| 姓名 | 高颖 | 性别 | 女 | 出生年月 | 1972-07-01 |
| 学历 | 博士研究生 | 学位 | 博士 | 专业技术职务 | 教授 |
| 行政职务 | 院长 | 院系 | 艺术设计学院 | ||
| 序号 | 姓名 | 所在单位 | 专业技术职务 | 行政职务 | 承担任务 | 备注 |
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| 序号 | 姓名 | 所在单位 | 专业技术职务 | 行政职务 | 承担任务 | 备注 |
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2-2实验目的 项目背景 新一代人工智能是一项引领未来的战略技术和新一轮产业变革的核心驱动力。国务院早在2017年就已经发布了《新一代人工智能发展规划》（国发〔2017〕35 号）和工信部发布了《促进新一代人工智能产业发展三年行动计划（2018-2020 年）》（工信部〔2017〕315 号）等政策文件，浙江省于同年编制了《浙江省新一代人工智能发展规划》，成为了中国首个省级层面编制的五年产业规划，展望至2030年。确立研究虚拟现实智能建模技术，实现虚拟现实、增强现实等技术与人工智能的有机结合和高效互动。 同时，新一代信息技术与制造业深度融合，正在引发影响深远的产业变革，形成新的生产方式、产业形态、商业模式。《中国制造2025》规划的出台，也标志着“中国版工业4.0时代”已经开启。工业4.0是以智能制造为主的第四次工业革命，它将传统制造技术与计算机技术等技术相结合，形成智能化的生产制造。加快推进制造业智能化应用推广，以“中国制造2025”为导向，面向浙江传统产业、块状经济区域和特定企业全体，启动“智能一代”制造技术应用推广专项，加快发展工业人工智能及服务平台应用技术。 随着时代的发展，智能化的大趋势也在悄然改变着产品设计的方向。目前，国内许多高校都开设了产品设计专业，同时每年的专业招生人数也在快速增长，但是，现在各大高校在教学过程当中还是沿用传统的教学模式，偏重理论知识的学习和传统的实践教学，没有将智能交互的因素加入其中。传统的教学模式具有很大的局限性，一方面，教师队伍中缺少既懂产品设计专业理论知识，又懂智能交互应用实际操作能力的“双师型”人才。另一方面，在多学科交叉融合的背景下，产品设计也需要突破瓶颈，寻求创新。 项目建设的必要性 虚拟仿真实验以其逼真的视觉效果、良好的交互性、平台的可扩展性正在逐步取代传统的实验教学，已经成为智能制造系统开发的研究热点之一。传统的实验教学存在着高成本、高消耗，实验设备及仪器的数量不足等诸多局限，难以满足当前实验教学的要求，而且教学形式单一，手段落后，在高校传统的教学中，教师普遍采用讲解和展示图片、视频及二维动画相结合的形式进行顺序演示，学生常以被动的方式吸收知识，不能在课堂学习中发挥主观能动性。而且当学生数量众多的时候，教师也难以照顾到所有学生的学习情况，导致教学效果差等问题，使得传统的实验教学难以适应当前社会对人才培养的需求。因此，开发具有良好交互性的虚拟仿真实验教学项目具有重大的科研价值和广泛的现实需求。 本虚拟仿真实验是基于Arduino实现产品的智能交互，Arduino自出现以来就受到了国内外开发者的广泛关注。因为它的功能强大，可拓展性高，越来越多的专业硬件开发者和软件开发者开始使用它来开发他们的项目与产品；在高校里，自动化专业、电子工程专业，甚至艺术设计类专业，也纷纷开展了相关课程。尤其是艺术设计类专业，Arduino简单的开发方式使得他们更加关注产品的创意本身，而且能更快的完成自己的项目开发，缩短了开发的周期。然而，在日常的教学过程当中，我们发现存在以下几类问题： 1. 需要购买Arduino套件，增加了学习费用，有些学生因特殊情况不愿意购买，或借用他人的，影响学习效率和学习效果； 2. Arduino套件内包含很多零部件，学生在使用过程当中经常丢失，从而影响部件的使用率和整体完整性； 3. 结课作业多为小组协作完成的智能交互产品，如每个学生都有一块板子，结课后就会造成资源的浪费；如以小组为单位购买，那么组内只会有一位同学去学习，其他同学失去了学习的基础和动力。 4. Arduino套件内不包含特殊的传感器元器件，学生如果想实现他的创意的产品，就需要另行购买，然而，如果在产品调试过程当中发现传感器并不满足产品的创意需求，则又需要更换传感器，造成了很多无谓的试错成本。 本项目针对该实验教学过程中的此类问题和所面临的困境，利用先进的虚拟现实技术和计算机技术的特点，借助于虚拟开发平台，采用VR技术和仿真技术，构建高仿真性、强交互性的智能交互虚拟仿真实验，实验内容结合了3D和互动仿真的两大优点，界面直观、操作简单。学生能够更快掌握原理，熟悉实验操作来缩短真实实验周期，提高实验教学的效率，达到良好的实验教学效果,实现多层次、虚实结合且多学科交叉融合的虚拟仿真实验教学目标。该目标包含以下几点： (1) 知识目标：学生能描述智能交互产品设计的全过程；学生能理解智能交互实现的基本原理；学生能掌握各类传感器的基本功能及使用方法；学生能掌握实现交互功能的编程知识。 (2) 能力目标：学生能看懂电路连接图，并根据连接图进行实物连接；学生能操作Arduino IDE界面，并能编写相关交互代码；学生能通过自己的创意想法查找相关的传感器，并能自由运用。 (3) 情感目标：培养产品设计专业学生的计算机思维；培养学生积极主动探索，寻找解决问题的方法的能力；增强学生团队意识，理解团队合作理念，增强学生团队合作和沟通能力。 实验目的 教育正在进入网络的时代，这既是一种趋势，也是教育的未来。对实验教学项目进行虚拟化技术的研发，通过先进的计算机技术以更好地满足对教学的需求，本虚拟仿真实验教学项目，目的体现在以下几点： 1. 突出产品设计专业学生智能产品设计实践创新能力，培养符合未来工业4.0时代的优秀设计类人才，形成复合类专业培养新模式，不断提高人才培养质量。 2. 解决实验器材不足难以满足人手一份，实验传感器种类繁多难以购齐的问题，降低实验成本。 3. 以虚补实，学生通过虚拟实验了解了各类传感器的用途后，再选择适合的传感器进行实际的产品创意设计，避免实验耗材的浪费。 4. 培养艺术类学生简单的编程能力，了解智能交互的实现流程，明白智能交互产品如何落地。 5. 培养学生创意创造综合素质，提高教学质量，提升学生学习效率，使学生设计出既符合智能产品设计要求，又符合产品落地的需求。
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2-3 实验课时 （1） 实验所属课程所占课时： 32课时 （2） 该实验项目所占课时： 8课时
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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）
Arduino是目前较为流行的电子互动平台，主要是为了非电子专业和业余爱好者，尤其是艺术家学习使用而设计的，让他们更容易实现自己的创意。它基于单片机系统开发，广泛应用于电子智能交互产品开发方面。Arduino是一个基于开放源码的软硬件平台，可用来开发独立运行的、并具互动性的电子产品，也可以开发与PC相连的周边装置，同时能在运行时与PC上的软件进行交互。Arduino很简单，易上手，即使不懂软件开发和电子设计的人也可以借助它很快创作出属于自己的作品，它广泛使用于艺术家、设计师、爱好者和对于“互动”有兴趣的朋友们。
该平台由两部分组成：硬件(包括微处理器、电路板等)和软件(编程接口和语言)。Arduino能通过各种各样的传感器(例如：红外线，超声波，热敏电阻，光敏电阻等)来感知环境，通过控制灯光、马达和其他的装置来反馈、影响环境。板子上的微控制器可以通过编程语言来编写程序，编译成二进制文件，上传到微控制器进行控制。
1. Arduino大小尺寸：宽70mmÍ高54mm；
2. 采用主控单片机ATmega328；
3. 输入电压：USB接口供电，无须外部供电。5V~12V DC外部供电；
4. 输出电压：5V DC 输出；
5. Digital I/O数字式输入/输出端 共0~13；
6. Analog I/O模拟式输入/输出端 共A0~A5。
本项目实验开发过程是：
(1) 学生了解各类传感器和执行器的功能及使用方法；
(2) 根据传感器和执行器的特性，进行小组产品的创意设计；
(3) 学生确定好所需的传感器和执行器，设计好元器件之间的连接线路；
(4) 对选好的传感器和执行器进行程序的编写；
(5) 将编译通过的程序上传到控制板中进行观测；
(6) 最后不断修改代码进行调试以达到预期效果。
知识点：共 7 个
（1） 了解智能交互产品制作与开发实现全过程；
（2） 理解编程语言的基本语法；
（3） 了解电路基本理论知识；
（4） 了解Arduino硬件基本原理及认知；
（5） 熟悉Arduino串口如何通信；
（6） 理解各类传感器的功能及使用；
（7） 理解各类执行器的实行效果。
2-5实验仪器设备（装置或软件等）
服务器、电脑、Arduino Uno板、IDE软件、传感器，执行器
2-6实验材料（或预设参数等）
面包板、杜邦线、电阻、Led灯、光敏电阻、舵机、小马达、超声波传感器、温湿度传感器等其他各类传感器
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）
本虚拟仿真实验教学项目依托浙江工商大学艺术设计学院省级实验教学示范中心，贯彻“虚实结合，以虚补实”的实验教学理念，采用探索型线上案例分析和线下智能交互产品创意指导的实验教学方法。本实验以基于Arduino应用的智能交互实例和需要掌握的知识点为核心，设计了探索性的实验内容。
游戏化案例教学法
本项目在采用游戏化的方式进行学习的基础上，增加案例教学的模式，教师利用学生对游戏天生爱好的心理与对互动媒体的好奇心，将游戏作为与学生沟通的平台，使信息和知识的传递过程更加生动，避免了传统的单向说教模式，让学生在轻松愉快的环境下进行学习。在主场景中，学生选择需要学习的案例，然后根据提示在房间里寻找做实验所需要的物品；收齐物品后可进入下一个环节，开始连接实物图；实物图连接成功后，选择相应的代码模块，然后执行产生相应的效果。
使用目的
通过引入该虚拟仿真实验，在理论教学和动手操作之间搭起一个桥梁，有效解决学生“理论能力强，动手能力弱”的现象，加深实验相关知识的理解与提升动手实践操作的能力，优化学生的学习体验。游戏化案例教学方法更加关注学生的自主学习能力，通过引导、激发学生的积极主动性去寻求问题的答案，去探索解决问题的方式。让学生在玩游戏过程中形成对知识点的理解与自主构建。这种方式既能加深学生对知识点的理解能力，也能够让学生充分体会到探索的真正价值，真正体会到学习的乐趣，进而加强学生积极主动去探索的思维方式。学生通过线上实验项目了解了实验要求、实验目标、和实验内容后，可与老师进行线下的深层次沟通；老师通过对实验报告的了解，可对相关学生进行有针对性的指导。即做到因材施教，又提高了教学效率。本实验围绕经典应用展开建构过程，设计了LED灯闪烁案例，交通信号灯案例，按钮开关案例，超声波测距案例，舵机联动案例，音乐播放案例，光敏电阻案例，自制风扇案例等案例。通过图文并茂、探索交互的操作方式，使学生更加直观的认识到Arduino智能交互产品的制作开发全过程及理解对应的知识点，加深理解，同时提高学生的主观能动性和独立思考问题的能力，培养学生建立一套分析问题和解决问题的思维方式。
实施过程
本项目由课程组教师根据教学大纲、教学目的以及专业特点，选择合适的题材、设计讨论、搜集资料，建立“教学案例库”，并加强知识点更新和课外资料的补充学习，保证案例的质量。再选取有典型性和针对性的智能交互应用案例，指导学生线上学习相关知识及相应传感器的使用方法。教师在课前发布自主学习任务单，学生在完成线上的虚拟仿真实验学习后，具备了独立完成实验的基本能力，如想做自己创意的智能交互产品，就可以与指导老师进行线下的指导活动，进而完成实验的总结汇报和智能交互产品任务。
在虚拟实验实施过程中，注重通过图文、语音等直观显示的手段来展示智能交互产品设计制作的全过程，包括实验目的、实验内容、工作原理等。
1.预习准备及实验简介
学生进入虚拟仿真开放式实验室，了解本实验所用的设备仪器，需要的材料，仔细阅读实验相关的实验简介、实验目的、实验内容、实验指导等。
2.基本知识点学习
学生可以选择其所想了解的知识点先进行学习，也可通过选择相应的案例进行整个案例的学习。
3.原理分析
每个知识点和案例选择后，都有相应的原理分析图，通过动画或视频的讲解方式让学生充分了解其背后的原理。
4.开始实验
学生通过操作界面的引导提示，寻找相应的物品完成相应的操作实验过程，进行实验在线测试验证，如有错误的操作步骤或没有找到相应的物品，需要重新进行交互操作，直到在线测试正确。
5.线下验收与质询
线上实验过程完成后，学生方可线下按抽签的实验案例进行现场测试验收，以体现学生的线上学习成果，指导老师针对学生的操作、完成度、熟练度等情况进行指导和质询，完成实验阶段的评分。
6.提交实验报告
实验结束，学生按规范撰写实验报告，包括：实验结果、问题讨论、注意事项等。
实施效果
本实验教学项目充分利用了学生课余时间，提高了学生学习复习的效率，同时也减轻了任课老师课下辅导强度。任课老师按照智能交互虚拟仿真实验的要求开展教学工作，无需面向不同的学生重复讲解相同的知识点，能有针对性的解决个别学生的特殊问题。
学生们普遍反应虚拟仿真实验比抽象的理论教学会显得有趣和生动，尤其是可以随便折腾，不用担心将设备弄坏，极大的提高了他们使用设备进行创意创作的想法。
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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： 本实验包括基础知识学习、交互操作训练、实验效果考核三大部分。学生以远程实验的方式开展虚拟仿真实验，实验内容由系统引导，学生自主完成实验过程，在实验过程中辅以图片、动画、视频等方式，使学生充分理解实验内容，按步骤完成实验。学生还可以多次重复实验，直至完全掌握了基于Arduino智能交互的全过程。 本实验项目界面可阅读实验目的、实验要求等，整个实验操作步骤简单易懂，易操作，每个步骤有详实的解释和图片、动画等辅助，既有一定的理论深度，又能满足学生的实践动手能力，达到课程的教学目的。学生在完成实验后可在线提交实验报告并进行评价。 （2）学生交互性操作步骤说明： 步骤1 ：登录系统，并了解实验简介 l 对应知识点：实验操作使用说明 l 操作方法：学生点击本实验网站“开始实验”按钮，开启实验学习之旅。进入实验后，主界面呈现的是3D虚拟场景。学生可通过阅读功能介绍、使用说明等实验须知，选择不同场景进行具体实验操作。 l 拟达目标：熟悉实验的基本功能和结构组成，尤其是实验交互操作过程中注意事项。有效阅读实验软件的使用说明，让学生更好地感受实验过程，获得较好的实验综合评价得分。
步骤2 ：电路基础知识学习 l 对应知识点：模拟/数字电路，串并联，电子元器件，电路图 l 操作方法：开始实验后，选择“基础知识”模块，在菜单栏中选择“电路基础知识”菜单，进入电路基础知识学习界面。根据引导提示完成相应知识点的学习，并完成答题作业。 l 拟达目标：理解实验的电路基础知识，清楚各类实验材料，清晰实验电路图中的连接方式，为后面电路图连线做准备。  
步骤3 ：Arduino编程基础知识学习 l 对应知识点：编程基本语法，数据类型，选择结构，函数概念 l 操作方法：开始实验后，选择“基础知识”模块，在菜单栏中选择“编程基础知识”菜单，进入Arduino编程基础知识学习界面。根据引导提示完成相应知识点的学习，并完成答题作业。 l 拟达目标：熟悉简单的编程语言知识，了解编译执行原理，为后续实验的调试参数做准备。 
步骤4 ：Arduino硬件历史知识学习 l 对应知识点：Arduino硬件发展历史 l 操作方法：开始实验后，选择虚拟实验，在师生交流对话框阶段，根据师生的对话内容，来了解Arduino硬件主板的发展历史，并完成答题作业。
l 拟达目标：熟悉Arduino的发展历史，了解其结构与原理设计。
步骤5 ：Arduino硬件主体认知 l 对应知识点：Arduino硬件主板结构及每个部件 l 操作方法：开始实验后，选择“基础知识”模块，在菜单栏中选择“硬件主体认知”菜单，进入Arduino硬件主体认知学习界面，通过点击各个部件来了解主板的结构，通过旋转来认知其他部位，然后完成课后答题作业。 l 拟达目标：了解整个Arduino硬件板块的结构，熟悉每个部件的具体位置，具体作用。为后续实验案例的操作提供支撑。 
步骤6 ：输入型传感器认知 l 对应知识点：输入型传感器的结构与外观 l 操作方法：开始实验后，选择“基础知识”模块，在菜单栏中选择“输入型传感器认知”菜单，进入Arduino硬件主体认知学习界面，通过旋转来认识整体结构，点击整体有此输入型传感器的整体使用说明。 l 拟达目标：学生能了解到输入传感器的特性，使用方法。
步骤7 ：输出型传感器认知 l 对应知识点：输出型传感器的结构与外观 l 操作方法：开始实验后，选择“基础知识”模块，学生在菜单栏中选择“输出型传感器认知”菜单，进入输出型传感器认知学习界面，通过旋转来认识整体结构，点击整体有此输出型传感器的整体使用说明。 l 拟达目标：学生能了解到输出传感器的特性，使用方法。
步骤8 ：串口通信原理分析 l 对应知识点：编程主题结构，串口通信参数设置，参数打印输出 l 操作方法：开始实验后，选择“交互操作”模块，在“交互操作”界面中，选择“串口通信原理分析”，按引导提示完成连线操作，程序编写模拟，编译上传后，查看执行效果。 l 拟达目标：使学生熟悉Arduino程序执行过程，了解串口通信原理，实验操作步骤。 
步骤9 ：LED灯闪烁之实验原理分析 l 对应知识点：电路原理图，电子元器件 l 操作方法：开始实验后，选择“交互操作”模块，在“交互操作”界面中，选择“LED灯闪烁”，下一步在菜单栏中选择“原理分析”，按引导提示完成相应知识点的学习。 l 拟达目标：让学生了解整个LED灯闪烁实验的原理，对实验整体有个感性的认识。 
步骤10 ：LED灯闪烁之实验材料选择 l 对应知识点：元器件的识别与组合 l 操作方法：在步骤8完成以后，学生根据引导提示，进入“材料选择”交互步骤，完成对应的实验所需材料的选择。 l 拟达目标：认识各类元器件及其组合使用，能完成特定元器件的选择，完成最终实验。
步骤11 ：LED灯闪烁之实物连线 l 对应知识点：实验原理，元器件识别，原理图 l 操作方法：在步骤9完成以后，学生根据引导提示，进入“实物连线”交互步骤，根据之前习得的电路连线图，完成对所选的材料的连线。 l 拟达目标：增加学生的实物连线的准确性，明白原理的运作过程，为实际生活中动手操作做准备。 
步骤12 ：LED灯闪烁之程序编写 l 对应知识点：程序结构，数据类型，函数 l 操作方法：在步骤10完成以后，学生根据引导提示，进入“程序编写”交互步骤，选择正确的LED灯闪烁所需要执行的代码。 l 拟达目标：使学生熟悉程序编写的主体结构，了解简单的程序编写语法知识，了解相关的数据类型，理解函数执行的整个过程。 
步骤13 ：LED灯闪烁之效果展示 l 对应知识点：Arduino主板执行效果，元器件执行效果 l 操作方法：在步骤11完成以后，学生根据引导提示，进入“效果展示”交互步骤，查看执行效果是否正确。 l 拟达目标：让学生了解正确的执行效果。 
步骤14 ：超声波测距之实验原理分析 l 对应知识点：电路原理图，电子元器件 l 操作方法：开始实验后，选择“交互操作”模块，在“交互操作”界面中，选择“超声波测距”，下一步在菜单栏中选择“原理分析”，按引导提示完成相应知识点的学习。 l 拟达目标：让学生了解整个超声波测距实验的原理，对实验整体有个感性的认识。 
步骤15 ：超声波测距之实验材料选择 l 对应知识点：元器件的识别与组合 l 操作方法：在步骤14完成以后，学生根据引导提示，进入“材料选择”交互步骤，完成对应的实验所需材料的选择。。 l 拟达目标：认识各类元器件及其组合使用，能完成特定元器件的选择，完成最终实验。
步骤16 ：超声波测距之实物连线 l 对应知识点：实验原理，元器件识别，原理图 l 操作方法：在步骤15完成以后，学生根据引导提示，进入“实物连线”交互步骤，根据之前习得的电路连线图，完成对所选的材料的连线。 l 拟达目标：增加学生的实物连线的准确性，明白原理的运作过程，为实际生活中动手操作做准备。
步骤17 ：超声波测距之程序编写 l 对应知识点：程序结构，数据类型，函数 l 操作方法：在步骤16完成以后，学生根据引导提示，进入“程序编写”交互步骤，选择正确的超声波测距所需要执行的代码。 l 拟达目标：使学生熟悉程序编写的主体结构，了解简单的程序编写语法知识，了解相关的数据类型，理解函数执行的整个过程。 
步骤18 ：超声波测距之效果展示 l 对应知识点：Arduino主板执行效果，元器件执行效果 l 操作方法：在步骤17完成以后，学生根据引导提示，进入“效果展示”交互步骤，查看执行效果是否正确。 l 拟达目标：让学生了解正确的执行效果。 
步骤19 ：舵机之实验原理分析 l 对应知识点：电路原理图，电子元器件 l 操作方法：开始实验后，选择“交互操作”模块，在“交互操作”界面中，选择“舵机实验”，下一步在菜单栏中选择“原理分析”，按引导提示完成相应知识点的学习。 l 拟达目标：让学生了解整个舵机实验的原理，对实验整体有个感性的认识。  步骤20 ：舵机之实验材料选择 l 对应知识点：基础知识学习 l 操作方法：在步骤19完成以后，学生根据引导提示，进入“材料选择”交互步骤，完成对应的实验所需材料的选择。 l 拟达目标：认识各类元器件及其组合使用，能完成特定元器件的选择，完成最终实验。
步骤21 ：舵机之实物连线 l 对应知识点：实验原理，元器件识别，原理图 l 操作方法：在步骤20完成以后，学生根据引导提示，进入“实物连线”交互步骤，根据之前习得的电路连线图，完成对所选的材料的连线。 l 拟达目标：增加学生的实物连线的准确性，明白原理的运作过程，为实际生活中动手操作做准备。
步骤22 ：舵机之程序编写 l 对应知识点：程序结构，数据类型，函数 l 操作方法：在步骤21完成以后，学生根据引导提示，进入“程序编写”交互步骤，选择正确的舵机实验所需要执行的代码。 l 拟达目标：使学生熟悉程序编写的主体结构，了解简单的程序编写语法知识，了解相关的数据类型，理解函数执行的整个过程。 
步骤23 ：舵机之效果展示 l 对应知识点：Arduino主板执行效果，元器件执行效果 l 操作方法：在步骤22完成以后，学生根据引导提示，进入“效果展示”交互步骤，查看执行效果是否正确。 l 拟达目标：让学生了解正确的执行效果。 
步骤24 ：自制小电扇之实验原理分析 l 对应知识点：电路原理图，电子元器件 l 操作方法：开始实验后，选择“交互操作”模块，在“交互操作”界面中，选择“自制小电扇”，下一步在菜单栏中选择“原理分析”，按引导提示完成相应知识点的学习。 l 拟达目标：让学生了解整个LED灯闪烁实验的原理，对实验整体有个感性的认识。
步骤25 ：自制小电扇之实验材料选择 l 对应知识点：元器件的识别与组合 l 操作方法：在步骤24完成以后，学生根据引导提示，进入“材料选择”交互步骤，完成对应的实验所需材料的选择。 l 拟达目标：认识各类元器件及其组合使用，能完成特定元器件的选择，完成最终实验。
步骤26 ：自制小电扇之实物连线 l 对应知识点：实验原理，元器件识别，原理图 l 操作方法：在步骤25完成以后，学生根据引导提示，进入“实物连线”交互步骤，根据之前习得的电路连线图，完成对所选的材料的连线。
l 拟达目标：增加学生的实物连线的准确性，明白原理的运作过程，为实际生活中动手操作做准备。 步骤27 ：自制小电扇之程序编写 l 对应知识点：程序结构，数据类型，函数 l 操作方法：在步骤26完成以后，学生根据引导提示，进入“程序编写”交互步骤，选择正确的自制小电扇所需要执行的代码。。 l 拟达目标：使学生熟悉程序编写的主体结构，了解简单的程序编写语法知识，了解相关的数据类型，理解函数执行的整个过程。
步骤28 ：自制小电扇之效果展示 l 对应知识点：Arduino主板执行效果，元器件执行效果 l 操作方法：在步骤27完成以后，学生根据引导提示，进入“效果展示”交互步骤，查看执行效果是否正确。 l 拟达目标：让学生了解正确的执行效果。
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2-9实验结果与结论要求 （1） 是否记录每步实验结果：R是 £否 （2） 实验结果与结论要求：R实验报告 £心得体会 其他 （3） 其他描述：
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2-10考核要求 本虚拟仿真实验教学项目基于“虚实结合、以虚补实”的实验教学原则，采用线上虚拟实验操作和线下实体实验操作考核相结合的方式进行综合成绩评定。考核内容分为虚拟仿真实验模块、实体实验模块和实验报告。学生按要求了解虚拟仿真实验的交互操作流程后，通过规定的时间内完成虚拟仿真实验的线上操作和教师规定的实操技能考核项目，然后根据“虚拟仿真实验评价、实际操作成果、实验报告”三方面按比例3：4：3计算最终成绩。
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2-11面向学生要求 （1） 专业与年级要求 适用于工业设计类专业二年级以上的实验教学内容，电子工程专业相关内容的学习
（2） 基本知识和能力要求
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2-12实验项目应用及共享情况 （1） 本校上线时间 ：2020.10.28 （2） 已服务过的本校学生人数： 62 （3） 是否纳入到教学计划： R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：£是 R否 （5） 社会开放时间 ： ，已服务人数:
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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） 50M （1） 说明能够支持的同时在线人数（需提供在线排队提示服务） 100 |
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
（2）其他计算终端操作系统和版本要求
（3）支持移动端：£是 £否
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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 £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） |
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
（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
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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 £否 （勾选“是”，请填写） 级 |
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指标 |
内容 |
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系统架构图及简要说明 |
本实验确定了以Unity3D、Maya、3ds Max为主、辅以Photoshop图形图像处理和Substance Painter纹理绘制软件进行虚拟仿真系统的设计与构建。利用VR技术与计算机信息技术作为虚拟实验系统的核心支持，提供设计向导与技术路线。首先应用三维建模软件Maya构建智能交互实验室场景建模与模型建模，然后将三维模型导入到Unity软件中，使用C#脚本编程添加场景漫游、碰撞检测、系统界面、智能交互等，实现系统逻辑功能与3D模型的设计制作，系统可在PC、移动设备以及Web上运行。 |
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实验教学项目 |
开发技术 |
RVR £AR £MR R3D仿真 R二维动画RHTML5 其他 |
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开发工具 |
RUnity3D £3D Studio Max RMaya RZBrush £ SketchUp £Adobe Flash£Unreal Development Kit £Animate CC£Blender RVisual Studio £其他 |
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运行环境 |
服务器 CPU >=4 核、内存 >=8 GB、磁盘 >=50 GB、显存 >=4 GB、GPU型号 Intel(R) HD Graphics 2500或以上 操作系统 RWindows Server £Linux £其他 具体版本 Windows Server2008 R2 数据库 £Mysql £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） |
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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） |
单场景模型总数：10000面 贴图分辨率：1024*1024 显示帧率：高于每秒30帧 刷新率：高于30Hz 正常分辨率 1080*720 |
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（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。） （1）实验方案设计思路： 本实验依据Arduino智能与交互的特性，完成了智能交互虚拟仿真实验教学项目的总体设计，设计了实验系统的开发流程，将三维几何建模和模型简化技术相结合，实现了三维模型的优化。利用光照处理表现模型表面细节，构建了逼真的虚拟实验场景和虚拟设备。 在构建智能虚拟仿真实验教学项目的过程中，研究开发了智能交互虚拟仿真实验教学项目涉及到的关键技术，包括混合建模关键技术，三维模型的优化技术、光照与纹理映射、动画技术、碰撞检测技术、第一人称角色控制器等，成功搭建了智能交互虚拟仿真实验教学项目，探索了教学实验的实现细节，如交互模块的实现、系统UI设计、系统发布及平台部署等技术细节。 （2）教学方法创新： 游戏化教学方式一直是国内外关注的热点，将其应用于产品设计专业，能为学生开展探究性的自主实验，提升学生的创新实践能力。为达到良好的实验教学目的，本项目设计了认知模式(实验原理介绍)、演示模式(教学模式)和操作模式(练习模式、考试模式)三种侧重点各不相同的功能模式，实验原理介绍提供对所做实验的理论基础讲解，教学模式使学生可以在3D虚拟实验环境中，分步骤地观看正确的实验操作演示，并能观察到正确的实验效果，练习模式同样基于3D虚拟实验环境，学生学习实验基本原理与观看正确实验步骤之后，可在练习模式中自主地选择实验器材，进行虚拟实验操作，系统会智能地检测出实验过程中错误的操作，并给予正确操作的提示，同时，本项目结合Unity3D中的动画技术、碰撞检测技术，在脚本的控制下，实现了虚拟实验交互操作以及第一人称视角的实验场景漫游。智能交互虚拟仿真实验教学项目提供了生动逼真的实验环境，对辅助产品设计专业针对智能交互产品的实验教学具有较强的实用价值，使得实验教学在某程度上焕然一新，对改善实验教学效果，提高教学效率、增加知识认知程度有较大影响，促进了实验教学改革的重大意义。 （3）评价体系创新： 全面系统性的评价学生的实验成绩，采取“过程评分+虚实结合”评分形式，过程评分包含线上虚拟仿真实验的交互过程评分和线下实体操作过程评分，侧重评价学生的综合运用能力与实践操作水平。 （4）对传统教学的延伸与拓展: 通过虚拟仿真实验教学项目的建设，可对我校工业设计类专业提供教学和实验支撑，有效解决传统实验教学高成本、高消耗以及设备不足的问题，并且有效拓展了学生实践教学的广度和深度。充分体现虚实结合、互相补充、以虚补实的原则，增强学生实际操作能力、设计创新能力，全面提升了实验教学水平。 |
（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）
（1）项目持续建设与服务计划：
通过实验教学过程中发现的不足之处，同时将最新的实验内容不断补充到虚拟仿真实验当中去，持续完善虚拟仿真实验教学项目，改善学习的教学环境，提升用户体验。在虚拟仿真实验教学项目进行推广后，收集实验交互操作和功能反馈意见，在完善实验项目的同时，扩大虚拟仿真实验项目的适用性。在教学内容方面，不断增加Arduino各种类型的板子，不断增加各种类型的传感器元器件，让学生全面了解智能交互产品。
加强与相关院校交流合作，1年内面向高校免费开发并提供教学服务；1年后至3年内免费开发服务内容不少与80%；3年后，免费开发服务内容不少于60%。
（2）面向高校的教学推广应用计划：
本实验教学项目满足《智能交互产品设计》《Arduino开发设计》《技术构成》等课程的教学需求，帮助学生理解基础知识和相关理论。除了本校相关专业学生提供实验服务外，有计划有步骤的向兄弟院校，尤其是工业设计、智能交互设计等专业的高校实施教学推广，并做好教学保证工作，通过互联网实现实验过程中的在线答疑与交流，使之能够为全国更多的高校服务。
（3）面向社会的推广应用计划：
加强与相关企业合作，进行产品智能制造行业的交流，将开发的虚拟仿真资源面向社会开放，为智能制造行业的教育培训提供虚拟仿真实验服务，且向社会公众开发程度不低于50%。完善资源共享机制，吸引企业和高校合作开发教学资源，实现社会效益和经济效益的合作共赢，提高社会服务能力和示范作用。
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1.政治审查意见（必须提供） （本校党委须对项目团队成员情况进行审查，并对项目内容的政治导向进行把关，确保项目正确的政治方向、价值取向。须由学校党委盖章。无统一格式要求。）
2.校外评价意见（可选提供） （评价意见作为项目有关学术水平、项目质量、应用效果等某一方面的佐证性材料或补充材料，可由项目应用高校或社会应用机构等出具。评价意见须经相关单位盖章，以1份为宜，不得超过２份。无统一格式要求。）
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本学校已按照申报要求对申报的虚拟仿真实验教学项目在校内进行公示，并审核实验教学项目的内容符合申报要求和注意事项、符合相关法律法规和教学纪律要求等。经评审评价，现择优申报。 本虚拟仿真实验教学项目如果被认定为“国家虚拟仿真实验教学项目”，学校将严格贯彻《教育部高等教育司关于加强国家虚拟仿真实验教学项目持续服务和管理有关工作的通知》（教高司函〔2018〕56号）的要求，承诺将监督和保障该实验教学项目面向高校和社会开放，并提供教学服务不少于5年，支持和监督教学服务团队对实验教学项目进行持续改进完善和服务。
（其他需要说明的意见。）
主管校领导（签字）： （学校公章） 年 月 日 |
实验浏览量：1660
做实验人数：7
实验通过率：100%