zSpace在教学中的应用和前景展望,该文是关于教学相关论文如何写与前景展望和zSpace和教学有关论文如何怎么撰写.
教学论文参考文献：
【摘 要】近年来,虚拟现实技术被越来越多地应用到教育领域中.本文以zSpace作为研究对象,对虚拟现实技术在教学中的应用、zSpace的硬件设备、软件工具及其STEAM课程进行介绍分析,并对zSpace在教育中的应用情况进行讨论,梳理出虚拟现实技术在教育中交互学习的优势和存在的问题,探讨新兴技术在教育中的支持作用,希望对虚拟现实技术在教育领域的不断完善提供借鉴和帮助.
【关键词】虚拟现实；zSpace；教学活动；交互学习
【中图分类号】G434 【文献标识码】A
【论文编号】1671-7384（2017）09-0076-04
虚拟现实,是一种基于多媒体计算机技术、传感技术、仿真技术的沉浸式交互环境,借助一些设备使人产生身临其境的感受和体验.zSpace 作为近年来新兴的虚拟现实教学设备,发展迅速.它主要致力于教育、医疗和培训等领域,结合其自身虚拟现实的特点,可以更好地展现知识内容,并且有助于提高学生学习兴趣和提升教学效果.zSpace 一体机运用虚拟现实技术给体验者创造了高度的沉浸感、交互感,相对于之前在书本上呈现知识,是对传统的学习方式的巨大改革.zSpace 以其交互切转自然、场景运动自由、内容可视化、环境虚拟化、操控自如、体验真实等特点,获得了越来越多的教师和学生的青睐.
zSpace硬件、软件介绍
1. zSpace的硬件产品(如图1)
（1）显示器：24英寸高清显示器采用zSpace头部跟踪立体显示技术,可以通过调整zSpace支架的角度来调整视角舒适度.
（2）zSpace眼镜：zSpace使用需要佩戴3D眼镜,这样才可以看到立体效果,此眼镜含反光点,跟踪摄像头用这些反光点来识别头部位置.zSpace还配备有不带反光点的2D眼镜,观察者可以佩戴这种眼镜,而不会干扰跟踪.
（3）zSpace触笔：使用触笔按键可以与场景中的对象交互.可以让使用者在六个自由度轻松使用,使用者可以用触笔进行六个自由度交互,而鼠标的使用和普通计算机的鼠标并没有差别.
（4）键盘、鼠标：可以将鼠标和键盘与传统的2D应用程序以及支持鼠标和键盘输入的3D应用程序配合使用.
（ 5 ） z V i e w ： 通过增强现实技术,zView能把主操作者的zSpace体验分享给更多的观众,可以投影到任何2D投影机、显示器或者电视上.产品包括：zView软件、摄像机、摄像机的安装支架.它具有很多特点,如分享体验：zView提供一种方式可以与他人分享体验过程.多种显示模式：增强模式,以固定视角显示场景,有凸出屏幕效果；标准模式,以人眼视角显示场景,平面效果.录制：录制课程讲解以及学习过程,方便回顾.
（6）zSpace硬件产品特点头部追踪：高保真的立体效果,图像可以随着眼镜在跟踪区域内的位置变化而自动调节,使得图像保持真实度,更有利于使用者观察,也体现了产品的人性化.跟踪系统帮助3D应用程序提供逼真的、身临其境的体验.当你的眼镜移动时,该应用程序会调整视角,就像现实生活中的视野改变.
交互：跟踪摄像头能够确保触笔与跟踪区域内的虚拟物体进行交互操作,zSpace软件能利用使用者的姿态数据与虚拟世界进行交互.
2. zSpace的软件工具
（1）素材包：超过1 0 0 0 个模型（历史文物、建筑、考古学、人体解剖、太阳系、植物学、动物学、工艺、交通工具、雕塑）；扩充模型库；多种模型操作工具（量尺、拆解、切片、标签）；导入专属的3D模型.
（2）学科、艺术软件zSpace STEAM课程软件家族成员越来越多,除了Studio(工作室)、牛顿公园、富兰克林实验室、虚拟科学,还有2016年加入的Le o p oly（美术软件）、可视化人体、居里夫人元素、欧几里得模型.
① z S p a c e S t u d i o.包括zSpace基础平台；可扩展的模型图库如科学等；提供发现工具：支配、解剖、切割、标签；可引入自己的3D模型.
② 人体解剖图谱.这是一个屡获殊荣的人体解剖学通用参考资料.该应用程序是用于探索人体系统的革命性3D可视化和学习工具.它包含4600多种解剖结构,包括男性和女性身体的所有主要器官和系统.同时,还有1200多道测试题目.该应用程序面向医疗保健专业人员、患者、学生以及对人体解剖学详细可视化感兴趣的所有其他人员.教师和学生可以用zView通过投影机或辅助显示器呈现人体解剖图集内容.
解剖实验室使用zSpace具有如下好处.a.解剖标本不受限制：在学习人体解剖学时人体标本的作用十分重要,但人体标本的供应很受限制,较难获得,而且也不容易存储和处理.人体解剖图谱中多样化的虚拟标本模型可以无限次数地使用.b.能够检验具有生命体征的系统：传统解剖人体标本时,学生无法观察到活的生物体的系统运作方式.人体解剖图谱中学生既可以对单个器官进行观察,也可以探究整个系统的功能.学生使用时能够旋转模型标本,获得关于特定人体系统的知识性信息,并且观察多个人体组织之间的相互作用.c.不怕犯错：在传统的解剖课上,学生使用外科手术刀时一旦犯错,标本上的破坏就无法弥补.d.更好的教学效果：最新的研究发现,使用模拟实验室后,学生的学习效果有明显的提升,当传统教学方法与数字技术结合时,效果更是有明显的提升.中山医科大学孙逸仙纪念医院已经将zSpace一体机运用到医学教学中,学生们可以运用zSpace一体机的电子笔,将软件内的人体肌肉、骨骼模型进行转动、放大、拆解,清楚地观察每一部分.
③ 富兰克林实验室.富兰克林实验室让学生在虚拟的环境中研究电路,教师可以设置、保存电学实验,让学生反复研究.许多电学实验里都会存在各种各样的危险,而学校在教授知识的同时,也总是想要保护自己的学生们.zSpace虚拟世界中的电学实验,为同学们提供了一个安全又充满想象的平台,学生可以在上面做各种电学实验,得到逼真的效果,又不用担心会造成伤害.丰富的素材和课件,更直观的电路图,虚拟环境下的操作,给同学们更安全更有效的学习环境.
④ 虚拟科学3D.从生物概念到机械系统（如图2）,虚拟科学3D是精细、交互体验的全面方案.通过结合zSpace的现实世界虚拟现实平台与虚拟科学3D的解剖学、科学和生理学软件,可以给使用者提供逼真的虚拟现实学习环境,并能够根据课程和学生需要提供个性化体验.
⑤ 3D艺术设计.Leopoly的操作非常简单,给低年级的学生提供3D艺术模型、展示艺术设计的平台,帮助他们创建、和准备模型.提供了一个舒适的早期培训场所,向学生介绍3D创作世界,并为3D打印准备数字对象,使得任何人都可以成为3D设计师.学生可以浏览3D模型以获得灵感,然后自定义或设计原创对象.
除了以上软件, z S p a c eSTEAM课程软件中的牛顿公园让学生进行虚拟的力学试验,可视化力的作用；欧几里得图形提供了学习数学的教具.供教师指导数学学习；居里元素互动元素周期表包含每个元素玻尔和原子模型,原子生成器允许学生添加质子、中子和电子来创建原子.这些软件涵盖的课程从小学到高中,学科从生物、物理、化学、地理、历史、数学到艺术设计等,多门学科均有配套教案,减轻了教师备课压力,提高了学生的学习兴趣.
zSpace在教育中的应用
相对于V R 眼镜的完全虚拟性,zSpace一体机为学生提供了一种虚拟和现实结合的场景,不仅给学生一种身临其境的学习体验,还能轻松地切换到现实世界中.zSpace触笔能将软件中的图像从显示屏中拖拽出来进行六个自由度随意转动,部分应用程序还匹配有多种感知反应,例如学生操作心型时,可以看到心脏有规律的跳动,并且能听到心脏跳动的声音.
美国有关方面的调查数据表明,在美国使用zSpac e产品进行教学的学区有100多个.KatieF a r l e y 是L o s Altos学区卡温顿小学的STEAM老师,她认为学生们喜欢用z S p a c e进行学习,是因为他们觉得这样的学习很有趣.教师和学校管理层之所以选择zSpace,是因为它可以改变传统的教学方式,创造一个逼真的虚拟现实的学习环境,学生们可以用zSpace来探索传统课堂上无法自主获得的奥秘.比如学生可以观察拆解逼真的火山模型也可以制作物理电路板,而且完全不用担心电路会烧毁.这种学习方式相对之前有了很大的改变,学生的学习兴趣和效率提高了,学校的教学质量自然有了很大的提高.
不久前,北京的一所小学使用zSpace开展了两堂公开课 ——《认识心脏》《我是考古学家》.在《我是考古学家》的课堂上,教师跟学生一起认识了猛犸象,先是简单介绍远古时代的生活环境,运用讲故事的方式进行课程导入,让学生对猛犸象有初步的认知.接着,老师让学生运用zSpace里的软件工具资源,对猛犸象进行观察认识、自主探究,学生展现出浓厚的学习兴趣.之后教师运用提问、讨论、回答的学习方式,学生们注意力高度集中,非常积极地参与到学习中,课堂气氛很活跃.
在《认识心脏》的课程中,学生们在虚拟3D空间中全方位学习观察心脏结构,对比各个组织结构的不同.与教师讲解的传统教学方式相比,zSpace增强了学生动手能力.学生可以自主对心脏进行观察、解剖,既对学习产生了浓厚的兴趣,也加深了对知识的理解.zSpace将抽象的、微观的、现实生活中不容易实际观察到的客观世界,都转化为可全方位仔细观察的、可操作的模型,使得学习更加真实化,激发学生的探索能力,不仅使学习内容更加丰富,学习效果也得到了很大的提升.教师和学生在交互的学习状态中,学习的内容不仅在存在于自我的想象之中,而且以直观形象的方式展现出来,使原本抽象的问题简单化,学习过程也不再乏味,整个课堂生动有趣.教师、学生、zSpace平台三方之间的互动,让学生在交互体验中轻松地掌握知识,而不再是传统意义上的简单讲述和倾听.与其他如头戴式虚拟现实产品将人与现实分离开来的形式不同,zSpace能够满足使用者之间的交互和小组协作学习,使用者在虚拟学习环境中进行自主操作式、体验式学习,不再需要担心物质成本消耗、学习资源的浪费、实验的危险性和实验失败导致的恶劣后果,因为在这里,使用者能够轻松修改错误,并且能够发挥想象力进行自主探究式的学习.
zSpace在教育中的应用分析
作为世界上成熟的桌面沉浸式3D虚拟交互学习平台,完全脱离传统鼠标的创新交互模式,可以帮助学生沉浸在虚拟3D世界中进行学习探究及实验.在zSpace STEAM教学中,课程融合的教育理念体现在产品的使用中,学生可以自主完成比较感兴趣的项目,在动手操作的学习过程中既培养了动手实践能力,也掌握了多种学科的知识.
zSpace STEAM教学可以满足个体差异化教学,并且注重学生创新、拓展性思维训练,培养了学生与人合作的能力,锻炼了动手能力以及学生潜力的开发等.研究表明,通过立体视觉呈现教学材料来促进教育的发展是很有意义的,可以帮助孩子们提高学习兴趣.传统的认知是观看立体投影的3D教学片可以帮助学生理解复杂结构,接近现实的立体效果很大程度上提高学生的学习兴趣.然而,当可交互的虚拟现实技术出现以后,我们发现这项技术的交互性恰好满足教学需求,学生不仅需要看,更需要动手操作.在美国的各个州均有学校引进了最新的虚拟现实教学产品,教学中发现增强了教师与学生的互动性,大幅度提升了学生的内容留存率,让学习更为生动有趣.同时,该技术也为STEAM教育的信息融合提供了可能性,因此深受广大学生和教师的喜爱,立体显示技术将成为是一种普遍使用的教育工具.
随着经济的发展,社会的进步,人们对教育事业越来越多地关注和投入.虚拟现实技术为学习所用已经是一种不可阻挡的趋势,它能够使学习者感受到高度虚实结合、实时的交互和沉浸感,且具有提供情境、支持协作、促进自主学习等作用.由于其新奇性及高度的沉浸感,使得学习者的学习动机有了很大的提高.但是受到学校资源、教学时间、教师和学生的信息技术水平的约束,虚拟现实技术在教育中的应用还是会出现很多的问题,所以还需要社会各界人士的努力和对教育事业的支持.zSpace立足校园教育的实际场景,通过交互性加深学生对知识点的理解,培养学生批判性思维和空间想象能力,相信未来虚拟现实技术在教育中会有越来越多的应用.@
结论：本文是适合前景展望和zSpace和教学论文写作的大学硕士及关于教学本科毕业论文，相关教学开题报告范文和学术职称论文参考文献.
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