小学儿童生命安全教育虚拟仿真实验教学项目

作者:李光 时间:2019-09-04 点击数:

1.实验教学项目教学服务团队情况

1-1实验教学项目负责人情况

姓名

李光

性别

出生年月

1983年2月

学历

研究生

学位

硕士

电 话

0719-8846039

专业技

术职务

副教授

行政

职务

教研室主任

手 机

18986915836

院 系

教育学院

电子邮箱

65835130@qq.com

地 址

湖北省十堰市北京南路18号

邮 编

442000

教学研究情况:

1.主持的教学研究课题

(1)师范类专业认证视域下小学教育本科专业人才培养方案改革与实践、湖北高校省级教学研究项目、2018年

(2)专业认证理念视域下师范专业人才培养方案反思和改革、汉江师范学院教学改革研究项目、2018年

2.作为第一署名人在国内外公开发行的刊物上发表的教学研究论文(含题目、刊物名称、时间不超过10项)

(1)乡村小学英语课堂学生活动设计探究、教学与管理(北大中文核心期刊)、

2017.2、独撰

(2)Primary Education Major Curriculum System of New Universities、Risti(EI收录期刊论文)、2016.10、独撰

(3)小学教育专业情境教学模式构思与实践——以汉江师范学院为例、陕西学前师范学院学报、2017.11、第一作者

(4)秦巴山区小学教师“教研分化”问题的对策探究——基于行动研究的思考、

赤峰学院学报(自然科学版)、2017.1、独撰

3.获得的教学表彰/奖励

(1)大学生心理健康教育的理论创新与实践探索、湖北省职业教育教学成果一等奖、2016年

(2)湖北省第七届小学教育专业师范生技能竞赛优秀指导教师、2019年

(3)汉江师范学院“青年教学明星”、2019年

学术研究情况:

1.近五年来承担的学术研究课题

(1)家庭教育投资对小学生学习适应性影响的回归模型建构、湖北省教育厅科研计划项目、2018年、主持人

(2)十堰市小学教师教育研究能力现状调查及对策研究、汉江师范学院校级科研计划项目、2014年、主持人

(3)地方师范院校培养本土乡村教师的探索与实践、湖北省教育改革发展专项课题、2017年,核心成员

(4)高职院校校本课程开发与教师专业发展研究、湖北省教育科学“十二五”规划立项课题、2014年、核心成员

(5)社会支持视角下乡村小学教师发展困境研究——基于《乡村教师支持计划》、湖北省教育厅人文社科项目、2016年、核心成员

2.在国内外公开发行刊物上发表的学术论文

(1)教育公平思想的本质分析与实现途径、中国电力教育、2014.11、独撰

(2)儿童同伴交往行为的社区考察——以H市两社区为例、赤峰学院学报(自然科学版)、2016.12、独撰

(3)自然合作文化:影响教师专业发展过程的新视域、信阳农林学院学报、2017.3、独撰

(4)地方师范院校教师教育观的生成与实践——基于教育目的价值取向演进的思考、黑龙江教育学院学报、2017.2、独撰

(5)我国性别平等教育的历史发展考察、教育教学论坛、2017.1、独撰

3.获得的学术研究表彰/奖励

湖北省高等学校优秀中青年科技创新团队、湖北省教育厅、排名第五、2016年

1-2实验教学项目教学服务团队情况

1-2-1 团队主要成员(含负责人,5人以内)

     序号

姓名

所在单位

专业技术职务

行政职务

承担任务

备注

1

李光

教育学院

副教授

教研室主任

项目统筹

       2

夏小林

教育学院

副教授

副院长

项目设计

       3

姚炎昕

教育学院

讲师

教研室主任

项目实施

       4

徐华勇

教育学院

副教授

教研室主任

实验计划

       5

郑传芹

教育学院

教授

院长

项目指导

1-2-2团队其他成员

序号

姓名

所在单位

专业技术职务

行政职务

承担任务

备注

1

李江

教育学院

副教授

研究中心

负责人

项目实施

2

彭娟

教育学院

讲师

教师

项目实施

3

张宇

教育学院

讲师

学工作办主任

在线支持

4

胡燕琪

塔普翊海(上海)智能科技有限公司

总监

技术支持

5

彭晓妍

上海触源信息科技有限公司

经理

技术支持

项目团队总人数:8(人)高校人员数量:6(人)企业人员数量:2(人)

注:1.教学服务团队成员所在单位需如实填写,可与负责人不在同一单位。

2.教学服务团队须有在线教学服务人员和技术支持人员,请在备注中说明。

2.实验教学项目描述

2-1名称

小学儿童生命安全教育虚拟仿真实验教学项目

 

 

2-2实验目的

小学教师教育是汉江师范学院人才培养的优势和特色,近年来,基于国家加快推进教育现代化、推动信息技术、人工智能与教学过程深度融合的战略方针,学校紧紧依托信息化平台,加快教学方法技术创新和模式创新。在申报教师教育实验教学湖北省重点示范中心基础上,结合国家,湖北省虚拟仿真教学中心建设精神,规划建设小学儿童生命安全教育虚拟仿真实验教学平台,主要包括“儿童生命安全教育虚拟仿真平台”、“儿童生命科学教育虚拟仿真平台”、“儿童心理健康教育虚拟仿真平台”。本项目预期达到以下目的:

(一)运用虚拟仿真技术,推进小学教师教学模式的创新升级

新时代全国高等学校本科教育工作会议指出,紧紧抓住信息技术变革带来的历史性机遇,不断推动高等教育的思想创新、理念创新、方法技术创新和模式创新,推动课堂革命。目前,信息技术与教学过程深入融合成为时代精神。我校小学教师培养历来重视教学模式的创新,情境教学是教学模式创新的重要特色,是小学教育品牌专业、荆楚卓越教师培养计划、湖北省一流专业建设点的重要组成部分。小学儿童生命安全教育虚拟仿真实验教学,是在传统教学模式优势的基础上,推进小学教师教学模式的创新升级。实现教学资源从静态的传统教学和简单的动画视频,升级为激发“视、听、触”多种感官,集合“图、文、音、像、景”多重刺激,虚拟情境与实际场景相结合的交互集合体。实现教学过程从单向的授受或简单的语言交流升级为“人、物、景”、“思维、情感、动作”多维互动过程。并通过设置具体评价参数,学生在学习过程中可以随时获得评价反馈。教师基于对教学“大数据”的管理,对学生的整体学习情况进行分析。

(二)依托实验项目平台,形成小学教师人才培养的特色方向

近年来,生命安全教育成为小学教育重点关注的领域。《中国教育现代化2035》明确指出,树立健康第一的教育理念。教育部也多次出台相关文件,关注小学生的生命安全教育。我校小学教师推行全科培养,重点面向十堰及周边地区,特别是农村地区,培养能够适应多学科教学的教师。目前,生命安全相关课程已进入到小学课程体系,但根据深入本地区小学一线的调查,该领域课程的实施还比较薄弱,专业的课程师资非常匮乏,课程建设不够成熟,本区域社会需求比较大。依托该实验项目平台,能够在小学生生命安全教育领域,形成更加专业的人才培养机制,提升人才培养的质量,打造“小学生安全与健康教育”等一批精品课程,形成小学教师人才培养的特色方向。

(三)整合教学优势资源,提升小学教师实践能力的专业发展

我校小学教师培养是传统特色,小学教育专业是湖北省一流专业建设点,湖北省品牌专业,湖北省普通本科高校荆楚卓越教师协同育人计划,在人才培养、协同育人领域具有较好的办学优势。小学儿童生命安全教育虚拟仿真实验教学项目的建设,能够整合教学优势资源。第一,整合并升华学校已有的实践教学资源,学校已建设功能完备的智慧教室、微格实训室、课程录播室、心理辅导实训室,仿真模拟技术的应用,能够有效整合相关实训室的资源优势,并提升实训的真实性和有效性。第二,整合高校与小学的资源优势,拓展协同育人的领域。小学儿童生命安全教育虚拟仿真实验教学平台建设,能够实现小学生命安全特色领域高校与小学之间资源的有效整合。在高校实训室,通过模拟生命起源、人体科学、生物科学的真实场景,提升学生的生命意识和生命情感;通过模拟防诈骗、拐卖、火灾、地震、踩踏,以及交通安全、饮食安全等校园常见安全教育情景,强化学生的生存安全本领和技能。并借助教育见习、教育实习等平台,在小学一线开展小学生生命安全教育的真实情景实训,提升小学教师实践能力的专业发展。

2-3实验课时

(1)实验所属课程所占课时:6课时/周

(2)该实验项目所占课时:3课时/周

2-4实验原理(简要阐述实验原理,并说明核心要素的仿真度)

知识点:共 106 个

 

 

小学儿童生命安全教育虚拟仿真实验教学,将小学儿童生命安全、生命科学、心理健康等教育教学理论知识与实践操作体验相结合,通过全虚拟仿真三维立体效果,让学生能借助科技的手段让基础教学技能更加完善,引导学生利用现代化信息平台结合传统的教学,将教学变得更具有趣味性,促进自身专业的发展。同时培养学生在未来的教学过程中,更注重于通过寓教于乐和现代化的信息科技作为辅助,激发学生的学习兴趣。根据小学儿童生命安全、生命科学、心理健康教育教学的实践技能需要,设计相应的全仿真虚拟教学任务,并嵌入相应的知识点,仿真度达到98%。

虚拟仿真平台

仿真任务

知识点

仿

校园火灾逃生模拟

1、拨打火警电话

2、敲响火警警报

3、正确使用灭火器

4、火场安全逃生

5、火场安全自救

校园地震逃生模拟

1、地震发生的原理

2、地震开始前的特征

3、地震发生时正确的自我保护

4、地震发生后的安全逃生和自救

地铁站火灾逃生模拟

1、如何打开应急按钮

2、如何从楼梯进行逃生(不能乘坐电梯的原因)

3、发生爆炸后的应急处理

4、浓烟浓雾情况下的安全逃生

5、如何使用就近灭火器进行灭火

6、如何成功撤离到安全区域

家庭火灾逃生模拟

1、容易引起家庭火灾的起火原因

2、发生家庭火灾的应急步骤

3、如何利用身边物品进行灭火及安全自救

4、家庭火灾发生后如何进行安全逃生

宿舍火灾逃生模拟

1、容易引起宿舍火灾的起火原因

2、发生宿舍火灾的应急步骤

3、如何利用宿舍的常规物品进行灭火和安全自救

4、宿舍火灾发生后如何进行安全逃生

高层火灾逃生模拟

1、高层发生火灾时的应急反应

2、高层发生火灾后的注意事项

3、高层发生火灾后的自我保护

4、高层发生火灾后的逃生线路

5、高层发生火灾后的火场逃生

宿舍隐患排查模拟

1、宿舍消防火灾隐患点排查

2、宿舍用火用电安全

3、宿舍防火要领

多场景灭火模拟

1、火灾的危险性

2、消防设备设施的认识和作用

3、消防设备设施的使用

4、火场灭火

禁毒普法模拟

1、毒品的危害性

2、各类毒品的形态

3、防毒禁毒知识

4、如何远离毒品

交通安全模拟

1、交通安全手势

2、交通安全规则

3、交通安全的重要性

4、交通安全事故发生的原因

5、交通安全注意事项

泥石流逃生模拟

1、发生泥石流的征兆

2、发生泥石流后如何向高处进行逃生

3、无法逃离时,如何利用身边的物品进行自救

4、如何发出求救信号寻求救援

校园反暴逃生模拟

1、遇暴力事件(持刀歹徒)后的应急处置;

2、逃跑过程中的注意事项(不要贪恋财务等)

3、如何提醒其他同学逃生

4、如何进行躲避

5、如何利用身边物品进行防御

6、如何拨打电话报警

公交车反恐模拟

1、发现有恐怖事件(爆炸物)后的应急处置

2、如何拨打报警电话

3、如何下车逃生

4、如何逃离危险区域

泳池溺水安全救援模拟

1、进入泳池的安全注意事项

2、泳池发生溺水后自救措施

3、泳池发生他人溺水的救援措施

4、心肺复苏

5、人工呼吸

仿

人体器官

1、大脑的结构、作用及特点

2、小肠的结构、作用及特点

3、脊髓的结构、作用及特点

4、心脏的结构、作用及特点

5、头部的结构、作用及特点

人体8大系统

1、运动系统的构造、作用及特点

2、循环系统的构造、作用及特点

3、消化系统的构造、作用及特点

4、呼吸系统的构造、作用及特点

5、泌尿系统的构造、作用及特点

6、神经系统的构造、作用及特点

7、内分泌系统的构造、作用及特点

8、生殖系统的构造、作用及特点

动物生命科学

1、无脊椎动物的构造、作用及特点

2、节肢动物的构造、作用及特点

3、软体动物的构造、作用及特点

4、环体动物的构造、作用及特点

5、线性动物的构造、作用及特点

6、扁形动物的构造、作用及特点

7、腔肠动物的构造、作用及特点

8、哺乳动物的构造、作用及特点

9、爬行动物的构造、作用及特点

10、两栖动物的构造、作用及特点

植物生命科学

1、藻类植物的构造、作用及特点

2、菌类植物的构造、作用及特点

3、地衣植物的构造、作用及特点

4、种子植物的构造、作用及特点

5、蕨类植物的构造、作用及特点

6、苔藓植物的构造、作用及特点

仿

自我认知(认识自己)

1、认识自己的身体

2、认识自己的性格

3、认识自己的未来

儿童心理健康

1、心理健康的重要性

2、健康心理的关键词

3、健康心理的养成

4、去除消极思想

5、培养积极心理

儿童心理减压

1、克服紧张心理

2、克服恐惧心理

3、克服易怒心理

4、克服焦躁心理

5、克服不良情绪

6、自信心的培养

2-5实验仪器设备(装置或软件等)

序号

软/硬件名称

单位

数量

1

智能全息多人交互一体机

1

2

智能手柄

1

3

主控眼镜

1

4

被控眼镜

50

5

多功能眼镜消毒充电柜(两个教室)

2

6

专业抗光幕

1

7

儿童生命科学教育全息教学软件

1

8

系统软件

1

9

多功能二合一虚实教学终端

20

10

儿童心理健康教育虚拟教学软件

20

11

儿童生命安全教育虚拟仿真教师终端

2

12

儿童生命安全教育虚拟仿真学生终端

40

13

儿童生命安全教育-校园火灾逃生模拟软件

40

14

儿童生命安全教育-校园地震逃生模拟软件

40

15

儿童生命安全教育-地铁站火灾逃生模拟软件

40

16

儿童生命安全教育-家庭火灾逃生模拟软件

40

17

儿童生命安全教育-宿舍火灾逃生模拟软件

40

18

儿童生命安全教育-高层火灾逃生模拟软件

40

19

儿童生命安全教育-宿舍隐患排查模拟软件

40

20

儿童生命安全教育-多场景灭火模拟软件

40

21

儿童生命安全教育-禁毒普法模拟软件

40

22

儿童生命安全教育-交通安全模拟软件

40

23

儿童生命安全教育-泥石流逃生模拟软件

40

24

儿童生命安全教育-校园反暴模拟软件

40

25

儿童生命安全教育-公交车反恐模拟软件

40

26

儿童生命安全教育-泳池溺水安全模拟软件

40

27

互动课桌(2个教室)

12

28

座椅(两个教室)

80

29

防近视自然灯(两个教室)

16

2-6实验材料(或预设参数等)

(一)儿童生命安全教育教学---儿童生命安全教育教学虚拟仿真平台

儿童生命安全教育教学虚拟仿真平台,是专门针对中小学教育定制的少年儿童生命安全教育教学的整体解决方案,包含校园、家庭、地铁站、宿舍、高楼等不同场所火灾突发情况下的应急、逃生,各类消防自救知识、地震、交通安全、泥石流、防恐防暴等突发情况的应急处理和自救,禁毒防毒知识的学习、溺水自救措施等。通过全虚拟的仿真模拟环境,使学生的教学专业技能更加扎实。

预设参数:

硬件:

高通XR专用芯片一体机,Fast-Switch LCD快闪屏,2.5K高清防蓝光认证,低蓝光护眼,DP-QuickPorting技术,3分钟迅速适配,DP-Cast极速投屏技术,流畅无延迟,静音温控散热系统无风扇,静音,4 0 0 0 m A h电池超5小时续航,超3 0天待机,多种交互方式,M-Touch·3Dof·AI语音 ,可定制(外观、包装、颜色、UI)。

软件:

包含校园火灾模拟场景、校园地震逃生模拟场景、地铁站火灾逃生模拟场景、家庭火灾逃生模拟场景、宿舍火灾逃生模拟场景、高层火灾逃生模拟场景、宿舍隐患排查模拟场景、多场景灭火模拟场景、禁毒普法模拟场景、交通安全模拟场景、泥石流逃生模拟场景、校园反暴逃生模拟场景、公交车反恐模拟场景、泳池溺水安全救援模拟场景等, 所有场景均具有10步以上的交互,将所涉及的知识点设置在交互的过程中,可由学生自主进行操作和交互,通过实际体验加深学习印象和理解。

(二)儿童生命科学教育教学---儿童生命科学教育教学虚拟仿真平台

儿童生命科学教育教学虚拟仿真平台集合中小学9年义务教育课程中生命科学课程所涉及的全科内容,包含人体生命科学,动物生命科学,植物生命科学等,所有的内容均以全息形式呈现,将原本只能在课本上看到的内容通过全息技术活灵活现显示出来,同时具有交互性,学生可通过放大、缩小、旋转等功能进行观察、解剖等。

预设参数:

硬件:

1)智能全息多人交互一体机:1920X1080高清分辨率,激光光源,画面尺寸150寸以上,画面色彩丰富;具有0.01mm高精度跟踪定位系统,高精度的实时定位系统;具有AR功能,能实现AR实时录制;6DOF跟踪系统,640x480红外分辨率,刷新率120hz,延迟响应小于8.34ms,800nm红外波;4端口集成USB眼镜充电器;消耗功率:约1000W,4个及以上静音风扇;便携式拉杆设计,具有拉杆及滑轮,方便移动演示;重量:小于32KG(包括箱体);内存:16G显卡:6G 硬盘:1T机械硬盘+240G固态硬盘;CPU:酷睿i5 6400

2)智能手柄:带有空间定位功能,可实现自然的人机交互;精度达到0.01毫米级别,可实现高精度空间定位;符合人体工程学设计,方便操控虚拟物体,旋转、抓取、移动等,可直接通过手柄关闭以及管理系统。手柄按键简单,动作键不超过10个,功能键不超过2个,动作按键支持自定义以及可编程功能。手柄采用2.4GHz无线连接,连接稳定不掉线。刷新率1000Hz,动作键的延迟小于1ms.

3)主控眼镜:带头部空间定位功能,主动立体3D智能眼镜,位置精度0.03mm以下,姿态精度0.01°,定位刷新频率每秒120Hz,延迟小于8.34ms。采用主动式3D显示方式,采用RF射频方式传输信号,支持多种频率:48/96,50/100,60/120,240 Hz,能够自动适应,抗干扰能力强。显示画面通透清晰,流畅度以及对比度较普通3D眼镜高3倍以上。一次充电时间低于4小时,能够连续使用20小时左右,待机180天。信号传输范围30米左右。

4)被控眼镜:采用主动式3D显示方式,采用RF射频方式接收信号,支持多种频率48/96,50/100,60/120,240 Hz,能够自动适应,抗干扰能力强。显示画面通透清晰,流畅度以及对比度较普通3D眼镜提高3倍以上。一次充电时间低于4小时,能够连续使用20小时左右,待机180天左右。能接收30米左右范围的信号源。

5)多功能眼镜消毒充电柜:智能识别IC芯片,能智能充电识别设备并分配所需电流,有过流、过载、短路、漏电保护,充电稳定快速安全高效,具备智能LED转灯功能识别充电状态;配备带刹车功能万向轮,具有抗静电功能,具备温控感应双降温风扇,支持并兼容各类平板设备数量超过30台,具有移动、管理、储存、温控功能,全封闭式防盗结构,安全无强电。

6)专业抗光幕:尺寸100寸左右,能实现超短距离投影并且有效阻隔环境光对画质的影响,呈现超高对比度图像;高画质、15mm以内超薄外观、十年以上使用寿命;无激光光斑,实现更优质图像,能有效吸收环境光,提高显示亮度。

软件:

1)课程软件:具有小学9年义务教育中生命科学课程全科内容,包含人体生命科学、动物生命科学、植物生命科学内容,每项内容下均含由多种实时案例,具有交互性,学生可自主进行交互,通过交互进行观察、探究、学习、理解和记忆。

2)系统软件:具有沉浸感界面,具有多种入口,可实现扩展、自主研发和添加资源库。

(三)儿童心理健康教育教学---儿童心理健康教育教学虚拟仿真平台

儿童心理健康教育教学虚拟仿真平台,结合青少年儿童心理成长的特点,通过虚拟的场景和交互设置,引导学生从自我认识开始,意识到心理健康的重要性,

了解积极心理的关键词,及如何克服消极心理,通过实际动手体验,加强知识点的理解、渗透及记忆。

预设参数:

硬件:

高帧率立体摄像头模块,160度广视角,能最大范围获取场景图像信息;集成高精度运动感知模块,全面获取头部细微的运动变化;采用高效的运动数据和图像信息融合算法,实现6DOF自由操控。支持扩展手势操控模块,人机交互体验更流畅。采用双反式自由曲面显示系统,左右式3D显示,视觉分辨率不低于1280*720,最大视场角FOV100.8度,实现沉浸式AR体验效果。瞳距范围可调节,可以适配不同人群。支持AR/VR模式的自由切换,采用多核ARM处理器,核心频率不低于2.2GHz。集成高性能GPU,支持Open GL3.1和Vulkan,支持4K@30fps H.264和H.265硬件编码,支持4K@60fps视频回放。支持高保真立体声扬声器模块,频响范围300Hz~10KHz,F0 500Hz@1KHz,声压120dB,额定功率50mW。支持大容量高速64GB串行存储器,4G高速低延迟运行内存。支持高速无线连接,支持多蓝牙设备连接。支持低噪声,高信噪比录音功能,提升自然语言识别的成功率。采用6000mAh大容量Polymer-Lion电池模块,支持On-Line和Off-Line快速充电功能。

软件:

包含认识自我、儿童心理健康、儿童心理减压等大课程,内设各类分课程,每个课程均可根据对应课时进行学习,学生可自主进行多步骤交互操作、能全面了解和掌握课程所涉及的全部内容,互动性更强,增强学生的理解、记忆,让学习到的内容更加的透彻。

2-7实验教学方法(举例说明采用的教学方法的使用目的、实施过程与实施效果)

(一)使用目的

本项目通过采用混合式学习方法、任务驱动式教学方法、探究式教学方法,突破传统的理论与实践相脱离的教学过程,使学生在掌握一定理论知识的基础上,实现学生在虚拟仿真技术支持下的主动学习,提升学习情境的真实性、生动性,增强学生的课堂学习兴趣,优化实验教学效果。

(二)各教学方法的实施过程

1.混合式学习方法

本项目采用网上虚拟实验环境和实验室仿真环境相结合的混合式学习方法。学生可以通过中心的学习网站完成网上预习,预先了解实验项目、实验目标和实验内容等,进行相关的理论学习,然后到实验室参加实验、实践学习,在实验课堂外,实验教师还可以通过网站与学生进行交流,完成实验指导。如在生命科学实验教学中,在实验的前一阶段主要是让学生在网络化的虚拟环境中完成自主学习,在实验的后一阶段则是进入到实验室环境中完成实验过程。

2.任务驱动式教学方法

本中心的实验内容大部分是与学生的生活、学习或成长相关的,以任务驱动的形式鼓励学生参与到实践中,并激发他们的实践热情和创造力的发挥,例如在生命观察实验项目中,没有固定的主题,学生可以自由发挥,带着任务开展创新性实践活动。

3.探究式教学方法

鼓励学生参与老师的科研课题研究,熟悉与掌握整个研究过程与方法,协助老师收集资料、分析数据、设计与开发资源,撰写研究报告等科研课题的研究工作,让学生熟练掌握实验方法和研究步骤,培养学生的研究能力与动手操作能力。学生也可以根据自己的兴趣,大胆提出假设,形成新的课题,在实验老师的指导下或与同学开展。

实验教学方法图示

(三)实施效果

1.增强了学生综合素质,提升了人才培养质量

小学儿童生命安全教育虚拟仿真实验教学项目的建设,对于我校小学教育专业学生综合素质的提升具有积极的作用,有效地提高了学生的相关领域教育教学能力、合作精神和自主学习意识。学生实训兴趣浓厚,对实验教学评价总体优良。实训课程,均源于小学教师真实工作情景调研,通过实验教学培养学生积极乐观的生命意识、科学有益的生存技能、求实创新的学风、认真细致的生命安全教育工作态度、分析问题、解决问题的能力,并使其教育实践能力和相关技能得到良好的训练,综合素质得到明显提高。

综合素质的提升,助力我校小学教育专业毕业生常年保持良好的工作反馈。用人单位对毕业生评价很高,他们一致认为学生的基本知识宽厚、教育基本技能扎实,实践创新能力强,在工作中表现出较好的专业素养,对毕业生的满意度在90%以上。

2.实验教学研究成果丰硕,质量工程建设水平提升

本项目平台在建设过程中大力开展教学研究,以小学生健康与安全领域为例,积极探索人才培养模式、实验课程体系、教学内容、教学方法的改革,注重质量工程建设。助力小学教育专业先后建成湖北省高等职业教育品牌专业、湖北省普通本科高校荆楚卓越教师协同育人计划、湖北省一流专业建设点;强化课程建设,安全与健康教育课程建成学校在线资源开放课程,并正在积极申报省级在线资源开放课程。积极开展高水平教材和实验教学讲义建设,近年来,专业教师编写出版了教师教育实验教学教材十余部。在实验教学改革的探索中,形成了一批具有代表性的教学成果和科研成果。近年来,实验教学教师共主持和参与省、市、校教研和科研项目二十余项,发表相关领域教学与科学研究论文60余篇,其中,一些核心教研成果被EI检索、人大复印资料、教育研究与实验、中国健康心理学杂志、中国临床心理学杂志、语言研究、湖北社会科学、教育与职业、教育理论与实践等国外权威期刊和国内核心期刊录用或转载。项目组积极将教学改革的研究成果融入实验教学中,大大提高了实验教学的水平。

3.产生了积极的示范与辐射效果

(1)校内示范作用显著

信息技术、人工智能与教学过程深度融合,既需要完善的设备、技术支持,更需要良好的实践意识。小学儿童生命安全教育虚拟仿真实验教学项目的建设,不仅对小学教育专业在生命健康与安全教育领域产生了积极的育人效果。更重要的是,产生了良好的示范作用。发挥了教师教育实验教学改革和教学成果辐射源的作用,所建立的虚拟仿真实验教学新体系已推广应用到我校相关师范教育专业的实践教学中。其它专业和教师教育领域积极开展了信息技术、人工智能与教学过程深度融合的探索和研究,成为广大本专科生进行教师技能实训、教师专业知识学习和教育教学研究的重要实验拓展平台,同时也为广大教师开展课题和项目研究提供了保障。

(2)校外辐射范围广泛

在虚拟仿真实验教学基础上,学生利用在实验教学学到的知识和教学技能,借助暑期社会实践、社团活动等方式,重点深入本地区小学一线,开展了富有影响力的社会实践活动,如“关注乡村留守儿童健康成长”、“新乡村、新教育”、“开发乡村生命教育资源”、“南水北调水源区水资源保护”等,取得了良好的社会反响。

实验教学实施过程中所形成的教学改革成果,对本地区其他师范院校产生了示范辐射作用,提升了我校乃至秦巴山区师范专业毕业生的综合素质,为培养本地区优秀基础教育教师提供强有力的保障,为地区经济发展做出了重要的贡献。

2-8实验方法与步骤要求(学生交互性操作步骤应不少于10步)

(1)实验方法描述:

通过理论知识讲解+虚拟仿真体验学习+交互操作,将原本只能通过课本理论知识学习,转变为可直观体验授课内容,同时通过交互操作可更深层次的理解和掌握课程内容。让所学的知识和技能变得更加扎实、透彻和专业。

(2)学生交互性操作步骤说明:

例1:校园火灾逃生系统:

系统登录:带上眼镜后,进行模式选择:教学模式和体验模式。其中教学模式会针对系统的交互操作进行学习,体验模式则是正式进入到逃生体验场景中;

交互1:进入到教学模式,通过提示预先熟悉演练火灾情况下拨打报警电话;

交互2:通过提示预先熟悉演练火灾情况下敲响火灾警报;

交互3:通过提示进行灭火器使用的练习;

交互4:通过提示寻找安全出口的位置并进行熟悉练习;

交互5:通过提示进行火场自救及逃生练习;

交互6:选择进入系统初生场景,通过画面及声音特效引导用户发现火情;

交互7:引导用户关闭屋内电源开关;

交互8:引导用户拨打火警电话;

交互9:引导用户寻找屋内安全出口准备逃生;

交互10:离开初生场景,进入楼道寻找并砸响警铃;

交互11:寻找路线进入洗手间,拾取毛巾、布条等自救防护工具;

交互12:根据系统提示在楼道中寻找安全通道;

交互13:通过安全通道逃生到安全区域。

例2:人体生命科学课程

打开机器开关,带上智能眼镜,进入系统,选择人体生命科学课程,进入到教学模式,通过选择,进入到人体器官课程,通过菜单功能,弹出应用场景及文字提示;

交互1、通过放大、缩小、旋转功能及文字提示进行人体结构观察,了解人体结构的构成、器官的位置、连接等;

交互2、通过抓取、解剖功能对人体大脑结构内器官进行分解,观察了解大脑、小脑、脑垂体等一系列器官的构造、形状等,通过操作弹出的文字内容了解其在人体中的作用;

交互3、通过抓取、解剖功能对人体骨骼、经络、穴位等进行分解,观察其结构、形状、布局等,通过操作弹出的文字内容了解其在人体中的作用;

交互4、通过抓取、解剖功能对人体脏器内器官进行分解,观察心、肝、脾、肺、肾、胃、大肠、小肠等器官的结构、形状等,通过操作弹出的文字内容了解每个器官在人体中的作用;

交互5、通过抓取、解剖功能对人体血管、骨骼等进行分解,观察血管、骨骼等的结构、形状等,通过操作弹出的文字内容了解每个器官在人体中的作用;

交互6、通过导视操作,观察学习并直观了解人体的每个循环系统的循环工作状态,通过操作弹出的文字内容了解每个循环系统在人体中的作用;

交互7、通过视图操作,对每个器官进行单独的放大、分解,对单个器官内部构造、血管布局新进观察、了解;

交互8、通过虚拟运行操作,模拟每个器官的工作运行状态;

交互9、通过虚拟运行操作,模拟每个循环系统的工作运行状态;

交互10、通过虚拟运行可视操作,模拟人体内部构造、器官的整体运行状态;

交互11、通过关闭文字提示,独立考核学习情况。

例3:儿童心理健康

打开设备开关,选择儿童心理健康场景,进入到学习模式或教学模式;

交互1:通过选择不同虚拟场景下儿童出现的心理问题所导致的不同结果,掌握儿童心理健康的重要性;

交互2:通过选择不同虚拟场景案例,判断和分析儿童出现的心理状态,通过弹出的文字内容解读在其状态下儿童出现的心理问题;

交互3:通过选择操作,查找出儿童健康心理关键词,根据弹出的文字内容总结其特点;

交互4:通过选择操作,查找出儿童消极心理关键词,根据弹出的文字内容总结出其特点;

交互5:通过选择操作不同虚拟场景下的案例,了解掌握同一种场景下儿童消极心理和积极心理所带来的不同结果,根据弹出的文字内容总结出儿童心理对人的影响;

交互6:通过选择操作不同虚拟场景下的案例,判断和掌握出周边环境、外围因素对学生心理健康的影响;

交互7:通过选择操作不同虚拟场景下的案例,判断和掌握出家庭教育、学校教育对学生心理健康的影响;

交互8:通过互动模拟,练习对学生心理进行的判断和分析;

交互9:通过互动模拟,练习通过积极的语言去除学生的消极心理;

交互10:通过互动模拟,练习通过积极的语言培养学生的积极心理。

2-9实验结果与结论要求

(1)是否记录每步实验结果:þ是 £否

(2)实验结果与结论要求:þ实验报告 心得体会 其他

(3)其他描述:小学儿童生命安全教育虚拟仿真实验教学项目依托虚拟现实、人机互动、大数据等技术资源,建构高度仿真的实验教学环境。项目组在深入一线调研的基础上,与小学健康与安全指导教师共同拟定“自然科学基础”、“小学生安全与健康教育”等课程大纲的实训环节,学生在虚拟仿真环境中开展实践学习过程。在实验过程中,详细记录每一步实验过程,并通过系统数据分析和教师观察记录共同评定实验结果。每一位学生均具有实验学习记录分析表。

2-10考核要求

根据课程教学大纲的设计,考核包括理论教学环节考核和实践教学环节考核。理论教学环节考核要求学生基于任务驱动,掌握小学生生命安全教育工作的相关理论,涉及生命科学、生命意识、安全意识、安全技能等实际工作领域知识点。实践教学环节考核根据小学儿童生命安全教育虚拟仿真实验操作步骤和要求,对学生的实验过程进行评估,考核学生每一步操作的正确性、科学性进行记录,评估,生成考核结果。

2-11面向学生要求

(1)专业与年级要求

专业要求:小学教育专业学生

年级要求:四年制本科第二、第三学年

(2)基本知识和能力要求

学生在实训室实验操作前,需掌握“自然科学基础”、“小学生安全与健康教育”、“小学生综合实践活动”等课程所设计到的生命起源、人体科学、健康科学、安全原则、实验室操作要求等理论知识基础。掌握虚拟仿真实验操作技术、具备良好的自主学习能力、反思与研究能力、观察能力、合作与交流能力。

2-12实验项目应用及共享情况

(1)本校上线时间 :2017年9月

(2)已服务过的本校学生人数:1386人

(3)是否纳入到教学计划:þ是 £否

(勾选“是”,请附所属课程教学大纲)

(4)是否面向社会提供服务:þ是 £否

(5)社会开放时间 :2017年9月 已服务人数 : 331

3.实验教学项目相关网络及安全要求描述

3-1有效链接网址

3-2网络条件要求

(1)说明客户端到服务器的带宽要求(需提供测试带宽服务)

100M带宽

(2)说明能够支持的同时在线人数(需提供在线排队提示服务)

60人

3-3用户操作系统要求(如Windows、Unix、IOS、Android等)

(1)计算机操作系统和版本要求

Windows 7 64bit

(2)其他计算终端操作系统和版本要求:局域网络教室

(3)支持移动端:þ是£否

3-4用户非操作系统软件配置要求(如浏览器、特定软件等)

(1)需要特定插件 £是þ否

(勾选“是”,请填写)插件名称 插件容量

下载链接

(2)其他计算终端非操作系统软件配置要求(需说明是否可提供相关软件下载服务):计算终端非操作系统软件配置无要求,平台自带软件参数详见2-6实验材料产品参数

3-5用户硬件配置要求(如主频、内存、显存、存储容量等)

(1)计算机硬件配置要求

CPU:酷睿i5 6400;内存:16G 显卡:6G 硬盘:1T机械硬盘+240G固态硬盘

(2)其他计算终端硬件配置要求

3-6用户特殊外置硬件要求(如可穿戴设备等)

(1)计算机特殊外置硬件要求

(2)其他计算终端特殊外置硬件要求

3-7网络安全

(1)项目系统是否完成国家信息安全等级保护 £是 þ否

(勾选“是”,请填写) 级

4.实验教学项目技术架构及主要研发技术

指标

内容

系统架构图及简要说明

实验教学项目

开发技术

þVRþAR£MRþ3D仿真£二维动画£HTML5

其他

开发工具

þUnity3D þ3D Studio Max þMaya£ZBrush£SketchUp

£Adobe Flash£Unreal Development Kit

£Animate CC£Blender£Visual Studio

£其他

运行环境

服务器

CPU4核、内存16GB、磁盘240GB、

显存16GB、GPU型号酷睿i5 6400以上

操作系统

£Windows ServerþLinux£其他 具体版本

数据库

þMysql£SQL Server£Oracle

其他

备注说明 (需要其他硬件设备或服务器数量多于1台时请说明)

项目品质(如:单场景模型总面数、贴图分辨率、每帧渲染次数、动作反馈时间、显示刷新率、分辨率等)

(一)儿童生命安全教育教学---儿童生命安全教育教学虚拟仿真平台:高通XR专用芯片一体机,Fast-Switch LCD快闪屏,2.5K高清防蓝光认证,多种交互方式,M-Touch·3Dof·AI语音。

(二)儿童生命科学教育教学---儿童生命科学教育教学虚拟仿真平台

1)智能全息多人交互一体机:1920X1080高清分辨率,激光光源,画面尺寸150寸以上,画面色彩丰富;具有0.01mm高精度跟踪定位系统,高精度的实时定位系统;具有AR功能,能实现AR实时录制;6DOF跟踪系统,640x480红外分辨率,刷新率120hz,延迟响应小于8.34ms,800nm红外波;4端口集成USB眼镜充电器;消耗功率:约1000W,4个及以上静音风扇;便携式拉杆设计,具有拉杆及滑轮,方便移动演示;智能手柄:带有空间定位功能,可实现自然的人机交互;精度达到0.01毫米级别,可实现高精度空间定位;主控眼镜:带头部空间定位功能,主动立体3D智能眼镜,位置精度0.03mm以下,姿态精度0.01°,定位刷新频率每秒120Hz,延迟小于8.34ms。采用主动式3D显示方式,采用RF射频方式传输信号,支持多种频率:48/96,50/100,60/120,240 Hz,能够自动适应,抗干扰能力强。被控眼镜:采用主动式3D显示方式,采用RF射频方式接收信号,支持多种频率48/96,50/100,60/120,240 Hz,能够自动适应,抗干扰能力强。显示画面通透清晰,流畅度以及对比度较普通3D眼镜提高3倍以上。

(三)儿童心理健康教育教学---儿童心理健康教育教学虚拟仿真平台:

高帧率立体摄像头模块,160度广视角,能最大范围获取场景图像信息;集成高精度运动感知模块,全面获取头部细微的运动变化;采用高效的运动数据和图像信息融合算法,实现6DOF自由操控。支持扩展手势操控模块,人机交互体验更流畅。采用双反式自由曲面显示系统,左右式3D显示,视觉分辨率不低于1280*720,最大视场角FOV100.8度,实现沉浸式AR体验效果。瞳距范围可调节,可以适配不同人群。支持AR/VR模式的自由切换,采用多核ARM处理器,核心频率不低于2.2GHz。集成高性能GPU,支持Open GL3.1和Vulkan,支持4K@30fps H.264和H.265硬件编码,支持4K@60fps视频回放。支持高保真立体声扬声器模块,频响范围300Hz~10KHz,F0 500Hz@1KHz,声压120dB,额定功率50mW。支持大容量高速64GB串行存储器,4G高速低延迟运行内存。

5.实验教学项目特色

(体现虚拟仿真实验教学项目建设的必要性及先进性、教学方式方法、评价体系及对传统教学的延伸与拓展等方面的特色情况介绍。)

(一)虚拟仿真实验教学项目建设的必要性及先进性

1.虚拟仿真实验教学项目建设的必要性

本项目符合新时代教育信息化发展的要求。目前,教育信息化是新时代教育改革发展的必然要求。协作学习教学设计、“线上线下”一体化的混合式教学以及移动学习等,为学生学习创造了全新的环境,提供了丰富的课程资源,使信息技术与学科课程教学的整合成为必然。今年召开的国际人工智能与教育大会提出,高度重视人工智能对教育的深刻影响,积极推动人工智能和教育深度融合,促进教育变革创新。这一发展趋势也深刻的影响着高校教学。新时代全国高等学校本科教育工作会议指出,建设高水平本科教育,推动本科教育内涵发展,推动课堂革命。紧紧抓住信息技术变革带来的历史性机遇,不断推动高等教育的思想创新、理念创新、方法技术创新和模式创新。本项目的开展,是虚拟仿真技术与高校教学的重要融合探索,符合新时代教育信息化发展的要求。

本项目符合关注生命安全教育的时代精神。近年来,生命安全教育成为小学教育重点关注的领域。党的十九大提出了“健康中国”战略,《中国教育现代化2035》明确指出,树立健康第一的教育理念。教育部也多次出台相关文件,关注小学生的生命安全教育。安全与健康领域课程已成为小学课程的重点建设领域。本项目符合关注生命安全教育的时代精神。

本项目符合提升小学教师实践能力的发展需要。汉江师范学院作为鄂西北唯一的师范本科院校,担负着为本地区培养高水平小学教师的重任。作为一所应用型高等院校,提升小学教师实践能力是培养高水平小学教师的关键。本项目旨在为小学教师生命安全领域的教育教学技能训练提供平台,通过高度仿真模拟小学教育工作情景,提升师范生在该领域实训的真实性,有效性。

2.虚拟仿真实验教学项目建设的先进性

(1)在实验教学纵向体系上,实行分层次实训教学

为了强化师范生实践能力的培养,提高实验教学的效果,本项目在整合教学资源的同时,结合教育信息化的要求,更重视实验教学内容重组,转变实践教学观念,将实验教学提升到与理论教学同等的高度,全面改革实验教学内容,改进实验教学的方法。

项目构建了“基础训练—综合设计—个性拓展”的层次化实验教学体系。其中,基础训练主要为必修的生命安全教育领域基础技能的实验与实训;综合设计主要为与生命安全教育实际工作相结合,在真实的课堂教学实践情境中,运用基础训练阶段习得的各项技能,综合设计解决问题情境的思路,并实际应用;个性拓展则完全为开放型教学训练方式,由学生基于个性特点自主完成具有创新意义的课题设计或项目实训。

(2)在实验教学横向体系上,实行模块化实训教学

项目建立了定期调研工作制度,与各县区教育局合作,进行年度基础教育教师实际工作和市场需求调研,在调研的基础上,结合小学教师专业标准,将小学儿童生命安全教育虚拟仿真实验教学凝练为三个实验课程学习模块,分别是生命健康实训模块、安全技能实训模块、生存能力实训模块。

(3)在实验教学领域体系上,实行联动式实训教学

小学儿童生命安全教育虚拟仿真实验教学体系,实际上是当代生命教育理论研究和实践开发的产物,实验教学采用的是实验教学与教育研究相结合,高校模拟实验教学与小学应用实践相结合的模式,实行联动式实训教学。

一是加强研究成果向实验教学的转化,提升实验教学水平。二是开辟高校实验教学与小学应用实践相结合的道路,提高实验教学效果。本项目已经在17所小学建立了实践教学与学习研究基地,开辟高校里的生命安全实验与小学一线生命安全教育实践有机结合的道路。在大学课堂里通过实验教学,开发出的微型课程,研制出实验教学设计和学习研究方案,到实践教学基地的校园和课堂里实施,进行检验、修正和完善,有效地保证和提高实验教学效果。

(二)教学方式

1.实际环境教学与网络教学相结合

本项目开展了实验室教学与网络平台教学相结合的教学方式,为学生自主化学习和创新思维能力的发挥提供了个性化学习平台,实现了教学与管理的信息化与科学化。

此外,还为学生提供了进行课程复习、自我测试的学习管理平台。在各种实验项目的开展过程中,大量采用学习活动管理系统(LAMS)提高了实验教学手段的先进性,积极建立以学生为中心的实验教学模式,学生通过查询学习活动管理系统,能够很方便的了解当前实验的进展情况、下一步的实验内容、其他同学的实验结果等相关信息,融合多种方式辅助实验教学。初步实现了学生网上选课、预约实验项目和时间(开放性、研究型实验),网上预览计算机模拟实验教学资料、网上答疑等教学辅助功能。

2.教学科研成果促进实验教学

教师将自己的科研成果编写为实验教材或实验指导手册,成为实验教学内容的一部分,促进实验教学内容的改革与更新,让学生了解最前沿的研究方向和领域,激发学生的参与热情,为学生参与科研与实践活动提供了更多机会。

3.实验中心开放的方式

实验教学中心的开放包括实验内容开放和实验平台开放两个方面。在实验内容开放方面,首先是把实验分为必做型和选做型,基础型和综合型,必做型和基础型保证教学基本要求和基本技能的训练;选做型和综合型由学生在众多的实验课题中根据自身的条件与兴趣选择,为学生的个性发挥与能力提高提供了空间。在实验平台开放方面,除了学生必须保证的课程实验时间外,学生还可以根据自己的爱好与特长选择不同的实验项目,实验室将为学生的课余实践活动开放。

(三)评价体系创新:

实验考核充分体现了现代教育评价与测量的思想,按照不同层次和不同类型的实验教学过程制订相应的实验教学评价体系。形成“教师评价+教学技能测试”的实验考核模式。同时兼顾实验学习过程和实验学习结果,通过多元化的评价方式确保考核的准确性,评价内容和要素的设置在力求全面的同时对于特殊的实验项目体现个性化的评价理念。

1.教师评价

教师评价包括两种模式:一种是平时的实验作业评价,这是在学生学习基础上进行过程性的评价,促进学生更加明确实验的目的与作用,了解下一阶段学习的改进方案;另一种评价是课程结束的评价,即根据涉及生命安全教育课程的各实验操作与熟悉程度、综合设计能力、知识运用以及创新思维提出学生实验学习的总评。实验考核根据拟订的实验方案、实验操作过程、实验结果及技能掌握程度评定实验课成绩。教师评价方式采用平时成绩+操作考试+答辩成绩,评委评分定级的方法。

2.教学技能测试

有目的、有计划地对小学教育专业在校学生进行系统的生命安全教育技能考核,是促进学生生命安全教育能力形成的有效手段。为此,我校建立师范生的教学技能测试制度,定期开展教学技能的测试工作,并将小学生命安全教育作为教学技能测试的重要领域。

(四)对传统教学的延伸与拓展

虚拟仿真实验教学是对传统教学的延伸与拓展。具体表现在在传统教学依托多媒体课件、简单视频教学的基础上,整合优势资源,建立推动高水平人才培养的实验教学体系,建构资源优化、开放共享、虚实结合的实践教学平台,推进信息技术与教师教育专业的深度融合,依托高度仿真的虚拟实验环境,提升学生的自主学习、实践创新能力。在传统教学局限于人才培养过程的基础上,紧密结合教学与科研工作,借助科学研究成果指导教学过程。在传统强调校内实训室实训的基础上,拓展实验教学的空间,建立高校——小学协同育人实验教学体系,有机融合高校实训室仿真环境和小学真实实训情景,有效提升人才培养质量。

6.实验教学项目持续建设服务计划

(本实验教学项目今后5年继续向高校和社会开放服务计划及预计服务人数)

(一)项目持续建设与服务计划:

本项目将在小学生生命安全教育领域年度调研的基础上,结合市场需求,紧跟时代发展趋势,进行持续的建设与服务。第一,拓展项目平台的服务领域,在原有生命健康、安全技能、生存能力三个实训模块的基础上,依托专业在心理健康教育领域的传统优势,将小学生心理健康教育实训作为重点优化和拓展的领域。第二,不断升级设备及软件,在VR技术的基础上,进入虚拟与现实环境相融合,益于学生视力健康的AR技术。第三,扩大师生服务面,为更多的相近专业提供服务。

(二)面向高校的教学推广应用计划:

生命安全教育是目前小学教育领域的新兴关注点,目前开启该领域虚拟仿真教学实验的高校还不多,更多的是各自开展,没有形成系统合力。本项目在完善实验教学技术的基础上,计划与兄弟高校密切合作,向校外延伸,发展校际专业在该领域实验教学合作,拓展远程教育,发挥示范效应。

(三)面向社会的推广应用计划:

本项目在满足本校学生开展小学生命安全教育实验教学的基础上,计划进一步面向社会,为本地区小学安全与健康教育老师、班主任在该领域的实训搭建实践教学平台,更加广泛的应用于教师在职培训、学生社会实践活动和大众生命安全教育普及等社会服务工作,服务人数为每年200人左右。

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