方案背景

国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）指出：把改革创新作为教育发展的强大动力。教育要发展，根本靠改革。以体制机制改革为重点，鼓励地方和学校大胆探索和试验，加快重要领域和关键环节改革步伐。创新改革教学内容、方法、手段，建设现代学校制度。

国务院《全民科学素质行动规划纲要（2021—2035年）》提出实施青少年科学素质提升行动。要求，提升基础教育阶段科学教育水平。引导变革教学方式，倡导启发式、探究式、开放式教学，保护学生好奇心，激发求知欲和想象力。完善初高中包括科学、数学、物理、化学、生物学、通用技术、信息技术等学科在内的学业水平考试和综合素质评价制度，引导有创新潜质的学生个性化发展。加强农村中小学科学教育基础设施建设和配备，加大科学教育活动和资源向农村倾斜力度。推进信息技术与科学教育深度融合，推行场景式、体验式、沉浸式学习。

《新课程标准》也明确指出改变课程过于注重知识传授的倾向，强调形成积极主动的学习态度，使获得基础知识与基本技能的过程同时成为学会学习和形成正确价值观的过程；改变课程内容“难、繁、偏、旧”和过于注重书本知识的现状，加强课程内容与学生生活以及现代社会和科技发展的联系；改变课程实施过于强调接受学习、死记硬背、机械训练的现状，倡导学生主动参与、乐于探究、勤于动手，培养学生搜集和处理信息的能力、获取新知识能力、分析和解决问题能力以及交流与合作能力。建立由分科课程、综合课程、综合实践活动课程构成的新课程结构。

需求分析

随着中国教育事业的全面推进和不断深入，学校的教学手段变得越来越丰富和高效，多媒体教学使老师大大缩短了课堂教学时间。但是传统的教学讲解演示模式和显示终端传递信息的各种局限性，教师讲解一些抽象、微观以及现场无法模拟和观察到的事物过程，难以和学生进行信息的充分互动和共享，造成了人力、物力、财力和信息资源的巨大浪费，阻碍和制约了教师授课水平提升和信息有效传播，也为学生在学习兴趣和知识理解程度上带来困扰。

特别是中学阶段的理化生三门专业学科，长期以来我国理化生实验教学存在诸多弊病，课堂教学、实验教学资源模式单一、师生实验操作内容受实体资源限制；教师日常教学、学生理解吸收、教师引导演示、学生动手实践物理空间分散和时间过程独立；数字类资源的教学和操作仍停留在现阶段的平面图片、视频、文案；实验实体类资源的教学和操作因空间、环境、安全等因素限制只能有选择性的实现部分。对教师而言传授知识枯燥和抽象；对学生而言理解和记忆知识困难，部分实验因缺乏实验资源而无法操作，阻碍了探索的欲望和创新思维培养，对学校而言创新型教学模式的变革和优质教育资源的应用未能得到很好的补充，希望通过全新的技术和教学模式以更好提高教师实验教学水平、丰富教学手段、推进教学模式的创新；激发学生学习兴趣和提高自主学习能力。

    AI虚拟实验（中学）创新室通过AR增强现实和VR虚拟现实技术的利用和介入，使整个实验教学更具有可视化和可参与性；更加具体形象；还可以减轻教师的教学演示难度，规避实验风险；更容易激发学生的学习兴趣，提高学习主动性。AR虚拟实验教学这种创新教学模式，可以令教师教学讲解更为生动易懂，极大促进学生的理解能力和提高记忆效果，是一种有效且不必要过多投如的教学手段。

功能介绍

1)    系统组成

AI虚拟实验（中学）创新室依托增强现实、虚拟现实、多媒体、人机交互、VR头盔、数据库和网络等技术，配套涵盖整个初中阶段理化生学科标准实验的课程资源，搭建AI现场课教学平台，构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，学生在高度仿真的虚拟环境中开展实验，达到教学大纲所要求的教学目的。整套平台系统给使用者营造出一种全新的感官效果，实现虚实结合、实时交互的教学作用。

2)    教学资源

AI虚拟实验（中学）创新室配套的课程资源严格按照教学大纲要求进行设计，针对重难点实验教学解析，涉及力、热、光、电、磁、氧气含量、分子运动等实验，内容引导学生以实验原理为基础，通过严谨的过程设计、合理的参数控制、严密的实验现象和数据分析，可靠地测量未知参数、探究理化生地规律。学生在教师及时、有效的实验指导下，分析和解决实验中遇到的问题、发现和探究值得深入的可拓展内容，体会如何通过实验独立构建知识。

AR教学资源

VR教学资源

AI虚拟实验创新课程融合最前沿的AR增强现实和VR虚拟现实技术应用于课堂教学，成为传统实验教学的一种有效补充，既能再现真实实验的全过程，又能克服传统实验的各种制约和弊端，有效解决目前实验教学中存在的诸多问题。利用虚拟仿真、虚拟现实技术模拟难以讲解和演示的实验现象，对于在现实生活中无法观察到的自然现象或事物的变化过程，以及一些不可能出现的场景（如金字塔是如何建成的，晶体内部结构，天体形成等），在多媒体教室呈现，为学生创设一个呼之即来的实验观察环境，多维度呈现学习内容，调动学生视觉、听觉、动觉等多感官参与，让学生们感受到极强的逼真感，使抽象的概念和理论更加直观化、形象。并且在教室中教师可以放心的进行各种实验演示（如声、光、电、磁、能等），不必担心由于操作的失误所带来的各种危险。

AR教学资源部分目录：

VR教学资源部分目录：