虛擬實驗設計論文精選(九篇)

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第1篇：虛擬實驗設計論文范文

關鍵詞：探究性；三維虛擬實驗

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

探究性三維虛擬實驗設計的理論基礎

1.認知主義學習理論

認知主義學習理論把學習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部心理過程相互作用的結果。采用三維虛擬實驗進行教學，認知對象從傳統的與現實世界打交道，變成與虛擬世界進行交互，從而產生了一種新的認知方式。因此設計三維虛擬實驗時，必須從學生的認知心理出發，注重學生的具體經驗和對情境的了解，使學習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展。

2.情境學習理論

情境學習理論認為，特定的知識應該在特定的情境中去學習，學習是一個社會性過程，知識在這個過程中由學習者與周圍環境相互作用共同構建。情境學習理論強調學習者應經歷社會真實情境，通過實際活動使其在真實情境中學習知識、技能和策略，對知識做合理的解釋并能靈活運用知識。因此，設計三維虛擬實驗時，必須創設實驗過程所需要的各種情境，為學生主動探究提供環境支撐。

3.建構主義學習理論

建構主義認為，學習是建構內在心理表征的過程，學習者以已有的經驗為基礎，通過與外界的相互作用來建構新的理解，學習者知識的獲得是個體與外部環境交互的結果。因此，設計三維虛擬實驗時，必須提供靈活的交互方式，同時為學習者提供豐富的資源和工具，方便學生進行科學的探究活動，有效建構自己的知識。

中學物理探究性三維虛擬實驗設計

1.設計原則

直觀性：三維虛擬實驗設計要為學習者提供逼真的實驗環境，增加學生者親身體驗的經歷。由于操作步驟復雜、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，實驗現象抽象和微觀的就要突破時空限制轉變為直觀呈現，實驗過程不能及時控制的要設計關鍵現象模擬情境，使學習者在虛擬環境下，便于觀察物理現象，更好地理解和掌握實驗原理。

交互性：三維虛擬實驗設計要為學習者提供更多交互的環節和實時的反饋，方便學習者選擇實驗設備、操作實驗儀器、設置實驗條件、改變實驗參數。使學習者在虛擬環境下，按照自己的學習特征、學習進度和學習方式進行主動探究。

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

趣味性：三維虛擬實驗設計要為學習者提供能夠激發好奇心和求知欲的實驗過程和現象，能夠吸引學生的注意力，給學習者悅趣的體驗，激發其學習物理的興趣。

2.設計過程

（1）實驗類型和主題的設計

按照實驗內容分為：聲音類、光學類、電路類、電磁類、理學類、能量類。本研究從眾多實驗中選擇了部分實驗進行開發仿真，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）虛擬實驗模塊設計

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容介紹。儀器介紹闡述虛擬實驗中用到的關鍵儀器的功能、使用方法等。內容介紹闡述實驗目的、實驗原理等；實驗操作是虛擬實驗的核心部分，通過分析該階段學生的認知結構，設計交互式的用戶界面和探究性實驗環節，學生根據實驗原理和步驟，在三維虛擬實驗場景中對相關實驗儀器進行操作，完成實驗；實驗提示是指對實驗中容易出錯的地方為學生提供必要的幫助；實驗評價是根據具體的實驗要求，對學生的實驗操作結果進行評價。

中學物理探究性三維虛擬實驗的實現

1.主要開發工具的選擇

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

（1）3ds Max

3ds Max是Autodesk公司開發的基于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被廣泛應用于廣告、影視、游戲開發、計算機藝術、角色動畫、工業設計和輔助教學等諸多領域。

（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、物理和網絡等多方面的引擎支持，目前已不僅僅局限于游戲開發，而成為強大的綜合性虛擬現實開發工具，在虛擬漫游與實時設計、虛擬現實交互體驗、人體數字化展示等領域都得到有效應用。

2.開發流程

三維虛擬實驗的開發步驟為：①三維虛擬實驗場景、實驗儀器的建模；②分析學生的心理和認知結構，設計探究環節；③設計交互界面，實現實驗的交互操作；④測試虛擬實驗，進行調試和優化；⑤虛擬實驗。

3.探究性三維虛擬實驗的開發

（1）實例1：布朗運動

①實驗設計思路：布朗運動是由微觀分子間做無規則運動而形成的。在現實生活中，難于操作，不易觀察，只有借助顯微鏡才能觀察，使得學生缺乏創造力和空間想象力。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則運動。本實驗通過設計交互式的界面接口，使學生可以通過控制溫度變化或調整微觀分子大小，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。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過程。首先，學生點擊微觀按鈕后，攝像機被激活顯示，同時向液體分子拉近，這時出現圖2所示的界面，屏幕下方出現對應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，液體分子的無規則運動模擬是用Unity自帶的碰撞檢測函數來實現的。當分子之間相互碰撞時，會觸發自身的碰撞檢測，從而受到一個反向作用力被反彈回去。當多個分子發生碰撞時，它們的運動就會變得毫無規律，從而形成了無規則運動。

（2）實例2：光的反射與折射

①實驗設計思路：光的反射與折射定律探究的是光從一種介質照射到另一種介質時發生傳播方向改變的光學現象。在現實生活中，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、折射現象，以及入射角、反射角、折射角之間的關系。

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建，主要實驗儀器如圖3所示。

③虛擬仿真實驗的實現。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、折射角的關系，實驗操作界面如圖4所示。

結束語

新技術、新媒體的發展對傳統教育教學改革具有推動作用，利用虛擬現實技術設計并實現初中物理探究性三維虛擬實驗，能夠有效改進傳統中學物理實驗教學的不足，為學生進一步理解基本概念、掌握實驗規律和實驗原理，提供了主動探究的環境，對學生創新思維的培養具有重要價值，對探索信息技術環境下中學實驗教學新方法具有重要意義。

參考文獻：

[1]馬發揮，李獻業，鐘永江，陳紅珍.初中物理虛擬實驗室教學模式研究[J].中國信息技術教育，2010（9）：48-50.

[2]姬洪強.《現代教育技術》虛擬實驗室的設計與實現[D].金華：浙江師范大學，2009.

[3]張秀敏.仿真實驗室在初中物理虛擬實驗中的應用[J].中國教育技術裝備，2015（11）：158-159.

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[5]徐一帆.基于虛擬現實的中學物理仿真實驗的設計與實現[D].長沙：湖南大學，2013.

[6]單美賢.虛擬試驗系統的分類研究[J].現代教育技術，2011，21（10）：117-120.

第2篇：虛擬實驗設計論文范文

國務院學位委員會于1998年修訂研究生專業目錄時，特別設立了材料物理和化學專業。材料物理和材料化學是材料科學的重要基礎。現代材料科學的發展已經由過去的宏觀研究和發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的性質，發展新興的材料。特別是當今以服務于高科技，現代工業和國防為主的現代材料或新材料的需求量越來越大，新材料的研制與開發速度也越來越快，因而涌現出的新概念、新理論、新技術、新方法、新工藝、新產品和新問題越來越需要材料學家和物理學家等共同努力來歸納、整理、總結及創新。由此產生的材料化學新專業無疑是多學科知識交叉、滲透的結果。它給現代材料的研究、開發和應用以及相關科學的發展帶來了新的空間，為新材料的可持續發展提供完善而系統的理論指導和技術保障。因為材料化學專業是技能性、實踐性極強的學科領域。如何通過材料化學各實驗課程的改革，深化學生對課堂知識的理解，培養學生的科學思維方式和實踐能力，從而提高學生創新能力和綜合能力，是我們面臨的一個重要問題。如何通過實驗培養學生多層次、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系。并且通過獨立操作和控制實驗進程，培養學生的研究精神和創造能力是我們材料化學專業需要迫切解決的問題。我們通過分層次實驗教學，取得了良好的教學效果。

分層次實驗教學法研究

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

1.加強有關材料化學專業基礎性實驗

在材料化學專業本科生具有了初步的化學和物理實驗能力的基礎上，首先將材料化學專業實驗課程從相關理論課程剝離，綜合成材料化學專業專門的基礎實驗課程，集中訓練學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重點，使學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合本專業開展遠程網絡虛擬實驗教學

在材料化學專業本科生已經具有初步的材料制備和性能檢測的實驗技能基礎上，第二步開設綜合性實驗并結合遠程網絡虛擬實驗教學。綜合性實驗的開設是為了適應社會的發展和需求，在綜合實驗新體系中，要求開設的綜合性實驗盡可能反映材料、生命、環境、信息等學科的內容；了解和學習材料化學研究方法與現代實驗技術在高新科技學科中的應用成為我們新的建設目標。因此，不僅要打破專業的界限，還要打破學科的界限，使綜合性實驗成為跨學科、多技能的綜合訓練。在我們材料化學專業開設的綜合性實驗中，與材料、信息相關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。這樣可以使學生掌握無機非金屬材料的制備方法和相關性能測試方法，掌握天然生成物質的提取方法和結構確定的手段，從而有效地提高學生的專業知識并擴展了知識面。為今后學生進行主導型研究性實驗奠定基礎。

目前，網絡建設日益完善，網絡速度和寬帶不再成為制約網絡虛擬實驗教學的瓶頸。計算機軟、硬件的飛速發展無疑使得虛擬實驗環境更加逼真、智能。當然，虛擬實驗在培養學生的動手能力、培養學生的誤差分析能力等方面還不可能取代傳統的實物實驗教學方式。但是開設遠程網絡虛擬實驗教學可以使接受遠程教育的學生獲得與在校生一樣的從感知到理解的過程。有利于培養學生網絡學習的能力，為終身學習打下良好基礎。對我們專業來說，因為是新開的專業，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資源實現共享，從而使相關實驗得以進行，實現了學生對相關實驗的認知。

3.開展學生主導型研究性實驗的模式

學生主導型研究性實驗是在綜合性實驗的基礎上由學生自己選題、查閱文獻和設計實驗，在教師指導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生實驗研究的能力，充分調動學生的主動性和積極性，激發他們從事材料科學研究的興趣和熱情，為其今后的畢業設計和將來從事科研工作打下良好的基礎。同時這種新的實驗模式也提高了實驗室在學生學習中所占的地位，建立了進實驗室學習的意識。設計性實驗對開發學生智力和創新能力有著重要作用。但在具體實施時，對學生的培養要有一個由淺入深的過程，我們材料化學專業的主導型研究性實驗采取在大學中后期開設，在學生已經完成材料化學基礎性實驗和綜合性實驗的基礎上結合指導教師的課題或相關專業后開設（可參考材料化學實驗教程中的設計性實驗）。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。學生設計實驗原理，方法和步驟，擬定實驗所需藥品、儀器，探討實驗時可能產生的現象和容易發生的失誤以及安全等應注意的問題，最后獨立設計實驗方案。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。然后將審閱實驗設計方案交給教師，教師在尊重學生創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，再將設計方案反饋給學生，將教師選中的方案交由全班同學討論、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設計的模型，通過這樣的實驗為學生的畢業設計和將來的進一步深造奠定基礎。

最后，在整個分層次法實驗教學中，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、晚上和雙休日對學生開放，讓學生對實驗結果進行一些探索，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，采用專業課教師和實驗室教師結合的方式，使每個實驗都有專業教師進行指導，以保證實驗的順利進行。

第3篇：虛擬實驗設計論文范文

【關鍵詞】Boson Netsim； vlan； 實驗教學設計

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

計算機網絡技術作為教育技術學專業的一門專業基礎課程，對學生的就業和專業發展都具有重要的作用。其中，交換機的設置及vlan的劃分又是該門課程的重難點內容之一，不僅理論知識比較抽象，對實驗環境的硬件要求也很高，很多學校在進行該內容的實驗教學時還存在一些困難，主要表現在：“①儀器設施不足，硬件環境達不到實驗要求；②實驗中因誤操作導致的網絡設備損壞難以恢復；③網絡產品更新換代快，實驗室設備更新難以與之同步”[1]。基于以上原因，運用虛擬現實技術創設虛擬實驗室的研究顯現出很大的發展空間。Boson公司的Netsim軟件就創建了這樣一個虛擬的環境，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相關實驗進行了教學設計。

一 確定實驗教學目標

我們通過對學習需要的分析確定了該實驗的教學目標。總的教學目標是通過該實驗使教育技術專業本科學生的網絡設計與組建能力、虛擬局域網劃分能力、交換機配置能力，局域網理論知識和實踐操作能力得到綜合提高，這一總體目標實際上與計算機網絡技術課程的總目標是一致的。在總目標的基礎上，結合該實驗內容我們把總目標分解為三個二級層次目標：一是學生能夠熟練使用Boson Network軟件；二是掌握相同網段內vlan的劃分；三是掌握不同網段間vlan的互訪。三個目標之間是依次遞進的關系，即后一個目標的實現有賴于前一個目標的達成。圍繞這三個二級層次目標，我們又設計了4個具體的實驗項目，并構成了第三層次的分解目標。實驗教學目標體系如圖1所示：

二 學習者特征分析

該實驗是針對教育技術學專業本科學生的，他們已經具備較強的計算機操作能力和一定的網絡知識，掌握了局域網的組建及測試方法并自行學習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。在此基礎上，學生能夠對不同網絡進行虛擬環境下vlan的劃分，并能夠在教師指導下理解、掌握vlan劃分的原理、方法和步驟。

三 實驗環境的創設和實驗內容的選擇

實驗環境的創設是開展實驗教學首先要考慮的因素。該實驗選擇Boson Netsim軟件創設的虛擬平臺作為實驗環境，并在此虛擬環境下進行實驗教學設計。

Boson公司的Netsim是一個適合多種操作系統的軟件平臺，提供了完整的動態網絡系統設計、仿真和分析的可視化環境，其命令和最新的Cisco的IOS基本保持一致[2]。主要功能如下：

1 靈活地設計仿真環境。學生可通過Netsim軟件，自定義網絡拓撲圖，然后根據自己設計的拓撲圖來配置交換機、路由器等設備，所有的操作與真實的環境完全相同。為相關教學提供了很大的靈活性，同時也是Netsim最大的優點。

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

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環境下的網絡硬件平臺。它為那些正在準備CCNA、CCNP考試，卻苦于沒有實驗設備、實驗環境的學生提供了練習考試中命令的有力環境和工具。

4 更新設備庫及時。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，而且對其設備庫進行及時更新。[3]

實驗內容的選擇是整個實驗教學設計中最重要的一個環節。對于教育技術學專業學生而言，在實驗內容的選取上，應遵循新穎性，實用性，綜合性，拓展性，可操作性等原則[4]。根據分層次實驗教學目標的要求并遵循以上原則，我們設計了4個教學實驗項目，分別是：①Netsim軟件的安裝和使用；②一臺交換機內vlan的劃分；③兩臺交換機間vlan的劃分；④單臂路由實現vlan間互訪。這4個實驗項目均為當前網絡技術領域較新穎、具有較高實用價值和較強可操作性的實驗項目。

四 實驗教學過程的設計

實驗教學過程設計實際上就是實驗教學實施流程的設計，不同類型的實驗項目其實驗教學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、設計實驗、研究實驗。該實驗定位為綜合、設計性實驗，要求學生綜合應用基礎性實驗教學中所學的知識、所掌握的方法來完成實驗過程。這類實驗在實驗指導書上只寫明實驗目標、要求，提供相關設備及部分相關資料，由學生自己設計實驗方案，學生自己確定實驗方法、步驟，利用實驗室提供的設備獨立完成整個實驗過程。具體設計步驟如下：

1 Netsim軟件的安裝和操作

為了使學生掌握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容，在軟件安裝過程中則會提示下載，下載完后才可以繼續安裝；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學生自己操作并熟悉軟件。

2 同一交換機上的vlan配置

由于學生是初次接觸到vlan劃分的知識，同時該內容的學習和掌握是后續內容學習的基礎，所以這一環節既是重點又是難點，因此實驗教學安排兩個課時。實驗進行前首先向學生介紹要用到的重要命令和vlan劃分的理論知識等，使學生在開展實驗設計前能夠在頭腦中形成一個完整的認識，然后再由學生進行實驗設計，教師在這個過程中起到一定的指導作用。下面介紹到的實驗也應該依此原則進行。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

配置結束后運用ping命令測試：結果為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段內vlan的劃分，實現的是跨交換機間vlan的配置，是前一個實驗的拓展。因為對vlan有了一定的認識，并進行過虛擬環境下實際的設計操作，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//進入特權用戶模式

C2950A#vlan database//進入vlan配置模式

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

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習C2950A中劃分的vlan，所以我們不需要再給C2950B劃分vlan，而是直接把相應端口放進去就好。其他配置同C2950A。

（3） 測試

配置完后測試結果為：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，如何實現規定vlan之間的互訪呢？這就需要在網絡中增加路由器或是三層交換機，由此我們設計了“單臂路由實現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vlan IP地址

（3） 測試

測試結果為各個PC機之間均可以互通。

對于這樣一系列要求較高的綜合、設計性實驗，學生需要綜合運用前面做過的多項驗證性、操作型基礎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學生綜合實驗能力的目標。

五 實驗教學效果評價

對實驗教學效果的評價是整個實驗教學設計中不可或缺的環節，是檢驗實驗教學目標是否達成的重要手段。實驗教學效果的評價方法很多，結合網絡實驗課程教學的特點，我們主要通過兩種方式評價計算機網絡課程的實驗教學，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：實物演習式評價和模擬演習式評價。所謂實物演習即學生操作真實設備，參與真實網絡組建和劃分等針對現場實物的操作方式。通過參加這些真實的實踐、實習、組建等活動，來檢驗實驗教學的效果。所謂模擬演習即借助模擬軟件（如Boson Netsim）創設的虛擬實驗環境來設計并組建相關實驗的虛擬操作方式，通過模擬演習也可以檢測實驗教學的效果。

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

不同專業的計算機網絡技術課程實驗教學設計會存在一定的差異。本實驗教學的設計是針對教育技術專業學生進行的，所以在目標定位，實驗內容、實驗項目的確定及實驗過程的組織等方面都體現了教育技術專業的特色并考慮了教育技術專業的需求，具有一定的專業針對性，對教育技術學本科生學習vlan及教師的教學都具有一定的幫助和指導作用。

參考文獻

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第4篇：虛擬實驗設計論文范文

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關于強化高校金融類課程實踐教學的思考——基于西華大學經濟與貿易學院“外匯交易模擬實習”課程教學經驗

基于日語新聞廣播語體特點談日語新聞聽力教學策略

關于在機械類專業課程中實施有效教學的若干探討

比較教學法在“給水工程”教學中的應用

從Sturm-Liouville問題談分離變量法的教學改進

法理學本科教學的困境與出路

工程管理專業工程施工課程教學改革的探索

加強課程建設提高教學質量

四川民辦高等教育的回顧與展望

論四川高等教育改革發展的歷史成就及主要問題

民辦高校產權歸屬的國際比較及對我國的啟示

美國聯邦政府大學生資助理念探究

思想政治教育內容的文化解讀

高校校園網應成為校風學風建設的前沿陣地

大學生和諧人格建構的德育機制分析

財經類專業型高層次人才應用能力培養的探索

“3+1”:一種先進的人才培養模式

地方高校教學質量監控體系的探索與實踐

高校教師教學質量評價與監控保障機制優化

本科論文教學質量評價指標體系研究

我校與東汽合作的重點科技攻關項目獲省科技進步二等獎

中國近代文化史公選課教學改革的思考

市場調研課程教學改革初探:面向實踐導向

基于應用型人才培養目標的財務管理教學改革的探討

基于MATLAB的數字圖像處理課程的教學實驗設計

第5篇：虛擬實驗設計論文范文

 

關鍵詞:虛擬現實  教學  交互

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

    一、虛擬現實技術

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

    虛擬現實系統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,提高了系統的工作效率。虛擬現實技術具有 3個突出特征:沉浸性、交互性、想象性。

    虛擬現實系統由兩部分組成:一部分為創建的虛擬環境,另一部分為介入者。虛擬現實的核心是強調兩者之間的交互操作,即反映出人在虛擬環境中的體驗。我們可以給出如圖 1的虛擬現實的概念模型。

    二、虛擬實驗系統

    1.虛擬實驗系統的特點

    (1)共享程度高。虛擬實驗系統不同于傳統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,有訪問權限的異地用戶也可以使用系統。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境,虛擬實驗系統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象和實驗結果。

    (3)支持協作。虛擬實驗系統提供了多種方式來完成用戶間的信息交流。

    2.虛擬實驗系統的建模

    如何構建教學型虛擬實驗系統,使其能夠擁有豐富的實驗內容表現方式、提供形象生動的實驗內容,讓讓學生實現從感知到理解的過程,一直是研究教學型虛擬實驗系統的熱點問題之一。

    虛擬實驗系統的構建是將多種技術綜合運用,首先構建實驗過程所需要的各種儀器設備,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的,因此在虛擬場景建模之前需要對實驗室環境進行實地考察并對建筑物進行篩選,從而構建具有真實感的實驗環境。對于儀器設備完全用ⅵ ml語言建立復雜的三維模型是相當煩瑣的,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用。我們在實際的建模過程中根據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,對于復雜場景則采用3dsmax建模后以vrmi,文件格式輸出。當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 (即現在的vie、vpoint公司)的軟件產品,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可生成網絡使

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

    3.虛擬實驗系統中的交互

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

    將所有儀器設備成功地加入到場景當中之后,用戶應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進行交互,同時系統需要根據用戶的選擇與后臺數據庫進行通信,因此我們使用java applet。applet具有 良好的網絡傳輸透明性,圖2顯示了瀏覽器通過appl  訪問數據庫的整個過程 。

    三、虛擬實驗集成的系統結構

    1.軟件程序集成

    軟件程序是虛擬實驗系統的重要內容,是系統的靈魂所在。在虛擬實驗系統中,我們將軟件程序部分按照層次化和模塊化的設計模式進行集成。集成化的軟件程序依據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了整體和部分的關系,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系為系統結構構架提供了靈活的方式。

  2.系統功能集成

    系統功能集成是建立在軟件程序集成的基礎之上的,系統功能集成是系統結構集成的重要體現,系統結構的有效集成度是系統功能集成的重要基礎。在虛擬實驗系統中,軟件程序的集成保證了系統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功能整體在系統構建、修改、維護等方面起到了重要的結構化支持作用。

    3.儀器軟面板集成

    儀器軟面板是虛擬實驗系統的重要特色之一。在傳統實驗系統中,儀器設備一般會自帶一個顯示屏,以及相關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,不能修改和設置。在虛擬實驗系統中,各種儀器設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置,由鍵盤、鼠標以及其他的外部輸入設備來控制,面板的形式以及各組件和按鈕的功能可以根據需要自定義,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集成度的體現。

    4。網絡集成

    網絡的出現使得分布式結構成為可能。在虛擬實驗系統中,我們通過網絡可以突破時間和空間的限制,將更多的協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,一定是和相應的分散度聯系在一起的,就如同整體和部分之間的關系,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。網絡的分布式保證了系統結構的集成性。

    四、虛擬實驗教學應用的優勢

    從虛擬實驗的技術優勢和實驗教學的現狀需求出發,其優勢主要體現在以下幾個方面:

    1.資源開放

    從虛擬實驗的技術實現角度來看,實驗教學中的有效資源全部開放,這使得實驗項目從開發到操作,再到后期數據處理與實驗課程的復習全部開放給學生,學生可以利用系統軟件程序模塊和實驗項目設計模板等幫助實驗設計方案的形成與開發;利用數據分析與處理工具包進行實驗數據的分析與處理,獲得規律性認識:教師的指導性意見、學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

生在實驗課程總結和復習中取長補短、鞏固知識。

    2.組織形式開放

    虛擬實驗將實驗資源、實驗項目開發和實驗操作等網絡化、平臺化,因此實驗內容、時間以及地點等組織形式是開放的具備可選擇性。針對目前實驗教學需要跨學科、跨地域、多項實驗同時開展等現狀要求,虛擬實驗所具備的組織形式開放性為實驗教學模式的擴展提供了技術準備。

    3.對象開放

    虛擬實驗的網絡功能能夠根據不同的對象設置不同權限的系統身份,實驗參與人員各取所需,實現學習和交流的目的。在實驗教學中,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管理員、教師和技術人員、學生。三種身份是針對學習者而言的:實驗課程參與者、遠程實驗課程學習者、實驗愛好和探索者。

    五、總結

    本文將虛擬現實技術引入到實驗教學環節中,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,較好地激發了學生對于實驗環節的興趣和主觀能動性,但在虛擬實驗設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】徐學軍.高校實驗教學要加強學生創新能力的培養【j】.經濟師,2004,(4).

    【2】徐婷.教學型虛擬實驗通用平臺的研究與應用【d】.重慶大學學位論文,2006.11.

    【3】朱敏.虛擬實驗與教學應用研究【d】.華東師范大學博士學位論文,2006.6.

第6篇：虛擬實驗設計論文范文

一、 對高中生進行模型思維能力的訓練是提高競賽學生問題解決能力的關鍵

物理學所研究的對象是極其復雜的,對于每一個研究對象來說,它涉及的因素是相當多的。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而從復雜的物理現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,我們把這種科學抽象和概括的智力操作過程稱為物理建模,通過建模可以抓住問題的主要方面,排除非本質因素的干擾,舍棄次要因素與無關因素,從而便于尋求客觀事物的本質特征。經過物理建模之后,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、建立物理規律的基礎。

在物理競賽輔導中教師不但要重視定理、定律的教學,而且還要引導學生對經典問題建立相應的物理模型,讓他們在遇到實際物理問題時,能迅速、準確地搜索相應的模型信息,從而把難題肢解,迅速降低難度。換言之,反應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雜思維過渡的問題。反應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,教師在平時就應注重學生的物理模型的建構。只有這樣,在解決實際復雜問題時,才會使問題和大腦中的有關模型信息產生共鳴,學生才會大膽使用塊狀思維,使問題顯得輕而易舉。因此對競賽學生進行模型思維能力的訓練,是提高競賽學生問題解決能力的關鍵,也可以說整個物理競賽輔導的過程實質上是物理模型思維能力的訓練的過程。

二、 把模型思維能力訓練同解題技巧與方法的訓練相接合

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,在常規的課堂教學中它們滲透得較淺易,要求學生的實際運用不多,尖子生往往吃不飽,提高競賽學生問題解決能力的另一個重要方法是對學生進行解題技巧與方法的訓練。

為此,我們在平時的輔導中就要不斷滲透解題技巧與方法的指導,例如,力學中有關運動和力、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;電學中有關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;光學中的很多光路問題通常用近似法化簡;熱學中的氣體狀態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、 提高學生實驗設計及操作能力是提高競賽學生問題解決能力的必由之路

物理實驗及其教學是物理課程和物理教學的一個重要的組成部分。它既是物理教學的重要基礎,又是物理教學的重要內容、方法和手段。物理實驗的全過程包括:從質疑出的問題開始,經設計、實踐、分析和排除異常現象,到分析實驗現象和數據,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律的抽象思維較多(它們集中表現在實驗設計以及對實驗中異常現象和誤差的分析當中),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經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學生的興趣和激發學生的求知欲,有利于創設學生有效掌握知識的學習環境,培養學生科學的方法和良好的科學素質。

例如,在完成了《測定玻璃的折射率》實驗后,我給競賽學生額外增加一個研究性學習的內容,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,分析其優缺點和實驗操作過程的難易程度,并總結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,要求學生設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,而被測電阻為∞時,歐姆表指針正好滿偏),經過思考討論,學生一致認為應該把電流計與電池并聯。

第7篇：虛擬實驗設計論文范文

關鍵詞：虛擬仿真實驗 大學物理 實驗教學

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

1 簡介

《大學物理實驗》課程是高等理工科院校對大學生進行科學實驗基本訓練的必修通識課程，是學生進行物理課程學習以及專業課程學習的基礎。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練，對于培養學生嚴謹的科學思維、創新能力和理論聯系實際能力，引導學生確立正確的科學思想和科學方法，提高學生科學素質以適應科技發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提出更高要求，使得各高校實驗教學方面的缺陷凸顯，學校面臨實驗設備的質量和數量不足，無法為廣泛的實驗教學提供有效的支持，學生實驗能力培養欠缺等嚴峻形勢。2001年，教育部提出了積極開展網絡實驗室建設的建議，鼓勵各大高等院校搭建網絡實驗室，實現資源的共享與互補。

基于虛擬儀器的仿真實驗系統及網絡實驗室是利用虛擬儀器技術和互聯網技術的實驗平臺，整個實驗系統由客戶端、實驗管理服務器、互聯網、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的伸縮性和適應性。

虛擬仿真實驗系統在實驗方式上可以彌補普通教學中的實驗教學環節不足或輔助實驗教學；在教學模式上可綜合利用計算機技術，完成傳統教學中無法實現的實驗條件和實驗內容，突破傳統的實驗教學模式，提高實驗教學質量，因而在各高校的實驗教學中得到了長足的發展，在《大學物理實驗》課程教學中也得到了廣泛的應用。

在對大學物理虛擬仿真實驗的使用過程中，我們發現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，期望虛擬仿真實驗能日臻完美，更貼近《大學物理實驗》課程教學的要求，在課程教學及創新人才培養方面發揮更大作用。

2 大學物理實驗教學對虛擬仿真實驗的更多期待

2.1 虛擬儀器更趨真實

虛擬仿真實驗及網絡實驗室的基礎是虛擬儀器。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”這一口號的基礎上發展起來的，其概念是用戶在通用計算機平臺及必要的數據采集硬件的支持下，根據測試任務的需要，通過軟件設計來實現和擴展傳統儀器的功能。與廠家設計并定義好功能的、有固定的輸入輸出接口和操作面板的、只能實現一類特定測量功能的傳統儀器不同，虛擬儀器的用戶可以根據自己的需求設計儀器系統，并可通過修改軟件來改變或增減儀器的功能，真正體現“軟件就是儀器”這一概念。

虛擬儀器應用于物理實驗教學將有助于改革傳統的實驗教學，充分利用網絡資源開展網上實驗，并可開出符合課程內容的許多新實驗，改變實驗技術跟不上新技術的局面，使學生的創新能力及掌握新技術、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，這會導致學習者在現實環境下進行實驗操作時產生疑問，無所適從，不利于知識的遷移。比如光學中的邁克耳遜干涉儀實驗，不同廠家生產的儀器在外觀、調節部件及功能等方面有較大的差別，如果學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，它既可加深學生對儀器本身設計原理的理解，也有助于學生發現實驗設備設計的優勢和缺陷，激勵學生探索性思維。

2.2 包含更豐富的實驗原理

《大學物理實驗》課程教學的主要任務是培養與提高學生科學實驗基本素質，確立正確的科學思想和科學方法；培養與提高學生創新思維、創新意識、創新能力；培養與提高學生的科學素養。課程教學的基本要求是學生具有理論聯系實際和實事求是的科學作風，嚴肅認真的工作態度，主動研究的探索精神，遵守紀律，團結協作和愛護公共財產的優良品德。要完成上述教學的主要任務和基本要求，教學過程的一個基本出發點就是學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航的設計上基本上延續了傳統多媒體課件的導航模式，通過使用圖片、動畫、語音等多媒體元素，以線性結構展示整個實驗的過程。這種模式不僅使學生比較難于在短時間內掌握實驗的整體框架和關鍵操作要領，而且忽略了實驗原理對實驗的主導及指導作用，不利于學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生接受的視覺及聽覺技術來展示實驗原理，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，學生對實驗原理的認識和理解無疑會更上一層樓，對科學思想和科學方法方面的領悟會更深入，對理論聯系實際能力的培養也會更有效。

2.3 能夠再現復雜具體的實驗環境

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研究方法，是推動社會進步和科技發展的重要力量。實驗教學以其直觀性、實踐性、創造性等優點，在培養學生學習基礎知識、提高動手能力、掌握科學研究方法等方面發揮著重要作用。虛擬實驗將計算機技術、軟件技術以及網絡技術和傳統實驗儀器結合起來，改變了實驗系統的構建模式，可提升實驗儀器的整體性能，突破實驗操作的時空限制，是傳統實驗的變革。

虛擬實驗的最終目的是為了認識現實世界，也就是說，虛擬實驗最終是要回到復雜具體的真實實驗環境中的。我們從虛擬世界獲得的知識，其在現實世界中的有用，或者說有效程度，取決于虛擬對現實的模擬程度。目前的虛擬大學物理實驗基本上都是理想化的：儀器是標準的，方法是正確的，環境是理想的，結果是完美的，一切都是無誤差的，因為都是由設計好的程序來實現的。但真實的實驗環境卻是復雜而具體的：實驗儀器需要組裝、調試和校準，同一套實驗方法的施行也會因人而異，實驗環境會因時因地而改變，實驗結果也就包含了多方面的誤差在內。所以，如果能在虛擬大學物理實驗中增加對一些對常見環境變化的模擬，考慮一些可預知的人的因素，使其所虛擬的實驗更加接近真實，其教學效果或許會更加優秀。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 對創新實驗能力的更多培養

培養與提高學生創新思維、創新意識和創新能力是《大學物理實驗》課程教學的主要任務之一。與所有的實驗教學一樣，創新能力的培養在《大學物理實驗》課程教學中尤為重要。在傳統實驗教學過程中，開展探索型實驗是使學生獲得創新能力培養鍛煉的有效方式之一。

與傳統實驗一樣，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，學生要經歷從實驗設計到實驗結果的整體過程，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，如何判斷實驗數據的準確性和誤差程度，如何總結規律或發現問題等等。所以這類虛擬實驗應該具備極強的交互能力：虛擬儀器應具有真實設備的所有功能屬性；實驗操作應該可以自主調整；測量結果應反映真實情況等。如此，學生方可通過虛擬而探索出真知，達到對創新能力培養的目的。

3 結語

在《大學物理實驗》課程教學中，為了利用虛擬實驗，達到較好的教學效果，期望虛擬實驗能在虛擬儀器的真實性、對實驗原理的更好體現、對實驗環境的模擬，及對創新能力的更多培養等方面做得更多更好。

參考文獻

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[2] 原安娟，段蘋，王吉友.基于大學物理實驗的虛擬儀器探討[J].大學物理實驗，2007，20（4）：70-72.

[3] 呂紅英，吳先球，李凌燕，等.利用虛擬儀器技術，改革物理實驗教學[J].中山大學學報論叢，2006，26（5）：66-70.

[4] 張慧.虛擬仿真技術在大學物理實驗教學中的應用[J].江蘇廣播電視大學學報，2007，18（5）：72-73.

第8篇：虛擬實驗設計論文范文

關鍵詞：實驗教學；教學方法；教學手段；創新人才培養

中圖分類號：G642 文獻標識碼：B

文章編號：1672-5913 (2007) 21-0038-03

1引言

實驗教學是高等院校教學不可或缺的重要組成部分，它在培養學生綜合素質和創新能力方面所起到的重要作用是其他任何教學形式都無法取代的。武漢大學計算機實驗教學中心繼承武漢大學百年教學所沉淀的優良傳統與“三創”(創新、創造、創業)教育理念，以計算機學院強大的學科優勢為依托，加強實驗教學方法的研究與探索，凝練實驗教學內涵，改革創新實驗教學手段，不斷使實驗教學改革與社會需求相適應；以培養學生實踐動手能力和創新能力為目的，以實現學生自主學習、自我創新的目標，努力為國家培養創新型復合人才。

2實驗教學方法

(1) 采取“課前預習―資料收集―示范演示―實驗訓練―技能考核”方法加強對學生基本操作、基本技能、基本素質的培養。

課前預習：要求學生在實驗前進入計算機實驗教學中心網站進行預習。計算機實驗教學中心網站中放置了與實驗配套的實習指導書、多媒體教學課件、實驗錄像和其他網絡學習資源，例如儀器設備的使用與操作說明、實驗常見問題，等。

資料收集：課前學生根據實驗大綱、實驗要求、實驗目的及實驗內容，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，指導教師講解實驗要求，示范操作與演示，觀摩部分學生操作演習，并由教師和學生共同點評。

實驗訓練：在實驗教學過程中，指導教師與實驗輔助教師、研究生助教共同指導學生實驗，解答學生實驗過程中的疑問。如果學生在規定時間內沒有完成實驗或感覺自己不夠熟練，還可以預約開放實驗室進行反復實驗訓練。

技能考核：制定詳細的操作、技能評分點與評分標準，執行實驗課程的量化考核。

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

綜合設計實驗是一種能夠培養學生綜合應用知識和創新能力的方法和途徑，可以極大激發學生對實驗的積極性。實驗中心采取了“啟發引導―自主選題―方案設計―實驗探索―合作討論―撰寫報告―考核評價”的教學方法。

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

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

方案設計：學生提前將綜合設計實驗的題目、實驗設計方案和所需要的儀器設備及實驗耗材等提交給指導教師。經共同討論修改合格后，方可進入下一步工作。

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

合作討論：綜合設計實驗結束后以班級或小組為單位進行交流與總結，共同提高。

撰寫報告：綜合設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。優秀的實驗報告可在實驗中心網站上或在大學生自己創辦的雜志“e鳴院刊”上發表。

考核評價：制定綜合設計實驗成績評定標準細則，包括方案設計、實驗方法、實驗操作、實驗結果、協作精神、實驗安排、創新內容、演示效果和實驗報告等部分。

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

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

3實驗技術手段

(1) 利用新技術開創實驗教學新手段、增強實驗效果

實驗中心鼓勵教師利用計算機新技術積極開創實驗教學新手段，例如：

網絡協議分析儀幫助學生深入理解網絡通信原理

為了幫助學生更好地理解網絡通信原理，透徹地掌握數據的封裝和解封過程，清晰地了解網絡協議的工作過程，實驗中心花費40余萬元購買了網絡協議分析儀，學生在實驗過程中，通過可視化方式清楚地了解通信雙方交互的過程。

同學們都反映通過網絡協議分析儀，以前晦明不清、看不見、摸不著的網絡數據包現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。

多媒體電子學習平臺

實驗中心應用自主開發的“863”成果架構了計算機實驗教學多媒體電子學習平臺，包括“自主學習”、“網上課堂”、“作業評閱”、“實驗報告”、“實驗錄像點播”、“在線測試”、“學習園地”等功能模塊，極大地方便了學生的自我學習。

通過多媒體電子學習平臺，學生可自主查閱資料、預習實驗內容、分析與評估實驗結果、撰寫實驗報告和課程論文，等。多媒體電子學習平臺中包括與系列教材配套的多媒體實驗教學課件20余件和“微機系統與接口技術”等10門網絡課程。

此外，實驗中心還建立了大學計算機基礎、計算機網絡與通信、數據庫技術、高級語言程序設計、匯編語言程序設計、編譯原理等精品課程教學網站。

計算機組成原理特色課件

實驗中心利用計算機新技術開發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據如何在控制器、譯碼器、運算器、寄存器、外存、內存等計算機部件之間傳送，幫助學生加深理解。

通過在線“虛擬實驗室”輔助學生自主實驗

實驗中心獨立開發的在線“虛擬實驗室”，打破時空限制，采用網絡自主式實驗模式為計算機專業學生提供貫穿本科階段的全天候服務。學生可隨時隨地進入“虛擬實驗室”選擇某一項目進行實驗，系統會對其實驗結果自動評價。學生在四年時間內只有達到一定標準后，才能獲得相應必修學分。網絡自主式實驗模式提供的個性化服務充分體現了“因材施教”的教學指導思想。

(2) 通過實訓平臺提升學生能力

實驗中心為了更好地提升學生實際動手能力，構建了軟件工程、網絡工程、信息安全綜合等多個實訓平臺。這些平臺的使用有效地增強了學生綜合運用知識的能力，解決實際問題的能力，更重要的是激發了學生的學習興趣，增強了自信心，開拓了思維能力。

(3) 通過大學科聯合培養給學生提供更多、更好創新環境和機會

武漢大學計算機學科綜合實力強，特點明顯。由劉經南院士擔任主任的軟件工程國家重點實驗室設備環境優良、師資力量雄厚，是國內外軟件工程理論研究與應用研究的中心之一。實驗中心與計算機學院、軟件工程國家重點實驗室、國家多媒體軟件工程技術研究中心多方聯合，為學生提供更多的科研課題、創新基地和指導老師。

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

(4) 在校外建立實習基地

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

4結束語

我們通過改革實驗教學方法，拓展實驗教學手段，充分利用計算機實驗中心和社會資源，以培養學生創新和綜合運用知識能力為目的，不斷深化實驗教學改革，提高教學質量，收到了良好的效果。

收稿日期：2007-07-02

第9篇：虛擬實驗設計論文范文

藥學專業培養能夠從事藥學教育、藥學研究、藥品生產、藥品經營、藥品檢驗、藥品使用、藥品管理及藥品臨床應用的復合型高級藥學專門人才。藥學系各專業根據培養目標在課程設置上與臨床醫學專業有較大差異，在醫學基礎課程上主干課程人體解剖學與生理學合并為人體解剖生理學，部分臨床課程合并臨床醫學概論，而相應增加藥學主要專業課程。而機能實驗課僅安排4－5個一般驗證性藥理學實驗，生理學、病理生理學實驗內容基本沒有涉及。培養的學生知識不全面，不能滿足藥學專業畢業后能在藥品生產、檢驗、流通與使用、研究與開發等領域從事藥物制劑、藥品檢驗、合理用藥、藥物設計等方面的高級科技人才的需求。

2優化機能實驗課程體系，突出藥學專業特色

為了能滿足藥學專業培養目標的需要，在總結十多年機能實驗改革的經驗，充分利用我校的資源條件，我們課題組以機能實驗學教程為依據，針對藥學各專業培養目標與學時分配的差異，結合我校藥學學生的畢業技能考試要求，同時吸收其他院校機能實驗學教學的精華，對我校的機能實驗內容進行再一次優化組合，強調突出其專業特色，使學生所學的機能實驗知識既實用又具有系統性。具體是將原有內容分為幾大模塊，包括如下方面:①機能實驗學概述與常用儀器的使用介紹、實驗報告寫作;機能實驗學基本技能訓練與操作、常用觀察指標與實驗數據的采集與評價、分析與統計。目的培養學生的基本操作技能與實驗數據的處理。②藥物在動物體內藥代動力學參數(t1/2等)與LD50的測定。目的是針對性鍛煉藥學學生掌握常用治療藥物監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、藥典與新藥研究(阿司匹林的合成)。主要為學生進入藥廠實習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。訓練藥學學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，以此拓展學生的實際應用能力。對以上的實驗內容實施1－2年級后，及時綜合評價學生實驗學習效果，召開學生與教師座談會，學生與帶教教師填寫反饋意見表。在下一學年綜合學生與教師的反饋意見調整部分實驗內容使其更突出藥學專業特色。第二次按照調整后的內容在下一屆學生實施，并再次測評學生與教師的反饋意見，在進一步優化實驗內容后，逐步形成一套相對穩定的藥學專業機能實驗學教學體系，編寫藥學專業的實驗教材、修改相應機能實驗學教學大綱，設計并制作網絡課件。將實驗內容等通過網絡供其他專業學生參考與學習，以便將來優化臨床醫學等其他專業機能實驗學課程。

3科研、生產與實驗相結合，加強實驗教學改革

多年來，機能實驗教學一般均是依據教學大綱與課時的要求，在規定的時間內按照實驗講義“照方抓藥”。這種相對封閉的模式壓抑了學生主動性尤其是創造性的發揮。做實驗時，每教學班內容與實驗方法完全一致，學生興趣不高，而實驗免不了出現抄襲數據或拼湊結果的現象。為了提高學生的實驗動手能力，我們提倡教師開放研究室、實驗室，鼓勵學生參與科研，實現多元化實驗教學方式。我們嘗試性將部分興趣高的藥學專業學生組成科技興趣小組，將科研與實驗相結合。幾年來，我校藥學學生參加國家863計劃課題、國家自然基金與教育廳自然科學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，增進學習的主動性和學習興趣。在后期臨床藥理學課程教學中，藥學系與臨床藥物評價中心聯合開設新藥研究的綜合性實驗。實驗內容是教師的科研或制藥企業的項目。做實驗時，學生在教師指導下擬定實驗內容和要求;根據所學理論知識與在制藥企業見習所學的實踐經驗自己進行實驗設計;同時教師把最新的藥品生產信息或本人的科研課題納入實驗教學，向學生介紹一些先進的實驗方法，引導學生積極參與教師的科研與社會活動，激發學生大膽提出自己的設想與思路，指導其撰寫實驗課題，完成科研小論文。這樣既克服了一些低水平的重復性實驗，又提高了學生獨立思考和綜合應用所學知識的能力。實現有目的、有計劃、有層次地從一般性實驗過渡到研究性、開發性的實驗。

4加強實驗室科學管理，提高教師與實驗技術人員的素質，切實保證實驗課教學質量

由于機能實驗是由三門實驗課有機結合在一起，因此對老師的要求較高。其不但精通本學科的基本理論和基本技能，還要熟悉另外二門學科知識。尤其是藥學專業涉及很多藥學知識，而機能實驗帶教教師多為臨床專業畢業，所以教師必須相應補充一定有關藥學知識，才能使學科間知識相互滲透。同時實驗課的教學質量與實驗動物、試劑的配制以及實驗儀器的穩定性直接相關;而實驗室的管理和藥品、器材等教學保障工作是由技術人員完成的，故高素質的實驗技術人員同樣是高質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人員匱乏，盡管這幾年我們不斷補充了高學歷的碩士研究生進入技術人員隊伍，但一般是其他專業改行而來，專業技能單一。針對這一情況，我們重點抓好現有技術人員的培訓。首先，安排他們在本科班全程跟班聽理論課教學，全面系統地掌握三門學課的理論知識;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實驗，實驗前充分準備必需的實驗動物、試劑藥品。提前調試好所需儀器，保證其正常運行、而且對儀器必須進行經常性的維護保養;只有這樣才能高質量高效率地完成實驗教學。由此可見，提高教師與實驗技術人員的業務素質，加強實驗室的科學化管理是實驗課教學改革順利進行的基本保證，也是突出藥學專業特色的機能實驗教學前提。