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深度知觉在中学立体几何教学中的应用研究

作　者: 谭颖
导　师: 邱飞岳；刘迎春
学　校: 浙江工业大学
专　业: 教育技术学
关键词: 深度知觉空间能力红蓝视差图立体几何
分类号: G633.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 25次
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内容摘要

中学生普遍反映立体几何难学,造成这一困境的主要原因是中学生的空间思维能力不完善。研究发现,深度知觉是个体对同一物体的凹凸或对不同物体远近的反映,能使二维视网膜像解释为三维空间世界。如何将深度知觉的基本原理和多媒体技术相融合,构建一个中学生立体几何教学系统,已成为教育技术学研究者面对的一个崭新研究课题。鉴于此,本文通过文献分析和逻辑推理的方法来探索深度知觉的原理及其实现技术。首先介绍了基于双眼视差的深度知觉的基本原理,研究了立体显示的双目数学模型及其算法,再利用数学建模法建立了任意位置双视点投影的深度知觉数学模型。然后,在深度知觉工作原理的指导下,本研究使用原型法,设计了面向深度知觉的中学立体几何教学系统。该部分的主要研究工作包括:1)设计面向深度知觉应用于中学立体几何的两种教学模式;2)以中学生立体几何新课程标准和中学生的空间能力特征为分析对象,分析面向深度知觉的中学立体几何教学系统的需求;3)确定了中学立体几何教学系统的总体功能;4)重点设计了面向深度知觉的立体几何画板和教学系统的横纵向功能框架。最后,利用编程工具实现了面向深度知觉的中学立体几何教学系统。其中红蓝视差立体几何画板是立体几何教学系统的核心模块。总体来说,本研究工作具有一定的开创性,推进了深度知觉的原理及其实现技术的研究,丰富了立体几何的教学模式,有利于提高中学生立体几何教学的质量和效率,为后续相关研究提供一定的参考价值。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第1章绪论  11-22
  1.1 研究背景  11-12
  1.2 研究问题的提出  12-13
  1.3 国内外相关研究现状  13-17
    1.3.1 空间能力与认知教学  14
    1.3.2 深度知觉与立体视觉技术  14-15
    1.3.3 深度知觉与空间能力  15-16
    1.3.4 立体几何与几何画板  16
    1.3.5 国内外相关研究的启发  16-17
  1.4 研究内容  17
  1.5 研究目标  17-18
  1.6 研究意义  18
  1.7 关键概念界定  18-19
  1.8 研究方法  19-20
  1.9 论文的结构  20-22
第2章文献综述  22-29
  2.1 深度知觉与空间能力相关理论  22-24
    2.1.1 感觉、知觉与视知觉  22
    2.1.2 空间知觉与深度知觉  22-23
    2.1.3 空间意象与空间能力  23-24
  2.2 知觉学习理论与教学应用  24-26
    2.2.1 知觉学习的理论概述  24-25
    2.2.2 反应定向和分化理论  25
    2.2.3 知觉的选择性及其教学应用  25-26
  2.3 深度知觉与空间能力的关系  26-28
    2.3.1 深度知觉与空间能力的关系  26-28
  2.4 本章小结  28-29
第3章深度知觉的原理及其实现技术  29-43
  3.1 基于双眼视差的深度知觉  29-31
    3.1.1 深度知觉及其生理线索  29-30
    3.1.2 深度知觉的双眼视差线索  30
    3.1.3 真深度立体感与伪3D立体感的区别  30-31
  3.2 真深度立体感的实现  31-34
    3.2.1 立体显示的双目数学模型  31
    3.2.2 立体显示图对生成算法  31-33
    3.2.3 双目立体成像方法  33-34
  3.3 动态红蓝视差图的实现  34-41
    3.3.1 视差的深度控制研究  34-35
    3.3.2 深度知觉任意双视点投影的数学建模  35-40
    3.3.3 OpenGL的主要函数实现  40-41
  3.4 本章小结  41-43
第4章面向深度知觉的立体几何教学系统的设计  43-58
  4.1 面向深度知觉的中学立体几何教学模式的设计  43-46
    4.1.1 面向深度知觉的中学立体几何教学现状分析  43-44
    4.1.2 面向深度知觉的中学立体几何教学模式的设计思路  44
    4.1.3 面向深度知觉的中学立体几何课堂教学模式  44-45
    4.1.4 面向深度知觉的中学立体几何课后教学模式  45-46
  4.2 面向深度知觉的中学立体几何教学系统的需求分析  46-50
    4.2.1 中学立体几何课程标准分析  46-49
    4.2.2 中学生学习立体几何的特征分析  49
    4.2.3 中学立体几何画板的功能分析  49-50
  4.3 面向深度知觉的立体几何教学系统的总体设计  50-52
  4.4 面向深度知觉的立体几何教学系统的详细设计  52-57
    4.4.1 按探索需求设计红蓝视差立体几何画板  52-53
    4.4.2 按学习资源组织教学系统横向框架  53-55
    4.4.3 按学习过程设计教学系统纵向框架  55-57
  4.5 本章小结  57-58
第5章面向深度知觉的立体几何教学系统的实现  58-81
  5.1 系统开发方法  58-60
  5.2 红蓝视差立体几何画板的实现  60-72
    5.2.1 系统需求  60
    5.2.2 概要设计  60-61
    5.2.3 详细设计  61
    5.2.4 系统界面  61-65
    5.2.5 关键技术  65-71
    5.2.6 绘图过程  71-72
  5.3 立体几何系统学习环境的实现  72-76
    5.3.1 系统学习环境的界面设计  72-74
    5.3.2 利用VB制作系统学习环境  74-76
  5.4 测试与评价  76-80
    5.4.1 准备工作  76-77
    5.4.2 教学过程  77-78
    5.4.3 测试和评价  78-80
  5.5 本章小结  80-81
第6章研究结论、创新与展望  81-84
  6.1 研究的结论  81-82
  6.2 研究的创新之处  82-83
  6.3 研究展望  83-84
参考文献  84-87
附录  87-90
致谢  90-91
攻读学位期间主要科研成果  91

深度知觉在中学立体几何教学中的应用研究

内容摘要

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