置的模塊和程序按照自己的意愿完成設計并打印成品。
5、發明涂鴉版塊機器內置問題情境，學生按星級自由選擇學習，從資源庫中提取有關的信息或物件，進行組合、刪改、加工、再創作，完成虛擬創作，并進入有關的驗證程序、或發表自己的異想天開，而后將作品傳到展示平臺。
三、創建虛擬創造的成果展示臺及其評論臺，作為學生作品展示發布以及學生作品評論平臺。
在本實施例實施過程中，學生觀察、搜集和組織資料、確認的控制信息、形成和驗證假設、提出解釋和做出推理、進行自主創造等，一切的行為都和其創造潛能的釋放、學習過程的自覺性和獨立性、對知識發生過程的理解與探究、主觀參與與客觀參與的統一等聯系，大大提高了學生技術能力，激發其持續創造。
本發明運用計算機網絡，建立虛擬工作模式，在目前的技術平臺上，運用本發明建立起了虛擬創造教室。
虛擬創造技術是多學科綜合的系統技術，需要研究開發相應的硬件集成系統與軟件支持。虛擬創造系統最本質的特征就是學生對虛擬場景的沉浸，可根據學生用戶參與系統的不同形式以及沉浸的程度不同而定。
電腦顯示屏是學生觀察虛擬境界的一個窗口，學生利用配置的各種外部設備來駕馭虛擬境界，操縱在虛擬情景中的各種物體。這些外部設備包括鼠標、追蹤球、力矩球等。學生使用位置跟蹤器和另一個手控輸入設備，如鼠標，追蹤球等，應用計算機屏幕觀察360度范圍內的虛擬境界，并操縱其中的物體。但這時囿于設備學生沒有辦法完全投入，周圍現實環境仍然會干擾學生的“沉浸”。桌面級的虛擬創造最大不足是缺乏完全投入的功能，但是成本也相對低一些，因而，應用面比較廣。常見可以實現的桌面虛擬創造技術有基于靜態圖像的虛擬現實技術，這種技術不采用傳統的利用計算機生成圖像的方式，而采用連續拍攝的圖像和視頻，在計算機中拼接以建立的實景化虛擬空間，這使得高度復雜和高度逼真的虛擬場景能夠以很小的計算代價得到，從而使得虛擬現實技術可能在PC平臺上實現；虛擬創造造型語言它是一種在Internet網上應用極具前景的技術，它采用描述性的文本語言描述基本的三維物體的造型，通過一定的技術控制，將基本的三維造型組合成虛擬場景，當瀏覽器瀏覽這些文本描述信息時，在本地機器上進行解釋執行，生成虛擬的三維場景。其最大特點在于利用文本描述三維空間，大大減少了在Internet網上傳輸的數據量，從而使得需要大量數據的虛擬現實得以在Internet網上實現；桌面CAD系統利用Open GL、DirectDraw等桌面三維圖形繪制技術對虛擬世界進行建模，通過計算機的顯示器進行觀察，并有能自由地控制的視點和視角。這種技術在某種意義上來說也是一種虛擬現實技術，它通過計算機計算來生成三維模型，模型的復雜度和真實感受桌面計算機計算能力的限制。
投入式的虛擬創造，完全投入的功能應該通過高級虛擬創造系統實現，操作時學生會產生一種置身于虛擬境界之中的感覺。它通過頭盔式顯示器或其它設備，封閉學生的視覺、聽覺和其它感覺等，并置于一個新的、虛擬的感覺空間之中。這種系統須用位置跟蹤器、數據手套以及其它手控輸入設備、聲音等使學生產生一種身在虛擬環境中、并能全心投入和沉浸其中的感覺。常見的沉浸式系統有基于頭盔式顯示器的虛擬創造系統，在這種系統中，參與虛擬體驗者要戴上一個頭盔式顯示器，視聽覺與外界隔絕，根據應用的不同，系統將提供能隨頭部轉動而隨之產生的立體視覺、三維空間。通過語音識別、數據手套、數據服裝等先進的接口設備，從而使參與者以自然的方式與虛擬世界進行交互，如同現實世界一樣。這是目前沉浸度最高的一種虛擬現實系統；投影式虛擬創造系統，它讓學生從一個屏幕上看到本身在虛擬境界中的形象，為此，使用中電視技術中的“鍵控”的技術，學生站在某一純色背景下，架在參與者前面的攝像機捕捉參與者的形象，并通過連接電纜，將圖像數據傳送給后臺處理的計算機，計算機將參與者的形象與純色背景分開，換成一個虛擬空間，與計算機相連的視頻投影儀將學生的形象和虛擬境界本身一起投射到學生觀看的屏幕上，這樣，學生就可以看到他自己在虛擬空間中的活動情況。學生可以與虛擬空間進行實時的交互，計算機可識別學生的動作，并根據學生的動作改變虛擬空間，比如來回拍一個虛擬的球或走動等，這可使得學生感覺就象是在真實空間中一樣；遠程存在虛擬創造系統，遠程存在虛擬創造系統是一種虛擬現實與機器人控制技術相結合的系統，當學生A操縱一個時，其結果卻在學生B的另一個虛擬創造系統發生，學生通過立體顯示器獲得深度感，顯示器與遠地的攝像機相連；通過運動跟蹤與反饋裝置跟蹤操作員的運動，反饋遠地的運動過程，并把動作傳送到遠地完成。
虛擬環境下的創造主模型技術主模型是一個核心，能以此為中心通向設計、制作等各個環節并為其提供服務。主模型具有統一的數據結構和分布式數據管理系統，它是一個可視化的數字產品模型，具有所代表的對象所具有的各種性能和特征，并能并行地處理設計分析、加工制造等各種創造環節所面臨的諸多問題。
虛擬創造實踐活動反映出信息技術課程的技術層面特征。(1)數字化，在信息化社會，數字化學習將是教育教學活動的主旋律，虛擬創造的開始正是最鮮明的反映。(2)媒體化，目前，我們的虛擬創造僅僅只是開始，更多的是基于信息技術環境下的課程內容，利用多媒體形式呈現出來，并將進一步努力建設基于Web的流媒體技術，則可實現遠程多媒體課件的在線點播、實時現場直播等。(3)智能化，學生可以在一個開放的、智能化的課程平臺上，以制定適合自身特點的課程內容和學習計劃，進行高效率、高質量、高層次的協作學習，滿足個性化學習的需要。(4)網絡化，學生依托網絡學習環境以及信息化學習資源展開學習活動，在目前校園網下，各種交流與合作學習都呈現出網絡化趨勢。(5)工具性，信息技術是學生進行自主學習和建構知識的認知工具、表達和溝通的交流工具，同時也是教師進行新型教學設計、實踐新型教學模式的工具。(6)基礎性，師生的信息技術技能和能力至關重要。(7)適應性，虛擬創造本身意味著不斷地更新、吸收、改造、重組和應用，根據需求并經過相應的技術加工處理之后，新的信息技術就可以不斷地移植到課程結構當中。(8)變革性，虛擬創造引發了一系列學習方式的變革，主要有主題探究學習、小組協作學習、研究性學習、任務(或項目)驅動式學習、問題解決式學習等，它們立足于強化本學科內部的資源整合、多學科內容綜合以及學生多種能力的培養。這些學習方式都強調要幫助學生恰當地運用信息技術來達成知識與技術的學習目標，從而達到信息素養和創造力培養的雙重目標。
虛擬創造實踐活動課程(包括課程的目標、內容、結構、資源、實施以及評價等方面)在信息技術的支撐和滲透下，適應新課程改革的要求，著重呈現出如下特征。(1)多元價值觀，在虛擬創造教育的過程中，既強調學生掌握知識，更強調教會學生利用知識去創造新的學習，積累豐富的學習經驗、發展學習能力和拓展知識結構，讓每位學生都能發展自己的特長、挖掘潛能和培養創新能力，即培養學生創新能力比授給學生知識更為重要。由此，虛擬創造教學設計受到重視，尊重學生學習主體的教學結構得到深入的實踐和研究，呈現出課程價值取向多元化、評價過程主體化的特點。(2)課程內容信息化，虛擬創造教育過程中，教師借助網絡組織教學過程，充分利用教學軟件(如幾何畫板、幻燈制作等)，對網絡學習資源進行科學有效的揉合，構建開放的學習環境。(3)資源泛在化，在信息網絡十分發達的今天，各種各樣的傳媒信息、教育資源、人力資源以及社會資源都散布在世界各地的信息網絡中，這種分布式網絡結構不僅使得學生的學習資源可能泛在性地存在，也使得學生的學習資源迅速豐富了起來。同時，學生在虛擬創造過程中，他們的學習方式呈現新的特點，學生會通過各種途徑主動獲得資源、尋求幫助，一切都可能成為學生可得用的資源。(4)學習自主化，在虛擬創造過程中，學生的學習方式表現出高度的獨立性和極強的協作性，學生知識結構、解決問題的能力和學習方式會有很大的改變，知識基礎更扎實、應變能力和適應能力更強。學生既可以通過網絡獲得更多的學習機會，又可以參與課程的設置、計劃的實施以及社區的討論等活動，從事著更具個性化的學習。
權利要求
1.一種虛擬創造教育方法，其特征在于該方法至少具備一個用于虛擬創造的數據資源庫，至少具備一個虛擬創造平臺。
2.根據權利要求1所述的一種虛擬創造教育方法，其特征在于所述的用于虛擬創造的數據資源庫包括由家具、人物、玩具、植物、家電、交通、日用品、音樂、學校、服飾構成的資源圖庫；以及由課程教材構成的資源庫。
3.根據權利要求1所述的一種虛擬創造教育方法，其特征在于所述的虛擬創造平臺至少包括有技法天地版塊，該版塊包含對數據資源庫中的內容進行加一加、縮一縮、變一變、反一反、定一定、搬一搬、代一代、改一改、仿一仿、聯一聯、擴一擴、試一試共計十二種技法的演練。
4.根據權利要求1所述的一種虛擬創造教育方法，其特征在于所述的虛擬創造平臺至少包括有創造星光版塊，該版塊包含已有作品的創造者的創造故事以及創造作品介紹。
5.根據權利要求1所述的一種虛擬創造教育方法，其特征在于所述的虛擬創造平臺至少包括有創造之路版塊，該版塊展示有典型意義的創造發明過程。
6.根據權利要求1所述的一種虛擬創造教育方法，其特征在于所述的虛擬創造平臺至少包括有設計師版塊，該版塊借助實用設計軟件，讓學生在數據資源庫的基礎上，運用內置的模塊和程序按照自己的意愿完成設計創造。
7根據權利要求1所述的一種虛擬創造教育方法，其特征在于所述的虛擬創造平臺至少包括有發明涂鴉版塊，該版塊設置有問題情境，并按照問題的難易程度分成不同的星級，學生按星級自由選擇學習，從數據資源庫中提取有關的信息或物件，進行組合、刪改、加工、再創作，完成虛擬創作、并進入有關的驗證程序。
8.根據權利要求1所述的一種虛擬創造教育方法，其特征在于所述的教育方法還包括虛擬創造的成果展示臺及其評論臺。
9.根據權利要求7或8所述的一種虛擬創造教育方法，其特征在于在發明涂鴉版塊學生可以發表自己的異想天開，而后將作品傳到虛擬創造的成果展示臺。
10.根據權利要求1所述的一種虛擬創造教育方法，其特征在于所述的教育方法是通過計算機及其相應的軟件、硬件配合實現的。
全文摘要
本發明涉及教育類，具體的講是涉及一種虛擬創造教育方法，該教育方法至少具備一個用于虛擬創造的數據資源庫，具備一個虛擬創造平臺，采用計算機仿真與虛擬現實技術，使學生在計算機上群組協同工作，以實現創造的設計、加工制造、性能分析、作品評價等實踐活動，使學生們都能在虛擬的環境中完成自己的作品創造，有效地規避了技術和工藝問題，讓學生有更多的時間進行創造性的思考，在計算機及其網絡下的虛擬創造環境，學生可以把自己的創造運用動畫等軟件進行制作，可以不斷修改、完善自己的創造設想直至制作出滿意的作品。
文檔編號G09B19/00GK1808522SQ20051011240
公開日2006年7月26日 申請日期2005年12月30日 優先權日2005年12月30日
發明者張軍謹, 王鋼 申請人:上海市閘北區和田路小學