支持力反馈的沉浸式物理学习环境的构建

郑明钰，李家和，张 晗，骆岩林，申佳丽，朱小明

支持力反馈的沉浸式物理学习环境的构建

郑明钰，李家和，张 晗，骆岩林，申佳丽，朱小明

(北京师范大学人工智能学院，北京 100875)

随着虚拟现实(VR)技术的发展，沉浸式学习环境在教育教学领域应用前景日趋广阔，如物理实验仿真教学。然而，现有虚拟学习环境大多只能提供视觉与听觉的交互，不支持力触觉交互，存在弊端。项目组将力反馈技术应用于虚拟学习环境，描述一个支持力反馈的沉浸式物理学习环境的总体框架和开发流程。使用Touch力反馈设备，借助Unity3D软件和OpenHaptics力觉函数库，设计实现典型案例：重力和摩擦力实验。通过实验得出：支持力反馈的沉浸式物理学习环境，具有更好的沉浸感和自然交互性，可加深学生对抽象物理概念和规律的理解，提高学习兴趣和自主性。

沉浸式学习环境；力反馈；虚拟现实；物理教学；人机交互

近年来，中小学基础教育越发重视对学生实践能力和学科素养的培养，对于一些以实验为基础的学科，如物理，实验是教学过程中一个必不可少的环节。然而，由于条件制约，实际物理教学过程中存在着“实验一遍过”、甚至“无实验”等难题，同时，由于某些物理模型较为抽象，教师很难在课堂上展示，导致学生理解错误，无法领会，甚至选择放弃学习。

随着虚拟现实(virtual reality，VR)技术的发展，越来越多的教育机构意识到虚拟学习环境可以弥补传统实验教学的不足。将虚拟学习环境运用到物理实验教学，可让学生体会各种抽象的物理模型，获得直观而深刻的沉浸式学习体验，从而加深理解。……