虚拟实验设计论文精选(九篇)

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第1篇：虚拟实验设计论文范文

关键词：探究性；三维虚拟实验

中图分类号：G434 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2016）02-0055-04

探究性三维虚拟实验设计的理论基础

1.认知主义学习理论

认知主义学习理论把学习看作对信息进行主动选择和理解的过程，认为人的认知过程实际上是一个信息加工过程，知识不是由外界刺激直接给予的，而是外界刺激和认知主体内部心理过程相互作用的结果。采用三维虚拟实验进行教学，认知对象从传统的与现实世界打交道，变成与虚拟世界进行交互，从而产生了一种新的认知方式。因此设计三维虚拟实验时，必须从学生的认知心理出发，注重学生的具体经验和对情境的了解，使学习者新旧知识之间的同化能顺利完成，最终促进自己的认知发展。

2.情境学习理论

情境学习理论认为，特定的知识应该在特定的情境中去学习，学习是一个社会性过程，知识在这个过程中由学习者与周围环境相互作用共同构建。情境学习理论强调学习者应经历社会真实情境，通过实际活动使其在真实情境中学习知识、技能和策略，对知识做合理的解释并能灵活运用知识。因此，设计三维虚拟实验时，必须创设实验过程所需要的各种情境，为学生主动探究提供环境支撑。

3.建构主义学习理论

建构主义认为，学习是建构内在心理表征的过程，学习者以已有的经验为基础，通过与外界的相互作用来建构新的理解，学习者知识的获得是个体与外部环境交互的结果。因此，设计三维虚拟实验时，必须提供灵活的交互方式，同时为学习者提供丰富的资源和工具，方便学生进行科学的探究活动，有效建构自己的知识。

中学物理探究性三维虚拟实验设计

1.设计原则

直观性：三维虚拟实验设计要为学习者提供逼真的实验环境，增加学生者亲身体验的经历。由于操作步骤复杂、观测过程漫长、实验仪器昂贵等原因而无法完成的实验要逼真模拟，实验现象抽象和微观的就要突破时空限制转变为直观呈现，实验过程不能及时控制的要设计关键现象模拟情境，使学习者在虚拟环境下，便于观察物理现象，更好地理解和掌握实验原理。

交互性：三维虚拟实验设计要为学习者提供更多交互的环节和实时的反馈，方便学习者选择实验设备、操作实验仪器、设置实验条件、改变实验参数。使学习者在虚拟环境下，按照自己的学习特征、学习进度和学习方式进行主动探究。

开放性：三维虚拟实验设计要为学习者提供可以自主设计实验的学习资源和工具，使学习者能够按照自己的兴趣自由地设计实验方案、演示实验效果，并提供及时的反馈。

趣味性：三维虚拟实验设计要为学习者提供能够激发好奇心和求知欲的实验过程和现象，能够吸引学生的注意力，给学习者悦趣的体验，激发其学习物理的兴趣。

2.设计过程

（1）实验类型和主题的设计

按照实验内容分为：声音类、光学类、电路类、电磁类、理学类、能量类。本研究从众多实验中选择了部分实验进行开发仿真，具体包括真实实验中不易观察的实验、真实实验中不易控制的实验两类。

（2）虚拟实验模块设计

探究性三维虚拟实验共包括实验介绍、实验操作、实验提示、实验评价四个模块。其中，实验介绍包括仪器介绍和内容介绍。仪器介绍阐述虚拟实验中用到的关键仪器的功能、使用方法等。内容介绍阐述实验目的、实验原理等；实验操作是虚拟实验的核心部分，通过分析该阶段学生的认知结构，设计交互式的用户界面和探究性实验环节，学生根据实验原理和步骤，在三维虚拟实验场景中对相关实验仪器进行操作，完成实验；实验提示是指对实验中容易出错的地方为学生提供必要的帮助；实验评价是根据具体的实验要求，对学生的实验操作结果进行评价。

中学物理探究性三维虚拟实验的实现

1.主要开发工具的选择

探究性三维虚拟实验的实现主要包括虚拟实验场景、各种实验仪器设备的三维建模，以及提供探究活动的虚拟现实交互体验的开发，用到的开发工具主要包括三维建模工具3ds Max和虚拟现实开发工具Unity 3D。

（1）3ds Max

3ds Max是Autodesk公司开发的基于PC的三维动画制作、编辑、播放与三维建模和渲染软件。它具有易于使用、功能强大、性价比高等优点，是许多个人和公司用户首选的三维建模与动画软件。3ds Max被广泛应用于广告、影视、游戏开发、计算机艺术、角色动画、工业设计和辅助教学等诸多领域。

（2）Unity 3D

Unity 3D是由Unity Technologies公司推出的一款强大的3D跨平台游戏引擎，包括图形、光照、音频、渲染、物理和网络等多方面的引擎支持，目前已不仅仅局限于游戏开发，而成为强大的综合性虚拟现实开发工具，在虚拟漫游与实时设计、虚拟现实交互体验、人体数字化展示等领域都得到有效应用。

2.开发流程

三维虚拟实验的开发步骤为：①三维虚拟实验场景、实验仪器的建模；②分析学生的心理和认知结构，设计探究环节；③设计交互界面，实现实验的交互操作；④测试虚拟实验，进行调试和优化；⑤虚拟实验。

3.探究性三维虚拟实验的开发

（1）实例1：布朗运动

①实验设计思路：布朗运动是由微观分子间做无规则运动而形成的。在现实生活中，难于操作，不易观察，只有借助显微镜才能观察，使得学生缺乏创造力和空间想象力。而在三维虚拟实验中可以克服这些不足，利用Unity 3D提供的物理引擎，可以很好地模拟微观分子的无规则运动。本实验通过设计交互式的界面接口，使学生可以通过控制温度变化或调整微观分子大小，模拟微观分子的运动变化情况，从而使实验者更好地理解布朗运动。

②虚拟实验场景和实验器材的三维建模。实验采用3ds Max对三维仿真实验中用到的模型进行构建，主要包括实验桌、实验仪器，实验主界面如下页图1所示。

③虚拟仿真实验的实现。本实验提供了两个观察角度，即宏观和微观，宏观角度用来展示实验前的状况；微观角度用来展示微观粒子的运动状况，通过使用摄像机效果，使得观察者能够清晰地看到微观世界中分子的无规则运动情况，实验操作界面如下页图2所示。

下面详细介绍微观角度下实验的实现过程。首先，学生点击微观按钮后，摄像机被激活显示，同时向液体分子拉近，这时出现图2所示的界面，屏幕下方出现对应的滑动条用于控制条件，一种是温度变化，一种是分子大小变化。这里用到了NGUI插件里的Tween Position动画。其次，液体分子的无规则运动模拟是用Unity自带的碰撞检测函数来实现的。当分子之间相互碰撞时，会触发自身的碰撞检测，从而受到一个反向作用力被反弹回去。当多个分子发生碰撞时，它们的运动就会变得毫无规律，从而形成了无规则运动。

（2）实例2：光的反射与折射

①实验设计思路：光的反射与折射定律探究的是光从一种介质照射到另一种介质时发生传播方向改变的光学现象。在现实生活中，为了确保实验的准确性和灵活性，特别要保证三线共面，需要实验操作细致，入射角、反射角、折射角的测量也很费时，且不易控制。而在三维虚拟仿真实验中可以克服这些不足，利用Unity 3D可以很好地模拟光线的反射、折射现象，以及入射角、反射角、折射角之间的关系。

②虚拟实验场景和实验器材的三维建模。本实验采用3ds Max对三维仿真实验中用到的模型进行构建，主要实验仪器如图3所示。

③虚拟仿真实验的实现。本实验用来展示入射角变化时，反射角、折射角的变化情况，通过圆盘上的刻度标定，能够随时读出确切的值，实验者能够清晰地看到入射角、反射角、折射角的关系，实验操作界面如图4所示。

结束语

新技术、新媒体的发展对传统教育教学改革具有推动作用，利用虚拟现实技术设计并实现初中物理探究性三维虚拟实验，能够有效改进传统中学物理实验教学的不足，为学生进一步理解基本概念、掌握实验规律和实验原理，提供了主动探究的环境，对学生创新思维的培养具有重要价值，对探索信息技术环境下中学实验教学新方法具有重要意义。

参考文献：

[1]马发挥，李献业，钟永江，陈红珍.初中物理虚拟实验室教学模式研究[J].中国信息技术教育，2010（9）：48-50.

[2]姬洪强.《现代教育技术》虚拟实验室的设计与实现[D].金华：浙江师范大学，2009.

[3]张秀敏.仿真实验室在初中物理虚拟实验中的应用[J].中国教育技术装备，2015（11）：158-159.

[4]张林誉.初中物理虚拟试验系统的设计与实现[D].武汉：华中师范大学，2013.

[5]徐一帆.基于虚拟现实的中学物理仿真实验的设计与实现[D].长沙：湖南大学，2013.

[6]单美贤.虚拟试验系统的分类研究[J].现代教育技术，2011，21（10）：117-120.

第2篇：虚拟实验设计论文范文

国务院学位委员会于1998年修订研究生专业目录时，特别设立了材料物理和化学专业。材料物理和材料化学是材料科学的重要基础。现代材料科学的发展已经由过去的宏观研究和发展进入到微观分析和研究，用电子、原子、分子的尺度来研究改变物质的性质，发展新兴的材料。特别是当今以服务于高科技，现代工业和国防为主的现代材料或新材料的需求量越来越大，新材料的研制与开发速度也越来越快，因而涌现出的新概念、新理论、新技术、新方法、新工艺、新产品和新问题越来越需要材料学家和物理学家等共同努力来归纳、整理、总结及创新。由此产生的材料化学新专业无疑是多学科知识交叉、渗透的结果。它给现代材料的研究、开发和应用以及相关科学的发展带来了新的空间，为新材料的可持续发展提供完善而系统的理论指导和技术保障。因为材料化学专业是技能性、实践性极强的学科领域。如何通过材料化学各实验课程的改革，深化学生对课堂知识的理解，培养学生的科学思维方式和实践能力，从而提高学生创新能力和综合能力，是我们面临的一个重要问题。如何通过实验培养学生多层次、多方向的掌握材料物理性能与材料的制备、工艺和测试手段的关系。并且通过独立操作和控制实验进程，培养学生的研究精神和创造能力是我们材料化学专业需要迫切解决的问题。我们通过分层次实验教学，取得了良好的教学效果。

分层次实验教学法研究

通过分层次开设实验，培养学生的合理的思维方式和实践能力，从而提高学生研究精神和创造性能力。具体过程分为以下三个步骤：

1.加强有关材料化学专业基础性实验

在材料化学专业本科生具有了初步的化学和物理实验能力的基础上，首先将材料化学专业实验课程从相关理论课程剥离，综合成材料化学专业专门的基础实验课程，集中训练学生的材料制备和材料性能检测技能，并以此为实验室的开发重点，使学生的实验基本技能得以巩固和提高。

2.开展综合性实验并结合本专业开展远程网络虚拟实验教学

在材料化学专业本科生已经具有初步的材料制备和性能检测的实验技能基础上，第二步开设综合性实验并结合远程网络虚拟实验教学。综合性实验的开设是为了适应社会的发展和需求，在综合实验新体系中，要求开设的综合性实验尽可能反映材料、生命、环境、信息等学科的内容；了解和学习材料化学研究方法与现代实验技术在高新科技学科中的应用成为我们新的建设目标。因此，不仅要打破专业的界限，还要打破学科的界限，使综合性实验成为跨学科、多技能的综合训练。在我们材料化学专业开设的综合性实验中，与材料、信息相关的实验有新型能源材料的合成，SDC（固体氧化物燃料电池电解质材料）的合成和表征，压电陶瓷的制备和表征等等；与生物相关的实验是天然物或中草药物的提取及指纹图谱等。这样可以使学生掌握无机非金属材料的制备方法和相关性能测试方法，掌握天然生成物质的提取方法和结构确定的手段，从而有效地提高学生的专业知识并扩展了知识面。为今后学生进行主导型研究性实验奠定基础。

目前，网络建设日益完善，网络速度和宽带不再成为制约网络虚拟实验教学的瓶颈。计算机软、硬件的飞速发展无疑使得虚拟实验环境更加逼真、智能。当然，虚拟实验在培养学生的动手能力、培养学生的误差分析能力等方面还不可能取代传统的实物实验教学方式。但是开设远程网络虚拟实验教学可以使接受远程教育的学生获得与在校生一样的从感知到理解的过程。有利于培养学生网络学习的能力，为终身学习打下良好基础。对我们专业来说，因为是新开的专业，很多实验还缺乏必要的实验器材，很多综合性实验课程无法开出。但借助远程教育平台，可以与兄弟院校和我校其他院系的实验教学资源实现共享，从而使相关实验得以进行，实现了学生对相关实验的认知。

3.开展学生主导型研究性实验的模式

学生主导型研究性实验是在综合性实验的基础上由学生自己选题、查阅文献和设计实验，在教师指导下完成研究性实验论文并进行论文答辩。该模式的主要目的是全方位地锻炼学生实验研究的能力，充分调动学生的主动性和积极性，激发他们从事材料科学研究的兴趣和热情，为其今后的毕业设计和将来从事科研工作打下良好的基础。同时这种新的实验模式也提高了实验室在学生学习中所占的地位，建立了进实验室学习的意识。设计性实验对开发学生智力和创新能力有着重要作用。但在具体实施时，对学生的培养要有一个由浅入深的过程，我们材料化学专业的主导型研究性实验采取在大学中后期开设，在学生已经完成材料化学基础性实验和综合性实验的基础上结合指导教师的课题或相关专业后开设（可参考材料化学实验教程中的设计性实验）。具体过程一般为以下几个步骤：（1）选题； （2）查阅文献收集资料； （3）研究方案。学生设计实验原理，方法和步骤，拟定实验所需药品、仪器，探讨实验时可能产生的现象和容易发生的失误以及安全等应注意的问题，最后独立设计实验方案。实验方案包括：实验题目、仪器、药品、操作步骤和实验表征仪器等。然后将审阅实验设计方案交给教师，教师在尊重学生创造精神的原则下选出几种最佳方法，同时纠正某些实验方案的错误指出某些实验方案的缺陷，再将设计方案反馈给学生，将教师选中的方案交由全班同学讨论、完善。然后采取论文答辩的方式检验实验效果。在整个形式上基本是本科生毕业设计的模型，通过这样的实验为学生的毕业设计和将来的进一步深造奠定基础。

最后，在整个分层次法实验教学中，我们的实验室采取的是开放式实验管理模式，在时间方面，我们安排了中午、晚上和双休日对学生开放，让学生对实验结果进行一些探索，对实验基本技能进行巩固和掌握。同时，有2~3周开展专门的实验时间。在人员配备方面，采用专业课教师和实验室教师结合的方式，使每个实验都有专业教师进行指导，以保证实验的顺利进行。

第3篇：虚拟实验设计论文范文

【关键词】Boson Netsim； vlan； 实验教学设计

【中图分类号】G40-057 【文献标识码】B 【论文编号】1009―8097 (2008) 10―0121―04

计算机网络技术作为教育技术学专业的一门专业基础课程，对学生的就业和专业发展都具有重要的作用。其中，交换机的设置及vlan的划分又是该门课程的重难点内容之一，不仅理论知识比较抽象，对实验环境的硬件要求也很高，很多学校在进行该内容的实验教学时还存在一些困难，主要表现在：“①仪器设施不足，硬件环境达不到实验要求；②实验中因误操作导致的网络设备损坏难以恢复；③网络产品更新换代快，实验室设备更新难以与之同步”[1]。基于以上原因，运用虚拟现实技术创设虚拟实验室的研究显现出很大的发展空间。Boson公司的Netsim软件就创建了这样一个虚拟的环境，它是一款Cisco路由器、交换机的模拟程序，是目前最流行、操作最接近真实环境的模拟工具。我们借助Boson Netsim软件提供的虚拟平台对vlan相关实验进行了教学设计。

一 确定实验教学目标

我们通过对学习需要的分析确定了该实验的教学目标。总的教学目标是通过该实验使教育技术专业本科学生的网络设计与组建能力、虚拟局域网划分能力、交换机配置能力，局域网理论知识和实践操作能力得到综合提高，这一总体目标实际上与计算机网络技术课程的总目标是一致的。在总目标的基础上，结合该实验内容我们把总目标分解为三个二级层次目标：一是学生能够熟练使用Boson Network软件；二是掌握相同网段内vlan的划分；三是掌握不同网段间vlan的互访。三个目标之间是依次递进的关系，即后一个目标的实现有赖于前一个目标的达成。围绕这三个二级层次目标，我们又设计了4个具体的实验项目，并构成了第三层次的分解目标。实验教学目标体系如图1所示：

二 学习者特征分析

该实验是针对教育技术学专业本科学生的，他们已经具备较强的计算机操作能力和一定的网络知识，掌握了局域网的组建及测试方法并自行学习了交换机和路由器配置的基本命令等，具有一定的开展新实验的知识积累。在此基础上，学生能够对不同网络进行虚拟环境下vlan的划分，并能够在教师指导下理解、掌握vlan划分的原理、方法和步骤。

三 实验环境的创设和实验内容的选择

实验环境的创设是开展实验教学首先要考虑的因素。该实验选择Boson Netsim软件创设的虚拟平台作为实验环境，并在此虚拟环境下进行实验教学设计。

Boson公司的Netsim是一个适合多种操作系统的软件平台，提供了完整的动态网络系统设计、仿真和分析的可视化环境，其命令和最新的Cisco的IOS基本保持一致[2]。主要功能如下：

1 灵活地设计仿真环境。学生可通过Netsim软件，自定义网络拓扑图，然后根据自己设计的拓扑图来配置交换机、路由器等设备，所有的操作与真实的环境完全相同。为相关教学提供了很大的灵活性，同时也是Netsim最大的优点。

2 定制经典的网络实验。Netsim软件除允许用户自定义网络拓扑图外，还提供一些定制好的经典的网络拓扑图，并给出操作步骤和命令答案，非常适合学生课后自学。

3 与国际认证考试接轨。Netsim是一种Cisco路由器和交换机配置模拟程序，能够模拟Cisco环境下的网络硬件平台。它为那些正在准备CCNA、CCNP考试，却苦于没有实验设备、实验环境的学生提供了练习考试中命令的有力环境和工具。

4 更新设备库及时。Boson会不定期在其主页最新版本的Netsim软件，最新版不仅减少了BUG，而且对其设备库进行及时更新。[3]

实验内容的选择是整个实验教学设计中最重要的一个环节。对于教育技术学专业学生而言，在实验内容的选取上，应遵循新颖性，实用性，综合性，拓展性，可操作性等原则[4]。根据分层次实验教学目标的要求并遵循以上原则，我们设计了4个教学实验项目，分别是：①Netsim软件的安装和使用；②一台交换机内vlan的划分；③两台交换机间vlan的划分；④单臂路由实现vlan间互访。这4个实验项目均为当前网络技术领域较新颖、具有较高实用价值和较强可操作性的实验项目。

四 实验教学过程的设计

实验教学过程设计实际上就是实验教学实施流程的设计，不同类型的实验项目其实验教学过程的组织方式不同。实验类型一般有：演示实验、验证实验、操作实验、综合实验、设计实验、研究实验。该实验定位为综合、设计性实验，要求学生综合应用基础性实验教学中所学的知识、所掌握的方法来完成实验过程。这类实验在实验指导书上只写明实验目标、要求，提供相关设备及部分相关资料，由学生自己设计实验方案，学生自己确定实验方法、步骤，利用实验室提供的设备独立完成整个实验过程。具体设计步骤如下：

1 Netsim软件的安装和操作

为了使学生掌握Netsim软件的安装和操作，并能够灵活运用该软件，我们计划了两个课时，内容安排上主要从三方面进行：①安装软件。需要注意的是如果本机没有安装Microsoft forms2.0（大部分Windows 2000以上的操作系统都有该组件）和Adobe Acrobat程序（查看PDF文件的程序），Boson是不能启动的，所以如果缺少以上任意一项内容，在软件安装过程中则会提示下载，下载完后才可以继续安装；②软件组建及主要按钮的介绍。这部分重点介绍三个组件Network Designer、Control Panel、Lab Navigator及各组件上的重要按钮；③学生自己操作并熟悉软件。

2 同一交换机上的vlan配置

由于学生是初次接触到vlan划分的知识，同时该内容的学习和掌握是后续内容学习的基础，所以这一环节既是重点又是难点，因此实验教学安排两个课时。实验进行前首先向学生介绍要用到的重要命令和vlan划分的理论知识等，使学生在开展实验设计前能够在头脑中形成一个完整的认识，然后再由学生进行实验设计，教师在这个过程中起到一定的指导作用。下面介绍到的实验也应该依此原则进行。该实验要求在一个交换机（2950型）上划分出两个不同的vlan ，PC1接入VLAN10，PC2 和PC3接入VLAN11，拓扑图如图2所示：

交换机的主要配置如下：

（1） 创建vlan

switch #vlan database//进入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） 测试

配置结束后运用ping命令测试：结果为PC1和PC2、PC3均不通，PC2和PC3互通。

3 跨交换机的vlan配置

该实验仍然属于同一网段内vlan的划分，实现的是跨交换机间vlan的配置，是前一个实验的拓展。因为对vlan有了一定的认识，并进行过虚拟环境下实际的设计操作，所以该实验可以安排一个课时。本实验要求把交换机C2950A的12号端口和C2950B的12号端口划分为VLAN1，把交换机C2950A的10号端口和C2950B的10号端口划分为VLAN2，把交换机C2950A的11号端口和C2950B的11号端口划分为VLAN3[5][6]。实验拓扑图如图4所示：

（1） 交换机C2950A的配置

VTP的配置：

C2950A>enable//进入特权用户模式

C2950A#vlan database//进入vlan配置模式

C2950A（vlan）#vtp server//把C2950A交换机设置为服务器模式

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

Vlan Trunk的配置：

C2950A（config）#interface f0/12

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

接下来Vlan的创建和端口的划分同实验2所示。

（2） 交换机C2950B的配置

C2950B（vlan）#vtp client//把C2950B交换机设置为客户端模式

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

C2950B作为客户端会自动学习C2950A中划分的vlan，所以我们不需要再给C2950B划分vlan，而是直接把相应端口放进去就好。其他配置同C2950A。

（3） 测试

配置完后测试结果为：PC1和PC2可以互通；PC3和PC4可以互通；其他组合方式均不可以互通。

4 单臂路由实现vlan间互访

前面两个实验，同一vlan间可以互通，不同vlan之间不能互通。那么，如何实现规定vlan之间的互访呢？这就需要在网络中增加路由器或是三层交换机，由此我们设计了“单臂路由实现vlan间互访”的实验。该实验仍然是前边实验的进一步拓展，实验拓扑图如图6所示：

主要的配置过程如下所示：

（1） 交换机的配置

交换机的配置和实验2基本相同，只是我们还需要在把连接路由器的端口f0/11配置为vlan trunk，这里不再赘述。本实验的关键在于为各个vlan 配置逻辑接口IP地址，以C2950A为例：

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

配置多个子接口、以实现VLAN之间的路由。具体操作步骤如下：

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//子端口对应vlan IP地址

（3） 测试

测试结果为各个PC机之间均可以互通。

对于这样一系列要求较高的综合、设计性实验，学生需要综合运用前面做过的多项验证性、操作型基础实验的知识才能顺利完成这些实验。通过独立完成这样的综合性实验可以达到培养学生综合实验能力的目标。

五 实验教学效果评价

对实验教学效果的评价是整个实验教学设计中不可或缺的环节，是检验实验教学目标是否达成的重要手段。实验教学效果的评价方法很多，结合网络实验课程教学的特点，我们主要通过两种方式评价计算机网络课程的实验教学，即书写实验报告和实践操作。其中实践操作评价又可以分为：实物演习式评价和模拟演习式评价。所谓实物演习即学生操作真实设备，参与真实网络组建和划分等针对现场实物的操作方式。通过参加这些真实的实践、实习、组建等活动，来检验实验教学的效果。所谓模拟演习即借助模拟软件（如Boson Netsim）创设的虚拟实验环境来设计并组建相关实验的虚拟操作方式，通过模拟演习也可以检测实验教学的效果。

由于硬件条件的限制，该实验选择模拟演习评价方式，即构思一个综合性较强的实验，由学生在规定的时间内设计并操作完成。通过对学生实验设计成功率和所用时间的分析，教师可以检测到实验教学的效果，并及时给予有针对性的帮助和指导。

不同专业的计算机网络技术课程实验教学设计会存在一定的差异。本实验教学的设计是针对教育技术专业学生进行的，所以在目标定位，实验内容、实验项目的确定及实验过程的组织等方面都体现了教育技术专业的特色并考虑了教育技术专业的需求，具有一定的专业针对性，对教育技术学本科生学习vlan及教师的教学都具有一定的帮助和指导作用。

参考文献

[1][3] 谢慧,聂峰.基于Boson Netsmi的计算机网络仿真实验教学研究[J].实验技术与管理,2007,(5):89-91.

[2] 黄勇.Bosonnetsim模拟软件在交换机VLAN配置教学中的应用[J].科技资讯,2006,(5):165-166.

[4] 徐建东,王海燕.计算机网络技术实验教学设计[J].宁波大学学报,2004,(2):107-110.

第4篇：虚拟实验设计论文范文

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第5篇：虚拟实验设计论文范文

 

关键词:虚拟现实  教学  交互

    实验一直都是与教学息息相关的重要活动之一。它可以使学生更好地感受、理解知识的产生和发展过程,让枯燥的理论知识变得形象,易于理解。实验不仅能帮助学生巩固理论知识,提高通过实验手段探索科学知识的能力,还能激发学生探索未知世界的兴趣,增强创新能力。然而,当前实验方面存在的诸多难题却严重限制了教学质量的提高。如实验成本过高,进行实验的仪器和设备往往代价昂贵,实验材料也比较贵,而且有些实验仪器损耗较大,需要经常更新。而许多学校在实验经费上又捉襟见肘,要么是实验配套的设备和仪器不完善,要么就是仪器设备陈旧过时。即使有完善的较新的实验设备,传统实验在空间和时间上的限制也可能无法满足大量学生同时进行实验的需要。为了缓解实验教学的压力,提高实验教学的质量,可以采用虚拟实验系统来辅助实验教学的开展。

    一、虚拟现实技术

    虚拟现实技术 (ⅵrnjal reaj时,简称 vr技术)出现于 20世纪 60年代,随着处理器技术的大幅度提高以及图形绘制技术、数字信号处理技术、传感技术的发展,近几十年来在国内外形成了对虚拟现实的研究热潮。

    虚拟现实系统提供了一种先进的人机界面,它通过为用户提供视觉、听觉、触觉等直观而自然的实时感知交互的方法和手段,最大程度地方便用户的操作,从而减轻了用户的负担,提高了系统的工作效率。虚拟现实技术具有 3个突出特征:沉浸性、交互性、想象性。

    虚拟现实系统由两部分组成:一部分为创建的虚拟环境,另一部分为介入者。虚拟现实的核心是强调两者之间的交互操作,即反映出人在虚拟环境中的体验。我们可以给出如图 1的虚拟现实的概念模型。

    二、虚拟实验系统

    1.虚拟实验系统的特点

    (1)共享程度高。虚拟实验系统不同于传统实验在地域和时间上的限制,它不仅可以接受本地用户的访问,有访问权限的异地用户也可以使用系统。并且也无需考虑使用时间的问题,实验者可以随时进行实验。虚拟实验系统为用户提供了一个可以在任何时间、任何地点访问的实验环境,极大地提高了信息与实验资源的共享程度。

    (2)强大的交互能力。为了向用户提供一个逼真的实验环境,虚拟实验系统往往都具有强大的交互能力,实验者和虚拟实验对象之间可以通过鼠标的点击或者拖曳操作进行交互,实验者可以实时地观看实验现象和实验结果。

    (3)支持协作。虚拟实验系统提供了多种方式来完成用户间的信息交流。

    2.虚拟实验系统的建模

    如何构建教学型虚拟实验系统,使其能够拥有丰富的实验内容表现方式、提供形象生动的实验内容,让让学生实现从感知到理解的过程,一直是研究教学型虚拟实验系统的热点问题之一。

    虚拟实验系统的构建是将多种技术综合运用,首先构建实验过程所需要的各种仪器设备,对于场景进行建模。三维虚拟场景模块的建立是以某一实景为基础的,因此在虚拟场景建模之前需要对实验室环境进行实地考察并对建筑物进行筛选,从而构建具有真实感的实验环境。对于仪器设备完全用ⅵ ml语言建立复杂的三维模型是相当烦琐的,而且建模方法缺乏直观性,而3dsmax强大的三维建模功能以及对具有转换为v文件格式输出的功能,使其在三维虚拟场景中广泛应用。我们在实际的建模过程中根据要建立模型的特点选择建模方法。简单模型,直接采用vrml中简单几何体拼贴纹理的方法,对于复杂场景则采用3dsmax建模后以vrmi,文件格式输出。当然在虚拟实验的建模过程中的庞大建模工作量对软件的建模效率以提出了很高的要求,于是,在该建模过程中我还采用了高效的照片建模软件canoma,canoma是metacreations公司 (即现在的vie、vpoint公司)的软件产品,利用它可以让我们无需建模,即可直接从一张或几张照片制作三维模型,因为使用真实照片直接生成三维模型,所以效果非常真实;而且cailoma可生成网络使

用的vrm,文件格式。为了能够反映真实仪器设备的特性,有时还采用flash技术来达到仪器设备外观的逼真性,并提供一些基本的交互。

    3.虚拟实验系统中的交互

    交互性是虚拟实验系统中的一个重要问题。一类是用户在浏览场景的时候,主要的输入设备就是鼠标,这时候检测器实际上是检测用户对于鼠标的各种操作动作,如鼠标的单击、指向、拖动等等,从而场景做出相应的反应。检测这类动作的监测器是接触型监测器。描述这类监测器的节点有接触监测器节点touchsensor以及planesensor节点、spheresensor节点、cylindersens0r节点;另一类是用户和场景中某对象接近的程度,对象做出相应的反应,使得用户和虚拟对象之间形成交互。

    将所有仪器设备成功地加入到场景当中之后,用户应该可以随意地拿起自己需要的实验器材进行实验,所以要提供用户选取实验器材的接口。当用户在选择某件仪器,为了提供给用户选择的接口,我们在实验仪器原型中设计了供用户选择的按钮。如果选中时就可以点击按钮“tal(e  ,无需使用就只要点击“放回”按钮。由于用户需要与系统进行交互,同时系统需要根据用户的选择与后台数据库进行通信,因此我们使用java applet。applet具有 良好的网络传输透明性,图2显示了浏览器通过appl  访问数据库的整个过程 。

    三、虚拟实验集成的系统结构

    1.软件程序集成

    软件程序是虚拟实验系统的重要内容,是系统的灵魂所在。在虚拟实验系统中,我们将软件程序部分按照层次化和模块化的设计模式进行集成。集成化的软件程序依据集成度的大小分为不同层次的模块,分属不同层次的模块充分体现了整体和部分的关系,各模块都可以看成是下一层次多个模块集成的整体,每一个模块又都可以看成是上一层次模块中的一部分,各层次之间互为整体和部分的关系为系统结构构架提供了灵活的方式。

  2.系统功能集成

    系统功能集成是建立在软件程序集成的基础之上的,系统功能集成是系统结构集成的重要体现,系统结构的有效集成度是系统功能集成的重要基础。在虚拟实验系统中,软件程序的集成保证了系统功能在不同层面上的集成度和在各层面之间的灵活性。以不同集成度来形成的系统功能整体在系统构建、修改、维护等方面起到了重要的结构化支持作用。

    3.仪器软面板集成

    仪器软面板是虚拟实验系统的重要特色之一。在传统实验系统中,仪器设备一般会自带一个显示屏,以及相关的操作组件和按钮来形成一个操作面板,这个面板的形式以及各组件和按钮的功能是固定的,不能修改和设置。在虚拟实验系统中,各种仪器设备的操作面板集中显示在计算机的显示屏幕上,这种面板由软件程序来形成和设置,由键盘、鼠标以及其他的外部输入设备来控制,面板的形式以及各组件和按钮的功能可以根据需要自定义,可以将多个仪器的面板组合在一起,也可以将某一个仪器的面板简化。仪器软面板形式和功能上的这种灵活性正是系统集成度的体现。

    4。网络集成

    网络的出现使得分布式结构成为可能。在虚拟实验系统中,我们通过网络可以突破时间和空间的限制,将更多的协议方和操作方以一定的集成度集成在一起,共同完成实验项目。我们在谈集成性的问题的时候,一定是和相应的分散度联系在一起的,就如同整体和部分之间的关系,每一个整体都可以看作更大的整体的一部分,而每一个部分又都可以看成更多小部分的整体。网络的分布式保证了系统结构的集成性。

    四、虚拟实验教学应用的优势

    从虚拟实验的技术优势和实验教学的现状需求出发,其优势主要体现在以下几个方面:

    1.资源开放

    从虚拟实验的技术实现角度来看,实验教学中的有效资源全部开放,这使得实验项目从开发到操作,再到后期数据处理与实验课程的复习全部开放给学生,学生可以利用系统软件程序模块和实验项目设计模板等帮助实验设计方案的形成与开发;利用数据分析与处理工具包进行实验数据的分析与处理,获得规律性认识:教师的指导性意见、学生的交流信息和实验故障和误差分析等信息资料,可以帮助学

生在实验课程总结和复习中取长补短、巩固知识。

    2.组织形式开放

    虚拟实验将实验资源、实验项目开发和实验操作等网络化、平台化,因此实验内容、时间以及地点等组织形式是开放的具备可选择性。针对目前实验教学需要跨学科、跨地域、多项实验同时开展等现状要求,虚拟实验所具备的组织形式开放性为实验教学模式的扩展提供了技术准备。

    3.对象开放

    虚拟实验的网络功能能够根据不同的对象设置不同权限的系统身份,实验参与人员各取所需,实现学习和交流的目的。在实验教学中,对象的身份基本分为三种层次和三种身份。三种层次指的是系统管理员、教师和技术人员、学生。三种身份是针对学习者而言的:实验课程参与者、远程实验课程学习者、实验爱好和探索者。

    五、总结

    本文将虚拟现实技术引入到实验教学环节中,这在一定得程度上提高了实验的开放程度,降低了实验的成本,较好地激发了学生对于实验环节的兴趣和主观能动性,但在虚拟实验设置过程中的交互问题仍是一个值得探讨和研究的主要问题。

    参考文献:

    【l】徐学军.高校实验教学要加强学生创新能力的培养【j】.经济师,2004,(4).

    【2】徐婷.教学型虚拟实验通用平台的研究与应用【d】.重庆大学学位论文,2006.11.

    【3】朱敏.虚拟实验与教学应用研究【d】.华东师范大学博士学位论文,2006.6.

第6篇：虚拟实验设计论文范文

一、 对高中生进行模型思维能力的训练是提高竞赛学生问题解决能力的关键

物理学所研究的对象是极其复杂的,对于每一个研究对象来说,它涉及的因素是相当多的。因此,为了研究物理问题的方便和易于探究物理事物的本质而从复杂的物理现象或物理过程中抽象出研究对象的简化描述或模拟即物理模型,我们把这种科学抽象和概括的智力操作过程称为物理建模,通过建模可以抓住问题的主要方面,排除非本质因素的干扰,舍弃次要因素与无关因素,从而便于寻求客观事物的本质特征。经过物理建模之后,物理过程就得到了简化、纯化和理想化,使人们得以更加形象、简捷地处理问题,物理模型是形成物理概念、建立物理规律的基础。

在物理竞赛辅导中教师不但要重视定理、定律的教学,而且还要引导学生对经典问题建立相应的物理模型,让他们在遇到实际物理问题时,能迅速、准确地搜索相应的模型信息,从而把难题肢解,迅速降低难度。换言之,反应块引起的块状思维往往可以在知识和难题之间架桥,往往可以解决由认知向复杂思维过渡的问题。反应块兼有知识和思维的双重性,是非常重要和难能可贵的。因此,教师在平时就应注重学生的物理模型的建构。只有这样,在解决实际复杂问题时,才会使问题和大脑中的有关模型信息产生共鸣,学生才会大胆使用块状思维,使问题显得轻而易举。因此对竞赛学生进行模型思维能力的训练,是提高竞赛学生问题解决能力的关键,也可以说整个物理竞赛辅导的过程实质上是物理模型思维能力的训练的过程。

二、 把模型思维能力训练同解题技巧与方法的训练相接合

对于一些特定的竞赛题,人们在长期的问题解决实践中,己形成了一些特定思维方向,总结出一些特殊的解决方法,掌握这些特殊的技巧,将会加速解题速度,减少解题失误,提高解题效率。在物理竞赛问题解决活动中,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、对称法、图像法、极值法、虚拟法、类比法等。但是由于掌握这些方法的难度较大,在常规的课堂教学中它们渗透得较浅易,要求学生的实际运用不多,尖子生往往吃不饱,提高竞赛学生问题解决能力的另一个重要方法是对学生进行解题技巧与方法的训练。

为此,我们在平时的辅导中就要不断渗透解题技巧与方法的指导,例如,力学中有关运动和力、功与能等问题常常需要及时地、多次地变换参考系使之简化;电学中有关求静电场里的电荷分布或电场情况,常需采用虚拟法,利用对称性解决;光学中的很多光路问题通常用近似法化简;热学中的气体状态变化问题常借助图像解法及图形变换;原子物理中有各种类天体模型及各种碰撞模型的运用等等。

三、 提高学生实验设计及操作能力是提高竞赛学生问题解决能力的必由之路

物理实验及其教学是物理课程和物理教学的一个重要的组成部分。它既是物理教学的重要基础,又是物理教学的重要内容、方法和手段。物理实验的全过程包括:从质疑出的问题开始,经设计、实践、分析和排除异常现象,到分析实验现象和数据,分析误差,写出实验报告的系列活动。因此,物理实验的

过程是一个动脑动手的过程。在该过程中,不仅运用物理概念和规律的抽象思维较多(它们集中表现在实验设计以及对实验中异常现象和误差的分析当中),而且其中的具体思维的难度往往很大,这主要是因为实验中有许多实验仪器,以及具体思维的延续经常是和实验操作相互展开,互相影响的。物理实验有助于培养学生的兴趣和激发学生的求知欲,有利于创设学生有效掌握知识的学习环境,培养学生科学的方法和良好的科学素质。

例如,在完成了《测定玻璃的折射率》实验后,我给竞赛学生额外增加一个研究性学习的内容,即《自来水折射率的测定》,要求他们采用尽可能多的方法进行测定,对不同的方法进行比较,分析其优缺点和实验操作过程的难易程度,并总结出常用的测定固体折射率和液体折射率的方法各有哪些,最后撰写小论文。

物理课本中有大量现成的实验,有时可以对这些实验进行一些讨论和改进。例如,在讲完欧姆表的原理后,要求学生设计一只顺向刻度的欧姆表(这里的顺向刻度指被测电阻为零时,欧姆表指针不偏转,而被测电阻为∞时,欧姆表指针正好满偏),经过思考讨论,学生一致认为应该把电流计与电池并联。

第7篇：虚拟实验设计论文范文

关键词：虚拟仿真实验 大学物理 实验教学

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2013）08（a）-0068-02

1 简介

《大学物理实验》课程是高等理工科院校对大学生进行科学实验基本训练的必修通识课程，是学生进行物理课程学习以及专业课程学习的基础。它具有多样化的实验方法和手段以及综合性很强的基本实验技能训练，对于培养学生严谨的科学思维、创新能力和理论联系实际能力，引导学生确立正确的科学思想和科学方法，提高学生科学素质以适应科技发展与社会进步等方面有着十分重要的意义。

高校扩招及社会对高校实验教学提出更高要求，使得各高校实验教学方面的缺陷凸显，学校面临实验设备的质量和数量不足，无法为广泛的实验教学提供有效的支持，学生实验能力培养欠缺等严峻形势。2001年，教育部提出了积极开展网络实验室建设的建议，鼓励各大高等院校搭建网络实验室，实现资源的共享与互补。

基于虚拟仪器的仿真实验系统及网络实验室是利用虚拟仪器技术和互联网技术的实验平台，整个实验系统由客户端、实验管理服务器、互联网、实验单元和实验仪器单等部分组成，具有良好的资源共享性、互动操作性、扩展性和安全性，允许多用户、多实验同时进行，可以让学生在任何时候、从任何地点访问实验室，从而大大提高实验教学的伸缩性和适应性。

虚拟仿真实验系统在实验方式上可以弥补普通教学中的实验教学环节不足或辅助实验教学；在教学模式上可综合利用计算机技术，完成传统教学中无法实现的实验条件和实验内容，突破传统的实验教学模式，提高实验教学质量，因而在各高校的实验教学中得到了长足的发展，在《大学物理实验》课程教学中也得到了广泛的应用。

在对大学物理虚拟仿真实验的使用过程中，我们发现了一些虚拟仿真实验值得改进和加强的地方，在此提出，以供商榷，期望虚拟仿真实验能日臻完美，更贴近《大学物理实验》课程教学的要求，在课程教学及创新人才培养方面发挥更大作用。

2 大学物理实验教学对虚拟仿真实验的更多期待

2.1 虚拟仪器更趋真实

虚拟仿真实验及网络实验室的基础是虚拟仪器。虚拟仪器是在美国国家仪器公司1986年提出的“软件就是仪器”这一口号的基础上发展起来的，其概念是用户在通用计算机平台及必要的数据采集硬件的支持下，根据测试任务的需要，通过软件设计来实现和扩展传统仪器的功能。与厂家设计并定义好功能的、有固定的输入输出接口和操作面板的、只能实现一类特定测量功能的传统仪器不同，虚拟仪器的用户可以根据自己的需求设计仪器系统，并可通过修改软件来改变或增减仪器的功能，真正体现“软件就是仪器”这一概念。

虚拟仪器应用于物理实验教学将有助于改革传统的实验教学，充分利用网络资源开展网上实验，并可开出符合课程内容的许多新实验，改变实验技术跟不上新技术的局面，使学生的创新能力及掌握新技术、新知识的能力得以提高。但目前虚拟实验仪器模型的种类比较缺乏，无论就外观还是功能而言，其真实性与实验室的具体实验器材相比都还存在欠缺之处，这会导致学习者在现实环境下进行实验操作时产生疑问，无所适从，不利于知识的迁移。比如光学中的迈克耳逊干涉仪实验，不同厂家生产的仪器在外观、调节部件及功能等方面有较大的差别，如果学生在虚拟实验中接触的仪器与实际操作所使用的仪器相去甚远的话，学生的困惑是可想而知的。因此，完善虚拟元件模型，丰富虚拟器材品种，增强虚拟仪器的仿真效果，是一般认知过程的需要，它既可加深学生对仪器本身设计原理的理解，也有助于学生发现实验设备设计的优势和缺陷，激励学生探索性思维。

2.2 包含更丰富的实验原理

《大学物理实验》课程教学的主要任务是培养与提高学生科学实验基本素质，确立正确的科学思想和科学方法；培养与提高学生创新思维、创新意识、创新能力；培养与提高学生的科学素养。课程教学的基本要求是学生具有理论联系实际和实事求是的科学作风，严肃认真的工作态度，主动研究的探索精神，遵守纪律，团结协作和爱护公共财产的优良品德。要完成上述教学的主要任务和基本要求，教学过程的一个基本出发点就是学生要对实验原理有一个比较正确、全面和清晰的认识理解。

目前，主流的仿真虚拟软件在知识导航的设计上基本上延续了传统多媒体课件的导航模式，通过使用图片、动画、语音等多媒体元素，以线性结构展示整个实验的过程。这种模式不仅使学生比较难于在短时间内掌握实验的整体框架和关键操作要领，而且忽略了实验原理对实验的主导及指导作用，不利于学生对实验原理的认知和理解。虚拟仿真实验如果能充分利用易于被学生接受的视觉及听觉技术来展示实验原理，并在整个实验过程中贯穿实验原理这一条主线，让学生认识到全部的实验都是基于实验原理进行的，都是在实验原理的框架下完成的，学生对实验原理的认识和理解无疑会更上一层楼，对科学思想和科学方法方面的领悟会更深入，对理论联系实际能力的培养也会更有效。

2.3 能够再现复杂具体的实验环境

实验是人类认识万千世界的重要方法。实验研究和理论研究作为两种相辅相成的科学研究方法，是推动社会进步和科技发展的重要力量。实验教学以其直观性、实践性、创造性等优点，在培养学生学习基础知识、提高动手能力、掌握科学研究方法等方面发挥着重要作用。虚拟实验将计算机技术、软件技术以及网络技术和传统实验仪器结合起来，改变了实验系统的构建模式，可提升实验仪器的整体性能，突破实验操作的时空限制，是传统实验的变革。

虚拟实验的最终目的是为了认识现实世界，也就是说，虚拟实验最终是要回到复杂具体的真实实验环境中的。我们从虚拟世界获得的知识，其在现实世界中的有用，或者说有效程度，取决于虚拟对现实的模拟程度。目前的虚拟大学物理实验基本上都是理想化的：仪器是标准的，方法是正确的，环境是理想的，结果是完美的，一切都是无误差的，因为都是由设计好的程序来实现的。但真实的实验环境却是复杂而具体的：实验仪器需要组装、调试和校准，同一套实验方法的施行也会因人而异，实验环境会因时因地而改变，实验结果也就包含了多方面的误差在内。所以，如果能在虚拟大学物理实验中增加对一些对常见环境变化的模拟，考虑一些可预知的人的因素，使其所虚拟的实验更加接近真实，其教学效果或许会更加优秀。仍以迈克耳逊干涉仪实验为例，如果能把底座不水平、两端镜距离过大（即超出相干长度）、两镜不平行时如果夹角逐渐增大或减小、没放置补偿板等情况都模拟实现的话，该虚拟实验与真实情况的差距即可得到进一步的改善。

2.4 对创新实验能力的更多培养

培养与提高学生创新思维、创新意识和创新能力是《大学物理实验》课程教学的主要任务之一。与所有的实验教学一样，创新能力的培养在《大学物理实验》课程教学中尤为重要。在传统实验教学过程中，开展探索型实验是使学生获得创新能力培养锻炼的有效方式之一。

与传统实验一样，虚拟实验也可分为演示型实验、动手操作型实验和探索型实验。在探索型实验中，学生要经历从实验设计到实验结果的整体过程，他们必须自己思考如何选择及操作实验仪器，如何实施及改进实验过程，如何判断实验数据的准确性和误差程度，如何总结规律或发现问题等等。所以这类虚拟实验应该具备极强的交互能力：虚拟仪器应具有真实设备的所有功能属性；实验操作应该可以自主调整；测量结果应反映真实情况等。如此，学生方可通过虚拟而探索出真知，达到对创新能力培养的目的。

3 结语

在《大学物理实验》课程教学中，为了利用虚拟实验，达到较好的教学效果，期望虚拟实验能在虚拟仪器的真实性、对实验原理的更好体现、对实验环境的模拟，及对创新能力的更多培养等方面做得更多更好。

参考文献

[1] 刘志远.大学物理仿真实验的定位研究[J].吉林省教育学院学报，2011，27（11）：133-134.

[2] 原安娟，段苹，王吉友.基于大学物理实验的虚拟仪器探讨[J].大学物理实验，2007，20（4）：70-72.

[3] 吕红英，吴先球，李凌燕，等.利用虚拟仪器技术，改革物理实验教学[J].中山大学学报论丛，2006，26（5）：66-70.

[4] 张慧.虚拟仿真技术在大学物理实验教学中的应用[J].江苏广播电视大学学报，2007，18（5）：72-73.

第8篇：虚拟实验设计论文范文

关键词：实验教学；教学方法；教学手段；创新人才培养

中图分类号：G642 文献标识码：B

文章编号：1672-5913 (2007) 21-0038-03

1引言

实验教学是高等院校教学不可或缺的重要组成部分，它在培养学生综合素质和创新能力方面所起到的重要作用是其他任何教学形式都无法取代的。武汉大学计算机实验教学中心继承武汉大学百年教学所沉淀的优良传统与“三创”(创新、创造、创业)教育理念，以计算机学院强大的学科优势为依托，加强实验教学方法的研究与探索，凝练实验教学内涵，改革创新实验教学手段，不断使实验教学改革与社会需求相适应；以培养学生实践动手能力和创新能力为目的，以实现学生自主学习、自我创新的目标，努力为国家培养创新型复合人才。

2实验教学方法

(1) 采取“课前预习―资料收集―示范演示―实验训练―技能考核”方法加强对学生基本操作、基本技能、基本素质的培养。

课前预习：要求学生在实验前进入计算机实验教学中心网站进行预习。计算机实验教学中心网站中放置了与实验配套的实习指导书、多媒体教学课件、实验录像和其他网络学习资源，例如仪器设备的使用与操作说明、实验常见问题，等。

资料收集：课前学生根据实验大纲、实验要求、实验目的及实验内容，等，自行通过Internet或电子图书馆搜索查找实验支撑材料，掌握实验流程与步骤。

示范演示：实验课前10～30分钟内，指导教师讲解实验要求，示范操作与演示，观摩部分学生操作演习，并由教师和学生共同点评。

实验训练：在实验教学过程中，指导教师与实验辅助教师、研究生助教共同指导学生实验，解答学生实验过程中的疑问。如果学生在规定时间内没有完成实验或感觉自己不够熟练，还可以预约开放实验室进行反复实验训练。

技能考核：制定详细的操作、技能评分点与评分标准，执行实验课程的量化考核。

(2) 在综合设计类实验教学中实施“启发引导―自主选题―方案设计―实验探索―合作讨论―撰写报告―考核评价”教学方法。

综合设计实验是一种能够培养学生综合应用知识和创新能力的方法和途径，可以极大激发学生对实验的积极性。实验中心采取了“启发引导―自主选题―方案设计―实验探索―合作讨论―撰写报告―考核评价”的教学方法。

启发引导：综合设计实验一般安排在相应实验课程的后半学期或者下一学期，但是在实验课程开课之初就已经明确告知学生实验要求和实验安排、实验准备步骤，以及基础理论、基本操作技能对综合设计实验的重要性。阐述综合设计实验的意义，使学生认识到进行科学研究、科学思维以及发扬科学精神的重要性。

自主选题：在实验教材或实习指导书中都编写了综合设计实验。综合设计实验内容包括：综合设计实验的意义和要求；选题范围、教学安排和教学指导(实验选题参考、综合设计实验教学举例和推荐参考资料，等)。此外，教师还从科研项目、实践基地、合作企业提供的问题中选择合适的综合设计实验题目，公布在实验中心网站上，供学生选择，也可以由学生完全自主选择题目。

方案设计：学生提前将综合设计实验的题目、实验设计方案和所需要的仪器设备及实验耗材等提交给指导教师。经共同讨论修改合格后，方可进入下一步工作。

实验探索：学生按照经过讨论修改的方案在实验室进行实验，教师根据学生实验进展情况及时给予指导。部分综合设计实验由于具有很强的研究性，在规定的实验教学计划学时内很难完成整个实验，实验中心对专业学生免费开放实验室，为实验的顺利完成提供有力保障。

合作讨论：综合设计实验结束后以班级或小组为单位进行交流与总结，共同提高。

撰写报告：综合设计实验的实验报告按实验中心自制的格式或科研论文的格式书写，要求提交电子版。优秀的实验报告可在实验中心网站上或在大学生自己创办的杂志“e鸣院刊”上发表。

考核评价：制定综合设计实验成绩评定标准细则，包括方案设计、实验方法、实验操作、实验结果、协作精神、实验安排、创新内容、演示效果和实验报告等部分。

(3) 在研究创新类实验中实施“实验中心―教师团队―学生科研团队―兴趣小组四位一体”的教学方法。

将“实验中心―教师团队―学生科研团队―兴趣小组四位一体”的教学方法用于研究创新实验教学，起到了非常好的教学效果，教学科研相互促进，有利于提高实验教学水平，有利于科学研究的进展。

3实验技术手段

(1) 利用新技术开创实验教学新手段、增强实验效果

实验中心鼓励教师利用计算机新技术积极开创实验教学新手段，例如：

网络协议分析仪帮助学生深入理解网络通信原理

为了帮助学生更好地理解网络通信原理，透彻地掌握数据的封装和解封过程，清晰地了解网络协议的工作过程，实验中心花费40余万元购买了网络协议分析仪，学生在实验过程中，通过可视化方式清楚地了解通信双方交互的过程。

同学们都反映通过网络协议分析仪，以前晦明不清、看不见、摸不着的网络数据包现在都栩栩如生地展示在计算机屏幕上，非常形象生动且易于理解。

多媒体电子学习平台

实验中心应用自主开发的“863”成果架构了计算机实验教学多媒体电子学习平台，包括“自主学习”、“网上课堂”、“作业评阅”、“实验报告”、“实验录像点播”、“在线测试”、“学习园地”等功能模块，极大地方便了学生的自我学习。

通过多媒体电子学习平台，学生可自主查阅资料、预习实验内容、分析与评估实验结果、撰写实验报告和课程论文，等。多媒体电子学习平台中包括与系列教材配套的多媒体实验教学课件20余件和“微机系统与接口技术”等10门网络课程。

此外，实验中心还建立了大学计算机基础、计算机网络与通信、数据库技术、高级语言程序设计、汇编语言程序设计、编译原理等精品课程教学网站。

计算机组成原理特色课件

实验中心利用计算机新技术开发了特色鲜明的计算机组成原理课件，通过动画形象生动地描绘出二进制数据如何在控制器、译码器、运算器、寄存器、外存、内存等计算机部件之间传送，帮助学生加深理解。

通过在线“虚拟实验室”辅助学生自主实验

实验中心独立开发的在线“虚拟实验室”，打破时空限制，采用网络自主式实验模式为计算机专业学生提供贯穿本科阶段的全天候服务。学生可随时随地进入“虚拟实验室”选择某一项目进行实验，系统会对其实验结果自动评价。学生在四年时间内只有达到一定标准后，才能获得相应必修学分。网络自主式实验模式提供的个性化服务充分体现了“因材施教”的教学指导思想。

(2) 通过实训平台提升学生能力

实验中心为了更好地提升学生实际动手能力，构建了软件工程、网络工程、信息安全综合等多个实训平台。这些平台的使用有效地增强了学生综合运用知识的能力，解决实际问题的能力，更重要的是激发了学生的学习兴趣，增强了自信心，开拓了思维能力。

(3) 通过大学科联合培养给学生提供更多、更好创新环境和机会

武汉大学计算机学科综合实力强，特点明显。由刘经南院士担任主任的软件工程国家重点实验室设备环境优良、师资力量雄厚，是国内外软件工程理论研究与应用研究的中心之一。实验中心与计算机学院、软件工程国家重点实验室、国家多媒体软件工程技术研究中心多方联合，为学生提供更多的科研课题、创新基地和指导老师。

实验中心在软件工程国家重点实验室建立“软件工程创新基地”，在国家多媒体软件工程技术研究中心建立“多媒体技术研究创新基地”，为本科生创新研究和技术成果转化提供了优良的条件。

(4) 在校外建立实习基地

校外丰富的科研资源是本科教学培养中难得的条件，实验中心每年将部分学生送往下属的12个校外实习基地进行学习，接受实习基地先进实验技能的培训和科研前沿的熏陶。和实验中心签订合作的校外实习基地包括：北京安天电子设备有限公司，等。通过和企业公司签订合作协议，每年暑期或从第四学年开始由应用研究能力强的老师带队，选派部分学生到相关企业进行社会实践。通过这种措施，既解决了企业的生产难题，又培养了学生的实践动手能力和创新能力。

4结束语

我们通过改革实验教学方法，拓展实验教学手段，充分利用计算机实验中心和社会资源，以培养学生创新和综合运用知识能力为目的，不断深化实验教学改革，提高教学质量，收到了良好的效果。

收稿日期：2007-07-02

第9篇：虚拟实验设计论文范文

药学专业培养能够从事药学教育、药学研究、药品生产、药品经营、药品检验、药品使用、药品管理及药品临床应用的复合型高级药学专门人才。药学系各专业根据培养目标在课程设置上与临床医学专业有较大差异，在医学基础课程上主干课程人体解剖学与生理学合并为人体解剖生理学，部分临床课程合并临床医学概论，而相应增加药学主要专业课程。而机能实验课仅安排4－5个一般验证性药理学实验，生理学、病理生理学实验内容基本没有涉及。培养的学生知识不全面，不能满足药学专业毕业后能在药品生产、检验、流通与使用、研究与开发等领域从事药物制剂、药品检验、合理用药、药物设计等方面的高级科技人才的需求。

2优化机能实验课程体系，突出药学专业特色

为了能满足药学专业培养目标的需要，在总结十多年机能实验改革的经验，充分利用我校的资源条件，我们课题组以机能实验学教程为依据，针对药学各专业培养目标与学时分配的差异，结合我校药学学生的毕业技能考试要求，同时吸收其他院校机能实验学教学的精华，对我校的机能实验内容进行再一次优化组合，强调突出其专业特色，使学生所学的机能实验知识既实用又具有系统性。具体是将原有内容分为几大模块，包括如下方面:①机能实验学概述与常用仪器的使用介绍、实验报告写作;机能实验学基本技能训练与操作、常用观察指标与实验数据的采集与评价、分析与统计。目的培养学生的基本操作技能与实验数据的处理。②药物在动物体内药代动力学参数(t1/2等)与LD50的测定。目的是针对性锻炼药学学生掌握常用治疗药物监测方法与如何评价药物急性毒性。③药物的基本知识、处方学、药典与新药研究(阿司匹林的合成)。主要为学生进入药厂实习前增加药物的基本知识与新药临床前研究基本方法。④机能综合与探索性实验以及虚拟实验室的开放。训练药学学生的实验研究的选题、课题与论文的撰写以及综合能力的培养，以此拓展学生的实际应用能力。对以上的实验内容实施1－2年级后，及时综合评价学生实验学习效果，召开学生与教师座谈会，学生与带教教师填写反馈意见表。在下一学年综合学生与教师的反馈意见调整部分实验内容使其更突出药学专业特色。第二次按照调整后的内容在下一届学生实施，并再次测评学生与教师的反馈意见，在进一步优化实验内容后，逐步形成一套相对稳定的药学专业机能实验学教学体系，编写药学专业的实验教材、修改相应机能实验学教学大纲，设计并制作网络课件。将实验内容等通过网络供其他专业学生参考与学习，以便将来优化临床医学等其他专业机能实验学课程。

3科研、生产与实验相结合，加强实验教学改革

多年来，机能实验教学一般均是依据教学大纲与课时的要求，在规定的时间内按照实验讲义“照方抓药”。这种相对封闭的模式压抑了学生主动性尤其是创造性的发挥。做实验时，每教学班内容与实验方法完全一致，学生兴趣不高，而实验免不了出现抄袭数据或拼凑结果的现象。为了提高学生的实验动手能力，我们提倡教师开放研究室、实验室，鼓励学生参与科研，实现多元化实验教学方式。我们尝试性将部分兴趣高的药学专业学生组成科技兴趣小组，将科研与实验相结合。几年来，我校药学学生参加国家863计划课题、国家自然基金与教育厅自然科学基金以及横向科研等课题多项;通过主动地参加科研活动，同学们撩开了科研的神秘面纱，熟悉了科研活动实施的全过程，从而减少其对科研活动的畏惧情绪，增进学习的主动性和学习兴趣。在后期临床药理学课程教学中，药学系与临床药物评价中心联合开设新药研究的综合性实验。实验内容是教师的科研或制药企业的项目。做实验时，学生在教师指导下拟定实验内容和要求;根据所学理论知识与在制药企业见习所学的实践经验自己进行实验设计;同时教师把最新的药品生产信息或本人的科研课题纳入实验教学，向学生介绍一些先进的实验方法，引导学生积极参与教师的科研与社会活动，激发学生大胆提出自己的设想与思路，指导其撰写实验课题，完成科研小论文。这样既克服了一些低水平的重复性实验，又提高了学生独立思考和综合应用所学知识的能力。实现有目的、有计划、有层次地从一般性实验过渡到研究性、开发性的实验。

4加强实验室科学管理，提高教师与实验技术人员的素质，切实保证实验课教学质量

由于机能实验是由三门实验课有机结合在一起，因此对老师的要求较高。其不但精通本学科的基本理论和基本技能，还要熟悉另外二门学科知识。尤其是药学专业涉及很多药学知识，而机能实验带教教师多为临床专业毕业，所以教师必须相应补充一定有关药学知识，才能使学科间知识相互渗透。同时实验课的教学质量与实验动物、试剂的配制以及实验仪器的稳定性直接相关;而实验室的管理和药品、器材等教学保障工作是由技术人员完成的，故高素质的实验技术人员同样是高质量实验课的必备条件。多年来由于多方面的原因造成机能中心技术人员匮乏，尽管这几年我们不断补充了高学历的硕士研究生进入技术人员队伍，但一般是其他专业改行而来，专业技能单一。针对这一情况，我们重点抓好现有技术人员的培训。首先，安排他们在本科班全程跟班听理论课教学，全面系统地掌握三门学课的理论知识;第二是同教研室一起讨论制定实验计划，并负责实施:第三是由其首先摸索新实验、新方法，实验课前与带课教员共同做预实验，实验前充分准备必需的实验动物、试剂药品。提前调试好所需仪器，保证其正常运行、而且对仪器必须进行经常性的维护保养;只有这样才能高质量高效率地完成实验教学。由此可见，提高教师与实验技术人员的业务素质，加强实验室的科学化管理是实验课教学改革顺利进行的基本保证，也是突出药学专业特色的机能实验教学前提。