虚拟实验理论

虚拟实验理论（精选10篇）

虚拟实验理论 篇1

一、虚拟实验定义

虚拟实验是近年来随着计算机技术和网络技术的发展而兴起的一种实验技术或实验方法。虚拟实验是利用软件技术构建系统的逻辑结构模型, 结合相关硬件构成虚拟系统, 并利用网络技术实现网络化虚拟系统。根据实验物体以及研究内容, 利用软件构成总体的逻辑结构模型, 并对相关硬件以及实验仪器进行控制和操作, 形成虚拟系统的整体结构。运用网络将虚拟系统的实验范围进行扩展, 实现系统的分布式构建和实验过程的多方协作处理。在整个实验过程中, 充分利用了计算机的控制、处理和协调功能。与仿真实验相比, 虚拟实验运用计算机处理的数据是从实际的实验对象和实验仪器中获得的, 实验的结果能够正确表征实验对象的特性, 反映本质联系。同时, 计算机中的软件程序能够反向控制实验对象和实验仪器中的信号输出, 实验结果具有针对性, 增加对实验对象的认识的明确性。虚拟实验由于其强大的功能和突出的优点, 所以在大学实验教学中得到广泛应用[1]。

二、虚拟实验理论基础

在虚拟实验中, 主要是通过学生与教学媒体、学习资源环境以及自身新旧概念的交互来达到实验的目的。北京师范大学远程教育研究中心的陈丽博士在对远程教育方面的教学交互进行深入研究后提出了远程教学中的教学交互层次塔理论。她将远程教学交互分为三个层面:学生与媒体界面的操作交互, 学生与教学要素的信息交互, 学生原有的概念和新概念之间的概念交互。见图1。

层次塔以媒体为平台。层次塔底层是操作交互;中间层是信息交互, 信息交互有三种形式:学生与学习资源的交互、学生与教师的交互、以及学生与学生的交互;最上层是概念交互。与远程学习中的教学交互相类似, 虚拟实验过程中的教学交互也是分层次的, 从操作交互、信息交互再到概念交互, 逐渐从具体到抽象、从低级到高级。高级的教学交互以低级的教学交互为条件和基础。三种教学交互的关系是:操作交互是信息交互发生的条件, 操作交互中的动作由信息交互的需要和媒体界面的特征来决定。概念交互产生于信息交互的过程中, 概念交互的水平和方向决定了学习结果, 概念交互的结果将决定信息交互的内容和形式。所有类型教学交互的目的都是通过各种信息交互来促使概念交互的发生, 并使结果朝着教学目标不断接近, 操作交互是这个过程的技术保障[2]。教学交互层次理论在一定程度上揭示了教学交互本质, 对虚拟实验中的交互研究有重要的指导意义, 借助该理论可以辨析虚拟实验中各种教学交互现象的实际作用和相互关系;探索促进虚拟实验教学的有效途径, 通过媒体功能的完善, 提高操作交互的水平, 通过良好教学设计和学习支持提高适应性的水平, 通过概念交互反馈, 可以评价教学交互是否促进有意义学习。

三、虚拟实验的优点和不足

1.虚拟实验的优点

虚拟实验为教育教学开辟了新的思路, 因为它大大扩展了学生的经验范围。模拟能让学生去探索那些十分昂贵、十分危险、在时空上行不通或在现实中不可能达到的实验。

(1) 激发学生的学习动机

由于计算机尤其是虚拟现实技术可利用计算机图形、声音和图像来再造逼真的情境, 因此学习者会完全沉浸于其中而无法将其与真实世界区分开来, 给人们以很好的“临场感”和“逼真感”。它超越了通常的交互作用, 可以达到真正自然的高水平的交互作用。

(2) 时间和空间的有效性

虚拟实验可以压缩时间和空间展开真实事件, 使静态的变化速度宜于学生观察, 因此也就大大节约了对某些过程的观察时间或者使得一些原本无法观察的现象清晰地展现在学生的面前, 开阔了学生的视野, 有助于发展学生的思维, 可以有效弥补教学中的不足。

(3) 安全性和经济性

某些物理实验, 由于其危险性或是设备比较昂贵, 不太可能在真实情况下让学生去经历比如核反应、太空旅行, 利用计算机进行虚拟实验则可以做到既安全又经济, 并且让学生有一种亲身经历的感觉。

(4) 富有真实感

尽管模拟对真实世界并不是不折不扣的复制, 但确实为学生创设了一个虚拟的情景, 学生所经历的决策过程则是真实的。这样学生能够较为容易地进行知识迁移, 即使是在真实生活中遇到类似的情景, 也会很轻松地去处理。

(5) 教学方式灵活、方便

虚拟实验突破了传统教学模式受时间、地点的限制, 并且可以利用网络教育提高教学效率。

2.虚拟实验的缺点

虚拟实验教学完全基于计算机技术和网络通信技术, 对于学生来说, 整个教学过程是在计算机屏幕上完成的。因此, 计算机模拟实验教学具有局限性。

(1) 可能淡化对基本技能训练的重视程度

在使用计算机进行虚拟实验的过程中, 学生可能会由于把注意力集中于计算机操作上, 淡化了对基本技能训练, 妨碍利用现成的简单设备进行探索和实验的欲望和习惯养成。

(2) 难于获得对真实仪器的客观实际感受和由此给基本技能训练带来的影响

无疑, 即使再逼真, 计算机的真也不是现实生活中的真。所以计计算机模拟实验的天然弱点就是难于使学生获得对真实仪器装置的客观实际感受。

(3) 减少学生应对突发事件的机会

在实验中遇到仪器方面故障、突发问题及由于某些条件不能满足或一些条件的改变, 会使学生遭遇问题, 增加克服困难的训练机会, 提高学生解决实际问题的能力。而计算机模拟实验的条件相对理想, 减少了学生应对突发事件、排除故障及对实验仪器的常规检修的机会, 又由于“仪器”相对比较精确, 也使学生无法通过实验数据处理, 误差分析这一训练, 体验、分析来源于仪器和操作者等产生误差的主要原因, 减少了对整个实程的反思及寻找可用的经验和过失机会[5]。

四、解决虚拟实验不足的措施

在利用计算机进行虚拟实验进行教学时, 要注意真实与虚拟学习之间的知识和技能迁移关系从真实到虚拟, 指导学生把所掌握的规则、原理等知识应用到虚拟实验中, 减少学生的错误操作。从虚拟到真实, 通过虚拟实验的训练来提高学生对规则、原理的理解, 引导学生将虚拟实验中所学到的知识应用到实际操作中。从而使得虚实两者优势互补, 共同促进实验教学的发展。

由于虚拟实验加入了教学的环节, 势必要求制定出新的教学模式以适应发展的需要。根据建构主义理论和教学设计理论的有关知识, 可建立以下两个教学模式如图2、3所示:

第一种模式是先做1~2次实物实验, 学生有了形象体验后再做虚拟实验, 对于从事没有实物操作经验或抽象思维能力、形象化能力较差的人, 这样做效果会好些。虚拟实验可分4个阶段予以实施。

第一阶段, 采用牵着走教学模式。主要目的是让学生学习和掌握基本实验原理、基本实验技能、常用仪器使用及数据测量与处理等方法。在此阶段, 教师对实验原理、实验方法及常用仪器的使用等知识进行较系统详细的讲解;在学生独立实验过程中, 教师也应给予学生较多的指导。

第二阶段, 采用领着走的教学模式。在此阶段主要培养学生的综合实验能力。在此阶段, 由于学生刚刚做完实物实验, 所以学生有了一定的实物实验基础和实验技能, 因此, 在虚拟实验预备知识教学中, 对实验原理、实验方法等知识只进行粗放式讲解;在学生独立实验过程中, 教师不直接回答问题, 只给学生启发和提示, 让学生通过实验去寻找答案, 以充分发挥学生的能动性, 培养学生的能力。

第三阶段, 采用放手走的教学模式。主要培养学生的创新能力。在此阶段, 学生有了较好的实物实验基础和虚拟实验的相关技能, 教师只给出实验任务和设计思路, 学生自己设计实验方案, 探索实验结果, 以激发学习兴趣, 培养创新能力;从成功与失败中得到科研训练[4]。

第四阶段, 撰写报告。设计报告包含方案设计与论证、理论计算、电路图及设计文件、测试方法与数据、结果分析等几个方面的内容。设计总结报告的专业性与工整性直接体现了学生的专业素质, 也是电子设计成果性的汇报材料, 是电子设计的重要一环。

第二种模式对于理工科的学生来说, 关于电子实物制作一般都已有所接触, 所以第二种教学模式他们能较好地接受。虚拟实验可分5个阶段予以实施。

第一阶段, 每堂课前给予学生课前研习导向, 提出文献资料查阅要求, 准备和设计实验的各项记录、图表、统计方法、结果的预测和相关理论。教师以讲座形式向学生介绍某一领域的研究动态及方向, 学生根据介绍, 自己查阅文献和进行实验设计, 由学生作开题报告讨论选择设计题目的意义、基本设计方案、预期的设计性能、所需元器件耗材等。最后, 教师可以对其选题进行评议, 确定选题的可行性, 并从选题的实用意义、设计思路等方面提出建议并最终确定一个比较科学和可行的研究方案进行实验测试和实验研究。

第二阶段, 在充分利用现有的计算机资源的基础上, 购买所需仪器模块和软件 (如Lab VIEW) , 由教师编写程序, 以实现现有仪器设备的模拟, 这样有效增加了实验设备的数量, 从根本上改善学生实验条件, 保证实验教学质量。

第三阶段, 学生在已建立的虚拟实验环境中完成教师规定的基本电子实验, 掌握用虚拟仪器代替传统仪器来进行数据处理, 来观察和分析实验结果等等。

第四阶段, 增加综合性实验项目, 并鼓励学生选做设计型实验。学生可以充分利用计算机软件对数据采集、储存、分析、处理、传输及控制的强大功能, 在同一台PC机上虚拟出数10台仪器, 如信号发生器、数字存储示波器、频谱及信号分析仪、数字电压表和噪声测试仪等.把这些虚拟仪器应用到实验教学中去, 以取代常规仪器.学生还可根据实验要求, 自行设计各种软面板, 定义仪器的功能, 并以各种形式表达输出检测结果, 进行实时分析。要求学生自己选题, 拟订方案, 编写程序, 设计虚拟仪器检测系统[5]。

第五阶段, 组织科研小组, 在原有的仪器模块上进行二次开发, 拓宽其应用范围, 培养学生的创新和科研能力。在此阶段, 一方面设计和构建新的虚拟仪器, 另一方面全面带动高校的教学质量、激发学生的科研兴趣。并将实验结果以撰写论文的形式给出报告。

五、结束语

随着虚拟仪器技术的发展, 以开放式模块化仪器标准为基础的虚拟仪器标准正日趋完善。加上计算机技术和网络技术的迅猛发展, 虚拟实验将成为学校未来教学科研的重要方法和手段, 特别是在理工科学校其应用前景非常广阔。对于远程教育而言, 构建在在互联网上的虚拟实验室已经逐渐成为实验教学的主流。

摘要：本文介绍了虚拟实验的概念及其理论基础, 指出了虚拟实验的优点和不足, 并提出了虚拟实验教学改进的两种模式, 为促进学生创新能力培养提供了新的途径。

关键词：虚拟实验,虚拟实验理论,虚拟实验教学

参考文献

[1]朱敏.虚拟实验与教学应用研究[D].华东师范大学, 2006

[2]林建强.虚拟现实技术在大学物理研究性实验教学中的应用研究[D].广西师范大学, 2005.

[3]熊忠.计算机模拟实验在物理教学中的应用研究[D].首都师范大学, 2007

[4]陈国杰, 谢嘉宁, 黄义清, 等.改革大学物理实验教学构建三级双循环教学模式[J].实验室研究与探索2007.26 (8) :86-97

[5]张晓英, 祖大鹏.基于虚拟仪器的虚拟实验[J].高师理科学刊, 2002.22 (4) :30-32

建设虚拟学习社区理论综述 篇2

【关键词】虚拟学习；社区；建构主义

一、理论支撑

1.情境认知理论

（一）基本原理

情境认知理论（Situated Cognition）是继行为主义“刺激—反应”学习理论与认知心理学的“信息加工”学习理论后，与建构主义大约同时出现的又一个重要的研究取向，它试图纠正刺激反应和符号学说的失误。情境认知理论试图纠正认知的符号运算方法的失误，特别是完全依靠于规则与信息描述的认知，仅仅关注有意识的推理和思考的认知，忽视了文化和物理背景的认知。由上述可知，情境认知理论具有的特征：一是基于情境的行动；二是合法的边缘参与；三是实践共同体的建构。

（二）指导意义

第一，强调人、工具和情景的相互作用。新的教学方式为教学提供了各种平台，为虚拟学习社区实践共同体创设真实、丰富的教学情境，满足了不同学习者的不同需求，为成员之间的合作精神和良好的人际关系提供了交流讨论的平台。

第二，强调虚拟学习社区实践共同体存在的重要性。情景认知理论关注实践共同体（即个体和团体之间）的相互作用。成员之间相互的介入、共同的事业、共享的技艺库构成了虚拟学习社区实践共同体的构成要素，这些要素也正具备了情境认知学习的条件。虚拟学习社区实践共同体下的情境学习不仅是新手“合法的边缘性参与”，更是学习者“朝着充分参与实践共同体的方向前进”。

第三，强调学习的连续性与更替性。莱芙等认为：“学习必须把实践作为一个整体来考虑，若把学习单独分离出来，就会为社区中的情境学习造成混乱，不同的观点和冲突将会影响社区中环境的失衡。社区之所以能不断成长和发展离不开新见解的注入和新成员带来的活力，新旧观点的碰撞和互动是虚拟学习社区实践共同体发展的途径，也是学习过程的必然。

2.建构主义理论

（一）基本原理

建构主义（constructivism）也译作结构主义（结构主义是structivism，两者既有联系，也有区别），是认知心理学派中的一个分支。建构主义理论一个重要概念是图式，图式是指个体对世界的知觉理解和思考的方式。也可以把它看作是心理活动的框架或组织结构。图式是认知结构的起点和核心，或者说是人类认识事物的基础。因此，图式的形成和变化是认知发展的实质，认知发展受三个过程的影响：即同化、顺化和平衡。因此，建构主义理论认为，情境、协作、会话、意义建构是教学环境的四大要素。

情境：学习不仅仅是以学生学到知识为目的，更重要的是让学生能运用所学的知识去解决现实生活中的问题。协作：学习的过程不是一种被动接受的过程。虚拟学习社区中的成员在学习的过程中通过相互之间信息的传递，依靠已有的信息，把旧的知识链建构到新的知识单元中，形成一个新的知识结构。因为成员都有各自不同的知识背景和文化差异，所以在同样的学习环境中所获得的信息并不一样，因此，在这样的前提下，只有通过共同协作才能对某一知识达成共识。会话：学习成员之间，要通过会话沟通交流去制定共同的学习计划，并完成学习任务。另外，协作学习过程也是会话过程，会话是建构主义的重要手段之一。意义建构：人们自身的认知结构对事物的理解有着极其重要的影响。学习者在接受新的知识时，要能与旧知识进行连接。

（二）指导意义

第一，强调成员之间通过协作学习共同参与实践而发展。基于虚拟学习社区实践共同体的教学不仅是成员的学习实践和知识的建构，更要重的意义在于成员之间通过协作学习共同参与实践而发展，成员在实践共同体中的参与、交流，有助于新知识的产生，方便了学习资源的共享，学习者的实践更有助于知识的创新。

第二，强调成员（即教师和学生）之间的会话和协商。会话是共同体成长所依赖的方式。信息化的社会也使虚拟学习社区实践共同体的形式多样，会话方式丰富。每个虚拟学习社区实践共同体有着不同于其他同类社区的特性，由于成员之间的协商学习，使他们所处的社区都有其独特的约定和学习规则，有自身的语言情境。

第三，强调情景（实践）对虚拟学习社区实践共同体的建构作用。建构主义理论认为，学习发生在真实世界的情景中才能更有效。学习的目的不仅仅是懂得更多知识，而是能运用知识解决现实世界中的实际问题。社区中的成员学习不是刻意追求的行为，而是自然发生在社区的环境中，发生在真实的情境中。学习的结果是掌握一种解决现实问题的能力。

二、技术学习和学科学习

1.技术学习

（一）基本原理

学习技术是基于学习科学的技术，根据学习科学的理论研究和实践成果，对学习过程中的硬件和智能技术进行系统设计，构建以学习者为中心的学习环境；以技术为中介，更好地支持教学活动，使学习者进行有意义的协商和实践参与。其中，硬件技术指的是解决实际问题中所使用的工具和设备，如多媒体、计算机等硬件设施；智能技术指的是在解决现实问题中所使用的软件设施以及相关的知识、策略和方法，如思维方式、学习策略等。学习技术是实践共同体成长的支撑，也使得教学行为中教与学的方式得到更好的扩展。

（二）指导意义

学习技术的存在扩展了虚拟学习社区实践共同体中的交互行为，也为教学行为中知识的创造和分享提供给了更多的手段和工具。

第一，学习技术促进教学行为中主体和客体交互的融合。随着网络技术的发展和学习技术的广泛应用，师生对知识的需求度越来越高，社区中的参与者不断与高智能化的学习资源交互，学习成员也通过交互学习来沟通交流。

第二，学习技术为虚拟学习社区创造良好的学习环境。虚拟学习社区主要依靠学习者的主动性，良好的学习氛围对促进虚拟学习社区的成长和发展有重要的作用。创设良好的学习环境包括鼓励沟通，交流和合作；通过对社区实践共同体的发展方向和教学目标的制定，让参与者在社区中找到自己的位置，帮助他们树立正确的学习观念；利用学习技术的优势提供给成员尽可能多的学习资源。

第三，学习技术促进学习方式的扩展。学习技术改变了传统的教学方式，使教学随时随地的进行，它不受时间和地点的限制，参与者可根据自己的时间和需要随时进入社区学习；社区中丰富的教学资源也使得成员之间的沟通学习变得更为方便，虚拟学习社区中的教学方式符合当代人对教学的需求。

2.学科学习

学习科学（Learning Science）是近几年发展起来的一门关于学与教的交叉性学科，主要研究以更好地理解有效学习为目的，运用其学科的知识是人们的学习更有效、更深入的发展。这里所提到的有效学习，简单地说就是将正式学习（Formal Learning）、非正式学习（Informal Learning）和隐形学习（Implicit Learning）统一在一起的认知过程。在学者的研究中，他们运用主动的和实践性的学习理论来设计软件、构建合适的学习环境来促进有效学习的教育方式，所研究的成员在这种被控制的环境中互动学习，以便更好地了解促进高效学习的学习行为。学习科学是由认知科学所诞生，且学习科学是一门交叉性学科。

目前对学习科学的研究有两类方法，一是从教育学和教育心理学研究，现在学者所提出来的“探究式学习”的学习模式就属于此类，探究式学习主张在实践中学习；另一类就是比较基础的跨学科研究。学习科学为教育教学开辟了一片全新视角的研究领域。

【参考文献】

[1]史璐.虚拟学习社区实践共同体的教学行为研究[D].曲阜：曲阜师范大学，2013.

虚拟实验理论 篇3

实验, 是多数工程类课程和应用类课程的重要一环, 对培养学生的观察和实验能力, 实事求是的科学态度, 引起学习兴趣都有不可替代的作用。实验教学正是通过让学生亲自动手操作, 观察事物发展及变化, 加深理解和认识从而使学生的观察、思维、分析能力和创新精神得到培养和提高。虚拟技术是近年发展起来的, 利用计算机模仿真实过程的实用技术, La VIEW作为一个功能强大的图形化编程软件, 是开发虚拟仪器的一种方便快捷的工具。电子理论虚拟实验正是利用计算机构造一个基于Lab view的实验模拟环境, 通过电路的建立和对数据与电路功能的分析, 达到实验效果和目的的一种新的实验方法。电路理论虚拟实验平台的开发, 不仅可以改变传统教学方式, 也能满足不同领域、不同用户的需求。

电路理论是一门较为抽象的理论型课程。在学习电路理论时必须理论联系实际, 抓好教学中的实验环节, 让学生能根据自己的实际情况, 结合教师的教学要求进行实验操作, 验证所学到的电路原理。但是, 学生在实验中出现的种种现象又不尽人意, 暴露了传统实物实验的一些固有缺陷。例如:

学生不熟悉电路连接, 实验时极易出错, 造成电子元器件及测试仪器的损坏。学生不能根据自己的学习进度安排实验时间, 更不能像做家庭作业一样在课余时间进行练习。有限的教学时数与学生技能的提高矛盾突出。

实验的元器件离散性、环境变化可能引起实验数据的偏差。

传统的电子技术实验是以实物为主的, 设备易磨损老化, 需要定期更新, 消耗我们有限的教学经费。

基于Lab view的虚拟实验技术恰好能够弥补传统实验的不足。它的优点是:在计算机上即可完成和实现电路的电气连接, 检测电路的性能, 及时获得实验结果;可以在短暂的实验时间里快速完成较复杂的电路连接、测试工作;可以很容易地实现对学生的量化评估。

二、开发目标

本实验系统是根据大学《电路理论》课程配套开发的可在网上开展的虚拟实验, 提供与真实实验相近的环境, 可满足实验教学环节的需要, 尤其适用于远程教学。针对课程的教学内容, 参看了教育部相关文件、多种电路分析实验指导书, 以及多个高校的实验指导书, 文章提取出以下八个典型实验:

实验一:元件的伏安特性;

实验二:基尔霍夫定律的验证;

实验三:戴维南定理的验证;

实验四:一阶RC电路的响应;

实验五:正弦稳态电路参数的测定;

实验六:功率因数的提高;

实验七:RLC串联电路的谐振;

实验八:三相电路中电压, 电流和功率的测量。

三、虚拟实验系统简介

电路理论虚拟实验系统提供一个虚拟实验平台, 其核心是对电路作数值计算的程序, 也就是“电路仿真程序”。利用平台, 教学的模式实现了“实验”和理论紧密配合。该系统可以用在电路技术基础课程的辅助教学上, 诸如:电路理论、电路分析等。在广度和深度上可以满足高校本科、高职乃至中等职业学校电类或非电类不同层次的相类似课程的教学需要。

(一) 实验平台

本系统是用虚拟仪器工具Lab VIEW开发环境下制作完成的, 界面非常直观, 数据分析、数据显示、及波形显示均简单易懂, 适合学生自学完成。

虚拟实验操作平台界面, 一般分为参数设置、观察数据和波形显示三部分:

【参数设置】

在面板上的工具栏Window中选择“Show Tools Palette”, 在弹出的工具框中选中Edit Text后, 即可将鼠标移至参数设置处, 根据需要任意设置元件参数, 设置完毕后, 按运行键运行。

【观察数据】

运行实验后, 在数据显示框中可以观察到所需的各项数据。

【波形显示】

运行实验后, 在面板上的示波器中可以直接观察到波形图, 完毕后按界面上的STOP键结束实验。

(二) 系统特点

操作简单, 用户界面友好;操作方式、仪表读数、波形显示、实验过程贴近真实实验;与教材配套, 适合学生自学。

(三) 系统运行环境

客户端操作系统:Windows2000系列、XP系列, 需要安装Lab view的插件。

四、电路理论虚拟实验仿真系统的设计与实现

在《电路理论》的八个典型实验中, 以实验四为例介绍本虚拟实验系统的设计与实现过程:

实验四一阶RC电路的响应。

【实验目的】

测定一阶RC电路的响应和时间常数τ;

观察一阶RC电路的全响应波形图。

【实验步骤】

在界面上设置电源电压值Us, 电容的初始电压值Uc (0) , 电阻值R和电容值C, 运行并观察时间常数值τ, 填入下表1:

根据步骤1画出i (t) 和u (t) 的波形图 (图1) , 与界面上所示波器所示的波形图 (图2) 相比较是否一致。

根据以上实验要求及步骤, 可以在下面实验平台上开展实验, 框图程序如图3所示。

五、结束语

教育的目的在于提高学生的分析能力、判断能力及创新能力, 提高学生的综合素质。我们知道用实物设计制作复杂一点的电路, 单是搭建时准备零件、制作电路板、焊接就要花费不少功夫;接好电路后, 为了使电路处于满意的工作状态, 不断地更换零件、调整参数也是十分费时费工的。学生要运用自己学到的知识设计制作新颖的电路是一件很困难的事。现在, 虚拟实验室给学生创造一个优良环境, 学生可以充分发挥他们的智慧, 展现他们的才华。

随着远程教育的不断普及, 网上虚拟实验室也必将得到越来越广泛的应用。建立多种实用、高效的网上虚拟实验室, 利用网上虚拟实验室进行教学, 可以解决传统实验教学方式在时间和空间上的限制, 大大节约实验成本和经费, 并可更好地培养学生的自学及创新能力。

参考文献

[1]、张晓英, 祖大鹏.基于虚拟仪器的虚拟实验[J].高师理科学刊, 2002 (4) .

[2]、曹军义, 刘曙光.虚拟仪器技术的发展与展望[J].自动化与仪表, 2003 (1) .

[3]、雷勇.虚拟仪器设计与实践[M].电子工业出版社.

[4]、杨乐平, 李海涛, 赵勇等.Lab view高级程序设计[M].清华大学出版社, 2003.

虚拟实验理论 篇4

关键词：虚拟实验；初中物理；课堂教学；实验教学；优越性；策略

随着科技的发展，计算机技术进入教学活动中，为学生学习相关的知识提供了便利。网络技术与传统教学相结合，在初中物理教学中运用虚拟实验，突破了传统实验带来的局限与困难，生动形象地为学生展示教学实验，激发学生学习兴趣，提高学生对物理实验的理解与掌握。

一、运用虚拟实验的优越性

初中物理是对物质运动以及原理进行探究的一门学科，进行物理实验是学习物理知识的一种重要学习方式。物理结论的得出，依靠大量的物理实验，但目前大部分初中物理教师不注重物理实验在物理教学中的地位，导致做实验以讲实验的方式展开，学生缺乏动手能力，对实验内容的理解不够透彻。随着新课改的推进，初中物理教学越来越人文化，在对物理知识进行讲解时，需要教师运用实验，而虚拟实验的出现，打破了仪器老化、实验繁琐的局限，为学生提供更优质的实验操作与实验内容。虚拟实验完全依赖于计算机来完成，实现了数字化的实验教学，在运用虚拟实验的过程中，可以开阔学生视野，简单明了地得出实验结论。此外，虚拟实验可以节约实验成本，在空间上进行突破，节约教学时间，提高教学效率。

二、运用虚拟实验，提高教学效率的策略

1.课堂运用虚拟实验，激发学生兴趣

初中物理课堂是对事物规律的一个简要介绍，目的在于让学生了解事物发展规律，而初中物理教师为了完成教学目标，对知识点一味的讲解，学生缺乏动手实验的时间与空间，这样的教学模式造成学生不理解教学内容，对物理学习失去兴趣的局面，所以，初中物理教师在讲解物理知识点时，注意改变教学模式，合理运用虚拟实验，吸引学生的注意力，例如，教师在讲解“汽化和液化”一节时，教师可以运用虚拟实验为学生展示冰的汽化和液化现象，并将画面的播放速度减慢，给学生一个理解与观察的过程，便于学生对汽化与液化特点的掌握，总结汽化与液化的规律，铭记汽化与液化在日常生活中的运用，拓展学生的知识面，增长见识。这样的教学方式打破了传统教学模式的束缚，给予学生一个更好更自由的空间学习有关物理的知识，在虚拟实验的教学环境下，吸引学生的注意力，激起学生学习物理知识的欲望，促进物理实验高效有序地进行。

2.运用模拟实验，增强学生学习的主动性

初中物理的学习在于学生进行自主探究，随着素质教育理念的普及，提高学生自主学习能力是教育的重点所在，而物理的学习是在探究的基础上总结实验结论，以此得到适应万物的普遍规律。所以，初中物理的学习需要给予学生足够的时间与空间，鼓励学生进行自主学习与探究，例如，在学习“摩擦力”一节时，教师可以首先为学生讲解摩擦力的基本知识，在对摩擦力有一定了解的基础上，引导学生进行摩擦力的相关实验，在自主进行实验的过程中可以加深学生对模拟实验的印象，观察实验的每个细节，了解在压力不变的基础上，摩擦力大小与接触面的粗糙程度有关；在粗糙程度一定时，摩擦力大小与压力有关，这种实验方法叫做控制变量法，并安排学生了解控制变量法的特点。初中物理中主要的实验方法就是控制变量法，所以，学生掌握控制变量法是必要的。这样的教学模式，加强了学生学习物理的主动性，巩固了学生作为课堂主人的地位，秉承教育以学生为本的教学理念。

3.运用模拟实验，加强师生交流

由于初中生的年龄特点，对教师具有恐惧心理，物理的学习是对理论的学习，所以，学生在学习物理知识时，难免会感觉到枯燥乏味，对知识产生排斥心理，不利于初中物理教学的有效开展。这样的局势，需要教师在讲解知识点时，注意观察学生的心理变化，适时调整教学模式，例如，在讲解“二力平衡”时，教师可以运用模拟实验为学生播放二力平衡的相关实验，让学生更好地了解二力平衡的条件，并鼓励学生互相实验，与教师沟通，感受二力平衡的作用效果，促进初中物理教学。另外，运用模拟实验，可以活跃课堂气氛，例如，在讲解“浮力”时，教师可以运用计算机设备为学生播放浮力的实验现象，此外，在进行实物实验，这样可以保证实验的准确性，而实物实验可以增强学生的动手能力，学生在实验中与教师进行语言交流，解决自己不理解的地方，为学生创造一个轻松愉悦的学习环境，促进物理教学。

初中物理实验是对理论的体现，而模拟实验的运用可以增强学生对实验内容以及实验现象的理解。另外，运用虚拟实验可以增强学生的操作能力，开阔学生视野，加强学生与教师的交流，提高物理教学效率。

参考文献：

[1]张秀敏.仿真实验室在初中物理虚拟实验中的应用[J].中国教育技术装备，2015（11）.

[2]李琨.虚拟实验室在中学物理实验中的应用[J].中国教育技术装备，2012（6）.

虚拟实验理论 篇5

近年来,随着高校大规模扩招,给高等教育带来了明显的压力。因为招生数量快速增加,高等教育投入增长跟不上规模发展,部分高校办学条件不足,仪器设备、实习场地、教室、宿舍等都有不同程度的下降,而仪器设备、实习场地不足的问题更为明显。由于实验设备无法满足需求,部分实践教学项目只是徒有虚名,导致实践教学环节严重脱节。

对于计算机专业来说,由于计算机技术更新快,对设备的要求更高,进行大量投入改变现状对很多单位来说是不现实的,特别是经济欠发达地区。通过大量的试验、研究,笔者认为采用虚拟环境进行计算机实践教学可以获得事半功倍的效果。

目前建立虚拟机和构建虚拟网络的工具软件主要有VMware和Virtual PC,而VMware对网络的支持比较好。本文将着重于如何使用VMware搭建虚拟的网络实验环境的探讨。

1 虚拟机及虚拟机技术

虚拟机是指一台在物理计算机上虚拟出来的独立的逻辑计算机。虚拟机必须通过虚拟机软件进行创建。通常人们接触到的虚拟机软件有VMware那样的硬件模拟软件,也有JVM那样的介于硬件和编译程序之间的软件。计算机虚拟技术是这样一种技术,它可以在现有的操作系统上虚拟出一个新的子系统,该子系统是建立在正在运行的操作系统之上的,同时,它又拥有自己独立的各种硬件资源,当然,这些硬件都是虚拟出来的。虚拟技术可以使我们方便地在一个主系统上建立多个同构或者异构的虚拟计算机系统,而且这些系统可以同时运行。因此,采用计算机虚拟技术可以构建起一个虚拟的实验环境,大部分计算机的实践活动都可以在这样的虚拟环境中完成。

1.1 虚拟机的优点

(1) 一般不会损坏本PC的操作系统和软件,因虚拟机的硬盘通常是本PC上的一个文件,虚拟机在硬盘上的操作只在这个文件上进行。

(2) 可同时在同一台PC上运行多个操作系统,每个OS都有自己独立的一个虚拟机, 就如同网络上一个独立的PC。

(3) 可在单机上组建网络,它提供了虚拟网络设备如交换机、网卡和虚拟建网的方式。

(4) 容易安装和备份,可在虚拟机上容易地安装不同的操作系统然后备份,使用这些备份可更快速地安装其他虚拟机。

1.2 学校应用虚拟机的好处

(1) 为学校节省资金投入

学校不用另外购买计算机、交换机、路由器、网卡等网络设备。因为虚拟软件本身提供了这些设备的交互功能。只需简单添加、修改和配置后便可使用。

(2)提高了系统的安全性和维护的方便性

通常实验室是向整个计算机专业各个学科提供服务的,实验室的使用率是很高的,而一些实验的破坏性是很大的,比如:计算机网络工程实习、操作系统实验、计算机网络实验等,这些实验课要求安装操作系统及对系统具有超级用户的权限。如果不采用虚拟机技术,这些实验课结束后,实验室管理人员不可能在较短的时间内恢复原有的系统环境,从而影响到别的课程实验教学。而采用虚拟机技术的话,这些课程的实验对原真实系统没有破坏性,对别的实验课的正常教学没有影响。

(3) 一定程度上提高了学生实验用机数

一些实验课学生的用机量是比较大的,比如,计算机网络工程实习(实验),一个学生至少要有3台计算机。如果一个班40个学生要进行网络工程实习,就要求至少120台计算机才能满足学生的用机,但采用虚拟机技术的话,在一台计算机上虚拟出3台虚拟机,构成一个简单的局域网,这样,40台机子就满足了学生的用机要求。

(4) 有利于提高学生学习兴趣和有助于学生自主学习

因为虚拟机的安装要求不高,安装的方法也较为简单。学生学会了虚拟机组建虚拟网络的原理和方法后,可以在学校实验室环境之外的其它环境自主地做网络实验。

2 虚拟实验环境的搭建

2.1 虚拟实验环境的整体规划

整体规划的思想是,在实系统的基础上搭建一个安全、稳定、灵活及使用方便的虚拟实验环境。

(1) 实系统的分区规划

现我系计算中心计算机网络实验室的计算机硬件主要配置为:CPU是赛扬2.8G、主板是华硕845、内存是DDR400 512M、硬盘容量是80G,并带有硬盘还原卡功能。根据硬件的实际配置及实验环境需要对硬盘进行分区,把硬盘分为3个分区,其中C:分区的容量为40G,用于安装实操作系统及所有的应用软件,并利用还原对此分区进行保护;D:分区(20G)和E:分区(20G)留给学生保存实验数据,这两个分区不用保护。

(2) 实系统的安装

在C:分区上安装实操作系统及各实验项目所需的各种应用软件,一般安装完这些软件后会占用C:分区12~15G的磁盘空间,加上还原卡所需的暂存空间520M,还有24G左右的空间留给虚拟机使用。

2.2 虚拟机的规划与安装

(1) 虚拟机的安装规划

考虑到虚拟实验环境的安全性、稳定性及使用的方便性,把虚拟机安装在具有还原卡保护的C:分区中,这样可以避免学生的误操作或有意删除文件后所带来的危害,只要重新启动实操作系统后便得到恢复。同时,为了方便学生安装虚拟机及节省安装光盘,把WinXP、Win2003Server、Linux系统光盘做成系统镜像文件保存在C:systemiso目录中。

(2) 虚拟机软件VMware Workstation的安装

在C:分区中安装VMware Workstation,其安装过程和其他的应用软件的安装过程一样,具有图形安装向导,操作很简单,在此就不详细说明安装步骤了。

(3) 虚拟机的安装

先在C:分区中建立一个Virtual machine目录,然后在Virtual machine目录下建立Vmwinxp、Vmwin2003Server、Vmlinux三个目录。最后运行VMware Workstation,分别在Vmwinxp、Vmwin2003Server、Vmlinux三个目录中安装Winxp、Win2003Server、Linux三台虚拟机。虚拟机的安装也很简单,一般按默认的方式就可以完成安装,但在安装过程中要注意虚拟机的内存分配及网卡的类型的选择。同时,以超级用户身份登陆,且不设置密码。这样做主要是考虑了虚拟机的使用灵活性,其安全性已经通过保护卡得到保证。完成三台虚拟机的安装及在系统镜像文件的备份后,C:分区还可剩余8~10G的磁盘空间,这些空间可以满足以后应用软件的扩充及系统的虚拟磁盘空间需要。

3虚拟实验环境的安全性、稳定性、灵活性及有效性的具体说明

(1) 安全性

这里有双重的安全保证,其一是虚拟软件提供的安全保证,因为在虚拟机中,虚拟硬盘只是一个文件夹下的一个文件,虚拟机的用户只在该文件中进行操作,对别的分区及文件夹是不可见的,从而对别的虚拟机及实系统是安全的。其二是还原卡提供的安全保证,如果虚拟机用户删除了虚拟机系统的文件或实系统用户删除了虚拟机文件夹,导致虚拟机故障或不可用时,在保护卡的自动还原功能的保护下,只要重新启动实系统便可快速恢复到原先正常环境。

(2) 稳定性

VMware为了保证系统的兼容性和稳定性,把现有的设备都虚拟成了最标准的、兼容性最好的设备,比真实实验环境具有更好的稳定性。在真实的实验环境中进行实实验过程中,由于设备的故障,会导致实验失败。例如:其中网线有故障、交换机有故障、路由器没有配好,都会引发网络问题,这样,对于初学者来说,不知道问题出在哪,会影响实验的效果。而用VMware Workstation搭建实验环境,你无需考虑网络设备以及网络设备的连接问题,因为这些设备都是“虚拟”的并且已经按照需求连通。

(3) 灵活性

由于安装虚拟时,没有设置超级用户密码,任何一个用户都可使用已经安装好的虚拟机,如果做一些短时间的实验项目,就可以直接使用现有的虚拟机系统进行配置、修改,包括修改密码等操作,重新启动虚拟后这些修改是有效的(只要不重新启动实系统)。同时,要进行添加一些系统组件是也很方便,不需要系统光盘,只要把光驱指向备份的系统镜像文件即可。而对于那些需要长时间方能完成的实验项目,可以把C:的虚拟机文件夹拷贝到D:或E:分区下,这样,即使重新启动实系统或机关,学生的实验结果还是保存在D:或E:分区中。

(4) 有效性

因为“虚拟机”提供的是一个近于真实的环境,只要能在“虚拟机”上完成的实验,就能够在真实的机器上完成,所以实验质量得到保证,完全符合教学要求。

4 虚拟实验环境应用实例

下面仅以《计算机网络工程实习》项目中的“软路由”为例作个介绍。具体实验步骤如下:

(1) 启动VMware Workstation软件,出现第一个图形界面。

(2) 选择Windows server 2003,进入Edit virtual machine settings,为该虚拟机添加第二块网卡,网卡类型为host-only。这样,这台虚拟机就是“软路由”服务器。

(3) 在第一步出现的图形界面窗口左侧的Favorites文件夹中分别运行Windows server 2003、Windows XP、Linux三台虚拟机。这三台虚拟机就构成了一个简单的局域网了,其中Windows server 2003是服务器,Windows XP和Linux是客户机。

(4) 下面就是设置IP地址及软路由的设备了,其方法与真实网络环境下的设备完全一样,在此不作具体介绍。

5 结束语

该虚拟实验环境经过一个学期的使用,它的安全性、稳定性、灵活性及有效性得到充分的肯定,为操作系统实验、计算机网络实验、计算机网络工程实习等一些具有较大的破坏可能性实验提供了很好的解决方案,同时在一定程度上缓解我系学生用机紧张状况。但也存在一些不足,由于受到内存容量的限制,在该虚拟环境中,虚拟机运行的速度要慢一些。通过增加内存容量,运行速度有望得到提高。

摘要：近年来,随着高校大规模扩招,不少高校都存在实验设备、实验场地无法满足教学实践需要的情况,使得部分实践教学项目只是徒有虚名,特别是具有破坏性的实验项目,导致实践教学环节严重脱节。在硬盘还原卡的基础上利用VMware Workstation虚拟软件搭建一个虚拟实验环境,利用该虚拟实验环境可进行那些具有有破坏性的实验项目,同时也在一定程度上为学生提供了尽可能多的用机时间。经过使用,该虚拟实验环境的安全、稳定及灵活性得到充分肯定。

关键词：虚拟机,VMware Workstation,虚拟实验环境

参考文献

[1]刘羽.“虚拟机”技术在教学实验中的应用[J].桂林工学院学报,2003,10.

虚拟资本理论发展探究 篇6

马克思的虚拟资本理论已提出了100多年。但马克思所揭示的虚拟资本的实质并没发生根本的改变,相反,更加证明了马克思理论的正确性。虚拟资本这个概念最早是由英国银行家威里瑟姆提出的。他提到了“要判断汇票有多少是来自实际的营业,有多少是人为地制造的,只由空头汇票构成,这是不可能的。空头汇票,是指人们在一张流通的汇票到期以前又开出另一张代替它的汇票,通过单纯流通手段,就制造出虚拟资本”。“在货币过剩的时候,这个办法被人使用到惊人的程度。”他认为虚拟资本是可以加以创造和利用的。马克思由此创建了虚拟资本理论。

1 虚拟资本的起源

马克思在《资本论》第三卷中,在深入分析生息资本、资本主义信用的基础上,提出有关虚拟资本的理论,其主要观点包括:第一,虚拟资本是资本主义信用发展的产物,是生息资本发展的必然结果;第二,其主要形式是股票等有价证券;第三,其价值有自己独特的运动方式。虚拟资本代表着现实资本,以现实资本为基础。现实资本价值的变动,会引起虚拟资本价值的变动。

1.1 虚拟资本起源于货币的支付手段

虚拟资本的萌芽状态表现为信用货币。信用货币是直接从货币作为支付手段的职能中产生的。随着商品流通的发展,使商品的让渡同商品价格的实现在时间上分离开来的关系也发展起来。等价物-商品和货币,不再同时出现在买卖过程。货币只是执行观念上购买的职能。由契约规定所卖商品的价格,契约以债券的形式代替货币充当价值尺度的职能。由出售商品得到的债券本身取得了信用货币的形式。这种债券又因债权的转移而流通,随着信用事业的扩大,信用货币产生。

1.2 虚拟资本是由生息资本演化的

在资本主义生产方式下,信用货币取得了货币资本形式。而随着资本主义生产的发展,单个资本的积聚已经不能满足资本主义经济的扩大再生产。资本主义信用制度的日益完善使得一部分货币资本可以由银行家贷给职能资本家。“资本作为一种特殊商品,通过特殊形式转让,并获得利息,使自己增殖,因此成为生息资本。”在这里,资本流通的一般公式“G-W-G”简化为“G-G”,没有借助任何中介就实现了价值的增值。这种自己对自己本身的关系———当我们把资本主义生产过程看作整体和统一体时,资本就表现为这种关系;在这种关系上,资本就表现为会生出货币的货币。生息资本就成为一种虚拟的资本形式,即虚拟资本。同时,生息资本的形式产生“每一个确定的和有规则的货币收入都表现为资本的利息的结果”。货币收入首先转化为利息,利息再成为产生这个货币收入的资本,利息会表现为本金。同样,能够获取固定收益的所有权证书,也取得了虚拟资本的形式。

1.3 信用制度的发展进一步扩大了虚拟资本的规模

在论述虚拟资本的产生时,马克思认为虚拟资本是信用制度和货币资本化的产物。他在分析虚拟资本以发达的信用制度存在为前提时,指出:“真正的信用货币是以汇票流通为基础。”虚拟资本是信用被使用到惊人程度的结果。同时,虚拟资本是伴随货币资本化的过程而实现的,是生息资本的派生形式。货币资本商品化是信用发展的必然产物,是金融市场建立和发展的前提条件。货币资本化就是货币转化为资本,变成了商品,“货币取得了一种追加的使用价值,即作为资本职能的使用价值。它的使用价值在于它转化为资本而生产的利润。就它作为可能的资本,作为生产利润的手段的这种属性来说,它变成了一种特殊的商品”。

2 虚拟资本的内涵

马克思并没有明确给出虚拟资本的概念,而是从狭义和广义上以银行资本的组成论述了虚拟资本。银行资本是为经营银行业投下的自有资本,以及集中到银行的货币资本。狭义上,虚拟资本主要是以股票形式存在的资本。它们只是资本的所有权证书和领取收入的凭证,是资本的一种纸制复本;只是对其所有者来说是资本,实际上是收入的资本化。人们把虚拟资本的形成叫作资本化,人们把每一个有规则的会反复取得的收入按平均利息率来计算,把它算作是按这个利息率贷出的资本会提供的收入,这样就把收入资本化。广义上,虚拟资本是指银行的借贷信用、有价证券等形成的资本的总称。银行家资本都是虚拟的。所有这些证券实际上都只是代表已积累的对于未来生产的索取权,它们的货币价值或资本价值,或者像国债那样不代表任何资本,或者完全不决定于它们所代表的现实资本的价值,它们自身没有内在价值,不能直接作为现实生产要素发生作用,而只是所有权证书,反映着债权债务关系。它们只有通过作为资本投入,才能转化为一个自行保存的价值。

综上,马克思所认为的虚拟资本具有双重属性:首先,它是以现实资本为依托的,通过投入实际的生产过程而使货币资本所有者获得资本所有权收入,是现实资本的纸质化,具有一定的现实性;其次,虚拟资本是幻想的产物,当它完全不作为现实生产要素或资本发生作用,只是作为一种投机手段时,具有纯粹的虚拟性。

3 虚拟经济和实体经济的关系

由虚拟资本的双重属性可看出,虚拟资本和实体经济之间具有密不可分的关系。虚拟经济是一柄双刃剑,既是社会经济高度发展的产物,也会对社会经济产生不利影响。一方面实体经济为虚拟经济的运行提供坚实的物质基础;另一方面虚拟经济的快速发展也会为实体经济增加动力。虚拟资本的过度膨胀,必然带动社会生产的过度膨胀,促进生产过剩经济危机的爆发。

4 结论

虚拟资本的发展是一把双刃剑,它既能促进实体经济的发展,又会给实体经济带来损害。对于股市的大涨,我们要加强监管,预防股市失控,预防虚拟经济脱离实体经济的发展而盲目的扩大规模。虚拟经济最大的危害是会造成泡沫经济,并有可能引发经济和政治危机,导致社会动荡。在虚拟资本的发展逐渐和实体经济的发展相脱离的情况下,我们必须认真研究虚拟资本的运动和发展规律,尽量消除其消极影响,大力促进虚拟资本的进一步发展。我们要不断汲取马克思虚拟资本理论的精髓以促进我国证券市场和实体经济的发展。

参考文献

[1]马克思.资本论:第3卷[M].北京:人民出版社,2004.

[2]成思危.虚拟经济探微[J].南开学报:哲学社会科学版,2003(2).

[3]刘俊民.从虚拟经济的角度重构国际经济理论[J].中国工业经济,2005(11).

虚拟实验研究 篇7

关键词：虚拟实验室,研究现状,发展趋势

0 引言

随着计算机和软件技术的发展, 虚拟实验已成为一个热门的教育教学研究内容, 作为一种新兴的实验技术手段, 对传统实验教学的教学模式、教学方法、教学手段以及教学理念产生了重要的影响。

虚拟实验[1,2]是用软件代替硬件, 通过编程模拟实验的过程。整个实验在虚拟环境中以虚拟的形式完成, 不涉及正式的实验仪器设备, 用虚拟实验代替实验室的实验。

1 虚拟实验研究现状

1.1 国外虚拟实验研究现状

目前, 虚拟实验技术不断发展, 虚拟实验在教学中的应用也越来越广泛和普遍。

美国麻省理工学院电子工程和计算机科学系是最早开始虚拟实验教学应用的院系。该系的教授Jesus A.del Almao早在1988年就已经创立了微电子在线实验室 (Microelectronics Web Lab) [3,4], 实验室于1998年开发并投入使用。该实验室提供了用于用于电路设计和微电子学课程的实验教学, 学生可以在自己的电脑上进行设计以及修改电路模型, 然后通过Web浏览器使用在远程实验室里的测试设备来获取测试数据, 验证自己的设计, 该浏览器是通过Java激活的。在2010年, 实验室还实现了通过手机远程控制来进行实验的功能。

美国俄勒冈大学物理系主办的物理实验网站VLAB设有多种虚拟实验, 包括能量与环境、天体物理、热学、力学等方面。本系统通过Java语言进行开发, 实验程序需要从服务器进行下载, 并在客户机上运行。

美国还有其他很多家大学或研究会已开始应用虚拟实验室。美国密歇根大学的化学工程系创建的VRCEL (Virtual Reality in Chemical Engineering Laboratory) 实验室主要用于研究和探索虚拟现实技术在化学工程领域的应用。美国霍华德·休斯医学研究会 (Howard Hughes Medical Institute, HHMI) 建立的虚拟实验室是一个模拟完全交互式的生物医学实验室。

德国波鸿大学开发的VCLab (Visual Communication Laboratory) 实验室是关于控制工程的一个学习系统, 它结合了Java Applet以及其他一些插件, 通过MABTAB/SIMULINK软件计算引擎生成的控制工程实验中的模拟动画以及交互动画, 该系统可以采用本地及远程这两种方式进行实验内容的发布。

此外, 国外还有其他许多国家研究虚拟实验室。譬如, 意大利帕瓦多大学开发了用于远程虚拟教育的实验室, 西班牙大学电子系研究了一种电子仪器的虚拟工作平台, 新加坡国立大学建立了远程压力容器实验以及示波器实验。

1.2 国内虚拟实验研究现状

与国外相比, 国内的虚拟实验室研究起步稍晚, 但其发展较迅速。目前大部分高校和科研机构逐渐建立了自己的网络虚拟实验系统。

北京大学计算机科技与技术系开发了一种可用于大计算量的交互式网上虚拟实验室, 该实验系统基本实现了流水线设计以及高速缓存设计这两个实验系统。

清华大学的“电力系统及大型发电设备安全控制和仿真”国家重点实验室, 通过虚拟仪器建立了用于汽车发动机的检测系统, 该系统可用来检测发动机的功率特性、符合特性等。

北京航空航天大学的虚拟现实技术与系统国家重点实验室研究开发了若干硬件设备和软件平台, 这些平台用于支撑虚拟现实理论与技术研究。例如北京航空航天大学参与构建的分布式虚拟环境网络 (Distributed Virtual Environment Network, DVENET) 是我国第一个基于广域专用计算机网络的分布式虚拟现实支撑环境, 该系统主要包括了一个专用计算机网络以及支持分布式虚拟环境研究与应用开发的各种标准、开发工具和基础数据 (如三维逼真地形) 。

中国科技大学在虚拟实验室的建设和使用方面拥有我国第一个真正意义上的虚拟实验教学软件, 包括几何光学设计实验平台、广播电视大学物理虚拟实验、物理仿真实验软件以及大学物理虚拟实验远程教学系统, 该校物理虚拟仿真实验教学中心已经成功升级为国家级虚拟实验中心, 是我国教育部批准的第一个物理类的国家级虚拟仿真实验教学中心。

国内还有许多组织机构均在开展虚拟实验的相关开发与建设, 与国外的虚拟实验室相比, 我国还存在一定的差距。

2 虚拟实验发展趋势

虽然我国虚拟实验研究还存在不足, 但也取得了一些成就, 有着广阔的发展前景。

(1) 理论指导研究

目前虚拟实验的理论研究远远少于实践应用, 而理论性的文章主要着重于虚拟实验特点、作用、必要性等方面, 缺乏深入的理论思考。因此, 加强有效深入的理论研究是有必要的。

(2) 教学应用研究[5]

目前虚拟实验的应用研究内容主要集中在系统研究与设计、虚拟实验网络教学平台的建设, 对虚拟实验系统应用于教学的模式研究与效果分析以及虚拟实验系统开发的评估等方面的研究较少, 特别是学生对于虚拟实验系统的学习体验调查及评价的研究。

(3) 系统构建方式研究

目前国内的虚拟实验系统的构建技术一般集中于Java、VRML、Flash、Lab VIEW等技术在虚拟实验系统建设中的应用, 或者以此技术在某个实验环节中的应用, 对于多种技术的混合开发以及各项技术间的交互性设计和网络虚拟实验系统的系统结构的研究不多。

3 结束语

虚拟实验是教育教学的一个重要构成部分, 研究虚拟实验技术不仅可以有效地提高教学质量, 而且可以培养学生自主实验能力, 对于教育事业有着重大的推动作用。随着计算机技术、网络技术、多媒体技术等多学科综合发展, 虚拟实验系统的建设将取得更大的进展, 远程教学也将有更广的应用前景。

参考文献

[1]魏芸.虚拟实验的分析与研究[J].科技信息, 2010 (35) :5-6.

[2]宋象军.虚拟实验室在高校实验教学中的应用前景[J].实验技术与管理, 2005, 22 (1) :35-47.

[3]陈小红.虚拟实验室的研究现状及其发展趋势[J].中国现代教育装备, 2010

[4]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, 18 (4) :111-114.

培养化学实验技能的虚拟实验设计 篇8

化学是一门以实验为基础的科学, 从新元素的发现, 新化合物的合成, 到化学反应规律的研究, 各种假设、理论的证实都离不开化学实验;同时, 实验亦是自然科学研究问题的最重要最基本的方法之一。然而, 在“化学以实验为基础”的教学观已普遍为大家所接受的同时, 人们对“以实验为基础”及“化学实验技能的形成”的理解还没有完全上升到理性的高度, 实验教学仍是中学化学教学中最薄弱的环节。在化学实验中引进计算机仿真技术, 设计出的虚拟化学实验室, 在增强学生感性认识、培养学生动手能力、提高实验效率、避免人身伤害和节约费用等方面有着传统手段不可比拟的优势, 对学生实验技能的培养和造就创造性人才, 有着十分重要的意义。

一、虚拟实验概述

虚拟实验是指借助于多媒体、仿真和虚拟现实等技术在计算机上营造可辅助、部分替代甚至全部替代传统实验各操作环节的相关软硬件操作环境, 实验者可以像在真实的环境中一样完成各种实验项目, 所取得的实验效果等于甚至优于在真实环境中所取得的效果。[1]

虚拟现实技术具有沉浸性、交互性、想象性等特征, 在实验教学方面有以下优点:[2]

1. 吸引学生参与实验, 调动学生学习化学的积极性

在虚拟实验室里, 学生可以按自己的想法做任何化学实验, 通过自己的参与来认识化学现象, 了解物质的属性, 以获得对课本知识的感性认识, 由此, 化学不再是枯燥的只强调死记硬背的学科, 学生通过做实验在实践中学习新知识、复习旧知识, 有利于培养学生对化学的学习兴趣, 调动他们学习化学的积极性。

2. 有利于避免真实实验带来的各种危险

由于化学自身的学科特性, 相当一部分实验有一定的危险性, 在虚拟实验室中这些实验仍旧可以通过虚拟操作进行。虚拟的化学实验可以避免腐蚀性物品带来的危险, 也可以避免化学反应引发的燃烧、爆炸等现象对人身或实验室造成损失。

3. 打破现实实验所受的时空限制

传统的实验室由于受时间和空间的限制, 一部分教学内容无法以生动的形象呈现给学生。而在虚拟实验室中, 虚拟现实技术可以打破这种限制。例如:要认识化学分子的结构, 学生可以进入到化学分子的内部, 分析各种物品分子结构有何不同。有些化学反应需要较长时间才能观察出结果, 在传统实验室中这种实验结果不容易得到, 而在虚拟实验室可以在很短的时间内由学生自主发现。

4. 避免材料磨损

学生在虚拟实验室中通过操作虚拟仪器以及虚拟物品来观察、参与化学实验, 不会耗费现实实验材料。另外, 虚拟实验室不会出现任何磨损、破坏, 可反复使用。学生可多次进入虚拟实验室练习实验以训练其实验操作技能。既满足了教学需求, 又提高了教学效益, 同时减少实验损耗。

5. 可有效地提高学生的动手能力

虚拟实验允许学生按自己的设想动手, 参与或从事实验研究, 允许学生失败、允许犯错误, 允许仪器设备“损坏”或“灾难性事故”的发生并通过正、反两方面增加和培养学生的想象力和创造力。

二、传统化学实验教学模式

化学实验教学模式是在一定的教学思想指导下, 围绕着教学活动中某一主题而形成的相对稳定的、系统化的、理论化的方案, 是教学理论和教学实践活动的桥梁和中介, 也是一种化学实验教学范型。[3]图1所示为传统的化学实验教学模式。

传统实验教学的不足在于:

(1) 实验环节多是以教师为主, 学生按部就班, 处于被动学习的地位, 即“填鸭式”的教学, 往往是教师讲、学生做, 以得到数据或观察实验结果为目的。

(2) 不能调动学生学习化学的积极性和主动性, 不利于学生创造性思维能力的培养。

(3) 正是因为以得到数据或观察实验结果为目的, 忽略了对学生实验技能的培养, 不利于学生形成较强的动手能力, 也难以使学生形成科学探究的学习习惯。

三、虚拟化学实验教学模式

利用虚拟实验进行化学实验教学时, 要以培养学生实验技能为目的, 就必须注意学生的认知规律, 即认知阶段、联系形成阶段和自动化阶段。[5]一些学者提出了化学实验操作技能的培养策略:教师启发讲授、教师示范、有指导的学生实验、学生独立实验等。[6]

因此, 利用虚拟实验室进行教学包含如下过程:用虚拟实验给学生演示示范实验操作及实验过程, 待学生基本理解实验内容时, 给学生一定的交互进行适当的模仿操作, 在进入学生技能学习的联系阶段时, 让学生进入实物实验阶段, 将原来在虚拟实验环境中学习到的化学知识以及一长串分开的实验操作向现实实验操作迁移转化。随着实物实验的多次练习, 学生的实验动作由最初的呆板到协调、灵活, 并逐步将学习到的化学知识内化到自身知识结构中, 并进入到实验技能形成的自动化阶段。

根据学生实验技能的形成过程, 提出如图2所示的实验教学模式。

图2中的模式是先做虚拟实验, 虚拟实验又分为操作示范和分步操作两个阶段, 让学生在初步了解所需掌握实验技能的情况下再进行模仿操作, 并将需要掌握的实验技能尽可能地细化、分解动作, 以加深学生对技能的理解、提高学生学习技能的效率。在学生逐步了解该化学实验并对所需掌握的技能有了一定的内化认识之后再加入实物实验, 以促进学生头脑中对所要学习的技能的认识向现实中的实验技能迁移。多次进行实物操作实验直至学生掌握实验技能。

最后, 在应用计算机虚拟技术进行实验教学的过程中, 在肯定虚拟技术在实验教学方面有效性的同时还要处理好虚拟实验与传统实验的关系。明确虚拟实验是传统实验方法的辅助和深化, 并不能完全代替传统的实际实验, 要将虚拟实验与传统实验有机结合起来, 提高学生的动手能力、培养学生的实验技能并促进学生形成科学探索精神。

四、培养实验技能的虚拟实验设计模型

培养中学生实验技能的虚拟实验教学过程是基于一般的实验教学活动过程、对实验内容进行教学设计并通过虚拟现实技术来实现。因此, 可利用教学设计的一些理论和方法指导虚拟实验的设计。

图3是乌美娜于1994年归纳出的教学设计过程的一般模型。[7]

分析教学设计模型, 包含的基本要素有四个:学习者分析、教学目标、教学策略 (如何进行教学) 、教学评价。因此, 在设计培养中学生实验技能的虚拟实验时可从前期分析 (学习者分析、教学目标、教学内容分析等) , 场景设计, 总结与评价三个方面入手。而虚拟实验的实现还要有虚拟现实技术的支持。这是在设计以培养中学生实验技能为目的的虚拟实验时应该考虑的四个方面。

培养中学生实验技能的虚拟实验教学过程是基于一般的实验教学活动过程、对实验内容进行教学设计并通过虚拟现实技术实现的, 因此, 借鉴教学设计模型并根据技能形成的教学理论, 笔者提出了培养中学生实验技能的虚拟实验设计模型 (如图4所示) 。

1. 前期分析

以实验技能的培养为导向的虚拟实验是基于一般的实验教学活动过程, 设计时也应遵循虚拟实验设计的科学性原则, 首先, 需要了解要设计的化学实验的实验目标、实验内容、实验步骤等。根据实验目标才能确定该虚拟实验所要传授的是什么样的化学知识、意在培养学生的哪种实验技能 (如使用某种仪器的技能、药品取用的技能等等) 。根据教学设计理论应先了解学生已有的化学知识结构以及学生已掌握的实验中包含的技能, 尽可能避免在开发过程中浪费物力、人力。

2. 场景设计

根据化学实验技能的培养策略将场景分为自动演示、实验说明、分步操作三个部分。自动演示用于向学生演示整个化学实验的过程以及发生的实验现象;实验说明用于向学生说明该实验的步骤和化学反应方程式;这两个部分起到教师示范的作用, 对应于学生学习化学实验操作技能的认知期心理特征。分步操作部分根据化学实验的具体步骤以及该实验的实验目标再确定虚拟实验中要实现的虚拟实验操作, 并赋予合适的实验效果。

3. 技术实现

技术实现即用虚拟现实技术开发虚拟实验, 由于虚拟现实硬件设备过于昂贵, 在化学实验教学中应用的虚拟现实形式大多是桌面虚拟现实。整个开发过程主要包括实物建模、添加交互、作品发布三个步骤。实物建模主要是对虚拟实验中所涉及到的实验物品、实验环境模拟, 根据实验成本以及实验目标所占比重可选择适合的虚拟技术或建模软件, 也就是虚拟实验设计的适宜化原则。添加交互是在虚拟场景中给物品与物品之间及用户操作达到某种效果添加交互以给学生一定的反馈, 并保证反馈的科学性。作品发布包括单机发布以及发布到互联网上两种, 发布到互联网上更能突破时间、空间的束缚, 使更多的人能使用该虚拟实验。

4. 修改与评价

根据前三个阶段所做的工作或请教化学教师检验开发出的虚拟实验是否设计合理、科学, 并做出适当修改, 根据学生的基本能力 (化学概念的掌握、所授化学知识是否理解) 掌握程度, 在学生进行实际实验操作后检验其在虚拟实验中所学是否迁移到现实实验中, 以评价该虚拟实验在培养中学生实验技能方面是否有效。

从图4中我们也可看出, 这四个组成部分是缺一不可的, 前期分析是进行培养实验技能的虚拟实验设计的基础, 只有做了前期分析才能进行下面的工作, 而场景设计又是技术实现的基础, 正是基于这三个步骤才能对开发出的虚拟实验进行修改与评价, 以保证其科学性和有效性。

五、总结

虚拟实验不仅能避免真实化学实验所带来的各种危险, 还能打破时空限制实时实地地给学生提供实验条件, 同时, 还能调动学生学习的积极主动性, 有效提高学生动手能力。本文结合操作技能培养教学理论, 参考传统化学实验教学模式, 提出虚拟实验教学模式, 并提出以培养实验技能为导向的虚拟化学实验设计开发模型, 在未来研究中有待进一步实践, 并对实验效果与传统实验教学进行比较, 以验证该设计理论的科学性并加以推广。

参考文献

[1]单美贤, 李艺.虚拟实验原理与教学应用[M].北京:教育科学出版社, 2005:23-24.

[2]瞿.网上虚拟实验的研究与教学[J].开放教育研究, 2004, (4) :6264.

[3]熊言林.化学实验教学论[M].合肥:安徽大学出版社, 2004:32-34.

[4]张靖方.虚拟技术及其在实验教学中的应用[J].吉林工程师范学院学报 (工程技术版) , 2004, (6) :44-46.

[5]邵瑞珍等.学与教的心理学[M].上海:华东师范大学出版社, 1990:10.

[6]麻昌爱.中学化学实验操作技能学习策略初探[J].中学化学教学参考, 2001, (4) :32-33.

虚拟实验理论 篇9

关键词：伯努利方程；虚拟实验；创新

由于流体运动的复杂性，使得流体力学研究离不开科学实验，伯努利方程实验是高等院校航天工程、能源动力工程、水利工程、建筑工程、土木工程等专业必须学习的一个重要实验之一。传统的伯努利方程实验，存在着一定的弊端：在教师讲解后学生直接做实验，对实验操作、实验过程的示范教学及描述缺乏认识，实验过程中出现的问题得不到充分的探索和讨论，无法体现学生的思考过程、实验兴趣及创造性思维。而基于虚拟实验的伯努利方程实验，调动了学生参与实验的积极性，充分启发学生的创造性思维，实现了学生自主学习、师生交流互动，能够充分利用虚拟仿真实验教学中心的虚拟实验平台，提高了实验的效率，有利于培养具有创新精神和创新能力的高素质人才。

1.实验原理

如图1所示，在实验管路中沿管内水流方向取n个过流断面。

可以列出进口断面（1）至另一断面（i）的能量方程式

z1+p1r+a1v212g=zi+pir+aiv2i2g+hwi，（i=2，3，…，n）（1）

zi为位置水头，表示单位质量流体所具有的位能；pir稱为压强水头，表示单位质量流体所具有的压强势能；Hpi=zi+pir为测压管水头，是单位质量流体所具有的总势能；hwi代表由元断面（1）到断面（i）所消耗的能；取动能系数a1=a2=a3=…=an=1，选好基准面，从已设置的各断面的测压管中读出Hpi=zi+pir的值，测出通过管路的流量，即可计算出各断面平均流速vi及速度水头aiv2i2g，从而得到各断面测压管水头值和总水头值。

在同一过流断面上：均匀流或渐变流断面流体动压强符合静压强的分布规律，测压管水头值为常数。z+pρg=C（2）

在不同过流断面上：测压管水头不同，z1+p1ρg≠zi+piρg（3）

故z+pρg≠C。

2.特色和创新

2.1添加虚拟实验环节

在传统的伯努利方程实验中引入新的实验元素和活力，即在实验过程中添加伯努利方程虚拟实验环节。目前虚拟实验在实验教学中的应用有很多[1-3]，也有一些伯努利方程实验在仿真方面的研究[4]。由于虚拟实验具有操作界面直观、方便快捷、重复性强、不受时间或场所的限制，学生可以按个人需求，不受时间、地点约束，反复进行虚拟实验，完成实验学习过程，还可以设计出新颖的虚拟实验项目。教师鼓励学生参与虚拟实验的操作和完善，通过网上练习虚拟实验，找出有待完善的地方，提出优化方案，再指导学生逐步修改和完善，充分发挥学生参与实验的主观能动性，有效拓展学生的想象空间。本实验为综合性实验项目，通过对学生多方位的引导，可以培养学生对理论知识的应用能力、对实验操作的动手能力、对实验项目的创新能力以及团队的写作能力，从而实现对学生的综合能力的培养。采用虚拟实验和真实实验相结合的方法，充分利用虚拟仿真实验教学中心的虚拟实验平台，使学生从多角度，以多种方式参与实验训练，充分锻炼学生对实验操作的动手能力。

2.2实验流程图，如图2所示

（1）虚拟实验。做实验之前，学生可以先在力学实验教学示范中心的网站上对伯努利方程实验的虚拟实验进行操作、预览实验过程、掌握实验原理、巩固理论知识，并且可以直观地体会做实验的操作过程、观察动态的实验现象等，更重要的是学生还可以随时随地验证和探索学习过程中遇到的疑难问题，对实际操作实验进行预习。虚拟实验的整个过程与真实的实验相差无几，通过适时观察到实验现象及测压管液面高度的变化规律，方便模拟出真实实验的过程。伯努利方程实验的虚拟实验为学生创造良好的仿真实验条件，实现了学生自主学习、师生交流互动，激发了学生的求知欲和主动性，调动了学生参与实验的积极性，为真实实验操作打下坚实的基础，提高了实验的效率。

（2）真实实验。学生进入实验室进行动手操作的真实实验，教师指导学生熟悉操作实验装置，例如测量流速与流量的仪表（毕托管、文丘里流量计、电磁流量计等）；启发学生将所学理论知识结合工程实践，采用已有的流体力学实验教具，自主设计实验项目，（比如利用流量计测试一下实验室水管的流量、流速等）；引导学生利用实验解决实际问题的能力，进行实验验证并进行实验设计和创新，以及完成综合实验报告的撰写。

通过虚拟实验和实际操作实验两个环节的操作训练，有利于学生更加深刻地理解和掌握课本上的理论知识。

2.3实验成绩考核

伯努利方程实验的成绩考核由实验项目设计、虚拟实验操作、真实实验操作和实验报告四部分组成。实验操作部分由指导教师现场打分，最终通过实验报告：实验方法的确定、实验仪器的选择、实验步骤的制定、实验数据的处理、实验结果的对比分析及研究总结等，可以有效地反映出学生的综合创新能力（包括实验项目设计、实验技能、团队协作能力、操作动手能力和自主创新能力）。

3.实验成果

置身于多媒体世界中，虚拟实验使学生能看到、听到、感觉到实验对象、实验过程、实验结果，大大增加了仿真的形象性与直观性，从而能够激发学生实验的兴趣和主观能动性，提升学生进行实验的积极性。由于虚拟实验不受时间、场地的限制，学生可根据自己的需要安排学习时间，提高学习效率。而且虚拟与真实实验两者相结合，优势互补，切实保证了实验教学的质量。伯努利方程实验是一个综合性实验，其系统的经验成果可以为其他流体力学实验项目提供借鉴，引领实验项目建设方向、探索人才培养模式。一些典型教学案例的积累，丰富了实验教学的积淀。成功的案例可以启发下届学生在此基础上发展创新，避免低水平的重复实验；失败的案例可以供学生借鉴，尽可能避免失败，少走弯路。

4.结束语

虚拟实验与真实实验相结合丰富了流体力学实验教学内容，综合利用了多种教学手段，提升了整个实验教学水平。注重实验过程设计，实验方法科学、合理、新颖；实验手段适当、高效先进。能充分调动学生学习的主动性与积极性，培养学生对实验的兴趣。此外，虚拟实验促进了流体力学实验网络化教学的步伐，建立了流体力学虚拟实验平台和教学资料库。（作者单位：南昌理工学院）

参考文献：

[1]程立英，张志美，等.虚拟实验在分级实验教学中的应用探究[J].沈阳师范大学学报：自然科学版，2011.

[2]朱敏.虚拟实验与教学应用研究[D].上海：华东师范大学，2006.

[3]陈小红.基于仿真软件的虚拟实验设计与应用[D].上海：上海师范大学，2010.

初中物理的虚拟实验 篇10

为了贯彻基础教育改革, 教育部制定了《全日制义务教育物理课程标准 (实验稿) 》。从《全日制义务教育物理课程标准 (实验稿) 》的基本理念中可以看出, 注重全民素质的培养并且要求教学中有真实的情境, 有科学探究的环节, 有多种学习方式, 有评价反馈。这对于传统的教学资源来讲无疑是一个挑战, 而利用信息技术的虚拟实验资源, 构建新型的教学模式, 可以弥补常规教学的不足。

二初中物理实验教学的现状

物理学是一门实验科学, 物理实验不仅是物理学发展的基本动力, 还是物理教学的主要内容、方法和手段。物理实验的主要目的是给学生学习物理创造一个良好的学习环境, 使学生能主动地获取物理知识, 掌握学习的方法, 培养实验能力, 形成科学的品质。传统的物理教学以学生掌握和巩固知识为目的, 对实验在知识、能力、方法、情感态度与价值观等综合科学素质教育中的重要作用认识不足, 因此实验教学基本上以教师为中心。演示实验主要是教师做、学生看;分组实验则让学生按教师设计好的方案进行, 缺乏独立思考和创造性活动。而按照新的课程理念, 演示实验应该重视学生参与, 随堂实验、学生分组实验则要尽量采用探究式, 让学生真正进入科学研究的状态, 扮演研究者的角色。这就要求实验不能只限于教科书规定的有限几个, 而是要根据探究活动的需要, 让学生尽可能多地进行实验活动;学生可以尝试自己设计实验、选择仪器、收集数据、归纳并总结规律。但是在真正的物理实验教学中, 按照新课程理念开展实验却存在多方面的困难, 如实验设备资源紧缺, 实验室资源更新换代慢等现状, 很难满足新课标的要求。

信息技术与物理实验教学整合, 可利用视听资料、网络资源等加强实验教学与社会、生活、科学技术之间的联系, 信息技术的交互性和超文本链接优势, 又为“师生互动”提供了可靠的保证。在实验的不同环节, 信息技术都可发挥独特的作用:在观察环节大大扩展实验的可视性和可重复性, 在数据采集环节使物理量的测量不但简单方便, 而且精度高, 在数据分析环节则让学生从机械、繁琐的数据处理过程中解脱出来, 投入更有创造力的方面。因此, 借助信息技术的优势可以实现物理实验教学的新要求。

三虚拟实验简介

虚拟实验是以现代教育理论为指导, 以计算机仿真技术、多媒体技术和网络技术为依托, 而建立的一种新型实验教学系统。虚拟实验利用计算机技术来实现各种虚拟实验环境, 实验者以交互的方式进行实验操作, 可以像在真实的环境中一样完成各种预定的实验项目, 最大限度地模拟真实实验的场景, 并提供与实际实验的操作方法相类似的实践体验。作为传统实验教学的一种有效的补充, 虚拟实验教学已经成为加强实践教学, 提高教学质量的重要手段, 它不仅可以在一定程度上代替传统的实验教学, 而且可以克服传统实验的各种制约和弊端, 从而有效地解决目前实验教学中存在的诸多问题, 达到优化教育资源、提高教学质量的目的。

虚拟实验概念的提出至今仅十几年, 但因其诱人的应用前景, 各国均在大力开发, 已经取得了一些进展。目前国内外开发的虚拟实验平台主要有两种:一种是演示实验, 另一种是探究实验。演示实验主要是用来给学生演示一些实验现象, 一般不需要学生动手控制;而探究实验则要求学生进行多方面探究性学习, 一般都需要学生动手控制, 对于让学生经历科学探究过程, 学习科学研究方法, 培养学生的探索精神、实践能力以及创新意识等方面有其独特的优势。

四结束语

目前, 初中物理虚拟实验平台已在全国部分中学开始使用, 笔者也深入了解了物理实验课堂调研物理虚拟实验平台的使用情况, 调研结果表明, 该实验平台的使用效果还不错, 基本实现了研发时的预期目标。当然在学生使用的过程中也发现一些问题, 我们和合作学校开展了长期合作, 会不断地完善虚拟实验平台的功能, 以期待最大限度地提高实验课的教学质量。

虚拟实验是对真实实验的模拟, 在很大程度上改善了真实实验设备硬件不足的现状。但是虚拟实验绝对不能完全取代真实实验, 因为学生在真实实验中可以锻炼自己的动手操作能力, 而这正是虚拟实验所没有的。因此, 在物理实验教学中, 虚拟实验应以真实实验为依托, 真实实验也应以虚拟实验为手段和辅佐, 做到虚中有实、实借助虚, 使虚拟实验与真实实验在实现物理实验教学目的方面相得益彰、优势互补。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部制定.全日制义务教育物理课程标准 (实验稿) [M].北京:北京师范大学出版社, 2001

[2]廖伯琴、张大昌.全日制义务教育物理课程标准 (实验稿) 解读[M].武汉:湖北教育出版社, 2002