专利名称：虚拟创造教育方法
技术领域：
本发明涉及教育类，具体的讲是涉及一种虚拟创造教育方法。虚拟创造，是使实际创造过程在计算机上的本质实现的过程，即采用计算机仿真与虚拟现实技术，使学生在计算机上群组协同工作，以实现创造的设计、加工制造、性能分析、作品评价等实践活动。虚拟创造不是真实的创造，但是它却体现了创造的本质过程，有时被认为是一种超越现实的一种想象力表现。
背景技术：
在目前的创造教育实践中，存在着如下的问题首先是创造作品的物质化，我们一般把有形的创造作品视为真实，一个小发明、小创造从设想到成品，需要一个很长的过程，特别是在制作过程中更是要化费大量精力、消耗大量原材料才可能完成，而近年来随着创造教育水平的提高，不少作品在材料上要求越来越高，作品制作成本有不断增高的趋向，完成的作品复制、保存、修复也需要更多经费的保证。其次是创造工艺的成人化，学生的创造从意想到作品，一般依赖于工艺。学生创造能力首先在于创意，在创意到作品的过程中需要的技术工艺得到成人的帮助和支持是自然的甚至是必要的，但是技术工艺是一项需要长期训练才能形成的专门能力，对于小学生而言是难以实现的，也就使“真实创造”更难以突破，成人化倾向不可避免。再有就是教育模式的单一，创造教育是基于技法的训练模式，这种模式一般都很少涉及微观世界和宏观世界，学生的学习创造的过程被相对局限于一个更狭小的空间中，而难以引发和满足学生对微观和宏观世界的向望和好奇。还有是教育手段的传统，在新的教育技术手段不断加入到教育过程时，研究还未能从新的技术层面去诠释创造教育，使其具有鲜明的时代特征，创造教育本身亟需自我创造、自我革新。
发明内容
本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种虚拟创造教育方法，使学生们都能在虚拟的环境中完成自己的作品，有效地规避了技术和工艺问题，让学生有更多的时间进行创造性的思考。
本发明目的实现由以下技术方案完成一种虚拟创造教育方法，其特征在于该方法至少具备一个用于虚拟创造的数据资源库，至少具备一个虚拟创造平台。
其中用于虚拟创造的数据资源库包括由家具、人物、玩具、植物、家电、交通、日用品、音乐、学校、服饰构成的资源图库；以及由课程教材构成的资源库。
虚拟创造平台至少包括有技法天地版块，该版块包含对数据资源库中的内容进行加一加、缩一缩、变一变、反一反、定一定、搬一搬、代一代、改一改、仿一仿、联一联、扩一扩、试一试共计十二种技法的演练。
虚拟创造平台至少包括有创造星光版块，该版块包含已有作品的创造者的创造故事以及创造作品介绍。
虚拟创造平台至少包括有创造之路版块，该版块展示有典型意义的创造发明过程。
虚拟创造平台至少包括有设计师版块，该版块借助实用设计软件，让学生在数据资源库的基础上，运用内置的模块和程序按照自己的意愿完成设计创造。
虚拟创造平台至少包括有发明涂鸦版块，该版块设置有问题情境，并按照问题的难易程度分成不同的星级，学生按星级自由选择学习，从数据资源库中提取有关的信息或物件，进行组合、删改、加工、再创作，完成虚拟创作、并进入有关的验证程序。
本发明还可以包括虚拟创造的成果展示台及其评论台。
本发明可通过计算机及其相应的软件、硬件配合实现。
本发明的优点是，(1)辅助式教学。在教学过程中信息技术充当教学媒体而成为教学结构四要素(学生、教师、教材、教学媒体)之一，也是协助教师向学生传授知识的工具。(2)支撑式教学。CAI课件、积件、教学资源库、多媒体著作平台、教学管理软件平台等都对整个教学活动起着技术支持的作用，教学活动更趋多样化和开放性。(3)主体化学习。教师通过网络把课程和作业等内容上传到教学系统中，学生利用帐号和密码登录、浏览或下载学习资料，学生自主学习是其基本特征。(4)个性化学习。在迅速发展起来的现代远程教育的支持下，学生可以根据自己的现有知识水平、学习习惯和自身需要等情况选择和确定课程内容，体现个性化学习的基本要求。使学生们都能在虚拟的环境中完成自己的作品创造，有效地规避了技术和工艺问题，让学生有更多的时间进行创造性的思考。在计算机及其网络下的虚拟创造环境，学生可以把自己的创造运用动画等软件进行制作，可以不断修改、完善自己的创造设想直至制作出满意的作品。与真实创造比较，虚拟创造的作品是虚拟模型，在计算机上对虚拟模型进行作品设计、制造、测试，甚至学生可“进入”虚拟的制造环境检验其设计、加工、装配和操作，而不依赖于对作品的的反复修改；学生可以将自己的作品(部件)存放在计算机里，随时修改完善，从而能大幅度压缩创造的时间，提高质量、降低成本；虚拟创造可使分布在其它学生合作伙伴在同一个创造作品模型上同时工作，相互交流，信息共享，减少大量的文档生成及其传递的时间和误差。
具体实施例方式
以下结合附图
通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解虚拟创造教育的目标在于发展学生的创造力，学生在虚拟创造的过程中得到的将是多方面的提高。
本实施例涉及的虚拟创造教育方法，由虚拟创造教育方法、虚拟创造平台以及成果展示台及其评论台三大部分构成。
一、首先创建一个用于虚拟创造的数据资源库，其中包括由家具、人物、玩具、植物、家电、交通、日用品、音乐、学校、服饰构成的资源图库，以及由课程教材构成的资源库。
二、创建虚拟创造平台，由以下版块组成1、技法天地版块以动画形式出现对数据资源库中的内容进行加一加、缩一缩、变一变、反一反、定一定、搬一搬、代一代、改一改、仿一仿、联一联、扩一扩、试一试共计十二种技法的演练，每个技法配2-3个“试一试”，让学生的创造设想在计算机上得以实现。
例如(1)加一加在这件东西上添加些什么或把这件东西跟其他东西组合在一起，行不行？加一加后会变成什么新东西？这新东西有什么新的功能？加一加思路实例 试一试活动材料 教学案例 课堂教学实录
生活中常见的东西，如果有新的功能，多好！你看添加些什么才可能成为现实？
(2)缩一缩把某件东西压缩、折叠、缩小，它的功能、用途会发生什么变化？思路 实例试一试 活动材料 教学案例 课堂教学实录
生活中常见的东西，如果有新的功能，你看，怎样缩一缩才可能成为现实？
(3)定一定为了解决某一问题或改进某一件东西；为了提高学习、工作效率，防止可能发生的事故或疏漏；为了生活得更美满，需要定出什么吗？这个规定的作用究竟是什么？思路 实例 试一试 活动材料 教学案例 课堂教学实录
生活中常见的东西，如果有新的功能，多好！你看添加些什么才可能成为现实？
(4)反一反如果把一件东西的正反、里外、上下、左右、前后、横竖颠倒一下会有什么结果？如果把平时习惯的思考方向逆反过来能解决什么问题？思路 实例 试一试 活动材料 教学案例 课堂教学实录
生活中遇到的问题，常规思路不能解决时，有时运用反一反的思路，问题同样能迎刃而解。
(5)代一代有什么东西能代替另一件东西吗？，如果用别的材料、零件、方法等代替另一种材料、零件、方法行不行？会产生哪些变化？会有什么效果？能解决哪些问题？思路 实例 试一试 活动材料 教学案例 课堂教学实录
生活中经常遇到不同的问题，找到问题的关键，然后寻找替代品，问题也许就迎刃而解。
(6)改一改某件东西在使用过程中，还有那些缺点或不足？把这些缺点与不足排一排，再分析一下，看看哪个缺点是主要的或必须马上解决的，怎样改进才能克服或尽量减少缺点，给人们带来方便。思路 实例 试一试 活动材料 教学案例 课堂教学实录
生活中常见的东西，总有不太满意处，如能稍做改变，克服原来的缺点，多好！
(7)变一变改变一下事物的形状、颜色、音响、气味、位置、方向回产生什么结果？改变一下事情的次序或操作的顺序又会产生什么结果？思路 实例 试一试 活动材料 教学案例 课堂教学实录
生活中常见的东西，总有不太满意处，如能稍做改变，克服原来的缺点，多好！
(8)仿一仿有什么事物可以让自己模仿、学习一下？模仿它的某些形状、结构或学习它的某些原理、方法。这样做，会有什么良好的效果？这样会创造出什么新的东西？思路 实例 试一试 活动材料 教学案例 课堂教学实录
生活中的很多东西，常常有它的独特功能！仿一仿，你也能造出有独特功能的新东西？
(9)联一联某件事情的结果跟它的起因有什么联系？能从中找到解决问题的办法吗？把两样或几样事物联系起来，会发现什么规律？把几样东西联在一起，或几件事情联系起来，能帮助我们解决什么问题？思路 实例 试一试 活动材料 教学案例 课堂教学实录
生活中常见的东西，如果能加以利用，多好！你看，怎样联一联才可能成为现实？
(9)搬一搬把这件东西搬到别的地方，还能有什么用处吗？或将某一个想法、道理，某一项技术搬到别的场合或地方，能派上别的用处吗？思路 实例 试一试 活动材料 教学案例 课堂教学实录
生活中常见的东西，搬到别处也可能发挥新的效益！遇到问题的时候，也可以尝试用搬一搬的方法来解决问题！
(10)扩一扩这样东西如果放大、扩展(声音扩大、面积扩大、距离扩大……)，它的功能与用途会有哪些变化？这件物品除了大家熟知的用途外，还可以扩展出哪些用途？思路 实例 试一试 活动材料 教学案例 课堂教学实录
生活中常见的东西，如果有新的功能，多好！你看，怎样扩一扩才可能成为现实？
(11)减一减能在某件东西上减去什么部分吗？能把某样东西的重量减轻一点吗？能在操作过程中减少次数行不行？这些从形态上、重量上、过程中的“减一减”能产生什么好的效果吗？思路 实例 试一试 活动材料 教学案例 课堂教学实录
生活中常见的东西，如果能有更多的方便，多好！你看减去些什么才可能成为现实？
2、创造星光版块分为两个部分，第一部分以动画形式出现和田创造小明星的的创造小故事多功能篮球架，防渗漏雨衣，防漏电插座，方向指示仪等，配小作者的照片，创造的想法，作品介绍等；第二部分以图文形式呈现各国发明家的作品或生平故事。
3、创造之路版块用图文方式展示有典型意义的发明过程，如拉链、折叠式自行车、眼镜、杯子、黑板擦、笔、折叠式晒衣架的发明过程等等。
4、设计师版块借助房屋设计、时装设计，包装设计等实用设计软件，让学生可以运用内置的模块和程序按照自己的意愿完成设计并打印成品。
5、发明涂鸦版块机器内置问题情境，学生按星级自由选择学习，从资源库中提取有关的信息或物件，进行组合、删改、加工、再创作，完成虚拟创作，并进入有关的验证程序、或发表自己的异想天开，而后将作品传到展示平台。
三、创建虚拟创造的成果展示台及其评论台，作为学生作品展示发布以及学生作品评论平台。
在本实施例实施过程中，学生观察、搜集和组织资料、确认的控制信息、形成和验证假设、提出解释和做出推理、进行自主创造等，一切的行为都和其创造潜能的释放、学习过程的自觉性和独立性、对知识发生过程的理解与探究、主观参与与客观参与的统一等联系，大大提高了学生技术能力，激发其持续创造。
本发明运用计算机网络，建立虚拟工作模式，在目前的技术平台上，运用本发明建立起了虚拟创造教室。
虚拟创造技术是多学科综合的系统技术，需要研究开发相应的硬件集成系统与软件支持。虚拟创造系统最本质的特征就是学生对虚拟场景的沉浸，可根据学生用户参与系统的不同形式以及沉浸的程度不同而定。
电脑显示屏是学生观察虚拟境界的一个窗口，学生利用配置的各种外部设备来驾驭虚拟境界，操纵在虚拟情景中的各种物体。这些外部设备包括鼠标、追踪球、力矩球等。学生使用位置跟踪器和另一个手控输入设备，如鼠标，追踪球等，应用计算机屏幕观察360度范围内的虚拟境界，并操纵其中的物体。但这时囿于设备学生没有办法完全投入，周围现实环境仍然会干扰学生的“沉浸”。桌面级的虚拟创造最大不足是缺乏完全投入的功能，但是成本也相对低一些，因而，应用面比较广。常见可以实现的桌面虚拟创造技术有基于静态图像的虚拟现实技术，这种技术不采用传统的利用计算机生成图像的方式，而采用连续拍摄的图像和视频，在计算机中拼接以建立的实景化虚拟空间，这使得高度复杂和高度逼真的虚拟场景能够以很小的计算代价得到，从而使得虚拟现实技术可能在PC平台上实现；虚拟创造造型语言它是一种在Internet网上应用极具前景的技术，它采用描述性的文本语言描述基本的三维物体的造型，通过一定的技术控制，将基本的三维造型组合成虚拟场景，当浏览器浏览这些文本描述信息时，在本地机器上进行解释执行，生成虚拟的三维场景。其最大特点在于利用文本描述三维空间，大大减少了在Internet网上传输的数据量，从而使得需要大量数据的虚拟现实得以在Internet网上实现；桌面CAD系统利用Open GL、DirectDraw等桌面三维图形绘制技术对虚拟世界进行建模，通过计算机的显示器进行观察，并有能自由地控制的视点和视角。这种技术在某种意义上来说也是一种虚拟现实技术，它通过计算机计算来生成三维模型，模型的复杂度和真实感受桌面计算机计算能力的限制。
投入式的虚拟创造，完全投入的功能应该通过高级虚拟创造系统实现，操作时学生会产生一种置身于虚拟境界之中的感觉。它通过头盔式显示器或其它设备，封闭学生的视觉、听觉和其它感觉等，并置于一个新的、虚拟的感觉空间之中。这种系统须用位置跟踪器、数据手套以及其它手控输入设备、声音等使学生产生一种身在虚拟环境中、并能全心投入和沉浸其中的感觉。常见的沉浸式系统有基于头盔式显示器的虚拟创造系统，在这种系统中，参与虚拟体验者要戴上一个头盔式显示器，视听觉与外界隔绝，根据应用的不同，系统将提供能随头部转动而随之产生的立体视觉、三维空间。通过语音识别、数据手套、数据服装等先进的接口设备，从而使参与者以自然的方式与虚拟世界进行交互，如同现实世界一样。这是目前沉浸度最高的一种虚拟现实系统；投影式虚拟创造系统，它让学生从一个屏幕上看到本身在虚拟境界中的形象，为此，使用中电视技术中的“键控”的技术，学生站在某一纯色背景下，架在参与者前面的摄像机捕捉参与者的形象，并通过连接电缆，将图像数据传送给后台处理的计算机，计算机将参与者的形象与纯色背景分开，换成一个虚拟空间，与计算机相连的视频投影仪将学生的形象和虚拟境界本身一起投射到学生观看的屏幕上，这样，学生就可以看到他自己在虚拟空间中的活动情况。学生可以与虚拟空间进行实时的交互，计算机可识别学生的动作，并根据学生的动作改变虚拟空间，比如来回拍一个虚拟的球或走动等，这可使得学生感觉就象是在真实空间中一样；远程存在虚拟创造系统，远程存在虚拟创造系统是一种虚拟现实与机器人控制技术相结合的系统，当学生A操纵一个时，其结果却在学生B的另一个虚拟创造系统发生，学生通过立体显示器获得深度感，显示器与远地的摄像机相连；通过运动跟踪与反馈装置跟踪操作员的运动，反馈远地的运动过程，并把动作传送到远地完成。
虚拟环境下的创造主模型技术主模型是一个核心，能以此为中心通向设计、制作等各个环节并为其提供服务。主模型具有统一的数据结构和分布式数据管理系统，它是一个可视化的数字产品模型，具有所代表的对象所具有的各种性能和特征，并能并行地处理设计分析、加工制造等各种创造环节所面临的诸多问题。
虚拟创造实践活动反映出信息技术课程的技术层面特征。(1)数字化，在信息化社会，数字化学习将是教育教学活动的主旋律，虚拟创造的开始正是最鲜明的反映。(2)媒体化，目前，我们的虚拟创造仅仅只是开始，更多的是基于信息技术环境下的课程内容，利用多媒体形式呈现出来，并将进一步努力建设基于Web的流媒体技术，则可实现远程多媒体课件的在线点播、实时现场直播等。(3)智能化，学生可以在一个开放的、智能化的课程平台上，以制定适合自身特点的课程内容和学习计划，进行高效率、高质量、高层次的协作学习，满足个性化学习的需要。(4)网络化，学生依托网络学习环境以及信息化学习资源展开学习活动，在目前校园网下，各种交流与合作学习都呈现出网络化趋势。(5)工具性，信息技术是学生进行自主学习和建构知识的认知工具、表达和沟通的交流工具，同时也是教师进行新型教学设计、实践新型教学模式的工具。(6)基础性，师生的信息技术技能和能力至关重要。(7)适应性，虚拟创造本身意味着不断地更新、吸收、改造、重组和应用，根据需求并经过相应的技术加工处理之后，新的信息技术就可以不断地移植到课程结构当中。(8)变革性，虚拟创造引发了一系列学习方式的变革，主要有主题探究学习、小组协作学习、研究性学习、任务(或项目)驱动式学习、问题解决式学习等，它们立足于强化本学科内部的资源整合、多学科内容综合以及学生多种能力的培养。这些学习方式都强调要帮助学生恰当地运用信息技术来达成知识与技术的学习目标，从而达到信息素养和创造力培养的双重目标。
虚拟创造实践活动课程(包括课程的目标、内容、结构、资源、实施以及评价等方面)在信息技术的支撑和渗透下，适应新课程改革的要求，着重呈现出如下特征。(1)多元价值观，在虚拟创造教育的过程中，既强调学生掌握知识，更强调教会学生利用知识去创造新的学习，积累丰富的学习经验、发展学习能力和拓展知识结构，让每位学生都能发展自己的特长、挖掘潜能和培养创新能力，即培养学生创新能力比授给学生知识更为重要。由此，虚拟创造教学设计受到重视，尊重学生学习主体的教学结构得到深入的实践和研究，呈现出课程价值取向多元化、评价过程主体化的特点。(2)课程内容信息化，虚拟创造教育过程中，教师借助网络组织教学过程，充分利用教学软件(如几何画板、幻灯制作等)，对网络学习资源进行科学有效的揉合，构建开放的学习环境。(3)资源泛在化，在信息网络十分发达的今天，各种各样的传媒信息、教育资源、人力资源以及社会资源都散布在世界各地的信息网络中，这种分布式网络结构不仅使得学生的学习资源可能泛在性地存在，也使得学生的学习资源迅速丰富了起来。同时，学生在虚拟创造过程中，他们的学习方式呈现新的特点，学生会通过各种途径主动获得资源、寻求帮助，一切都可能成为学生可得用的资源。(4)学习自主化，在虚拟创造过程中，学生的学习方式表现出高度的独立性和极强的协作性，学生知识结构、解决问题的能力和学习方式会有很大的改变，知识基础更扎实、应变能力和适应能力更强。学生既可以通过网络获得更多的学习机会，又可以参与课程的设置、计划的实施以及社区的讨论等活动，从事着更具个性化的学习。
权利要求
1.一种虚拟创造教育方法，其特征在于该方法至少具备一个用于虚拟创造的数据资源库，至少具备一个虚拟创造平台。
2.根据权利要求1所述的一种虚拟创造教育方法，其特征在于所述的用于虚拟创造的数据资源库包括由家具、人物、玩具、植物、家电、交通、日用品、音乐、学校、服饰构成的资源图库；以及由课程教材构成的资源库。
3.根据权利要求1所述的一种虚拟创造教育方法，其特征在于所述的虚拟创造平台至少包括有技法天地版块，该版块包含对数据资源库中的内容进行加一加、缩一缩、变一变、反一反、定一定、搬一搬、代一代、改一改、仿一仿、联一联、扩一扩、试一试共计十二种技法的演练。
4.根据权利要求1所述的一种虚拟创造教育方法，其特征在于所述的虚拟创造平台至少包括有创造星光版块，该版块包含已有作品的创造者的创造故事以及创造作品介绍。
5.根据权利要求1所述的一种虚拟创造教育方法，其特征在于所述的虚拟创造平台至少包括有创造之路版块，该版块展示有典型意义的创造发明过程。
6.根据权利要求1所述的一种虚拟创造教育方法，其特征在于所述的虚拟创造平台至少包括有设计师版块，该版块借助实用设计软件，让学生在数据资源库的基础上，运用内置的模块和程序按照自己的意愿完成设计创造。
7根据权利要求1所述的一种虚拟创造教育方法，其特征在于所述的虚拟创造平台至少包括有发明涂鸦版块，该版块设置有问题情境，并按照问题的难易程度分成不同的星级，学生按星级自由选择学习，从数据资源库中提取有关的信息或物件，进行组合、删改、加工、再创作，完成虚拟创作、并进入有关的验证程序。
8.根据权利要求1所述的一种虚拟创造教育方法，其特征在于所述的教育方法还包括虚拟创造的成果展示台及其评论台。
9.根据权利要求7或8所述的一种虚拟创造教育方法，其特征在于在发明涂鸦版块学生可以发表自己的异想天开，而后将作品传到虚拟创造的成果展示台。
10.根据权利要求1所述的一种虚拟创造教育方法，其特征在于所述的教育方法是通过计算机及其相应的软件、硬件配合实现的。
全文摘要
本发明涉及教育类，具体的讲是涉及一种虚拟创造教育方法，该教育方法至少具备一个用于虚拟创造的数据资源库，具备一个虚拟创造平台，采用计算机仿真与虚拟现实技术，使学生在计算机上群组协同工作，以实现创造的设计、加工制造、性能分析、作品评价等实践活动，使学生们都能在虚拟的环境中完成自己的作品创造，有效地规避了技术和工艺问题，让学生有更多的时间进行创造性的思考，在计算机及其网络下的虚拟创造环境，学生可以把自己的创造运用动画等软件进行制作，可以不断修改、完善自己的创造设想直至制作出满意的作品。
文档编号G09B19/00GK1808522SQ20051011240
公开日2006年7月26日 申请日期2005年12月30日 优先权日2005年12月30日
发明者张军谨, 王钢 申请人:上海市闸北区和田路小学