虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)論文匯總十篇
時(shí)間：2023-03-23 15:03:09
序論：好文章的創(chuàng)作是一個(gè)不斷探索和完善的過程，我們?yōu)槟扑]十篇虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)論文范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質(zhì)，帶來更深刻的閱讀感受。
篇（1）
（1）實(shí)驗(yàn)信息管理。
實(shí)驗(yàn)信息管理主要包括對(duì)實(shí)驗(yàn)室工作人員、實(shí)驗(yàn)室規(guī)章制度、實(shí)驗(yàn)室通知以及實(shí)驗(yàn)室辦公文件等信息的集中管理。
（2）實(shí)驗(yàn)課程管理。
實(shí)驗(yàn)課程管理是指面向不同的老師、不同的開設(shè)班級(jí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行編排，以完成實(shí)驗(yàn)課程的統(tǒng)一集中管理，做到實(shí)驗(yàn)課程的時(shí)間、教室不沖突。
（3）實(shí)驗(yàn)設(shè)備管理。
實(shí)驗(yàn)設(shè)備是實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中的重要資源，對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備統(tǒng)一進(jìn)行信息登記和管理，有助于實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化管理。
（4）實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理。
實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理主要包括實(shí)驗(yàn)課程的準(zhǔn)備，學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程視頻的保存，實(shí)驗(yàn)報(bào)告的電子化及成績?cè)u(píng)定，以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)總結(jié)。
1.2模式設(shè)計(jì)
該設(shè)計(jì)采用了C/S模式和B/S模式相結(jié)合的設(shè)計(jì)模式。整個(gè)實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)在WEB環(huán)境下運(yùn)行，客戶端與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器之間采用B/S模式，從而避免了客戶端專用程序的開發(fā)；而數(shù)據(jù)庫服務(wù)器與應(yīng)用服務(wù)器之間采用C/S模式，適宜滿足應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)之間的大批量數(shù)據(jù)訪問和調(diào)用，從而提高了數(shù)據(jù)訪問的靈活性。另一方面，由于數(shù)據(jù)全部存儲(chǔ)在專用的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上，而應(yīng)用程序服務(wù)器和客戶端只負(fù)責(zé)發(fā)出相應(yīng)的數(shù)據(jù)請(qǐng)求指令，這樣在一定程度上也提高了數(shù)據(jù)的安全性，后期維護(hù)也更加趨于合理。
2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在虛擬實(shí)驗(yàn)中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用
2.1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用方法
要將傳統(tǒng)的動(dòng)手實(shí)驗(yàn)演變?yōu)榛谔摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)的虛擬實(shí)驗(yàn)，必須要完成三維建模、虛擬場(chǎng)景重建以及動(dòng)作響應(yīng)設(shè)定等一系列設(shè)置，這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的信息化和虛擬化。目前三維建模主要依賴SolidWorks三維軟件完成，而虛擬場(chǎng)景的重新構(gòu)建，在很大程度上依賴于LabView等圖形化編程軟件的使用。要實(shí)現(xiàn)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，離不開數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的應(yīng)用，因?yàn)樵谔摂M實(shí)驗(yàn)操作過程中，離不開對(duì)數(shù)據(jù)庫的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)訪問，因此如何快速訪問數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)成為虛擬技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵。目前應(yīng)用在虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)，主要是依賴于數(shù)據(jù)的快速存儲(chǔ)方式。對(duì)于底層傳遞來的數(shù)據(jù)，按照數(shù)據(jù)自身的屬性進(jìn)行分類，從而將數(shù)據(jù)自動(dòng)劃分到不同的數(shù)據(jù)類中。在同一數(shù)據(jù)類中，按照所定義的關(guān)鍵字對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。采用分類的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和訪問方式，能夠極大地提高數(shù)據(jù)庫訪問的效率。
2.2機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)的虛擬化設(shè)計(jì)應(yīng)用
本研究課題以具體的機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)為例探討虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)主要完成傳感器檢測(cè)、數(shù)據(jù)濾波、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示、電機(jī)控制等一系列任務(wù)。針對(duì)該實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，虛擬化和信息化可以按照如下步驟實(shí)施：
（1）三維建模。
借助于SolidWorks三維軟件對(duì)傳感器、濾波器、數(shù)據(jù)采集卡、數(shù)碼管、CPU控制器、步進(jìn)電機(jī)等進(jìn)行三維建模，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的萬用表、示波器等其他實(shí)驗(yàn)儀器也要建模，以增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的真實(shí)性。
（2）場(chǎng)景重建。
利用LabView圖形化編程軟件，將上述三維模型進(jìn)行空間布局設(shè)置，構(gòu)建與實(shí)驗(yàn)室完全一致的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景。
（3）界面接口設(shè)計(jì)。
僅僅有圖形化場(chǎng)景是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還必須借助LabView圖形化編程軟件對(duì)接口進(jìn)行設(shè)計(jì)。比如數(shù)據(jù)采集卡的接口應(yīng)當(dāng)與傳感器的輸出接口保持相同的電平規(guī)格；再比如，CPU控制器的輸出脈沖應(yīng)當(dāng)跟步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流保持相同電平規(guī)格，以確保電機(jī)能夠被驅(qū)動(dòng)。
（4）虛擬動(dòng)作響應(yīng)。
設(shè)計(jì)了界面接口，就能夠利用VRML工具對(duì)虛擬動(dòng)作響應(yīng)進(jìn)行設(shè)定，通過設(shè)定使虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)能夠智能地感知到操作者的意圖，從而順利完成虛擬實(shí)驗(yàn)。
（5）數(shù)據(jù)庫的快速訪問。
在機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)中，需要保存的數(shù)據(jù)有傳感器采集數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)采集卡的采集頻率、CPU控制器的輸出脈沖規(guī)格以及步進(jìn)電機(jī)的相關(guān)參數(shù)。這些參數(shù)按照其自身屬性可以劃分為采集數(shù)據(jù)、控制數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)三大類，將上述的數(shù)據(jù)自動(dòng)地劃分到這三大類中。當(dāng)虛擬動(dòng)作響應(yīng)需要訪問數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)查詢上述相關(guān)數(shù)據(jù)時(shí)，可以首先按照數(shù)據(jù)所在的大類進(jìn)行查詢，這樣有助于提高數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)訪問的快速性和準(zhǔn)確性。
篇（2）
2機(jī)械設(shè)計(jì)虛擬實(shí)驗(yàn)室
以“CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)”和“CAXA－EB”軟件系統(tǒng)為依托，利用VisualBasic6．0和C/C++開發(fā)了機(jī)械設(shè)計(jì)虛擬實(shí)驗(yàn)室(見圖1)，包括三維虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境和二維虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，可進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖測(cè)繪、齒廓范成原理、減速器拆裝等11個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)虛擬實(shí)驗(yàn)。學(xué)員可利用虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，完成并提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，教師可利用該平臺(tái)查閱批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告。機(jī)械設(shè)計(jì)虛擬實(shí)驗(yàn)室由服務(wù)器端核心處理模塊、客戶端實(shí)時(shí)運(yùn)算模塊、用戶管理模塊、機(jī)構(gòu)庫模塊、零件庫模塊等七大模塊組成。其中，機(jī)構(gòu)庫包含40多個(gè)常用機(jī)構(gòu)，零件庫包含80多個(gè)常用零件，標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)庫由100多個(gè)常用標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)組成，在線幫助信息庫有近5萬字的在線幫助信息［9－10］。目前機(jī)械設(shè)計(jì)虛擬實(shí)驗(yàn)室已在全軍院校推廣使用。近幾年的教學(xué)應(yīng)用表明，機(jī)械設(shè)計(jì)虛擬實(shí)驗(yàn)可部分取代實(shí)物實(shí)驗(yàn)，某些傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)如簡圖測(cè)繪、齒廓范成等可利用虛擬實(shí)驗(yàn)室獨(dú)立完成;同時(shí)，虛擬實(shí)驗(yàn)室大大擴(kuò)展了原有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，增加了機(jī)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)、軸的設(shè)計(jì)、連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)等綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，并且實(shí)驗(yàn)室為開放性環(huán)境，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容還可根據(jù)需要繼續(xù)擴(kuò)充;另外，虛擬實(shí)驗(yàn)室是實(shí)物實(shí)驗(yàn)和課堂教學(xué)的有力補(bǔ)充，連桿機(jī)構(gòu)的基本形式和演化等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容對(duì)進(jìn)一步理解和鞏固課堂知識(shí)具有重要作用，通過虛擬實(shí)驗(yàn)還可進(jìn)行一些實(shí)物實(shí)驗(yàn)很難實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)，如齒廓范成原理實(shí)驗(yàn)，傳統(tǒng)的范成儀只能加工兩種參數(shù)的齒輪，而利用虛擬實(shí)驗(yàn)室可以任意設(shè)置加工參數(shù)。又如軸的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，可實(shí)時(shí)設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)修改，并及時(shí)觀測(cè)設(shè)計(jì)結(jié)果。虛擬實(shí)驗(yàn)室有效拓展了課內(nèi)實(shí)驗(yàn)的時(shí)間和空間，在提高課程教學(xué)效果和實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量及培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力方面，起到了非常重要的作用。
3虛擬實(shí)驗(yàn)室在課程教學(xué)中的作用
機(jī)械設(shè)計(jì)虛擬實(shí)驗(yàn)室具備強(qiáng)大的模擬實(shí)驗(yàn)和相關(guān)輔助功能，對(duì)課程教學(xué)和能力培養(yǎng)具有非常重要的作用。
3．1有效拓展課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，集實(shí)驗(yàn)和輔助學(xué)習(xí)功能為一體
機(jī)械設(shè)計(jì)虛擬實(shí)驗(yàn)室不僅可完成機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖測(cè)繪、齒廓范成原理、減速器拆裝等傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，還增加了機(jī)構(gòu)組成原理、連桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和設(shè)計(jì)、凸輪設(shè)計(jì)、周轉(zhuǎn)輪系的應(yīng)用、軸的設(shè)計(jì)、齒輪傳動(dòng)等新的實(shí)驗(yàn)，拓展了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。所開發(fā)的11個(gè)實(shí)驗(yàn)既有傳統(tǒng)的基礎(chǔ)性、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，如機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖測(cè)繪、減速器拆裝等，又有設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，如齒輪范成原理、軸的設(shè)計(jì)、凸輪設(shè)計(jì)等。學(xué)員不僅可以通過虛擬環(huán)境完成實(shí)驗(yàn)操作和設(shè)計(jì)，提高機(jī)械設(shè)計(jì)能力，還可利用實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目復(fù)習(xí)鞏固課堂所學(xué)知識(shí)，加深對(duì)知識(shí)的理解。例如連桿機(jī)構(gòu)的型式和演化實(shí)驗(yàn)，學(xué)員可通過實(shí)驗(yàn)環(huán)境設(shè)置機(jī)構(gòu)的桿長參數(shù)和機(jī)架，根據(jù)課堂知識(shí)判斷該機(jī)構(gòu)的型式，再利用虛擬實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證自己的判斷，使知識(shí)得以鞏固和加深。機(jī)械設(shè)計(jì)虛擬實(shí)驗(yàn)室將數(shù)值分析算法應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)開發(fā)中，形象地描述了在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中很難實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的創(chuàng)新。例如齒廓范成實(shí)驗(yàn)，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)使用齒廓范成儀進(jìn)行，一般每種范成儀只能范成同一參數(shù)(模數(shù)、壓力角等)、兩種齒數(shù)的齒輪，而在機(jī)械設(shè)計(jì)虛擬實(shí)驗(yàn)室中學(xué)員可任意設(shè)置齒輪的齒數(shù)和模數(shù)等參數(shù)(見圖2)，觀察各種參數(shù)的漸開線齒廓的形成過程和齒廓特點(diǎn)，擴(kuò)展了設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容。圖3為利用機(jī)械設(shè)計(jì)虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行漸開線齒廓的范成加工。
3．2構(gòu)建三維虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)三維動(dòng)態(tài)仿真和創(chuàng)新設(shè)計(jì)功能
機(jī)械設(shè)計(jì)虛擬實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建了機(jī)構(gòu)模型庫和零件庫，包含多個(gè)常用機(jī)構(gòu)和通用零件，常用機(jī)構(gòu)具有仿真動(dòng)畫效果，通用零件具有三維渲染效果，學(xué)員在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)可隨時(shí)調(diào)用，也可隨時(shí)運(yùn)行觀察其運(yùn)動(dòng)以進(jìn)行組成和運(yùn)動(dòng)分析。如圖4所示即為機(jī)構(gòu)庫中的飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu)模型，學(xué)員可在三維實(shí)驗(yàn)環(huán)境中觀察其組成和運(yùn)動(dòng)情況，或?qū)ζ溥M(jìn)行運(yùn)動(dòng)尺寸測(cè)繪，在二維環(huán)境中繪制其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖，這是機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的一個(gè)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。機(jī)械虛擬實(shí)驗(yàn)室的零件庫包含軸、齒輪、軸承等80多種常用零件，學(xué)員在進(jìn)行設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)時(shí)可隨時(shí)調(diào)用，同時(shí)還可在原模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)時(shí)修改，以用于所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)。如圖5所示為對(duì)設(shè)計(jì)的階梯軸進(jìn)行結(jié)構(gòu)修改。這樣使學(xué)員既有很強(qiáng)的感性認(rèn)識(shí)，又鍛煉了其設(shè)計(jì)能力，為基于想象的開放性創(chuàng)意設(shè)計(jì)提供了虛擬實(shí)現(xiàn)的平臺(tái)，拓展了學(xué)員的創(chuàng)造空間。
3．3實(shí)驗(yàn)操作方便，相關(guān)功能完善
機(jī)械設(shè)計(jì)虛擬實(shí)驗(yàn)室具有可視化的實(shí)驗(yàn)界面，交互功能強(qiáng)大，實(shí)驗(yàn)操作簡單，實(shí)驗(yàn)結(jié)果直觀。每個(gè)實(shí)驗(yàn)都有詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，進(jìn)行基礎(chǔ)性、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)時(shí)在實(shí)驗(yàn)界面上及時(shí)提示后續(xù)的操作步驟，操作不正確時(shí)系統(tǒng)會(huì)給出提示。如減速器拆裝實(shí)驗(yàn)，要求能按正確的順序?qū)p速器進(jìn)行拆卸和安裝，在拆裝過程中，如果順序不正確，系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)警告，并提示正確的操作。機(jī)械設(shè)計(jì)虛擬實(shí)驗(yàn)室具有在線幫助功能，學(xué)員在實(shí)驗(yàn)操作中可隨時(shí)查閱實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?nèi)容和實(shí)驗(yàn)步驟等。另外，在每個(gè)實(shí)驗(yàn)完成后可在虛擬實(shí)驗(yàn)室中方便地撰寫、修改實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并進(jìn)行提交，如圖6所示。教師可在虛擬實(shí)驗(yàn)室中檢查、批改學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并將實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)反饋給學(xué)員。
篇（3）
[中圖分類號(hào)]G40-057 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [論文編號(hào)]1009－8097(2012)05－0116-05引言
電腦游戲與網(wǎng)絡(luò)游戲的不斷發(fā)展并被應(yīng)用于企業(yè)、教育、軍事、科學(xué)以及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。目前的虛擬實(shí)驗(yàn)無論是設(shè)計(jì)方面還是開發(fā)方面，大多數(shù)都只是將實(shí)驗(yàn)器材遷移至計(jì)算機(jī)中來實(shí)現(xiàn)，單純地追求實(shí)驗(yàn)的仿真，而不是從學(xué)習(xí)者的角度考慮其學(xué)習(xí)效果。建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論指出：“清境”、“協(xié)作”、“會(huì)話”和“意義建構(gòu)”是學(xué)習(xí)環(huán)境中的四大要素，一個(gè)自由而充滿趣味性的虛擬環(huán)境對(duì)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效果有著至關(guān)重要的影響，而游戲性虛擬實(shí)驗(yàn)的構(gòu)建則是實(shí)現(xiàn)這一效果的一個(gè)有效途徑。游戲性元素的融入對(duì)于學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)環(huán)境的改善以及知識(shí)建構(gòu)、深層次理解都起著促進(jìn)的作用，并且吸引著學(xué)習(xí)者愉悅地解決問題。由此可見，游戲性元素的注入需要運(yùn)用游戲策劃、設(shè)計(jì)方法和實(shí)現(xiàn)的技術(shù)的結(jié)合來表現(xiàn)一個(gè)完整實(shí)驗(yàn)環(huán)境的設(shè)計(jì)，這并不是簡單的添加，構(gòu)建模型可以把復(fù)雜的問題清晰的表達(dá)出來，使理論的各組成部分可視化并得到檢驗(yàn)。利用模型構(gòu)建的方法不僅幫助學(xué)習(xí)者理解形成問題的影響因素之間復(fù)雜的相互關(guān)系，還給指導(dǎo)者提供了評(píng)估學(xué)生們理解問題的外在表征。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模工具Stella軟件具備強(qiáng)大的建模環(huán)境和簡便的操作方法，以此技術(shù)建模可以清晰的揭示出游戲性與虛擬實(shí)驗(yàn)二者之間的融合，為虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)研究提供一種新的方法。一 相關(guān)理論
1 游戲性的內(nèi)涵
“游戲性”來源于英文“Gameplay”，在中文中，“游戲性”可以被籠統(tǒng)地理解為“游戲的核心性質(zhì)”；但在英文中，“游戲性”(Gameplay)可以指“游戲的具體操作方法”和“游戲的抽象趣味整體”等雙重含義。游戲性并不等同于“游戲的性質(zhì)”，游戲具有極為多樣的屬性，游戲性就是當(dāng)排除畫面、聲音、劇情等因素的刺激所帶給玩家的樂趣。游戲性元素包括沉浸、情節(jié)、扮演、競(jìng)爭、任務(wù)、動(dòng)作、益智、成長、管理、創(chuàng)造、探索以及群聚元素，然而虛擬實(shí)驗(yàn)的宗旨是教學(xué)，它不同于游戲的宗旨，因此在引入這些游戲性元素時(shí)，必然有所刪減。融入游戲性元素的根本目的在于增強(qiáng)和提高學(xué)習(xí)者操作、探索和挖掘的樂趣以及研究和練習(xí)的樂趣。
在游戲性虛擬實(shí)驗(yàn)中各游戲性元素的概念內(nèi)涵包括以下八個(gè)方面的內(nèi)容：①沉浸元素，通過物理方式或者想象進(jìn)入到一個(gè)與通常環(huán)境不同的場(chǎng)景。②情節(jié)元素，按照因果邏輯或意義邏輯組織起來的一系列事件。③扮演元素，有意識(shí)地假扮某一特定角色，并從該角色的處境和場(chǎng)合出發(fā)，進(jìn)行思考、表達(dá)和活動(dòng)的方式。④任務(wù)元素，某個(gè)需要被完成的既定目標(biāo)。⑤動(dòng)作元素，實(shí)時(shí)付出行動(dòng)的身體運(yùn)動(dòng)。⑥成長元素，成長是指由低級(jí)或簡單形態(tài)向較高級(jí)或復(fù)雜形態(tài)發(fā)展，或者在數(shù)量、價(jià)值或力量上的增長。在角色扮演游戲中多表現(xiàn)為升級(jí)和裝備提升。⑦管理元素，管理元素包含兩個(gè)層面的意義：第一是促進(jìn)游戲者的管理性思維的發(fā)展，鼓勵(lì)游戲者運(yùn)用策略和部署來游戲；第二是將游戲者處于一種較高的管理位置，讓游戲者體驗(yàn)擁有權(quán)勢(shì)和掌控大局的樂趣。⑧群聚元素，“把兩個(gè)及其以上的玩家聚集在一起的狀態(tài)就是群聚的形式”。
2 游戲性虛擬實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)
在游戲業(yè)初見端倪的歐美自上世紀(jì)80年代初，最早全面論述游戲動(dòng)機(jī)的學(xué)者是Malone，通過對(duì)已有游戲的一系列的觀察，對(duì)大量玩家訪談，Malone(1980年)總結(jié)出三個(gè)主要的讓視頻游戲使人更快樂的因素：挑戰(zhàn)、幻想和好奇。在2002年，Garris等人認(rèn)為：幻想、規(guī)則、目的、感官刺激、挑戰(zhàn)、神秘和控制是游戲的六個(gè)動(dòng)機(jī)特征組件。Asgari與Kaufman(2004年)在前人研究的基礎(chǔ)上，認(rèn)為游戲的動(dòng)機(jī)組件是：交互、競(jìng)爭、控制、幻想、好奇、挑戰(zhàn)與反饋。
游戲既有行為層面的游戲，也有心理層面的游戲。將游戲的內(nèi)在品質(zhì)融入虛擬實(shí)驗(yàn)中來，更能提高和豐富學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效率，有更廣泛的意義。游戲性虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)著重從學(xué)習(xí)者的心理層面和行為層面兩個(gè)方面考慮：
(1)心理層面包括愉悅性和自由性，解決這一層面的問題，可以考慮將游戲中沉浸元素、情節(jié)元素、任務(wù)元素加入到虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)中來，以解決這一層面學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的愉悅性和自由性等問題。
(2)行為層面包括規(guī)則性、表演性、體驗(yàn)性和對(duì)話性。在行為層面中，將管理、扮演、動(dòng)作元素加入游戲性虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)中，解決學(xué)習(xí)者行為層面的需求。游戲性虛擬實(shí)驗(yàn)的開發(fā)要以學(xué)習(xí)者為主導(dǎo)，其目的是提高和優(yōu)化學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效率，促進(jìn)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)中的理論知識(shí)的深入理解，鍛煉學(xué)生主動(dòng)探索和學(xué)習(xí)的能力。
篇（4）
實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)發(fā)展的基本動(dòng)力,它在物理學(xué)發(fā)展中起著發(fā)現(xiàn)探索新規(guī)律、驗(yàn)證新理論、測(cè)定物理常數(shù)以及在現(xiàn)實(shí)社會(huì)中的推廣應(yīng)用等重要作用。因此實(shí)驗(yàn)是研究物理學(xué)的一種基本方法,同時(shí)實(shí)驗(yàn)也是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)創(chuàng)新的一種有效途徑。
在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中,不僅要引導(dǎo)學(xué)生理解物理概念及物理規(guī)律產(chǎn)生的條件、發(fā)生、發(fā)展的過程,掌握實(shí)驗(yàn)的具體做法和基本技能,學(xué)會(huì)研究物理問題的實(shí)驗(yàn)方法,更重要的是要通過物理實(shí)驗(yàn)提高學(xué)生的創(chuàng)新素質(zhì),培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。在全國第三次教育工作會(huì)議上曾深刻地指出:“今天,面對(duì)世界科技飛速發(fā)展的挑戰(zhàn),我們必須把增強(qiáng)民族創(chuàng)新能力提高到關(guān)系中華民族興衰存亡的高度來認(rèn)識(shí)。一個(gè)沒有創(chuàng)新能力的民族,在綜合國力競(jìng)爭日趨激烈的21世紀(jì)根本沒有立足之地。具有較強(qiáng)的創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新思維能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力的學(xué)生,會(huì)更加適合未來社會(huì)的發(fā)展需求。可見加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)是非常必要的。”
下面就初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力從不同的實(shí)驗(yàn)教學(xué)途徑探討如下:
一、增加科學(xué)探究實(shí)驗(yàn),培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力
將科學(xué)探究列入教學(xué)內(nèi)容,旨在將學(xué)習(xí)重心從強(qiáng)調(diào)知識(shí)的傳承和積累向知識(shí)的探究過程轉(zhuǎn)化,從學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)向主動(dòng)獲取知識(shí)轉(zhuǎn)化,從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和敢于創(chuàng)新的探索精神。與傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)相比,探究性實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,鍛煉學(xué)生的各方面能力、培養(yǎng)學(xué)生的性格品質(zhì),更能提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新精神。
教師在進(jìn)行科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)前,要多下工夫,想方設(shè)法將實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)成探究性實(shí)驗(yàn),有意識(shí)地創(chuàng)設(shè)一種探究的氛圍,擴(kuò)大探究空間和思維空間,并能在學(xué)生探究過程中尋找創(chuàng)新的突破口。例如,對(duì)于“阻力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響”實(shí)驗(yàn),老師可先提出問題,讓學(xué)生猜想并說出猜想的依據(jù),然后讓學(xué)生結(jié)合書上給出的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案完成實(shí)驗(yàn),并讓學(xué)生思考幾個(gè)問題:為什么每次實(shí)驗(yàn)時(shí)都要讓小車從同一斜面的同一高度滑下來?能不能不用斜面直接用手推動(dòng)小車?能不能改變斜面的坡度或者小車的高度?這一實(shí)驗(yàn)中應(yīng)觀察什么?如何記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象?你還能設(shè)計(jì)哪些不同實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步來探究這個(gè)問題?最后同學(xué)們很好完成了本次探究實(shí)驗(yàn),并設(shè)計(jì)出了幾種新的探究方案,而且還用到了控制變量法和理想化實(shí)驗(yàn)兩種科學(xué)方法。在這樣的科學(xué)探究過程中,使學(xué)生逐步養(yǎng)成敢于探索、質(zhì)疑,善于交流、合作的良好態(tài)度和創(chuàng)新精神,為學(xué)生的終身學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。因此,增加科學(xué)探究實(shí)驗(yàn),不僅有利于理解知識(shí)和科學(xué)方法的獲得,更有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度、創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。
二、引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力
設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是對(duì)所學(xué)物理原理和所做物理實(shí)驗(yàn)的綜合、應(yīng)用、遷移和創(chuàng)造。它是對(duì)學(xué)生應(yīng)用能力、設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力等的全面考查。做設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)時(shí),要求學(xué)生在充分理解基本原理的基礎(chǔ)上,綜合運(yùn)用所掌握的基礎(chǔ)理論知識(shí)、實(shí)驗(yàn)技能,以及各種測(cè)量手段和實(shí)驗(yàn)方法,自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、確定實(shí)驗(yàn)方法、選擇配套儀器設(shè)備,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試,最后寫出比較完整的實(shí)驗(yàn)報(bào)告或論文。因而課題和項(xiàng)目的內(nèi)容需要經(jīng)過精心挑選,它們具有綜合性、典型性和探索性。
在學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí),提倡“一個(gè)實(shí)驗(yàn)、多種方案”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)法。這種對(duì)思維先進(jìn)行發(fā)散,再對(duì)各種方案進(jìn)行分析整合的過程,有利于發(fā)散思維和集中思維的培養(yǎng)。如,現(xiàn)有彈簧測(cè)力計(jì)、天平、量筒、刻度尺、燒杯、水、細(xì)線等器材,你有幾種辦法可以測(cè)出一個(gè)小鐵塊浸沒在水中受到的浮力?答案有五種辦法。這種富有新意的方法,不但提高了學(xué)生靈活應(yīng)用知識(shí)的能力,更重要的是培養(yǎng)了學(xué)生從不同角度、用不同方法解決問題的發(fā)散思維能力,有效地促進(jìn)了學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
三、通過制作小實(shí)驗(yàn),培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力
在小實(shí)驗(yàn)中,沒有現(xiàn)成的儀器和用品,這就需要學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中尋求性能相似的替代品,無疑會(huì)讓學(xué)生動(dòng)手、動(dòng)腦,這必將激發(fā)學(xué)生潛在的創(chuàng)造能力,培養(yǎng)其創(chuàng)造精神。比如學(xué)生在小實(shí)驗(yàn)中利用家庭中常見的雞蛋就完成了六個(gè)實(shí)驗(yàn):實(shí)驗(yàn)①:把煮熟撈起的蛋立刻浸入冷水中待完全冷卻后,再撈上來剝落比不放入冷水中直接剝要容易多(熱脹冷縮的性質(zhì));實(shí)驗(yàn)②:把剛煮熟的雞蛋從鍋內(nèi)撈起來,直接用手拿時(shí),雖然較燙,但還可以忍受過一會(huì)兒,當(dāng)?shù)皻ど系乃闪撕?感到比剛撈上來時(shí)燙(液體蒸發(fā)吸熱);實(shí)驗(yàn)③:選一只口徑略小于雞蛋的瓶子,在瓶底鋪上一層干沙,點(diǎn)燃一團(tuán)浸過酒精的棉花投入瓶內(nèi),接著把一只剝了殼的熟雞蛋堵住瓶口。火焰熄滅后,蛋被瓶子吞入了瓶中(驗(yàn)證大氣壓的存在);實(shí)驗(yàn)④:把一只雞蛋,浸沒在一只裝有清水的大口徑玻璃杯中。松開手后,發(fā)現(xiàn)雞蛋緩緩沉入杯底,撈出雞蛋往清水中加入食鹽,調(diào)制成濃度較高的鹽水,再把雞蛋浸沒在鹽溶液中,松開手,雞蛋卻緩緩上浮(浮沉現(xiàn)象);實(shí)驗(yàn)⑤:用手指突然彈擊硬紙片,雞蛋卻不會(huì)隨紙片一起飛出(慣性現(xiàn)象);實(shí)驗(yàn)⑥:外殼完好的蛋,放入食鹽水中腌制一段時(shí)間,可以制成咸蛋。蛋殼雖然完好,但內(nèi)部的蛋黃都變咸了(分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng))。自己動(dòng)手制作小實(shí)驗(yàn)不僅可以培養(yǎng)學(xué)生思維能力和獨(dú)立工作能力以及探索知識(shí)的興趣,更重要的是它對(duì)學(xué)生的實(shí)踐和創(chuàng)新能力有很大幫助。
四、運(yùn)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn),培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力
多媒體實(shí)驗(yàn)、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)等數(shù)字化實(shí)驗(yàn)應(yīng)運(yùn)而生,它給教育領(lǐng)域帶來一場(chǎng)深刻的教育改革。學(xué)生通過演示實(shí)驗(yàn)看到物理現(xiàn)象,但實(shí)驗(yàn)過程短,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象稍縱即逝,學(xué)生就來不及細(xì)致觀察,不能發(fā)現(xiàn)問題的本質(zhì)。多媒體仿真實(shí)驗(yàn)可多次重復(fù)模擬實(shí)驗(yàn)過程,再現(xiàn)物理現(xiàn)象,而且能變小為大、變動(dòng)為靜、變快為慢、變連續(xù)為定格,使許多看不見摸不著的變成有形、有聲、有色,變說不清為一目了然,這些不僅有助于學(xué)生對(duì)物理現(xiàn)象及狀態(tài)的觀察和分析,還有助于學(xué)生創(chuàng)造性思維的激發(fā)。各種仿真實(shí)驗(yàn)室軟件,可以很好地虛擬出各種各樣仿真實(shí)驗(yàn)室,讓學(xué)生用虛擬儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)虛擬。通過虛擬實(shí)驗(yàn)和仿真實(shí)驗(yàn),給學(xué)生提供一個(gè)自由的、自組織學(xué)習(xí)的空間和培養(yǎng)設(shè)計(jì)、創(chuàng)新能力的良好環(huán)境。比如,在學(xué)習(xí)電學(xué)方面的實(shí)驗(yàn)時(shí),可讓學(xué)生自己在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)一個(gè)用于搶答題的電路,要求:不論哪一個(gè)組按開關(guān),電鈴都能發(fā)出聲音,而且指示燈會(huì)告訴主持人是第幾組按的開關(guān),進(jìn)行電路模擬仿真,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。因此,數(shù)字化實(shí)驗(yàn)有利于學(xué)生建立起完整的物理情景,幫助學(xué)生獲得直接經(jīng)驗(yàn),直接感知物理規(guī)律,有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。
總之,通過實(shí)驗(yàn)的科學(xué)探究、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、制作小實(shí)驗(yàn)、運(yùn)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)等方面可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。
還可以開展一些創(chuàng)新思路的課外實(shí)驗(yàn)活動(dòng):如舉辦物理實(shí)驗(yàn)專題講座,觀看實(shí)驗(yàn)錄像,參觀工廠等,了解物理實(shí)驗(yàn)在生產(chǎn)中的作用。另外還可對(duì)由優(yōu)秀生組成的實(shí)驗(yàn)研究小組,要有計(jì)劃地開展創(chuàng)新課題研究活動(dòng),如研制教具、制備或制作有實(shí)用價(jià)值小東西或裝置,舉辦設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)比賽、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新成果展覽、參與實(shí)驗(yàn)課題研究、家庭物理實(shí)驗(yàn)研究活動(dòng)、撰寫實(shí)驗(yàn)論文等。讓學(xué)生深入研究他們周圍的物理現(xiàn)象,不斷地發(fā)展他們的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力,以適應(yīng)未來社會(huì)的發(fā)展需求。
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篇（5）
【中圖分類號(hào)】G40-057 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【論文編號(hào)】1009―8097(2009)07―0130―02
引言
在彈藥檢測(cè)技術(shù)和傳感器技術(shù)等課程教學(xué)中,為了使學(xué)員理解講授內(nèi)容,需要進(jìn)行一些必要的實(shí)驗(yàn)操作。由于彈藥檢測(cè)實(shí)驗(yàn)具有一定的危險(xiǎn)性、過程短暫、過程細(xì)節(jié)不易觀察、實(shí)驗(yàn)費(fèi)用高等特點(diǎn),而虛擬實(shí)驗(yàn)作為一種先進(jìn)的教學(xué)手段,以其直觀性、靈活性、實(shí)時(shí)性、形象化的優(yōu)勢(shì),通過創(chuàng)建動(dòng)畫,細(xì)化過程細(xì)節(jié),可比較輕松地解決傳統(tǒng)授課方式無法解決的問題,把抽象的問題變得很直觀,使學(xué)員能置身于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)氛圍之中,對(duì)突破教學(xué)難點(diǎn)起到了較好的作用。教學(xué)實(shí)踐證明,在現(xiàn)有條件下開展虛擬實(shí)驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)方法,是一種行之有效的教學(xué)方法。
一 虛擬實(shí)驗(yàn)的概念和特點(diǎn)
虛擬實(shí)驗(yàn)通常是指借助于借助計(jì)算機(jī)技術(shù),利用文字、圖形、圖像、聲音等在微機(jī)屏幕上形成的可部分或全部代替?zhèn)鹘y(tǒng)實(shí)驗(yàn)過程的實(shí)驗(yàn)操作環(huán)境,實(shí)驗(yàn)者利用鼠標(biāo)和鍵盤的操作完成實(shí)驗(yàn),使實(shí)驗(yàn)者感受到與真實(shí)實(shí)驗(yàn)相似的過程。我們按照教學(xué)要求組成的虛擬實(shí)驗(yàn)軟件,為學(xué)員提供一個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境和過程的操作平臺(tái),它包括系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、工作原理、操作過程、實(shí)驗(yàn)狀態(tài)、步驟提示、結(jié)論分析等。通過虛擬實(shí)驗(yàn)軟件把實(shí)驗(yàn)設(shè)備和教學(xué)內(nèi)容有機(jī)地融為一體,加深了學(xué)員對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃怼⑦^程、方法、設(shè)備結(jié)構(gòu)、注意事項(xiàng)等的理解,達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)難以實(shí)現(xiàn)的效果,培養(yǎng)了學(xué)員動(dòng)手和思維能力,豐富了實(shí)驗(yàn)技能,深化了對(duì)知識(shí)的理解,同時(shí)增強(qiáng)了學(xué)員對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣,提高了教學(xué)效果。
二 彈藥檢測(cè)虛擬實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)分析
1 保證實(shí)驗(yàn)者的安全:在真實(shí)的彈藥實(shí)驗(yàn)中,由于彈藥特有的危險(xiǎn)性,容易發(fā)生安全事故,產(chǎn)生一定的心理負(fù)擔(dān),而采用虛擬實(shí)驗(yàn)由于不使用真槍實(shí)彈,可以避免事故發(fā)生,杜絕真實(shí)彈藥實(shí)驗(yàn)的風(fēng)險(xiǎn)。
2 降低實(shí)驗(yàn)成本:彈藥實(shí)驗(yàn)的費(fèi)用較高,少則幾十元,多則上萬元,而且一旦損壞設(shè)備,往往還會(huì)伴隨人員的傷亡,后果十分嚴(yán)重;采用虛擬實(shí)驗(yàn)的投資費(fèi)用比較低,可以長期使用,并可以不斷改進(jìn)和優(yōu)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,近似達(dá)到零成本的效果。
3 提高學(xué)習(xí)效果:虛擬實(shí)驗(yàn)軟件可以直接安裝在微機(jī)上,擺脫了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)受時(shí)間、場(chǎng)合的限制,學(xué)員通過調(diào)用不同的實(shí)驗(yàn)?zāi)K,可以自行選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以通過文字、圖形、圖像、聲音等形式顯示給學(xué)員,來判斷操作是否正確,激發(fā)學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣;它還具有重復(fù)性的特點(diǎn),通過多次重復(fù)使用,加深學(xué)員對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解,使學(xué)員熟悉實(shí)驗(yàn)設(shè)備的應(yīng)用,鍛煉他們觀察實(shí)驗(yàn)過程和分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的能力。
4 強(qiáng)化學(xué)員對(duì)實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)的認(rèn)識(shí):彈藥實(shí)驗(yàn)具有“三高一短”(高溫、高速、高壓、過程短暫)的特點(diǎn),其過程復(fù)雜而短暫,很難從感官上得到深刻的認(rèn)識(shí),即使參加了實(shí)際的試驗(yàn)過程,如果不采用相應(yīng)的設(shè)備,也很難獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果。彈藥發(fā)射實(shí)驗(yàn)過程通常在數(shù)十毫秒內(nèi)結(jié)束,實(shí)驗(yàn)結(jié)果單憑人的感官是無法得出結(jié)論的。而采用虛擬實(shí)驗(yàn)的方法,可以將實(shí)驗(yàn)過程速度放慢,結(jié)合聲光效果,細(xì)化實(shí)驗(yàn)過程,觀察細(xì)微環(huán)節(jié),加深了對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解。
三 彈藥檢測(cè)虛擬實(shí)驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)手段[2] [3]
制作實(shí)驗(yàn)課件首先要進(jìn)行總體規(guī)劃,制定系統(tǒng)總體目標(biāo)、模塊功能和實(shí)驗(yàn)流程圖,繪制設(shè)備或零件圖,完成腳本編寫。
選擇合適的軟件是制作虛擬實(shí)驗(yàn)課件的基礎(chǔ),我們根據(jù)虛擬實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn),由flash、3D Max完成二、三維動(dòng)畫等基本素材的制作,利用它們具有的多媒體編輯、聲光效果和控制功能,實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)功能;課件的部分復(fù)雜設(shè)備零部件由SolidWorks軟件制作,再以圖形方式代入flash或3D Max中,充分發(fā)揮各自的特點(diǎn),最后以Authorware為平臺(tái)進(jìn)行模塊的鏈接合成及調(diào)試,完成課件的,它們最終都可以在Powerpoint下,以超動(dòng)態(tài)鏈接被調(diào)用。
四 虛擬實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用范例[1]
在彈藥檢測(cè)技術(shù)課程教學(xué)中,我們制作了多個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)K,經(jīng)過在課堂應(yīng)用后,學(xué)員們普遍反映教學(xué)內(nèi)容易于理解、印象深刻,通常完成一次虛擬實(shí)驗(yàn)后,就可以基本敘述出工作原理和實(shí)驗(yàn)過程,而這是教員用語言表述很難達(dá)到的效果。在此例舉幾個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用范例:
1 初速、膛壓虛擬實(shí)驗(yàn)
彈藥的初速、膛壓實(shí)驗(yàn)是彈藥檢測(cè)技術(shù)課程的重要實(shí)驗(yàn),但是由于現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件的限制,不可能也沒有必要每人都進(jìn)行一次實(shí)驗(yàn),即使實(shí)驗(yàn)者親自參加了實(shí)驗(yàn),也只是在現(xiàn)場(chǎng)聽到一聲發(fā)射的巨響,看到一團(tuán)火光,從實(shí)驗(yàn)設(shè)備上得到了一組數(shù)據(jù),而對(duì)實(shí)驗(yàn)中的細(xì)節(jié)是無法體會(huì)的,我們?cè)谡n堂教學(xué)中采用了虛擬實(shí)驗(yàn)軟件,把實(shí)驗(yàn)過程以“慢鏡頭”的方式,將火藥燃燒、彈丸運(yùn)動(dòng)、傳感器接收測(cè)試信號(hào)等過程展現(xiàn)給學(xué)員,使學(xué)員清晰的看到了實(shí)驗(yàn)的細(xì)節(jié)和結(jié)果,仿佛親身經(jīng)歷了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)。膛壓和初速虛擬實(shí)驗(yàn)的部分畫面見圖1和圖2。
2 傳感器原理虛擬實(shí)驗(yàn)[4]
傳感器是新型彈藥和檢測(cè)設(shè)備的關(guān)鍵部件之一,掌握傳感器的知識(shí)對(duì)理解教學(xué)內(nèi)容十分重要,由于它們的結(jié)構(gòu)通常精密小巧,理論推導(dǎo)復(fù)雜,有時(shí)很難用語言講述清楚。在講解時(shí)通過虛擬實(shí)驗(yàn)演示,將結(jié)構(gòu)原理、實(shí)驗(yàn)曲線、工作過程等動(dòng)態(tài)地展示給學(xué)員,可以取得較好的效果。例如,在講解熱釋電傳感器和光電二極管時(shí),通過虛擬實(shí)驗(yàn),將傳感器的結(jié)構(gòu)組成、工作原理、光譜和階躍響應(yīng)、靈敏度等特性形象清晰地表現(xiàn)出來,其部分畫面見圖3和圖4。
五 結(jié)束語
由于虛擬實(shí)驗(yàn)可以生動(dòng)形象地反映教學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,教員講得輕松,學(xué)員學(xué)得透徹,節(jié)約了大量的時(shí)間和精力。通過多期的教學(xué)實(shí)踐證明,虛擬實(shí)驗(yàn)已經(jīng)成為彈藥檢測(cè)技術(shù)和傳感器技術(shù)等課程教學(xué)的有效教學(xué)方法之一,取得了良好的效果,受到了廣大師生的青睞。但是虛擬實(shí)驗(yàn)畢竟是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的輔助手段,決不能完全取代實(shí)際實(shí)驗(yàn),必要時(shí)要采用虛實(shí)結(jié)合的方式,通過個(gè)別現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)、(高速)錄像片回放等方法,才能達(dá)到更好的教學(xué)效果。虛擬實(shí)驗(yàn)不是萬能的,我們需要把它和傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法相結(jié)合,具體問題具體分析,充分發(fā)揮它們各自的優(yōu)勢(shì),才能提高教學(xué)效果和質(zhì)量。
參考文獻(xiàn)
[1] 陳雷等.彈藥檢測(cè)技術(shù)[M].石家莊:軍械工程學(xué)院出版社,2007.
篇（6）
驗(yàn)證性虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程
(1)驗(yàn)證性虛擬實(shí)驗(yàn)網(wǎng)頁組成驗(yàn)證性虛擬生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的網(wǎng)頁頁面由圖1所示。(2)實(shí)驗(yàn)例證基因體外擴(kuò)增技術(shù)(PCR實(shí)驗(yàn))①原理:先圖示或動(dòng)畫PCR原理、過程和應(yīng)用，并解釋相關(guān)概念，包括引物、DNA聚合酶、核苷酸、模板等基本概念。②樣品、材料準(zhǔn)備:包括相關(guān)試劑、PCR儀、手套、無菌操作臺(tái)、槍、槍頭等，并配上相關(guān)圖片。③PCR擴(kuò)增:包含PCR過程、結(jié)果，用動(dòng)畫和圖片，充分讓學(xué)生了解其原理和過程。④PCR結(jié)果檢測(cè):對(duì)出現(xiàn)的結(jié)果分別進(jìn)行分析。有單一條帶是表明PCR是特異性擴(kuò)增，無條帶可能是什么原因，條帶不單一可能是什么原因，每一結(jié)果都用不同的圖片來顯示給實(shí)驗(yàn)者，讓學(xué)生在虛擬情況下就能分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。用虛擬PCR儀代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器來進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，觀察和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合實(shí)驗(yàn)圖片或動(dòng)畫將每個(gè)步驟的過程展現(xiàn)給實(shí)驗(yàn)者，把每個(gè)步驟中容易出錯(cuò)的部分給標(biāo)記出來，并對(duì)實(shí)驗(yàn)的不同結(jié)果進(jìn)行分析，這樣能有效地幫助學(xué)生理解問題并對(duì)錯(cuò)誤操作有感性認(rèn)識(shí)。
綜合性虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)組成
虛擬實(shí)驗(yàn)室也可增加綜合性實(shí)驗(yàn)。在虛擬實(shí)驗(yàn)室中，嘗試用已有的報(bào)道的研究資料作為綜合實(shí)驗(yàn)的來源。將生物實(shí)驗(yàn)研究的學(xué)習(xí)置于探究的背景下，將綜合性實(shí)驗(yàn)已有報(bào)道看成“問題是什么”，“用何種實(shí)驗(yàn)?zāi)芑卮疬@個(gè)問題”，“如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證”，也就是“What?How?Why?”從而重視在探究過程中獲得綜合素質(zhì)的提高，使科學(xué)知識(shí)能在不斷的設(shè)問中得到升華。(1)綜合性虛擬實(shí)驗(yàn)網(wǎng)頁組成本實(shí)驗(yàn)室所作的綜合性實(shí)驗(yàn)網(wǎng)頁如圖2所示。其中研究文獻(xiàn)包括本實(shí)驗(yàn)的研究報(bào)告及相關(guān)文獻(xiàn)。綜合性實(shí)驗(yàn)還可通過讓學(xué)生自由選題，設(shè)定實(shí)驗(yàn)方案后，利用虛擬儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并作出結(jié)果預(yù)測(cè)，從而來提高學(xué)生的創(chuàng)新和科研能力。(2)實(shí)驗(yàn)例證研究干旱對(duì)植物抗氧化酶的影響［6］。①寫出本實(shí)驗(yàn)的研究背景，研究目的。首先闡明植物受不良外因影響后，會(huì)出現(xiàn)的各種現(xiàn)象。研究干旱地方植物抗旱生理生化狀況，對(duì)干旱地方植被恢復(fù)奠定良好的理論基礎(chǔ)。開展植物抗旱的生理抗(耐)性機(jī)理能為植物物種栽培提供依據(jù)。②列出實(shí)驗(yàn)的假設(shè)，并據(jù)此設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程。植物在不良環(huán)境，會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)生理生化變化，測(cè)定相應(yīng)氣體交換參數(shù)，測(cè)定相關(guān)的抗氧化酶的活性變化。各種抗氧化酶在生物體中的作用，并分別寫出相關(guān)酶的測(cè)定方法。③結(jié)果分析。對(duì)不同狀態(tài)下的結(jié)果進(jìn)行分析。④后續(xù)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)一步完善。對(duì)實(shí)驗(yàn)證明不完善的地方加以分析，并提出完善的方法，運(yùn)用多種實(shí)驗(yàn)方法加以改進(jìn)研究。本實(shí)驗(yàn)則可以在測(cè)定生理生化變化后，進(jìn)一步進(jìn)行基因表達(dá)的研究，檢測(cè)不同條件下基因表達(dá)的變化。再將相關(guān)的文獻(xiàn)附上［7－9］，即可讓學(xué)生明白研究具體課題的一個(gè)基本步驟，為其今后的科研打下良好的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。本實(shí)驗(yàn)室的綜合性實(shí)驗(yàn)包括植物的抗氧化酶研究、內(nèi)生菌的抗菌物質(zhì)提取、多糖的抗腫瘤研究等8個(gè)實(shí)驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn)，通過選取不同的實(shí)驗(yàn)材料，采用不同的實(shí)驗(yàn)方法，讓學(xué)生對(duì)科學(xué)研究的過程有一個(gè)深入的了解，能彌補(bǔ)簡單的獨(dú)立實(shí)驗(yàn)不足，對(duì)學(xué)生今后的更進(jìn)一步的深造打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，效果顯著。學(xué)生普遍反映對(duì)其生物化學(xué)知識(shí)有了深入的了解，并對(duì)科研論文有了基本認(rèn)識(shí)，提高了學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力與實(shí)際動(dòng)手能力。
虛擬實(shí)驗(yàn)視頻
篇（7）
實(shí)驗(yàn)一直都是與教學(xué)息息相關(guān)的重要活動(dòng)之一。它可以使學(xué)生更好地感受、理解知識(shí)的產(chǎn)生和發(fā)展過程,讓枯燥的理論知識(shí)變得形象,易于理解。實(shí)驗(yàn)不僅能幫助學(xué)生鞏固理論知識(shí),提高通過實(shí)驗(yàn)手段探索科學(xué)知識(shí)的能力,還能激發(fā)學(xué)生探索未知世界的興趣,增強(qiáng)創(chuàng)新能力。然而,當(dāng)前實(shí)驗(yàn)方面存在的諸多難題卻嚴(yán)重限制了教學(xué)質(zhì)量的提高。如實(shí)驗(yàn)成本過高,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的儀器和設(shè)備往往代價(jià)昂貴,實(shí)驗(yàn)材料也比較貴,而且有些實(shí)驗(yàn)儀器損耗較大,需要經(jīng)常更新。而許多學(xué)校在實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)上又捉襟見肘,要么是實(shí)驗(yàn)配套的設(shè)備和儀器不完善,要么就是儀器設(shè)備陳舊過時(shí)。即使有完善的較新的實(shí)驗(yàn)設(shè)備,傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)在空間和時(shí)間上的限制也可能無法滿足大量學(xué)生同時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的需要。為了緩解實(shí)驗(yàn)教學(xué)的壓力,提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量,可以采用虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)來輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展。
一、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) (ⅵrnjal reaj時(shí),簡稱 vr技術(shù))出現(xiàn)于 20世紀(jì) 60年代,隨著處理器技術(shù)的大幅度提高以及圖形繪制技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、傳感技術(shù)的發(fā)展,近幾十年來在國內(nèi)外形成了對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)的研究熱潮。
虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)提供了一種先進(jìn)的人機(jī)界面,它通過為用戶提供視覺、聽覺、觸覺等直觀而自然的實(shí)時(shí)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(fù)擔(dān),提高了系統(tǒng)的工作效率。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有 3個(gè)突出特征:沉浸性、交互性、想象性。
虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)由兩部分組成:一部分為創(chuàng)建的虛擬環(huán)境,另一部分為介入者。虛擬現(xiàn)實(shí)的核心是強(qiáng)調(diào)兩者之間的交互操作,即反映出人在虛擬環(huán)境中的體驗(yàn)。我們可以給出如圖 1的虛擬現(xiàn)實(shí)的概念模型。
二、虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
1.虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的特點(diǎn)
(1)共享程度高。虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)在地域和時(shí)間上的限制,它不僅可以接受本地用戶的訪問,有訪問權(quán)限的異地用戶也可以使用系統(tǒng)。并且也無需考慮使用時(shí)間的問題,實(shí)驗(yàn)者可以隨時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)為用戶提供了一個(gè)可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)訪問的實(shí)驗(yàn)環(huán)境,極大地提高了信息與實(shí)驗(yàn)資源的共享程度。
(2)強(qiáng)大的交互能力。為了向用戶提供一個(gè)逼真的實(shí)驗(yàn)環(huán)境,虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)往往都具有強(qiáng)大的交互能力,實(shí)驗(yàn)者和虛擬實(shí)驗(yàn)對(duì)象之間可以通過鼠標(biāo)的點(diǎn)擊或者拖曳操作進(jìn)行交互,實(shí)驗(yàn)者可以實(shí)時(shí)地觀看實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
(3)支持協(xié)作。虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提供了多種方式來完成用戶間的信息交流。
2.虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的建模
如何構(gòu)建教學(xué)型虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),使其能夠擁有豐富的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容表現(xiàn)方式、提供形象生動(dòng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,讓讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)從感知到理解的過程,一直是研究教學(xué)型虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的熱點(diǎn)問題之一。
虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的構(gòu)建是將多種技術(shù)綜合運(yùn)用,首先構(gòu)建實(shí)驗(yàn)過程所需要的各種儀器設(shè)備,對(duì)于場(chǎng)景進(jìn)行建模。三維虛擬場(chǎng)景模塊的建立是以某一實(shí)景為基礎(chǔ)的,因此在虛擬場(chǎng)景建模之前需要對(duì)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境進(jìn)行實(shí)地考察并對(duì)建筑物進(jìn)行篩選,從而構(gòu)建具有真實(shí)感的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。對(duì)于儀器設(shè)備完全用ⅵ ml語言建立復(fù)雜的三維模型是相當(dāng)煩瑣的,而且建模方法缺乏直觀性,而3dsmax強(qiáng)大的三維建模功能以及對(duì)具有轉(zhuǎn)換為v文件格式輸出的功能,使其在三維虛擬場(chǎng)景中廣泛應(yīng)用。我們?cè)趯?shí)際的建模過程中根據(jù)要建立模型的特點(diǎn)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(duì)于復(fù)雜場(chǎng)景則采用3dsmax建模后以vrmi,文件格式輸出。當(dāng)然在虛擬實(shí)驗(yàn)的建模過程中的龐大建模工作量對(duì)軟件的建模效率以提出了很高的要求,于是,在該建模過程中我還采用了高效的照片建模軟件canoma,canoma是metacreations公司 (即現(xiàn)在的vie、vpoint公司)的軟件產(chǎn)品,利用它可以讓我們無需建模,即可直接從一張或幾張照片制作三維模型,因?yàn)槭褂谜鎸?shí)照片直接生成三維模型,所以效果非常真實(shí);而且cailoma可生成網(wǎng)絡(luò)使用的vrm,文件格式。為了能夠反映真實(shí)儀器設(shè)備的特性,有時(shí)還采用flash技術(shù)來達(dá)到儀器設(shè)備外觀的逼真性,并提供一些基本的交互。
3.虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的交互
交互性是虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要問題。一類是用戶在瀏覽場(chǎng)景的時(shí)候,主要的輸入設(shè)備就是鼠標(biāo),這時(shí)候檢測(cè)器實(shí)際上是檢測(cè)用戶對(duì)于鼠標(biāo)的各種操作動(dòng)作,如鼠標(biāo)的單擊、指向、拖動(dòng)等等,從而場(chǎng)景做出相應(yīng)的反應(yīng)。檢測(cè)這類動(dòng)作的監(jiān)測(cè)器是接觸型監(jiān)測(cè)器。描述這類監(jiān)測(cè)器的節(jié)點(diǎn)有接觸監(jiān)測(cè)器節(jié)點(diǎn)touchsensor以及planesensor節(jié)點(diǎn)、spheresensor節(jié)點(diǎn)、cylindersens0r節(jié)點(diǎn);另一類是用戶和場(chǎng)景中某對(duì)象接近的程度,對(duì)象做出相應(yīng)的反應(yīng),使得用戶和虛擬對(duì)象之間形成交互。
將所有儀器設(shè)備成功地加入到場(chǎng)景當(dāng)中之后,用戶應(yīng)該可以隨意地拿起自己需要的實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn),所以要提供用戶選取實(shí)驗(yàn)器材的接口。當(dāng)用戶在選擇某件儀器,為了提供給用戶選擇的接口,我們?cè)趯?shí)驗(yàn)儀器原型中設(shè)計(jì)了供用戶選擇的按鈕。如果選中時(shí)就可以點(diǎn)擊按鈕“tal(e ,無需使用就只要點(diǎn)擊“放回”按鈕。由于用戶需要與系統(tǒng)進(jìn)行交互,同時(shí)系統(tǒng)需要根據(jù)用戶的選擇與后臺(tái)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行通信,因此我們使用java applet。applet具有 良好的網(wǎng)絡(luò)傳輸透明性,圖2顯示了瀏覽器通過appl 訪問數(shù)據(jù)庫的整個(gè)過程 。
三、虛擬實(shí)驗(yàn)集成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
1.軟件程序集成
軟件程序是虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的重要內(nèi)容,是系統(tǒng)的靈魂所在。在虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中,我們將軟件程序部分按照層次化和模塊化的設(shè)計(jì)模式進(jìn)行集成。集成化的軟件程序依據(jù)集成度的大小分為不同層次的模塊,分屬不同層次的模塊充分體現(xiàn)了整體和部分的關(guān)系,各模塊都可以看成是下一層次多個(gè)模塊集成的整體,每一個(gè)模塊又都可以看成是上一層次模塊中的一部分,各層次之間互為整體和部分的關(guān)系為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)架提供了靈活的方式。
2.系統(tǒng)功能集成
系統(tǒng)功能集成是建立在軟件程序集成的基礎(chǔ)之上的,系統(tǒng)功能集成是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)集成的重要體現(xiàn),系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的有效集成度是系統(tǒng)功能集成的重要基礎(chǔ)。在虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中,軟件程序的集成保證了系統(tǒng)功能在不同層面上的集成度和在各層面之間的靈活性。以不同集成度來形成的系統(tǒng)功能整體在系統(tǒng)構(gòu)建、修改、維護(hù)等方面起到了重要的結(jié)構(gòu)化支持作用。
3.儀器軟面板集成
儀器軟面板是虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的重要特色之一。在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中,儀器設(shè)備一般會(huì)自帶一個(gè)顯示屏,以及相關(guān)的操作組件和按鈕來形成一個(gè)操作面板,這個(gè)面板的形式以及各組件和按鈕的功能是固定的,不能修改和設(shè)置。在虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中,各種儀器設(shè)備的操作面板集中顯示在計(jì)算機(jī)的顯示屏幕上,這種面板由軟件程序來形成和設(shè)置,由鍵盤、鼠標(biāo)以及其他的外部輸入設(shè)備來控制,面板的形式以及各組件和按鈕的功能可以根據(jù)需要自定義,可以將多個(gè)儀器的面板組合在一起,也可以將某一個(gè)儀器的面板簡化。儀器軟面板形式和功能上的這種靈活性正是系統(tǒng)集成度的體現(xiàn)。
4。網(wǎng)絡(luò)集成
網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)使得分布式結(jié)構(gòu)成為可能。在虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中,我們通過網(wǎng)絡(luò)可以突破時(shí)間和空間的限制,將更多的協(xié)議方和操作方以一定的集成度集成在一起,共同完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。我們?cè)谡劶尚缘膯栴}的時(shí)候,一定是和相應(yīng)的分散度聯(lián)系在一起的,就如同整體和部分之間的關(guān)系,每一個(gè)整體都可以看作更大的整體的一部分,而每一個(gè)部分又都可以看成更多小部分的整體。網(wǎng)絡(luò)的分布式保證了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的集成性。
四、虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)
從虛擬實(shí)驗(yàn)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀需求出發(fā),其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
1.資源開放
從虛擬實(shí)驗(yàn)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)角度來看,實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的有效資源全部開放,這使得實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目從開發(fā)到操作,再到后期數(shù)據(jù)處理與實(shí)驗(yàn)課程的復(fù)習(xí)全部開放給學(xué)生,學(xué)生可以利用系統(tǒng)軟件程序模塊和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)模板等幫助實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的形成與開發(fā);利用數(shù)據(jù)分析與處理工具包進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析與處理,獲得規(guī)律性認(rèn)識(shí):教師的指導(dǎo)性意見、學(xué)生的交流信息和實(shí)驗(yàn)故障和誤差分析等信息資料,可以幫助學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課程總結(jié)和復(fù)習(xí)中取長補(bǔ)短、鞏固知識(shí)。
2.組織形式開放
虛擬實(shí)驗(yàn)將實(shí)驗(yàn)資源、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開發(fā)和實(shí)驗(yàn)操作等網(wǎng)絡(luò)化、平臺(tái)化,因此實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、時(shí)間以及地點(diǎn)等組織形式是開放的具備可選擇性。針對(duì)目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要跨學(xué)科、跨地域、多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)同時(shí)開展等現(xiàn)狀要求,虛擬實(shí)驗(yàn)所具備的組織形式開放性為實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的擴(kuò)展提供了技術(shù)準(zhǔn)備。
3.對(duì)象開放
虛擬實(shí)驗(yàn)的網(wǎng)絡(luò)功能能夠根據(jù)不同的對(duì)象設(shè)置不同權(quán)限的系統(tǒng)身份,實(shí)驗(yàn)參與人員各取所需,實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)和交流的目的。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,對(duì)象的身份基本分為三種層次和三種身份。三種層次指的是系統(tǒng)管理員、教師和技術(shù)人員、學(xué)生。三種身份是針對(duì)學(xué)習(xí)者而言的:實(shí)驗(yàn)課程參與者、遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)者、實(shí)驗(yàn)愛好和探索者。
五、總結(jié)
本文將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)引入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中,這在一定得程度上提高了實(shí)驗(yàn)的開放程度,降低了實(shí)驗(yàn)的成本,較好地激發(fā)了學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的興趣和主觀能動(dòng)性,但在虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)置過程中的交互問題仍是一個(gè)值得探討和研究的主要問題。
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篇（8）
（2）構(gòu)建“三層次、五模塊”的實(shí)踐教學(xué)體系。建立基于網(wǎng)絡(luò)管理的“基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練”“專業(yè)綜合能力訓(xùn)練”和“設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力訓(xùn)練”三層次和“驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)性與創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)跨課程綜合性實(shí)驗(yàn)藝術(shù)創(chuàng)作（工程設(shè)計(jì)）能力實(shí)訓(xùn)集成創(chuàng)新實(shí)踐（創(chuàng)作、研究開發(fā)）”五模塊的實(shí)踐教學(xué)體系。
（3）夯實(shí)基礎(chǔ)，強(qiáng)化創(chuàng)新，多方位拓展和豐富實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，重塑學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)。創(chuàng)建本科生科研訓(xùn)練、實(shí)驗(yàn)室開放和學(xué)科競(jìng)賽項(xiàng)目，并將其作為實(shí)踐教學(xué)的重要內(nèi)容。積極開展項(xiàng)目教學(xué)，推進(jìn)產(chǎn)學(xué)研合作。將三類項(xiàng)目與相關(guān)課程相結(jié)合，突破傳統(tǒng)內(nèi)容局限，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的緊密融合。
（4）搭建貫穿人才培養(yǎng)全過程，多方協(xié)同、資源共享、產(chǎn)學(xué)研合作的“大實(shí)踐”平臺(tái)。將相關(guān)實(shí)驗(yàn)室和工作室、大學(xué)生創(chuàng)意工廠、市級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心、校級(jí)科研和學(xué)科競(jìng)賽基地等校內(nèi)資源與校外人才培養(yǎng)基地等資源進(jìn)行有機(jī)整合。
篇（9）
實(shí)驗(yàn)教學(xué)是課程改革的重要內(nèi)容，必須緊緊圍繞教育改革和發(fā)展的大局。“十二五”期間，浙江教育發(fā)展的主要任務(wù)是全面加強(qiáng)內(nèi)涵建設(shè)。對(duì)此，我們?cè)谕七M(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作中，緊扣下一步浙江教育發(fā)展面臨的質(zhì)量、公平兩大中心任務(wù)，注重實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)化和多樣化，注重對(duì)教育技術(shù)環(huán)境的構(gòu)建。
強(qiáng)化政策引領(lǐng) 2010年，浙江省省委、省政府印發(fā)《浙江省中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》，提出要“緊緊圍繞解決培養(yǎng)什么人、怎樣培養(yǎng)人這一教育核心問題，堅(jiān)定不移地推進(jìn)素質(zhì)教育，切實(shí)增強(qiáng)學(xué)生勇于探索的創(chuàng)新精神和善于解決問題的實(shí)踐能力”，并提出要“構(gòu)建更有效的教育技術(shù)支撐基礎(chǔ)”。2011年，浙江省率先教育信息化專項(xiàng)規(guī)劃——《浙江省教育信息化“十二五”發(fā)展規(guī)劃》，要求加強(qiáng)和完善學(xué)校教育信息化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，應(yīng)用信息技術(shù)手段加強(qiáng)對(duì)傳統(tǒng)教室、功能室和實(shí)驗(yàn)室的改造，并積極探索與推進(jìn)基于移動(dòng)終端、3G技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和下一代互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、虛擬實(shí)驗(yàn)、電子書包和移動(dòng)學(xué)習(xí)等現(xiàn)代信息化教學(xué)學(xué)習(xí)方式。
突出實(shí)驗(yàn)室多樣化發(fā)展 為滿足新課程改革和素質(zhì)教育的需求，我們以促進(jìn)多樣發(fā)展為基本理念，自2009年開始啟動(dòng)實(shí)施了中小學(xué)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)工程，按照“實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室多樣化建設(shè)和基礎(chǔ)教育裝備達(dá)標(biāo)建設(shè)”的基本思路，開展了標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)驗(yàn)室、中小學(xué)科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)室、高中新課程配套實(shí)驗(yàn)室、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室等建設(shè)項(xiàng)目，服務(wù)教育均衡和多樣化發(fā)展。2012年，專門組織力量修訂了《浙江省中小學(xué)教育技術(shù)裝備標(biāo)準(zhǔn)》，遵循“必配標(biāo)準(zhǔn)化、選配多樣化”的基本理念，對(duì)各類實(shí)驗(yàn)室建設(shè)提出了具體技術(shù)要求，為學(xué)校教育技術(shù)裝備提供了有效指導(dǎo)。2013年，浙江省在為全省義務(wù)教育階段中小學(xué)校建設(shè)和更新科學(xué)實(shí)驗(yàn)室和專用功能教室的同時(shí)，為全省民辦外來務(wù)工人員子女學(xué)校配備科學(xué)實(shí)驗(yàn)室，促進(jìn)教育均衡發(fā)展，并為學(xué)校特色發(fā)展和提高教育質(zhì)量提供了有效支撐。
2 緊抓課堂應(yīng)用，深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)
深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的關(guān)鍵在于促進(jìn)技術(shù)與課堂教學(xué)的融合。近年來，浙江省堅(jiān)持以新課程標(biāo)準(zhǔn)提出的三維目標(biāo)為基本要求，積極探索新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備、新材料在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用，著力在“改變實(shí)驗(yàn)裝置、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境、轉(zhuǎn)變實(shí)驗(yàn)方式”等方面下功夫，深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)。
優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，突破教學(xué)難點(diǎn) 實(shí)驗(yàn)教學(xué)的成效如何，關(guān)鍵在于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)往往受實(shí)驗(yàn)設(shè)備等客觀因素的影響，難以形象、生動(dòng)地呈現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)、創(chuàng)設(shè)學(xué)生自主探究的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。技術(shù)環(huán)境的更新和配備，為實(shí)現(xiàn)優(yōu)化驗(yàn)設(shè)計(jì)創(chuàng)設(shè)了條件。如應(yīng)用新材料可以改進(jìn)實(shí)驗(yàn)器材，將光傳輸、熱傳導(dǎo)等原來實(shí)驗(yàn)難以直觀展現(xiàn)的概念和規(guī)律通過簡便的實(shí)驗(yàn)操作明顯呈現(xiàn)，順利打破了教學(xué)的瓶頸。應(yīng)用新設(shè)備重構(gòu)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，針對(duì)瞬時(shí)速度、靜摩擦力、電場(chǎng)強(qiáng)度、庫侖定律、光彈性形變、渦流的成因、牛頓第二定律、熱力學(xué)第二定律等難以理解的抽象物理概念和規(guī)律，利用傳感器等現(xiàn)代教育技術(shù)裝備優(yōu)化方案設(shè)計(jì)，化無形為有形，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)思維的臺(tái)階，有效降低學(xué)習(xí)難度，突破知識(shí)難點(diǎn)。應(yīng)用新技術(shù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)過程，借助傳感等技術(shù)從定量的角度精細(xì)反映實(shí)驗(yàn)過程中的變化，充分延伸學(xué)生感觀，變傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的不可能為可能，讓學(xué)生在數(shù)字化條件下對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行多角度的感知和多視角的探究。杭州市蕭山區(qū)義蓬小學(xué)利用“溫變油墨”這一新材料，讓學(xué)生直觀地觀察到熱傳導(dǎo)現(xiàn)象；富陽中學(xué)利用傳感器等現(xiàn)代技術(shù)裝備優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，研發(fā)了100多個(gè)與新課程高中物理教學(xué)配套的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，有效突破了教學(xué)難點(diǎn)。
創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境，提高教學(xué)效果 新技術(shù)，特別是信息技術(shù)的應(yīng)用，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)中實(shí)驗(yàn)情境的創(chuàng)設(shè)提供了有效方法。如應(yīng)用多媒體輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以直觀展現(xiàn)抽象的知識(shí)，不僅用圖形、圖像、動(dòng)畫、聲音、和色彩等方式向?qū)W生提供豐富的感性材料，還用二維和三維的圖像、動(dòng)畫進(jìn)行模擬，從而把文字材料獲得的抽象概念具體化，把難以想象的微觀世界宏觀化、把難以演示的實(shí)驗(yàn)形象化。應(yīng)用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生展現(xiàn)理想狀態(tài)下的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，突破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)在時(shí)間、空間和器材等方面的限制，讓原來不讓做、不便做和不能做的實(shí)驗(yàn)得以生動(dòng)展現(xiàn)。應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)設(shè)特定教學(xué)情景，使學(xué)生突破時(shí)空限制，產(chǎn)生“超越現(xiàn)實(shí)、身臨其境”的感受和體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)情景互動(dòng)教學(xué)。溫州市龍灣中學(xué)借助谷歌地球開展地理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，將地球玩轉(zhuǎn)于手掌間，有效提升教學(xué)質(zhì)量；湖州市安吉縣孝豐鎮(zhèn)中學(xué)利用三維虛擬顯示技術(shù)開展“食物的消化與吸收”等實(shí)驗(yàn)教學(xué)，化靜為動(dòng)，讓學(xué)生如身臨其境般地進(jìn)行直觀感受，有效激發(fā)學(xué)生興趣，提高教學(xué)效果。
創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑囵B(yǎng)探究能力 實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo)除了知識(shí)和技能的培養(yǎng)外，更重要的是對(duì)學(xué)生解決問題的能力和方法的培養(yǎng)。多年來，我們積極探索利用新技術(shù)、新設(shè)備，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方式，倡導(dǎo)參與式、啟發(fā)式、探究式、討論式教學(xué)。如應(yīng)用數(shù)碼顯微技術(shù)，為教師和學(xué)生提供高清晰度、多畫面、無延遲的交互式實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，變傳統(tǒng)的、孤立的實(shí)驗(yàn)觀察為生生、師生之間的信息共享與合作探究；應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算技術(shù)，自動(dòng)采集校園內(nèi)各種動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)并進(jìn)行智能分析，為學(xué)生構(gòu)建開放、有序的自主探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境；應(yīng)用二維碼等現(xiàn)代信息技術(shù)，使實(shí)驗(yàn)探究走出校園，通過家校聯(lián)動(dòng)等方式，讓學(xué)生針對(duì)生活、學(xué)習(xí)中遇到的科學(xué)問題自發(fā)開展各種小課題研究；應(yīng)用信息化管理手段，對(duì)實(shí)驗(yàn)室實(shí)行開放管理，讓學(xué)生進(jìn)行自主設(shè)計(jì)并開展實(shí)驗(yàn)探究，探索建立自助式實(shí)驗(yàn)運(yùn)作方式和評(píng)價(jià)體系。德清縣德清一中開展自助式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，讓學(xué)生進(jìn)行自主設(shè)計(jì)并開展實(shí)驗(yàn)探究；嘉興市實(shí)驗(yàn)小學(xué)借助二維碼和無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，指導(dǎo)學(xué)生開展課題研究，為學(xué)生自主探究校園樹木提供便捷學(xué)習(xí)方法的同時(shí)，培養(yǎng)創(chuàng)新思維、溝通協(xié)調(diào)和團(tuán)隊(duì)合作能力。
3 加強(qiáng)組織管理，保障教學(xué)成效
嚴(yán)把教學(xué)儀器質(zhì)量關(guān) 教學(xué)儀器設(shè)備是實(shí)施實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)和條件保障，其本質(zhì)是一種教學(xué)設(shè)計(jì)，宗旨是滿足教學(xué)需求、提高教育質(zhì)量。因此，教學(xué)儀器設(shè)備質(zhì)量的優(yōu)劣直接關(guān)系到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。自2009年開始，我們建立了教學(xué)儀器產(chǎn)品教育適應(yīng)性評(píng)審制度，對(duì)教學(xué)儀器設(shè)計(jì)方案、安全性能、材料工藝和實(shí)驗(yàn)效果進(jìn)行第三方評(píng)審，確保優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品進(jìn)校園、進(jìn)課堂。同時(shí)，針對(duì)教學(xué)儀器采購的實(shí)際困難，我們?cè)诓粩嗵剿鞯幕A(chǔ)上，構(gòu)建了教學(xué)儀器設(shè)備政府采購整體解決方案，提出了“公開招標(biāo)、資質(zhì)入圍——網(wǎng)上競(jìng)價(jià)、擇優(yōu)選用——合同簽訂、集中配送——驗(yàn)收結(jié)算、綜合評(píng)價(jià)”的政府采購整體思路，開通了普教儀器政府采購協(xié)議平臺(tái)，有效避免了教學(xué)儀器設(shè)備政府采購中存在的程序合法但結(jié)果不公等問題，最大限度保證了政府采購效益。
篇（10）
中圖分類號(hào): O423.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1007-3973 (2010) 07-162-02
1大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀
物理學(xué)是探索物質(zhì)世界奧秘的基礎(chǔ)學(xué)科,而物理實(shí)驗(yàn)是本科生進(jìn)入大學(xué)后系統(tǒng)學(xué)習(xí)科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想、方法和技術(shù)的入門課程,它在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力、打造綜合型的高素質(zhì)創(chuàng)新人才過程中有著不可替代的重要作用。而目前高校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程主要以“教師理論講解、操作演示―學(xué)生動(dòng)手操作、完成實(shí)驗(yàn)”的模式進(jìn)行。這種方式利于學(xué)生在有限的實(shí)驗(yàn)課時(shí)內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)任務(wù),但不利于學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng),不能調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性,學(xué)生只需按部就班、循規(guī)蹈矩、被動(dòng)模仿就可完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。而教育的根本目的是培養(yǎng)高素質(zhì)的創(chuàng)造性人才,現(xiàn)行的教學(xué)模式與教育的這一目的相距深遠(yuǎn)。
科技的進(jìn)步對(duì)教育提出了越來越高的要求,學(xué)校對(duì)人才的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力的培養(yǎng)也必將是一種趨向個(gè)性化的教育,而傳統(tǒng)教育資源的匱乏和教育模式的陳舊呆板制約了“自主學(xué)習(xí)”和“個(gè)性化教育”的廣泛推行,這也是教學(xué)改革深入發(fā)展的瓶頸之一。
傳授學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)知識(shí)、實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)只是物理實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容之一,而創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新思維和創(chuàng)造能力的開發(fā)與培養(yǎng)則是教育更本質(zhì)、更核心的內(nèi)容。我們當(dāng)前處于一個(gè)信息化的時(shí)代,各種信息的飛速膨脹使得我們完全有可能探索出一種以能力培養(yǎng)為主線,分層次、多模塊,符合現(xiàn)代先進(jìn)教育思想的開放的新的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式和體系。
2開放的嵌入式和交互式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)
NI ELVIS是由美國國家儀器有限公司(National Instruments, 簡稱NI)的設(shè)計(jì)與原型開發(fā)平臺(tái)的新版本,被全球眾多教師應(yīng)用于動(dòng)手實(shí)驗(yàn)和項(xiàng)目學(xué)習(xí)中。它基于強(qiáng)大的LabVIEW圖形化系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件與課程資源套件結(jié)合在一起使用,可以為科學(xué)和工程實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)建了理想的動(dòng)手平臺(tái)。我們可以根據(jù)物理實(shí)驗(yàn)本身的需求,為學(xué)生提供了使用NI ELVIS在交互式環(huán)境中對(duì)概念進(jìn)行探索和設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)。”
本教學(xué)方式是在開發(fā)虛擬實(shí)驗(yàn)軟件的基礎(chǔ)上,依據(jù)NI ELVIS自身的特點(diǎn)與功能,構(gòu)建一種開放的嵌入式和能實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。該平臺(tái)將具備以下特點(diǎn):
(1)形象、直觀、操作方便、簡化了實(shí)驗(yàn)室的配置,并且加深了學(xué)生對(duì)嵌入式和開放式創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的理解”。
(2)適合全方位開放、功能強(qiáng)大可以與多種應(yīng)用軟件和硬件連接。
(3)開放式的操作平臺(tái),學(xué)生可以選作自己感興趣的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、可以和各種硬件和傳感器連接進(jìn)行自主設(shè)計(jì)和嵌入,從而完成創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,可實(shí)現(xiàn)自主、交互與創(chuàng)新的教學(xué)模式。
(4)教師和學(xué)生利用NI ELVIS可以在仿真數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)之間進(jìn)行切換,使用同一個(gè)儀器查看仿真數(shù)據(jù)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),在仿真或測(cè)試中利用單一平臺(tái)查看電路設(shè)計(jì)過程的整體情況――從設(shè)計(jì)與原型開發(fā)直至實(shí)現(xiàn)階段。
平臺(tái)建設(shè)的成功,將會(huì)實(shí)現(xiàn)學(xué)生真正的以興趣為導(dǎo)向選擇自己的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,使實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容在時(shí)間和空間上得到延伸,從而開創(chuàng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新模式,為其他教師進(jìn)行多元化教學(xué)模式的探索提供新的教學(xué)研究平臺(tái)。
另外,我校物理實(shí)驗(yàn)中心多年以來積極開展教學(xué)改革與實(shí)驗(yàn)室建設(shè),積累了豐富的經(jīng)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)中心在人員、設(shè)備、場(chǎng)地及時(shí)間等方面具有足夠的條件保障,能夠確保這種嵌入式、交互式實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)順利構(gòu)建和新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的改革和探索。
3嵌入式和交互式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施
開放的嵌入式和交互式實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的探索與建設(shè)符合大學(xué)教學(xué)改革要求,在內(nèi)容和形式上有創(chuàng)新,并有充分的條件保障支持,能夠順利地進(jìn)行并圓滿完成。它的建設(shè)成功必將對(duì)促進(jìn)教學(xué)信息化建設(shè)的改革進(jìn)程具有很重要的參考意義和價(jià)值。
3.1具體改革內(nèi)容、改革目標(biāo)和擬解決的關(guān)鍵問題
改革的內(nèi)容:借鑒國內(nèi)外著名高校改革的經(jīng)驗(yàn),整合現(xiàn)有的教學(xué)資源,優(yōu)化教學(xué)形式。先用LabVIEW開發(fā)出一系列的可與其它軟件兼容并可和其它硬件、傳感器相連接的物理虛擬實(shí)驗(yàn),如霍爾效應(yīng)、綜合光學(xué)等實(shí)驗(yàn),然后在此基礎(chǔ)上與ELVIS系統(tǒng)整合一起,搭建開放的交互式實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。學(xué)生在了解實(shí)驗(yàn)的物理原理的基礎(chǔ)上建立相應(yīng)的實(shí)際物理實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃蛯?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)電路。這些初期的模型和電路當(dāng)做一個(gè)可以兼容的實(shí)驗(yàn)?zāi)K,以后做相關(guān)實(shí)測(cè)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候可以直接拿來使用。
本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的一個(gè)突出特點(diǎn)就是可以實(shí)現(xiàn)物理實(shí)驗(yàn)的虛擬演示和實(shí)際信號(hào)采集相結(jié)合,培養(yǎng)“虛實(shí)結(jié)合”的教學(xué)理念。其中“虛”就是只需一臺(tái)計(jì)算機(jī)而不需要其它任何實(shí)驗(yàn)設(shè)備就可完成相應(yīng)物理實(shí)驗(yàn)的虛擬演示與操作;“實(shí)”就是該平臺(tái)輔以相應(yīng)的硬件設(shè)施又可以完成真實(shí)的實(shí)驗(yàn)。例如,光的衍射實(shí)驗(yàn),我們可以在開發(fā)的實(shí)驗(yàn)軟件上用虛擬的激光演示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,又可以直接通過ELVIS對(duì)實(shí)際的激光信號(hào)進(jìn)行采集,從而完成實(shí)際的激光衍射實(shí)驗(yàn)。“虛實(shí)結(jié)合”體現(xiàn)了該教學(xué)平臺(tái)的開放性與自主性。
改革目標(biāo)是在開發(fā)該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的基礎(chǔ)上,探索出一種更靈活、更能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性的符合現(xiàn)代教育思想的新的教學(xué)模式。要使平臺(tái)體現(xiàn)真正的開放性與自主性,讓學(xué)生真正的參與設(shè)計(jì)新實(shí)驗(yàn)、拓展實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的外延性,設(shè)計(jì)一些與學(xué)生自己專業(yè)相近或者興趣相關(guān)的實(shí)驗(yàn)課題。這必將促使對(duì)新教學(xué)模式和教學(xué)理念做一些有益的嘗試與探索。這里,需要解決的關(guān)鍵問題是如何改變學(xué)生固有的對(duì)實(shí)驗(yàn)教師指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)的依賴性,如何培養(yǎng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和參與性;另外,改變實(shí)驗(yàn)老師傳統(tǒng)的“保姆式”的教學(xué)思維和理念也是一個(gè)關(guān)鍵的問題。
3.2實(shí)施方案、實(shí)施方法、具體實(shí)施計(jì)劃及可行性分析
在確定一系列的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和內(nèi)容后,再開發(fā)相應(yīng)的虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和平臺(tái)后,而后在實(shí)驗(yàn)中心或者學(xué)校網(wǎng)站的公告欄里張貼出新實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的特征和特色,闡述新實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式自主性、靈活性和開放性。讓學(xué)生以興趣為導(dǎo)向,在完全開放和自愿的前提下自主報(bào)名參加新模式的教學(xué)效果嘗試。教學(xué)結(jié)束后,以問卷的形式在報(bào)名的學(xué)生中間,調(diào)查新模式的教學(xué)效果,由受教育的主體來檢驗(yàn)新的教學(xué)平臺(tái)和模式在提高他們創(chuàng)新意識(shí)和自主動(dòng)手能力是否方面卓有成效。
因?yàn)樾陆虒W(xué)平臺(tái)和教學(xué)模式的實(shí)施方案中淡化了傳統(tǒng)教學(xué)中“教”與“學(xué)”某種程度上的對(duì)立,注重了學(xué)生的個(gè)性和興趣,所以在理論上都有很大的可行性。
目前,全國多數(shù)高校中,實(shí)驗(yàn)教學(xué)突出了教師的主導(dǎo)性,忽略了學(xué)生的主體性;同時(shí)由于授課內(nèi)容的整齊劃一,很難提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,從而削弱了學(xué)生自主動(dòng)手和自我思考的能力。
這種教學(xué)方式的特色與創(chuàng)新之處在于試圖改變這一狀況:
(1)試圖通過引導(dǎo)性的授課方式代替灌輸式的上課模式。
(2)試圖改變和完善傳統(tǒng)的教育模式,推行以學(xué)生興趣為導(dǎo)向的個(gè)性化教育。
(3)試圖引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題進(jìn)而達(dá)到尋求問題、解決問題的能力。
(4)試圖通過引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與操作,從而培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、提高學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力,并為學(xué)生主體價(jià)值的自我實(shí)現(xiàn)提供了平臺(tái),
我校物理實(shí)驗(yàn)中心多年以來一直致力于實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與教學(xué)改革,不斷開出新實(shí)驗(yàn),不斷實(shí)踐新的教學(xué)方式及考核方式,不斷對(duì)教學(xué)改革進(jìn)行總結(jié),在1997年與物理教研室聯(lián)合完成〈物理課程改革與建設(shè)〉教改項(xiàng)目,獲省級(jí)教學(xué)成果二等獎(jiǎng)。在2000、2002及2003年完成學(xué)校對(duì)實(shí)驗(yàn)中心的三次投資建設(shè)(共投入470萬元),先后開出5門應(yīng)用技術(shù)課程,開出了近80個(gè)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,完成了實(shí)驗(yàn)課程考核機(jī)制教改項(xiàng)目,并對(duì)實(shí)驗(yàn)室實(shí)行了切實(shí)有效的開放,先后發(fā)表教改論文3篇,編寫教材及講義9種,積累了豐富的教學(xué)改革經(jīng)驗(yàn)。
上述教學(xué)方式的實(shí)施需要實(shí)驗(yàn)中心的人才結(jié)構(gòu)合理,大多數(shù)老師都從事過教育教學(xué)改革方面的研究與探討,并具有豐富的經(jīng)驗(yàn),對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行深入的探討和研究,尤其在儀器的性能控制、維修、改造等方面,具有豐富的經(jīng)驗(yàn)。
河南理工大學(xué)高度重視實(shí)驗(yàn)室建設(shè),大力投入,僅對(duì)物理實(shí)驗(yàn)中心,2000年以來就陸續(xù)投入470萬元用于新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目建設(shè)。新校區(qū)的建設(shè)已基本完成,在人員、場(chǎng)地、設(shè)備等方面均具有優(yōu)良的基礎(chǔ)條件。目前用于實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開發(fā)的軟件和硬件已經(jīng)到位,這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式已經(jīng)取得了非常好的效果!
4總結(jié)
總而言之,開放的嵌入式和交互式實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)具有一下優(yōu)點(diǎn):
(1)由引導(dǎo)性的授課方式代替灌輸式的上課模式。
(2)改變和完善傳統(tǒng)的教育模式,推行以學(xué)生興趣為導(dǎo)向的個(gè)性化教育。
(3)引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題進(jìn)而達(dá)到尋求問題、解決問題的能力。
(4)通過引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與操作,從而培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、提高學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力,并為學(xué)生主體價(jià)值的自我實(shí)現(xiàn)提供了平臺(tái)。
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