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虚拟实验教学论文范文

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虚拟实验教学论文

第1篇

关键词:移动通信;虚拟仿真实验;QPSK调制

1移动通信实验教学现状

移动通信课程的教学内容比较复杂,除了要求学生要学会相关的专业知识,比如通信系统的组成原理、应用原理之外,还要求学生要有实践操作能力,也就是能将掌握的原理应用到通信课程实验中[1]。在我国移动通信技术不断发展的大背景下,职业院校的学生更要提高学习的积极主动性,主动学习并掌握新的知识,并将知识可以应用到实践中。高等教育的核心是培养学生的综合能力,而实验教学就是重要的方式。实验教学不仅可以培养学生的专业技术能力,而且可以拓展学生的综合分析和创新能力,培养出符合社会需要的具有创新思维和高技术水平的专业移动通信人才[2]。传统的移动通信技术教学存在很多不足之处,主要体现在以下4个方面:首先,课程的教学重点多集中在理论知识的教学上,忽视了实验教学的作用。实验教学作为检验学生是否充分理解并掌握理论知识的方式,应该与理论教学相辅相成;其次,有些职业院校缺乏新型的实验设备以及最新的移动通信器件和装置,这导致不能满足学生开展实验的需要;再次,学校开展的实验教学采取的多数是验证性实验,学生只需要根据已有的实验步骤进行模仿训练即可,无法激发学生学习的热情和拓展学生的创新思维[3]。

2移动通信虚拟仿真实验引入教学的效果

2.1方便学生理解课堂知识。在以前的移动通信课程理论教学中,教师一般会将教学重点放在对通信课程中某种技术或者算法原理进行讲解,让学生逐步了解并能够掌握调制解调器的相关原理以及无线电波是通过何种方式进行变换[4]。学生在了解这些知识点之后,再学习后面课程中的信源编码、无线电波发射等知识点时会更加容易接受。教师在以往的实验课上,一般会选择按部就班、循规蹈矩的方式对实验原理进行说明,多数情况下会采用传统板书的形式,这样的教学方法虽然有利于教师方便快捷地完成知识点的讲解,但却不容易让学生直观清楚地理解教学内容。而且实验课的内容中会有很多波形分析的知识点,教师仅仅凭借板书的形式,很难达到理想的教学效果[5]。而将移动通信虚拟仿真实验引入教学之后,有利于学生对枯燥的技术、信号原理有更为直观的认识,也更容易让学生牢牢把握相关的知识点。教师在移动通信实验课程的教学准备过程中,应该从高职学生的理解能力、分析能力出发,为学生构建更便于理解教学内容的情境,这样有利于达到比较好的教学效果。在进行移动通信虚拟仿真实验的过程中,通过使用SystemView软件,可以为学生创设清晰明确、一目了然的可视化平台,并根据实验需求构造相应系统,然后让学生积极主动地参与到实验过程中,通过调整不同的参数,观察波形、功率谱的变化,并由此得出相应结果。在这个实验过程中,学生就切实体验到真实电路工作的流程,更有助于学生理解课堂知识,并将课堂上掌握的理论知识运用到实践中去[6]。2.2引导学生主动探索知识。以往职业院校组织学生进行的多数是验证性实验,这种实验方式会让学生根据固定的实验设备和步骤来完成实验过程,学生在实验过程中,只能按照既定的实验思路进行实验,不能将自己的一些想法运用到实验中去,这样不但使学生对参与实验的兴趣不高,而且在电路调试过程中也非常容易损坏元器件及实验设备,实验效果必然不理想。所以,将移动通信虚拟仿真实验引入教学是非常必要和及时的。虚拟仿真实验软件具有非常强大的功能,如数据的收集、分析及传输等。学生通过进行虚拟仿真实验,可以更多参与到实验过程中,比如可以通过改变实验参数来观察电路的不同,并通过总结分析实验过程中存在的问题,经过推理、论证,最后设计出较好的电路;或者学生可通过观测输出电路的波形变化,通过记录分析,对如何进行真实电路调试有更为直观的认识。同时,通过虚拟仿真实验,可以实现以往一些课堂上无法实现的创新性实验,大大增加了实验教学的广度[7]。由此可见,通过将移动通信虚拟仿真实验引入教学,不仅能够扩展学生对原理知识的理解程度,而且可以通过实验让学生对实际电路的运行情况有更清晰的认识,有利于学生将理论知识运用到实践中去。同时,将移动通信领域的新技术引入到课堂中来,可以大大提高学生的学习热情,推动学生更积极地探索新知识,培养学生的创新思维,为学生以后更加灵活地调试电路奠定良好基础。

3虚拟仿真实验教学实例分析

本文以正交相移键控(QuadraturePhaseShiftKeying,QPSK)调制为例,展开移动通信虚拟仿真教学实验。QPSK的特点是频谱利用率较高,而且有不错的抗干扰性能。3.1理论分析。QPSK通过分别对2个相互正交的同频载波进行PSK调制,并将调制完成后所得到的两路信号进行叠加,生成QPSK信号。在这个过程中,至关重要的一步就是要将需要进行传输的二进制序列,进行串/并转化,并获得两路并行的双极性码元数据。然后,在依据相应要求,细化电路。3.2绘制仿真模型。利用SystemView进行仿真实验。在QPSK调制仿真电路图中的各个图符模块都被设定了编号,这样做的目的是方便在进行实验教学时,方便学生更好的理解并进行操作[8]。原始输入的信号属于低频数字信号(500Hz),首先需要对数字信号进行取样,然后在取样结束后要对信号保持一定时间,最后对数字信号做延迟处理,通过这3个步骤之后,可以获得两路并行数据,然后分别与两个相正交的高频载波(1000Hz)作QSK调制,最后经过相加器叠加输出QPSK信号。3.3结果观测。在通过QPSK调制之后,将仿真电路运行之后,我们可以在不同的观察窗口对电路的不同情况进行分析,比传统的实验更具有可视性和多角度观察。通过实验发现,当二位码元随机产生不同状态时,电路输出也会随之改变,QPSK信号也会出现相位跳变点,这符合仿真实验的定义。而电路输出信号的功率在1000Hz左右。由此可见,本次实验中的大部分电路功率主要可以应用于信号传输。在实验完成后,可以让学生思考:如果对移动通信虚拟仿真实验的系统参数进行一定的改动,那会取得何种结果?通过提问的方式,让学生在课后可以继续通过实验来探索电路的频率范围。引导学生的发散性思维,激发学生课后自主学习的热情。有条件的情况下可以把仿真软件安装到学生的电脑中,打破学习的空间时间限制,提高学习的灵活性。

4结语

本文从传统移动通信实验教学中存在的限制因素出发,分析了将虚拟仿真软件引入课程的必要之处,并将虚拟仿真实验引入到移动通信课程的实验教学之中,使得此课程的实验方式突破了传统的验证试验,而且使学生进行综合创新性实验,将课程理论知识与实践操作相结合,以着重培养学生的创新性思维及动手操作能力。将移动通信虚拟仿真实验引入教学之中,使枯燥的通信原理知识更加形象,既利于教师进行课堂内容展示,也便于激发学生的学习热情,拓展学生的创新思维,进而提高移动通信课程的教学效果。

作者:周晓红 单位:贵州电子信息职业技术学院

[参考文献]

[1]孙爱晶,卢光跃,刘毓.通信专业核心实践教学的研究与实践[J].实验室研究与探索,2011(5):91-93.

[2]李新春.移动通信实习实验教学系统的研究与实践[J].实验室科学,2009(6):33-34.

[3]谭平.地方高校应用型人才工程实践能力的培养[J].实验室研究与探索,2009(5):93-95.

[4]周霞,陈奎庆.工科院校学生创新思维培养[J].江苏工业学院学报,2009(4):92-95.

[5]戴翠琴,由海霞,鲍宁海.移动通信课程实验教学改革与平台建设[J].实验技术与管理,2012(2):144-147.

[6]苏良昱,王武,葛瑜.电力电子技术仿真实验教学与创新思维拓展[J].实验技术与管理,2013(1):170-173.

第2篇

1.1用于实验的计算机设备比较落后,零配件维修困难,实验难于开展

因为电脑更新速度快,学院拆装实验室现有设备均为早期其他机房淘汰下来的落后设备,在实验过程中一旦损坏很难在电脑配件市场上找到相同型号的配件。有些实验如CMOS设置、硬盘分区、操作系统安装、驱动程序安装、注册表修改等对于系统的稳定运行影响较大,破旧机型的相关设置比较复杂,学生在实验过程中很难找到合适的方法、驱动程序等,因操作不当轻则会损坏硬盘数据,重则导致不能正常开机,严重影响了正常的教学秩序。另外,由于光驱老化、光盘划伤严重导致实验中断,还容易挫伤学生的实验积极性。因为机器运行缓慢,无法在规定的时间内完成实验,降低了教学的质量和效率。

1.2实验效果不好,计算机难以管理

部分实验如操作系统的安装、注册表的修改、系统配置文件以及管理策略的修改等需要重启计算机,而安装了还原卡或还原软件的计算机是不能达到实验目的的。如果教师自己带笔记本电脑上课,就会在每次实验完成后影响到下一次开机使用,扰乱了正常的工作、学习。

1.3教师演示困难,学生观察吃力

一部分实验课的操作过程无法通过投影仪播放或使用凌波等电子教室软件进行屏幕广播来教学,不具备多媒体示范功能。比如CMOSE设置、硬盘分区、格式化、安装操作系统等试验,教师往往通过现场操作、讲解,学生通过围观来学习,对于大班上课,授课效果比较差,学生得不到有效的实操训练。

1.4虚拟机在教学中的应用

虚拟机是通过软件将计算机硬盘和内存的一部分虚拟成具有独立的CPU、硬盘、内存、声卡、显卡、网卡等功能的计算机的一种辅助技术。目前常用的有VirtualPC和VMware等虚拟机软件,前者安装快捷、操作简单、占用空间少,后者专业化程度高、对多种操作系统平台提供完美的支持、但操作起来相对复杂、占用空间较多,业内较为推崇,可以说这两种虚拟机平台技术各有千秋。在我院的计算机教学中,我们先后引入了这两种虚拟机平台进行教学,收到了独特的效果。在《计算机组装与维护》课程中很多实验都可以使用虚拟技术来实现,例如:

1.5硬盘的分区与格式化

新购置的硬盘必须进行分区和格式化后才能正常使用,这是《计算机组装与维护》课程的重要知识点。在虚拟机技术平台中,分区和格式化更加直观、真实。由于VMware对虚拟CD-ROM的支持,学生可以通过虚拟CD-ROM进入DOS系统,使用fdisk命令、format命令、PQMagic、DM等软件反复练习该部分实验,效果较好。

1.6操作系统的安装

硬盘格式化后,必须安装操作系统,使用VMware虚拟机完全支持MicrosoftWindows系列操作系统和Linux等操作系统。在虚拟机中,学生可以利用虚拟光驱使用镜像文件(ISO格式的文件)安装操作系统,同时具有快速、简便、不中断等优点,与真实的安装无异。对需要重启系统后才能使用的软件,比如杀毒软件、系统优化设置等系统软件的使用也同样有效。如果安装和使用时出现操作系统崩溃的情况,还可以通过复制、覆盖虚拟硬盘文件的方式迅速解决问题,不必担心对宿主机系统的破坏。另外,由于虚拟硬盘文件可以任意复制和转移,这对于教师在不同地点授课以及机房管理人员批量配置学生机都提供了极大的方便。

1.7修改CMOSE参数

CMOSE参数的设置也是学生学习的重点知识之一,但是这部分实验对系统影响极大,设置不当可能会导致开机故障,同时教师在讲解时也无法在投影机上显示出来,不利于教学。使用虚拟机后,学生可以放心大胆地做BIOS的设置实验,通过不断地练习熟悉BIOS界面和各种配置,而不必担心设置错误导致故障,而且教师可以将整个设置过程利用屏幕录制为AVI视频文件分享给学生,这样就实现了BIOS设置状态下视频制作的难题。

1.8系统备份和恢复

系统备份与还原在《计算机组装与维护》课程中应用广泛,其中赛门泰克公司的Ghost软件是常用的一个工具软件,我们要求学生必须掌握其使用方法。该软件功能强大,可以对硬盘进行分区、分区及整盘的备份和还原以及网络克隆,速度快但操作危险性很高,稍有不慎就会造成数据毁坏,引入虚拟机后学生可以反复练习操作而不必担心影响宿主机的系统。

1.9测试计算机病毒

在虚拟环境中,我们可以将虚拟的CPU、寄存器、硬件端口用调试软件传送病毒程序,通过观察寄存器和端口的变化,加深学生对病毒程序运行过程的理解。在虚拟机中进行此类实验,无需担心计算机的数据安全性,而实验效果和真机上的效果是一样的。通过观察研究,学生可以详细了解病毒的工作原理,提高了病毒查杀能力。

2结论

第3篇

正如乌申斯基所说:“没有兴趣的强制性学习,将会扼杀学生追求真理的欲望。”探究活动并非只是单一的智力因素参与的过程,而是一个智力因素与非智力因素共同参与、相互作用、相互影响的过程。其中以兴趣为主的非智力因素正是学习强大的动力源,是学生产生积极的学习动机与认知行为的源泉。没有兴趣的学习就是外加的沉重负担,学生只是被动参与、机械应对、死记硬背,并没有达到对知识的真正理解,与快乐学习也是背道而驰。实验具有鲜明的实验现象,这不失为激发学生物理学习兴趣的重要手段。但在以往的教学中受实验室条件、实验器材等因素的制约,许多实验不能完成;即使让学生来做实验,限于安全因素、时间等,也大多是机械地按照实验步骤完成,并未真正发挥实验的激趣导思效果。虚拟实验室具有强烈的现代化气息,计算机与网络都是高中生所熟悉且喜欢的方式,这样更能吸引学生的眼球,将学生的注意力集中起来,能够同时带动学生的视觉与听觉等多种感官来参与到实验中来,这使得学生参与实验的兴趣更浓、积极性更高,从而让学生能够全程参与到实验过程中来。

二、模拟各种实验现象,引导学生展开主动学习

物理基本的概念与定理并不是凭空产生的,而是科学家在大量的实验中总结出来的,是透过大量表象达到对事物的本质认知。只有将基础知识的教学与实验结合起来,再现真理发现全过程,这样才能达到学生对知识的真正理解与掌握。而在现实条件中许多实验是无法完成的。如微观粒子的运动、存在安全隐患的实验以及对实验条件有严格要求的实验等,在以往的教学中这些实验都难以完成,就只能采用机械的灌输,让学生来记忆结论性认知。这样的结果就是学生背得流利,但就是不懂、不会用,只知其然而不知其所以然。网络虚拟实验室可以模拟各种实验现象,可以完成以往教学中所难以完成的各类实验,将这些抽象而枯燥的物理知识寓于直观而形象的实验现象中,让学生通过操作与观察来获取感性认知,并由此上升为理性认知,这样才能达到对抽象知识的深刻理解与灵活运用。

三、开辟师生互动学习平台,实现探究性学习

新课改倡导自主合作探究式学习方式,明确提出了以学生为中心的教学理念,我们的教学要更加关注学生学习方式的转变,要由以教师为中心转为以学生为中心,要将重点由教师如何教转向学生如何学上来,构建以教师为主导、学生为主体的双主型教学模式,确立学生在学习中的主体地位,引导学生展开主动探究,实现教学的双向互动。网络虚拟实验室为师生开辟了一个全新的网络互动学习平台,在这里教师与学生可以一起来展开积极的实验探究,通过师生之间的积极思维与主动操作来完成更多的实验方案,并就实验现象与结果在师生之间、生生之间展开积极的交流与讨论,进行思想的交汇与思维的碰撞。这样更加利于学生深刻掌握基本的概念与定理,同时也可以提高学生的实验技能,让学生学会实验操作,这样才能真正地学会物理学习。因此,在具体的教学中,遇到有分歧的问题,我们可以引导学生来制定不同的实验方案,借助网络虚拟实验室这个平台来将实验方案付诸于实践,实现理论与实践同步,这样学生通过这些实验可以获取更多的直观认知,再通过师生之间的共同交流与讨论,就可以达到对这些基本知识点的深刻理解。

四、结语

第4篇

关键词:多科性大学;虚拟仿真实验教学;教学体系;开放共享

虚拟仿真实验教学是“虚拟现实(VirtualReality)+教育”深度融合的产物,其推广顺应了教育信息化的发展趋势和现实需要,推动了高校实验教学改革和创新。教育部自2013年提出建设国家级虚拟仿真实验教学中心以来,连续三年发布虚拟仿真实验教学中心建设原则的通知,教育部对虚拟仿真实验教学的重视程度和建设虚拟仿真实验教学中心的迫切需求有目共睹。2017年7月教育部发布的开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知中,提出经济管理类示范性虚拟仿真实验教学项目建设规划要在2019年和2020年共达到80项之多。由此可见,教育部对推进经济管理类虚拟仿真实验教学的力度之大。目前来看,全国经济管理类虚拟仿真实验教学中心的建设处于起步探索阶段,少数财经院校已建立,并初步建立其适用的较为完整的教学体系和教学模式,大部分院校特别是多科性大学还没有启动建设,更没有对其实验教学进行系统的实践和研究。经济管理类虚拟仿真实验教学,并不仅仅是将虚拟仿真技术引入到经济管理类实验教学中,更强调的是将虚拟仿真思想融入其中,搭建虚拟真实场景、开发虚拟真实企业实践平台及后台数据库、模拟社会经济管理的现实问题作为实验项目,注重让学生在学习过程中能亲身经历,乐于实践,获得知识,提高技能,有效地弥补了实验过程不可逆和实验项目不可及的缺陷。由于各高校学生的特点、课程体系、传统实验开设的情况等等不尽相同,结合西北政法大学经济管理类虚拟仿真实验教学中心的建设实践,对多科性大学经济管理类虚拟仿真实验教学中心建设的目标、实验教学体系和实验中心建设和使用进行系统研究。

一、多科性大学经济管理类虚拟仿真实验教学中心建设的目标

多科性大学不同于财经类大学和综合性大学,它是以一个或两个学科为支撑、其他多个学科协调发展的学科格局。西北政法大学就是一所以法学为主,经济学、管理学、文学、哲学等学科协调发展的多科性大学。通过对山西财经大学、贵州财经大学、南京财经大学、南京审计大学四所财经类大学和西安交通大学、西北大学两所综合性大学的实地考察、调研,发现如西北政法大学这样的地方多科性大学经济管理类实验教学相对落后,实践教学体系不完整、不系统,实验室建设滞后等问题。为适应当下对应用型经管类本科人才的迫切要求,经过一年多的考察、调研、可行性报告和建设方案的撰写、施工建设、后期调试,西北政法大学经济管理虚拟仿真实验教学中心(以下简称“仿真实验中心”)落成运行。

1.仿真实验中心基本情况仿真实验中心总面积约1000平方米、含三个全封闭实验室、五个半开放仿真实验室(跨专业综合虚拟仿真实验项目可跨实验室进行),其中,全封闭实验室有经济&管理基础实验室-A型实验室、统计调查与数据分析实验室-B型、审计财务管理专业实验室。五个半开放的实验区分别是金融保险仿真区、企业模拟仿真区,跨境全流程仿真区、跨境分销实战区和综合模拟仿真实验区。综合模拟仿真实验区模拟银行、税务、工商、社保公积金实际工作场景,可组合其他四个半开放实验区根据课程需要进行授课。企业模拟仿真区、跨境全流程仿真区和跨境分销实战区可组合为跨境综合实验室。跨境全流程仿真区、金融、保险仿真区、企业模拟仿真区可组合为企业综合模拟仿真实验室。金融保险仿真区、企业模拟仿真区、综合模拟仿真实验区、跨境全流程仿真区可组合为虚拟商业社会环境跨专业综合模拟仿真区。组合后的实验室可作为学生创新创业实践项目、跨专业综合实验项目、学年论文项目和毕业论文项目的实践基地。仿真实验中心采用云桌面管理,安装软件总计36个,包括基础审计、金融类实验软件;跨专业综合实践软件;财会与审计专业综合教学实践软件;电子商务基础实验软件;国际贸易和跨境电商综合仿真实训软件;人力资源管理实训软件;社会保障学相关实训软件。仿真实验中心可用于西北政法大学经济管理相关学科十三个本科专业的课程实验、专业实验和跨专业综合虚拟仿真实验教学。

2.仿真实验中心建设的主要目标(1)面向新时期实验教学的最新趋势和要求,达到或引领多科性大学经管类实验教学的最新探索水平,牢牢把握当下经济社会发展趋势和企业对高水平、高层次人才的能力要求,注重大学生综合实践能力的提升。(2)面向经济管理类专业和课程,将学生置于虚拟仿真环境中,模拟现实操作过程,实现全流程实践和核心业务的实践,切实提高实验教学效果,提高学生专业知识的应用能力。(3)实验教学中心可达到各专业课程实验和跨专业综合实验的紧密衔接、资源共享的目的,进一步促进多科性大学各学科的协调发展。实验中心的建设无疑为经管类实验教学改革和研究实践提供了充分的条件,但虚拟仿真实验在经管类实验教学的应用还处于起步阶段,应系统地对实验教学体系和将来的发展方向进行研究。

二、构建多科性大学经管类虚拟仿真实验教学新体系

围绕经济管理类人才培养体系,突出大学生创新能力和应用能力的培养原则,完善教学实验模式,创新实验方法,扩展实验层次,构建能力培养为导向、跨专业、虚实结合的多层次实验教学新体系。

1.教学模式由以课程或专业设置实验室的传统实验教学组织模式,逐渐转变为由学科群组建基础实验以及项目为主导的跨专业综合虚拟仿真实验模式。开发以问题为导向、以自身专业为主的跨专业综合虚拟仿真实验课程体系。比如,将大三第一学期的学年论文的撰写改革为两个星期的综合虚拟仿真实验实习加论文的形式,这是学生由专业基础提升到跨专业综合的一次重要节点,为大三和大四学年的专业学习、毕业实习以及毕业论文的设计和撰写打下坚实的基础。

2.实验教学方法实验教学方法由教师演示、学生自主学习的传统方式,逐渐转变为任务驱动、团队作战、仿真模拟、岗位实战的方式,提高学生分析、解决问题能力,增强创新意识、团队意识和管理意识,促进自主性学习和个性化学习,培养学生综合素养和应用能力协调发展。

3.实验层次实验教学新体系由基础课程的验证性实验、专业课程的熟练性实验、专业综合课程的跨专业综合虚拟仿真实验、就业前的综合素养提升实验构成,达到实验教学内容衔接、教学要求匹配、教学效果阶梯化形成的目的,最终实现训练基本技能、培养创新意识、训练专业技能、训练综合能力、培养社会适应能力等三个层次的目标。通过以上三个方面的创新,构建“能力培养为导向、跨专业、虚实结合、多层次”的实验教学新体系。具体内容如下图所示。第一个层次适用于大学一、二年级的学生,这个阶段的课程以基础课程为主,包括专业基础课程,创新创业课程以及各类专业竞赛,实践课程是以配合课程为主的验证性实验和体验感知性实验,通过融合创新创业教育和专业竞赛,增加对项目的认知。这个阶段由传统教师演示、学生自主的教学方法和任务驱动、团队合作、小组讨论的教学方法相结合,以训练基本技能和培养创新意识为主要目标。第二个层次适用于大学二、三年级的学生,这个阶段的课程以专业课程为主,主要的专业课程都已经接触到,学生对其专业有了一定程度的认识,实践课程也应由验证性实验和体验感知性实验转变为专业课程的熟练性实验和设计性实验。开设一些从业资格考试相关的实践课程,学年论文的综合虚拟仿真实践课程,这个阶段主要采用任务驱动、团队作战、仿真模拟、岗位实战的方法,训练学生的专业技能、培养专业应用能力。第三个层次适用于大学三、四年级的学生,这个阶段所有课程的讲授基本结束,学生对其专业进行了全面的认识,也有了一定的专业技能,进行毕业前实习,马上走上工作岗位,实践课程也应随之变化。校内的实践课程主要是跨专业综合虚拟仿真实验,弥补在校外实习单位接触不到的核心业务和全流程业务,这个阶段主要采用项目驱动、团队作战、仿真模拟、岗位实战的方法,训练学生的综合技能、培养社会适应和创新能力。构建的“能力培养为导向、跨专业、虚实结合、多层次”的实验教学新体系遵从了学生每个阶段的特点和学科基础,循序渐进,逐步提升学生的实践能力。

三、多科性大学经济管理类虚拟仿真实验教学中心建设和使用思考

鉴于对西北政法大学经济管理虚拟仿真实验教学中心的建设实践和研究,对多科性大学经济管理类虚拟仿真实验教学中心进一步完善软硬件建设和管理机制进行了如下几个方面的思考。

1.仿真实验中心教师队伍建设高效、专业的实验室教师团队是开展虚拟仿真实验教学必不可少的。将整个实验室队伍分为下面三个组成部分建设完善,以提高实验室教师团队的整体水平,组建一支实践能力强、善于合作、多学科融合的实验室专业教师团队。(1)专职实验教师。引进计算机相关专业的教师作为专职实验教师,薪酬待遇、职称评定与专业教师同等对待。负责系统维护、技术支持和通用性实验课程的建设教学,负责与各软件厂商协同合作来保证设备和系统安全、稳定的运行,并定期组织专业教师进行平台使用培训。(2)专业教师。采取课时激励的方法鼓励专业教师承担实验课程(课程实验环节)。实验室专业教师队伍的建设可以在相对具备专业技能及实践教学经验的经管专业教师的带动下,引导各学科的专业教师加入到实验室教师团队中来,促进教学改革,调整教学方法和考核方法。(3)实验室管理人员。鼓励学生助教从事于实验室管理工作,通过短期培训即可对云桌面综合管理集成平台进行熟练操作。鼓励专职实验教师和专业教师将实验教学与科研协同发展,相互促进。校企协同开发实验平台和实验项目,申报各级虚拟仿真实验教学项目促进教学改革,出版相关实践实验教材,逐步建立完善的实践教学课程体系。不管是专职实验教师还是专业教师都可以在实验室教学过程中获得科研成果,使教学科研能力、职称评审、薪酬待遇均可得到很大程度的提升。

2.仿真实验中心管理制度的完善仿真实验中心采用开放式管理。学生可以预约时间使用仿真实验中心,也可以在任意的终端设备上随时随地访问虚拟仿真实验教学中心的实验教学资源及个人的实验数据进行查看和练习,促进学生自主性学习和个性化学习,同时为教师进行虚拟仿真实验教学方法改革提供更充分的条件。

3.跨专业虚拟仿真实验教学课程体系的开发建设虚拟仿真实验课程体系构建是虚拟仿真实验教学建设的重要内容。建设相对完善的跨专业虚拟仿真实验教学课程体系需要根据学生的反馈在实践过程中反复研究、反复实践、反复改革,这是一个持续不断的过程。因此,在之后的实验教学研究和实践中,应鼓励相关教师协同合作开设以提高综合实践能力为目标的跨专业虚拟仿真实验教学课程。学年论文和毕业论文也可以依托跨专业综合虚拟仿真实验成果撰写,将很大程度上提高学年论文和毕业论文的质量。

4.实验教学资源开放共享机制探索优质实验资源的开放共享是虚拟仿真实验教学中心建设的重中之重,从对各个高校实验中心的调研情况来看,资源的开放共享仍处于起步和探索阶段,包括技术方面和运行机制方面。仿真实验中心的开放共享主要是以实现校内实验项目和授课内容打通、校内毕业论文和校内创新项目打通、校内课程实验数据与跨专业综合虚拟仿真实验数据打通、校间虚拟仿真实验教学协同创新、校间虚拟仿真实验教学资源开放共享为目标展开。无论是校内资源还是校间资源的开放共享,都需要与企业、高校之间协同合作,共同研发核心技术,建立开放共享的协同机制,比如激励机制、利益分配机制等,防范开放共享产生的风险。

5.与创新创业教育、校企协同育人深度融合仿真实验中心为创新创业教育、校企协同育人项目提供校内实践基地,为这两个项目的顺利开展奠定了基础。仿真实验中心将促进校内创新创业教育的教学模式、教学方法和课程体系的研究和探索。2015年,西北政法大学被认定为陕西省省属大学生创业培训基地,实验中心无疑为开展大学生创新创业教育奠定了基础,搭建了平台,为校内所开设的创新创业课程与实践活动提供了充分的硬、软件环境。探索虚拟仿真实验与创新创业教育的深度融合的教学模式和教学体系,更好地开展双创教育。将仿真实验中心作为学校、企业共同参与的合作办学的校内实验实训实习基地,实验中心的综合虚拟仿真实验区构建真实场景的实习环境。拥有优质的实验教学资源的跨专业综合虚拟仿真实验中心对校企协同具有重要的深化作用。

6.与技能竞赛教学模式协同发展近年来,高校各专业技能竞赛日益增多,“以赛促学、以赛促教”的实践教学模式成为提高大学生综合实践能力的重要组成部分。在仿真实验中心创建以竞赛为目标的面向参赛学生全天候开放的创新实践基地,教师可根据学生参赛情况进行必要的赛前辅导和模拟演练,在跨专业虚拟仿真区进行项目的仿真演练,开发竞赛作品资源库,形成“教、赛、学”一体化实验教学体系,提高竞赛水平,培育出优秀竞赛作品,提高学生的创新实践能力。

第5篇

关键词:虚拟实验 教学应用 创新能力

中图分类号:G4 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)12(b)-0-01

该文围绕虚拟实验系统以及其教学应用问题展开分析,主要内容分为以下几个部分。

1 虚拟实验原理

1.1 含义和特征

虚拟实验系统是以数学理论、相似原理、信息技术、系统技术以其应用领域有关的专业技术为基础,以计算机和各种物理效应设备为工具,采用“面向对象”思想创建的,能够实时操作的、非实在的实验空间,在此环境中,实验者可以像在真实的环境中一样完成各种预定的实验项目。

它可以打破时间、空间的限制,拓展我们实验的空间,可以虚拟生命起源、地球的形成之类的实验,可以虚拟地壳之内、太空之外的实验,甚至可以虚拟人类心理活动的实验,向我们展示我们从未感受过的时空景象。由于虚拟实验具有上述优势,人们很快发现它不仅可以应用于科学研究和科学实验,也可以将它引入教育教学活动。

1.2 虚拟与真实连结的纽带

众所周知,现实世界与虚拟世界是整体的客观实在世界的两个相互补充的方面,一方面人们不能没有对自然界的深刻体验,同样另一方面也离不开对生活空间的想象。那么在虚拟实验环境中究竟要怎样学习?怎样与实践活动相联系?怎样分析虚拟世界与真实世界之间的关联,并从经验和人的感知觉等角度探讨虚拟实验与真实世界的联系,以便学生较好地掌握虚拟实验中的相关因素,进行真正意义上的自主学习,从而获得自身能动性的最佳延伸。

教育教学改革的不断深化对实验教学在培养学生的科学研究能力和综合素质等方面提出了更高的要求。相对于理论教学,传统的实验教学的教学内容、模式和方法亟待革新与完善。依据人们的认识规律和教学规律,借助于计算机等技术,有机地将教学内容、虚拟实验设备和学生操作紧密结合起来,更具有直观性、实践性、综合性和创新性等特点。随着虚拟实验越来越广泛地被各种教学活动所采用,这类实践活动越来越迫切地需要理论的指导;而随着实践经验积累得越来越多,也为系统地开展关于虚拟实验及其教学应用问题提供了可以依赖的基础。

2 虚拟实验系统的具体应用

2.1 概念与技能掌握

在概念学习中,奥苏贝尔认为概念的获取主要有两种方式,一是概念形成,二是概念同化。事实上,学生掌握的许多科学概念都是从日常概念中发展而来的。实验教学中概念掌握,应该从感知具体的物质和现象开始,从已有的知识出发,通过实验或推理,由表及里、由浅入深,有层次地由感性认识上升到理性认识。

而实验教学过程中的技能训练是使学生把已获得的知识运用于实践在实践活动中指导学生动手操作,把知识转化为能力,从而获得应用知识的本领。

2.2 探索与合作学习

实验活动强调探索与合作,是创造性的活动,不仅能引导和培养学生勤于思考、善于发现和提出问题,而且能培养学生观察、分析和解决问题的能力。特别是,在虚拟实验环境中学生之间的探索与合作学习,有助于培养学生认真负责的精神和合作的意识,不同的智慧水平、知识结构、思维方式的学习者之间可以互补,是一种有效传授知识技能的方式。协作式虚拟实验系统已经成功地应用于宇航员训练中。

总之,虚拟实验所提供的任务整合了多重的内容和技能,学生可以尝试着从接近日常的角度来观察世界,突出其中的特定规律,有助于学生意识到他们所学知识的相关性和意义性。因而在虚拟实验环境中,可以帮助学生从简化的世界中获得关于真实世界里的各种现象和科学知识。值得一提的是,虚拟训练系统不可能与真实训练环境完全一样,所以要重视培养学生掌握解决问题的模式和策略,启发学生把虚拟训练中学到的知识和技能运用于实践。

3 虚拟实验系统结构

3.1 系统设计

电脑游戏之所以能吸引参与者,在于它能及时提供反馈,参与者并不因达不到目标而失掉兴趣,相反更具有挑战性。如果虚拟实验系统具有游戏的性质,则实验环境更能丰富学生的经验,引导学生探索,尝试新的解决方法。因此,虚拟实验内容与组织的设计首先应该考虑的是如何激发学生的兴趣,以达到实验目的。虚拟实验系统设计和开发的相关原则如下:一致性原则、开放性原则、交互性原则、冗余原则和合用准则。

3.2 环境架构

构建虚拟试验系统的方法有很多,但基本思想应该是一致的,即用软件方法来模拟硬件设备的功能。虚拟实验系统一般由用户界面、实验处理系统、控制管理系统和系统中的其他库(如数据库、案例库、规则库、知识库、模型库部分)等共同构成。

虚拟实验的教学过程是建立在一般实验教学活动过程、学生的认知过程和实践活动以及教学的基本规律的基础之上的。虚拟实验系统的过程模型有4个,分别是①用户界面②情境设置③过程模拟④总结评价。这四个方面构成了一个较完整的体系,系统根据实验者所示定的参数,将实验过程中发生的变化和实验结果直观地呈现出来,以便实验者对自己的操作有一个整体的把握。在实验教学的实际应用中,根据学生的特点和实验需要出发,有针对性地运用虚拟实验系统,更好地体现“学生为主体”这一教学思想,培养学生的科学素养和创新

能力。

在虚拟环境中,实验的成功与否,当然与学生的认知活动密切相关,同时也离不开虚拟实验系统所提供的实验环境。了解虚拟实验系统的实际及常用的开发工具,可以根据实际的实验需要,开发新的虚拟实验系统,或者改进已有的虚拟实验系统,用来提高学生的实验兴趣,从而提高实验教学的针对性和实

效性。

随着相关技术和学习理论的发展,虚拟实验系统将更为完善和人性化,更加适应实验教学发展的需要。使用虚拟实验系统辅助实验教学在某种程度上改善实验教学条件,但是也有可能限制学生能动性的发挥。教师要发挥重要作用,不仅要提高学生对虚拟实验的概念、原则和技术的认识,又要结合实际情况考虑虚拟实验的组织与实施以及存在的问题。总之,要因地制宜,既要考虑学习目标、实验内容,也要考虑学生特点、教师态度、实验环境等因素,都是为了更好地采用合理的实验教学组织形式,满足不同学生的不同学习要求,从而实现实验教学的个性化。

参考文献

[1] 皮连生.智育心理学[M].北京:人民教育出版社,1996:151-152.

第6篇

论文摘要:工程图学课程是理论性和实践性都较强的课程,在理论教学中由于缺乏真实感受,学生听课时常会感到枯燥乏味、内容很难理解,因此,在教学中进行虚拟仿真实验教学,不但在一定程度上可以弥补实验资源的匮乏,而且可以提高学生观察问题、分析问题和解决问题 的能力。因此,在《工程图学》教学中应用“虚拟仿真实验教学”进行教学改革的探索。 

0  引言 

工程图学课程教学理论与实践相结合是非常重要的特别是学生的动手及创新能力的培养,是理论性和实践性都较强的课程,因此实验教学环节对学好这门课程至关重要。通过加强实践教学环节,才能使学生真正理解和掌握该学科的理论知识。 

工程图学课程的教学是很具体形象的,它注重机构的运动及动作 ,在理论教学中由于缺乏真实感受,学生听课时常会感到枯燥乏味、内容很难理解;机械类课程 中的实验设备大多很昂贵,有些情况下,不能完全满足相应的实验要求,尤其是对每个学生而言,学生实验通常是分组 ,对有些实验,实验设备很少时,分组的人数会很多,这样学生在做实验时会没有很多机会熟练掌握 ;因此,如果能在教学中进行虚拟仿真实验教学,不但在一定程度上可以弥补实验资源的匮乏 ,而且可以提高学生观察问题、分析问题和解决问题的能力,以求达到掌握一门专业技术技能。 

1  虚拟仿真实验应用于教学中的现实意义 

目前国内大多数高校的实验还是采用传统方式,即老师讲解、演示,再由学生自己动手。而国外已经从传统实验转为实物实验与虚拟实验相结合,充分利用先进的 计算 机设备进行虚拟仿真实验教学,取得了较好的效果。 

传统的教学模式以教师为中心,知识的传递主要靠教师对学生的灌输,作为认知主体的学生在教学过程中自始至终处于被动状态,其主动性和积极性难以发挥,不利于培养学生的发散性思维、批判性思维和创造性思维,也不利于创造性人才的培养。虚拟仿真实验突破了传统教学手段上的局限。学生自己动手操作,亲身参与整个实验过程的操作,通过将实际生产的工艺过程以影像、动画等生动的形式表示,从而增强学生的感性认识和学习兴趣,提高教学效果,使其实践能力、观察能力及归纳能力等都得到很好的锻炼。虚拟实验技术创设了一个人性化的学习环境 ,使学生能够在 自然 、互动的气氛中进行学习。基于以上思考 ,尝试在《工程图学》教学中应用“虚拟仿真实验教学”进行教学改革的探索。 

2 虚拟仿真实验设计目标 

虚拟实验的开发工具主要是 网络 虚拟现实建模语言(vrml)和三维建模软件。vrml是一种用于建立真实世界的场景模型或人们虚构三维世界的场景建模语言。vrml的基本目标是建立因特网上的交互式虚拟对象、场景、三维模型,基本特征包括分布式、三维、交互性 、多媒体集成、境界逼真性等,是 目前 intenet上基于“/xinlixue/" target="_blank" title="">心理经验不一致 ,就谈不上以自然技能的交互,也很难获得沉浸感。

3  零、部件测绘实践虚拟辅助教学 

《工程图学》课程为机械类专业一门主要技术基础课,是一门理论性和实践性都较强的课程,因此实验教学环节对学好这门课程至关重要。通过加强实践教学环节,才能使学生真正理解和掌握该学科的理论知识。本项目的实施内容主要是采用 inventor 2008,3d max,autocad及 vrml软件系统设计虚拟实验系统,使之能够对齿轮油泵(图1)、减速器(图2)、虎钳 (图 3)的装配进行动态模拟 ,通过影像、动画等生动的形式对装配过程进行动态模拟 ,可以充分发挥学生的主观能动性,有利于学生获得丰富的感性认识,激发学生进一步提出问题与寻求解决问题的兴趣 ,有助于拓宽学生的知识面,有效地支持理论学习。

零部件测绘实践虚拟辅助教学技术的做法是,以实物模型为基本要素、以实物模型测绘为主线,用 计算 机虚拟现实的方法,制作图画和动画形式为主的直观形象,去解析零部件的形状结构和测绘过程。

将虚拟辅助教学融于测绘实践教学的过程是:布置测绘任务;观测分析实物模型;教师依据实物模型通过虚拟辅助教学课件集中指导;学生依据实物模型,参照虚拟辅助教学课件自主测绘;教师集中讲评。

虚拟辅助教学主要构件是以虚拟图象为主,配有少量文字说明的 电子 文档。分别是:以动画为主去表达零部件形状结构的图画集,以对零部件形状结构分析和视图分析为主的图画集,以对零部件测绘方法和过程指导为主的图画集,以对尺寸、技术要求、图样、作业要求指导为主的图画集。

4  零、部件测绘实践虚拟辅助教学技术的特点

a)基于实体的虚拟。计算机虚拟现实、虚拟三维图与构形思维和视觉及视觉心理密切相关。实践表明:没有实体模型做基准没有构形思维和视觉及视觉心理的支持,计算机虚拟现实、虚拟三维图就会成为没有意义的作品;另一方面,没有构形思维和视觉及视觉心理知识去指导计算机虚拟现实、虚拟三维图的创作,也不能获得效果良好的作品。

b)基于图学素质对测绘对象 (零、部件)的选择。选择好测绘对象是保障零、部件测绘实践教学效果的首要条件。简单化和过度复杂化都不可取,都可能给大学总体教学带来损害。选择测绘对象 (零、部件)的第一因素是考虑对学生图学素质培养的要求,其次是考虑后续课的需求。阀类、泵类、夹具类(虎钳)、减速器类是常选测绘对象,其主要原因是便于教学。按图学素质培养的要求考虑,所选零、部件的测绘内容应当尽量多的涵盖图学主要的核心内容。例如,表达方法典型、全面,结构具有代表性。按后续课的需求考虑,所选零、部件的测绘内容要含有后续课的主要要素。 

5  结语 

开发零、部件虚拟测绘装配实验是为了拓宽实验教学平台,改进测绘方法,提高测绘效率和品质,减轻教学负担。这一教学技术的核心涉及到传统测绘的方方面面,也涉及到 现代 教育 技术的深层理论和技术问题。当然虚拟仿真实验不能完全替代实物实验,但可以探索将其作为实物实验及课堂理论教学的补充。 

参考 文献 : 

第7篇

一、网络虚拟实验室的建立

1.虚拟现实技术

虚拟现实VR(VirtualReality)是近几年来信息技术迅速发展的产物,毕业论文是一门在计算机图形学、计算机仿真技术、人机接口技术、多媒体技术和传感技术的基础上发展起来的交叉学科。其基本方法和目标是集成并利用高性能的计算机软硬件及各类传感器创建一个使参与者处于身临其境的、具有完善的交互能力、能帮助和启发构思的信息环境,即让用户在人工合成的环境里获得角色的体验。

虚拟现实具有三个基本特征。沉浸性,是指观察者对虚拟世界的情感反映,这种感觉能使用户全方位地投入这个虚拟世界,这是虚拟现实的首要特征。交互性,是指虚拟现实是一个开放的环境,能对用户的输入作出响应,并能通过监控装置来影响用户和被用户影响。想象性,是指虚拟现实不仅是一个媒体、一个高级用户界面,还是一个应用系统,它以生动形象的形式反映设计者的思想。虚拟现实的三个基本特征强调了人在这个系统中的主导作用。虚拟现实系统按其功能不同,可以分为三种类型:沉浸式虚拟现实系统、桌面式虚拟现实系统和分布式虚拟现实系统。其中,桌面式虚拟现实系统是运用软件编程方法在显示器上显示三维场景,用户通过键盘、鼠标等设备与虚拟场景交互,它的特点是结构简单、成本较低,易于推广。

2.网络虚拟实验室

所谓网络虚拟实验室,是指利用区域网或互联网,由虚拟现实技术生成的一类适于进行虚拟实验的实验系统,包括相应的实验室环境、有关的实验仪器设备、实验对象及实验信息资源等。虚拟实验室可以是某一现实实验室的真实实现,也可以是虚拟构想的实验室,虚拟实验通过虚拟实验室进行。在虚拟实验中,实验者有逼真的感觉,有身临其境的感受,好像是真正在现实实验室里近距离进行现场操作。在虚拟实验中,没有一个有形的实验室,也没有以实物形态存在的实验工具与实验对象,实验过程主要是对虚拟物的操作。

3.计算机专业虚拟实验室的创建

构建专业虚拟实验室,其实就是搭建一个网络平台系统,包括硬件、软件及管理三个方面。在硬件上,

目前各校都建立了校园网络并接入了互联网,这些基础设施基本可以满足需求,不需要太多的投入。在软件方面,一个是实验室平台软件系统的开发,它与网站建设相联系;另一个是网站的内容(实验内容)建设,这是实验室建设的关键。虚拟实验室应有可以做的实验来支撑,不然软件平台就是一个空架子,形同虚设。同时,该平台上还应有实验管理的支持,对实验仪器、实验报告、实验指导、实验成绩及网上答疑等进行有效管理,并对虚拟实验室进行监控,计算机网络虚拟实验室系统各模块的主要功能如下。

(1)实验管理模块,由学生管理、教师管理、仪器管理和学生成绩管理等组成。硕士论文在学生管理方面,学生通过浏览器进行注册登录,登陆成功后可浏览实验项目,查看实验的详细资料,预约实验项目及做实验的时间,在线发送和接受消息,进行问题讨论,进行实验登记,实验完成后可通过网络写实验报告并提交报告。教师管理方面,可对实验内容添加、修改、整理、删除,对学生提交的实验报告列表,批改实验报告,填写评语和成绩,提交批改结果,与学生进行讨论。仪器管理方面,对新设计开发的虚拟仪器上传并进行分类整理,以便实验使用。成绩管理方面对学生的实验情况(实验次数、实验报告及完成情况)给出成绩,并进行统计分析及提供查询等。

(2)仪器展示模块,对虚拟实验室可用虚拟元器件、虚拟仪器设备分门别类地进行管理,以图形的方式直观呈现出来,供学生在实验时进行选择。

(3)实验指导模块,包括实验介绍、实验方法、实验项目的重点及难点、实验目的、实验原理、实验准备、实验任务、实验过程、实验报告的要求及实验应注意的事项等。

(4)实验报告模块,主要对学生完成实验后,提供相关的实验报告模板,供学生下载,由学生填写相关内容以及实验的结果,完成后上传电子版实验报告,由教师进行批阅,并进行记载。

(5)实验答疑模块,由专业教师对学生实验中出现的疑难问题进行及时解答,帮助学生顺利通过实验。同时了解学生对实验的掌握程度,并及时反馈、调整教学。

(6)论坛交流模块,教师和学生可以通过论坛进行充分的交流,学生可以将实验中的收获、经验和体会及问题到论坛上,教师可以将一些典型的问题提出来,供大家探讨。学生在这样宽松的环境下发表自己的见解,教师从中可以得到及时的实验教学反馈信息,以便整改7)虚拟实验模块,是虚拟实验室建设的重要部分。学生通过该模块进行虚拟实验,医学论文以达到巩固强化知识的目的。该模块内容根据专业学习的具体情况及实验建设条件,可不断增加。计算机专业网络虚拟实验室系统的建设,可以引入其他学校的虚拟实验室中。这种方式比较简单,容易实现,见效较快。但需要投入较多的软件购置费用,同时也需要结合本校的实际情况进行一些调整,有一个磨合期。另一种是因地制宜,自主开发。根据本校的实际教学和实验情况,结合学生的实际水平,由任课教师或聘请部分专家组成开发小组,进行一系列的虚拟实验项目的开发研究,并将研究的成果连接到虚拟实验室中,逐渐扩充直至完善。这种方式比较灵活,能充分发挥教师的积极性,能有针对性地进行设计开发,适合学生的实际情况,学生容易接受,并且经费投入较少。缺点是开发周期较长,系统性不够,水平有限。也可以将上述两种方式结合起来,一是引入、购置部分自己不宜开发的实验项目,二是结合自身的优势和长处开发一些实验项目,如非交互性的、演示性的虚拟实验项目等。

二、加强网络虚拟实验室的管理

1.加强用户管理,为每个学生分配账号。对学生进入虚拟实验室,使用实验室做虚拟实验等进行登记保存。鼓励学生经常访问虚拟实验室,在上面提出问题、发表见解,做好实验,努力提高虚拟实验室的人气。

2.全天候开放虚拟实验室。学生可以随时进入虚拟实验实自己动手组织实验,自己设计实验方案,动手完成实验,整理和总结实验数据,职称论文提交实验报告,培养学生的分析能力和创新能力,逐步向以“学生为中心”的自主个性发展模式转变。

3.组织专业教师网上指导与答疑,参与论坛讨论交流,及时批改实验报告,为学生顺利完成实验提供服务。在虚拟实验室中,教师应对学生提出的疑问尽快给出帮助和解答,并进行必要的指导。在实验室论坛上发表观点,提出问题让学生思考,使师生在虚拟实验室中有较强的互动性,教师应充当好学生实验的合作者和知识的建构者的角色。

4.对学生在虚拟实验室的表现及实验效果进行

评价。针对学生每一门课程的虚拟实验完成情况、实验报告、网上提问、论坛发帖的情况,给学生一个成绩和评价,反馈给学生,英语论文并与该课程的正常实物实验一起记入实验总分。教师也要在对学生评价的同时,征求学生对虚拟实验室的意见,对学生反馈的信息进行整改。

计算机网络虚拟实验室的建立,可以很好地解决目前硬件设备跟不上实验的要求、学生实验时间不够用等问题,对于提高学生的动手能力、分析问题和解决实际问题的能力具有非常重要的意义。但在具体应用中还要注意处理好“虚拟实验”和“实物实验”的关系,不能一味地强调虚拟实验,要“虚实”结合,既相互补充,又各有侧重,这样才能取得很好的实验教学效果。同时,在虚拟实验中要注意培养学生严谨的、一丝不苟的科学实验作风。

参考文献

[1]王嗣源.虚拟实验室建设的初步探讨.西安邮电学院学报,2005(4).

[2]蒋光明.基于互联网的开放式虚拟实验模型研究.西南师范大学学报(自然科学版),2002(3).

第8篇

基础医学论文3000字(一):虚拟实验技术在基础医学实验教学中的应用研究论文

[摘要]虚拟实验应用于基础医学实验,具有安全且节省资源、丰富教学内容、提升实验教学效果、实现实验智能化控制等优点,但也具有不利于锻炼学生的实践动手能力、思维能力及协作精神等弊端。相关研究人员在基础医学实验中要协调好虚拟实验与传统实验的关系,充分发挥虚拟实验具有的优势,提高基础医学实验教学的教学效果。

[关键词]虚拟实验;基础医学实验;教学应用

doi:10.3969/j.issn.1673-0194.2020.06.102

[中图分类号]G642.4[文献标识码]A[文章编号]1673-0194(2020)06-0-02

0引言

实验教学是巩固理论教学内容,培养学生动手创新能力、科学思维和科研素养的重要手段。实验课程的教学质量对教学效果和学生综合素质提高都有重要影响。随着媒体信息技术的发展,虚拟实验教学技术应运而生。虚拟实验是将传统教学实验室虚拟化、数字化,通过虚拟现实技术呈现出来,应用于实验教学。虚拟实验使实验教学模式发生了深刻变革,融合了网络环境下的多媒体、仿真、虚拟现实等多种技术,通过计算机仿真技术设计,将实验室全部的仪器、试剂及环境呈现出来,形成完整的实验系统,使实验教学更加直观、更具趣味性,学生在计算机上就可以完成需要到传统实验室才能完成的实验内容,教师在设计实验时,也可以自由搭建实验案例。虚拟实验简便易行、实验结果直观,应用于基础医学实验,完全可以模拟真实基础医学实验的全部流程,不受场地限制,不受实验操作技术的影响,展示真实的实验结果,能给学生带来置身真实实验环境的感受,实验者可从任意角度观察实验物体,监控实验进度。虚拟实验呈现实验在理论上的标准结果,便于分析实验效果,能够提高学生参与基础医学实验的积极性,提升基础医学实验教学质量。

1虛拟实验在基础医学实验教学中的优势

1.1安全且节省资源

传统基础医学实验教学中,常会用到一些有毒、有害、有放射性甚至易燃易爆的试剂,这对基础医学实验室的安全和学生的健康、安全都构成威胁,师生们做实验时难免会出现一些伤害事故。传统基础医学实验教学采用虚拟实验就能够完全消除这些实验中的危险,使师生们在安全放心的环境中放心地进行安全的实验操作。传统基础医学实验教学中,还有些实验的试剂贵、成本高、耗材大,难以常规开展。这类基础医学实验课程通过虚拟实验教学方式开展,能迎刃而解。虚拟实验教学不必考虑购买基础医学实验设备、仪器,不需要花费昂贵试剂的费用,只需要计算机和虚拟实验的软件系统就可以完成实验,极大地节约实验费用。

1.2可自由调节实验时间

由于课时限制和实验所需时间较长,传统基础医学有些实验无法通过一次实验连续完成。基础医学实验采用虚拟实验教学,就会摆脱时间限制。虚拟实验可以根据实验教学需要调整实验时程,将一次实验放到一次课上完成;此外,虚拟实验室的开放也不受时间和空间限制,可以全天候开放,学生在任何地方也都可以通过计算机、手机随时进入虚拟实验室网站,进行基础医学实验操作。虚拟实验可以实现实验教学资源的高度共享,基础医学虚拟实验室可以给学生提供高度共享的实验教学资源、自由畅通的学习环境,满足学生的个性化基础医学实验学习需求。

1.3丰富教学内容

有些基础医学实验操作环节复杂、要求精度高、实验难度大、实验条件限制多、结果成功率低,学生们在实验过程中很难操作完成。利用虚拟实验技术,学生可以通过反复操作实验,熟练掌握实验技巧,最终完美完成实验操作,使学生学到更多的知识,掌握更多的基础医学实验技能。受物理条件限制一些实验在传统环境下难以开展,利用虚拟实验技术,可以克服这些困难,完成相关实验。医学基础实验教学中应用虚拟实验技术教学,整合大量其他教学资源,能够为学生提供全新的、生动的虚拟实验环境,丰富基础医学实验的教学内容,提高学生上基础医学实验课的积极性,使学生能更好地掌握基础医学实验课的教学重点和难点,更好地培养学生的实验能力。

1.4提升实验教学效果

虚拟实验由于是通过计算机操作软件完成的,所以学生可以无限次地重复操作实验,直到学生获得满意的学习效果为止,保证了医学基础实验的教学效果。有些实验的实验结果比较难于观察到,但是虚拟实验可以让学生观察到经典的实验效果,确保学生都能观察到应观察到的实验结果,保证实验实现既定目标。比如免疫荧光标实验,学生们就能通过电脑仔细观察荧光标记实验的结果,清楚地看到免疫荧光标记阳性细胞,了解实验的意义。医学基础实验有一些标准的实验操作方法及流程,需要学生掌握。虚拟实验能整合多媒体技术,把实验教学中抽象的原理、过程、标准的实验操作方式和流程,通过逼真的动画、照片及视频等形式,形象、生动、真实地展示出来,供学生学习模仿,教会学生标准的实验步骤和方法。

1.5实现实验智能化控制

基础医学实验教学中应用虚拟实验,能够发挥计算机软件系统的优势,实现智能化控制,避免实验操作过程中一些错误或失误出现,比如一些手术过程中,在没有实施麻醉的情况下,就直接点击手术操作,那么系统就会给出错误提示,来引导、规范学生正确的实验操作,具有很好的智能性与互动性。再比如,学生某步实验得出的结果不对时,再往下做,系统将会提示学生计算错误,请重新检查。如果错误后学生还能继续操作,那么最后得出的必然是错误的结果,这不但导致整个实验的失败,还浪费了实验时间。虚拟实验的智能化控制功能,能在一定程度上避免这种情况发生。这些环节也能激发学生实验过程中的主动性,能够纠正学生实验过程中不爱动脑筋的毛病。

2虚拟实验在基础医学实验教学中的弊端

虽然虚拟实验具备很多优点,但虚拟实验在基础医学实验教学中也有很多不足。

2.1不能锻炼学生的实践动手能力

虚拟实验主要通过计算机操作完成实验。学生在虚拟基础医学实验过程中没有接触到具体的实物,没能进行真实的实验操作锻炼,对学生实验技能的提高没有帮助。相比之下,传统实验对学生动手操作能力的锻炼、实验技能的提高方面有着不可替代的作用。

2.2不利于锻炼学生的思维能力

真实的基础医学实验操作中,经常会发生很多预想不到的超常问题和现象,甚至会有实验失败的风险,这些问题虚拟实验中一般不会出现。虚拟基础医学实验一般都是模拟经典的实验结果及标准化实验结果,不能替代真实实验,只能验证结果,不适合发现新的内容,不能进行创新,也不能用于验证创新性实验结果的真实性和正确性。不发生意外是虚拟基础医学实验最大的弊端,因为解决实验过程中发生的这些问题,可以培养学生分析问题和解决问题的能力及科学思维能力。但是,虚拟基础医学实验则未起到锻炼科学思维能力的作用,不适合用于锻炼学生的分析思考问题、解决问题的科学思维能力。

2.3不利于培养学生的协作精神

传统形式的基础医学实验教学过程中,都需要各实验小组的成员协作完成,组内成员实验过程中分工明确,互相协助,共同完成实验,在這个过程中,无形中培养了学生的团队协作精神。虚拟基础医学实验教学中,每个人一台电脑,独立操作就可以完成,不需要分小组,实验过程中基本没有成员间的语言沟通交流,更不需要协作完成实验,所以不利于培养学生的团队协作意识。

3虚拟实验在基础医学实验教学中的应用策略

基础医学实验教学中,在传统实验因客观条件限制难以实施的内容上发挥优势虚拟实验只能作为真实实验的补充和延伸,作为基础医学实验教学的辅助手段。虚拟实验可以用于基础医学实验的预实验,作为传统实验教学的前期准备或铺垫,以减少传统实验教学的失误,提高教学效率;还可以用于巩固传统基础医学实验所学的知识,增强对所学知识的理解,提升基础医学实验的教学效果。基础医学实验中要协调好虚拟实验与传统实验的关系,充分发挥虚拟实验具有的优势,将虚拟实验与传统实验完美结合,使虚拟实验作为传统实验的有益补充,弥补真实实验中的缺陷和不足。在基础医学实验教学中,相关部门应根据学生的学习阶段,将经典的基础医学虚拟实验教学内容纳入基础医学实验教学的授课计划中,与传统真实实验教学的内容相互呼应,构建虚拟仿真的基础医学实验教学新模式,提高基础医学实验教学的教学效果,推进“强实践、重创新”的基础医学实验教学方式,提高应用型医学人才的培养质量。

基础医学毕业论文范文模板(二):中职基础医学教学中情景式模拟教学的应用分析论文

摘要:就临床医学而言,随着生活压力不断加大,生活节奏不断加快,临床上的疾病种类不断增离开,为了提升治疗的效果,不仅要不断完善治疗技术,也要不断完善护理技能,掌握职业操守。由于传统的医学教学基础已经不能顺应社会的发展趋势,较多的学生没有得到良好的教育,且不能将学到的理论知识应用于实践,导致临床服务质量得不到满足,加上临床任务的沉重,一老带一新的方式也陷入“举步维艰”的境地[1],导致很多学生步入临床实践时能够涉及的专业知识以及专业经验十分有限。为此,临床上需要对教学方式进行改进,将情景式教学方法应用其中,改善现在窘迫的局面。

关键词:医学;教学;情景式教学

随着社会进步以及人们对于临床要求的逐渐提高,传统的教学模式开始出现弊端,在传统教学模式当中主要讲究传授书本上的知识,但是在临床上,很多病情存在较大的差异,使得理论知识并不能转变成临床经验,最终导致教学结果与临床操作呈现“脱节”的状态,同时,书本知识传授不利于提高学生的学习积极性,使得理论知识也掌握不到位,从而影响教学结果,为此,需要提高学生学习的积极性、提高操作主动性、接触实际的病例,使课堂变得开放,可以提高教学质量,为此,需要以情景教学方式改善这一教学问题。

一、情景教学模式可以巩固理论基础

就字面意思来讲,纯理论知识较为死板,不能展示内容,学生死记硬背,不能做好知识的巩固,而情景教學模式的应用,可以通过生动的展示使学生了解临床流程,了解临床操作要点以及专业技能,再结合书本上的理论知识,使学生获得临床实践感受,积累理论知识,还能了解操作流程以及专业技能,逐渐积累专业经验[2]。

二、情景教学模式可以提高学生的兴趣

书本知识较为枯燥乏味,不能使学生全身心投入学习,不利于专业知识的巩固,情景教学模式是模拟真实的案例,进行生动展示的一种教学方式,能够使学生真切的体会到病情以及服务流程,提高学生的分析能力、观察能力以及临床应变能力,并不断使学生通过真实的情景,将专业理论运用到实践当中,从而调动学生的积极性以及学习的主观能动性。

三、情景教学模式可以提高学生的知识整体性

在临床实践中,讲究的是将专业知识、临床经验、专业技能以及专业素养结合在一起,提供良好的临床服务,提高临床服务质量,所以在教学当中,只注重知识体系的培养是存在很多弊端的,如果不能将知识应用于实践,则是无效的,所以将情景模式应用于教学当中,将实践与知识相结合,则可以让学生自主学习和操作,在实践过程中,不仅可以巩固现有的知识,还可以进行判断、理解和思考,使得知识不断提升和完善,最大限度帮助学生完成知识体系的搭建,这是传统的教学模式达不到的。

四、情景教学模式可以降低学生对临床的陌生感

很多学生在结束了学业生涯后,都会步入临床实践,但是对于一些接受传统教学模式的学生来讲,对于临床上的实践操作是非常陌生的,加上对自己的信心不足,会严重影响临床实践的质量,同时也不利于专业经验的提升。在这个时期,将理论知识逐渐过渡到实践操作是非常重要的,但是由于很多学生存在较多的陌生感和紧张感,在临床工作中较为退缩,因信心不足而放弃临床工作,实施情景教学模式,实践中没有明显的陌生感,在学校当中锻炼学习能动性以及主动性[3],加上实践操作使学生存在一定的熟悉感,即使步入临床实际工作,也可以尽快转换角色,缩短适应的时间,同时从临床实践当中,更加充实专业技能和经验,提升临床服务质量。

第9篇

一、网络虚拟实验室的建立

1.虚拟现实技术

虚拟现实VR(VirtualReality)是近几年来信息技术迅速发展的产物,写作毕业论文是一门在计算机图形学、计算机仿真技术、人机接口技术、多媒体技术和传感技术的基础上发展起来的交叉学科。其基本方法和目标是集成并利用高性能的计算机软硬件及各类传感器创建一个使参与者处于身临其境的、具有完善的交互能力、能帮助和启发构思的信息环境,即让用户在人工合成的环境里获得角色的体验。

虚拟现实具有三个基本特征。沉浸性,是指观察者对虚拟世界的情感反映,这种感觉能使用户全方位地投入这个虚拟世界,这是虚拟现实的首要特征。交互性,是指虚拟现实是一个开放的环境,能对用户的输入作出响应,并能通过监控装置来影响用户和被用户影响。想象性,是指虚拟现实不仅是一个媒体、一个高级用户界面,还是一个应用系统,它以生动形象的形式反映设计者的思想。虚拟现实的三个基本特征强调了人在这个系统中的主导作用。虚拟现实系统按其功能不同,可以分为三种类型:沉浸式虚拟现实系统、桌面式虚拟现实系统和分布式虚拟现实系统。其中,桌面式虚拟现实系统是运用软件编程方法在显示器上显示三维场景,用户通过键盘、鼠标等设备与虚拟场景交互,它的特点是结构简单、成本较低,易于推广。

2.网络虚拟实验室

所谓网络虚拟实验室,是指利用区域网或互联网,由虚拟现实技术生成的一类适于进行虚拟实验的实验系统,包括相应的实验室环境、有关的实验仪器设备、实验对象及实验信息资源等。虚拟实验室可以是某一现实实验室的真实实现,也可以是虚拟构想的实验室,虚拟实验通过虚拟实验室进行。在虚拟实验中,实验者有逼真的感觉,有身临其境的感受,好像是真正在现实实验室里近距离进行现场操作。在虚拟实验中,没有一个有形的实验室,也没有以实物形态存在的实验工具与实验对象,实验过程主要是对虚拟物的操作。

3.计算机专业虚拟实验室的创建

构建专业虚拟实验室,其实就是搭建一个网络平台系统,包括硬件、软件及管理三个方面。在硬件上,

目前各校都建立了校园网络并接入了互联网,这些基础设施基本可以满足需求,不需要太多的投入。在软件方面,一个是实验室平台软件系统的开发,它与网站建设相联系;另一个是网站的内容(实验内容)建设,这是实验室建设的关键。虚拟实验室应有可以做的实验来支撑,不然软件平台就是一个空架子,形同虚设。同时,该平台上还应有实验管理的支持,对实验仪器、实验报告、实验指导、实验成绩及网上答疑等进行有效管理,并对虚拟实验室进行监控,计算机网络虚拟实验室系统各模块的主要功能如下。

(1)实验管理模块,由学生管理、教师管理、仪器管理和学生成绩管理等组成。写作硕士论文在学生管理方面,学生通过浏览器进行注册登录,登陆成功后可浏览实验项目,查看实验的详细资料,预约实验项目及做实验的时间,在线发送和接受消息,进行问题讨论,进行实验登记,实验完成后可通过网络写实验报告并提交报告。教师管理方面,可对实验内容添加、修改、整理、删除,对学生提交的实验报告列表,批改实验报告,填写评语和成绩,提交批改结果,与学生进行讨论。仪器管理方面,对新设计开发的虚拟仪器上传并进行分类整理,以便实验使用。成绩管理方面对学生的实验情况(实验次数、实验报告及完成情况)给出成绩,并进行统计分析及提供查询等。

(2)仪器展示模块,对虚拟实验室可用虚拟元器件、虚拟仪器设备分门别类地进行管理,以图形的方式直观呈现出来,供学生在实验时进行选择。

(3)实验指导模块,包括实验介绍、实验方法、实验项目的重点及难点、实验目的、实验原理、实验准备、实验任务、实验过程、实验报告的要求及实验应注意的事项等。

(4)实验报告模块,主要对学生完成实验后,提供相关的实验报告模板,供学生下载,由学生填写相关内容以及实验的结果,完成后上传电子版实验报告,由教师进行批阅,并进行记载。

(5)实验答疑模块,由专业教师对学生实验中出现的疑难问题进行及时解答,帮助学生顺利通过实验。同时了解学生对实验的掌握程度,并及时反馈、调整教学。

(6)论坛交流模块,教师和学生可以通过论坛进行充分的交流,学生可以将实验中的收获、经验和体会及问题到论坛上,教师可以将一些典型的问题提出来,供大家探讨。学生在这样宽松的环境下发表自己的见解,教师从中可以得到及时的实验教学反馈信息,以便整改7)虚拟实验模块,是虚拟实验室建设的重要部分。学生通过该模块进行虚拟实验,写作医学论文以达到巩固强化知识的目的。该模块内容根据专业学习的具体情况及实验建设条件,可不断增加。计算机专业网络虚拟实验室系统的建设,可以引入其他学校的虚拟实验室中。这种方式比较简单,容易实现,见效较快。但需要投入较多的软件购置费用,同时也需要结合本校的实际情况进行一些调整,有一个磨合期。另一种是因地制宜,自主开发。根据本校的实际教学和实验情况,结合学生的实际水平,由任课教师或聘请部分专家组成开发小组,进行一系列的虚拟实验项目的开发研究,并将研究的成果连接到虚拟实验室中,逐渐扩充直至完善。这种方式比较灵活,能充分发挥教师的积极性,能有针对性地进行设计开发,适合学生的实际情况,学生容易接受,并且经费投入较少。缺点是开发周期较长,系统性不够,水平有限。也可以将上述两种方式结合起来,一是引入、购置部分自己不宜开发的实验项目,二是结合自身的优势和长处开发一些实验项目,如非交互性的、演示性的虚拟实验项目等。

二、加强网络虚拟实验室的管理

1.加强用户管理,为每个学生分配账号。对学生进入虚拟实验室,使用实验室做虚拟实验等进行登记保存。鼓励学生经常访问虚拟实验室,在上面提出问题、发表见解,做好实验,努力提高虚拟实验室的人气。

2.全天候开放虚拟实验室。学生可以随时进入虚拟实验实自己动手组织实验,自己设计实验方案,动手完成实验,整理和总结实验数据,写作职称论文提交实验报告,培养学生的分析能力和创新能力,逐步向以“学生为中心”的自主个性发展模式转变。

3.组织专业教师网上指导与答疑,参与论坛讨论交流,及时批改实验报告,为学生顺利完成实验提供服务。在虚拟实验室中,教师应对学生提出的疑问尽快给出帮助和解答,并进行必要的指导。在实验室论坛上发表观点,提出问题让学生思考,使师生在虚拟实验室中有较强的互动性,教师应充当好学生实验的合作者和知识的建构者的角色。

4.对学生在虚拟实验室的表现及实验效果进行

评价。针对学生每一门课程的虚拟实验完成情况、实验报告、网上提问、论坛发帖的情况,给学生一个成绩和评价,反馈给学生,写作英语论文并与该课程的正常实物实验一起记入实验总分。教师也要在对学生评价的同时,征求学生对虚拟实验室的意见,对学生反馈的信息进行整改。

计算机网络虚拟实验室的建立,可以很好地解决目前硬件设备跟不上实验的要求、学生实验时间不够用等问题,对于提高学生的动手能力、分析问题和解决实际问题的能力具有非常重要的意义。但在具体应用中还要注意处理好“虚拟实验”和“实物实验”的关系,不能一味地强调虚拟实验,要“虚实”结合,既相互补充,又各有侧重,这样才能取得很好的实验教学效果。同时,在虚拟实验中要注意培养学生严谨的、一丝不苟的科学实验作风。

参考文献

[1]王嗣源.虚拟实验室建设的初步探讨.西安邮电学院学报,2005(4).

[2]蒋光明.基于互联网的开放式虚拟实验模型研究.西南师范大学学报(自然科学版),2002(3).

第10篇

关键词: 《虚拟仪器》 教学方法 考试方式

1.虚拟仪器

1986年美国国家仪器公司(National Instruments Corporation,NI)研发推出了图形化编程环境的开发平台——LabVIEW软件,并首先提出了虚拟仪器(Virtual Instruments,VI)的概念。作为以计算机软件为核心的新型仪器系统,虚拟仪器具有功能强、测试精度高、测试速度快、自动化程度高、人机界面优异、灵活性强等优点,通常被认为是第三代自动测试系统的同义语[1]。使用虚拟仪器系统可以避免仪器编程过程中的大量重复性劳动,从而大大缩短复杂程序的开发时间,并且客户可以用不同的模块构造自己的虚拟仪器系统。虚拟仪器技术经过二十多年的发展,如今正沿着总线与驱动程序标准化、硬/软件模块化、编程平台的图形化和硬件模块的即插即用方向发展。LabVIEW采用图形化编程方案,是非常实用的开发软件,它整合了诸如GPIB、VXI、PXI、RS232、RS485及数据采集卡等硬件通信的全部功能,而且具有很强的分析处理能力。虚拟仪器的开发厂家为了扩大虚拟仪器的功能,在测量结果的数据处理、表达模式及其变换方面做了许多工作,建立了数据处理的高级分析库和开发工具库,使虚拟仪器发展成为组建得极为复杂的自动测量系统[2]。

随着PC、半导体和软件功能的进一步更新,虚拟仪器的功能和性能不断提高,如今在许多应用中它已成为传统仪器的主要替代方式。虚拟仪器的各种优点让用户可以放心地舍弃旧的传统测量设备,接受更新型、以计算机为基础的虚拟仪器系统。由于计算机的性价比不断提高,虚拟仪器的价格更为大众化,用户不再受限于传统仪器的使用限制和昂贵价格,进一步降低了使用成本,减少了开发费用和系统的维护费用。此外,新型笔记本电脑把虚拟仪器的便携性和强大功能推向一个新的水平。所有这些必将加快虚拟仪器的发展,它的功能和应用领域将不断增强和扩大。

2.虚拟仪器在教学中的应用

随着虚拟仪器系统的广泛应用,越来越多的教学部门开始用它建立教学系统,不仅大大节省开支,而且由于虚拟仪器系统具有灵活、可重用性强等优点,使得教学方法更灵活。教育的核心是素质教育,实施素质教育的重点是“培养学生的创新精神和实践能力”。随着高校扩招及学生实践动手要求的提高,出现了一些新的实验教学问题:(1)基于传统仪器实验教学的不足。当前大多数高校的实验教学仍然是基于传统仪器的教学方式,这种方式在一定程度上限制和阻碍了素质教育在实验教学中的实施,主要表现在如下几个方面:①学生需花费较多的时间组织、连接甚至搬动、更换仪器设备,一方面没有把实验课的时间完全用于实验能力的培养提高,另一方面增加了仪器设备的损坏机会;②实验基本上都是验证型实验,设计型、综合型实验少,需要学生发挥主观能动性的少;③由于实验设备的更新跟不上仪器工业的发展,实验教学与工程实际脱节。虚拟仪器在实验教学中的应用为解决这一问题提供了一条有效途径。(2)虚拟仪器技术在教学中的应用。虚拟仪器系统是测控技术和计算机技术相结合的产物,它是全新的仪器概念,打破了传统仪器的局限,在仪器的研究与制造中引起了一次重大的革新,是未来仪器产业发展的重要方向,目前在测试、控制等领域已被广泛应用[3]-[5]。虚拟仪器的特点主要在于其强大的数据分析与处理功能,并且,随着计算机硬件技术与接口技术的发展,虚拟仪器的实时数据采集与控制功能不断提升。一些高校对虚拟仪器在实验教学中的应用进行了开发,其中应用得较为广泛的有“ZK-3VIC型虚拟测试振动与控制多验装置”和“DRVI快速可重组虚拟仪器平台”等。不论哪种虚拟实验系统,归结起来,虚拟仪器应用于实验教学主要采用如下两种方式:一种方式是纯软件的虚拟仪器实验,如图1所示,即从信号的产生到信号的分析、处理和存储全音都由虚拟仪器进行仿真模拟,这种方式主要应用于理论验证性实验。

图1 虚拟实验方式之一

另一种方式的实验系统由“虚拟仪器+数据牙集卡+实测信号”组成,如图2所示。这种方式适用于操作性实验,对实验设备要求较高,除了PC机之外,还必须具备数据采集卡、实际被测对象和传感锹等。学生利用虚拟仪器平台构建扫频信号发生器、数据采集记录分析仪等虚拟书器,通过数据采集卡控制激振器和采集传感器的辅出信号,经过记录、分析,得出结论,完成实验。

图2 虚拟实验方式之二

3.虚拟仪器的教学方法

“虚拟仪器”作为一门应用技术课,其教学目标是要求学生了解虚拟仪器技术及其在各领域的应用,掌握虚拟仪器系统的基本构成及设计思想,学会系统软件开发工具LabVIEW,掌握虚拟仪器在测量仪器、过程控制、信号分析、远程控制等方面的应用技能,具有利用硬件设备快速构建研究、开发工作中需要的测试、实验系统的能力。虚拟仪器具有软件开发与硬件设计结合紧密、应用性强、涉及专业知识广等特点,采取合适的教学方法是完成课程教学任务、提高教学质量的重要途径[6]-[8]。

3.1课程内容的模块化设置。教学方法是针对教学内容制定的,教师要根据课程内容的特点采用不同的教学手段,将课程内容划分为三个模块:基础编程、应用开发、创新教学。基础编程模块:在介绍虚拟仪器的基本概念、构成和最新发展方向的基础上,把虚拟仪器前面板设计和程序框图设计、程序结构、图形显示、字符串与文件I/O、数据采集等作为教学的主要内容。应用开发模块:课程的主要内容从理论讲述转变为应用,以操作性、应用性项目为主,设计出测试、应用等一系列实验模块。创新教学模块:采用项目驱动教学方式,[1]-[3]教学内容取材于实际工程项目,根据知识点将整个项目分解开来,由简单到复杂、由局部到整体、由分立到综合。在整体结构上,将知识点与具体实例应用相融合,应用针对性更强。

3.2教学方法的选用。课程教学手段是否合理,直接影响学生对课程的学习兴趣与学习效果。鉴于“虚拟仪器”课程实践性强的特点,把课程教学由课堂搬到实验室,把讲授与学生动手实践灵活地融合在一起,让学生在实践过程中提高技能技巧,从而提高学习效率。根据课程内容的三个模块,以教、学、做为主线,以培养学生的实际动手能力为目标。

3.2.1讲授模式:主要针对课程中的理论教学,包括虚拟仪器技术背景知识、图形化编程语言原理、数据采集原理、硬件配置、仪器控制及软件工程,其目的是讲明讲透虚拟仪器的基本理论、基本知识和基本方法,使学生知其所以然。(1)讲练结合法,就是把教师讲授和学生练习有机结合起来,使讲和练互相促进,迅速而有效地实现教学目标。(2)实例教学法。实例教学法在教学过程中始终强调学以致用,在应用中学习。[4]根据教学内容和教学要求,设计多个精选实例,将所要学习的知识、操作、技能等融入实例中,通过对实例的分析、演示、讲解、讨论、学生练习及总结等环节,加深学生对基本概念、原理、方法的理解,提高学生的实际操作技能。

3.2.2实践实练:在课程教学中树立“理论重实践、实践重体验”的教育思想。综合能力的培养以一系列使用性、操作性、应用性项目为主,设计出认知、使用、测试、集成、应用等一系列实验和练习模块,让学生自己完成编程,教师指导学生自己发现和解决问题,提高学生自主学习和主动探究的积极性,提高学生的动手和创新能力。在整个环节中,任务书是关键性开始,既要有明确的实验目的和实验内容,又要给出各种规范要求、数字信号处理的新技术等。

3.2.3项目教学法:通过实施一个完整的项目而进行的教学活动,其目的是在教学过程中把理论与实践教学有机结合起来,充分发掘学生的创造潜能,提高学生解决实际问题的综合能力。项目教学法的内容要求有综合性、创新性和吸引力,因此,项目必须是精心设计和挑选的开放式课题,具有应用性或研究性,学生需要查阅资料、设计方案、软硬件设计、提交报告、演示汇报等完成本项任务。

4.虚拟仪器考试方式改革的探索

针对虚拟仪器课程的特点,结合本课程在我院几年来授课及考试方式的探索,通过对以往考试方式的改革,总结出以下几种考核方式,可以针对不同情况进行选择。

4.1上机操作考试。针对虚拟仪器课程操作性强的特点,首选上机操作考试,既能测试学生对软件的掌握程度,又能培养学生的创造性思维,充分体现实践动手能力培养的目的。如果班级比较多,而电脑台数不足,就可以分上下场考试,每场间隔10分钟,即第一个班级考完后,集体下课,第二个班级马上进入考场,使学生之间没有交流的可能性,保证考题的保密性。当一次上下场考试不能满足需求时,可出多套难度相当的考题解决漏题问题。

4.2半开卷考试形式。针对学生过多而机器过少的情况,在上机考试没有办法保证保密性时,可选择半开卷形式。可令学生在一页A4纸正反面上,以手抄写的形式记载自己不熟悉内容,可供答题参考,期间不再提供任何形式的参考资料,该方式能够杜绝学生为了一个公式而发生考试舞弊行为。在出题上,以机动灵活的题目为主,充分培养学生分析与解决实际问题的能力,既有严谨性又有机动灵活性。

4.3采用课程论文。这种方式能够培养学生利用因特网、数据检索、处理资料及应用所学知识分析问题的能力。课程论文以设计性题目为主,以解决实际工程中的案例为主,可以使学生多方面多角度地对工程实际提出多种解决方案,发挥学生理论联系实际的能力。不足之处是学生相互抄袭现象严重,可通过答道形式进行区别及判定。

4.4闭卷考试形式。这种考试形式有利于考查考生的识记、理解和应用能力,也是对考生多方面基本能力素质的考查,有利于培养学生思维的敏捷性和流畅性。闭卷考试侧重考查的识记、理解、理论应用诸方面的能力水平只能体现在书面表达和文字陈述之中,难以培养学生的创造力,学习的知识容易造成书本化。

5.结语

《虚拟仪器》的课程建设及教学实践、课程的教学方式及考核方法都需要具体分析,机器多学生少时宜采用以上机为主、重点培养学生的实践动手能力的方式;机器少学生多时,宜采用以理论教学为主,上机操作相辅的方式。教学实践证明,考核成绩可以从多方面着手,平时成绩体现学生对课程的学习态度和对基本知识点的掌握程度;实验成绩反映学生的实际操作能力和对知识点的灵活应用设计能力;课程大作业反映学生的综合分析能力和创新能力等。通过教学改革与尝试,都取得了较好的教学效果。

参考文献:

[1]黄松岭,吴静.虚拟仪器设计基础教程.清华大学出版社:2013.

[2]刘萍,曹慧,邱鹏.虚拟仪器的发展过程及应用.山东科学,2009,22(1):80-83.

[3]刘成文,肖兴明,刘初升.虚拟实验在人才培养中的作用.淮海工学院学报,2003,1(2):94-96.

[4]徐明.虚拟仪器在实验教学中的应用研究[D].山东:山东师范大学,2005.

[5]胡乾苗,励金祥,林剑辉.“虚拟仪器”课程“3P”教学方法探讨.中国电力教育,2012,(22):66-67.

[6]姜英秀.关于高校考试方法改革的几点思考.现代教育科学,2009,(1):68-69.

第11篇

关键词:解剖学;网络虚拟实验系统;构建及应用

中图分类号:G642 文献标志码:A 文章编号:1002-0845(2012)11-0078-03

一、传统解剖实验教学中存在的问题

近年来,我国非常重视医学实践教学方法的改革与实践。《教育部、卫生部关于加强医学教育工作,提高医学教育质量的若干意见》(教高【2009】4 号文件)指出,“高等学校要积极创新医学实践教学体系,加强实践能力培养平台的建设。积极推进实验内容和实验模式的改革,提高学生分析问题和解决问题的能力”。然而,随着我国高等教育体制改革的深化,各地高校招生规模扩大后直接导致学生数量急剧攀升,从而带来了实验教学资源不足及实验教学质量下降等诸多问题。尤其是医学类院校,实验教学环节要求严格、精准,有些实验需要反复多次练习才能达到熟练掌握的目的。目前就解剖实验教学来说,存在的主要问题有:1)实验场地有限,实验轮回次数过多,实验教学模式单一。2)实验标本不足,寻找尸源异常困难。3)实验课时少,学生没有足够的时间在实验室观看和操作标本。4)实验指导教师不足,教师课时量大,工作负荷过重。5)实验内容多,学生观看操作演示受实习场所限制,实验教学效果受到影响。

为了解决解剖学实验教学所面临的困境, 提高实验课教学质量和加强学生实践能力的培养, 迫切需要我们探索出一种新型的实验教学模式,以弥补传统解剖实验教学的不足,在此笔者介绍一下网络虚拟实验系统。

二、网络虚拟实验系统的构建

1.虚拟实验的提出

随着虚拟现实(Virtual Reality)技术和网络技术的成熟,人们开始认识到虚拟实验在教育领域的应用价值,它除了可以辅助高校的科研工作之外,还具有可重复使用、易于维护和能实现远程实验教学等诸多优点。

虚拟实验是一种基于虚拟现实(Virtual Reality)技术的新型实验教学手段,它是利用多媒体、仿真和虚拟现实等技术在计算机上营造的可辅助及可部分替代传统实验各操作环节的相关软硬件操作环境。实验者可以像在真实的环境中一样完成各种实验项目,所取得的实验效果基本等同于在真实环境中所取得的效果。虚拟实验虽然建立在一个虚拟的仿真平台之上,但注重的是实验操作的交互性和实验结果的仿真性,它的出现将有效缓解很多高校在实验经费、场地和器材等方面普遍面临的困难和压力,而且开展网上虚拟实验教学能够突破传统实验时、空的限制,无论是学生还是教师都可以自由地、随时随地登录网络进入虚拟实验室进行各种实验,这有助于提高实验教学的质量[1]。

2.虚拟实验系统的常用开发技术及应用原则

开发虚拟实验系统可以使用的技术很多,常用的有JAVA(软件编程语言)、NET技术(面向网络的开发平台)和VRML技术(虚拟现实建模语言)、ActiveX技术(使用COM使得软件部件在网络环境中进行交互的技术集)和FLASH技术(矢量动画制作软件)等,无论采用哪一种开发技术都有以下优点:1)开发成本低,容易实现;2)交互性好;3) 操作简单,实用性强;4)以实为本,虚实结合;5)通用性、开放性和可扩充性强,易于维护。

鉴于医学实验对真实性、准确性要求较高的特殊性,本文以开发解剖学运动系统的虚拟实验系统为例,介绍目前广为流行的、采用Flas制作的软件开发平台。结合网页制作工具(Dreamweaver、ASP)和数据库技术(SQL, Structured Query Language)开发该系统。由于Flash软件具有灵活易用的特点,而且开发的动画形象、直观、逼真及交互性好,因此用它作为系统的开发工具只需要很少的投入就能开发出一个可以重复使用的虚拟实验教学平台[2],大大降低了开发成本,而且系统的实用性强,易于推广、扩充和维护。

3.网络虚拟实验系统的结构设计

解剖学网络虚拟实验系统的结构如图1所示,它运行于Windows 2003 Server的服务器上,采用B/S(Browser/Server)三层架构模式,由客户端、Web服务器和分布式Web服务资源3个部分组成。利用ASP(动态网页制作工具)搭建虚拟实验室平台的客户端,再利用数据库技术将系统的不同资源链接起来。该系统是一个集虚拟实验教学管理系统、实验课教学指导系统和网络实验仿真系统等为一体的多功能网上运行系统。实验类型包括演示型、交互型和验证性实验,系统的各部分之间既相互联系、相互补充,又具有相对独立性。开发虚拟环境、实现实验仿真是虚拟实验系统建设的核心部分。

图1 解剖学网络虚拟实验系统结构

4.网络虚拟实验系统的构建方法

(1)建立虚拟实验教学网站

利用Dreamweaver网页制作工具搭建解剖学虚拟实验系统网络支撑平台,建立用户登录帐户、设置运动系统的实验项目名称、实验要求、实验用具、实验操作、自我测试和师生交流互动等项目。

(2)虚拟实验组件的制作

1)素材收集与处理。由解剖教师按照解剖学运动系统各个环节的实验教学要求,将实验标本或图谱通过数码相机和扫描仪等设备从不同角度拍摄(每转15度角拍摄一次),并扫描运动系统的图像,然后将这些图像素材经过Photoshopcs3软件进行批量处理,并按名称及章节归类,分类存入素材库,以供开发人员制作解剖学虚拟三维仿真动画使用[2]。2)制作三维仿真动画。工欲善其事,必先利其器。选择Flash软件作为制作虚拟实验组件的优点是:a.动画文件体积小(一般为几十KB至几百KB大小),网上传输速度快;b.Flas作品属于矢量动画,可以无限放大而不失真;c.交互性强,方便操作;d.实物拍摄的图片制作逐帧动画真实且效果更佳。

为减少Flash 动画所占用的磁盘空间,往往将动画中涉及的元素根据需要制作成各种元件,如影片剪辑元件、按钮元件和图形元件等,再利用Flash自带的ActionScript3.0 脚本编程语言编写调用这些元件的代码,以达到灵活控制、增强交互性的目的。具体步骤是:打开FlashCS3软件,将准备好的素材图像导入到舞台;然后,将制作好的元件放到图像的相应位置上。可采用复制的方法复制这些元件,只要修改相应的元件名称即可[3]。为了在制作中减少差错、修改及调整方便,元件和背景图像要放在不同的图层上。最后,完成单一内容的Flas影片合成后,将其成SWF文件,文件名要按事先制定的编码规则命名。每一个SWF文件将构成虚拟实验系统中某个实习环节的虚拟实验。

下图分别为用脑颅骨和骨盆拍摄后的图片制作成的Flas文件(SWF)

图2 颅骨Flas文件

图3 骨盆Flas文件

此动画文件包含用数码相机每隔15度拍摄的24副颅骨图片,将这些图片按顺序制作成一个影片剪辑原件(逐帧动画),将图像的放大、缩小、左右旋转、停止、退出等制作成按钮元件,将这些元件拖放到舞台上,并对实例进行命名,再利用Flash自带的ActionScript3.0 脚本编程语言编写调用代码。

(3)组建网络数据库

在校园网服务器上设置网站,建立SQL数据库,再将制作好的SWF动画文件存入网络数据库,供网络虚拟实验系统调用。

三、应用

虚拟实验系统要适应学生自主学习的要求,实现以学生为中心的实践教学模式,使学生通过网络教学资源就能够自主地完成课前预习、实验模拟仿真操作、课后巩固复习、完成课后作业和实验报告、问题交流与讨论等学习活动。

1.实验预习

本系统针对解剖学运动系统部分,结合传统实验教学模块开展了虚拟实验教学,实验的内容包括颅骨、骨盆等几个代表性实验。每次实验课前学生先登录校园网解剖实验教学网站,输入给定的用户名和口令后登录虚拟实验系统,通过实验指导手册了解本次实验的实验目的、实验用具、实验内容、实验方法和实验结论等。

2.仿真模拟实验

用户登录到虚拟实验系统后,选择要进行实验的项目,在对整个实验项目初步了解后即可进入操作环节;调用Flas文件,如图2和图3所示,进行模拟实验;拖动鼠标可以移动到要操作的对象上,点击“+”号可以放大对象,点击“-”号可以缩小对象,点击“L”和“R”按钮可以左右旋转对象,点击“Play”可播放动画,学生可从不同角度观察标本,辨认各个部位,点击“Stop”可停止播放。点击“各部位名称”可以观看动画中标本的部位名称及相关说明信息,点击“退出”按钮可退出本次实验。

3.课后作业和实验报告

课后作业是巩固实验教学效果的必要手段。学生在“模拟”实验操作结束后,点击“课后作业”,进入测试答题界面,通过回答问题来检查自己的学习情况,回答的结果正确与否由系统直接给出得分与正确率。实验报告是实验教学的最后一个环节,要求学生将各个实验部分进行归纳总结,对所得实验结果进行综合分析,同时对实验过程中可能出现的问题进行讨论。通过实验报告的书写可以培养学生分析问题和解决问题的能力。

4.实验交流与讨论

师生之间、学生之间的交流与讨论是发挥学生学习主动性、促使其积极思考并不断发现问题和解决问题的一个重要环节。通过交流与讨论,能够使学生尽快掌握实验目的、实验内容、实验方法和技巧。学生在实验中发现问题后,可以通过这个平台得到快速的解答和指导,提高实验操作能力。

解剖学虚拟实验系统增强并扩展了传统解剖实践教学的功能,构建和开辟了解剖实验教学的新模式,它将学生和实验仪器联系起来,为学生课前预习和课后复习巩固实验内容提供了可重复操作的平台。学生可随时通过校园网登录该平台进行重复模拟解剖实验操作,不受时间和地点的限制。通过人机对话,学生能够“身临其境”地观察实验现象,并进行高度仿真标本的“实际”操作,有助于培养学生的自主学习能力、实际动手能力和创新能力,促进实践教学效果和教学质量上新台阶。该系统不仅能有效地解决解剖尸源不足、标本缺乏的问题,而且节省了重复实验所带来的成本和费用[2]。虚拟实验系统在解剖实践教学中的应用,突破了传统教学和现行教学模式的狭隘性,拓展了实验教学内容,有效地发挥了学习者的各种感官作用,为教学的创新提供了新的平台,具有广阔的发展前景和应用前景[4]。但我们也必须注意到,虚拟实验系统尽管有诸多优点,但与实物操作之间还是存在一定的差异,虚拟实验的过程给人的感觉是“看得到,摸不到”,而且无法遇到在实际操作过程中可能会出现的各种复杂情况等。因此,该系统只能作为解剖学实验教学的辅助手段,不能替代传统的实验教学。

附:参与课题研究和论文撰写的还有陈晓玲、王锦绣、梁明庆。

参考文献:

[1]朱利,赵卫. 虚拟现实技术在医学实验教学中的应用[J].南方医学教育,2008(4).

[2]张天伍,陈雪梅,等. 局部解剖学虚拟实验室的设计与应用[J].解剖学杂志,2007(5).

第12篇

【关键词】虚拟实验;三维;实验教学

0 引言

生物化学主要研究动、植物有机体的化学组成、分子结构和物质代谢过程。它是农业院校生物技术、生物科学、动物医学、动物科学、植物保护、食品科学等专业非常重要的专业基础课。生物化学是一门实践性非常强的学科,学生在学习过程中要理论联系实践,通过实验来验证理论知识和加深对理论知识的理解。通过生物化学实验的操作能够直接提高学生的动手能力和培养学生观察问题、分析问题、解决问题的能力。生物化学实验中需要用到实验设备和大量的化学试剂,其中很多试剂还具有毒性,经常接触都老师和学生的健康造成伤害。

虚拟仿真实验是指借助于多媒体技术和虚拟现实等技术在营造可辅助、部分替代甚至全部替代传统实验各操作环节的相关软硬件操作环境,实验者可以像在真实的环境中一样完成各种实验项目。通过虚拟实验可以使学生提前熟悉了解实验原理、掌握实验过程和操作步骤、了解实验过程中可能出现的问题和解决方法[1-2]。通过生物化学虚拟仿真实验与真实实验操作相结合可以显著提高学生的学习兴趣和学习效果,对于学生掌握生物化学实验操作技能具有重要意义。

1 生物化学虚拟实验现状

近年来,随着虚拟现实技术的发展,虚拟实验在实验教学中的应用也越来越广泛,涉及到多个专业和学科。国内外很多的高校、科研院所以及远程教育机构都积极地投入虚拟实验平台的构建,开展虚拟实验教学研究。目前教育部批准了两批共200个国家级虚拟仿真教学实验中心,其中包括清华大学的数字化制造系统虚拟仿真实验教学中心;北京师范大学、郑州大学的化学虚拟仿真实验教学中心;浙江大学、山东大学、北京协和医学院、哈尔滨医科大学、南通大学、重庆医科大学等的医学虚拟仿真实验教学中心;东北师范大学、临沂大学的生物学虚拟仿真实验教学中心等。

关于生物化学虚拟仿真实验研究较少,没有完整的生物化学实验平台。只有生物化学专业教师自己开发的部分虚拟实验软件,如梁亦龙开发了虚拟PCR实验[3];黄佳玲报道了采用Flash技术开发的聚丙烯酰胺凝胶电泳的虚拟实验[4]等,各高校和研究所都还没有国家级的生物化学虚拟实验教学中心获得批准。

2 生物化学虚拟实验开发基本过程

虚拟实验平台的开发一般可分为数字模型建立、制作交互程序和程序三个阶段。

2.1 数字模型建立

首先要制作三维的数字模型。模型一般采用3D Max、Maya、Silo等三维建模软件制作。在建模时要根据真实仪器的数据建立模型,保证产品模型的尺寸比例协调和模型外观在视觉上的真实性;另外三维模型要尽量减少面数,删除冗余的点面,合并同类模型以降低模型的复杂程度,提高交互程序调用模型的速度。三维建好模型后,进行材质编辑和场景灯光设置。然后对模型进行渲染,使模型达到真实实验仪器的效果。还可以根据虚拟实验需要制作三维动画。

2.2 交互程序设计

采用Unity 3D、VRML、Virtools等虚拟现实开发软件进行交互程序设计。首先导入制作好的三维模型,创建虚拟实验场景。场景包括程序的界面、声音、文字、图片等;然后对实验仪器、药品等三维模型添加动作、事件等要素。其中动作包括模型的移动、旋转、缩放、切换视角等;事件包括模型对鼠标、键盘的响应等交互事件,当用户执行某个操作时,能够对该操作做出正确响应。

2.3 程序

在完成虚拟仿真设置后,需要将程序生成可以独立运行的虚拟实验程序。一般可以生成单机的虚拟实验程序,也可以成为网络格式,使学生可以自己在电脑操作虚拟仿真实验,随时随地做实验、学习实验步骤。

3 生物化学虚拟实验的优势和存在的问题

3.1 虚拟实验存在的优势

虚拟实验教学在培养学生的实践能力、研究能力、创新能力和综合素质等方面有着其他教学环节所不能替代的独特作用。一个能够模拟真实实验的虚拟实验平台既能促进学生的学习兴趣,又能够让教学过程从课堂得到延伸。虚拟实验比单纯的文字、图像更加形象、生动、完整、便于理解和记忆,它模拟了真实实验环境,可以提高学生的学习兴趣和学习积极性;而且虚拟实验不受时间和空间的限制,可以自由学习,不受实验室、讲师约束,学生可根据自己的情况安排学习时间,随时随地的学习,有很大的灵活性;虚拟实验还突破了传统实验教学场地、材料和实验仪器的限制,可以大量学生同时进行虚拟实验,能够节约现实教学资源,共享教学设施,提高学生实践操作能力;对于一些危险性较高的实验或是不具备条件开展的实验,通过虚拟实验的学习可以使学生掌握这些实验的基本内容。

3.2 虚拟实验存在的问题

因为生物化学和虚拟现实技术是两个完全不同的专业领域,两个不同专业人员合作才能开发出真实、实用的虚拟实验软件。软件设计必须要符合真实实验的过程,还要有原理讲解和步骤说明,这需要生物化学教师把握;而软件的开发还要考虑学生使用该软件的能力,操作要简便。如何促进生物化学专业教师和多媒体开发专业人员交流合作,共同开发实验软件是目前需要解决的问题。

4 总结

虚拟仿真实验的开发将能够有效缓解学校在经费、实验室、仪器等方面的不足和困难,而且利用网络进行虚拟实验教学可以突破传统实验对时空的限制,无论是学生还是教师,都可以自由、随时随地上网进入虚拟实验室,进行操作仪器、实验学习,有助于提高实验教学质量和学生学习的积极性和主动性,网上虚拟实验室的开发与应用将会对实验教学改革产生重大的影响。

【参考文献】

[1]李彩虹,丁航, 邱文峰,等.虚拟现实技术在医学生物化学实验教学中的应用策略研究[J].中国教育技术装备,2013(06):126-127.

[2]张丽娟,古同男.虚拟网络实验室带动生物化学教学模式改革[J].实验室研究与探索,2015(05):192-194.

第13篇

关键词:虚拟现实;网络教学;应用

一、概述

利用虚拟现实技术实现机械类学科的网络教学,大大提升了机械类学科教学的效率和质量。通过虚拟现实技术,将机械相关的理论知识、各种设计图、装配图、零件、机械动作设计等内容通过虚拟现实技术展现出来,突破了传统口述和二维图画展示的教学方式,突出了现代教学理念中对机械理论知识的分析及对创新能力的培养,从而完成机械结构的设计与分析、机械运动方案的设计等内容,真正提升了学生的学习能力。虚拟现实技术在机械类网络教学中的应用研究,对整合机械类学科教学资源,提升教学效果和质量具有非常重要的现实意义。

二、机械类网络教学中的虚拟现实技术

拟现实技术是一个非常广泛的概念,一般指采用穿戴式数码设备来实现的虚拟场景技术,即能够通过虚拟现实,让人们体验真实场景的相关技术和方法。

在机械类网络教学中使用的关键虚拟现实技术包括桌面式、沉浸式、叠加式、分布式。桌面式虚拟现实技术是以计算机为基础,通过显示器,采用虚拟现实技术展示物体模型,通过输入设备对物体模型进行360°的操作和浏览,从而实现虚拟世界与现实世界交互和体验的一种技术。沉浸式虚拟现实技术是通过穿戴式设备,为体验者从视觉、听觉、触觉等多感官角度创造一个全新的虚拟环境,从而使其融入虚拟环境中体验逼真的模拟效果。叠加式虚拟现实技术是在沉浸式虚拟现实系统的基础上,通过将显示实际环境的相关数据输入到计算机中,而后以穿透型的头盔显示器为基础,叠加计算机在实际环境的数据基础上虚拟的图像,从而带给体验者虚拟环境的逼真感受。叠加式虚拟显示技术增强了体验者的虚拟感受,其可以真实地按照实际工作需求对虚拟环境中的虚拟物体进行操作,从而完成相关的虚拟体验。在叠加虚拟现实技术上,增强实际的数据传输,将体验者的动作真实地同步到生产环境中,可以借助虚拟现实技术实现生产环境的操作。分布式虚拟现实技术是在其他虚拟现实技术的基础上,借助互联网打造一个丰富、共享的虚拟空间,从而突破上述虚拟现实技术的空间限制,实现世界各地体验者的零距离体验,进行机械类学科的学习与交流。分布式虚拟现实技术将计算机处理、数据存储借助云计算、大数据技术实现分布处理,通过不同地理位置的分布计算机共同协调,从而实现远程协作的教学目的。

三、虚拟现实技术在机械类网络教学中的应用

1.构建机械类网络教学平台的虚拟资源

通过虚拟现实技术,教师可以构建完善、可视化、形象直观的机械类网络虚拟平台资源。学生在课前预习或课后复习时,能够通过该虚拟平台中直观形象的网络虚拟模型,实现对相关机械类理论知识的学习和思考,进而提升自己的空间思考意识和创新能力。首先,通过虚拟现实技术,能够为机械类学科构建虚拟网络教学平台。结合微课的形式,学生在教师的讲解下,对教学模型进行全方位的学习,对机械结构和动作原理进行分析和理解。其次,通过虚拟网络教学平台,可以丰富学习环境。通过各种全新、直观的教学模型,教师可以让学生对新型教学方式产生好奇心,进而对机械类学科的学习呈现浓厚的兴趣,从而在教学平台上与教师和其他学生进行沟通和交流,最终提升教学质量。最后,基于虚拟现实技术的教学平台增强了机械类学科教学的交互性和可视性。学生学习机械理论知识、分析机械结构和动作原理将更加轻松,真正掌握机械类学习的理论知识和内容。

2.构建虚拟现实化的实训网站

基于虚拟现实技术,可以轻松实现DW可视化的网页编辑器,从而让学生轻松地对网络预订的教学模型进行查看、编辑、增强等操作。学生登录到该教学网站,通过自己掌握的理论知识,可以对机械类教学模型进行设计、同步设置、还原等操作,将理论知识应用在虚拟现实中,从而提高学生的交互性学习和实际应用技能。

四、总结

基于虚拟现实技术实现的机械类网络教学平台,利用现代网络技术对传统教学方法进行改进,可以弥补传统教学过程中的不足,提升学生的实际分析能力和动手实践能力,真正提升学生对机械类知识的理解和应用。

第14篇

【关键词】开放式;虚拟实验平台;高职教育

一、引言

现阶段高等职业教育的培养目标便是:培养一大批高素质,技能型的人才,强调知识的应用。实训是职业教育中重要的环节,对于高职教育来讲,实训教学质量的高低,很大程度上影响着学生的实践能力和职业能力。

但是,许多高职院校由于受场地、经费、器材等方面的限制,学生实训的效果大打折扣,因此,虚拟实验平台的创建,打破了传统教学中的时空限制,学生不再受时间及场地等多种因素的影响,可以自由、随时随地进入实训室,大大提高了实验教学的效果。

二、开放式虚拟实验平台的定义及理论基础

1.开放式虚拟实验平台的定义

虚拟实验室是一种基于Web、3d技术、虚拟现实平台而构建的开放式网络化的虚拟实验教学系统,是现有各种教学实验室的数字化和虚拟化。

虚拟实验室由虚拟实验台、虚拟器材库和开放式实验室管理系统组成。虚拟实验室为开设各种虚拟实验课程提供了全新的教学环境。

2.相关的理论支撑

(1)建构主义学习理论 建构主义学习理论认为,学习过程同时包含两方面的建构:一方面是对新信息的意义的建构,同时又包含对原有经验的改造和重组。建构主义者关注如何以原有的经验、心理结构和信念为基础来建构知识。

(2)自主学习与协作学习 自主学习是以学生作为学习的主体,通过学生独立地分析、探索、实践、质疑、创造等方法来实现学习目标。自主学习就是学习主体自立、自为、自律的学习。

协作学习是指学生为了完成共同的任务,有明确的责任分工的互学习。合作学习的目标结构理论是从动机的角度出发,强调了合作目标对学生从事学业任务的诱因影响,而发展理论则从认知的角度出发,重视合作学习对完成任务效果的影响。

三、开放式虚拟实验平台在高职教育中的应用可行性

1.开放式虚拟实验平台的软硬件要求

开放式虚拟实验平台的配置要求:

(1)硬件部分 能接入互联网的计算机服务器及终端设备,虚拟交互设备。

(2)软件部分 虚拟实验平台开发阶段所需要的虚拟现实软件,多媒体制作工具等和必要的计算机系统软件。

2.信息时代高职学生的特点

现阶段,由于信息技术的迅猛发展,高职学生群体与原来的学生已经有了很大的不同。现在的学生基本都是90后甚至95后,他们从小接触电脑、手机、网络,对各种各样的新式技术毫不陌生;他们已经与网络世界连为一体,网络、电脑似乎已经成为了他们世界中不可或缺的一部分。

开放式虚拟实验平台所需的软硬件设备在当代高职教育经费中可以得到充分保障,而作为开放式虚拟实验平台的主要使用者的学生对于计算机及互联网的操作比较熟悉,也为他们在虚拟实验平台进行操作打好了基础。

四、开放式虚拟实验平台在高职教育中的应用实践案例

在本次实践活动中,笔者将计算机应用技术专业学生的学生分为两组,一组采用传统的实训模式,另一组在计算机应用实训平台上进行学习。本次活动历时2个月,在计算机应用实训平台上进行实训的学生,首先创建自己的用户,进入平台,成员采用自主学习和协作学习相结合的模式。包括初期共同开会讨论决定学习的主题;在学习期间,各成员分工合作,共同商定,自主完成资源收集、信息整合等工作;其二网络上的协作学习。学生利用论坛、文件的上传和下载等功能,与其它的学习者和教师在网上进行了学习交流和探讨。

整个学习过程,学生投入了极大的学习兴趣,学生不仅按照教师的要求完成指定专题的讨论与协作,而且各个学生还根据兴趣爱好和有共同理念的学习者进行感兴趣的专题探讨学习。

最终,两组进行对比,在虚拟实验平台上完成实训任务的学生明显比传统实训模式下的学生掌握效果好,而且,虚拟实验平台的学生学习兴趣也明显高于传统组,自主学习能力和协作学习能力也得到了显著提高。

五、开放式虚拟实验平台的特点

1.开放的时间和空间

只要具备电脑和网络,学生就可以在任何时间、任何地点进行学习,进行实验,还可以反复进行。

2.全新的交流平台

开放式虚拟实验平台为教师和学生提供了一个全新的交流,让教师和学生站在全新角度去审视双方关系,学生可以在该平台上与其他用户(学生或教师)进行及时交流,师生互相了解对方的意图,以期望达到师生同步。

3.学生自主学习能力的养成

在虚拟实验平台上,学生可以自主选择知识,扩展知识,选择适合自己的学习资源和学习进度,可以充分调动学生的学习积极性,较传统的模式相比,更有利于达到实验的目的。

六、结束语

开放式虚拟实验平台目前已被越来越多的院校所接受,弥补了传统实验受外界因素影响大的不足,但是,开放式虚拟实验平台在设计开发时还需注意加强其与学习者的交互性和趣味性,这样才能使学生保持高度的学习积极性,最大化发挥其优势。

【参考文献】

[1]滕厚雷,文芳.分布式虚拟现实技术及其教育应用研究[J].攀枝花学院学报.2012(08)

[2]于平太,王基生,孙苗苗,李莹.开放式虚拟实验平台的开发与应用[J].中国教育技术装备.2010(12)

第15篇

关键词:虚拟技术;计算机实验教学;应用

中图分类号:G642

文献标识码:A

在计算机实验教学过程中,虚拟技术教学具有非常重要的作用,对深入发掘实验设备潜力,提升实验教学质量具有非常重要的作用,有利于提升大学生的计算机实验水平,提升计算机实验教学质量。计算机教学主要采用理论教学与实践教学相结合的教学方式,不仅要求学生掌握计算机理论知识,还需要掌握计算机实践能力。在传统计算机实验教学过程中,教师大多为学生提供较为真实的实验环境,但是实验室实验成本以及具体的维护难度都非常大,由于部分学校在计算机教学方面存在着资金不足的问题,这就使得计算机实验教学效果并不是非常理想。20世纪90年代,计算机实验教学中的虚拟技术得到大家的重视,已开发出多种多样虚拟软件,其应用范围越来越广。

1.虚拟化软件在计算机实验教学中的应用

新课程改革日渐深入促使教师需要明确自身肩负的重要责任,重视计算机实验教学,结合时展特点来更新教学内容以及教学设备,促使其能够更加适应知识发展实际需求,安装多种虚拟软件,为计算机实验教学提供有效保障。计算机软件的虚拟化处理、虚拟化测试以及虚拟化评估等,可提升计算机实验教学效率,为计算机有效运行提供有效的保障,有效克服计算机实验教学中出现的运行困难。在制作软件过程中,教师需要重视准备工作,充分利用计算机实验室工作环境,结合学生特点来进行软件的整理以及分类,尽可能简化相关程序,减少计算机运行过程中存在的资源消耗。

2.拟化桌面技术在计算机实验教学中的应用

现代化教学中,利用虚拟化桌面技术能够使得学生随时、便捷访问桌面,计算机使用便捷性更强。在连接服务器过程中,虚拟化桌面技术主要发挥连接作用,实际教学中能够充分利用虚拟化桌面来认证学生身份,同时也能够利用远程连接协议来进行沟通与交流,尽可能简化程序,节省计算机反应时间。利用虚拟化桌面服务云在虚拟化桌面中具有关键作用,直接影响计算机实验数据的管理工作,能够有效整合桌面系统,将其简化成为独立性文件,提升存储有效性,有效共享实验数据,促使学生能够更好地进行沟通与交流。

3.虚拟化实验室在计算机实验教学中的应用

虚拟化实验室有利于提升学生计算机实验实践能力,促使学生更好地掌握计算机实验相关知识,通过构建仿真程序有效分解各项工作,诸如虚拟实验程度编译工作、仿真运行工作以及信号检测工作,等等。作为网络远程教学中的重要组成部分,虚拟化实验室能够为学生更加精确地演示系统特征以及系统运行过程,实现理论学习与实验学习的有效结合,同时也能够促使学生在较近距离下来观察对象,依据学生个人学习特点来完成计算机实验学习,提升计算机专业理论知识以及实践知识。作为虚拟化实验环境,虚拟实验室具有交互性特点,学生可以利用IC芯片、信号源、辅助电路等证明芯片逻辑关系以及性能,提高计算机硬件的特殊性。同时,还需要重视计算机实验教学程序编译工作,保证虚拟程序连接到计算机之后,学生能够独立完成实验任务,通过汇编程序来转化计算机代码。此外,还需要重视虚拟实验室测试工作、仿真质量的操作系统等,提升计算机实验教学有效性。

科技信息技术日渐发展,使得虚拟技术在计算机实验教学中具有非常重要的作用,广泛利用虚拟技术有利于培养学生的计算机实践能力,丰富计算机实验教学资源。素质教育改革日渐深入,这对计算机实验教学提出了更高的要求,虚拟技术在计算机实验教学中具有非常重要的作用,通过合理使用以及学习相关知识,有利于提升学生实践能力,有效解决计算机实验教学中存在的问题,提升计算机实验教学质量。

参考文献: