虚拟实验设计论文范文

虚拟实验设计论文范文第1篇

（一）实验分析

高锰酸钾制取氧气是利用酒精灯、试管、铁架台、导管、集气瓶、水槽等仪器，通过加热高锰酸钾制取氧气，利用排水法来收集氧气。学生不仅要掌握实验原理、目的，实验仪器和药品的使用方法及注意事项，实验步骤、化学方程式的书写等内容，还要培养观察、分析能力和实践操作能力。

（二）《高锰酸钾制取氧气》的实验目的

（1）通过虚拟实验中的文本展示工具，使学习者了解实验目的、原理和方法。

（2）通过对虚拟实验的操作，掌握药品的选择以及仪器连接的先后顺序，能够动手制取氧气。

（3）通过对实验过程、现象的观察、分析实验反应机制，加深对实验的认知和理解。

（三）《高锰酸钾制取氧气》的虚拟实验活动设计

学生要完成虚拟实验首先需要安装Secondlife客户端，进入Secondlife虚拟环境，通过以下流程完成整个虚拟实验。

（1）准备阶段：学习者通过Secondlife提供的地图工具搜索到虚拟实验室地标并通过瞬间移动工具进入虚拟实验室。

（2）实验阶段：学习者通过人-机交互选择事先通过3D建模工具创建好的虚拟实验仪器、药品并通过资源工具查询相关仪器的使用方法及实验装置图，完成实验仪器的装置；点击各个实验仪器、添加药品来完成实验。

（3）评价反馈阶段：教师根据学生提交的实验报告和学习者的学习记录对学习者本次实验进行一个综合评价，并将评价结果通过评价反馈系统及时反馈给学习者。

二、《高锰酸钾制取氧气》的虚拟实验环境设计

本研究以《高锰酸钾制取氧气》为例设计的虚拟实验环境。以实验过程的设计为理论基础从场景及模型设计、交互设计、支持工具设计、特效设计、评价设计这几方面设计三维虚拟实验环境。

（一）实验环境的场景及模型主要虚拟教室、虚拟实验室和仪器设备组成

虚拟教室由讲台、桌椅、多媒体系统、音响设备、电子白板、书柜、书、电脑组成，供学习者实验后进行交流、报告、探究、形成实验结论。虚拟实验室主要由实验环境、实验操作台、水池、药品柜、灭火设备为为学习者完成实验并获取实验数据。仪器设备主要是酒精灯、试管、铁架台、导管、集气瓶、水槽、铁夹、烧杯。药品耗材主要是高锰酸钾等。

（二）交互系统设计

（1）人机交互设计：在实验中通过操作交互，学习者能够感受到实验设备的控制感和体验感。在Secondlife中，利用创建工具可以实现简单的“点击”“移动”“坐在上面”等操作，Secondlife提供的林登脚本语言可以设置改变物体的性质、运动方式、运动轨迹、对外力的反应等等，能够较好地支持学习者的操作交互。

（2）交流工具：学习者在实验过程中和老师、同伴交流的方式主要有在线的同步交流和异步交流。

（三）支持工具设计

实验支持工具是指支持学习者完成实验的所有工具，本研究的支持工具主要包括搜索工具、资源工具、实验认知工具、评价反馈工具等。搜索工具主要是地图工具和瞬间移动工具通过它们是搜索定位各种学习场所、用户，并瞬间移动到目的地。资源工具包含Secondlife内部资源和外部资源。内部资源主要是3D浏览器；外部资源包括各大搜索引擎。这些工具可以搜索Secondlife内部和外部各种信息资源实验认知工具主要包括3D建模工具、拍摄工具、记事本工具主要为为实验过程中学习者观察记录实验现象、采集数据提供支持。评价反馈工具主要包括问卷系统（choicer、Quizchair）、学习记录系统（Tracker）、Web-Intercom，为实验后学习者自评、反思以及教师评价反馈提供支持。

（四）特效设计

在Secondlife中，通过粒子系统结合林登脚本语言可以营造烟雾、火焰、气体、雪花等各种现象。在本实验中酒精灯加热的火焰、水槽里面的气泡、集气瓶中的氧气、反应过程中的烟雾、药品晶体的状态变化等效果都可以通过粒子系统来实现。

三、结论

本研究利用Secondlife虚拟环境的情境性、操作交互性和Sloodle平台对实验过程的控制和管理等特性创建了基于Secondlife的虚拟化学实验。该实验具有沉浸感强、深度操作交互、精密的反应机制控制和过程管理等特点，可有效解决当前中学化学实验教学无法培养学生实践能力，不能促进学生对实验过程的认知和理解等问题.

虚拟实验设计论文范文第2篇

1.1功能设计

（1）实验信息管理。

实验信息管理主要包括对实验室工作人员、实验室规章制度、实验室通知以及实验室办公文件等信息的集中管理。

（2）实验课程管理。

实验课程管理是指面向不同的老师、不同的开设班级，对实验课程进行编排，以完成实验课程的统一集中管理，做到实验课程的时间、教室不冲突。

（3）实验设备管理。

实验设备是实验教学过程中的重要资源，对实验设备统一进行信息登记和管理，有助于实现对实验设备的网络化管理。

（4）实验教学管理。

实验教学管理主要包括实验课程的准备，学生实验过程视频的保存，实验报告的电子化及成绩评定，以及实验教学总结。

1.2模式设计

该设计采用了C/S模式和B/S模式相结合的设计模式。整个实验室信息管理系统在WEB环境下运行，客户端与数据库服务器之间采用B/S模式，从而避免了客户端专用程序的开发；而数据库服务器与应用服务器之间采用C/S模式，适宜满足应用程序和数据库系统之间的大批量数据访问和调用，从而提高了数据访问的灵活性。另一方面，由于数据全部存储在专用的数据库服务器上，而应用程序服务器和客户端只负责发出相应的数据请求指令，这样在一定程度上也提高了数据的安全性，后期维护也更加趋于合理。

2虚拟现实技术在虚拟实验中的设计与应用

2.1虚拟现实技术的应用方法

要将传统的动手实验演变为基于虚拟现实技术的虚拟实验，必须要完成三维建模、虚拟场景重建以及动作响应设定等一系列设置，这样才能够实现实验教学的信息化和虚拟化。目前三维建模主要依赖SolidWorks三维软件完成，而虚拟场景的重新构建，在很大程度上依赖于LabView等图形化编程软件的使用。要实现虚拟实验系统的设计，离不开数据库系统的应用，因为在虚拟实验操作过程中，离不开对数据库的实时动态访问，因此如何快速访问数据库系统成为虚拟技术应用的关键。目前应用在虚拟实验系统中的数据库访问技术，主要是依赖于数据的快速存储方式。对于底层传递来的数据，按照数据自身的属性进行分类，从而将数据自动划分到不同的数据类中。在同一数据类中，按照所定义的关键字对数据进行存储。采用分类的数据存储和访问方式，能够极大地提高数据库访问的效率。

2.2机电一体化实验的虚拟化设计应用

本研究课题以具体的机电一体化实验为例探讨虚拟实验系统的设计与应用。机电一体化实验主要完成传感器检测、数据滤波、数据采集、数据显示、电机控制等一系列任务。针对该实验的内容，虚拟化和信息化可以按照如下步骤实施：

（1）三维建模。

借助于SolidWorks三维软件对传感器、滤波器、数据采集卡、数码管、CPU控制器、步进电机等进行三维建模，实验室内的万用表、示波器等其他实验仪器也要建模，以增强实验环境的真实性。

（2）场景重建。

利用LabView图形化编程软件，将上述三维模型进行空间布局设置，构建与实验室完全一致的实验场景。

（3）界面接口设计。

仅仅有图形化场景是远远不够的，还必须借助LabView图形化编程软件对接口进行设计。比如数据采集卡的接口应当与传感器的输出接口保持相同的电平规格；再比如，CPU控制器的输出脉冲应当跟步进电机的驱动电流保持相同电平规格，以确保电机能够被驱动。

（4）虚拟动作响应。

设计了界面接口，就能够利用VRML工具对虚拟动作响应进行设定，通过设定使虚拟实验系统能够智能地感知到操作者的意图，从而顺利完成虚拟实验。

（5）数据库的快速访问。

在机电一体化实验中，需要保存的数据有传感器采集数据、数据采集卡的采集频率、CPU控制器的输出脉冲规格以及步进电机的相关参数。这些参数按照其自身属性可以划分为采集数据、控制数据和输出数据三大类，将上述的数据自动地划分到这三大类中。当虚拟动作响应需要访问数据库系统查询上述相关数据时，可以首先按照数据所在的大类进行查询，这样有助于提高数据库系统访问的快速性和准确性。

3结语

虚拟现实技术是一种将现实中的情景进行虚拟化并重现的技术，在三维场景建设技术中有着重要的应用。本研究课题将虚拟现实技术与虚拟实验室建设相结合，探讨了实验室的信息化及虚拟实验系统的设计，结合具体的机电一体化实验给出了虚拟现实技术在虚拟实验设计中的具体应用。

虚拟实验设计论文范文第3篇

【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.

虚拟实验设计论文范文第4篇

【关键词】虚拟实验;研究现状;实证分析

【中图分类号】G420 【文献标识码】A【论文编号】1009―8097(2009)12―0111―04

引言

从广义的角度而言,虚拟实验是指区别于实际动手实验,通过各种仿真手段实现的仿真实验。虚拟实验主要用虚拟仪器、设备代替传统的实验仪器和实验设备进行实验,对实验结果的性能和实验过程中产生的“虚拟电路或设备”进行预测和评价,从而缩短实验操作时间和设计周期,降低实验成本[1]。虚拟实验大多通过软件实现,能够减少仪器设备的损坏,还可以避免真实实验或操作所带来的各种危险,因此,能有效解决真实实验资源不足的现状。由于虚拟设备的研究与应用的迅速发展,通过计算机可以模拟各种实验设备,使用者可以通过虚拟实验系统完成实验的理论设计和实践,多层次、多角度对实验设计和结果进行分析,然后再回到真实实验室进行实践检验。这样既节省了实验时间,又提高了实验效率,促进了创造性思维的发展。目前虚拟实验在学校实验教学与科学研究中发挥重要作用,引起了人们广泛的关注。

虚拟实验在国外研究较早,因其诱人的应用前景,各国均在大力发展,出现了很多成熟的系统[2-5]。我国的虚拟实验的研究起步较晚,但是发展速度较快。根据目前从网上可查到的信息和各院校开放的对外服务看,国内部分大学已陆续建立了虚拟实验系统[6-8]。为了详细了解我国虚拟实验的研究状况,本文采用量化统计的方法,通过对中国知网中4个数据库收录的所有关于虚拟实验方面的论文进行统计和分析,探析其研究的现状和存在的问题,寻找解决问题的途径。

一 研究资料和方法

本文所用的研究样本为1999年～2008年10年间中国知网上的有关虚拟实验的论文,包括中国期刊全文数据库、中国博士论文全文数据库、中国优秀硕士学位论文全文数据库、中国重要会议论文全文数据库4个数据库收录的所有关于“虚拟实验”方面的文章,采用的检索项是“篇名”或“题名”,检索词为“虚拟实验”,“精确”查找。

应该说明的是,一项研究往往是多方面的,综合的,可以归入好几种分类,很难设计出一个单一的分类方案来囊括全部的研究内容。针对很多文章分类不明确,或者内容涵盖多个领域,笔者采用“标题+摘要+全文”的分析方法,对论文关注的主要内容进行归类和分析。

二 有关虚拟实验研究论文的统计与分析

1 按研究数量分析

从1999年～2008 年,共检索到关于“虚拟实验”的文献648篇,其中中国期刊全文数据库共发表研究论文533篇;中国博士论文全文数据库收录论文2篇;中国优秀硕士学位论文全文数据库共收录论文85篇;中国重要会议论文全文数据库收录论文28篇。各年收录论文情况见表1。总体看来,关于“虚拟实验”的研究论文数量庞大,研究和关注程度呈逐年上升趋势。尤其是2006～2008这三年来,年产生论文数量超过100篇,其硕士论文也达10年最高,说明关于虚拟实验的研究得到了研究者们广泛的关注,研究内容也有了一定的深度。

表1 研究论文的基本信息统计

2 按研究内容分

我们将所有的研究样本分为理论和实践两大类进行分类整理,有关统计结果如表2所示。图1为论文分类数量的逐年统计结果。表中数据显示,在1999～2008年发表的论文中,偏重于理论研究与探讨的论文147篇,占22.7%,而偏向实践研究方面的论文501篇,占77.3%,后者是前者的3倍多。从图1可以看出,虽然理论和实践研究数量均呈逐年上升趋势,但是这10年来关于虚拟实验方面的研究一直偏重于实践方面,并且有逐渐增大的趋势。

表2 样本论文的分类统计

图1 虚拟实验理论与实践研究数量逐年统计图

(1)理论研究

我们将理论研究的文献进行二次整理和分析,按照论文研究的内容将理论研究划分为教学思考、教学模式、技术介绍与分析等7个方面,各年统计情况见表3。图2则反映理论研究类各论文数量的逐年发展情况。

“教学思考”方面论文102篇,研究内容包含虚拟实验的教学功效、教学前景、虚实结合实验以及虚拟实验室建设的思考、虚拟实验建构的必要性探讨、系统介绍、实验内容与步骤的介绍等方面。这方面的研究主要存在的问题是,很多文章内容较短,对于虚拟实验的教学功能、前景、在教学中的作用与地位、开设虚拟实验的必要性和构想等阐述较多,很多选题雷同,总体看来研究内容不够深入。

“教学模式”方面的论文一共15篇,大多是物理、电工电子等具体学科中虚拟实验的教学模式的简单介绍以及虚拟实验在探究学习、合作学习中的应用,缺少对教学模式应用的效果分析。其中,基于网络的虚拟实验的教学研究得到了重视,说明了人们已经逐渐认识到了网络虚拟实验与单机版虚拟实验相比所具有的优势。

“技术介绍与分析”方面的论文17篇,主要集中在虚拟实验开发的技术介绍,如Vrml、Java、Matlab、Java3D、Cult3D、虚拟仪器技术等。有些文章从多个方面对这些技术进行了比较分析,揭示出各自的优缺点,对实验开发有一定的参考意义。

“现状与趋势”方面的论文10篇,分别介绍了国内外已开发的成熟的虚拟实验系统、虚拟仪器技术与基于虚拟仪器技术的虚拟实验系统的发展和应用前景,一些文章指出了当前研究的不足,并提出发展趋势。

此外,有一篇论文从哲学层面对虚拟实验的发展阶段进行了探讨,其余2篇论文分别是虚拟实验技术的研究与应用创新团队介绍以及会议内容介绍。

表3 理论研究的分类统计

图2 理论研究类各论文数量的逐年发展情况

(2)实践研究

同样,将所有偏向实践应用的论文进行整理与分类,如表4所示,图3为实践研究类论文数量的逐年发展的情况。本文将实践类论文分为“设计与开发”、“教学应用”以及“虚拟实验方法”三类。

“设计与开发”方面论文431篇,占实践类论文的86%。内容包括虚拟实验过程设计与开发、实验系统(管理网站)的设计与开发、虚拟仪器间通信的标准化建设、实验模型的设计与实现、实验仪器的建模等方面。开发工具有Authorware、flash、VB、C++ builder、Matlab、LabVIEW、EWB、Java3D、VRML等,多达十余种。类型从二维虚拟实验系统到三维虚拟实验系统;从纯软件开发的虚拟实验系统到基于虚拟仪器技术的远程控制虚拟实验系统,涉及物理、计算机、交通、机械设计、电子工程、检测等多个学科。从以上数据可以看出,设计与开发类的研究是近年来研究的重点和热点。从一个侧面说明了技术性和学科适用性对虚拟实验的使用和推广起着至关重要的作用。

“教学应用”方面论文61篇,仅占实践类论文的12.2%。研究内容包括虚拟实验在具体学科教学中的应用实例、实验实施方法和效果、实验现状调查等方面。但是对具体学科教学内容的应用实例介绍比较多,对实验实施方法和效果、实验教学与应用现状调查很少。由此可见,目前人们对虚拟实验的教学应用研究的热情不高,对实验的教学设计及其应用效果研究认识还不够。

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“虚拟实验方法”方面论文9篇,这部分研究关注相对较少,主要集中在使用虚拟实验的方法模拟具体学科知识,侧重于学科知识的发现与研究。

表4实践研究类论文分类统计

图3 实践类论文数量的逐年发展的情况

3 按关注学科分析

中图分类号是指采用《中国图书馆分类法》对科技文献进行主题分析,并依照文献内容的学科属性和特征,分门别类地组织文献所获取的分类代号。因此,本文参考中图分类号来分析文献所属学科。需要说明的是,虚拟实验的研究是一个交叉学科,既可能运用到相关专业知识,又需要相应的计算机技能。我们在参考中图分类号进行统计的过程中,发现有一些文献分属多个学科。为了侧重于研究“虚拟实验”的关注学科,本文在统计时将这些文献分别列属于相应学科。

本文对相关领域进行归类,共列出17个大类,分别涵盖教育、自然科学、工业技术、交通运输等领域(见图4),其中“其他领域”包括哲学、农业科学、基础医学、贸易经济、体育、天文学与地球科学、管理学以及食品工业,各有1篇文献。由图4可见,目前很多领域对虚拟实验进行了关注,其中以“自动化技术、计算机技术”领域对虚拟实验最为关注,10年来研究论文总量为313篇,侧重于使用各种技术进行实验平台的设计与开发、实验模型与仪器的建模等方面。其次是教育技术领域,文献总量为131篇,主要侧重于计算机化教学以及教学应用等方面。其他对虚拟实验关注较多的是“无线电电子学、电信技术与电工技术”、“高等教育”、“机械、仪表工业”领域。由此可见,在关注学科中,“计算机技术”和“教育技术”领域最为突出,说明虚拟实验的发展跟计算机技术有着极其重要的关系;其次,教育技术、高等教育、课程与教学论领域的关注说明了虚拟实验在教育教学中的作用已经引起人们的关注,虚拟实验的教学应用将成为人们下一阶段研究的主要内容。

图4 各领域中关于“虚拟实验”研究论文数量情况

三 对目前虚拟实验研究的思考

1 理论研究深度还不够

通过对虚拟实验现状的文献分析,我们发现,理论研究与实践研究数量差距较大,说明目前人们在该领域的研究重实践、轻理论,这与很多领域重理论、轻实践的现状不太相同。

理论类论文很多还停留在对于虚拟实验教学功能、构建虚拟实验系统的必要性、系统介绍等层次。目前人们对虚拟实验在教学中的功能、作用以及构建虚拟实验系统的必要性等已经有了明确的认识,因此,应加强对指导虚拟实验教学的理论研究。对虚拟实验与真实实验结合的过程中,教师与学生的角色变化以及新型的教与学方式的转变应给予关注。

2 虚拟实验系统通用模型的设计与开发不多

实践领域“设计与开发”方向的研究最多,说明目前人们对开发出适合学科特点的虚拟实验系统的迫切性。但是研究集中在基于某一门课程虚拟实验的实现,开发的技术种类繁多。基于一种技术开发的某一学科虚拟实验已有成熟的系统产生,但是有些研究者换一个设计案例仍然进行研究,这无形中造成了资源的浪费。因此,如何开发出某一学科的虚拟实验通用模型,实现基于此平台的二次开发,以避免不必要的重复劳动,提高开发效率,对现阶段虚拟实验教学的深入开展显得尤为重要。

3 加强虚拟实验系统应用研究

通过以上文献分析可以看出一个明显的现象,就是广大研究者对开发出的虚拟实验系统在教学中的应用情况不太关注。对虚拟实验系统应用于教学的过程设计与效果分析、虚拟实验系统开发评价等方面的研究不多,尤其是关于学生对虚拟实验系统学习体验的调查和从学生视角对使用虚拟实验系统进行学习的评价很少。实际上,这方面的研究,对于检查所开发平台的有效性、实用性有很重要的意义。

4 加强学科之间的交流与合作

通过关注学科的分析,说明虚拟实验已经引起很多领域研究者的关注。但是研究群体仍以相应学科的人员为主,学科之间的交流与合作还需加强。多学科的交流与合作可以结合多方面的研究力量,从多视角深入地进行研究,拓展其在各个领域的应用。

―――――――――

参考文献

[1] 牛龙平.“虚拟教学、虚拟实验”系统的研究与应用[J].高等理科教育,2005,(2):82-84,105.

[2] Johns Hopkins university.Java virtual physics laboratory[EB/OL].

[3] Ruhr university.vclab[EB/OL].

[4] HHMI.BioInteractive virtual labs[EB/OL].

[5] National University of Singapore.NUS Internet Remote Experimention[EB/OL].

[6] 华中科技大学.液压与气压传动虚拟实验[EB/OL].

[7] 崔光佐,程旭,杨芙清.基于WWW的网上虚拟实验室设计与实现[EB/OL].

[8] 车皓阳,余胜泉,何克抗.构建基于WEB的虚拟实验室[EB/OL]. =

虚拟实验设计论文范文第5篇

关键词：操作系统；课程体系；实验设计

中图分类号：G642.0？摇 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）13-0037-02

在传统的教学体系下，操作系统教学存在以下几个问题：一是缺乏高质量的实践环节支持，学生不能透彻理解操作系统的具体的实现机制；二是缺乏针对不同培养方向教学方案，系统方向需要的是和操作系统有关的所有底层硬件及内核实现的深入理解，而非系统方向需要知道如何利用操作系统机制来支持上层应用的开发；三是操作系统课程知识点过于集中在一门课当中，没有强调不同课程中有关知识点之间的联系和呼应。复旦大学软件学院一直尝试进行改革和探索，引进国外先进的教学理念和课程设计，在课程设置上不仅涵盖了计算机专业重要的知识点，更重要的是这些课程在内容上互相呼应、前后关联，帮助学生从低年级开始先树立整体的计算机系统概念，然后在后续的课程中不断深化某一方面知识的学习[1]。论文以操作系统的教学设计为例，来说明操作系统的知识点如何分布在多门课程中，并针对不同方向的学生有针对性地完成课程内容和课程实验设计，让系统方向和非系统方向的学生都获得相应操作系统知识，满足今后工作或深造的知识需求。

一、知识点的分布

软件学院引进了CMU和MIT知名高校的计算机课程，并且对这些课程进行了合理的改造。在操作系统课程方面，考虑到操作系统的教学和实验环节的难度，将操作系统的知识点合理分布到了不同课程中，组成有机的知识系列，前期的知识储备为学生完成操作系统实验打下了很好的基础。在课程体系设计中，和操作系统有关的课程包括从CMU引进的《计算机系统基础》，从MIT引进的《计算机系统工程》，从MIT引进的《操作系统》，以及参考CMU的《系统程序设计》。《计算机系统基础》的主要内容包括信息的表示和处理、程序的机器级表示、处理器体系结构、优化程序性能、存储器层次结构、异常控制流、网络编程、并发编程等。课程从程序运行的角度介绍了程序的内存布局、虚拟内存的管理，以及系统级IO编程方法等和操作系统有关的重要概念，通过该课程学生已经完全能够从概念上理解基于页面机制的虚拟内存的转换方法，以及程序的内存布局等知识。《计算机系统工程》深入而广泛地介绍了构造计算机系统的主要原理和概念，包括系统和复杂性，命名机制以及系统模块之间的引用和访问；从虚拟化的角度来讲解线程、内存以及进程间的通信；在性能设计方面讨论了CPU的调度、内存的替换策略、磁盘调度；讨论了系统容错的原理和方法，对实现原子性进行了讨论，说明了如何实现线程之间的一致性数据保护。通过该课程，学生建立了计算机系统的整体概念，同时也掌握了操作系统必要的调度、内存、文件系统等概念。系统方向的《操作系统》是完成操作系统教学的核心课程，该课程从理论上涵盖了所有操作系统的概念和实现机制。由于在前期的课程中虚拟内存、IO和进程的概念已经涉及过，在温习这些知识的基础上，主要讲解如何实现操作系统的细节，比如在x86架构下的段页内存管理机制，Linux的内存管理方式，虚拟内存管理，为学生的实践项目（project）中的进程控制开发提供支持。正是因为有了之前《计算机系统基础》和《计算机系统工程》的知识准备，学生才能在操作系统课程中完成高质量的实践项目[2]。非系统方向的操作系统课程是《系统程序设计》，将系统方向和非系统方向的学习内容有所区分，一方面保证系统方向的内容和MIT的实践项目保持一致，另一方面满足非系统方向学生的对操作系统的知识需求。《系统程序设计》课程是针对非系统方向学生开设的课程，该课程通过对UNIX系统的底层编程细节讨论来认识操作系统概念在UNIX系统中的具体实现。主要内容包括文件系统和IO的性能，缓冲区对IO性能的提升，进程的控制方法，过fork以及内存页面的优化策略，信号机制，多线程编程方法，高级IO的一些方法和终端设备IO进行了讨论。通过这些知识及补充材料，非系统专业学生可以掌握在开发上层应用时，如何利用操作系统提供的机制，通过实验设计了解UNIX操作系统的设计机理，提高应用程序性能。

二、实验设计

在《计算机系统基础》和《计算机系统工程》中关于虚拟内存、IO和CPU调度虽然没有编程的实验，但是通过手工计算、画结构图等帮助学生建立了知识的框架，为后续的课程打下了理论基础。引进国外大学的操作系统课程后，特别是实践部分和MIT同步之后，学生有机会通过完成操作系统中的主要模块来深入理解如何通过硬件的支持完成操作系统的功能。《操作系统》的实践项目将要完成一个基本的操作系统内核，整个项目被分成几个相对独立的部分，首先完成进程的创建，主要完成内核和用户进程空间的内存分配，进而在此基础上实现fork和exec系统调用，实现进程切换以及CPU调度，完成基本的文件系统。通过完成这个实践项目能够帮助学生彻底理解实现操作系统核心功能的软硬件机制[2]。《系统程序设计》课程的实验设计包括：（1）IO性能对比，了解不同的IO的方式在读写性能，了解操作系统中IO和文件系统上的实现策略对性能的影响。（2）信号机制：通过信号机制来控制进程。（3）并行程序设计，通过多线程和openMP实现并行程序设计；（4）实现一个能够支持流媒体服务器。（5）实现简单的Linux驱动。通过这些实验项目，非系统方向的学生能够掌握系统内核的实现方法，掌握操作系统对上层应用性能的影响和系统优化方法。

三、教学方法改革

除了课程体系的改进之外，软件学院在教学方法上也进行了改革，将不同课程中有关操作系统的知识点的有机的串联，在不同课程中进行合理的分工，既要避免重复又相互支持和呼应。在具体的知识讲解方面，各个课程都能根据课程分工抓住重点和难点进行透彻分析，而对于一般性的问题只是将问题提出，让学生通过课后学习，通过作业等方式来检查学生的掌握情况。为了扩展学生的知识面，加深对书本上概念的理解，针对不同的知识点安排相应的课后阅读材料，并提交相应的作业或设计。在《计算机系统工程中》设计了一系列的课后阅读的论文，包括：《Worse Is Better》讨论了两种设计哲学的优劣，引导如何找到适合的设计方法；《Fast File System》对现有文件系统的各种缺点进行了改进和优化；《Map Reduce Google》帮助学生了解目前最重要的关于大数据处理的方案；《RAID》讲解关于RAID磁盘阵列的原理与简单的性能比较；《End To End control in network》讲解网络中端对端层的设计原理，并针对应用进行优化。在《操作系统》课程中则要求学生阅读x86 CPU的白皮书中细节，阅读《深入理解Linux内核》的对应章节了解Linux在x86架构上的实现方式。通过大量补充相关阅读材料，学生加深了对课程内容的理解。为了保证实践项目的顺利完成，各个课程都增加了教师助教和学生助教，帮助学生理解实践项目的目的、要求、知识需求等，并设计对应的开发和测试环境，保证了课程体系改革的成功。

通过引进国外的课程，并合理组织操作系统知识点在不同课程中的分布，改革教学方法加强学生的自我学习，针对不同方向的学生设计不同的实践项目，加强对学生的辅导，几年的实践证明，这样的教学设计有助于学生加深对操作系统概念的深入理解，学生能够完成世界一流大学的实践项目，使软件学院的操作系统教学接近国际水平，为培养国际化的合格人才做出了贡献。

参考文献：

[1]臧斌宇，朱东来.借鉴国际先进经验，加强计算机系统方向基础教学[J].计算机教育，2009，（16）：147-150.

[2]冯红伟，王鹏.操作系统教学与实验设计研究[J].实验室研究与探索，2007，（2）：251-253.

虚拟实验设计论文范文第6篇

郑州大学基础医学实验教学中心组建于2001年9月。根据“学科交叉、设备共享”的原则,充分结合各课程特点及资源分布,中心下属各专业实验室优化重组为4大实验室板块,构建起医学形态学、医学机能学、分子医学及人体解剖学四个医学基础实验教学平台。以培养学生综合能力为核心,针对实验教学课程体系与实验教学内容进行了整合,从而组成了与实验教学平台相对应的形态学实验、机能学实验、分子医学实验,人体解剖学实验四大模块。从根本上改革实验教学依附于理论教学的传统观念,构建了既与相应学科的理论教学保持有机联系又相对独立,具有鲜明特色的“一体化,模块式,综合型、开放性”实验教学课程体系。

2分层次设置实验内容,采用多元化教学方法

按照“扎实基础、自主开放、鼓励创新”的原则,大幅度调整实验课程内容和授课程序,以能力培养为主线呈渐进式衔接,按基本技能实验(50%)、综合设计性实验(40%)、研究创新性实验(10%)三个层次设置实验项目,编写与之相适应的基础医学实验教学大纲和实验教材,逐渐形成从宏观至微观、从形态至机能、从简单至综合、从基础至临床,纵横相互联系的实验教学模式,以培养学生的科研素质和创新能力。同时,根据不同学科特点,采用多元化教学方法,最大程度提高学生的学习积极性和主动性[2]。基本技能实验结合理论课教学,开设传统的经典验证性实验、基本仪器使用、实验动物手术操作、实验数据和图形的记录、采集和处理,训练学生基本实验操作和技能。综合设计性实验引导学生以“一个问题”为中心,综合多学科知识点,从人体器官、组织细胞的形态结构、遗传特性、生理生化到疾病发生的分子机理、基本病理过程、药物作用等多个角度来设计实验,使学生以跨学科的思维方式建立整体的概念,增强学生对实验现象的观察与思考。设计性实验让学生选择自己感兴趣的题目,运用已学到的知识和技能,独立设计并开展带有研究性质的综合性实验,搜集必要的实验数据并加以分析,写出实验论文,以学术交流会的形式,讨论各自的实验结果,从而培养学生综合思维能力及创新意识[3]。研究创新性实验结合学校“大学生创新实验计划支持基金”,学生自行组织课外科研小组,在导师的指导下设计感兴趣的小型科研课题,申请创新实验基金或参加指导老师的在研课题。该实验从实验设计、科研实施、结果整理分析到论文撰写,全部由学生独立完成。2007年以来,我校7年制及5年制医科各专业学生共获得资助15余项,资助经费达10万元,公开发表科研论文28篇,获得各种奖励及发明专利20余项。以学生为主体、教师为主导的创新实验,采取自主式、学导式、研究式的教学方法,学生接受了较全面、严格、系统的科研训练,启发了他们在科研过程中提出问题、解决问题的逻辑思维方式,提高了独立工作和科研创新能力[4]。

3积极开展“第二课堂”教学活动,培养学生观察问题、解决问题能力

开展“第二课堂”活动是中心实验教学改革的另一大特色。富有内涵的第二课堂活动,既强化了学生实习、实践环节,也提供了互动的师生交流空间,创造了学生自己动手、动脑的机会。通过引导学生参加社会活动,激发了学生积极探索的精神,缩短了学生与社会的距离。医学昆虫学课程教学中,采取了专题讲授与社会实践相结合的教学方式,结合所讲授的专题,把学生组织成若干社会实践小组,利用周末开展小型调研活动。学生们在辅导教师的指导下,走出实验室,制订医学昆虫调查、防治技术方案,在锻炼学生动手能力和实际工作能力的同时,也培养了学生科研工作的能力及兴趣。临床药理学将实验课搬到工厂车间,让学生现场亲眼目睹制药过程。人体解剖学在课余时间将学生组织成若干课外实践小组,参与解剖技术室的尸体解剖与标本制作,使学生们在实践中进一步学习掌握解剖学知识[5]。第二课堂教学活动的开展,既强化了学生实习、实践环节,也创造了互动的师生交流空间和学生自己动手、动脑的机会,有利于加强学生主动获取知识和动手能力、创新能力的培养。2001级7年制临床医学专业赵菁同学,从大二开始,就参与了“河南省重点科技攻关基金资助项目”的有关课题研究。她提出的将物理和化学中有关载体模型的思想引入到生命科学领域的原理,在我省大中专院校尚属首例。其研究课题“小鼠IFN-γ真核表达载体的构建和转染鼠腹腔巨噬细胞抗肿瘤效应研究”已在基础研究中获得了肯定的治疗结果,可为临床治疗提供可靠的实验依据。在大学学习的几年里,赵菁同学将课余时间和节假日全都用在了科学实验和科技制作上[6]。当中心开展第二课堂活动来发展学生的兴趣和爱好时,赵菁就找来理工科的学生成立课外科研小组,常常领着小组成员研究生物、电子技术,搞科技制作,一项一项的创造发明问世,并连续在“挑战杯”竞赛中获奖。在第二届“挑战杯”河南省大学生课外学术科技作品竞赛中,《针剂破口器》、《新型解剖床》荣获二、三等奖;在第八届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛中,《针剂破口器》荣获三等奖;在第四届“挑战杯”中国大学生创业计划竞赛中赵菁同学主创的《河南医美乐医疗器械有限责任 公司》创业计划荣获铜奖;在第三届“挑战杯”河南省大学生课外学术科技作品竞赛中,赵菁同学的两件作品《解剖室空气净化装置》和《便携式电子防晕动装置》分别获得二等奖和优秀奖。在校期间,她连续四年在全省、全国“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛和创业计划竞赛中获奖,2003年被授予“中国大学生跨世纪人才奖———建昊奖”,2004年荣获“青春中华―首届中国青年文化周特别奖”,2005年8月被授予“第二届中国青少年科技创新奖”,2005年11月被授予“首届河南省十佳青少年读书成才奖”,2005年12月荣获“中国十大年度大学生创意人物入围奖”,2006年2月荣获“首届河南省十大教育新闻暨教育新闻人物奖”,2006年6月获得“郑州市学习标兵奖”,截至目前,她已拥有7项国家专利,被誉为“学生发明家”[7]。2004级临床医学专业卢沛琦同学积极参与老师的科研活动,将所学知识与科学实践结合在一起,利用第二课堂活动,在指导教师的带动下顺利完成一项科研内容,其撰写的科研论文《骨髓间充质干细胞体外诱导为心肌细胞的实验研究》,在2006年郑州大学组织的学生科技竞赛活动中,荣获“郑州大学学生科技创新与科技论文”一等奖。

4利用现代化教学手段,提高实验教学质量

中心将网络信息技术引入实验教学,建设了一批数字化、网络化的实验教学平台。包括人体解剖学虚拟实验室、数字网络多媒体解剖学实验室、数码显微互动形态学实验室、多通道生物信号采集系统和机能学仿真实验网络教学系统实验室等。各实验室根据不同需求装备相应的数字化网络设备,使实验室信息网络硬件建设处于国内高校实验室领先地位。虚拟、仿真实验软件与实验硬件配合,多媒体技术,网络教学———三种教学手段,进一步强化了实验教学效果。我们自行研发的一套局部解剖学虚拟教学软件,利用虚拟的人体三维技术实现了“虚拟人体解剖”,学生通过鼠标、键盘等工具输入相应的变量,进行逼真的人体解剖实验,收到了良好的教学效果,受到学生和省内外同行专家的一致好评[8]。借助校园局域网和中心网络实验平台连接,应用现代化网络信息技术,开辟了试验项目网上预约、网上预习、网上复习、在线实验等方式消除空间和时间上的障碍,培养学生利用计算机网络平台猎取本专业发展前沿信息和新技术的方法。在中心网站创建的局部解剖学虚拟实验室、机能学网络仿真实验室、形态学网络标本陈列馆。由于网络教学的个体性和交互性,极大地激发了学生的学习兴趣、主动性与创造性。

5完善实验考核方式,科学评价实验教学效果

针对不同层次的实验,采取不同的考核方式,客观、准确、科学地评价学生成绩,构建了以教学督导与信息反馈为主要手段、以实验过程监控为主要内容、以完善的规章制度为保障的实验教学质量保证体系。基本技能实验的考核主要依据:实验预习与报告,实验操作,实验考试[9];综合设计性实验的考核主要依据:选题的合理性和难度,设计方案的完整性、合理性、经济性,仿真优化的正确性,硬件制作、测试结果和设计报告;研究创新性实验的考核主要与课题、论文完成情况,答辩情况以及竞赛结果相结合。

6设立专项基金,推进实验室开放

虚拟实验设计论文范文第7篇

研究生的大部分课程都压缩到这一个学期来上，因此这个学期课程任务较重，我的主要精力也都放到了学习相关课程上面。

在课题方面，通过阅读相关文献以及老师和师长的介绍，我已经对本课题有了大致的了解。由于我们这个课题现在正处于起步阶段，仪器相关的很多零部件还不齐全。因此，平时在网上还查找一些生产和销售本仪器及其相关零部件的公司，并且电话联系了部分公司，大致了解到了spr仪器及相关零部件的市场价格和它的发展现况，并且购得一些主要的零部件。

本学期我一直严格遵守实验室管理规定和作息制度，未曾出现过迟到、早退现象，按照执勤表认真履行执勤职责！在课余积极的参加学院组织的各种文体活动。

本学期所修课程及相关知识

所修课程

备注

基础英语

提高了英语读写能力

应用数理统计

学习参数估计、假设检验、回归分析、方差分析和实验设计等统计学知识

现代医学仪器的应用和设计

学习现代医疗器械的发展状况以及仪器的设计方法和注意事项

最优化技术基础

学习线性规划、无约束非线性规划、约束非线性规划以及这几类规划的求解方法和一些动态模型的建模问题

现代生物医学传感器及医学信号处理

学习了神经活动的非线性活动以及现代医学传感器如spr传感器的发展状况

医学基础

学习了中医学的一些基本知识以及西医学中有关炎症、肿瘤和血液的知识

专业外语

学习文献检索技巧、论文写作及论文投稿等方面的知识，并翻译一篇关于spr的文献进行了拟投稿程序

数字图像处理

学习了图像处理的一些基本算法和方法

人工神经网络及模式识别

学习人工神经网络模型、单层感知器、多层感知器、bp网络、径向基网络hopfield反馈网络等知识，并利用matlabe软件进行了车牌识别的设计

虚拟仪器

学习虚拟仪器的基本知识，并利用labview软件进行了计算器的设计、数据采集和模拟输出实验

数字信号处理器及其应用

虚拟实验设计论文范文第8篇

教师是科学文化知识和技能的传播者，在教学活动中与学生接触时间最长，接触机会最多，在教学过程中起着主导作用。在我们的实验教学中，我们非常注重教师和实验员学历结构和专业素质的培养。首先，我们充分发挥有经验教授的传帮带作用，有针对性的对年轻教师和实验员进行教学和实验操作指导，以提高他们的专业技能。其次，我们通过培训、进修、参加学术交流和学习研讨会，聘请专家进行学术讲座，使教师和实验员能及时改善更新自身的知识结构体系。在以往的实验教学中，教师只关注学生是否按要求操作和实验是否顺利完成，而不太关注学生的心理感受。但是在我们的实验教学中发现，由于药理学实验的特殊性，学生每次课面对的实验对象都是活生生的小动物。学生对面这些动物的心理状态对他们能否认真的学习实验课非常重要。有些学生之前没接触过实验动物，面对动物的抓拿、采血以及手术操作，不免紧张害怕恐惧，从而对整个药理学学科产生畏惧和厌恶，甚至放弃实验。我们教师要给予这样的学生更多的关爱和鼓励，做好心理的疏通指导，帮助他们克服心理障碍，让学生真正理解我们实验的目的不是为了折磨或者杀掉实验动物，而是为了让他们今后成为更加优秀的医药学人才。有了正确的价值观，他们才会主动的去学习和思考而不是被动接受。

二、增强实验室硬件建设

反映实验教学好坏重要的一环是实验室仪器设备建设，仪器设备建设是高校教学基本建设，学科基础建设和本科教学的重要组成部分，是办好大学和培养创新人才的重要物质基础和必要条件。仪器设备的好坏直接影响着实验室的实力和学科发展。在过去的7年时间内，本实验室先后引进了多种药理学相关的实验仪器，总的实验台件数超过200台，仪器设备总值超过150万元，能满足各种药理学实验的需求。在我们的实验室仪器设备建设中，我们始终以强化学生的实践能力和创新能力为目的，例如本实验室引入的生物信号采集与处理系统、疲劳转棒仪、智能热板仪、多功能小鼠活动记录仪、足趾容积测量仪等实验仪器，每种仪器均达14台以上，能满足60人的实验室同时使用。又如本实验室2012年引入的医学虚拟实验系统，学生直接在计算机上点击操作，图像逼真、色彩鲜艳，学生可以在虚拟实验系统里学习仪器设备原理，模拟实验操作过程。有了模拟的操作，学生在真正实验的时候就能得心应手，实验也变成了一件轻松愉快的事情。

三、改革实验教学内容

一直以来，药理学实验教学以验证理论为主要教学目的，并以课堂、教师为中心进行教学，学生上课的积极性和主动参与意识很弱。这种教学方法制约了学生的科学思维，不利于学生创造性思维能力的培养。我们根据本教研室教师科研实验的资源，引入了一些新的实验，目的在于培养学生的科研意识和创新能力。如本教师团队的科研实验室对分离人脐静脉内皮细胞有丰富的经验，我们给本科生开设了原代人脐静脉内皮细胞鉴定的实验。教师在上课的时候给学生放映讲解整个脐带静脉分离过程的图片，脐带来源于婴儿与母体分离那一刻。教师在讲授的时候会引入一些原代细胞培养的基本知识。这种实验既增强了课堂教学的吸引力，也丰富了学生的专业知识。学生带着新鲜感和趣味性再进行实验操作的时候也会积极思考，自主探索。又如常规实验：不同因素对家兔血压的影响，我们除了加入常规降压药：酚妥拉明、普萘洛尔等，还加入课题组教师提取的某中药降压有效成分，学生在实验的同时除了验证还有探索，这样既丰富了学生的实验内容，而且增加了他们的实验兴趣，并能充分调动他们思考和动手的积极性。

四、开展设计性实验

药理学实验不仅要培养动手能力强的医药学人才，更注重培养综合运用知识解决实际问题的能力及创新能力的人才。因此，开展设计性实验是药理学实验教学的重要组成部分。药理学设计性实验培养学生的自主创新意识、实践动手能力、科研开发能力、分析和解决问题能力，为其提供一个充分发挥自主性、创造性的学习环境，进而激发其创造力。本校本科生药理学实验总学时64学时，其中设计性实验占16学时，每次实验按5人分一组。教师在第一次实验课的时候就会提出设计性实验的概念。等实验上到第4周，学生有一些药理学实验基础的时候，安排实验设计的任务，每组5人均需要查阅文献资料，各自撰写一篇实验设计，交由教师审核，教师根据各实验的可行性、学生的实验兴趣以及本实验室的具体实验条件，选出一篇可行性最好的实验设计，再由该组5人一起去修改完善，预报动物以及耗材计划，然后开始正式实验。实验结束后分析实验数据，撰写实验论文，PPT答辩，教师打分。实验论文和PPT答辩占药理学实验课成绩的50%。在整个过程中，学生从自己去查阅资料到正式实验，会发现原来很简单的实验在自己操作时会遇到很多问题。在解决这些问题的同时，学生明白了科学实验是一个不断反复、不断摸索的过程。学生的主动性、观察力和创造力都得以提高，从而达到培养学生创新思维和创新能力的目的。

五、结语

总之，本校通过进行以上这些实验教学方面的改革与实践，更好地激发了学生学习药理学的兴趣，并进一步提高了学生的学习能力、思考能力、动手能力和创新能力。在今后的工作中，我们还会不断探索创新，提高教学质量，培养出综合素质更优秀的学生。

虚拟实验设计论文范文第9篇

关键词:生物化学;教学改革;自主设计实验课堂

生物化学是一门医药学的必修课程，是研究生命物质的化学组成、结构及生命活动过程中各种化学变化的基础生命科学。所以生物化学课程应尽量提前，但应在有机化学课程之后，或与有机化学课并进;是病原生物学、内科学、人体解剖与组织胚胎学等专业的必修课程，因此应先打下较牢固的生物化学基础，并尽量加重生化课的分量，同时避免后继课程相关内容的重复。生物化学以其理论性强、概念抽象、名词繁多，各种代谢过程复杂繁琐，堪称生物学科中最抽象、最难懂的学科之一。如何激发学生的兴趣，寓教于乐，使学生喜欢听课，乐于参与，积极讨论，学到知识，解决实际问题，这是我们在生物化学教学中始终关注的问题。在教师指导下，学生要学会主动培养自己发现、吸收新信息和提出新问题的能力，积极主动学习，在学习中发展个性和创造力。为此，我们在教学方法和手段等方面作了一些有益的尝试，收到良好的效果。

1案例引起兴趣，穿插前沿科研

长期以来，我国的基础教育受应试教育的影响，使得进入本科医学院校学习的学生大多数学习被动，学习自主性差，学习方法机械、呆板，对所学知识不求甚解，知识基础不扎实、牢固［1］。首先我们的第一堂课，就要充分发挥教师的引导力，增加学生的兴趣，提高同学们的主观能动性。一些和生活相关案例可以引起学生较大兴趣，可以通过课前提问或课后留问方式引起学生注意力。如血清中肌酸激酶同工酶的电泳图谱用于诊断冠心病、转氨酶用于肝病诊断、淀粉酶用于胰腺炎诊断等的原因是什么?乙酰胆碱酯酶抑制药可以治疗阿尔茨海默病的原因?讲到DNA的二级结构模型时，可由双螺旋模型的提出者Watson和Crick讲起，设问他们由此发现获得了什么重要科学奖项，并可以借机讲一下当时诺贝尔评奖时的小插曲:因论文太短致使评委间产生分歧，最终获奖说明了科学发现主要在于其价值而非论文长短。教学效果取决于任课教师的水平，也与任课教师的严格要求密切相关［2］。本课程结合最新进展，涵盖动态与前沿知识。介绍国内外最新研究成果及历年与生物化学发展相关的诺贝尔奖成果，适度地超越教材，查找教材以外的重大事件等必要教学资源并合理组织教学。比如我校老师研究的命运分子cNumb在原肠期胚胎中的表达情况及其基因和编码蛋白的基本生物学特征，就是利用原位杂交技术检测cNumb基因在原肠期鸡胚中的表达情况，同时应用生物学软件和在线平台对cNumb基因及其编码蛋白进行生物信息学分析［3］。以及碘－淀粉法、Bernfeld法和ESP－G7速率法3种方法检测酸刺激前后唾液淀粉酶(SAA)活性及其活性比值的差异［4］，结合实验课题让学生对酶的特性有更好的理解。组织学生对研究热点进行查找资料，了解基础点，分组讨论，解决教师预先给出的问题，或者让学生自己发现问题，通过讨论甚至争论，学会分析问题并最终解决问题。鼓励学生参加本科、研究生校内外的学术活动，扩大知识面，开阔视野。

2重复重点内容，引入PBL教学促进师生互动

生物化学分为三部分内容，第一部分主要讲述各种生物分子的结构、功能以及相互作用，包括蛋白质、核酸、糖复合物、酶、生物膜、真核生物基因组及线粒体基因组等;第二部分讲述分子生物学部分，如基因信息的传递、基因工程的四大要素及实施要点、基因相关技术;第三部分讲述细胞信号转导技术原理及应用等。对于生物化学内容繁多的特点，我们对于重难点内容要重复教学，在同学脑中达到耳熟能详，举一反三，而基础知识点到为止。为了达到这样的效果，需要改变传统课堂填鸭式教学的呆板模式，老师的角色要发生变化，从直接教给学生知识的“灌输式”到教给学生如何学习的“自我学习式”，让学生主动吸收知识、能独立思考、分析问题。PBL(problem-basedlearning)教学模式即通过“提出问题建立假设自学解疑论证假设”的逻辑过程来让学生主动获取知识，学生为主体、教师为导向的小组讨论式教学法，主要培养学生以解决问题为核心的发散性思维和主动学习意识，进而达到提高学生灵活运用知识的能力的目的［5］。通过互动式课堂教学充分利用学生的好奇心理，在对问题的好奇与求知欲中，增加学生对生物化学的兴趣，在此过程中，学生由被动旁观者变为主动参与者。如设计一些关注点引发学生参与互动，如烫发的生化基础是什么?磺胺类药物的治病机理是由于酶的抑制作用吗?课堂上运用PBL教学法，可以设置专题讲座，把学生分为几个小组，给出一个主题，每组成员分工合作，任务明确，每个人都是责任人。老师通过对每一环节的设定让每个学生都参与其中，减少了“南郭先生”和浑水摸鱼情况的发生。

3重点章节小结，设计思维导图

糖代谢设定为动态部分的重点;酶促反应动力学中Km值和Vmax的计算与应用、生物氧化(生物能学)、物质代谢的相互联系和调控机制等设定为难点。每章重难点都组织学生自己小结，老师评定和总结，帮助学生建立完整的知识框架系统。生物化学众多的动态反应记忆比较困难，如6－磷酸葡萄糖、ATP、乙酰CoA、NADH+H+、NAD-PH+H+等物质的来源和去路，全酶、酶的活性中心、酶原的激活、氧化磷酸化、底物水平磷酸化、三羧酸循环、脂肪酸的β-氧化、半保留复制、不对称转录。老师课堂上可以通过引导学生设计思维导图，先把总的章节框架勾画出来，再补充具体内容，引领学生的思维，整理归纳，联系整体，通过Flas或板书直观表示。老师应当尽量在每次课、每一章，乃至整学期内容都绘制出相应的思维导图，以突出教学的重点、难点，理清知识脉络，帮助学生有效地回顾和复习。可以课前预习让学生设计学习内容的思维导图，小结也可以用课堂考试形式，让学生自己绘出内容图，或者布置课后作业让学生自己选择动态反应，如三羧酸循环制作Flas，并进行课堂展示，考查学生归纳记忆、理解掌握知识的能力。每章都进行小结，但每一部分的小结书写的思路、侧重点各不同，单元小结和课程小结在知识点的把握及知识体系的梳理及运用也有所不同，能较全面、客观、公正反映学生的学习态度及综合素质和创新能力。部分学生平时不认真学习，习惯于期末突击应付考试，而小结模式可以较好预防这种现象的发生。

4虚拟实验课堂的设计与实践

所谓“自主设计式教学”，就是以自主设计为主的教学。具体说它是指教学过程是在教师的启发诱导下，以学生独立自主学习和合作讨论为前提，以现行教材为基本探究内容，以学生周围世界和生活实际为参照对象，为学生提供自由探究、讨论、研究问题的一种教学形式。生物化学探究式虚拟实验课堂教学的思路是以生物化学经典实验为主线进行发散性拓展，根据课程理论内容，给出学生一些和实际生活相关的小课题，由学生自主学习、小组研讨及班级交流等方式，培养学生的自主学习能力、创新能力、文献阅读能力、交流能力和团队合作精神。在教师层面，教师根据实验内容，引导设计虚拟实验题目，指导学生研读文献、制作实验流程并进行全班交流。在学生层面，学生根据兴趣选择实验专题，自由组合成学习小组，在充分研读文献的基础上，进行小组讨论，制作PPT。允许学生自己组织课题小组、自主设计小课题，教师只作方向指导，给予一定经费支持。学生设计实验流程，并给出具体实施过程，并在全班进行演讲、答疑和讨论［6］。自主设计实验课堂，能够提高学生学习能力、实践能力、创新能力及一定的科学研究能力，有利于创新型人才的培养，可以改变传统的实验教学在学生能力培养方面只强调共性的发展而忽视个性发展的情况。通过设计虚拟实验课堂，学生对实验设计及原理有了更深刻的理解，养成独立思考的习惯，首先对自己设计的实验课堂进行展示，进而走进实验室，从试剂配置到实验操作，从设计实验到进行具体实践的过程，从理论到实践，从各方面使自身得到锻炼。老师在其中进行一些必要的指导，允许学生出现一定的错误，让他们在实践中成长更快。我们将生物化学实验探究式教学按照预设计、设计阶段、具体化、实验阶段、竞赛阶段等五个阶段进行实施。①预设计:在任课老师理论课后，可以给出相应的与课堂内容有关的思路或者题目，让学生课后思考。②设计:通过网络图书馆等辅助查找资料，然后让学生设计实验，给出具体思路和实施过程。③具体化:通过设计虚拟实验课堂，让学生对实验设计及原理有更深刻的理解，使其养成独立思考的习惯、并对自己设计的实验课堂进行展示。④实验阶段:虚拟课堂结束后，部分学生的课题经过导师指导可以继续深入，让学生进入实验室进行实施，体会到自主学习的乐趣。⑤竞赛阶段:以此为依托组织一个专业的班级间进行比赛，乃至扩展到全校及其他学校进行，提高积极性，并给予奖励。这期间教师需要引导、鼓励同学申报省级乃至全国的创新项目实验，不但参加课题研究，还要挖掘学生潜能，让他们把实验结果整理成论文。我校生物化学系已获得部分成果。目前已有多人次获得挑战杯立项，以及国家及省级大学生创新创业项目，并顺利完成本科毕业论文，还有部分学生的实验正在进行中。在广东省大学生挑战杯比赛中，其中由多名学生共同完成的“近海红树林环境抗肿瘤细菌的筛选和鉴定”获得广东省大学生挑战杯二等奖。由系老师指导同学的“一种快速、低成本的叶酸代谢障碍遗传检测方法的建立”以及“药物代谢酶CYP2C19两个主要突变等位基因联合分型方法的建立”等课题获得部级、省级大学生创新创业训练计划项目。由学生撰写的论文“一株抗肿瘤活性的红树林细菌的筛选及鉴定”在《河南科技大学自然科学学报》发表。这些实践活动培养了学生的创新意识及团队精神，促进其综合实验设计、分析能力的提高，使大学生动手能力和实践技能得以提升。

5多元化考核

“一考定终身”的评价模式忽视平时学习的考核和能力的培养，既不能准确反映教学质量和效果，也无法测试学生真实的学习能力，更抹杀了学生主动的学习精神和创造能力［7］。适当的考核机制不仅可以科学地检验教学效果，同时也能强化学生的学习动机。课程考核不应只注重期末考试，而是应贯穿学习全过程。考核内容应充分体现所学知识和技能及运用这些知识和技能的能力，更重要的是考核分析问题、解决问题的能力和实事求是的科学态度。因此我们将生物化学课程的考核分为平时成绩、章节小结、实验考查和期末考试四部分，从上课出勤态度、课程预习情况、课程小结成绩、课堂发言、任务完成表现、实验动手、创新能力多方面进行考查，最后给出每个学生的综合评价成绩。

参考文献:

［1］潘虹，吕红，吴立连．一般本科医学院校PBL教学模式的思考

［J］．中国高等医学教育，2009，(5):105－106．

［2］李月英，胡海涛，王唯析，等．加强综合管理提高留学生教学质量［J］．西北医学教育，2005，13(6):681．

［3］顾取良，陈佳园，王广，等．命运分子cNumb在原肠期胚胎的表达及其生物信息学分析［J］．广东药学院学报，2015，31(3):383－387．

［4］杨泽民，林静，杨小蓉，等．3种方法对酸刺激前后唾液淀粉酶活性及其活性比值检测的影响［J］．国际检验医学杂志，2015，36(11):1488－1490．

［5］黄亚玲，郑孝清，金润铭，等．PBL教学模式探索［J］．医学与社会，2005，18(6):56－57．

［6］杨志伟，张玮玮，陈志玲，等．生物化学探究式教学的设计和实施［J］．生命的化学，2013，33(1):105－108．

［7］崔炳权，何震宇，陈耕夫，等．“小结+考试”模式评价学生学习生物化学的实践与探讨［J］．中国高等医学教育，2012，(10):88－89．

虚拟实验设计论文范文第10篇

验证性实验强调证明科学事实、概念、理论的活动，通过完整的实验框架和实验过程的完成，重新验证实验结果是否达到原理所描述，目的重在使学生理解和掌握这个实验，以达到熟悉生物相关原理的目的。一般常规是通过介绍相关原理，回顾重要的概念，再介绍实验步骤分析实验结果，提出注意事项，或针对学生普遍容易出现错误的实验操作进行示范，最后引导学生科学结论验证。

验证性虚拟实验教学过程

(1)验证性虚拟实验网页组成验证性虚拟生物化学实验室的网页页面由图1所示。(2)实验例证基因体外扩增技术(PCR实验)①原理:先图示或动画PCR原理、过程和应用，并解释相关概念，包括引物、DNA聚合酶、核苷酸、模板等基本概念。②样品、材料准备:包括相关试剂、PCR仪、手套、无菌操作台、枪、枪头等，并配上相关图片。③PCR扩增:包含PCR过程、结果，用动画和图片，充分让学生了解其原理和过程。④PCR结果检测:对出现的结果分别进行分析。有单一条带是表明PCR是特异性扩增，无条带可能是什么原因，条带不单一可能是什么原因，每一结果都用不同的图片来显示给实验者，让学生在虚拟情况下就能分析实验结果。用虚拟PCR仪代替传统仪器来进行数据处理，观察和分析实验结果，结合实验图片或动画将每个步骤的过程展现给实验者，把每个步骤中容易出错的部分给标记出来，并对实验的不同结果进行分析，这样能有效地帮助学生理解问题并对错误操作有感性认识。

综合性虚拟实验教学组成

虚拟实验室也可增加综合性实验。在虚拟实验室中，尝试用已有的报道的研究资料作为综合实验的来源。将生物实验研究的学习置于探究的背景下，将综合性实验已有报道看成“问题是什么”，“用何种实验能回答这个问题”，“如何设计实验进行验证”，也就是“What?How?Why?”从而重视在探究过程中获得综合素质的提高，使科学知识能在不断的设问中得到升华。(1)综合性虚拟实验网页组成本实验室所作的综合性实验网页如图2所示。其中研究文献包括本实验的研究报告及相关文献。综合性实验还可通过让学生自由选题，设定实验方案后，利用虚拟仪器进行实验，并作出结果预测，从而来提高学生的创新和科研能力。(2)实验例证研究干旱对植物抗氧化酶的影响［6］。①写出本实验的研究背景，研究目的。首先阐明植物受不良外因影响后，会出现的各种现象。研究干旱地方植物抗旱生理生化状况，对干旱地方植被恢复奠定良好的理论基础。开展植物抗旱的生理抗(耐)性机理能为植物物种栽培提供依据。②列出实验的假设，并据此设计实验过程。植物在不良环境，会出现相应生理生化变化，测定相应气体交换参数，测定相关的抗氧化酶的活性变化。各种抗氧化酶在生物体中的作用，并分别写出相关酶的测定方法。③结果分析。对不同状态下的结果进行分析。④后续实验的进一步完善。对实验证明不完善的地方加以分析，并提出完善的方法，运用多种实验方法加以改进研究。本实验则可以在测定生理生化变化后，进一步进行基因表达的研究，检测不同条件下基因表达的变化。再将相关的文献附上［7－9］，即可让学生明白研究具体课题的一个基本步骤，为其今后的科研打下良好的实验基础。本实验室的综合性实验包括植物的抗氧化酶研究、内生菌的抗菌物质提取、多糖的抗肿瘤研究等8个实验。这些实验，通过选取不同的实验材料，采用不同的实验方法，让学生对科学研究的过程有一个深入的了解，能弥补简单的独立实验不足，对学生今后的更进一步的深造打下坚实基础，效果显著。学生普遍反映对其生物化学知识有了深入的了解，并对科研论文有了基本认识，提高了学生毕业设计的实验设计能力与实际动手能力。

虚拟实验视频

实验视频是通过现场录制，展示实验所需仪器、操作过程、实验要点。通过视频，教师进行详细讲解并作出示范，可给学生直观认识，并在视频中详细指出实验过程中易错之处，对出现的不同结果进行分析实验。大型精密仪器也可以在虚拟实验室中全面展现，诸如基因测序仪、细胞流式仪、核磁共振等。学生还可掌握生物医学中前沿实验技术如酵母双杂交技术和蛋白质双向电泳。通过虚拟的过程了解其原理、操作条件、操作过程，在无消耗的情况下可节省资源、节约时间、节省场地，并可加深实验认识，开拓视野，增强学生的动手能力。

虚拟实验反馈