基于Secondlife的虚拟化学实验研究

摘 要：本研究针对目前中学化学实验教学存在的问题，结合Secondlife和Sloodle平台的优势，在已有的《高锰酸钾制取氧气》实验模式的基础上，主要阐述了该虚拟实验环境的实现过程。本研究的虚拟实验为中学化学实验教学改革提供了一种新技术和手段。

关键词：虚拟实验 Secondlife Sloodle 化学实验教学

中图分类号：G420 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）09（b）-0175-01

《新课程标准》要求新的化学课程以学生的发展和社会需求为出发点，通过实验过程操作获得化学知识与技能，而基于Flash5.0、openGL、X3D等技术的三维虚拟环境交互形式单一，体验感差，不能激发学习兴趣[1]，缺少智能的化学反应机制和对实验过程的管理、控制，不利于学习者对实验过程的认知和理解。本研究一方面利用Secondlife的建模工具和林登脚本语言及粒子系统创建形象逼真的反应现象和深度的操作交互；另一方面运用Mloodle平台对整个实验操作过程进行跟踪、管理和控制。本研究所创建的学习环境具有情境沉浸感强、交互多元化、精密的反应机制控制和过程管理等特点，能够有效解决化学实验教学面临的实际问题。

1 基于Secondlife的虚拟化学实验的实现

基于Secondlife的虚拟化学实验环境主要包括场景及模型、交互系统、支持工具、资源系统、特效系统、评价反馈系统等。

1.1 虚拟实验场景及模型的实现

Secondlife内部虚拟实验场景的创设过程首先是利用3D建模工具创建物理模型，配套使用外部三维建模软件如Blender、3D Max以及图形处理软件Photoshop等制作出材质，再将材质贴在物理模型上形成虚拟物体；最后将设计好的林登脚本添加到物体上，实现物体的功能属性，其实质是通过将各种虚拟物体（又称PRIM，用户用于创造物体的基本单位）的有序组合，来实现自动行为和创建复杂的系统，提供虚拟现实交互功能的扩展。

1.2 虚拟化身

为了增加整个虚拟实验的体验感、沉浸感，加深学生对实验的感触和认知，Secondlife为用户提供了虚拟化身（Avatar）。化身是以人为基本形状，化身之间还可以进行语言，动作、表情等交互。

1.3 交互系统实现

交互系统主要是人机交互、人机交互主要是按照实验设计的先后顺序触发激活实验仪器。为了提示各个仪器的顺序，给仪器设置了变色功能；点击各个仪器，使之能按顺序出现在特定位置，这一功能的实现主要是先在实验室中复制了一套仪器，并将它们摆放在特定的位置上，通过“Hide”将其隐藏起来，再通过鼠标点击显现出来。实验仪器的触发反应是通过林等脚本语言来控制[2]。

1.4 支持工具实现

（1）搜索工具。

搜索工具主要包括地图工具和瞬间移动工具，通过地图工具搜索到学习场所和学习伙伴，通过瞬间移动工具移动到指定地点。

（2）资源工具。

①Secondlife中资源存储和调用方式主要有两种方式：第一，直接将各类型的资源上传到Secondlife环境内部，这种方式不便于资源的扩展应用；第二，通过外部聚合及Sloodle平台的支持来汇聚资源。

②Sloodle平台的资源支持。

将资源以模块的形式存储在Sloodle平台中，然后通过Secondlife的远程数据调以（XML-RPC，HTTP-Request）方式获得资源库的地址，最终使用相应的API将资源呈现到Secondlife中。

（3）实验认知工具。实验过程记录：Secondlife提供的“摄像机”功能，可实时追踪学习者的实验操作过程，采集实验数据，摄取实验现象，加深学习者对实验的认知和理解；另外，Secondlife的Note工具可以提供给学习者实时的文字记录功能，促进学习者对实验的反思和理解。

1.5 评价反馈工具

评价反馈工具是为学习者完成实验之后进行自我反思，教师对学习者的实验过程和结论进行评价反馈的平台。

在虚拟实验中利用Sloodle中的Tracker工具获取学习者的实验操作记录、实验反应数据、跟踪学习者的学习路径，了解学习者的实验过程。学习者通过数据分析推理化学反应机制，促进对实验过程的认知和理解[3]。

1.6 特效实现

在Secondlife中特效的实现是通过在环境编辑器（Environment Editor）中编辑粒子的浓度、数量、阴影、最大粒子数、不透明度等物理属性，结合林等脚本语言和网格来营造虚拟的实验效果。

2 Sloodle平台的功能实现

2.1 Sloodle平台的功能结构

Sloodle是结合Moodle和Secondlife两者优势形成的一个开源平台，Secondlife可以为学习者进行实验提供一个虚拟的沉浸性实验环境，而Sloodle系统在此基础上又实现了对实验过程的跟踪管理和控制，本研究将两者又链接起来，支持整个实验过程。

2.2 Secondlife与Moodle的链接

修改Moodle平台的数据库及代码使其与Secondlife链接。这种方法利用应用编程接口和html、林登脚本语言，通过XML-RPC远程调用在两个平台之间互传数据；Secondlife内置的林登脚本语言提供了许多方法可以使Secondlife中物体与外部网络服务器通信，也可以通过XML-RPC和HTTP请求向网站服务器发送数据。

3 结论

本研究利用Secondlife虚拟环境的情境性、操作交互性和Sloodle平台对实验过程的控制和管理等特性创建了基于Secondlife的虚拟化学实验。该实验具有沉浸感强、深度操作交互、精密的反应机制控制和过程管理等特点，可有效解决当前中学化学实验教学无法培养学生实践能力，不能促进学生对实验过程的认知和理解等问题，弥补中学化学实验教学的不足。

参考文献

[1] 张淼.Secondlife环境下初中力学虚拟实验的设计与实现[D].重庆：西南大学，2013.

[2] 陈颖博.基于Secondlife的虚拟图书馆读者培训环境设计与实现[D].重庆：西南大学，2012.

[3] 陈颖博.基于Secondlife的探究式学习环境设计与实现[J].中国远程教育，2012（2）：79-80.endprint