虚拟实验教学论文范文

虚拟实验教学论文篇1

【关键词】虚拟实验;教学环境;研究现状;研究趋势;论文

【中图分类号】G434 【文献标识码】A【论文编号】1009―8097(2009)12―0115―04

随着计算机多媒体技术和网络通信技术的迅速发展,信息时代的学习、生活方式都发生了重大变革。作为培养和提高学生动手实践能力、观察能力、分析问题和解决问题能力等方面有着先天优势的实验教学是高校教育改革的关键问题之一。目前,我国传统实验教学环节不足、实验资源不均衡,学生创新能力不足,虚拟实验教学环境研究与建设有利于解决当前实验教学中存在的问题。

为了从整体上把握虚拟实验教学环境发展脉络,拟重点从研究内容入手,探悉虚拟实验教学环境研究现状及发展趋势。虚拟实验教学环境是指开展虚拟实验教学所需要的环境,包括硬件和软件环境两部分。硬件环境包括计算机终端、计算机网络、服务器等,软件环境包括基础软件、虚拟实验教学系统软件、实验教学资源及理论指导等。本文所研究的虚拟实验教学环境是指为开展虚拟实验所搭建的教与学环境,主要指软件方面的环境建设及其应用研究。

一 研究设计与思路

1 研究资料

研究材料来源于“中国知识资源总库”,以“虚拟实验”为关键字进行检索,时间从2005年至2009年1月公开发表的主题中含有“虚拟实验”的期刊论文、会议论文以及学位论文,共437篇,以下从发表时间、研究内容两个维度分别进行统计分析。

2 研究方法与工具

研究材料采用内容分析方法进行研究。内容分析法是对明显的传播内容作客观而又系统的量化,并对量化结果加以描述的一种研究方法。[1]它是教育技术学研究方法的一种,通常是先抽取有代表性的资料样本,然后将资料内容分解为一系列的分析单元,并按预先制定好的分析类别和纬度系统进行评判记录,最终对结果进行统计分析。内容分析法实施步骤包括提出研究问题或假设、抽取样本、选择分析单位、建立分析类目、进行评判记录、定量处理与计算以及解释与检验等几部分。本研究资料采用数据统计工具进行数据管理、统计分析、统计绘图和统计报表。

二 研究结果(即研究现状)分析

1 从时间上看虚拟实验教学环境研究受到的关注程度及其原因

以“虚拟实验”为关键词,时间段分别从1979年到1999年、2000年到2004年、2005年到2009年1月进行检索,题名中包含“虚拟实验”的期刊论文和硕、博学位论文数量如表1所示。从三个时间段检索的论文数量来看,近几年虚拟实验教学环境的研究已经得到了众多学者的广泛关注。可见,对于虚拟实验教学环境的研究已经成为当前教育研究一个新热点,分析其原因是主要信息技术的蓬勃发展已经使部分虚拟实验环境的设计与开发成为现实,并在一定的理论指导下应用于实践,使各类虚拟实验室建设成为可能。而且,虚拟实验环境的研究与实现极大地降低了实验室建设成本,缓解了由于财政压力给实验实训教学环节带来的不利影响,有利于学生实践操作能力的培养,因此,虚拟实验教学环境的研究也就具有了极大的经济效益和社会效益,从而引起了更多学者、专家的关注。

表1 三个时间段检索的论文数量

2 从内容上看虚拟实验教学环境研究的现状及其分析

通过对2005年以来检索的437篇期刊论文、会议论文以及学位论文进行研究内容分析可以发现,虚拟实验教学环境的研究主要集中在以下几个方面:虚拟实验平台与系统的设计与开发、虚拟实验的设计、虚拟实验的教学研究及虚拟实验相关开发技术研究等,在检索的论文中各个方面的研究内容所占比例情况如图1所示。

(1)虚拟实验平台与系统的研究

从图1可以看出,虚拟实验平台与系统设计与开发的研究论文较多,其数量达175篇。可见,计算机技术与网络技术的发展为实验平台和系统的搭建提供了技术支持,虚拟实验的实践研究首先引起了广泛关注。这方面的论文主要是探讨某门课程的虚拟实验平台、系统设计或开发过程,如顾九春等[2]在论文中论述了基于matlab提供的函数和控制系统分析工具箱开发了自动控制原理课程的虚拟实验平台系统,对课程控制系统的设计与开发比较简单,论文中没有进行应用效果的分析。关于虚拟实验平台设计或设计与开发方面的研究论文有66篇。周冬婉[3]在论文中论述了实验系统平台的设计,并实现了简单开发,论文中无应用方面的论述。关于虚拟实验系统的研究论文有109篇。虚拟实验平台、系统研究的论文中进行设计并实现的比较多,在实验中应用的不多,对应用效果分析的就更少了。设计与开发具有开放性、自主性、协作性、交互性以及可扩展性的虚拟实验平台和系统有利于虚拟实验的开展和实施,有利于虚拟实验的共建共享。通过分析以上175篇关于虚拟实验平台和系统研究论文发现,目前虚拟实验平台和系统的开发各自为政,没有统一的规范和标准,很难实现平台和资源的共享。虚拟实验平台和系统的设计与开发研究大都是基于某一门课程实现,开发的技术种类繁多。

图1 虚拟实验研究内容情况

(2)虚拟实验教学研究

虚拟实验教学方面的研究有利于指导虚拟实验教学实践,这方面的研究论文有93篇。教学研究方面的研究内容情况如图2所示,主要包括以下几个方面:虚拟实验理论层次的应用研究,如黄凯旋[4]论述了如何更好地发展实验教学,提出了建立开放式实验与虚拟实验结合的完全开放式实验室,田静[5]在论文中浅谈了虚拟实验在理科实验教学中的应用等;教学模式与方法研究,如朱乾[6]通过“大学物理”虚拟实验系统在实验教学中的应用,对利用虚拟实验教学的教学模式进行了初步的探究,吴伟雄[7]探讨了在电工学教学中采用虚拟实验手段的意义和课堂教学方法等;教学效果分析,如于洪涛等[8]探讨了桌面虚拟实验对言语信息、智慧技能、动作技能学习的作用,最后通过调查问卷法和实验法来验证桌面虚拟实验对言语信息和智慧技能学习的作用,陈柳君[9]探讨了虚拟实验的理论意义,没有具体讨论虚拟实验的应用效果等;其他方面的研究包括虚拟实验的作用、虚实结合的理论探讨与教学改革研究等。关于虚拟实验教学方面的研究,从理论层面探讨的较多,对实际应用效果的研究比较少,这对虚拟实验教学实践而言显然是不够的。

图2 虚拟实验教学研究情况

(3)虚拟实验设计与开发研究

虚拟实验设计的开发是虚拟实验教学开展和实施的前提,这方面的研究论文有74篇。虚拟实验指所有实验过程均在虚拟环境中以虚拟的形式完成,不涉及真实的实验仪器设备的实验,目前虚拟实验的主要形式有实验演示、仿真实验、虚拟仪器三种。[10]其中实验演示主要演示实验的详细操作步骤和实验结果,供学生用于观察实验的实际执行过程,主要是基于某一种或几种技术或工具开发某一门课程或课程一部分虚拟实验,如刘英杰等[11]基于3ds Max和Virtools技术对大学物理实验功能进行了简易设计并对开发流程进行了阐述。仿真实验是利用计算机软件仿真实验环境。学生可以按实验要求组装实验系统,通过改变实验模型的参数进行各种模拟实验,观察其实验显示结果,孙俊峰等[12]在论文中以心理学实验为例,提出了虚拟实验展开的方式,将虚拟实验分为实验准备、交互实验和结果反馈三个阶段。虚拟仪器是在计算机上配置高性能的模块化硬件,结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用,如张子刚[13]的硕士论文《基于LabVIEW的虚拟实验仪器设计研究》,该论文以PC-DAQ/PCI插卡式结构的硬件平台,采用数据采集板,实现AD7202在Labview中的数据采集。论文重点讲述了虚拟数字存储示波器各个功能模块的软件设计。在虚拟实验设计与实现方面的研究中,虚拟实验被教师上课演示的多,被学生实际操作的少;虚拟实验中验证性实验多,设计性和创新性实验少;虚拟实验以作业方式应用的多,单独开设实验课程的很少。[14]

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(4)虚拟实验设计与开发应用的相关技术研究

计算机技术以及计算机软件技术的发展为虚拟实验研究提供了技术支持和工具,各种技术的发展也促进了虚拟实验的开发。关于虚拟实验设计与开发应用的相关技术研究,主要是把互联网技术、动画技术以及虚拟现实等相关技术(如Java、VRML、Flash、3D等)引入到虚拟实验设计中,从技术的角度深入探讨虚拟实验建设的可行性,主要集中在3D、VRML、Flash等技术在虚拟实验系统构建中的应用,或者此技术在某个实验环节中的应用,或者侧重于网络虚拟实验系统的教学支持系统的设计开发,论文数量有38篇,各种技术使用与研究情况如图3所示。

图3 开发技术研究情况

(5)虚拟实验环境相关标准、规范、管理与评价方面的研究

虚拟实验环境相关标准、规范、管理与评价的研究可以为建立统一的虚拟实验教学环境提供依据和保障。然而,在检索的论文中只有2篇论文对标准化问题进行了简单的阐述。范新伟等[15]的《虚拟实验标准化的研究和解决方案》,在论文中提出了一个虚拟实验标准化信息模型,并提出了信息模型的xml绑定和用Web Service实现的解决方案,作者对虚拟实验的标准化提出了一些见解,并对实践结果进行了初步的阐述,进一步的工作还有待于大量的实践来进行验证和不断的修改完善。李小燕[16]的《虚拟实验中仪器通信的标准化研究》,该论文针对虚拟实验重复开发,复用性差以及互操作困难等问题,提出了一个虚拟仪器间通信的标准化解决方案,建立了仪器间通信的信息模型。在当前的研究中只有2篇此方面的相关论文对虚拟实验的研究是不够的,而且虚拟实验环境的评价和虚拟实验管理方面的研究也是空白。

随着虚拟实验教学研究的发展,各种技术被引入进来,这些技术、协议或标准之间的兼容性,以及虚拟教学平台、系统和已有平台、系统的互操作都需要深入研究。此外,虚拟实验平台和系统的开发也需要一个规范,因此对虚拟实验环境相关标准与管理的研究极为迫切。

3 其他需要阐明的现象

随着多媒体、网络技术的迅速发展,虚拟实验研究得到了众多学者的极大关注,逐渐成为计算机领域与教育技术界研究的方向与热点,特别是虚拟实验教学环境的建构及应用更应引起教育技术领域的关注。但是,就国内目前的研究来看,教育技术领域还没有给予较多的关注,从2005年以来的研究论文结果看,在虚拟实验方面的研究《中国电化教育》有3篇文章、《电化教育研究》上有2篇文章、《现代教育技术》有8篇文章、《中国远程教育》有3篇文章,这对于教育技术的研究方向和热点而言是不够的。再者,虚拟实验教学环境的研究主要集中在计算机领域的杂志或学位论文中,其的期刊方面,一般期刊的论文较多,核心期刊论文不多,在学位论文中硕士论文较多,博士论文不多,这说明对虚拟实验教学环境的研究还不够深入。

三 研究趋势分析

虚拟实验教学环境的研究时间很短,研究中还存在很多不足,但是虚拟实验作为当前教育领域中的重要组成部分,在解决我国教育面临的规模与质量之间的矛盾,克服实验资源不均衡、创新能力不足等问题,有着广阔的发展前景。通过以上分析,虚拟实验教学环境的研究应注重以下几个方面:

1 开展评价、测试、管理等标准和规范的研究

制定虚拟实验平台和系统的评价、测试、管理等标准和规范,为建立统一的虚拟实验教学环境提供依据和保障。针对我国虚拟实验教学的发展现状,研究制定基于统一支撑平台的虚拟实验开发标准,制定虚拟实验的评价、指导、管理和基础软件跨平台规范,实现平台和资源的高度共享,通过多种标准与规范的有机结合,解决分布式的实验教学与现有的教学系统协同工作的问题,从而实现协同工作,提高其共享性和复用性。

2 虚拟实验平台的统一开发

按照统一的标准和规范,开发集实物演示、实物仿真、创新设计、智能指导和管理于一体,具有良好交互性和可扩展性的虚拟实验教学平台是当前和未来虚拟实验教学环境研究的重要内容之一,从而突破目前的各自为政、没有统一标准、没有协同性平台开发的局面。

3 虚拟实验的多方面设计与开发

在统一标准与规范的指导下的适合教学需要的更多的虚拟实验设计与开发是当前虚拟实验教学研究的内容之一,这有利于为教育提供丰富的虚拟实验资源,从而为广大学习者提供优质的虚拟实验服务,也能够产生很好的经济和社会效益。

4 加强虚拟实验的指导与管理研究

虚拟实验缺乏有效的教学管理、过程指导和效果评价,导致虚拟实验的优越性在实践教学中难以发挥。因此,应开展虚拟实验过程的智能指导和实验结果自动批改技术等方面的研究;开发虚拟实验指导与管理系统,包括实验知识辅助学习、实验智能指导、实验结果自动批改、实验答疑、实验教学效果评估等功能;开发跨平台的虚拟实验管理系统,为虚拟实验教学环境提供服务并开展应用,并展开视角对使用虚拟实验进行实验学习进行评价的研究。

5 开展虚拟实验应用研究

虚拟实验只有在不断的完善、经过实践检验后,能够取得良好效果才能应用于实验教学和推广,因此,虚拟实验的应用研究对此研究课题具有重要价值。然而,目前虚拟实验教学环境的研究内容主要集中在理论探讨、系统设计与开发、虚拟实验教学平台的开发,未来应加大虚拟实验系统应用于教学的模式与效果分析、虚拟实验系统开发评价等方面的研究,尤其从学生视角对使用虚拟实验平台和系统进行实验学习的评价研究需加强。

四 结语

虚拟实验是信息时代的产物,它在教育、科研等方面有着广阔的发展前景,是当前教育的重要组成部分,是教育教学的重要资源。在构建现代教育创新体系、培养创新型人才的大教育背景下,融合现代教育理念的虚拟实验教学环境的研究必将促进教育教学的蓬勃发展。

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参考文献

[1] 李克东.教育技术学研究方法[M].北京:北京师范大学出版社,2003:228.

[2] 顾九春,王品,宋进桂 等.《自动控制原理》课程虚拟实验平台的设计[J].高校实验室工作研究,2008,(3):50-53.

[3] 周冬婉.电路理论虚拟实验系统的设计与实现[J].中国集体经济,2008,(1):160-161.

[4] 黄凯旋.开放与虚拟的实验教学改革探讨[J].实验室研究与探索,2006,(9):1119-1121.

[5] 田静.浅谈虚拟实验在理科实验教学中的应用[J].教学仪器与实验,2006,(9):11.

[6] 朱乾.基于虚拟实验系统的教学模式[J].实验室研究与探索,2008,(6):84-86.

[7] 吴伟雄,褚莲娣.基于虚拟实验的教学方法研究[J].嘉兴学院学报,2005,(6):105-107.

[8] 于洪涛,杨雪,孙艳丽.桌面虚拟实验的教学效应研究[J].现代教育技术,2008,(1):115-118.

[9][10]陈柳君.实验教学中虚拟实验的有效性探究[J].中国科技信息,2007,(12):203-205.

[11] 刘英杰,杨雪,阚宝朋.基于3dsMax和Virtools的大学物理虚拟实验的设计与开发[J].现代教育技术,2008,(6):88-92.

[12] 孙俊峰,游运华,卢洁 等.基于VRML的心理学虚拟实验设计与实现[J].计算机仿真,2006,(4):283-286.

[13] 张子刚.基于LabVIEW的虚拟实验仪器设计研究[D].长春:长春理工大学,2007.

[14] 李凌云,王海军.网络虚拟实验系统研究现状与发展趋势[J].现代教育技术,2008,(4):111-114.

[15] 范新伟,申瑞民,申丽萍.虚拟实验标准化的研究和解决方案[J].计算机仿真,2005,(1):175-179.

[16] 李小燕.虚拟实验中仪器通信的标准化研究[J].计算机仿真,2006,(6):205-208.

[17] 李凌云,王海军.网络虚拟实验系统构建方式的比较研究[J].中国电化教育,2008,(1):102-105.

[18] 周勇,徐英卓.基于VRML-JAVA的网上协同虚拟实验系统研究[J].电化教育研究,2006,(5):52-55.

虚拟实验教学论文篇2

[关键词] 实践教学 虚拟仿真实验 机械制图

一、引言

机械制图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。

机械制图课程的教学不是抽象的，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。

二、虚拟仿真实验应用于教学中的现实意义

目前国内绝大多数学校的制图教学还是采用传统方式，即老师讲解、演示，再由学生自己动手。而国外的一些高校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，我们尝试在《机械制图》教学中应用“虚拟仿真实验教学”进行教学改革的探索。

三、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“WWW”的三维互动网站制作的主流语言。

虚拟现实系统的设计要达到以下目标：

第一、要使参与者有“真实”的体验。这种体验就是“沉浸”或“投入”，即全心地进入，简单地说就是产生在虚拟世界中的幻觉。理想的虚拟环境应达到用户难以分辩真假的程度，甚至比真的还“真”。这种沉浸感的意义在于可以使用户集中注意力。为了达到这个目标，就必须具有多感知的能力，理想的虚拟现实系统应具备人类所具有的一切感知能力，包括视觉、听觉、触觉，甚至味觉和嗅觉。

第二、系统要能提供方便的、丰富的、主要是基于自然技能的人机交互手段。这些手段使得参与者能够对虚拟环境进行实时的操纵，能从虚拟环境中得到反馈信息，也能便系统了解参与者的关键部位的位置、状态、变形等各种系统需要知道的数据。实时性是非常重要的，如果在交互时存在较大的延迟，与人的心理经验不一致，就谈不上以自然技能的交互，也很难获得沉浸感。

四、零、部件测绘实践虚拟辅助教学

《机械制图》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、减速器、虎钳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。

五、零、部件测绘实践虚拟辅助教学技术的特点

1.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。

2.基于教学要求对测绘对象（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，都可能给技师学院的总体教学效果带来损害。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。

六、结束语

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，提高测绘效率和质量，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

[1]《机械基础虚拟实验开发的实践》 浙江理工大学 张群艳 机械类课程报告论坛2008文集

虚拟实验教学论文篇3

一、引言

随着现代计算机和信息技术的不断发展，数字信号处理在当今高科技领域有着极为重要的地位和广泛的用途[1]。然而它的基础课程却处于教难、学更难的境况中，并且，学生即使掌握了理论知识，也很难灵活应用至实践中[2]。调研国内外数字信号处理课程教学，上述问题主要归因于两个方面：一方面是传统的教学形式单一，仅依赖文字帮助理解基本理论[3-5]；数字信号处理课程不同于其他课程，它是基于“高等数学”、“大学物理”等公式和推导较多的学科，理论性强，极具抽象性，有大量的算法和晦涩难懂的基本理论[6]。在课堂教学中教师仅采用Powerpoint软件编制的课件不够直观，许多内容学生很难透彻理解。其次，数字信号处理是适应高速数字集成电路的面市应运而生的，其大量的计算算法适于在计算机上实现，对于人来说则运算量大且烦琐，学生们难以亲手验证，因而经常得不到形象化的结果，使得对理论的理解难以透彻，实际应用中总有一层障碍。另一方面是受限于传统实验室的模式和格局，数字信号处理课程的实验教学环节严重缺失[7-9]；信息类专业课程有很强的实用性，其受众广，且信息量大，然而因实验场地、设备、资金等因素，目前单一的传统实验室已完全不能满足学校完成教学任务，很难开展实验教学，很多院校根本没有配套开设实验教学。然而，实验教学是高等院校培养高素质合格人才的重要实践性环节，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。若学生们缺乏实验教学环节，在实际应用时则会显得有些束手无策，实际动手能力和创新能力也亟待增强。若不能在教学中突破以上两个瓶颈问题――单一的教学形式和传统的实验室建设模式及格局，数字信号处理课程的教学质量和教学效果将大打折扣。

二、虚拟仪器技术在教学应用中的优势

伴随着虚拟仪器技术的发展及其在国内的普及，它可为数字信号处理课程的教学提供新的思路和巨大变化。突破传统教学手段，深入融合虚拟仪器技术，全面创新数字信号处理课程教学方法应运而生[10-11]。虚拟仪器是将现有的计算机技术、软件技术和高性能模块化的硬件结合在一起而建立的功能强大又灵活易变的仪器，其强调硬件是基础，软件是核心，使用者可通过修改软件，方便地修改和增加仪器的功能和规模，性价比高[12]。模块化硬件体积小，便于携带，可“装入”计算机，即能与计算机互联互通。软件开发平台可选择图形化编程语言LabVIEW，它具有功能强大的数据分析函数，可以非常灵活地为教学中的理论知识设计各种虚拟仪器。同时，它也将使用者从复杂的文本编程语言中解脱出来，将重心专注于软件的功能。这使得教师可在很短的时间内开发出虚拟仪器课堂应用，把书本上理论性较强的知识转换成直观性很强的动态图形，加深对理论知识的理解。由于虚拟仪器使用的硬件大多是通用的，各种专业仪器的功能主要依靠软件实现，将虚拟仪器引入至实验教学中，必将大量减少设备经费的支出和节省实验场地的空间，学生们也能感受和应用先进的科学技术和手段，积极主动地学习。因此，根据数字信号处理课程的特点，基于虚拟仪器技术开发虚拟辅助教学软件和构建虚拟实验教学平台，全面创新数字信号处理课程教学方法和体系。这对活跃课堂气氛，增强学生学习兴趣，提升学生基本技能，提高教学质量，巩固教学效果等将具有非常重要的意义。

三、创新课程教学形式，开发虚拟辅助教学软件

虚拟辅助教学软件是基于虚拟仪器技术开发的教学演示子系统。针对数字信号处理课程中许多难以理解的抽象概念与性质，对应每一章的内容相应制作多个精致的演示程序，用丰富而具有动感的彩色图形把课程中疑难之处用生动形象的形式展现出来，使学生加深理解。下面以“窗函数”为例，具体阐述虚拟辅助教学软件如何进行辅助教学。在数字信号处理课程中，为了减少频谱能量泄漏，可采用不同的截取函数对信号进行截短，截断函数称为窗函数，简称为窗。在教学演示子系统中，基于虚拟仪器技术开发出窗函数比较动态演示程序，其前面板和程序框图分别如图1和图2所示。针对同一个信号施加不同的窗函数，让学生观察频域波形的变化，从而体会窗函数的性质和特性。这样动态形象的演示让学生能感性地认识到窗函数之间的不同，加深对窗函数的理解。

从以上应用实例可发现，通过利用虚拟辅助教学软件，不仅能够采用文字和静态图形直观地展示教学内容，还能通过动态图形生动形象地阐述教学内容，更易于学生理解所学内容。采用PPT课件和虚拟辅助教学软件结合授课，教学形式新颖，教学内容生动，教学效果更好。

四、完善课程教学体系，构建虚拟实验教学平台

虚拟仪器使用的硬件大都是通用的，各种专业仪器的差异主要靠软件实现。依托虚拟仪器技术、计算机技术、电子技术和通信技术等，融合多种模块化硬件设备构建高校虚拟实验教学平台，具有无可替代的优势和广阔的发展前景。图3为虚拟实验教学平台架构，由n台计算机及相关硬件如采集卡、信号调理箱、电工实验箱等组成，形成一个局域网，并与校园网连接，方便学生随时随地接入进行实验。

虚拟实验教学平台充分利用虚拟仪器技术和计算机高速计算的优势，给学生提供实用的信号仿真、分析处理、设计等工具，不仅可以快速便捷地得到所需的信号数据或计算结果，而且能把这些结果绘制成图形，给学生以非常形象化的感性认识。数字化的实验结果存储，加上网络传输能力，使实现远程实验教学成为可能，虚拟实验教学平台让实验随时随地进行。整个实验也许只需要一套硬件设备，其他是由软件来实现的，这样可以大大节省实验设备和场地的资金投入，即共享教学设施，节约现实教学资源。虚拟实验教学平台具有灵活、成本低、网络化等特点，在高校的教学乃至科研中将发挥极大的作用。与传统的实验室相比，虚拟实验教学平台的优势主要体现在：（1）传统仪器的功能仅由厂家定义，虚拟仪器在很大程度上功能可由使用者自行定义和设计，便于开展研究性或设计型的实验。（2）各种测量仪器不应当再是彼此相互孤立的，能够与计算机相联，组成一个以一台计算机为中心的测量环境（系统）。（3）计算机进一步组成网络，因而形成一个网络化的仪器与测量环境（系统）。虚拟实验教学平台能够为学生提供高性价比的实验教学条件，让教学环节从课本延伸到实验，加深对理论教学的深入理解，巩固教学成果，培养学生实践动手和创新能力，提高学生技能水平，让学生今后无论是直接就业还是继续深造都更具竞争力。

五、结论

虚拟实验教学论文篇4

论文摘　要　本文介绍了科研型研究生的医学实验教育存在的各种客观问题，并通过调查了解我校科研型研究生对医学实验教学方式改革的真实需求，进一步阐明虚拟实验室教学的重要性及在医学高等院校建立虚拟实验室的必要性。

1 医学实验教育的现状

（1）课时减少、教学质量难以保证：随着课改的进行，提倡减少上课时间以学生能动性学习为主，各门课的课时数都在减少，然而，在减少理论课课时的同时实验课的课时同样相应的减少，那么就面临着这样的问题：减少的实验课的内容得不到学习，或者内容不减但匆匆了事学得不精。

（2）医学实验涉及的内容大都难于理解，比较抽象，例如elisa、pcr等现代医学常用技术，学生都是从微观水平理解其原理以进行分析，而学生在实验课中操作及观察结果则是宏观水平，即使得到实验结果，却不能深刻体会其反应原理，对于实验意义、适用范围的理解更是不充分。

（3）现有的教学模式：现有的教学模式都是老师用有限的课时匆匆讲完所学的很多内容，上实验课时也是老师先讲解实验步骤，自己再一步一步做，与其说自己做实验不如说体会实验过程，学生在其中很少能够得到思考，只是机械地完成课程任务，这样的教学模式无法培养学生学习的主观能动性与创造性，更不会深刻理解教学内容从而学以致用。

（4）课堂实验开展的仅仅只是一部分有代表性、易操作、经济、常用的简单实验，对于那些需要昂贵仪器、比较耗时的实验大多并不开展。尤其是有些实验可能学生本身会很有兴趣，希望亲自感受而学校却并未开展的，这无疑对于学生的积极性会起到消极作用。

（5）实验课的资源紧张：无论在哪门实验课中同学们经常会被要求分组，从而多人共做一次实验，而开展的实验大都较为简单可以自己独立完成，而且有时好不容易可以共同做一次复杂实验，还因为资源紧张而被要求做教学实验，没有锻炼机会，这些都不利于学生动手能力的提高、对实验的理解。

（6）医学相关技术的发展与开展技术实验的落后：理论课上学生经常会了解一些先进的实验技术，充分学习常用的实验技术，可是在实验中我们往往面对的是过时淘汰的机器，甚至有的机器自己并没有上手调试的机会而仅仅是看，这样就会更加打消学生的积极性，久而久之也会使学生自身产生懒惰、依赖心理。

2 科研型研究生的需求

经过调查发现我校科研型研究生对医学实验教学方式改革的需求主要有下列几方面：（1）通过理论课可以让学生初步理解实验原理，了解其应用范围，然后通过实践中遇到的问题进行思考，确定自己解决相应问题的方法。（2）学生应该有独立动手的机会，可以体验实验中所要面临的各种问题，积累经验，即使出错也会找到原因进行纠正，这样才会不断的强化、深刻理解、从而可以应用自如。（3）无论是常规还是较先进的技术都可以得到锻炼，并且对于一些耗时较长、不需要观察过程的实验可以忽略其过程而较快的观察结果，省时省力。

3 虚拟实验室教学的重要性

3.1 虚拟实验室（virtual laboratory）的定义

虚拟实验室是由计算机生成的一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统。是由以计算机仿真技术为核心的虚拟实验和用于运行虚拟实验的网络结构等构成的实验室。其核心虚拟实验是指按照实验教学的基本要求，在计算机系统中采用虚拟现实技术实现的各种虚拟实验环境，以虚拟现实技术为基础，实验者可以像在真实的环境中一样运用各种虚拟实验器械和设备，对建立起来的实验模型进行实时仿真操作，完成各种预定的实验项目，所取得的学习或训练效果等值于甚至优于在真实环境中所取得的效果。虚拟实验的开展符合教学现代化的要求，有利于学生素质的提高。

3.2 虚拟实验室的优点

（1）多感知性：虚拟实验室运用虚拟现实技术，除了一般计算机技术所具有的视觉感知之外，还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知，甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。理想的虚拟现实技术应该具有人所具有的一切感知功能。由于相关技术，特别是传感技术的限制，目前虚拟现实技术所具有的感知功能仅限于视觉、听觉、力觉、触觉、运动等几种。

（2）交互性：是指学生在虚拟实验室中用人类的自然技能实现对虚拟环境的操作。通过身体运动等自然技能，实现对环境中对象的操作；运用虚拟模拟技术计算机则根据学习者的身体运动等，来实时调整环境中相关对象的状态。这种交互性可以使医学院校在保证办学质量的前提下，大大降低办学成本。

（3）现实性：虚拟实验室通过虚拟现实技术可以最大限度地模拟实验，尽量创造其真实性，可以充分估计到学生操作过程中遇到的各种实际问题，例如，学生在操作过程中将试管放入离心机中，若未按要求放置，其可模拟出试管破坏，试剂损失的情景以提醒学生操作中应注意的相关基本问题。

（4）开放性：实验者可以自由地进入或退出虚拟实验室，具有良好的开放性。学生随时可以进行模拟实验，这成为他们预习与复习实验的好帮手。增加了学生的实验有效时数，提高了实验效率，对实现实验内容的远程教育起到了很大的推动作用。

虽然，虚拟实验室在各个方面都显现出优越性，但其也有自身的弊端。例如长期处于虚拟环境中难免会对现实生活中的实验缺乏实物感，不能预期突发状况；长期处于理想环境中对于提高学生的心理素质、积累经验同样产生影响；对于那些需要观察实验过程的实验也不能很好地体会。尽管如此，这些不足还是可以通过经常进入真正的实验室，切身感受实验过程而弥补。

4 结束语

实验是科学研究最重要的手段之一，科学的发展主要依赖实验的发展，虚拟实验室是一项非常好的教学方法，它是与许多相关学科领域交叉、集成的产物。虚拟实验快速、方便、简洁，比较真实地模拟了整个实验的过程, 学生不受时间和空间限制随时可以操作实验，为科研型研究生提供了生动、逼真的实验学习环境，学生能够成为虚拟环境的一名参与者，可以极大地调动学生的学习积极性，突破实验教学的重点、难点，在培养科研型研究生的实际操作技能方面起到积极的作用并且可以接触现有条件不能开展的实验，将理论与实践很好地结合起来学习。建设医学虚拟实验室符合当前高校的发展方向，将为实验教学开辟新天地，应该被各高校广泛应用，以提高高校学生的素质。这个领域的应用潜力是巨大的，应用前景也是很广阔的。

参考文献

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[4]　周建军.虚拟现实技术在医学教育中的应用.医学教育探索,2010.

虚拟实验教学论文篇5

关键词： 虚拟制造；机械；实验平台

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）05-0273-02

0 引言

机械类课程设置实践环节，由于其实践性比较强，实验教学多，可以很大程度的提高学生的动手能力和工程意识。过去的实验都是首先准备好实验设备，然后由学生按照操作完成实验内容，且大多是在实验室中进行的。辽宁石油化工大学机制专业开设了机械制造技术基础以及机械CAD/CAM等课程，从不同角度向学生介绍传统制造以及现代制造技术知识。目前存在的问题是缺乏先进制造技术配套的实验环节，授课局限于黑板教学。由于现代制造装备种类繁多，范围广泛，尤其如模具、夹具等形状复杂、涉及大量空间曲面的研究，从设计到加工乃至装配的各个环节如果没有较为直观、先进的教学手段，很难取得好的教学效果。另一方面，鉴于模具、夹具等种类的多样性、时变性，这一问题不可能通过购置或制作一批模具实物作为实验手段予以解决。通过建立虚拟制造装备实验平台可以有效的解决在教学中可能会遇到的一些问题，比如实验场地不足、设备陈旧、消耗原材料和刀具等问题，更有利于学生自主学习和创新能力的培养，同时虚拟制造实验平台的设置也能够很大程度上的节约教育成本，因为它不仅可以帮助实现教育资源共享，也有利于精品课程网络化。

1 虚拟制造技术研究现状

近年来，有一项新技术开始走进人们的视野，那就是虚拟制造技术，它能够形成一个三维视觉、听觉和触觉环境，用户只要通过系统提供的人机对话工具，就可以实现和虚拟环境中的物体进行交互操作，就好像到了一个真实的环境中，这个平台是以计算机应用为基础，各种先进技术结合起来的产物，比如图像技术、传感器技术、计算机技术、网络技术以及人机对话技术等[1]。其实在过去的很多年里，人们都一直希望打破原有的、呆板的数字化方式，想象着如果我们的信息环境是图文并茂、绘声绘色的，就好像真实生活中的某个场景，如果是这样我们就可以用自己的感觉感官来接受和处理各种信息，并在这个过程中形成自己的认识。正是由于有着这种现实需求，才让原本在1968年就诞生的虚拟现实技术在近几年来越来越受欢迎，甚至被认为是影响未来的主要科技手段之一。虚拟实验室的概念是由美国弗吉尼亚大学的William Wolf教授在1989年首次提起的，指一个计算机网络化的虚拟实验室环境。现阶段，虚拟现实技术在教学领域已取得了许多成功的应用。

随着社会经济的持续发展，社会对人才的要求也越来越高，要求各高校必须培养出更多的高素质创新人才。但现有的教育模式是传统的“填鸭式”的教育模式，学生没有学习积极性，高校很难培养出学生的创新意识和创新能力，不能满足现实社会的需求。在这种形势下，虚拟制造实验平台就应运而生了，该平台在过去主要用于机械和电子产品的研制和开发领域，但是现阶段在教育领域也发挥着重要的作用。因为虚拟制造实验平台可以为学生制造一个好像真实场景的虚拟环境，学生们好像身临其境，然后再结合真实现场实训教学，教学效果一定会大大提升。

2 虚拟制造实验平台建设意义

利用虚拟技术创建机械制造实验平台将对探索、发展现代机械制造的教育思想、改善实验实训环境、优化教学过程，培养具有创新意识和创新能力的人才产生深远的影响[2]。利用虚拟制造技术创建机械制造实验平台可以解决由于实验场所比较特殊，不能进入的问题，比如一些不可视、不可摸、不可入、有危险性的实验场所，还可以解决一般高校都会存在的设备陈旧的问题。

综合运用多媒体技术、虚拟现实技术和网络技术，避免采用极其昂贵设备的实物仿真方案，能充分发挥虚拟现实技术的集成性、控制性和交互性的特点，以培养具有独创性的综合能力训练内容，使学生在学习过程中学习目的明确，学习兴趣浓厚，通过虚拟制造实验平台提高学生自主创新设计能力，使学生获得基本的创新素质和创新能力[3]。

如果在教学中，采用虚拟制造实验平台，教学效果一定会得到大大的提升，因为通过建设虚拟制造实验平台，学生可以在教学的过程中随时进行虚拟实验，让理论和实践及时的得到同步，学生对所学知识也会更加的深刻。另外学生也可以在虚拟实验室里操作虚拟仪器，不管是仪器的故障检测和维修，还是各种虚拟系统的连接和组装等，都可以在虚拟实验室里进行，并且不会发生仪器的损坏现象，更不会因为场地等原因而受到限制，如果没有得到满意的结果，可以一直进行实验，直到满意为止，最重要的是虚拟实验室不会发生人身事故。

除了上述功能，虚拟制造实验平台还具有更多的功能，比如网络功能，它可以实现远程教育培训，采用宽带方式进行数据的传送，在局域网和互联网上都可以进行双向互动的远程教学功能。并且虚拟制造实验平台还具备答卷保存、自动评分、成绩查询和分析等功能，轻松实现无纸化的考核与测评。

3 虚拟制造实验平台建设内容

对现有的教学及实验设备进行综合开发利用，结合辽宁石油化工大学实验中心已有的实验设备，建立虚拟实验平台，运用基于几何建模和图像相结合的建模方法，采用虚物实化、实物虚化、虚实结合、增强现实的方法，可建立基于图像的真实感强的具有物理属性机械产品模型。

3.1 虚拟平台系统框架设计 本部分包括系统规划、系统数据流过程设计、供求分析、开发手段选择等，开发零部件数据库。项目组设计虚拟制造平台的系统框架，研究系统所需资源及系统开发手段及方法，创建系统虚拟平台所需的零部件库。利用设计软件模拟实际零件模具的制造装配、零件的机械加工过程及产品的拆装过程，建立可实现人机交互的网络精品课程的虚拟加工及装配资源。

3.2 虚拟制造实验平台建设 本部分包括界面设计、内核设计、通讯设计、各模块设计以及虚拟加工过程设计等。界面设计和实现，包括虚拟制造实验平台的运行界面和软件安装界面的设计和实现；实验平台建立虚拟制造所需的各模块，确定虚拟加工过程的各参数，建立机械加工系统和参数化选择。增加实验平台的互动性和参与性，可以激发学生的学习兴趣，对学生学习过程产生积极的引导作用。

3.3 虚拟制造实验平台测试以及评价系统 本部分包括平台各种测试、建立典型零件库、与平台的通讯链接和测试、建立配套的评价系统。评价系统具有自动打分功能，包括虚拟实验过程及结果测试在内的综合评价单元；测试项目的内容是可以灵活更改的，教师可以通过终端服务器对项目的内容进行修改。

4 虚拟制造实验平台开发研究的实施方法

采用虚拟制造实验平台，可以有效的把虚拟实验和实物实验有机的结合起来，把“理论准备实物实验”模式为“理论准备虚拟实验实物实验拓展创新模式”，形成循序渐进、虚实结合的实验教学模式，按照从理论到实践、从虚拟到实物、从基本实验到综合创新设计实验的渐进过程，逐步培养学生的实践技能和创新能力。

在前期工作基础上，进行调研和论证。认真总结机械制造课程改革的经验和存在的问题，到兄弟院校进行调研，学习其机械制造理论和实践课程的培养模式、培养途径和手段、教学建设和改革等方面的先进经验，学习虚拟实验平台建立的方法及注意事项。以培养和创新能力的培养为内涵建设的主要内容，结合学校人才培养实际，进行广泛论证，完善新形势下应用型创新人才培养模式。

对虚拟制造实验平台进行重点建设，建立虚拟平台系统框架设计，准备虚拟平台的软硬件设施，设置其与虚拟平台连接方式。全面组织实施虚拟制造实验平台的建立，搭建模具虚拟平台和数控虚拟机床；建立虚拟平台所需各典型零件库，采用虚拟现实技术，并通过计算机构建一个与实物同样的3D零件或3D机床，采用Pro/E建模，将各种数控设备和产品进行虚拟化；建立虚拟制造平台的各种测试，建立典型零件库以及与平台的通讯链接和测试。建立配套的评价系统。

5 结束语

虚拟制造仿真实验教学手段的应用，其先进性不仅体现在技术手段上，更重要的是关注教学设计理念与教学质量。无疑，虚拟设计与制造等先进的技术改变了教学环境与教学手段，学生可以在仿真的环境下完成实验，教师能够方便地查阅学生的实验情况与评判实验结果。更关键的是教学中设计思想的先进性，虚拟制造仿真实验教学为学生提供各种丰富翔实的教学资源，各取所需，提供开放的实验空间，能真正满足学生自主学习，让学生学在其中，乐在其中，达到良好的教学效果。同时也会提高学生的创新意识，有力地推动地方院校机械专业实验教学内容与实验教学方法的深刻变革。

参考文献：

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[2]曾文忠.论机械设计与制造专业教学中虚拟资源的开发利用[J].科技创新导报，2011，8（19）：181.

虚拟实验教学论文篇6

【关键词】三维；中学物理；虚拟实验；模式

【中图分类号】G40-057 【文献标识码】B 【论文编号】1009―8097 (2008) 12―0107―04

目前，多数中学采用以传统教学论为基本教学模式的普通物理实验教材及教学活动，其教学过程一般为：先由教师介绍实验目的、实验原理、仪器设备、注意事项等，学生再按教师或教材所讲步骤重复实验，获取数据，验证规律、定理或公式等。这种教学模式既不符合以学生为中心的教育原则，又不利于学生能力素质的培养。另外实验教学地位重视不足，教学资源贫乏；教学方法不利于培养学生的实验能力；实验教学评价方法不科学及学生自主学习重视不足等也是普遍存在的问题。尤其中学物理实验作为基础教学体系的一个重要组成部分，它不仅是培养学生独立获取知识、培养实验能力的活动；是学生手与眼，知识与能力，获得综合基本训练的重要环节；是培养和锻炼学生应用知识独立解决问题的过程；也是培养和提高学生综合素质与创新能力的有效途径。因此改进传统中学物理实验教学势在必行。本文从信息技术与教育结合入手，以设计和开发真三维的虚拟物理实验为解决途径。在综合分析了中学物理实验教学目标及其与虚拟技术的结合核心后，首先提出了针对虚拟物理实验的分类方法，并在此方法的基础上结合加涅的“学习条件理论”提出了“两级式中学物理虚拟实验模式（TPVM）”并对此模式进行了理论探讨和技术实践。

一 中学物理虚拟实验的分类方法

实验教学目标对实验教学起到导向、反馈和调节作用。它有利于实验教学目的明确化，实验能力培养的具体化。因此要提高中学物理实验教学的质量，首先需要明确其实验的教学目标。

1 中学物理实验教学目标

根据我国中学目前的实际情况，依据制定教学目标的科学方法，本文将从认知、操作、情感三大领域来分类提出中学物理实验的教学目标：

（1） 认知领域的实验教学目标

知道──指的是能记住学习过的实验内容。它是对实验内容、实验过程的回忆和识别。

理解──指的是能初步理解实验的原理、步骤、方法、操作规程、注意事项以及要点。

掌握──指的是能运用学过的实验知识和方法，去解决新情况下的简单问题。

评价──是指对有关的重要实验，掌握其设计思想，提出改进的方法，并能设计一些新的实验。

（2） 操作领域的实验教学目标

模仿操作──是指能在教师讲解或示范下进行的动作。这一层次的动作机械，协调性差，意识参与程度不深。

意识操作──是指学生完全在独立意识控制下进行的操作。这一层次的操作，动作不够熟练，但能独立地完成操作过程，并在规定时间内完成实验任务。

定型操作──是指对重要的实验仪器和重要的实验经过，通过多次练习，已经达到比较熟练程度的操作。这一层次的操作，动作比较熟练，且操作过程的时间短，质量高。

创新──是指在提高学生实验探索能力的基础上，要求他们有创新的意识。

（3） 情感领域的实验教学目标

包括有关实验中的动机、态度、习惯、兴趣等。

前两个领域的目标要求水平是逐层提高的，从形象、表象到逻辑、抽象层次，因此在这样结构的实验教学目标的指导下的中学虚拟物理实验的分类也应是层层递进结构，同时也需注重情感领域实验教学目标的影响。

2 虚拟现实与物理实验的结合

要在虚拟现实的环境中实现上文所述的实验教学目标是虚拟现实与物理实验结合的核心问题。随着实验教学目标的层层提高，虚拟现实中物理实验所要提供的交互友好性，系统智能化也需有的放矢，相应提高。在基本的识别、记忆、理解阶段，虚拟实验需要提供诸如三维展示、播放，简单交互等功能。若到了逻辑、抽象阶段如需要学生通过实验验证物理规律或根据现象抽象出规律等，则虚拟实验需要提供更复杂的交互，甚至人工智能等功能。

3 中学物理虚拟实验的分类方法

目前基础物理实验已有多种分类方法。比如按科分类：按照力学实验、热学实验、电磁学实验和光学实验进行分类的。或者按照实验的侧重面不同进行分类，如有的实验主要是测量物理量（测量性实验），有的是用实验方法来总结或者验证物理规律（验证性实验），还有的则较偏重于仪器的使用，专门学习实验技术的实验等。但是对于结合了信息技术的虚拟物理实验，在这方面的研究还处于起步阶段。

经过以上的分析，本文将中学物理虚拟实验分为由低到高，从基础到前沿，从传授知识到培养综合能力的四类：

（1） 基本实验：这类实验通过实验装置及过程的演示，观察实验现象并能根据实验现象得出结论。如单摆实验、气体液体实验等。同时也包括基本仪器和工具使用的介绍如游标卡尺、天平、量筒等。

（2） 科学小实验：这类实验注重联系实际，将知识点设计入一个趣味小实验中，帮助学生认识和理解物理知识，降低学习难度，能激发学习者学习兴趣，扩大知识视野。

（3） 验证性实验：这类实验一般在学完某一物理知识后进行，通过对实验现象的观察，对实验数据的分析来验证某一物理现象和规律，巩固所学知识，进一步掌握研究方法。

（4） 探究性实验：这类实验主要靠学生自己分析观察到的物理现象，实验数据和图像，从中发现基本特征，抽象出规律。这类实验更注重学生总结探索物理规律的能力。

二 两级式中学物理虚拟实验模式的提出

以上这种递进的分法，不仅体现了中学物理实验教学目标三大领域的需求，抓住了虚拟现实技术与物理实验结合的核心要素。也与加涅的学习条件理论中关于不同学习结果学习顺序的论述不谋而合。加涅在他的《学习的条件和教学论》中提出了一个关于知识与技能的描述性理论，认为学校学习的知识与技能可以分为五种类型：言语信息、智慧技能、认知策略、动作技能和态度。这在前文提出的中学物理实验教学目标中得到了充分的体现。对应此教学目标层次提出的四类实验，根据加涅教学系统设计理论的基本观点：不同的学习结果需要不同的学习条件即教学事件，因此在虚拟教学中也需要不同的虚拟教学事件。

加涅认为，人类的学习是复杂而多样的，简单的低级学习是复杂高级学习的基础。他把学习分为八个层次（以An标识），即：① 信号学习；A1 ② 刺激―反应学习；A2 ③ 连锁学习；A3 ④ 词语联想学习；A4 ⑤ 辨别学习；A5 ⑥ 概念学习；A6 ⑦ 原理的（规则的）学习；A7 ⑧ 解决问题的学习； A8 。他指出每一类学习中蕴藏着前一类的学习。同时加涅也提出构成一个人学习行为的八个有机联系系统（动机领会习得保持回忆概括操作反馈），并指出每一阶段有其各自的内部心理过程和影响它的外部事件。教学就是遵循学习者学习过程的这些特点，安排适当的外部学习条件。

在学习条件理论所论述的八个学习层次中，本文认为都能归类对应着相似学习层次的一种物理实验类型（以Bn标识）。①A1 A2 以感知地学为主，对应基本实验类型；B1 ②A3 A4 A5 以联想、辨别地学为主，对应科学小实验类型；B2 ③A6 A7 以逻辑、直观地学为主，对应验证性实验类型；B3 ④A8 以抽象、研究地学为主，对应探究性实验类型；B4。一个阶段到下一个阶段，思维层次也在相应地提高。

从思维的角度来观察此种分类方法，前两类实验更注重“形象”思维的训练，而后两类实验更注重“抽象”思维的训练；从认知的角度来看，前两类实验更关注物理规律的“个性”，而后两类实验更关注物理规律的“共性”；从教学目标来看，前两类实验更注重“知识”的接受，而后两类实验更注重“能力”的培养。因此将前两类实验和后两类实验分别合并，即提出了两级式中学物理虚拟实验模式（TPVM）。所谓两级（以Cn标识），即：从思维、认知、教学目标等方面观察、分析，抓住几类重要评价标准，总结出需要分别对待的实验类型，并将它们合并归为两类，为后面分类研究对应的虚拟实验理论和开发方法提供模式支持。在理论分析和定性建模方法的层层推演下两级式中学物理虚拟实验模式（TPVM）的逻辑结构如图：

三 两级式中学物理虚拟实验模式(TPVM)的理论探讨

两级式中学物理虚拟实验模式（TPVM）的提出，着重在认知理论的指导下为有效地设计中学物理虚拟实验提供了一种科学的方法。以它作为中介能更好地促进虚拟技术和教学实践的结合，从而开发出优秀的虚拟实验系统。

1 两级式中学物理虚拟实验模式（TPVM）的优势

在进行了大量理论实践的分析推理后构建的TPVM模式具有多维度的优势。

（1） 技术角度看，一级实验的技术实现多以演示和简单交互为主，而二级实验由于需以学习者为中心，进行研究性学习，因此涉及到较复杂的交互及算法设计。上文所提出的分类方法和模式使虚拟实验的技术框架可以从脚本的构造上采用不同的方式，形成不同的两个技术平台，方便以后更多虚拟实验资源的分类加入。

（2） 思维角度看，一级实验多以训练形象思维为主，依靠虚拟实验中具体物体如实验仪器、实验现象等的信息加工来对知识点进行记忆和理解。这种思维具有形象性、非逻辑性、粗略性、想象性等特点。而二级实验多以抽象思维为主，在整个实验过程中，学习者多运用概念、判断、推理的思维形式对事物的属性进行分析、综合、比较的基础上，抽取物理实验的规律和本质。这种思维具有抽象性、逻辑性等特点。在虚拟物理教学中可以有针对性地训练学习者在物理实验中的两种思维，发展学生认知能力和提高物理学习效率。

（3） 趣味性角度看，一级实验的基本实验和科学小实验较之二级实验的验证性实验和探究性实验更贴近生活，更能激发学生的学习兴趣，培养学生的新思维；能让一些枯燥的物理规律和知识点以更生动的形式表现出来。两级实验综合交替使用，能使虚拟物理教学变化多样，内容丰富充实。学生既能在一级实验中培养兴趣和掌握基本知识，又能在二级实验中应用实践，发展创新，使学生真正成为学习的主体。

2 两级式中学物理虚拟实验模式（TPVM）的应用原则

在TPVM模式的逻辑框架下，充分发挥其多维度的优势达到最优的教学效果，既是应用TPVM模式的重要目标，也是教育开发的实际要求。因此提炼目前先进的教育理论如建构主义、分布式认知理论等科学观点提出的以下几点原则，将为此提供有效保障。

（1） 情境真实性原则 根据建构主义理论，学习是一种真实情境的体验，只有在真实世界的情境中才能使学习变得更为有效。现代教育中学习的目的，不仅仅是懂得某些知识，而且还要能真正运用所学知识去解决现实中的问题。在一些真实的情境中，学习者能否运用自身的知识结构解决实际问题才是衡量学习是否成功的关键。因此虚拟实验环境的设计一定要贴近真实环境，即应采用虚拟现实技术构建真三维的实验环境。

（2） 分别对待原则 在TPVM模式中，由于一、二级实验针对的实验教学目标思维训练和能力培养等都不相同，因此对一、二级虚拟实验的功能设计，技术实现，情感因素等都需要分别对待，才能有效保证教学质量。在功能设计上，对注重形象、表象思维的一级实验应将设计重点倾斜于演示，简单交互帮助记忆和理解。而对注重抽象、逻辑思维的二级实验应将设计重点倾斜于引导学生亲自动手，自主思维的小组实验，智能化交互帮助和研究性学习。在技术实现上，一级实验可以更注重视觉设计和强化印象等方面的技术实现。而二级实验需要更复杂的技术深入开发智能化的交互，繁杂的数据处理，人性化的导航，出错监控和纠错机制等方面。在情感因素上，兴趣是一级实验的中心线索。而二级实验更倾向于培养学生坚忍不拔，一丝不苟的科学态度。

（3） 网络共享性原则 分布式认知理论指出，认知是分布于个体内和个体间的，或者说分布于媒介、方法、社会和时间等环境中的。信息技术在分布式认知中的作用是十分明显的。网络技术的发展进一步强化了分布式认知的可能性。因此虚拟实验结合网络实现共享功能，可以使教师、学生和学习内容处于不同的非集中性的地方，从而使学习不受时间与地点的限制，既可作为传统实验教学的有益补充，又可作为远程实验教学的主要手段。

四 两级式中学物理虚拟实验模式（TPVM）的具体实践

在两级式中学物理虚拟实验模式（TPVM）及其应用原则的指导下实际开发了一个TPVM的实例。本实例为真三维的实验环境。一级实验为一个热学趣味实验――固体导热性。二级实验选用了一个中学的经典实验――伏安法测电阻。

1 实例的设计思想

作为一级实验的趣味实验主要学习了固体导热性和不同金属导热能力不同这两个知识点。从教学目标的角度来分析，在认知领域这两个知识点属于知道和理解的层次。在操作领域，属于观察演示和简单的模拟操作层次。而情感领域正如原则中分析的，更偏重于激发学生兴趣这个因素。因此整个实验设计上注重了视觉吸引和强化印象如设计了颜色抢眼的火柴作为实验器材之一。交互功能上设计较为简单。主要是有学生任意选择两个知识点学习的切换如添加一根或多根火柴，金属材质的任意选择，以及观察出现的不同实验现象等。由于这个实验取材贴进生活，构思新奇，能将枯燥的知识点生动地表现出来。相信通过这些操作和观察，这两个知识点将被学习者理解和掌握。

作为经典实验的二级实验――伏安法测电阻，在对学生实验操作能力和思维培养上都具有较高的要求。从教学目标角度来分析，在认知领域，不仅需要对基本实验器材能识别和选用，会读取安培表和伏特表的读数等知道、理解层次的知识点，更重要的是能掌握此实验能测出电阻的设计思想和规律，会通过现象判断实验过程是否正确，会自主纠正错误，会采用实验收集的数据计算出电阻阻值，掌握多种不同的电路接法，甚至还能提出改进方法等属于掌握评价层次的认识目标。在操作领域除了能动手使用导线连接电路等基本操作，还要会判断电流的流向，排除实验过程中的故障，探索操作的意义和目的，改进方法等完成定型、创新层次的任务。在情感领域更偏重于一丝不苟的科学态度和积极探索的精神。因此整个实验设计上注重实验逻辑推理思维的培养，交互功能的设计更加人性化和智能化。如设有实时纠错提示，移动、缩放、旋转等工具按钮，实现现象的真实对应，不同的连线方式将对应不同的实验现象如滑动变阻器、伏特表在电路中有多种连法，对应灯泡亮度和两表指针读数都有所不同等。

2 实例的技术实现

本实例在技术实现上采取了一种新方法，即用3DMAX构建三维场景，用VIRTOOLS进行数据处理和交互控制。3DMAX是大家所熟悉的三维建模和动画软件。方法中的VIRTOOLS是由法国全球交互三维开发解决方案公司VIRTOOLS所开发一套具备丰富互动行为模组的即时3D环境虚拟实境与多媒体互动编辑软件。它可以将现有的3D模型、2D图形或影音等档案格式整合在一起。VIRTOOLS制作优势在于可以利用拖放的方式，将Building Blocks（行为交互模块，简称BB）赋予在适当的Object（对象）或是Character（虚拟角色）上，以流程图的方式决定BB行为交互模块的前后处理顺序，从而实现了可视化的交互脚本设计，逐渐编辑成完整的交互式虚拟世界。还可以通过自带的一个软件开发工具包（SDK）或编写VC++代码来制作新的模组BBs，以满足扩展设计的需要。3DMAX与VIRTOOLS结合开发虚拟实验室，既能使程序部分的开发象使用应用软件一样直观、易实现，又能实现全三维场景，开发出交互功能强大，界面友好的作品。

用此方法开发的流程主要有三个步骤，分别是模型的构建―>模型的控制―>虚拟实验的。技术实现即使用3DMAX建构虚拟实验的场景和实验器材，利用MaxExporter插件将其导出为NMO文件格式，并导入VIRTOOLS，再用VIRTOOLS内置行为模块实现交互控制和数据处理，完成后将作品成基于WEB的网页形式或用一个制作EXE文件的安装包，将其制作成单机版运行的EXE文件。

结语

两级式中学物理虚拟实验模式（TPVM）是先进教育理论与虚拟现实技术结合的产物，是现代教育技术的前沿成果。将它应用于教育实践，不仅是对传统教学手段的改革，也是对一种全新教学模式的探索。TPVM模式符合中学学生的认知规律，在它指导下设计开发虚拟实验以其优良的教学性，高度的沉浸性和交互性，能广泛地应用于各种课堂、远程教育，甚至各类培训，应用前景十分巨大。本文针对它的技术实现采用的3D/VIRTOOLS新方法，使虚拟实验的开发简单方便，技术难度小，容易掌握，还能够实现良好的全三维动态交互。TPVM模式的应用推广，必将引起教学手段、教学效果、教学质量的巨大变化。

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虚拟实验教学论文篇7

1工程机械虚拟仿真实验教学平台的总体架构

本文设计的基于互联网和计算机虚拟仿真技术的实验教学平台，将理论分析与实验教学融合于一身，能够从理论和实践的双重视角分析工程机械运动的原理，利用虚拟仿真实验平台实现工程机械理论与实践的统一，为工程机械专业教学活动提供了一个动态化、智能化、交互性的教学与实验环境[8-9]。该虚拟仿真实验教学平台能够通过视频、图像等方式将机械设备的工作过程进行动态化展现，产生更加直观和生动的教学效果，使学生更容易掌握工程机械运动的原理。

依托于互联网和大数据的计算机仿真平台的突出特点是智能化，可以提供更多种类的教学模式和实验模式；在交互性的表现方面具有强大的AI性能[10-11]，易于教师与学生的互动和交流，学生在选择性学习方面有了更大的自主性。由于虚拟仿真实验教学平台的教学资源由网络和大数据平台提供，一方面可以保证所提供的工程机械模型的科学性、时效性和多样化，能够应对不同方向的教育教学任务；另一方面也提高了教学资源网络的共享性和开放性，节约了教育教学成本。

本文设计的基于网络与计算机虚拟仿真技术的工程机械实验教学平台，是在工程机械设计与机械运动原理的基础上，结合计算机仿真技术和多媒体技术，以更为直观和透彻的方式展现工程机械设备的工作原理。它改变传统实验教学平台中过于抽象和单一的表现方式，具有更好的交互性和实验教学效果。计算机虚拟仿真实验教学平台作为一种新型教育教学系统和媒介，为工程机械实验教学提供了一个高效、稳定和经济的教学方式。该虚拟仿真实验教学平台的最大特点是以虚拟3D的方式呈现，可以在虚拟与现实之间进行转换，是多媒体VR技术在教学中应用价值的体现[12]。学生和教师都可以以用户的身份登录该平台，基于输入/输出设备向虚拟实验平台传达指令并获取相关的结果，反馈的结果包括视频输出、图形输出和文字输出等不同的形式。平台还能够依据登录者的要求提供更加完整的实验数据、实验图形及工程机械各种参数变化曲线拟合等。

工程机械虚拟仿真实验教学平台总体框架主要由平台信息导入模块、实验教学虚拟交互系统和平台信息导出界面等3部分构成。工程机械虚拟仿真指令从输入界面导入，用户的指令需要转换为虚拟的计算机语言并进入虚拟仿真实验教学系统。虚拟交互系统是虚拟仿真实验教学平台的核心模块，按照用户的指令提供平台控制功能、场景虚拟功能、场景选择功能及各种指令操控功能。平台信息导出模块将实验教学虚拟交互系统模块计算和处理过的数据信息、仿真模型以图像或视频的模式显示出来，从理论和实践两个视角展现工程机械运动的过程和基本原理。

2虚拟仿真实验教学平台的基础硬件设计

工程机械虚拟仿真实验教学平台由硬件系统和软件系统两个部分构成，其中硬件部分是实现虚拟仿真系统基础功能的前提和保证，也是软件功能得以实施的实物载体。

用于工程机械虚拟仿真的实验教学平台核心硬件模块包括虚拟上位机、信号控制模块、信号驱动模块、仿真运动平台、信号感应模块和LED显示模块。当用户开始操作平台时，信号模块会将用户的要求和信息以控制信号的模式导入驱动模块，同时虚拟上位机系统参与协同控制，共同控制虚拟仿真平台的工作与运行。虚拟仿真实验教学平台除了具有必要的电机结构、联轴器结构、台体结构、电控装置及运动结构之外，还通过编码器、光栅尺、传感器等与上位机系统连接，以虚拟现实技术为依托，实现工程机械实验教学平台系统的更新与变革。工程机械虚拟平台系统依靠编码器、传感器等读取用户的指令信息，再利用信息控制模块及平台的电控装置，传导信号、输出指令和导出实验教学用的相关数据和虚拟模型。

3实现流程与关键技术

工程机械虚拟仿真实验教学平台的系统软件程序设计，与系统整体框架设计及硬件模块设计相匹配，平台的各软件模块都围绕着工程机械设计的基本理论展开。平台软件的实现流程包括系统用户时域信号的分析和系统频域特征的分析，最终通过对用户需求的分析和平台虚拟程序的运转，输出各类工程机械工作原理视频或图片，以达到提高教育、教学效果的最终目的。

平台启动后，用户按照自己的教学需求和平台使用规则载入原始数据，并开始进行数据转换，提取符合工程机械标准的性能指标值及相关数字信号的空间坐标值。系统的软件模块和软件实现流程能够以程序的方式写入平台系统，也可以按照用户的需求及工程机械的基本原理进行修正，以呈现出不同的信号频域特征和工程机械模型。

虚拟仿真实验教学平台信号的响应速度是衡量平台软件系统功能性的主要指标之一。平台系统在数据信号和系统本身固有特性共同作用下，可以将用户的实验目的及实验要求转化为最终的工程机械虚拟仿真实验结果，并在显示模块中显示出来。初始阶段由用户数据转换过来的信号为阶跃信号，阶跃信号可以直接调动系统平台的资源，但受到虚拟仿真实验教学平台硬件兼容性的限制。当信号无法调动系统平台资源时，就需要将阶跃信号转变为脉冲信号。平台的响应信号实质上由系统内部软件程序的微分方程及其全部的解构成，在系统平台开始进行仿真实验的过程中，基于对仿真信号的传递、识别和处理，能够得到实际的工程机械仿真模拟输出，但在绘制信号的仿真输出曲线时会出现一定程度的系统误差(t)，影响微分方程正确解的总体数量，因而需要对信号传输误差进行有效控制。系统信号输出误差的控制可以通过调整系统硬件参数设定或更新软件程序的方法实现。虚拟仿真实验教学平台的频率响应效率是影响平台信号谐波输入及系统稳态响应的一个重要因素，输出曲线的正弦波相位变化及幅值的变化，是显示虚拟仿真平台基础性能的重要指标之一。当进行虚拟仿真实验时，可以通过修改信号频率的模式，得到若干组数据信号输出值，使虚拟仿真实验教学平台的误差最小化，得到结果最为真实、准确。

在工程机械虚拟仿真实验教学平台的实际应用中，本文采用的UGNX虚拟技术，能够导入各种3D模型制作软件，具有更加良好的适配性和兼容性。在虚拟仿真实验教学中，软件程序的设计主要基于UGNX虚拟技术来实现，包括3D建模、3D渲染和仿真教学模型的优化。利用UGNX虚拟技术进行工程机械仿真实验教学，基于UGNX技术优化虚拟仿真实验教学平台的系统属性和软件实现流程，并按照用户的需求模拟真实的工程机械设备进行场景的选择与设定，添加各种属性和行为。

虚拟仿真软件程序在UGNX内创建并内嵌于虚拟仿真实验教学平台之中，实现工程机械的3D建模。创建仿真程序需要对原始的数据信号进行标准化处理及虚拟场景的交互，导入机械设备模型的三维数据，其中工程机械设备的格式是以系统插件的形式完成的，在数据信号格式的转换中，基于网络和校园内部浏览器向平台输出相关的实验教学数据，确定虚拟仿真实验教学的实施路径，并将最终的虚拟仿真结果以视频或图像的形式更为直观地展现出来。

在工程机械虚拟仿真实验教学中，为了提高三维展示的直观性，工程机械内部零件都具有一定的透明度，并可以利用UGNX技术将不同的零件辅以不同的颜色，在实验教学中有助于使用者更为细致地观察工程机械的运行原理，认识各个内部零件之间及与设备整体的逻辑关系。与传统的工程机械类实验平台相比，本文设计的仿真实验平台，在仿真的直观性、准确性、交互性及实验课堂教学效果方面都具有较大的优势。特别是在平台系统交互性能方面，利用UGNX技术平衡虚拟仿真平台总体的架构与节点安排，使工程机械设备结构的各种特性都能够全面地展示出来，显著提高教育教学的交互性与智能性。

4实证结果与分析

4.1虚拟平台的功能性验证

首先验证虚拟仿真实验平台的功能性。采用问卷调查的方式对使用了平台的师生进行问卷调查，对于文中提出平台设计的满意度问卷调查统计情况问卷调查结果显示，各专业教师和学生对于虚拟仿真平台的满意度均在95%以上，说明文中提出的虚拟仿真平台相对于传统平台具有良好的功能性和实用性，能够获得更好的实验教学效果。

4.2虚拟仿真平台的性能验证

教学实验平台的信号响应值是衡量系统平台性能的重要指标，信号响应值越小则证明实验平台的信号响应越快速、性能越强。本文以车辆工程专业教学中的底盘设计为例，分析传统实验教学平台和虚拟仿真实验平台的信号传输响应值分布情况。该基于互联网和大数据的工程机械虚拟仿真实验教学平台的信号响应值被控制在±1.0之内，最高值和最低值分别为0.65和–0.65。从实验结果可知：本文设计的虚拟仿真实验教学平台在系统响应时间上更有优势，尤其是在复杂三维建模中可以提高仿真教学的效率和效果。

5结语

虚拟实验教学论文篇8

关键词：虚拟仿真；电子类实验教学；应用

TP391.9；TN0-4；G642

一、虚拟仿真技术的概念与优势

虚拟仿真技术在电子类实验教学中的应用主要有两种方面：虚拟仪器技术和仿真。最早虚拟仪器这个概念是由美国仪器公司提出的，其主要含义就是“软件就是仪器”通过对应的软件来实现仪器的主要功能。在使用过程中利用LabvIEW编写虚拟的仪器面板，将各种数据信息采集设备和软件的仿真平台搭建出一个不同的仿真系统。仿真则是利用模型进行实验，对电路环境与电路过程中进行模拟，得到真正实验的全过程。虚拟仿真技术的核心内容就是将虚拟与实际结合，从而达到最佳的实验教学效果。同时，在虚拟仿真技术在使用过程中有以下几种优势

（一）节约成本

在传统的教学模式创新中需要不断的增加各种教学仪器设备，增加教学成本，而且要想进行实验只能在实验室进行。虚拟仿真技术的出现更好的解决了这些问题，在教学过程中只需要具备仿真软件计算机就能在任意地点进行实验，方便教师教学。

（二）理论与实际结合，激发学生兴趣

虚拟仿真技术可以将虚拟与实现结合，学生在接受新知识时还锻炼了学生的动手实践能力。将实验教学内容以更直观的形象展现出来，激发学生的学习兴趣，提高学习效率。

（三）实验平台的统一性和可恢复性

在使用虚拟仿真技术时，可以将多门课程实验进行统一，并为学生提供一个设计、原型、科学、的应用平台，这样不会丢失原有的实验信息，还会完成从原型设计到系统部署之前所有工作，从而将虚拟教学内容与实际教学实验的理论、知识更好的结合起来。

（四）教学内容的灵活性与创新性

虚拟仿真技术不同于其他试验箱数量固定的实验内容，在使用其技术时还会根据不同的需求搭建出一个不同的实验电路，让学生更直观的了解教学内容，同时还有利于教师开展一些综合性与设计性的教学实验，从而培养学生的创新能力。

二、虚拟仿真技术在电子类实验教学中的应用

随着电子技术快速发展以及教学内容不断的更新，传统的实验教学模式已经跟不上社会的发展，其中还存在着一些不足，虚拟仿真技术的出现将实验教学进行全新的完善，激发学生的学习兴趣，提高学生学习效率。电子电路课程是电子类专业必修课程，其中包括了：电路分析、模拟器电子技术、数字电子技术。在这三门课程中虚拟电子技术被学生们认为是一个难度最大，理论性较强的的一门课程。一般来讲，虚拟电子技术是与教学理念同步，有时也会落后于教学课堂。在传统的实验教学过程中，学生对实验的电路理论不够了解，对实验中可能出现的问题还没有特别清楚，因此，对于多数学生来说，在实验过程中一旦出现问题找不到任何的突破点，从而降低学习兴趣。在虚拟仿真技术中以二阶段有源低通滤波器为主的教学实验可以帮助学生加深对知识的了解，锻炼学生的动手动脑能力。

（一）二阶有源滤波器的仿真实验

在虚拟仿真技术中，常用的仿真软件有：Multisim、Pspice、Proteus等。在此，本文对Multisim在虚拟仿真技术中的使用以二阶有源滤波器电路进行了仿真。该技术操作简单容易上手，它在使用过程中具有非常多的元器件、虚拟仪器，它的功能强大，在使用过程中还为学生提供专用的万能表、示波器等常用仪表设备，而且还为学生提供了虚拟仿真技术的网络分析仪、频谱分析仪等仪器设备。二阶有源滤波器在教学过程中具有仿真的电路图，只需要在使用时输入信号频率和幅度，就可以通过滤波器的示波器进行观察，并让学生做出总结。同时，在使用时还可以利用波特图测试仪，设定使用频率的反问，保证学生可以更加直观的观看到二阶有源低通滤波器的频率响应线，学生在上课过程中就可以通过幅频特性曲线找到滤波器的频率。这样，学生就可以搭建出一个更为实际的电路，进行实验，从而总结出自己所得结果，并于教师交流。

（二）二阶有源滤波器的实际电路测试

NI的ELVISⅡ是一个将软件与硬件相结合的一套虚拟仿真技术实验模式。它集成了12种常用仪器，在使用过程中不需要任何的编程，同时还方便学生观察。NI的ELVIS在实验过程中可以通过USB与PC进行连接，方便学生调试。学生在实验过程中只需要将电路在原型实验板上进行连接，之后在通过对应的仪器观察软面板，再通过算机输入、总结就可。同时还可以测试一些相关数据，并对这些数据进行保存。学生在实验过程中可以大件二阶有源滤波器的实际电路图，在函数信号上发设定相应的信号，并在示波器的软软面板上仔细观察总结。所以，在Multisim在使用中可以更好的观察仿真波形与实际电路波形，便于学生更好的了解实验新知识。学生在实验过程中只需要把重点放在电路的连接上，并对结果进行详细分析，而且还不需要反复测试，在一定程度上提高了实验的效果，同时还提高了教师的教学质量与学生的学习效率。