虛擬實驗設(shè)計論文精選(九篇)

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第1篇：虛擬實驗設(shè)計論文范文

關(guān)鍵詞：探究性；三維虛擬實驗

中圖分類號：G434 文獻標(biāo)識碼：A 論文編號：1674-2117（2016）02-0055-04

探究性三維虛擬實驗設(shè)計的理論基礎(chǔ)

1.認知主義學(xué)習(xí)理論

認知主義學(xué)習(xí)理論把學(xué)習(xí)看作對信息進行主動選擇和理解的過程，認為人的認知過程實際上是一個信息加工過程，知識不是由外界刺激直接給予的，而是外界刺激和認知主體內(nèi)部心理過程相互作用的結(jié)果。采用三維虛擬實驗進行教學(xué)，認知對象從傳統(tǒng)的與現(xiàn)實世界打交道，變成與虛擬世界進行交互，從而產(chǎn)生了一種新的認知方式。因此設(shè)計三維虛擬實驗時，必須從學(xué)生的認知心理出發(fā)，注重學(xué)生的具體經(jīng)驗和對情境的了解，使學(xué)習(xí)者新舊知識之間的同化能順利完成，最終促進自己的認知發(fā)展。

2.情境學(xué)習(xí)理論

情境學(xué)習(xí)理論認為，特定的知識應(yīng)該在特定的情境中去學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)是一個社會性過程，知識在這個過程中由學(xué)習(xí)者與周圍環(huán)境相互作用共同構(gòu)建。情境學(xué)習(xí)理論強調(diào)學(xué)習(xí)者應(yīng)經(jīng)歷社會真實情境，通過實際活動使其在真實情境中學(xué)習(xí)知識、技能和策略，對知識做合理的解釋并能靈活運用知識。因此，設(shè)計三維虛擬實驗時，必須創(chuàng)設(shè)實驗過程所需要的各種情境，為學(xué)生主動探究提供環(huán)境支撐。

3.建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論

建構(gòu)主義認為，學(xué)習(xí)是建構(gòu)內(nèi)在心理表征的過程，學(xué)習(xí)者以已有的經(jīng)驗為基礎(chǔ)，通過與外界的相互作用來建構(gòu)新的理解，學(xué)習(xí)者知識的獲得是個體與外部環(huán)境交互的結(jié)果。因此，設(shè)計三維虛擬實驗時，必須提供靈活的交互方式，同時為學(xué)習(xí)者提供豐富的資源和工具，方便學(xué)生進行科學(xué)的探究活動，有效建構(gòu)自己的知識。

中學(xué)物理探究性三維虛擬實驗設(shè)計

1.設(shè)計原則

直觀性：三維虛擬實驗設(shè)計要為學(xué)習(xí)者提供逼真的實驗環(huán)境，增加學(xué)生者親身體驗的經(jīng)歷。由于操作步驟復(fù)雜、觀測過程漫長、實驗儀器昂貴等原因而無法完成的實驗要逼真模擬，實驗現(xiàn)象抽象和微觀的就要突破時空限制轉(zhuǎn)變?yōu)橹庇^呈現(xiàn)，實驗過程不能及時控制的要設(shè)計關(guān)鍵現(xiàn)象模擬情境，使學(xué)習(xí)者在虛擬環(huán)境下，便于觀察物理現(xiàn)象，更好地理解和掌握實驗原理。

交互性：三維虛擬實驗設(shè)計要為學(xué)習(xí)者提供更多交互的環(huán)節(jié)和實時的反饋，方便學(xué)習(xí)者選擇實驗設(shè)備、操作實驗儀器、設(shè)置實驗條件、改變實驗參數(shù)。使學(xué)習(xí)者在虛擬環(huán)境下，按照自己的學(xué)習(xí)特征、學(xué)習(xí)進度和學(xué)習(xí)方式進行主動探究。

開放性：三維虛擬實驗設(shè)計要為學(xué)習(xí)者提供可以自主設(shè)計實驗的學(xué)習(xí)資源和工具，使學(xué)習(xí)者能夠按照自己的興趣自由地設(shè)計實驗方案、演示實驗效果，并提供及時的反饋。

趣味性：三維虛擬實驗設(shè)計要為學(xué)習(xí)者提供能夠激發(fā)好奇心和求知欲的實驗過程和現(xiàn)象，能夠吸引學(xué)生的注意力，給學(xué)習(xí)者悅?cè)さ捏w驗，激發(fā)其學(xué)習(xí)物理的興趣。

2.設(shè)計過程

（1）實驗類型和主題的設(shè)計

按照實驗內(nèi)容分為：聲音類、光學(xué)類、電路類、電磁類、理學(xué)類、能量類。本研究從眾多實驗中選擇了部分實驗進行開發(fā)仿真，具體包括真實實驗中不易觀察的實驗、真實實驗中不易控制的實驗兩類。

（2）虛擬實驗?zāi)K設(shè)計

探究性三維虛擬實驗共包括實驗介紹、實驗操作、實驗提示、實驗評價四個模塊。其中，實驗介紹包括儀器介紹和內(nèi)容介紹。儀器介紹闡述虛擬實驗中用到的關(guān)鍵儀器的功能、使用方法等。內(nèi)容介紹闡述實驗?zāi)康?、實驗原理等；實驗操作是虛擬實驗的核心部分，通過分析該階段學(xué)生的認知結(jié)構(gòu)，設(shè)計交互式的用戶界面和探究性實驗環(huán)節(jié)，學(xué)生根據(jù)實驗原理和步驟，在三維虛擬實驗場景中對相關(guān)實驗儀器進行操作，完成實驗；實驗提示是指對實驗中容易出錯的地方為學(xué)生提供必要的幫助；實驗評價是根據(jù)具體的實驗要求，對學(xué)生的實驗操作結(jié)果進行評價。

中學(xué)物理探究性三維虛擬實驗的實現(xiàn)

1.主要開發(fā)工具的選擇

探究性三維虛擬實驗的實現(xiàn)主要包括虛擬實驗場景、各種實驗儀器設(shè)備的三維建模，以及提供探究活動的虛擬現(xiàn)實交互體驗的開發(fā)，用到的開發(fā)工具主要包括三維建模工具3ds Max和虛擬現(xiàn)實開發(fā)工具Unity 3D。

（1）3ds Max

3ds Max是Autodesk公司開發(fā)的基于PC的三維動畫制作、編輯、播放與三維建模和渲染軟件。它具有易于使用、功能強大、性價比高等優(yōu)點，是許多個人和公司用戶首選的三維建模與動畫軟件。3ds Max被廣泛應(yīng)用于廣告、影視、游戲開發(fā)、計算機藝術(shù)、角色動畫、工業(yè)設(shè)計和輔助教學(xué)等諸多領(lǐng)域。

（2）Unity 3D

Unity 3D是由Unity Technologies公司推出的一款強大的3D跨平臺游戲引擎，包括圖形、光照、音頻、渲染、物理和網(wǎng)絡(luò)等多方面的引擎支持，目前已不僅僅局限于游戲開發(fā)，而成為強大的綜合性虛擬現(xiàn)實開發(fā)工具，在虛擬漫游與實時設(shè)計、虛擬現(xiàn)實交互體驗、人體數(shù)字化展示等領(lǐng)域都得到有效應(yīng)用。

2.開發(fā)流程

三維虛擬實驗的開發(fā)步驟為：①三維虛擬實驗場景、實驗儀器的建模；②分析學(xué)生的心理和認知結(jié)構(gòu)，設(shè)計探究環(huán)節(jié)；③設(shè)計交互界面，實現(xiàn)實驗的交互操作；④測試虛擬實驗，進行調(diào)試和優(yōu)化；⑤虛擬實驗。

3.探究性三維虛擬實驗的開發(fā)

（1）實例1：布朗運動

①實驗設(shè)計思路：布朗運動是由微觀分子間做無規(guī)則運動而形成的。在現(xiàn)實生活中，難于操作，不易觀察，只有借助顯微鏡才能觀察，使得學(xué)生缺乏創(chuàng)造力和空間想象力。而在三維虛擬實驗中可以克服這些不足，利用Unity 3D提供的物理引擎，可以很好地模擬微觀分子的無規(guī)則運動。本實驗通過設(shè)計交互式的界面接口，使學(xué)生可以通過控制溫度變化或調(diào)整微觀分子大小，模擬微觀分子的運動變化情況，從而使實驗者更好地理解布朗運動。

②虛擬實驗場景和實驗器材的三維建模。實驗采用3ds Max對三維仿真實驗中用到的模型進行構(gòu)建，主要包括實驗桌、實驗儀器，實驗主界面如下頁圖1所示。

③虛擬仿真實驗的實現(xiàn)。本實驗提供了兩個觀察角度，即宏觀和微觀，宏觀角度用來展示實驗前的狀況；微觀角度用來展示微觀粒子的運動狀況，通過使用攝像機效果，使得觀察者能夠清晰地看到微觀世界中分子的無規(guī)則運動情況，實驗操作界面如下頁圖2所示。

下面詳細介紹微觀角度下實驗的實現(xiàn)過程。首先，學(xué)生點擊微觀按鈕后，攝像機被激活顯示，同時向液體分子拉近，這時出現(xiàn)圖2所示的界面，屏幕下方出現(xiàn)對應(yīng)的滑動條用于控制條件，一種是溫度變化，一種是分子大小變化。這里用到了NGUI插件里的Tween Position動畫。其次，液體分子的無規(guī)則運動模擬是用Unity自帶的碰撞檢測函數(shù)來實現(xiàn)的。當(dāng)分子之間相互碰撞時，會觸發(fā)自身的碰撞檢測，從而受到一個反向作用力被反彈回去。當(dāng)多個分子發(fā)生碰撞時，它們的運動就會變得毫無規(guī)律，從而形成了無規(guī)則運動。

（2）實例2：光的反射與折射

①實驗設(shè)計思路：光的反射與折射定律探究的是光從一種介質(zhì)照射到另一種介質(zhì)時發(fā)生傳播方向改變的光學(xué)現(xiàn)象。在現(xiàn)實生活中，為了確保實驗的準確性和靈活性，特別要保證三線共面，需要實驗操作細致，入射角、反射角、折射角的測量也很費時，且不易控制。而在三維虛擬仿真實驗中可以克服這些不足，利用Unity 3D可以很好地模擬光線的反射、折射現(xiàn)象，以及入射角、反射角、折射角之間的關(guān)系。

②虛擬實驗場景和實驗器材的三維建模。本實驗采用3ds Max對三維仿真實驗中用到的模型進行構(gòu)建，主要實驗儀器如圖3所示。

③虛擬仿真實驗的實現(xiàn)。本實驗用來展示入射角變化時，反射角、折射角的變化情況，通過圓盤上的刻度標(biāo)定，能夠隨時讀出確切的值，實驗者能夠清晰地看到入射角、反射角、折射角的關(guān)系，實驗操作界面如圖4所示。

結(jié)束語

新技術(shù)、新媒體的發(fā)展對傳統(tǒng)教育教學(xué)改革具有推動作用，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)設(shè)計并實現(xiàn)初中物理探究性三維虛擬實驗，能夠有效改進傳統(tǒng)中學(xué)物理實驗教學(xué)的不足，為學(xué)生進一步理解基本概念、掌握實驗規(guī)律和實驗原理，提供了主動探究的環(huán)境，對學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)具有重要價值，對探索信息技術(shù)環(huán)境下中學(xué)實驗教學(xué)新方法具有重要意義。

參考文獻：

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第2篇：虛擬實驗設(shè)計論文范文

國務(wù)院學(xué)位委員會于1998年修訂研究生專業(yè)目錄時，特別設(shè)立了材料物理和化學(xué)專業(yè)。材料物理和材料化學(xué)是材料科學(xué)的重要基礎(chǔ)。現(xiàn)代材料科學(xué)的發(fā)展已經(jīng)由過去的宏觀研究和發(fā)展進入到微觀分析和研究，用電子、原子、分子的尺度來研究改變物質(zhì)的性質(zhì)，發(fā)展新興的材料。特別是當(dāng)今以服務(wù)于高科技，現(xiàn)代工業(yè)和國防為主的現(xiàn)代材料或新材料的需求量越來越大，新材料的研制與開發(fā)速度也越來越快，因而涌現(xiàn)出的新概念、新理論、新技術(shù)、新方法、新工藝、新產(chǎn)品和新問題越來越需要材料學(xué)家和物理學(xué)家等共同努力來歸納、整理、總結(jié)及創(chuàng)新。由此產(chǎn)生的材料化學(xué)新專業(yè)無疑是多學(xué)科知識交叉、滲透的結(jié)果。它給現(xiàn)代材料的研究、開發(fā)和應(yīng)用以及相關(guān)科學(xué)的發(fā)展帶來了新的空間，為新材料的可持續(xù)發(fā)展提供完善而系統(tǒng)的理論指導(dǎo)和技術(shù)保障。因為材料化學(xué)專業(yè)是技能性、實踐性極強的學(xué)科領(lǐng)域。如何通過材料化學(xué)各實驗課程的改革，深化學(xué)生對課堂知識的理解，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維方式和實踐能力，從而提高學(xué)生創(chuàng)新能力和綜合能力，是我們面臨的一個重要問題。如何通過實驗培養(yǎng)學(xué)生多層次、多方向的掌握材料物理性能與材料的制備、工藝和測試手段的關(guān)系。并且通過獨立操作和控制實驗進程，培養(yǎng)學(xué)生的研究精神和創(chuàng)造能力是我們材料化學(xué)專業(yè)需要迫切解決的問題。我們通過分層次實驗教學(xué)，取得了良好的教學(xué)效果。

分層次實驗教學(xué)法研究

通過分層次開設(shè)實驗，培養(yǎng)學(xué)生的合理的思維方式和實踐能力，從而提高學(xué)生研究精神和創(chuàng)造性能力。具體過程分為以下三個步驟：

1.加強有關(guān)材料化學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)性實驗

在材料化學(xué)專業(yè)本科生具有了初步的化學(xué)和物理實驗?zāi)芰Φ幕A(chǔ)上，首先將材料化學(xué)專業(yè)實驗課程從相關(guān)理論課程剝離，綜合成材料化學(xué)專業(yè)專門的基礎(chǔ)實驗課程，集中訓(xùn)練學(xué)生的材料制備和材料性能檢測技能，并以此為實驗室的開發(fā)重點，使學(xué)生的實驗基本技能得以鞏固和提高。

2.開展綜合性實驗并結(jié)合本專業(yè)開展遠程網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗教學(xué)

在材料化學(xué)專業(yè)本科生已經(jīng)具有初步的材料制備和性能檢測的實驗技能基礎(chǔ)上，第二步開設(shè)綜合性實驗并結(jié)合遠程網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗教學(xué)。綜合性實驗的開設(shè)是為了適應(yīng)社會的發(fā)展和需求，在綜合實驗新體系中，要求開設(shè)的綜合性實驗盡可能反映材料、生命、環(huán)境、信息等學(xué)科的內(nèi)容；了解和學(xué)習(xí)材料化學(xué)研究方法與現(xiàn)代實驗技術(shù)在高新科技學(xué)科中的應(yīng)用成為我們新的建設(shè)目標(biāo)。因此，不僅要打破專業(yè)的界限，還要打破學(xué)科的界限，使綜合性實驗成為跨學(xué)科、多技能的綜合訓(xùn)練。在我們材料化學(xué)專業(yè)開設(shè)的綜合性實驗中，與材料、信息相關(guān)的實驗有新型能源材料的合成，SDC（固體氧化物燃料電池電解質(zhì)材料）的合成和表征，壓電陶瓷的制備和表征等等；與生物相關(guān)的實驗是天然物或中草藥物的提取及指紋圖譜等。這樣可以使學(xué)生掌握無機非金屬材料的制備方法和相關(guān)性能測試方法，掌握天然生成物質(zhì)的提取方法和結(jié)構(gòu)確定的手段，從而有效地提高學(xué)生的專業(yè)知識并擴展了知識面。為今后學(xué)生進行主導(dǎo)型研究性實驗奠定基礎(chǔ)。

目前，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)日益完善，網(wǎng)絡(luò)速度和寬帶不再成為制約網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗教學(xué)的瓶頸。計算機軟、硬件的飛速發(fā)展無疑使得虛擬實驗環(huán)境更加逼真、智能。當(dāng)然，虛擬實驗在培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、培養(yǎng)學(xué)生的誤差分析能力等方面還不可能取代傳統(tǒng)的實物實驗教學(xué)方式。但是開設(shè)遠程網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗教學(xué)可以使接受遠程教育的學(xué)生獲得與在校生一樣的從感知到理解的過程。有利于培養(yǎng)學(xué)生網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的能力，為終身學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)。對我們專業(yè)來說，因為是新開的專業(yè)，很多實驗還缺乏必要的實驗器材，很多綜合性實驗課程無法開出。但借助遠程教育平臺，可以與兄弟院校和我校其他院系的實驗教學(xué)資源實現(xiàn)共享，從而使相關(guān)實驗得以進行，實現(xiàn)了學(xué)生對相關(guān)實驗的認知。

3.開展學(xué)生主導(dǎo)型研究性實驗的模式

學(xué)生主導(dǎo)型研究性實驗是在綜合性實驗的基礎(chǔ)上由學(xué)生自己選題、查閱文獻和設(shè)計實驗，在教師指導(dǎo)下完成研究性實驗論文并進行論文答辯。該模式的主要目的是全方位地鍛煉學(xué)生實驗研究的能力，充分調(diào)動學(xué)生的主動性和積極性，激發(fā)他們從事材料科學(xué)研究的興趣和熱情，為其今后的畢業(yè)設(shè)計和將來從事科研工作打下良好的基礎(chǔ)。同時這種新的實驗?zāi)Ｊ揭蔡岣吡藢嶒炇以趯W(xué)生學(xué)習(xí)中所占的地位，建立了進實驗室學(xué)習(xí)的意識。設(shè)計性實驗對開發(fā)學(xué)生智力和創(chuàng)新能力有著重要作用。但在具體實施時，對學(xué)生的培養(yǎng)要有一個由淺入深的過程，我們材料化學(xué)專業(yè)的主導(dǎo)型研究性實驗采取在大學(xué)中后期開設(shè)，在學(xué)生已經(jīng)完成材料化學(xué)基礎(chǔ)性實驗和綜合性實驗的基礎(chǔ)上結(jié)合指導(dǎo)教師的課題或相關(guān)專業(yè)后開設(shè)（可參考材料化學(xué)實驗教程中的設(shè)計性實驗）。具體過程一般為以下幾個步驟：（1）選題； （2）查閱文獻收集資料； （3）研究方案。學(xué)生設(shè)計實驗原理，方法和步驟，擬定實驗所需藥品、儀器，探討實驗時可能產(chǎn)生的現(xiàn)象和容易發(fā)生的失誤以及安全等應(yīng)注意的問題，最后獨立設(shè)計實驗方案。實驗方案包括：實驗題目、儀器、藥品、操作步驟和實驗表征儀器等。然后將審閱實驗設(shè)計方案交給教師，教師在尊重學(xué)生創(chuàng)造精神的原則下選出幾種最佳方法，同時糾正某些實驗方案的錯誤指出某些實驗方案的缺陷，再將設(shè)計方案反饋給學(xué)生，將教師選中的方案交由全班同學(xué)討論、完善。然后采取論文答辯的方式檢驗實驗效果。在整個形式上基本是本科生畢業(yè)設(shè)計的模型，通過這樣的實驗為學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計和將來的進一步深造奠定基礎(chǔ)。

最后，在整個分層次法實驗教學(xué)中，我們的實驗室采取的是開放式實驗管理模式，在時間方面，我們安排了中午、晚上和雙休日對學(xué)生開放，讓學(xué)生對實驗結(jié)果進行一些探索，對實驗基本技能進行鞏固和掌握。同時，有2~3周開展專門的實驗時間。在人員配備方面，采用專業(yè)課教師和實驗室教師結(jié)合的方式，使每個實驗都有專業(yè)教師進行指導(dǎo)，以保證實驗的順利進行。

第3篇：虛擬實驗設(shè)計論文范文

【關(guān)鍵詞】Boson Netsim； vlan； 實驗教學(xué)設(shè)計

【中圖分類號】G40-057 【文獻標(biāo)識碼】B 【論文編號】1009―8097 (2008) 10―0121―04

計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為教育技術(shù)學(xué)專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，對學(xué)生的就業(yè)和專業(yè)發(fā)展都具有重要的作用。其中，交換機的設(shè)置及vlan的劃分又是該門課程的重難點內(nèi)容之一，不僅理論知識比較抽象，對實驗環(huán)境的硬件要求也很高，很多學(xué)校在進行該內(nèi)容的實驗教學(xué)時還存在一些困難，主要表現(xiàn)在：“①儀器設(shè)施不足，硬件環(huán)境達不到實驗要求；②實驗中因誤操作導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備損壞難以恢復(fù)；③網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品更新?lián)Q代快，實驗室設(shè)備更新難以與之同步”[1]?；谝陨显?，運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)創(chuàng)設(shè)虛擬實驗室的研究顯現(xiàn)出很大的發(fā)展空間。Boson公司的Netsim軟件就創(chuàng)建了這樣一個虛擬的環(huán)境，它是一款Cisco路由器、交換機的模擬程序，是目前最流行、操作最接近真實環(huán)境的模擬工具。我們借助Boson Netsim軟件提供的虛擬平臺對vlan相關(guān)實驗進行了教學(xué)設(shè)計。

一 確定實驗教學(xué)目標(biāo)

我們通過對學(xué)習(xí)需要的分析確定了該實驗的教學(xué)目標(biāo)。總的教學(xué)目標(biāo)是通過該實驗使教育技術(shù)專業(yè)本科學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與組建能力、虛擬局域網(wǎng)劃分能力、交換機配置能力，局域網(wǎng)理論知識和實踐操作能力得到綜合提高，這一總體目標(biāo)實際上與計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)課程的總目標(biāo)是一致的。在總目標(biāo)的基礎(chǔ)上，結(jié)合該實驗內(nèi)容我們把總目標(biāo)分解為三個二級層次目標(biāo)：一是學(xué)生能夠熟練使用Boson Network軟件；二是掌握相同網(wǎng)段內(nèi)vlan的劃分；三是掌握不同網(wǎng)段間vlan的互訪。三個目標(biāo)之間是依次遞進的關(guān)系，即后一個目標(biāo)的實現(xiàn)有賴于前一個目標(biāo)的達成。圍繞這三個二級層次目標(biāo)，我們又設(shè)計了4個具體的實驗項目，并構(gòu)成了第三層次的分解目標(biāo)。實驗教學(xué)目標(biāo)體系如圖1所示：

二 學(xué)習(xí)者特征分析

該實驗是針對教育技術(shù)學(xué)專業(yè)本科學(xué)生的，他們已經(jīng)具備較強的計算機操作能力和一定的網(wǎng)絡(luò)知識，掌握了局域網(wǎng)的組建及測試方法并自行學(xué)習(xí)了交換機和路由器配置的基本命令等，具有一定的開展新實驗的知識積累。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生能夠?qū)Σ煌W(wǎng)絡(luò)進行虛擬環(huán)境下vlan的劃分，并能夠在教師指導(dǎo)下理解、掌握vlan劃分的原理、方法和步驟。

三 實驗環(huán)境的創(chuàng)設(shè)和實驗內(nèi)容的選擇

實驗環(huán)境的創(chuàng)設(shè)是開展實驗教學(xué)首先要考慮的因素。該實驗選擇Boson Netsim軟件創(chuàng)設(shè)的虛擬平臺作為實驗環(huán)境，并在此虛擬環(huán)境下進行實驗教學(xué)設(shè)計。

Boson公司的Netsim是一個適合多種操作系統(tǒng)的軟件平臺，提供了完整的動態(tài)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計、仿真和分析的可視化環(huán)境，其命令和最新的Cisco的IOS基本保持一致[2]。主要功能如下：

1 靈活地設(shè)計仿真環(huán)境。學(xué)生可通過Netsim軟件，自定義網(wǎng)絡(luò)拓撲圖，然后根據(jù)自己設(shè)計的拓撲圖來配置交換機、路由器等設(shè)備，所有的操作與真實的環(huán)境完全相同。為相關(guān)教學(xué)提供了很大的靈活性，同時也是Netsim最大的優(yōu)點。

2 定制經(jīng)典的網(wǎng)絡(luò)實驗。Netsim軟件除允許用戶自定義網(wǎng)絡(luò)拓撲圖外，還提供一些定制好的經(jīng)典的網(wǎng)絡(luò)拓撲圖，并給出操作步驟和命令答案，非常適合學(xué)生課后自學(xué)。

3 與國際認證考試接軌。Netsim是一種Cisco路由器和交換機配置模擬程序，能夠模擬Cisco環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)硬件平臺。它為那些正在準備CCNA、CCNP考試，卻苦于沒有實驗設(shè)備、實驗環(huán)境的學(xué)生提供了練習(xí)考試中命令的有力環(huán)境和工具。

4 更新設(shè)備庫及時。Boson會不定期在其主頁最新版本的Netsim軟件，最新版不僅減少了BUG，而且對其設(shè)備庫進行及時更新。[3]

實驗內(nèi)容的選擇是整個實驗教學(xué)設(shè)計中最重要的一個環(huán)節(jié)。對于教育技術(shù)學(xué)專業(yè)學(xué)生而言，在實驗內(nèi)容的選取上，應(yīng)遵循新穎性，實用性，綜合性，拓展性，可操作性等原則[4]。根據(jù)分層次實驗教學(xué)目標(biāo)的要求并遵循以上原則，我們設(shè)計了4個教學(xué)實驗項目，分別是：①Netsim軟件的安裝和使用；②一臺交換機內(nèi)vlan的劃分；③兩臺交換機間vlan的劃分；④單臂路由實現(xiàn)vlan間互訪。這4個實驗項目均為當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域較新穎、具有較高實用價值和較強可操作性的實驗項目。

四 實驗教學(xué)過程的設(shè)計

實驗教學(xué)過程設(shè)計實際上就是實驗教學(xué)實施流程的設(shè)計，不同類型的實驗項目其實驗教學(xué)過程的組織方式不同。實驗類型一般有：演示實驗、驗證實驗、操作實驗、綜合實驗、設(shè)計實驗、研究實驗。該實驗定位為綜合、設(shè)計性實驗，要求學(xué)生綜合應(yīng)用基礎(chǔ)性實驗教學(xué)中所學(xué)的知識、所掌握的方法來完成實驗過程。這類實驗在實驗指導(dǎo)書上只寫明實驗?zāi)繕?biāo)、要求，提供相關(guān)設(shè)備及部分相關(guān)資料，由學(xué)生自己設(shè)計實驗方案，學(xué)生自己確定實驗方法、步驟，利用實驗室提供的設(shè)備獨立完成整個實驗過程。具體設(shè)計步驟如下：

1 Netsim軟件的安裝和操作

為了使學(xué)生掌握Netsim軟件的安裝和操作，并能夠靈活運用該軟件，我們計劃了兩個課時，內(nèi)容安排上主要從三方面進行：①安裝軟件。需要注意的是如果本機沒有安裝Microsoft forms2.0（大部分Windows 2000以上的操作系統(tǒng)都有該組件）和Adobe Acrobat程序（查看PDF文件的程序），Boson是不能啟動的，所以如果缺少以上任意一項內(nèi)容，在軟件安裝過程中則會提示下載，下載完后才可以繼續(xù)安裝；②軟件組建及主要按鈕的介紹。這部分重點介紹三個組件Network Designer、Control Panel、Lab Navigator及各組件上的重要按鈕；③學(xué)生自己操作并熟悉軟件。

2 同一交換機上的vlan配置

由于學(xué)生是初次接觸到vlan劃分的知識，同時該內(nèi)容的學(xué)習(xí)和掌握是后續(xù)內(nèi)容學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，所以這一環(huán)節(jié)既是重點又是難點，因此實驗教學(xué)安排兩個課時。實驗進行前首先向?qū)W生介紹要用到的重要命令和vlan劃分的理論知識等，使學(xué)生在開展實驗設(shè)計前能夠在頭腦中形成一個完整的認識，然后再由學(xué)生進行實驗設(shè)計，教師在這個過程中起到一定的指導(dǎo)作用。下面介紹到的實驗也應(yīng)該依此原則進行。該實驗要求在一個交換機（2950型）上劃分出兩個不同的vlan ，PC1接入VLAN10，PC2 和PC3接入VLAN11，拓撲圖如圖2所示：

交換機的主要配置如下：

（1） 創(chuàng)建vlan

switch #vlan database//進入vlan配置模式

switch（vlan）#vlan10 name VLAN10

switch（vlan）#vlan 11 name VLAN11//新建VLAN10和VLAN11

（2） 把端口放入vlan中

switch #configure terminal

switch（config）#interface f0/1

switch（config-if）#switchport mode access

switch（config-if）#switchport access vlan 10//把端口1放入VLAN10中

switch（config）#interface f0/2

switch（config-if）#switchport mode access

switch（config-if）#switchport access vlan 11//把端口2放入VLAN11中

把端口3也放入vlan 11中，其配置和端口2相同。

（3） 測試

配置結(jié)束后運用ping命令測試：結(jié)果為PC1和PC2、PC3均不通，PC2和PC3互通。

3 跨交換機的vlan配置

該實驗仍然屬于同一網(wǎng)段內(nèi)vlan的劃分，實現(xiàn)的是跨交換機間vlan的配置，是前一個實驗的拓展。因為對vlan有了一定的認識，并進行過虛擬環(huán)境下實際的設(shè)計操作，所以該實驗可以安排一個課時。本實驗要求把交換機C2950A的12號端口和C2950B的12號端口劃分為VLAN1，把交換機C2950A的10號端口和C2950B的10號端口劃分為VLAN2，把交換機C2950A的11號端口和C2950B的11號端口劃分為VLAN3[5][6]。實驗拓撲圖如圖4所示：

（1） 交換機C2950A的配置

VTP的配置：

C2950A>enable//進入特權(quán)用戶模式

C2950A#vlan database//進入vlan配置模式

C2950A（vlan）#vtp server//把C2950A交換機設(shè)置為服務(wù)器模式

C2950A（vlan）#vtp domain lab//把vtp的域名命名為lab

Vlan Trunk的配置：

C2950A（config）#interface f0/12

C2950A（config-if）#switchport mode trunk//配置12端口為trunk端口

接下來Vlan的創(chuàng)建和端口的劃分同實驗2所示。

（2） 交換機C2950B的配置

C2950B（vlan）#vtp client//把C2950B交換機設(shè)置為客戶端模式

C2950B（vlan）#vtp domain lab// vtp的域名和C2950A中命名相同

C2950B作為客戶端會自動學(xué)習(xí)C2950A中劃分的vlan，所以我們不需要再給C2950B劃分vlan，而是直接把相應(yīng)端口放進去就好。其他配置同C2950A。

（3） 測試

配置完后測試結(jié)果為：PC1和PC2可以互通；PC3和PC4可以互通；其他組合方式均不可以互通。

4 單臂路由實現(xiàn)vlan間互訪

前面兩個實驗，同一vlan間可以互通，不同vlan之間不能互通。那么，如何實現(xiàn)規(guī)定vlan之間的互訪呢？這就需要在網(wǎng)絡(luò)中增加路由器或是三層交換機，由此我們設(shè)計了“單臂路由實現(xiàn)vlan間互訪”的實驗。該實驗仍然是前邊實驗的進一步拓展，實驗拓撲圖如圖6所示：

主要的配置過程如下所示：

（1） 交換機的配置

交換機的配置和實驗2基本相同，只是我們還需要在把連接路由器的端口f0/11配置為vlan trunk，這里不再贅述。本實驗的關(guān)鍵在于為各個vlan 配置邏輯接口IP地址，以C2950A為例：

C2950A (config) # interface vlan 2

C2950A (config-if) #ip address 192.168.1.1 255.255.255.0

C2950A (config-if) #no shutdown

（2） 路由器的配置

配置多個子接口、以實現(xiàn)VLAN之間的路由。具體操作步驟如下：

Router (config) #interface FastEthernet0/0

Router (config-if) #no ip address

Router (config-if) # interface FastEthernet0/0.1//配置子接口

Router (config-subif) # ip address 192.168.1.1 255.255.255.0//子端口對應(yīng)vlan IP地址

（3） 測試

測試結(jié)果為各個PC機之間均可以互通。

對于這樣一系列要求較高的綜合、設(shè)計性實驗，學(xué)生需要綜合運用前面做過的多項驗證性、操作型基礎(chǔ)實驗的知識才能順利完成這些實驗。通過獨立完成這樣的綜合性實驗可以達到培養(yǎng)學(xué)生綜合實驗?zāi)芰Φ哪繕?biāo)。

五 實驗教學(xué)效果評價

對實驗教學(xué)效果的評價是整個實驗教學(xué)設(shè)計中不可或缺的環(huán)節(jié)，是檢驗實驗教學(xué)目標(biāo)是否達成的重要手段。實驗教學(xué)效果的評價方法很多，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)實驗課程教學(xué)的特點，我們主要通過兩種方式評價計算機網(wǎng)絡(luò)課程的實驗教學(xué)，即書寫實驗報告和實踐操作。其中實踐操作評價又可以分為：實物演習(xí)式評價和模擬演習(xí)式評價。所謂實物演習(xí)即學(xué)生操作真實設(shè)備，參與真實網(wǎng)絡(luò)組建和劃分等針對現(xiàn)場實物的操作方式。通過參加這些真實的實踐、實習(xí)、組建等活動，來檢驗實驗教學(xué)的效果。所謂模擬演習(xí)即借助模擬軟件（如Boson Netsim）創(chuàng)設(shè)的虛擬實驗環(huán)境來設(shè)計并組建相關(guān)實驗的虛擬操作方式，通過模擬演習(xí)也可以檢測實驗教學(xué)的效果。

由于硬件條件的限制，該實驗選擇模擬演習(xí)評價方式，即構(gòu)思一個綜合性較強的實驗，由學(xué)生在規(guī)定的時間內(nèi)設(shè)計并操作完成。通過對學(xué)生實驗設(shè)計成功率和所用時間的分析，教師可以檢測到實驗教學(xué)的效果，并及時給予有針對性的幫助和指導(dǎo)。

不同專業(yè)的計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)課程實驗教學(xué)設(shè)計會存在一定的差異。本實驗教學(xué)的設(shè)計是針對教育技術(shù)專業(yè)學(xué)生進行的，所以在目標(biāo)定位，實驗內(nèi)容、實驗項目的確定及實驗過程的組織等方面都體現(xiàn)了教育技術(shù)專業(yè)的特色并考慮了教育技術(shù)專業(yè)的需求，具有一定的專業(yè)針對性，對教育技術(shù)學(xué)本科生學(xué)習(xí)vlan及教師的教學(xué)都具有一定的幫助和指導(dǎo)作用。

參考文獻

[1][3] 謝慧,聶峰.基于Boson Netsmi的計算機網(wǎng)絡(luò)仿真實驗教學(xué)研究[J].實驗技術(shù)與管理,2007,(5):89-91.

[2] 黃勇.Bosonnetsim模擬軟件在交換機VLAN配置教學(xué)中的應(yīng)用[J].科技資訊,2006,(5):165-166.

[4] 徐建東,王海燕.計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實驗教學(xué)設(shè)計[J].寧波大學(xué)學(xué)報,2004,(2):107-110.

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關(guān)鍵詞:虛擬現(xiàn)實  教學(xué)  交互

    實驗一直都是與教學(xué)息息相關(guān)的重要活動之一。它可以使學(xué)生更好地感受、理解知識的產(chǎn)生和發(fā)展過程,讓枯燥的理論知識變得形象,易于理解。實驗不僅能幫助學(xué)生鞏固理論知識,提高通過實驗手段探索科學(xué)知識的能力,還能激發(fā)學(xué)生探索未知世界的興趣,增強創(chuàng)新能力。然而,當(dāng)前實驗方面存在的諸多難題卻嚴重限制了教學(xué)質(zhì)量的提高。如實驗成本過高,進行實驗的儀器和設(shè)備往往代價昂貴,實驗材料也比較貴,而且有些實驗儀器損耗較大,需要經(jīng)常更新。而許多學(xué)校在實驗經(jīng)費上又捉襟見肘,要么是實驗配套的設(shè)備和儀器不完善,要么就是儀器設(shè)備陳舊過時。即使有完善的較新的實驗設(shè)備,傳統(tǒng)實驗在空間和時間上的限制也可能無法滿足大量學(xué)生同時進行實驗的需要。為了緩解實驗教學(xué)的壓力,提高實驗教學(xué)的質(zhì)量,可以采用虛擬實驗系統(tǒng)來輔助實驗教學(xué)的開展。

    一、虛擬現(xiàn)實技術(shù)

    虛擬現(xiàn)實技術(shù) (ⅵrnjal reaj時,簡稱 vr技術(shù))出現(xiàn)于 20世紀 60年代,隨著處理器技術(shù)的大幅度提高以及圖形繪制技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)、傳感技術(shù)的發(fā)展,近幾十年來在國內(nèi)外形成了對虛擬現(xiàn)實的研究熱潮。

    虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)提供了一種先進的人機界面,它通過為用戶提供視覺、聽覺、觸覺等直觀而自然的實時感知交互的方法和手段,最大程度地方便用戶的操作,從而減輕了用戶的負擔(dān),提高了系統(tǒng)的工作效率。虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有 3個突出特征:沉浸性、交互性、想象性。

    虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)由兩部分組成:一部分為創(chuàng)建的虛擬環(huán)境,另一部分為介入者。虛擬現(xiàn)實的核心是強調(diào)兩者之間的交互操作,即反映出人在虛擬環(huán)境中的體驗。我們可以給出如圖 1的虛擬現(xiàn)實的概念模型。

    二、虛擬實驗系統(tǒng)

    1.虛擬實驗系統(tǒng)的特點

    (1)共享程度高。虛擬實驗系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)實驗在地域和時間上的限制,它不僅可以接受本地用戶的訪問,有訪問權(quán)限的異地用戶也可以使用系統(tǒng)。并且也無需考慮使用時間的問題,實驗者可以隨時進行實驗。虛擬實驗系統(tǒng)為用戶提供了一個可以在任何時間、任何地點訪問的實驗環(huán)境,極大地提高了信息與實驗資源的共享程度。

    (2)強大的交互能力。為了向用戶提供一個逼真的實驗環(huán)境,虛擬實驗系統(tǒng)往往都具有強大的交互能力,實驗者和虛擬實驗對象之間可以通過鼠標(biāo)的點擊或者拖曳操作進行交互,實驗者可以實時地觀看實驗現(xiàn)象和實驗結(jié)果。

    (3)支持協(xié)作。虛擬實驗系統(tǒng)提供了多種方式來完成用戶間的信息交流。

    2.虛擬實驗系統(tǒng)的建模

    如何構(gòu)建教學(xué)型虛擬實驗系統(tǒng),使其能夠擁有豐富的實驗內(nèi)容表現(xiàn)方式、提供形象生動的實驗內(nèi)容,讓讓學(xué)生實現(xiàn)從感知到理解的過程,一直是研究教學(xué)型虛擬實驗系統(tǒng)的熱點問題之一。

    虛擬實驗系統(tǒng)的構(gòu)建是將多種技術(shù)綜合運用,首先構(gòu)建實驗過程所需要的各種儀器設(shè)備,對于場景進行建模。三維虛擬場景模塊的建立是以某一實景為基礎(chǔ)的,因此在虛擬場景建模之前需要對實驗室環(huán)境進行實地考察并對建筑物進行篩選,從而構(gòu)建具有真實感的實驗環(huán)境。對于儀器設(shè)備完全用ⅵ ml語言建立復(fù)雜的三維模型是相當(dāng)煩瑣的,而且建模方法缺乏直觀性,而3dsmax強大的三維建模功能以及對具有轉(zhuǎn)換為v文件格式輸出的功能,使其在三維虛擬場景中廣泛應(yīng)用。我們在實際的建模過程中根據(jù)要建立模型的特點選擇建模方法。簡單模型,直接采用vrml中簡單幾何體拼貼紋理的方法,對于復(fù)雜場景則采用3dsmax建模后以vrmi,文件格式輸出。當(dāng)然在虛擬實驗的建模過程中的龐大建模工作量對軟件的建模效率以提出了很高的要求,于是,在該建模過程中我還采用了高效的照片建模軟件canoma,canoma是metacreations公司 (即現(xiàn)在的vie、vpoint公司)的軟件產(chǎn)品,利用它可以讓我們無需建模,即可直接從一張或幾張照片制作三維模型,因為使用真實照片直接生成三維模型,所以效果非常真實;而且cailoma可生成網(wǎng)絡(luò)使

用的vrm,文件格式。為了能夠反映真實儀器設(shè)備的特性,有時還采用flash技術(shù)來達到儀器設(shè)備外觀的逼真性,并提供一些基本的交互。

    3.虛擬實驗系統(tǒng)中的交互

    交互性是虛擬實驗系統(tǒng)中的一個重要問題。一類是用戶在瀏覽場景的時候,主要的輸入設(shè)備就是鼠標(biāo),這時候檢測器實際上是檢測用戶對于鼠標(biāo)的各種操作動作,如鼠標(biāo)的單擊、指向、拖動等等,從而場景做出相應(yīng)的反應(yīng)。檢測這類動作的監(jiān)測器是接觸型監(jiān)測器。描述這類監(jiān)測器的節(jié)點有接觸監(jiān)測器節(jié)點touchsensor以及planesensor節(jié)點、spheresensor節(jié)點、cylindersens0r節(jié)點;另一類是用戶和場景中某對象接近的程度,對象做出相應(yīng)的反應(yīng),使得用戶和虛擬對象之間形成交互。

    將所有儀器設(shè)備成功地加入到場景當(dāng)中之后,用戶應(yīng)該可以隨意地拿起自己需要的實驗器材進行實驗,所以要提供用戶選取實驗器材的接口。當(dāng)用戶在選擇某件儀器,為了提供給用戶選擇的接口,我們在實驗儀器原型中設(shè)計了供用戶選擇的按鈕。如果選中時就可以點擊按鈕“tal(e  ,無需使用就只要點擊“放回”按鈕。由于用戶需要與系統(tǒng)進行交互,同時系統(tǒng)需要根據(jù)用戶的選擇與后臺數(shù)據(jù)庫進行通信,因此我們使用java applet。applet具有 良好的網(wǎng)絡(luò)傳輸透明性,圖2顯示了瀏覽器通過appl  訪問數(shù)據(jù)庫的整個過程 。

    三、虛擬實驗集成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    1.軟件程序集成

    軟件程序是虛擬實驗系統(tǒng)的重要內(nèi)容,是系統(tǒng)的靈魂所在。在虛擬實驗系統(tǒng)中,我們將軟件程序部分按照層次化和模塊化的設(shè)計模式進行集成。集成化的軟件程序依據(jù)集成度的大小分為不同層次的模塊,分屬不同層次的模塊充分體現(xiàn)了整體和部分的關(guān)系,各模塊都可以看成是下一層次多個模塊集成的整體,每一個模塊又都可以看成是上一層次模塊中的一部分,各層次之間互為整體和部分的關(guān)系為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)架提供了靈活的方式。

  2.系統(tǒng)功能集成

    系統(tǒng)功能集成是建立在軟件程序集成的基礎(chǔ)之上的,系統(tǒng)功能集成是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)集成的重要體現(xiàn),系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的有效集成度是系統(tǒng)功能集成的重要基礎(chǔ)。在虛擬實驗系統(tǒng)中,軟件程序的集成保證了系統(tǒng)功能在不同層面上的集成度和在各層面之間的靈活性。以不同集成度來形成的系統(tǒng)功能整體在系統(tǒng)構(gòu)建、修改、維護等方面起到了重要的結(jié)構(gòu)化支持作用。

    3.儀器軟面板集成

    儀器軟面板是虛擬實驗系統(tǒng)的重要特色之一。在傳統(tǒng)實驗系統(tǒng)中,儀器設(shè)備一般會自帶一個顯示屏,以及相關(guān)的操作組件和按鈕來形成一個操作面板,這個面板的形式以及各組件和按鈕的功能是固定的,不能修改和設(shè)置。在虛擬實驗系統(tǒng)中,各種儀器設(shè)備的操作面板集中顯示在計算機的顯示屏幕上,這種面板由軟件程序來形成和設(shè)置,由鍵盤、鼠標(biāo)以及其他的外部輸入設(shè)備來控制,面板的形式以及各組件和按鈕的功能可以根據(jù)需要自定義,可以將多個儀器的面板組合在一起,也可以將某一個儀器的面板簡化。儀器軟面板形式和功能上的這種靈活性正是系統(tǒng)集成度的體現(xiàn)。

    4。網(wǎng)絡(luò)集成

    網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)使得分布式結(jié)構(gòu)成為可能。在虛擬實驗系統(tǒng)中,我們通過網(wǎng)絡(luò)可以突破時間和空間的限制,將更多的協(xié)議方和操作方以一定的集成度集成在一起,共同完成實驗項目。我們在談集成性的問題的時候,一定是和相應(yīng)的分散度聯(lián)系在一起的,就如同整體和部分之間的關(guān)系,每一個整體都可以看作更大的整體的一部分,而每一個部分又都可以看成更多小部分的整體。網(wǎng)絡(luò)的分布式保證了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的集成性。

    四、虛擬實驗教學(xué)應(yīng)用的優(yōu)勢

    從虛擬實驗的技術(shù)優(yōu)勢和實驗教學(xué)的現(xiàn)狀需求出發(fā),其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面:

    1.資源開放

    從虛擬實驗的技術(shù)實現(xiàn)角度來看,實驗教學(xué)中的有效資源全部開放,這使得實驗項目從開發(fā)到操作,再到后期數(shù)據(jù)處理與實驗課程的復(fù)習(xí)全部開放給學(xué)生,學(xué)生可以利用系統(tǒng)軟件程序模塊和實驗項目設(shè)計模板等幫助實驗設(shè)計方案的形成與開發(fā);利用數(shù)據(jù)分析與處理工具包進行實驗數(shù)據(jù)的分析與處理,獲得規(guī)律性認識:教師的指導(dǎo)性意見、學(xué)生的交流信息和實驗故障和誤差分析等信息資料,可以幫助學(xué)

生在實驗課程總結(jié)和復(fù)習(xí)中取長補短、鞏固知識。

    2.組織形式開放

    虛擬實驗將實驗資源、實驗項目開發(fā)和實驗操作等網(wǎng)絡(luò)化、平臺化,因此實驗內(nèi)容、時間以及地點等組織形式是開放的具備可選擇性。針對目前實驗教學(xué)需要跨學(xué)科、跨地域、多項實驗同時開展等現(xiàn)狀要求,虛擬實驗所具備的組織形式開放性為實驗教學(xué)模式的擴展提供了技術(shù)準備。

    3.對象開放

    虛擬實驗的網(wǎng)絡(luò)功能能夠根據(jù)不同的對象設(shè)置不同權(quán)限的系統(tǒng)身份,實驗參與人員各取所需,實現(xiàn)學(xué)習(xí)和交流的目的。在實驗教學(xué)中,對象的身份基本分為三種層次和三種身份。三種層次指的是系統(tǒng)管理員、教師和技術(shù)人員、學(xué)生。三種身份是針對學(xué)習(xí)者而言的:實驗課程參與者、遠程實驗課程學(xué)習(xí)者、實驗愛好和探索者。

    五、總結(jié)

    本文將虛擬現(xiàn)實技術(shù)引入到實驗教學(xué)環(huán)節(jié)中,這在一定得程度上提高了實驗的開放程度,降低了實驗的成本,較好地激發(fā)了學(xué)生對于實驗環(huán)節(jié)的興趣和主觀能動性,但在虛擬實驗設(shè)置過程中的交互問題仍是一個值得探討和研究的主要問題。

    參考文獻:

    【l】徐學(xué)軍.高校實驗教學(xué)要加強學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)【j】.經(jīng)濟師,2004,(4).

    【2】徐婷.教學(xué)型虛擬實驗通用平臺的研究與應(yīng)用【d】.重慶大學(xué)學(xué)位論文,2006.11.

    【3】朱敏.虛擬實驗與教學(xué)應(yīng)用研究【d】.華東師范大學(xué)博士學(xué)位論文,2006.6.

第6篇：虛擬實驗設(shè)計論文范文

一、 對高中生進行模型思維能力的訓(xùn)練是提高競賽學(xué)生問題解決能力的關(guān)鍵

物理學(xué)所研究的對象是極其復(fù)雜的,對于每一個研究對象來說,它涉及的因素是相當(dāng)多的。因此,為了研究物理問題的方便和易于探究物理事物的本質(zhì)而從復(fù)雜的物理現(xiàn)象或物理過程中抽象出研究對象的簡化描述或模擬即物理模型,我們把這種科學(xué)抽象和概括的智力操作過程稱為物理建模,通過建?？梢宰プ栴}的主要方面,排除非本質(zhì)因素的干擾,舍棄次要因素與無關(guān)因素,從而便于尋求客觀事物的本質(zhì)特征。經(jīng)過物理建模之后,物理過程就得到了簡化、純化和理想化,使人們得以更加形象、簡捷地處理問題,物理模型是形成物理概念、建立物理規(guī)律的基礎(chǔ)。

在物理競賽輔導(dǎo)中教師不但要重視定理、定律的教學(xué),而且還要引導(dǎo)學(xué)生對經(jīng)典問題建立相應(yīng)的物理模型,讓他們在遇到實際物理問題時,能迅速、準確地搜索相應(yīng)的模型信息,從而把難題肢解,迅速降低難度。換言之,反應(yīng)塊引起的塊狀思維往往可以在知識和難題之間架橋,往往可以解決由認知向復(fù)雜思維過渡的問題。反應(yīng)塊兼有知識和思維的雙重性,是非常重要和難能可貴的。因此,教師在平時就應(yīng)注重學(xué)生的物理模型的建構(gòu)。只有這樣,在解決實際復(fù)雜問題時,才會使問題和大腦中的有關(guān)模型信息產(chǎn)生共鳴,學(xué)生才會大膽使用塊狀思維,使問題顯得輕而易舉。因此對競賽學(xué)生進行模型思維能力的訓(xùn)練,是提高競賽學(xué)生問題解決能力的關(guān)鍵,也可以說整個物理競賽輔導(dǎo)的過程實質(zhì)上是物理模型思維能力的訓(xùn)練的過程。

二、 把模型思維能力訓(xùn)練同解題技巧與方法的訓(xùn)練相接合

對于一些特定的競賽題,人們在長期的問題解決實踐中,己形成了一些特定思維方向,總結(jié)出一些特殊的解決方法,掌握這些特殊的技巧,將會加速解題速度,減少解題失誤,提高解題效率。在物理競賽問題解決活動中,特殊的方法、技巧是很多的,如理想化方法、微元法、等效法、估算法、對稱法、圖像法、極值法、虛擬法、類比法等。但是由于掌握這些方法的難度較大,在常規(guī)的課堂教學(xué)中它們滲透得較淺易,要求學(xué)生的實際運用不多,尖子生往往吃不飽,提高競賽學(xué)生問題解決能力的另一個重要方法是對學(xué)生進行解題技巧與方法的訓(xùn)練。

為此,我們在平時的輔導(dǎo)中就要不斷滲透解題技巧與方法的指導(dǎo),例如,力學(xué)中有關(guān)運動和力、功與能等問題常常需要及時地、多次地變換參考系使之簡化;電學(xué)中有關(guān)求靜電場里的電荷分布或電場情況,常需采用虛擬法,利用對稱性解決;光學(xué)中的很多光路問題通常用近似法化簡;熱學(xué)中的氣體狀態(tài)變化問題常借助圖像解法及圖形變換;原子物理中有各種類天體模型及各種碰撞模型的運用等等。

三、 提高學(xué)生實驗設(shè)計及操作能力是提高競賽學(xué)生問題解決能力的必由之路

物理實驗及其教學(xué)是物理課程和物理教學(xué)的一個重要的組成部分。它既是物理教學(xué)的重要基礎(chǔ),又是物理教學(xué)的重要內(nèi)容、方法和手段。物理實驗的全過程包括:從質(zhì)疑出的問題開始,經(jīng)設(shè)計、實踐、分析和排除異?，F(xiàn)象,到分析實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù),分析誤差,寫出實驗報告的系列活動。因此,物理實驗的

過程是一個動腦動手的過程。在該過程中,不僅運用物理概念和規(guī)律的抽象思維較多(它們集中表現(xiàn)在實驗設(shè)計以及對實驗中異常現(xiàn)象和誤差的分析當(dāng)中),而且其中的具體思維的難度往往很大,這主要是因為實驗中有許多實驗儀器,以及具體思維的延續(xù)經(jīng)常是和實驗操作相互展開,互相影響的。物理實驗有助于培養(yǎng)學(xué)生的興趣和激發(fā)學(xué)生的求知欲,有利于創(chuàng)設(shè)學(xué)生有效掌握知識的學(xué)習(xí)環(huán)境,培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的方法和良好的科學(xué)素質(zhì)。

例如,在完成了《測定玻璃的折射率》實驗后,我給競賽學(xué)生額外增加一個研究性學(xué)習(xí)的內(nèi)容,即《自來水折射率的測定》,要求他們采用盡可能多的方法進行測定,對不同的方法進行比較,分析其優(yōu)缺點和實驗操作過程的難易程度,并總結(jié)出常用的測定固體折射率和液體折射率的方法各有哪些,最后撰寫小論文。

物理課本中有大量現(xiàn)成的實驗,有時可以對這些實驗進行一些討論和改進。例如,在講完歐姆表的原理后,要求學(xué)生設(shè)計一只順向刻度的歐姆表(這里的順向刻度指被測電阻為零時,歐姆表指針不偏轉(zhuǎn),而被測電阻為∞時,歐姆表指針正好滿偏),經(jīng)過思考討論,學(xué)生一致認為應(yīng)該把電流計與電池并聯(lián)。

第7篇：虛擬實驗設(shè)計論文范文

關(guān)鍵詞：虛擬仿真實驗 大學(xué)物理 實驗教學(xué)

中圖分類號：G64 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-9795（2013）08（a）-0068-02

1 簡介

《大學(xué)物理實驗》課程是高等理工科院校對大學(xué)生進行科學(xué)實驗基本訓(xùn)練的必修通識課程，是學(xué)生進行物理課程學(xué)習(xí)以及專業(yè)課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。它具有多樣化的實驗方法和手段以及綜合性很強的基本實驗技能訓(xùn)練，對于培養(yǎng)學(xué)生嚴謹?shù)目茖W(xué)思維、創(chuàng)新能力和理論聯(lián)系實際能力，引導(dǎo)學(xué)生確立正確的科學(xué)思想和科學(xué)方法，提高學(xué)生科學(xué)素質(zhì)以適應(yīng)科技發(fā)展與社會進步等方面有著十分重要的意義。

高校擴招及社會對高校實驗教學(xué)提出更高要求，使得各高校實驗教學(xué)方面的缺陷凸顯，學(xué)校面臨實驗設(shè)備的質(zhì)量和數(shù)量不足，無法為廣泛的實驗教學(xué)提供有效的支持，學(xué)生實驗?zāi)芰ε囵B(yǎng)欠缺等嚴峻形勢。2001年，教育部提出了積極開展網(wǎng)絡(luò)實驗室建設(shè)的建議，鼓勵各大高等院校搭建網(wǎng)絡(luò)實驗室，實現(xiàn)資源的共享與互補。

基于虛擬儀器的仿真實驗系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)實驗室是利用虛擬儀器技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實驗平臺，整個實驗系統(tǒng)由客戶端、實驗管理服務(wù)器、互聯(lián)網(wǎng)、實驗單元和實驗儀器單等部分組成，具有良好的資源共享性、互動操作性、擴展性和安全性，允許多用戶、多實驗同時進行，可以讓學(xué)生在任何時候、從任何地點訪問實驗室，從而大大提高實驗教學(xué)的伸縮性和適應(yīng)性。

虛擬仿真實驗系統(tǒng)在實驗方式上可以彌補普通教學(xué)中的實驗教學(xué)環(huán)節(jié)不足或輔助實驗教學(xué)；在教學(xué)模式上可綜合利用計算機技術(shù)，完成傳統(tǒng)教學(xué)中無法實現(xiàn)的實驗條件和實驗內(nèi)容，突破傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式，提高實驗教學(xué)質(zhì)量，因而在各高校的實驗教學(xué)中得到了長足的發(fā)展，在《大學(xué)物理實驗》課程教學(xué)中也得到了廣泛的應(yīng)用。

在對大學(xué)物理虛擬仿真實驗的使用過程中，我們發(fā)現(xiàn)了一些虛擬仿真實驗值得改進和加強的地方，在此提出，以供商榷，期望虛擬仿真實驗?zāi)苋照橥昝?，更貼近《大學(xué)物理實驗》課程教學(xué)的要求，在課程教學(xué)及創(chuàng)新人才培養(yǎng)方面發(fā)揮更大作用。

2 大學(xué)物理實驗教學(xué)對虛擬仿真實驗的更多期待

2.1 虛擬儀器更趨真實

虛擬仿真實驗及網(wǎng)絡(luò)實驗室的基礎(chǔ)是虛擬儀器。虛擬儀器是在美國國家儀器公司1986年提出的“軟件就是儀器”這一口號的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其概念是用戶在通用計算機平臺及必要的數(shù)據(jù)采集硬件的支持下，根據(jù)測試任務(wù)的需要，通過軟件設(shè)計來實現(xiàn)和擴展傳統(tǒng)儀器的功能。與廠家設(shè)計并定義好功能的、有固定的輸入輸出接口和操作面板的、只能實現(xiàn)一類特定測量功能的傳統(tǒng)儀器不同，虛擬儀器的用戶可以根據(jù)自己的需求設(shè)計儀器系統(tǒng)，并可通過修改軟件來改變或增減儀器的功能，真正體現(xiàn)“軟件就是儀器”這一概念。

虛擬儀器應(yīng)用于物理實驗教學(xué)將有助于改革傳統(tǒng)的實驗教學(xué)，充分利用網(wǎng)絡(luò)資源開展網(wǎng)上實驗，并可開出符合課程內(nèi)容的許多新實驗，改變實驗技術(shù)跟不上新技術(shù)的局面，使學(xué)生的創(chuàng)新能力及掌握新技術(shù)、新知識的能力得以提高。但目前虛擬實驗儀器模型的種類比較缺乏，無論就外觀還是功能而言，其真實性與實驗室的具體實驗器材相比都還存在欠缺之處，這會導(dǎo)致學(xué)習(xí)者在現(xiàn)實環(huán)境下進行實驗操作時產(chǎn)生疑問，無所適從，不利于知識的遷移。比如光學(xué)中的邁克耳遜干涉儀實驗，不同廠家生產(chǎn)的儀器在外觀、調(diào)節(jié)部件及功能等方面有較大的差別，如果學(xué)生在虛擬實驗中接觸的儀器與實際操作所使用的儀器相去甚遠的話，學(xué)生的困惑是可想而知的。因此，完善虛擬元件模型，豐富虛擬器材品種，增強虛擬儀器的仿真效果，是一般認知過程的需要，它既可加深學(xué)生對儀器本身設(shè)計原理的理解，也有助于學(xué)生發(fā)現(xiàn)實驗設(shè)備設(shè)計的優(yōu)勢和缺陷，激勵學(xué)生探索性思維。

2.2 包含更豐富的實驗原理

《大學(xué)物理實驗》課程教學(xué)的主要任務(wù)是培養(yǎng)與提高學(xué)生科學(xué)實驗基本素質(zhì)，確立正確的科學(xué)思想和科學(xué)方法；培養(yǎng)與提高學(xué)生創(chuàng)新思維、創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力；培養(yǎng)與提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。課程教學(xué)的基本要求是學(xué)生具有理論聯(lián)系實際和實事求是的科學(xué)作風(fēng)，嚴肅認真的工作態(tài)度，主動研究的探索精神，遵守紀律，團結(jié)協(xié)作和愛護公共財產(chǎn)的優(yōu)良品德。要完成上述教學(xué)的主要任務(wù)和基本要求，教學(xué)過程的一個基本出發(fā)點就是學(xué)生要對實驗原理有一個比較正確、全面和清晰的認識理解。

目前，主流的仿真虛擬軟件在知識導(dǎo)航的設(shè)計上基本上延續(xù)了傳統(tǒng)多媒體課件的導(dǎo)航模式，通過使用圖片、動畫、語音等多媒體元素，以線性結(jié)構(gòu)展示整個實驗的過程。這種模式不僅使學(xué)生比較難于在短時間內(nèi)掌握實驗的整體框架和關(guān)鍵操作要領(lǐng)，而且忽略了實驗原理對實驗的主導(dǎo)及指導(dǎo)作用，不利于學(xué)生對實驗原理的認知和理解。虛擬仿真實驗如果能充分利用易于被學(xué)生接受的視覺及聽覺技術(shù)來展示實驗原理，并在整個實驗過程中貫穿實驗原理這一條主線，讓學(xué)生認識到全部的實驗都是基于實驗原理進行的，都是在實驗原理的框架下完成的，學(xué)生對實驗原理的認識和理解無疑會更上一層樓，對科學(xué)思想和科學(xué)方法方面的領(lǐng)悟會更深入，對理論聯(lián)系實際能力的培養(yǎng)也會更有效。

2.3 能夠再現(xiàn)復(fù)雜具體的實驗環(huán)境

實驗是人類認識萬千世界的重要方法。實驗研究和理論研究作為兩種相輔相成的科學(xué)研究方法，是推動社會進步和科技發(fā)展的重要力量。實驗教學(xué)以其直觀性、實踐性、創(chuàng)造性等優(yōu)點，在培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識、提高動手能力、掌握科學(xué)研究方法等方面發(fā)揮著重要作用。虛擬實驗將計算機技術(shù)、軟件技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和傳統(tǒng)實驗儀器結(jié)合起來，改變了實驗系統(tǒng)的構(gòu)建模式，可提升實驗儀器的整體性能，突破實驗操作的時空限制，是傳統(tǒng)實驗的變革。

虛擬實驗的最終目的是為了認識現(xiàn)實世界，也就是說，虛擬實驗最終是要回到復(fù)雜具體的真實實驗環(huán)境中的。我們從虛擬世界獲得的知識，其在現(xiàn)實世界中的有用，或者說有效程度，取決于虛擬對現(xiàn)實的模擬程度。目前的虛擬大學(xué)物理實驗基本上都是理想化的：儀器是標(biāo)準的，方法是正確的，環(huán)境是理想的，結(jié)果是完美的，一切都是無誤差的，因為都是由設(shè)計好的程序來實現(xiàn)的。但真實的實驗環(huán)境卻是復(fù)雜而具體的：實驗儀器需要組裝、調(diào)試和校準，同一套實驗方法的施行也會因人而異，實驗環(huán)境會因時因地而改變，實驗結(jié)果也就包含了多方面的誤差在內(nèi)。所以，如果能在虛擬大學(xué)物理實驗中增加對一些對常見環(huán)境變化的模擬，考慮一些可預(yù)知的人的因素，使其所虛擬的實驗更加接近真實，其教學(xué)效果或許會更加優(yōu)秀。仍以邁克耳遜干涉儀實驗為例，如果能把底座不水平、兩端鏡距離過大（即超出相干長度）、兩鏡不平行時如果夾角逐漸增大或減小、沒放置補償板等情況都模擬實現(xiàn)的話，該虛擬實驗與真實情況的差距即可得到進一步的改善。

2.4 對創(chuàng)新實驗?zāi)芰Φ母嗯囵B(yǎng)

培養(yǎng)與提高學(xué)生創(chuàng)新思維、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力是《大學(xué)物理實驗》課程教學(xué)的主要任務(wù)之一。與所有的實驗教學(xué)一樣，創(chuàng)新能力的培養(yǎng)在《大學(xué)物理實驗》課程教學(xué)中尤為重要。在傳統(tǒng)實驗教學(xué)過程中，開展探索型實驗是使學(xué)生獲得創(chuàng)新能力培養(yǎng)鍛煉的有效方式之一。

與傳統(tǒng)實驗一樣，虛擬實驗也可分為演示型實驗、動手操作型實驗和探索型實驗。在探索型實驗中，學(xué)生要經(jīng)歷從實驗設(shè)計到實驗結(jié)果的整體過程，他們必須自己思考如何選擇及操作實驗儀器，如何實施及改進實驗過程，如何判斷實驗數(shù)據(jù)的準確性和誤差程度，如何總結(jié)規(guī)律或發(fā)現(xiàn)問題等等。所以這類虛擬實驗應(yīng)該具備極強的交互能力：虛擬儀器應(yīng)具有真實設(shè)備的所有功能屬性；實驗操作應(yīng)該可以自主調(diào)整；測量結(jié)果應(yīng)反映真實情況等。如此，學(xué)生方可通過虛擬而探索出真知，達到對創(chuàng)新能力培養(yǎng)的目的。

3 結(jié)語

在《大學(xué)物理實驗》課程教學(xué)中，為了利用虛擬實驗，達到較好的教學(xué)效果，期望虛擬實驗?zāi)茉谔摂M儀器的真實性、對實驗原理的更好體現(xiàn)、對實驗環(huán)境的模擬，及對創(chuàng)新能力的更多培養(yǎng)等方面做得更多更好。

參考文獻

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第8篇：虛擬實驗設(shè)計論文范文

關(guān)鍵詞：實驗教學(xué)；教學(xué)方法；教學(xué)手段；創(chuàng)新人才培養(yǎng)

中圖分類號：G642 文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：1672-5913 (2007) 21-0038-03

1引言

實驗教學(xué)是高等院校教學(xué)不可或缺的重要組成部分，它在培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力方面所起到的重要作用是其他任何教學(xué)形式都無法取代的。武漢大學(xué)計算機實驗教學(xué)中心繼承武漢大學(xué)百年教學(xué)所沉淀的優(yōu)良傳統(tǒng)與“三創(chuàng)”(創(chuàng)新、創(chuàng)造、創(chuàng)業(yè))教育理念，以計算機學(xué)院強大的學(xué)科優(yōu)勢為依托，加強實驗教學(xué)方法的研究與探索，凝練實驗教學(xué)內(nèi)涵，改革創(chuàng)新實驗教學(xué)手段，不斷使實驗教學(xué)改革與社會需求相適應(yīng)；以培養(yǎng)學(xué)生實踐動手能力和創(chuàng)新能力為目的，以實現(xiàn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自我創(chuàng)新的目標(biāo)，努力為國家培養(yǎng)創(chuàng)新型復(fù)合人才。

2實驗教學(xué)方法

(1) 采取“課前預(yù)習(xí)―資料收集―示范演示―實驗訓(xùn)練―技能考核”方法加強對學(xué)生基本操作、基本技能、基本素質(zhì)的培養(yǎng)。

課前預(yù)習(xí)：要求學(xué)生在實驗前進入計算機實驗教學(xué)中心網(wǎng)站進行預(yù)習(xí)。計算機實驗教學(xué)中心網(wǎng)站中放置了與實驗配套的實習(xí)指導(dǎo)書、多媒體教學(xué)課件、實驗錄像和其他網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源，例如儀器設(shè)備的使用與操作說明、實驗常見問題，等。

資料收集：課前學(xué)生根據(jù)實驗大綱、實驗要求、實驗?zāi)康募皩嶒瀮?nèi)容，等，自行通過Internet或電子圖書館搜索查找實驗支撐材料，掌握實驗流程與步驟。

示范演示：實驗課前10～30分鐘內(nèi)，指導(dǎo)教師講解實驗要求，示范操作與演示，觀摩部分學(xué)生操作演習(xí)，并由教師和學(xué)生共同點評。

實驗訓(xùn)練：在實驗教學(xué)過程中，指導(dǎo)教師與實驗輔助教師、研究生助教共同指導(dǎo)學(xué)生實驗，解答學(xué)生實驗過程中的疑問。如果學(xué)生在規(guī)定時間內(nèi)沒有完成實驗或感覺自己不夠熟練，還可以預(yù)約開放實驗室進行反復(fù)實驗訓(xùn)練。

技能考核：制定詳細的操作、技能評分點與評分標(biāo)準，執(zhí)行實驗課程的量化考核。

(2) 在綜合設(shè)計類實驗教學(xué)中實施“啟發(fā)引導(dǎo)―自主選題―方案設(shè)計―實驗探索―合作討論―撰寫報告―考核評價”教學(xué)方法。

綜合設(shè)計實驗是一種能夠培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用知識和創(chuàng)新能力的方法和途徑，可以極大激發(fā)學(xué)生對實驗的積極性。實驗中心采取了“啟發(fā)引導(dǎo)―自主選題―方案設(shè)計―實驗探索―合作討論―撰寫報告―考核評價”的教學(xué)方法。

啟發(fā)引導(dǎo)：綜合設(shè)計實驗一般安排在相應(yīng)實驗課程的后半學(xué)期或者下一學(xué)期，但是在實驗課程開課之初就已經(jīng)明確告知學(xué)生實驗要求和實驗安排、實驗準備步驟，以及基礎(chǔ)理論、基本操作技能對綜合設(shè)計實驗的重要性。闡述綜合設(shè)計實驗的意義，使學(xué)生認識到進行科學(xué)研究、科學(xué)思維以及發(fā)揚科學(xué)精神的重要性。

自主選題：在實驗教材或?qū)嵙?xí)指導(dǎo)書中都編寫了綜合設(shè)計實驗。綜合設(shè)計實驗內(nèi)容包括：綜合設(shè)計實驗的意義和要求；選題范圍、教學(xué)安排和教學(xué)指導(dǎo)(實驗選題參考、綜合設(shè)計實驗教學(xué)舉例和推薦參考資料，等)。此外，教師還從科研項目、實踐基地、合作企業(yè)提供的問題中選擇合適的綜合設(shè)計實驗題目，公布在實驗中心網(wǎng)站上，供學(xué)生選擇，也可以由學(xué)生完全自主選擇題目。

方案設(shè)計：學(xué)生提前將綜合設(shè)計實驗的題目、實驗設(shè)計方案和所需要的儀器設(shè)備及實驗耗材等提交給指導(dǎo)教師。經(jīng)共同討論修改合格后，方可進入下一步工作。

實驗探索：學(xué)生按照經(jīng)過討論修改的方案在實驗室進行實驗，教師根據(jù)學(xué)生實驗進展情況及時給予指導(dǎo)。部分綜合設(shè)計實驗由于具有很強的研究性，在規(guī)定的實驗教學(xué)計劃學(xué)時內(nèi)很難完成整個實驗，實驗中心對專業(yè)學(xué)生免費開放實驗室，為實驗的順利完成提供有力保障。

合作討論：綜合設(shè)計實驗結(jié)束后以班級或小組為單位進行交流與總結(jié)，共同提高。

撰寫報告：綜合設(shè)計實驗的實驗報告按實驗中心自制的格式或科研論文的格式書寫，要求提交電子版。優(yōu)秀的實驗報告可在實驗中心網(wǎng)站上或在大學(xué)生自己創(chuàng)辦的雜志“e鳴院刊”上發(fā)表。

考核評價：制定綜合設(shè)計實驗成績評定標(biāo)準細則，包括方案設(shè)計、實驗方法、實驗操作、實驗結(jié)果、協(xié)作精神、實驗安排、創(chuàng)新內(nèi)容、演示效果和實驗報告等部分。

(3) 在研究創(chuàng)新類實驗中實施“實驗中心―教師團隊―學(xué)生科研團隊―興趣小組四位一體”的教學(xué)方法。

將“實驗中心―教師團隊―學(xué)生科研團隊―興趣小組四位一體”的教學(xué)方法用于研究創(chuàng)新實驗教學(xué)，起到了非常好的教學(xué)效果，教學(xué)科研相互促進，有利于提高實驗教學(xué)水平，有利于科學(xué)研究的進展。

3實驗技術(shù)手段

(1) 利用新技術(shù)開創(chuàng)實驗教學(xué)新手段、增強實驗效果

實驗中心鼓勵教師利用計算機新技術(shù)積極開創(chuàng)實驗教學(xué)新手段，例如：

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析儀幫助學(xué)生深入理解網(wǎng)絡(luò)通信原理

為了幫助學(xué)生更好地理解網(wǎng)絡(luò)通信原理，透徹地掌握數(shù)據(jù)的封裝和解封過程，清晰地了解網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的工作過程，實驗中心花費40余萬元購買了網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析儀，學(xué)生在實驗過程中，通過可視化方式清楚地了解通信雙方交互的過程。

同學(xué)們都反映通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析儀，以前晦明不清、看不見、摸不著的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包現(xiàn)在都栩栩如生地展示在計算機屏幕上，非常形象生動且易于理解。

多媒體電子學(xué)習(xí)平臺

實驗中心應(yīng)用自主開發(fā)的“863”成果架構(gòu)了計算機實驗教學(xué)多媒體電子學(xué)習(xí)平臺，包括“自主學(xué)習(xí)”、“網(wǎng)上課堂”、“作業(yè)評閱”、“實驗報告”、“實驗錄像點播”、“在線測試”、“學(xué)習(xí)園地”等功能模塊，極大地方便了學(xué)生的自我學(xué)習(xí)。

通過多媒體電子學(xué)習(xí)平臺，學(xué)生可自主查閱資料、預(yù)習(xí)實驗內(nèi)容、分析與評估實驗結(jié)果、撰寫實驗報告和課程論文，等。多媒體電子學(xué)習(xí)平臺中包括與系列教材配套的多媒體實驗教學(xué)課件20余件和“微機系統(tǒng)與接口技術(shù)”等10門網(wǎng)絡(luò)課程。

此外，實驗中心還建立了大學(xué)計算機基礎(chǔ)、計算機網(wǎng)絡(luò)與通信、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、高級語言程序設(shè)計、匯編語言程序設(shè)計、編譯原理等精品課程教學(xué)網(wǎng)站。

計算機組成原理特色課件

實驗中心利用計算機新技術(shù)開發(fā)了特色鮮明的計算機組成原理課件，通過動畫形象生動地描繪出二進制數(shù)據(jù)如何在控制器、譯碼器、運算器、寄存器、外存、內(nèi)存等計算機部件之間傳送，幫助學(xué)生加深理解。

通過在線“虛擬實驗室”輔助學(xué)生自主實驗

實驗中心獨立開發(fā)的在線“虛擬實驗室”，打破時空限制，采用網(wǎng)絡(luò)自主式實驗?zāi)Ｊ綖橛嬎銠C專業(yè)學(xué)生提供貫穿本科階段的全天候服務(wù)。學(xué)生可隨時隨地進入“虛擬實驗室”選擇某一項目進行實驗，系統(tǒng)會對其實驗結(jié)果自動評價。學(xué)生在四年時間內(nèi)只有達到一定標(biāo)準后，才能獲得相應(yīng)必修學(xué)分。網(wǎng)絡(luò)自主式實驗?zāi)Ｊ教峁┑膫€性化服務(wù)充分體現(xiàn)了“因材施教”的教學(xué)指導(dǎo)思想。

(2) 通過實訓(xùn)平臺提升學(xué)生能力

實驗中心為了更好地提升學(xué)生實際動手能力，構(gòu)建了軟件工程、網(wǎng)絡(luò)工程、信息安全綜合等多個實訓(xùn)平臺。這些平臺的使用有效地增強了學(xué)生綜合運用知識的能力，解決實際問題的能力，更重要的是激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強了自信心，開拓了思維能力。

(3) 通過大學(xué)科聯(lián)合培養(yǎng)給學(xué)生提供更多、更好創(chuàng)新環(huán)境和機會

武漢大學(xué)計算機學(xué)科綜合實力強，特點明顯。由劉經(jīng)南院士擔(dān)任主任的軟件工程國家重點實驗室設(shè)備環(huán)境優(yōu)良、師資力量雄厚，是國內(nèi)外軟件工程理論研究與應(yīng)用研究的中心之一。實驗中心與計算機學(xué)院、軟件工程國家重點實驗室、國家多媒體軟件工程技術(shù)研究中心多方聯(lián)合，為學(xué)生提供更多的科研課題、創(chuàng)新基地和指導(dǎo)老師。

實驗中心在軟件工程國家重點實驗室建立“軟件工程創(chuàng)新基地”，在國家多媒體軟件工程技術(shù)研究中心建立“多媒體技術(shù)研究創(chuàng)新基地”，為本科生創(chuàng)新研究和技術(shù)成果轉(zhuǎn)化提供了優(yōu)良的條件。

(4) 在校外建立實習(xí)基地

校外豐富的科研資源是本科教學(xué)培養(yǎng)中難得的條件，實驗中心每年將部分學(xué)生送往下屬的12個校外實習(xí)基地進行學(xué)習(xí)，接受實習(xí)基地先進實驗技能的培訓(xùn)和科研前沿的熏陶。和實驗中心簽訂合作的校外實習(xí)基地包括：北京安天電子設(shè)備有限公司，等。通過和企業(yè)公司簽訂合作協(xié)議，每年暑期或從第四學(xué)年開始由應(yīng)用研究能力強的老師帶隊，選派部分學(xué)生到相關(guān)企業(yè)進行社會實踐。通過這種措施，既解決了企業(yè)的生產(chǎn)難題，又培養(yǎng)了學(xué)生的實踐動手能力和創(chuàng)新能力。

4結(jié)束語

我們通過改革實驗教學(xué)方法，拓展實驗教學(xué)手段，充分利用計算機實驗中心和社會資源，以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新和綜合運用知識能力為目的，不斷深化實驗教學(xué)改革，提高教學(xué)質(zhì)量，收到了良好的效果。

收稿日期：2007-07-02

第9篇：虛擬實驗設(shè)計論文范文

藥學(xué)專業(yè)培養(yǎng)能夠從事藥學(xué)教育、藥學(xué)研究、藥品生產(chǎn)、藥品經(jīng)營、藥品檢驗、藥品使用、藥品管理及藥品臨床應(yīng)用的復(fù)合型高級藥學(xué)專門人才。藥學(xué)系各專業(yè)根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)在課程設(shè)置上與臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)有較大差異，在醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)課程上主干課程人體解剖學(xué)與生理學(xué)合并為人體解剖生理學(xué)，部分臨床課程合并臨床醫(yī)學(xué)概論，而相應(yīng)增加藥學(xué)主要專業(yè)課程。而機能實驗課僅安排4－5個一般驗證性藥理學(xué)實驗，生理學(xué)、病理生理學(xué)實驗內(nèi)容基本沒有涉及。培養(yǎng)的學(xué)生知識不全面，不能滿足藥學(xué)專業(yè)畢業(yè)后能在藥品生產(chǎn)、檢驗、流通與使用、研究與開發(fā)等領(lǐng)域從事藥物制劑、藥品檢驗、合理用藥、藥物設(shè)計等方面的高級科技人才的需求。

2優(yōu)化機能實驗課程體系，突出藥學(xué)專業(yè)特色

為了能滿足藥學(xué)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的需要，在總結(jié)十多年機能實驗改革的經(jīng)驗，充分利用我校的資源條件，我們課題組以機能實驗學(xué)教程為依據(jù)，針對藥學(xué)各專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)與學(xué)時分配的差異，結(jié)合我校藥學(xué)學(xué)生的畢業(yè)技能考試要求，同時吸收其他院校機能實驗學(xué)教學(xué)的精華，對我校的機能實驗內(nèi)容進行再一次優(yōu)化組合，強調(diào)突出其專業(yè)特色，使學(xué)生所學(xué)的機能實驗知識既實用又具有系統(tǒng)性。具體是將原有內(nèi)容分為幾大模塊，包括如下方面:①機能實驗學(xué)概述與常用儀器的使用介紹、實驗報告寫作;機能實驗學(xué)基本技能訓(xùn)練與操作、常用觀察指標(biāo)與實驗數(shù)據(jù)的采集與評價、分析與統(tǒng)計。目的培養(yǎng)學(xué)生的基本操作技能與實驗數(shù)據(jù)的處理。②藥物在動物體內(nèi)藥代動力學(xué)參數(shù)(t1/2等)與LD50的測定。目的是針對性鍛煉藥學(xué)學(xué)生掌握常用治療藥物監(jiān)測方法與如何評價藥物急性毒性。③藥物的基本知識、處方學(xué)、藥典與新藥研究(阿司匹林的合成)。主要為學(xué)生進入藥廠實習(xí)前增加藥物的基本知識與新藥臨床前研究基本方法。④機能綜合與探索性實驗以及虛擬實驗室的開放。訓(xùn)練藥學(xué)學(xué)生的實驗研究的選題、課題與論文的撰寫以及綜合能力的培養(yǎng)，以此拓展學(xué)生的實際應(yīng)用能力。對以上的實驗內(nèi)容實施1－2年級后，及時綜合評價學(xué)生實驗學(xué)習(xí)效果，召開學(xué)生與教師座談會，學(xué)生與帶教教師填寫反饋意見表。在下一學(xué)年綜合學(xué)生與教師的反饋意見調(diào)整部分實驗內(nèi)容使其更突出藥學(xué)專業(yè)特色。第二次按照調(diào)整后的內(nèi)容在下一屆學(xué)生實施，并再次測評學(xué)生與教師的反饋意見，在進一步優(yōu)化實驗內(nèi)容后，逐步形成一套相對穩(wěn)定的藥學(xué)專業(yè)機能實驗學(xué)教學(xué)體系，編寫藥學(xué)專業(yè)的實驗教材、修改相應(yīng)機能實驗學(xué)教學(xué)大綱，設(shè)計并制作網(wǎng)絡(luò)課件。將實驗內(nèi)容等通過網(wǎng)絡(luò)供其他專業(yè)學(xué)生參考與學(xué)習(xí)，以便將來優(yōu)化臨床醫(yī)學(xué)等其他專業(yè)機能實驗學(xué)課程。

3科研、生產(chǎn)與實驗相結(jié)合，加強實驗教學(xué)改革

多年來，機能實驗教學(xué)一般均是依據(jù)教學(xué)大綱與課時的要求，在規(guī)定的時間內(nèi)按照實驗講義“照方抓藥”。這種相對封閉的模式壓抑了學(xué)生主動性尤其是創(chuàng)造性的發(fā)揮。做實驗時，每教學(xué)班內(nèi)容與實驗方法完全一致，學(xué)生興趣不高，而實驗免不了出現(xiàn)抄襲數(shù)據(jù)或拼湊結(jié)果的現(xiàn)象。為了提高學(xué)生的實驗動手能力，我們提倡教師開放研究室、實驗室，鼓勵學(xué)生參與科研，實現(xiàn)多元化實驗教學(xué)方式。我們嘗試性將部分興趣高的藥學(xué)專業(yè)學(xué)生組成科技興趣小組，將科研與實驗相結(jié)合。幾年來，我校藥學(xué)學(xué)生參加國家863計劃課題、國家自然基金與教育廳自然科學(xué)基金以及橫向科研等課題多項;通過主動地參加科研活動，同學(xué)們撩開了科研的神秘面紗，熟悉了科研活動實施的全過程，從而減少其對科研活動的畏懼情緒，增進學(xué)習(xí)的主動性和學(xué)習(xí)興趣。在后期臨床藥理學(xué)課程教學(xué)中，藥學(xué)系與臨床藥物評價中心聯(lián)合開設(shè)新藥研究的綜合性實驗。實驗內(nèi)容是教師的科研或制藥企業(yè)的項目。做實驗時，學(xué)生在教師指導(dǎo)下擬定實驗內(nèi)容和要求;根據(jù)所學(xué)理論知識與在制藥企業(yè)見習(xí)所學(xué)的實踐經(jīng)驗自己進行實驗設(shè)計;同時教師把最新的藥品生產(chǎn)信息或本人的科研課題納入實驗教學(xué)，向?qū)W生介紹一些先進的實驗方法，引導(dǎo)學(xué)生積極參與教師的科研與社會活動，激發(fā)學(xué)生大膽提出自己的設(shè)想與思路，指導(dǎo)其撰寫實驗課題，完成科研小論文。這樣既克服了一些低水平的重復(fù)性實驗，又提高了學(xué)生獨立思考和綜合應(yīng)用所學(xué)知識的能力。實現(xiàn)有目的、有計劃、有層次地從一般性實驗過渡到研究性、開發(fā)性的實驗。

4加強實驗室科學(xué)管理，提高教師與實驗技術(shù)人員的素質(zhì)，切實保證實驗課教學(xué)質(zhì)量

由于機能實驗是由三門實驗課有機結(jié)合在一起，因此對老師的要求較高。其不但精通本學(xué)科的基本理論和基本技能，還要熟悉另外二門學(xué)科知識。尤其是藥學(xué)專業(yè)涉及很多藥學(xué)知識，而機能實驗帶教教師多為臨床專業(yè)畢業(yè)，所以教師必須相應(yīng)補充一定有關(guān)藥學(xué)知識，才能使學(xué)科間知識相互滲透。同時實驗課的教學(xué)質(zhì)量與實驗動物、試劑的配制以及實驗儀器的穩(wěn)定性直接相關(guān);而實驗室的管理和藥品、器材等教學(xué)保障工作是由技術(shù)人員完成的，故高素質(zhì)的實驗技術(shù)人員同樣是高質(zhì)量實驗課的必備條件。多年來由于多方面的原因造成機能中心技術(shù)人員匱乏，盡管這幾年我們不斷補充了高學(xué)歷的碩士研究生進入技術(shù)人員隊伍，但一般是其他專業(yè)改行而來，專業(yè)技能單一。針對這一情況，我們重點抓好現(xiàn)有技術(shù)人員的培訓(xùn)。首先，安排他們在本科班全程跟班聽理論課教學(xué)，全面系統(tǒng)地掌握三門學(xué)課的理論知識;第二是同教研室一起討論制定實驗計劃，并負責(zé)實施:第三是由其首先摸索新實驗、新方法，實驗課前與帶課教員共同做預(yù)實驗，實驗前充分準備必需的實驗動物、試劑藥品。提前調(diào)試好所需儀器，保證其正常運行、而且對儀器必須進行經(jīng)常性的維護保養(yǎng);只有這樣才能高質(zhì)量高效率地完成實驗教學(xué)。由此可見，提高教師與實驗技術(shù)人員的業(yè)務(wù)素質(zhì)，加強實驗室的科學(xué)化管理是實驗課教學(xué)改革順利進行的基本保證，也是突出藥學(xué)專業(yè)特色的機能實驗教學(xué)前提。