導言：作為寫作愛好者，不可錯過為您精心挑選的10篇虛擬實驗設計論文，它們將為您的寫作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內(nèi)容能為您提供靈感和參考。

篇1

2.虛擬電橋模型電橋是目前常用的電阻式傳感器測量電路，整個電橋電路由四個橋臂組成，當橋臂接入應變電阻時則成為應變電橋。當有一個臂被接入應變電阻時，被稱為單臂電橋；兩個臂被接入應變電阻時則為雙臂電橋（也稱半橋）；四個臂均被接入應變電阻時則稱為全橋。在橋路中均未接入應變電阻時。

3.電阻屬性和接橋方式設計前面板（如圖1所示）上電橋部分的電阻屬性分為固定電阻、應變電阻和平衡電阻三種，應變電阻的貼片方式分為受拉應力和受壓應力。（1）電阻屬性。圖1中的電阻R1的屬性只有兩種：應變電阻和固定電阻。該屬性通過操作“R1”設置開關進行選擇。若R1為應變電阻屬性，其阻值會隨載荷F的增減而產(chǎn)生相應的ΔR1以及因溫度變化產(chǎn)生的ΔR1t。電阻R2的屬性與R1相同。通過操作“R2”設置開關可以選擇R2的屬性。若R2作為應變電阻，則會隨載荷F的增減而產(chǎn)生相應的ΔR2以及因溫度變化產(chǎn)生的ΔR2t。若操作“差動設置”開關，則可使R2的受力方式為受壓應力，從而會隨載荷F的增減而產(chǎn)生相應的-ΔR2以及因溫度變化產(chǎn)生的ΔR2t。R3，R4需要參與調(diào)平電路的設計，因此接線也會相對復雜。通過操作“R3”和“R4”設置開關對該電阻進行屬性操作。圖中出現(xiàn)的Rr顯示框為調(diào)零電路中的R5的右半部分與R6串聯(lián)然后再與R3并聯(lián)后的阻值。Rl顯示框為R5的左半部分與R6串聯(lián)后再與R4并聯(lián)后的阻值。（2）接橋方式的設計。虛擬前面板上的電橋工作方式分別為：不工作、單臂工作，半橋工作和全電橋工作方式四大類型。對于半橋和全橋方式，其中應變片又分為差動和非差動兩種布片方式。不工作方式指的是R1，R2，R3和R4都設置成固定電阻。該方式無論怎樣施加外力，輸出始終為零。單臂工作時將R1設置為應變電阻，R2、R3、R4設置為固定電阻。此時，按“R1”按鈕，“R1”按鈕變綠，圖中應變電阻R1如果顯示向上的箭頭，表明該應變電阻受拉應力，對應電阻值增大；如果應變電阻R1顯示向下的箭頭，表明該應變電阻受壓應力，對應電阻值減小。半橋非差動工作時，R1、R2設置為應變電阻，R3、R4設置為固定電阻。按下“R1”、“R2”兩個按鈕，兩者均變綠表示接入工作臂，同時電阻R1、R2上的箭頭方向一致，表示應變片受到相同性質(zhì)的應力，此時電橋輸出基本為零。半橋差動工作時，R1、R2設置為應變電阻，R3、R4設置為固定電阻。按下“R1”、“R2”兩個按鈕，兩者均變綠表示接入工作臂，同時電阻R1顯示向上箭頭，R2顯示向下的箭頭，表示對應的應變片受到拉應力和壓應力。全橋非差動工作時R1、R2、R3、R4屬性均為應變電阻，此時，按下“R1”、“R2”、“R3”、“R4”按鈕，均變?yōu)榫G色。四個電阻上的箭頭方向一致，表明四個電阻受相同性質(zhì)的應力，此時電橋輸出基本為零。全橋差動工作時，“R1”、“R3”電阻箭頭向上，表示受拉應力；“R2”“R4”箭頭向下，表示受壓應力。

4.溫度誤差計算及補償在討論應變計的工作特性時通常是以溫度恒定為前提的，但在實際應用過程中，工作溫度可能會發(fā)生變化，從而導致應變電阻的阻值發(fā)生變化。設工作溫度變化為Δt℃，則由此引起粘貼在試件上的應變電阻的相對變化為。將公式（11）代入公式（7）-（10），即可以計算出溫度變化時的電橋輸出，該輸出即為溫度誤差。單臂工作時，采用補償塊法進行溫度誤差補償，該方法利用兩塊參數(shù)相同的應變計R1、R2，R1貼于試件上并接入工作臂，R2貼于與試件材料相同溫度環(huán)境的補償塊上，但該補償塊不參與機械應變，同時接入電橋相鄰臂作為補償臂。當接通電源并施加負載時，補償臂產(chǎn)生的熱輸出與工作臂產(chǎn)生的熱輸出相同，則可達到溫度誤差補償?shù)哪康?。對于半橋差動和全橋差動工作方式，根?jù)公式（10）的和差特性即能進行溫度誤差補償。5.非線性誤差計算及補償公式（10）是對公式（9）進行線性化后的輸出。對于單臂工作時，非線性誤差可以通過在電路中加入補償臂（該臂不受外加應力作用）。對于半橋差動和全橋差動工作方式，不需要外接補償電路，因為差動工作方式具有很好的非線性補償作用。

二、虛擬操作面板的設計

用LabVIEW軟件開發(fā)虛擬儀器，用戶能“量身定制”儀器的操作面板。本實驗根據(jù)真實的電阻式傳感器實驗電路接線圖作為虛擬儀器的操作面板，能直觀地闡述電阻式傳感器實驗原理及操作方式，虛擬面板如圖1所示，主要包括虛擬彈性元件選擇、應變電阻布片方式選擇、電橋接法選擇、電橋調(diào)零模塊、差動放大模塊、直流電源模塊。此外前面板還包括電阻、外力、溫度的賦值等。

三、遠程虛擬實驗的演示步驟

電阻式傳感器實驗的遠程操作分別由DataSocket技術與Web網(wǎng)絡工具來實現(xiàn)。DataSocket技術以及網(wǎng)絡化技術的結合使虛擬儀器的遠程控制成為可能，可在若干計算機上對傳感器虛擬實驗進行操作及數(shù)據(jù)處理。這為傳感器虛擬實驗的互動教學提升了便捷性。電阻式傳感器虛擬實驗的遠程操作過程如下：第一步，打開服務器網(wǎng)頁。第二步，輸入R1、R2、R3、R4的阻值。第三步，選擇彈性元件類型。第四步，設置接橋和布片方式。第五步，打開電源開關。第六步，調(diào)節(jié)調(diào)零電位計，直至電橋近似達到初始平衡狀態(tài)。第七步，點擊“施力F”按鈕。第八步，查看客戶端網(wǎng)頁，查看電橋輸出曲線。第十步，點擊服務器面板中的“復位鍵”，使所有選項、開關及輸入數(shù)據(jù)均清零和初始化。第十一步，關閉電源開關。

篇2

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2016）02-0055-04

探究性三維虛擬實驗設計的理論基礎

1.認知主義學習理論

認知主義學習理論把學習看作對信息進行主動選擇和理解的過程，認為人的認知過程實際上是一個信息加工過程，知識不是由外界刺激直接給予的，而是外界刺激和認知主體內(nèi)部心理過程相互作用的結果。采用三維虛擬實驗進行教學，認知對象從傳統(tǒng)的與現(xiàn)實世界打交道，變成與虛擬世界進行交互，從而產(chǎn)生了一種新的認知方式。因此設計三維虛擬實驗時，必須從學生的認知心理出發(fā)，注重學生的具體經(jīng)驗和對情境的了解，使學習者新舊知識之間的同化能順利完成，最終促進自己的認知發(fā)展。

2.情境學習理論

情境學習理論認為，特定的知識應該在特定的情境中去學習，學習是一個社會性過程，知識在這個過程中由學習者與周圍環(huán)境相互作用共同構建。情境學習理論強調(diào)學習者應經(jīng)歷社會真實情境，通過實際活動使其在真實情境中學習知識、技能和策略，對知識做合理的解釋并能靈活運用知識。因此，設計三維虛擬實驗時，必須創(chuàng)設實驗過程所需要的各種情境，為學生主動探究提供環(huán)境支撐。

3.建構主義學習理論

建構主義認為，學習是建構內(nèi)在心理表征的過程，學習者以已有的經(jīng)驗為基礎，通過與外界的相互作用來建構新的理解，學習者知識的獲得是個體與外部環(huán)境交互的結果。因此，設計三維虛擬實驗時，必須提供靈活的交互方式，同時為學習者提供豐富的資源和工具，方便學生進行科學的探究活動，有效建構自己的知識。

中學物理探究性三維虛擬實驗設計

1.設計原則

直觀性：三維虛擬實驗設計要為學習者提供逼真的實驗環(huán)境，增加學生者親身體驗的經(jīng)歷。由于操作步驟復雜、觀測過程漫長、實驗儀器昂貴等原因而無法完成的實驗要逼真模擬，實驗現(xiàn)象抽象和微觀的就要突破時空限制轉變?yōu)橹庇^呈現(xiàn)，實驗過程不能及時控制的要設計關鍵現(xiàn)象模擬情境，使學習者在虛擬環(huán)境下，便于觀察物理現(xiàn)象，更好地理解和掌握實驗原理。

交互性：三維虛擬實驗設計要為學習者提供更多交互的環(huán)節(jié)和實時的反饋，方便學習者選擇實驗設備、操作實驗儀器、設置實驗條件、改變實驗參數(shù)。使學習者在虛擬環(huán)境下，按照自己的學習特征、學習進度和學習方式進行主動探究。

開放性：三維虛擬實驗設計要為學習者提供可以自主設計實驗的學習資源和工具，使學習者能夠按照自己的興趣自由地設計實驗方案、演示實驗效果，并提供及時的反饋。

趣味性：三維虛擬實驗設計要為學習者提供能夠激發(fā)好奇心和求知欲的實驗過程和現(xiàn)象，能夠吸引學生的注意力，給學習者悅趣的體驗，激發(fā)其學習物理的興趣。

2.設計過程

（1）實驗類型和主題的設計

按照實驗內(nèi)容分為：聲音類、光學類、電路類、電磁類、理學類、能量類。本研究從眾多實驗中選擇了部分實驗進行開發(fā)仿真，具體包括真實實驗中不易觀察的實驗、真實實驗中不易控制的實驗兩類。

（2）虛擬實驗模塊設計

探究性三維虛擬實驗共包括實驗介紹、實驗操作、實驗提示、實驗評價四個模塊。其中，實驗介紹包括儀器介紹和內(nèi)容介紹。儀器介紹闡述虛擬實驗中用到的關鍵儀器的功能、使用方法等。內(nèi)容介紹闡述實驗目的、實驗原理等；實驗操作是虛擬實驗的核心部分，通過分析該階段學生的認知結構，設計交互式的用戶界面和探究性實驗環(huán)節(jié)，學生根據(jù)實驗原理和步驟，在三維虛擬實驗場景中對相關實驗儀器進行操作，完成實驗；實驗提示是指對實驗中容易出錯的地方為學生提供必要的幫助；實驗評價是根據(jù)具體的實驗要求，對學生的實驗操作結果進行評價。

中學物理探究性三維虛擬實驗的實現(xiàn)

1.主要開發(fā)工具的選擇

探究性三維虛擬實驗的實現(xiàn)主要包括虛擬實驗場景、各種實驗儀器設備的三維建模，以及提供探究活動的虛擬現(xiàn)實交互體驗的開發(fā)，用到的開發(fā)工具主要包括三維建模工具3ds Max和虛擬現(xiàn)實開發(fā)工具Unity 3D。

（1）3ds Max

3ds Max是Autodesk公司開發(fā)的基于PC的三維動畫制作、編輯、播放與三維建模和渲染軟件。它具有易于使用、功能強大、性價比高等優(yōu)點，是許多個人和公司用戶首選的三維建模與動畫軟件。3ds Max被廣泛應用于廣告、影視、游戲開發(fā)、計算機藝術、角色動畫、工業(yè)設計和輔助教學等諸多領域。

（2）Unity 3D

Unity 3D是由Unity Technologies公司推出的一款強大的3D跨平臺游戲引擎，包括圖形、光照、音頻、渲染、物理和網(wǎng)絡等多方面的引擎支持，目前已不僅僅局限于游戲開發(fā)，而成為強大的綜合性虛擬現(xiàn)實開發(fā)工具，在虛擬漫游與實時設計、虛擬現(xiàn)實交互體驗、人體數(shù)字化展示等領域都得到有效應用。

2.開發(fā)流程

三維虛擬實驗的開發(fā)步驟為：①三維虛擬實驗場景、實驗儀器的建模；②分析學生的心理和認知結構，設計探究環(huán)節(jié)；③設計交互界面，實現(xiàn)實驗的交互操作；④測試虛擬實驗，進行調(diào)試和優(yōu)化；⑤虛擬實驗。

3.探究性三維虛擬實驗的開發(fā)

（1）實例1：布朗運動

①實驗設計思路：布朗運動是由微觀分子間做無規(guī)則運動而形成的。在現(xiàn)實生活中，難于操作，不易觀察，只有借助顯微鏡才能觀察，使得學生缺乏創(chuàng)造力和空間想象力。而在三維虛擬實驗中可以克服這些不足，利用Unity 3D提供的物理引擎，可以很好地模擬微觀分子的無規(guī)則運動。本實驗通過設計交互式的界面接口，使學生可以通過控制溫度變化或調(diào)整微觀分子大小，模擬微觀分子的運動變化情況，從而使實驗者更好地理解布朗運動。

②虛擬實驗場景和實驗器材的三維建模。實驗采用3ds Max對三維仿真實驗中用到的模型進行構建，主要包括實驗桌、實驗儀器，實驗主界面如下頁圖1所示。

③虛擬仿真實驗的實現(xiàn)。本實驗提供了兩個觀察角度，即宏觀和微觀，宏觀角度用來展示實驗前的狀況；微觀角度用來展示微觀粒子的運動狀況，通過使用攝像機效果，使得觀察者能夠清晰地看到微觀世界中分子的無規(guī)則運動情況，實驗操作界面如下頁圖2所示。

下面詳細介紹微觀角度下實驗的實現(xiàn)過程。首先，學生點擊微觀按鈕后，攝像機被激活顯示，同時向液體分子拉近，這時出現(xiàn)圖2所示的界面，屏幕下方出現(xiàn)對應的滑動條用于控制條件，一種是溫度變化，一種是分子大小變化。這里用到了NGUI插件里的Tween Position動畫。其次，液體分子的無規(guī)則運動模擬是用Unity自帶的碰撞檢測函數(shù)來實現(xiàn)的。當分子之間相互碰撞時，會觸發(fā)自身的碰撞檢測，從而受到一個反向作用力被反彈回去。當多個分子發(fā)生碰撞時，它們的運動就會變得毫無規(guī)律，從而形成了無規(guī)則運動。

（2）實例2：光的反射與折射

①實驗設計思路：光的反射與折射定律探究的是光從一種介質(zhì)照射到另一種介質(zhì)時發(fā)生傳播方向改變的光學現(xiàn)象。在現(xiàn)實生活中，為了確保實驗的準確性和靈活性，特別要保證三線共面，需要實驗操作細致，入射角、反射角、折射角的測量也很費時，且不易控制。而在三維虛擬仿真實驗中可以克服這些不足，利用Unity 3D可以很好地模擬光線的反射、折射現(xiàn)象，以及入射角、反射角、折射角之間的關系。

②虛擬實驗場景和實驗器材的三維建模。本實驗采用3ds Max對三維仿真實驗中用到的模型進行構建，主要實驗儀器如圖3所示。

③虛擬仿真實驗的實現(xiàn)。本實驗用來展示入射角變化時，反射角、折射角的變化情況，通過圓盤上的刻度標定，能夠隨時讀出確切的值，實驗者能夠清晰地看到入射角、反射角、折射角的關系，實驗操作界面如圖4所示。

結束語

新技術、新媒體的發(fā)展對傳統(tǒng)教育教學改革具有推動作用，利用虛擬現(xiàn)實技術設計并實現(xiàn)初中物理探究性三維虛擬實驗，能夠有效改進傳統(tǒng)中學物理實驗教學的不足，為學生進一步理解基本概念、掌握實驗規(guī)律和實驗原理，提供了主動探究的環(huán)境，對學生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)具有重要價值，對探索信息技術環(huán)境下中學實驗教學新方法具有重要意義。

參考文獻：

[1]馬發(fā)揮，李獻業(yè)，鐘永江，陳紅珍.初中物理虛擬實驗室教學模式研究[J].中國信息技術教育，2010（9）：48-50.

[2]姬洪強.《現(xiàn)代教育技術》虛擬實驗室的設計與實現(xiàn)[D].金華：浙江師范大學，2009.

[3]張秀敏.仿真實驗室在初中物理虛擬實驗中的應用[J].中國教育技術裝備，2015（11）：158-159.

[4]張林譽.初中物理虛擬試驗系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D].武漢：華中師范大學，2013.

[5]徐一帆.基于虛擬現(xiàn)實的中學物理仿真實驗的設計與實現(xiàn)[D].長沙：湖南大學，2013.

篇3

[中圖分類號]G40-057　[文獻標識碼]A　[論文編號]1009－8097(2012)05－0116-05引言

電腦游戲與網(wǎng)絡游戲的不斷發(fā)展并被應用于企業(yè)、教育、軍事、科學以及醫(yī)學領域。目前的虛擬實驗無論是設計方面還是開發(fā)方面，大多數(shù)都只是將實驗器材遷移至計算機中來實現(xiàn)，單純地追求實驗的仿真，而不是從學習者的角度考慮其學習效果。建構主義學習理論指出：“清境”、“協(xié)作”、“會話”和“意義建構”是學習環(huán)境中的四大要素，一個自由而充滿趣味性的虛擬環(huán)境對學習者的學習效果有著至關重要的影響，而游戲性虛擬實驗的構建則是實現(xiàn)這一效果的一個有效途徑。游戲性元素的融入對于學習者學習環(huán)境的改善以及知識建構、深層次理解都起著促進的作用，并且吸引著學習者愉悅地解決問題。由此可見，游戲性元素的注入需要運用游戲策劃、設計方法和實現(xiàn)的技術的結合來表現(xiàn)一個完整實驗環(huán)境的設計，這并不是簡單的添加，構建模型可以把復雜的問題清晰的表達出來，使理論的各組成部分可視化并得到檢驗。利用模型構建的方法不僅幫助學習者理解形成問題的影響因素之間復雜的相互關系，還給指導者提供了評估學生們理解問題的外在表征。系統(tǒng)動力學建模工具Stella軟件具備強大的建模環(huán)境和簡便的操作方法，以此技術建?？梢郧逦慕沂境鲇螒蛐耘c虛擬實驗二者之間的融合，為虛擬實驗設計研究提供一種新的方法。一　相關理論

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、競爭、任務、動作、益智、成長、管理、創(chuàng)造、探索以及群聚元素，然而虛擬實驗的宗旨是教學，它不同于游戲的宗旨，因此在引入這些游戲性元素時，必然有所刪減。融入游戲性元素的根本目的在于增強和提高學習者操作、探索和挖掘的樂趣以及研究和練習的樂趣。

在游戲性虛擬實驗中各游戲性元素的概念內(nèi)涵包括以下八個方面的內(nèi)容：①沉浸元素，通過物理方式或者想象進入到一個與通常環(huán)境不同的場景。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，有意識地假扮某一特定角色，并從該角色的處境和場合出發(fā)，進行思考、表達和活動的方式。④任務元素，某個需要被完成的既定目標。⑤動作元素，實時付出行動的身體運動。⑥成長元素，成長是指由低級或簡單形態(tài)向較高級或復雜形態(tài)發(fā)展，或者在數(shù)量、價值或力量上的增長。在角色扮演游戲中多表現(xiàn)為升級和裝備提升。⑦管理元素，管理元素包含兩個層面的意義：第一是促進游戲者的管理性思維的發(fā)展，鼓勵游戲者運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，讓游戲者體驗擁有權勢和掌控大局的樂趣。⑧群聚元素，“把兩個及其以上的玩家聚集在一起的狀態(tài)就是群聚的形式”。

2　游戲性虛擬實驗的特點

在游戲業(yè)初見端倪的歐美自上世紀80年代初，最早全面論述游戲動機的學者是Malone，通過對已有游戲的一系列的觀察，對大量玩家訪談，Malone(1980年)總結出三個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動機特征組件。Asgari與Kaufman(2004年)在前人研究的基礎上，認為游戲的動機組件是：交互、競爭、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)融入虛擬實驗中來，更能提高和豐富學習者的學習興趣和學習效率，有更廣泛的意義。游戲性虛擬實驗設計應著重從學習者的心理層面和行為層面兩個方面考慮：

(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、任務元素加入到虛擬實驗的設計中來，以解決這一層面學習者學習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、體驗性和對話性。在行為層面中，將管理、扮演、動作元素加入游戲性虛擬實驗的設計中，解決學習者行為層面的需求。游戲性虛擬實驗的開發(fā)要以學習者為主導，其目的是提高和優(yōu)化學習者學習的學習興趣和學習效率，促進學生對實驗中的理論知識的深入理解，鍛煉學生主動探索和學習的能力。

篇4

一、研究背景

實驗教學是學生鞏固和深化理論知識的重要途徑，也是培養(yǎng)學生基本技能、發(fā)現(xiàn)和解決實際問題能力、自主學習能力、創(chuàng)新和臨床思維能力的重要途徑。目前，我國大多數(shù)醫(yī)學院校的人體解剖學主要有《系統(tǒng)解剖學》和《局部解剖學》兩門課程組成，實驗課基本上還是按課程孤立設置，學生按照編好的實驗指導書的要求，由教師指導下的學習模式，學生都是在“接受性學習”，缺乏“自主探究學習”，整個實驗缺乏系統(tǒng)性、全面性以及創(chuàng)新性。因此，通過對原有的實驗教學定位、教學理念、教學模式、教學方法和手段進行改革，對培養(yǎng)學生的臨床應用能力、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力等綜合素質(zhì)有著非常重要的意義。

二、教學模式的改革

我校五年制醫(yī)學專業(yè)采用系統(tǒng)解剖學和局部解剖學分別在大一下學期和大二上學期完成的模式，我們初步嘗試將原有的《系統(tǒng)解剖學》和局《部解剖學》實驗進行整合，在前期系統(tǒng)解剖學驗證性實驗學習的基礎上，加強綜合性實驗，增加設計性、創(chuàng)新性實驗，由教師根據(jù)學生所學的知識和教學安排，分不同層次、由淺入深提出實驗任務，學生自主選擇綜合性設計性和創(chuàng)新性的實驗內(nèi)容、確定實驗步驟及注意事項、經(jīng)老師審核后開始實驗過程，并對實驗結果進行分析判斷、完成實驗報告或?qū)嶒炚撐牡男履Ｊ?。通過一系列的有系統(tǒng)、有計劃的實驗教學，使學生達到由理論知識到實踐操作，再由實踐操作到創(chuàng)新和臨床思維能力的不斷由量變到質(zhì)變的轉變。在時間安排上，課內(nèi)課外并重，充分利用學生的課余時間，要求學生在課余時間完成部分標本制作的實驗內(nèi)容。另外，在基礎知識的基礎上對局部解剖學的部分實驗進行獨立的設計，改變原來的實驗依托理論的模式，要求學生根據(jù)臨床手術操作中遇到的問題進行設計，在尸體和標本上進行模擬手術，進一步加深學生對局部解剖學知識的理解。同時將現(xiàn)有的課堂教學、課外專題講座、課程實驗、課外第二課堂等實踐形式向課外科技創(chuàng)新、科研訓練（student research train，SRT）、大學生科技創(chuàng)新競賽、新苗計劃等活動延伸，不斷豐富課內(nèi)外一體化自主研學平臺的內(nèi)涵，使學生盡可能多的學做合一，擴大學生自主創(chuàng)新實踐的內(nèi)容，有效的啟發(fā)學生的發(fā)散思維。推進學生的個性化發(fā)展和全面發(fā)展。人體解剖學實驗教學就是要構建教與學為一體、理論教學與實踐教學為一體、課內(nèi)與課外教學為一體的實驗教學模式。

三、教學內(nèi)容改革

對現(xiàn)有的《系統(tǒng)解剖學》和《局部解剖學》的實驗教學內(nèi)容和課程體系進行改革，結合教學大綱和高等教育教學加強實踐教學環(huán)節(jié)薄弱改革的需求，按照分層式實驗教學的模式；增加實驗內(nèi)容和實驗項目；增加實驗的開放性，綜合性、設計創(chuàng)新性的思維方式，對人體解剖學實驗教學課程進行了改革。

1.拓展基礎理論知識、基本技能訓練實驗層

在系統(tǒng)學習解剖學的基礎理論知識的基礎上，穿插講解對尸體解剖的一般方法、解剖器械和操作方法、基本解剖方法、標本防腐固定法、血管灌注技術、淋巴管灌注方法等實驗對學生進行解剖學實驗技能訓練。課堂并以學術講座的形式向?qū)W生講解解剖學科學研究方法，文獻綜述撰寫，布置學生查閱文獻，撰寫文獻綜述。使學生掌握解剖學實驗的基本知識、基本方法與基本技能，熟悉常用儀器的操作，培養(yǎng)學生觀察、記錄實驗結果及整理、分析實驗數(shù)據(jù)的能力。

2.以臨床應用為導向的解剖學實驗教學

將系統(tǒng)解剖學和局部解剖學內(nèi)容相互穿插并與臨床及其他相關基礎學科結合起來。將實驗課內(nèi)容分為骨學、節(jié)學、下肢、上肢、頭頸部、脊柱區(qū)、胸部、腹部、盆部與會陰、感官、中樞神經(jīng)系統(tǒng)十一部分。在教學實施過程中，每一章節(jié)（如上肢、軀干、頭頸部等）實驗開始和結束都由教師進行15min的結合臨床案例的前言和總結的講座，使學生認識到解剖學在臨床醫(yī)學中的重要性及其如何與臨床結合。以頸部為例，我們通過和臨床醫(yī)師及其他相關基礎學科的教師一起討論，把頸部的內(nèi)容提煉成以下幾個問題：（1）簡述頸動脈鞘內(nèi)結構的排列關系；（2）甲狀腺切除術時，從皮膚切口到暴露甲狀腺依次有哪些層次結構，術中需特別注意對哪些重要結構的處理，為什么？（3）氣管切開術選擇何部位，到達氣管要經(jīng)過哪些層次結構？（4）左、右喉返神經(jīng)的來源和走向有何不同？（5）頸部皮神經(jīng)的分支分布有何特點？頸部局部麻醉宜選在何處？（6）頸內(nèi)靜脈和鎖骨下靜脈有何結構特點和重要毗鄰，對深靜脈穿刺有何影響？上課時先由帶教教師介紹甲狀腺次全切除術手術步驟、手術中應注意事項，并發(fā)癥及其處理措施，然后將問題一一列出。

3.以創(chuàng)新為導向的解剖學實驗教學

該部分實驗分為設計創(chuàng)新型實驗教學和課外研究創(chuàng)新型實驗兩類。設計創(chuàng)新型實驗教學由教師提出實驗任務，學生獨立實施過程，教師全程指導、啟發(fā)和評價，使學生從科研選題、實驗設計、實驗操作、結果分析、文獻查閱、論文撰寫、報告與答辯等各個環(huán)節(jié)得到一次全面的創(chuàng)新能力和方法的訓練。比如教師結合某些知識點或關鍵的實驗技術，提供一些與臨床聯(lián)系較緊密且學生感興趣的題目作為實驗教學內(nèi)容以供學生選擇，讓學生在第一、第二階段已掌握的理論和的技能的基礎上自主完成實驗，并根據(jù)完成情況提交實驗報告、實驗作品或?qū)W術論文。

課外研究創(chuàng)新型實驗主要形式為：給定有關題目；各種大學生科技活動；學生直接參與教師科研子課題等項目。讓學生通過課外科技創(chuàng)新活動培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神、實踐能力和臨床思維意識，同時培養(yǎng)學生的團隊精神、交流溝通能力和責任感。

四、教學方法與手段的改革

1.以學生為中心，實現(xiàn)自主實踐為主的教學模式。將傳統(tǒng)的實驗指導書修改為由淺入深、由驗證、綜合再到設計創(chuàng)新的實驗項目，充分調(diào)動學生學習的主動性。學生通過驗證性實驗掌握基本實驗操作方法，學會正確查找資料，設計綜合實驗，正確記錄觀察實驗結果，分析實驗結果，對實驗結果進一步作出判斷、推理的能力；正確的通過查閱相關文獻、書籍、工具書及其他信息源信息已解決臨床應用中的問題的能力。同時借鑒借鑒PBL（problem based learning）改變傳統(tǒng)的教學方式，在教學過程中根據(jù)進度安排臨床病例討論課，提供相應的病例設計問題和相關的參考書籍書目，讓學生圍繞病例，通過書籍雜志和網(wǎng)絡、用解剖學知識解決問題。

2.運用現(xiàn)代化技術及先進的實驗教學手段。對臨床應用中的實際問題如常見病的手術治療采用計算機虛擬技術、虛擬人、醫(yī)學仿真技術等現(xiàn)代化實驗信息技術手段，結合學校的BB平臺、已經(jīng)建好的人體解剖學PBL教學平臺和人體形態(tài)學數(shù)字化教學平臺，把虛擬實驗、醫(yī)學仿真實驗和臨床實踐問題想結合起來，使實驗教學與創(chuàng)新和臨床應用接軌，可以有效提高學生的學習興趣，刺激學生參與實驗的積極性。將尸體上的實際操作和虛擬仿真、現(xiàn)場授課和多媒體課件、網(wǎng)絡化遠程互動和掌上智能式平板虛擬有機結合起來，充分利用網(wǎng)絡、教學平臺及各種實驗教學媒體進行實驗教學，激發(fā)學生學習興趣，提高實驗技術的臨床應用性和常見手術操作的前瞻性，促進學生科學的臨床思維方法與創(chuàng)新能力的結合。同時讓學生了解先進的手術操作技術及其應用，拓寬知識面，培養(yǎng)他們的實驗技能和科研能力。

3.課外開放實驗。在開放性實驗室里，學生可以在自己支配的時間內(nèi)從事提前設計的，教師審核通過的實驗，也可以完成課外的實驗，以學生為中心，自主設計制作的人體解剖學標本制作大賽。開展“解剖學實踐大賽”，學生根據(jù)自己興趣，自愿參加，自由組合，設計方案，擬定操作步驟和程序，在教師和實驗師指導下，完善方案，獨立完成解剖學標本制作和實驗報告。如學生制作闌尾炎手術的解剖學入路。

4.運用先進的實驗教學考核方法。實驗成績采取平時成績同實驗報告和實驗論文相結合的做法。鼓勵學生實驗中有創(chuàng)新。（1）實驗報告為平時成績，主要考察學生對實驗結果的整理、分析、總結能力。此部分成績約占總成績的30%；（2）以實驗考試、考核成績反映學生對人體解剖學的基本理論、基本技能的掌握（考試、考核的內(nèi)容除解剖、觀察標本外，還應包括X光片、螺旋CT圖片閱讀及相關臨床病例分析、討論等）。此部分成績約占40%；（3）學生設計方案及實施考核，主要考察學生創(chuàng)新意識、科學思維方式與實踐能力。教師根據(jù)學生查閱文獻情況、實驗設計水平、實驗方案的實施情況、以及實驗結果的分析能力和科研論文撰寫情況綜合評定實驗成績，此部分成績占30%。

五、結語

篇5

分層次實驗教學法研究

通過分層次開設實驗，培養(yǎng)學生的合理的思維方式和實踐能力，從而提高學生研究精神和創(chuàng)造性能力。具體過程分為以下三個步驟：

1.加強有關材料化學專業(yè)基礎性實驗

在材料化學專業(yè)本科生具有了初步的化學和物理實驗能力的基礎上，首先將材料化學專業(yè)實驗課程從相關理論課程剝離，綜合成材料化學專業(yè)專門的基礎實驗課程，集中訓練學生的材料制備和材料性能檢測技能，并以此為實驗室的開發(fā)重點，使學生的實驗基本技能得以鞏固和提高。

2.開展綜合性實驗并結合本專業(yè)開展遠程網(wǎng)絡虛擬實驗教學

在材料化學專業(yè)本科生已經(jīng)具有初步的材料制備和性能檢測的實驗技能基礎上，第二步開設綜合性實驗并結合遠程網(wǎng)絡虛擬實驗教學。綜合性實驗的開設是為了適應社會的發(fā)展和需求，在綜合實驗新體系中，要求開設的綜合性實驗盡可能反映材料、生命、環(huán)境、信息等學科的內(nèi)容；了解和學習材料化學研究方法與現(xiàn)代實驗技術在高新科技學科中的應用成為我們新的建設目標。因此，不僅要打破專業(yè)的界限，還要打破學科的界限，使綜合性實驗成為跨學科、多技能的綜合訓練。在我們材料化學專業(yè)開設的綜合性實驗中，與材料、信息相關的實驗有新型能源材料的合成，SDC（固體氧化物燃料電池電解質(zhì)材料）的合成和表征，壓電陶瓷的制備和表征等等；與生物相關的實驗是天然物或中草藥物的提取及指紋圖譜等。這樣可以使學生掌握無機非金屬材料的制備方法和相關性能測試方法，掌握天然生成物質(zhì)的提取方法和結構確定的手段，從而有效地提高學生的專業(yè)知識并擴展了知識面。為今后學生進行主導型研究性實驗奠定基礎。

目前，網(wǎng)絡建設日益完善，網(wǎng)絡速度和寬帶不再成為制約網(wǎng)絡虛擬實驗教學的瓶頸。計算機軟、硬件的飛速發(fā)展無疑使得虛擬實驗環(huán)境更加逼真、智能。當然，虛擬實驗在培養(yǎng)學生的動手能力、培養(yǎng)學生的誤差分析能力等方面還不可能取代傳統(tǒng)的實物實驗教學方式。但是開設遠程網(wǎng)絡虛擬實驗教學可以使接受遠程教育的學生獲得與在校生一樣的從感知到理解的過程。有利于培養(yǎng)學生網(wǎng)絡學習的能力，為終身學習打下良好基礎。對我們專業(yè)來說，因為是新開的專業(yè)，很多實驗還缺乏必要的實驗器材，很多綜合性實驗課程無法開出。但借助遠程教育平臺，可以與兄弟院校和我校其他院系的實驗教學資源實現(xiàn)共享，從而使相關實驗得以進行，實現(xiàn)了學生對相關實驗的認知。

3.開展學生主導型研究性實驗的模式

學生主導型研究性實驗是在綜合性實驗的基礎上由學生自己選題、查閱文獻和設計實驗，在教師指導下完成研究性實驗論文并進行論文答辯。該模式的主要目的是全方位地鍛煉學生實驗研究的能力，充分調(diào)動學生的主動性和積極性，激發(fā)他們從事材料科學研究的興趣和熱情，為其今后的畢業(yè)設計和將來從事科研工作打下良好的基礎。同時這種新的實驗模式也提高了實驗室在學生學習中所占的地位，建立了進實驗室學習的意識。設計性實驗對開發(fā)學生智力和創(chuàng)新能力有著重要作用。但在具體實施時，對學生的培養(yǎng)要有一個由淺入深的過程，我們材料化學專業(yè)的主導型研究性實驗采取在大學中后期開設，在學生已經(jīng)完成材料化學基礎性實驗和綜合性實驗的基礎上結合指導教師的課題或相關專業(yè)后開設（可參考材料化學實驗教程中的設計性實驗）。具體過程一般為以下幾個步驟：（1）選題； （2）查閱文獻收集資料； （3）研究方案。學生設計實驗原理，方法和步驟，擬定實驗所需藥品、儀器，探討實驗時可能產(chǎn)生的現(xiàn)象和容易發(fā)生的失誤以及安全等應注意的問題，最后獨立設計實驗方案。實驗方案包括：實驗題目、儀器、藥品、操作步驟和實驗表征儀器等。然后將審閱實驗設計方案交給教師，教師在尊重學生創(chuàng)造精神的原則下選出幾種最佳方法，同時糾正某些實驗方案的錯誤指出某些實驗方案的缺陷，再將設計方案反饋給學生，將教師選中的方案交由全班同學討論、完善。然后采取論文答辯的方式檢驗實驗效果。在整個形式上基本是本科生畢業(yè)設計的模型，通過這樣的實驗為學生的畢業(yè)設計和將來的進一步深造奠定基礎。

篇6

驗證性虛擬實驗教學過程

(1)驗證性虛擬實驗網(wǎng)頁組成驗證性虛擬生物化學實驗室的網(wǎng)頁頁面由圖1所示。(2)實驗例證基因體外擴增技術(PCR實驗)①原理:先圖示或動畫PCR原理、過程和應用，并解釋相關概念，包括引物、DNA聚合酶、核苷酸、模板等基本概念。②樣品、材料準備:包括相關試劑、PCR儀、手套、無菌操作臺、槍、槍頭等，并配上相關圖片。③PCR擴增:包含PCR過程、結果，用動畫和圖片，充分讓學生了解其原理和過程。④PCR結果檢測:對出現(xiàn)的結果分別進行分析。有單一條帶是表明PCR是特異性擴增，無條帶可能是什么原因，條帶不單一可能是什么原因，每一結果都用不同的圖片來顯示給實驗者，讓學生在虛擬情況下就能分析實驗結果。用虛擬PCR儀代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器來進行數(shù)據(jù)處理，觀察和分析實驗結果，結合實驗圖片或動畫將每個步驟的過程展現(xiàn)給實驗者，把每個步驟中容易出錯的部分給標記出來，并對實驗的不同結果進行分析，這樣能有效地幫助學生理解問題并對錯誤操作有感性認識。

綜合性虛擬實驗教學組成

虛擬實驗室也可增加綜合性實驗。在虛擬實驗室中，嘗試用已有的報道的研究資料作為綜合實驗的來源。將生物實驗研究的學習置于探究的背景下，將綜合性實驗已有報道看成“問題是什么”，“用何種實驗能回答這個問題”，“如何設計實驗進行驗證”，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，使科學知識能在不斷的設問中得到升華。(1)綜合性虛擬實驗網(wǎng)頁組成本實驗室所作的綜合性實驗網(wǎng)頁如圖2所示。其中研究文獻包括本實驗的研究報告及相關文獻。綜合性實驗還可通過讓學生自由選題，設定實驗方案后，利用虛擬儀器進行實驗，并作出結果預測，從而來提高學生的創(chuàng)新和科研能力。(2)實驗例證研究干旱對植物抗氧化酶的影響［6］。①寫出本實驗的研究背景，研究目的。首先闡明植物受不良外因影響后，會出現(xiàn)的各種現(xiàn)象。研究干旱地方植物抗旱生理生化狀況，對干旱地方植被恢復奠定良好的理論基礎。開展植物抗旱的生理抗(耐)性機理能為植物物種栽培提供依據(jù)。②列出實驗的假設，并據(jù)此設計實驗過程。植物在不良環(huán)境，會出現(xiàn)相應生理生化變化，測定相應氣體交換參數(shù)，測定相關的抗氧化酶的活性變化。各種抗氧化酶在生物體中的作用，并分別寫出相關酶的測定方法。③結果分析。對不同狀態(tài)下的結果進行分析。④后續(xù)實驗的進一步完善。對實驗證明不完善的地方加以分析，并提出完善的方法，運用多種實驗方法加以改進研究。本實驗則可以在測定生理生化變化后，進一步進行基因表達的研究，檢測不同條件下基因表達的變化。再將相關的文獻附上［7－9］，即可讓學生明白研究具體課題的一個基本步驟，為其今后的科研打下良好的實驗基礎。本實驗室的綜合性實驗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個實驗。這些實驗，通過選取不同的實驗材料，采用不同的實驗方法，讓學生對科學研究的過程有一個深入的了解，能彌補簡單的獨立實驗不足，對學生今后的更進一步的深造打下堅實基礎，效果顯著。學生普遍反映對其生物化學知識有了深入的了解，并對科研論文有了基本認識，提高了學生畢業(yè)設計的實驗設計能力與實際動手能力。

虛擬實驗視頻

篇7

【中圖分類號】G40―057 【文獻標識碼】A 【論文編號】1009―8097(2009)10―0134―04

一 引言

從目前虛擬實驗的研究來看,多數(shù)局限在研究虛擬實驗的開發(fā)、虛擬實驗的優(yōu)缺點以及虛擬實驗的教學模式等問題上,而對虛擬實驗如何與學習者建立情感上的交流,從而激發(fā)學習者的學習興趣、增強學習者的求知欲望等問題上,關注的較少,這也正是虛擬實驗教學效果優(yōu)劣的關鍵因素之一。例如中學物理電學實驗要求學生掌握電學的基本元器件和連接方法,互聯(lián)網(wǎng)上相關的虛擬實驗大多可以實現(xiàn)元器件的識別和繪制電路圖這些基本功能,然而這些虛擬實驗僅僅是對教學內(nèi)容的呈現(xiàn),并沒有創(chuàng)設與之相關的情境和任務,缺乏與學習者的情感交流,在交互行為上也較為復雜,導致了學習者對該類虛擬實驗不感興趣、沒有好奇心,很容易產(chǎn)生厭煩、急躁和排斥情緒,學習效果大打折扣。愛因斯坦曾說過:“興趣是最好的老師”。興趣是求知的巨大動力、發(fā)明創(chuàng)造的源泉。對于正處于學習厭倦期的青少年來說,學習興趣對他們知識的掌握、能力的發(fā)展乃至才能的形成都有巨大影響。因此,虛擬實驗如何能更有趣味性、更能激發(fā)學習者的求知欲望是非常值得研究的,構建這類虛擬實驗即“趣味性”虛擬實驗具有一定現(xiàn)實意義。

二 “趣味性”虛擬實驗設計的三個層次

“趣味性”虛擬實驗通過創(chuàng)設虛擬情境,優(yōu)化學習者學習的外部條件,能激發(fā)學習者的學習興趣,但還要保證學習者在學習過程中全身心投入、避免產(chǎn)生厭煩情緒?！叭の缎浴碧摂M實驗的設計應從情感、表現(xiàn)和行為三個層次把握(如圖1),每一個層次在虛擬實驗中發(fā)揮的作用不同,每一層次也需要不同的設計風格。

1 情感層次――結合實際問題創(chuàng)設虛擬情境的設計

情境教學是指在教學過程中,教師有目的地引入或創(chuàng)設具有一定情緒色彩的生動具體的場景,以引起學生一定的態(tài)度體驗,從而達到對教材的深入理解和熟練把握?！叭の缎浴碧摂M實驗借鑒了情境教學的理念,將教學目的、教學內(nèi)容同實際問題聯(lián)系起來,創(chuàng)設能引起學生態(tài)度體驗的虛擬情境。對于實際問題,學生看得見,摸得著,有的親身經(jīng)歷過,當學生在學習過程中遇到這些問題時,他們都躍躍欲試,想學以致用。結合實際問題創(chuàng)設虛擬情境,學生置身其中,身臨其境,觸景生情,能激發(fā)學生的情感體驗,調(diào)動學生的積極性,使學習由被動變?yōu)橹鲃?學生由旁觀者變?yōu)閰⑴c者,發(fā)揮了學生的最大潛能。此外,在創(chuàng)設的情境中,要體現(xiàn)具有一定挑戰(zhàn)性的任務,根據(jù)學生完成任務的情況,給予相應的獎勵與懲罰,有助于提高學習的內(nèi)在吸引力,使學習更有意義。

2 表現(xiàn)層次――恰當?shù)剡\用多媒體元素的界面設計

多媒體技術對教育的發(fā)展起著巨大的推動作用,并逐步影響著教學手段、教學方式的變化和教學觀念的更新?！叭の缎浴碧摂M實驗不僅是對現(xiàn)實世界的模擬,更是在創(chuàng)設一個有益于激發(fā)學生興趣和探究欲望,并引起學生思維和想象的環(huán)境。這種環(huán)境的創(chuàng)設離不開多媒體元素,一方面多媒體元素形象鮮明,畫面逼真,形象直觀,可以真實的再現(xiàn)現(xiàn)實世界中的景物,很容易將學習者帶入情境中,進而激發(fā)學生興趣,有利于學習活動的持續(xù)進行;另一方面將圖片、聲音、視頻等多媒體元素加入到“趣味性”虛擬實驗中來,對學生的感官起到一定得刺激作用,使枯燥的學習變得生動活潑。

在“趣味性”虛擬實驗中運用多媒體元素要恰如其分,必須注意“度”的問題。例如有些虛擬實驗設計者會在角落里放一個活潑生動的小動物,這雖然可以激發(fā)學習者的學習興趣,但同時也分散了學生的注意力,很容易產(chǎn)生負面影響。因此,“趣味性”虛擬實驗中的多媒體元素要和主題息息相關,慎重選擇,合理運用。

3 行為層次――操作簡捷、適時準確的交互設計

心理學研究表明:人的認知心理雖然有求新求變的特點,但在完成具體任務時卻要求越簡單越好,即認知負荷越輕越好[1]?！叭の缎浴碧摂M實驗在提高中小學生的學習效果方面更為明顯,由于他們的計算機水平、思維能力有限,根據(jù)認知負荷理論,對于控制虛擬物體的設計方面,要在能體現(xiàn)真實行為的前提下,控制方式越簡捷越好,過于復雜的控制方式往往會增加學習者的認知負載,從而降低學習者的學習動機甚至放棄學習。而且,對于學習者容易出現(xiàn)疑問、錯誤的地方和學習結果要給予適時準確的提示和反饋,適時、準確、人性化的提示和反饋信息能對學習者進行鼓勵和引導,提高其學習的自信心并激發(fā)其進一步學習的欲望。

三 “趣味性”虛擬實驗的設計流程

按照“趣味性”虛擬實驗設計的三個層次,同時借鑒電腦游戲故事情節(jié)、環(huán)境設置和角色控制三個要素及教育性原則,將“趣味性”虛擬實驗的設計分為教學分析、情境創(chuàng)設、界面設計、交互設計和測試五個環(huán)節(jié),這五個環(huán)節(jié)相互影響,層層遞進,逐步細化,其中情境創(chuàng)設、界面設計和交互設計三個環(huán)節(jié)同“趣味性”虛擬實驗設計的三個層次相互照應,是構建“趣味性”虛擬實驗的關鍵(如圖2)。下面結合“認識人民幣”虛擬實驗來具體分析“趣味性”虛擬實驗的設計流程、實現(xiàn)方法以及注意事項。

1 教學分析

為了保證“趣味性”虛擬實驗的教育性和科學性,首先要運用教學系統(tǒng)設計的理論進行需求分析、教學內(nèi)容分析、教學目標分析和學習者分析,明確構建虛擬實驗的必要性、所要解決的問題及達到的程度。

“認識人民幣”是小學一年級數(shù)學課本中的教學內(nèi)容。小學生的好奇心強、自制力差、思維水平較低,對學習有一定的厭煩心理。“認識人民幣”這一教學內(nèi)容是在學習者初步的生活經(jīng)驗基礎上對人民幣進行的系統(tǒng)學習。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn),在講授該教學內(nèi)容時存在兩個問題:①學生的學習積極性不高、注意力不集中;②部分學生雖能掌握“一元=10角,一角=10分”這一知識點,但對換畢、取幣、購物等問題始終模糊不清。針對這些問題有必要開發(fā)虛擬實驗,以提高學習者的學習動機,進而更好的掌握“認識人民幣”這一知識點及其應用。

2 情境創(chuàng)設

德國教育家第斯多惠說:“教育的藝術不在于傳播的本領,而在于激勵、喚醒和鼓舞”。教學情境的創(chuàng)設正是激勵、喚醒和鼓舞學生的一種教學手段。在“趣味性”虛擬實驗中創(chuàng)設教學情境應遵循以下原則:①真實性:所設情境必須符合學生學習的認知規(guī)律,注重聯(lián)系學生的現(xiàn)實生活,不能盲目創(chuàng)設。②形象性:形象的、具體的、感性的情境能有效的激發(fā)和刺激學生的想象和聯(lián)想。③任務性:所創(chuàng)設情境需體現(xiàn)一定的任務,這樣學習者的注意力容易穩(wěn)定下來,也愿意圍繞這一任務展開思考。

“趣味性”虛擬實驗的特點是將人的學習與虛擬環(huán)境相統(tǒng)一、將抽象的知識和生動的情境相結合。結合教學分析,將“認識人民幣”的教學內(nèi)容劃分為基礎知識和模擬購物兩個模塊(如圖3)。

基礎知識模塊包括識幣、換畢和取幣三個基本知識點,模擬購物模塊用于創(chuàng)設“購買物品”的情境。學習者在完成基礎知識后,進入購物模塊,對基本知識進行鞏固、提高和應用。購物模塊的設計具體分為情節(jié)、挑戰(zhàn)和幫助三個部分:

(1) 情節(jié):在“虛擬商店”中設置了食品、動物和用品三類商品,教師(即實驗說明)要求學生到虛擬商店購買若干種物品,并說明相應的懲罰與獎勵措施。

(2) 挑戰(zhàn):在模擬購物模塊中設置了生命值和時間,隨著時間的推移生命值逐漸降低,當生命值為零或時間耗盡時,系統(tǒng)自動退出該模塊。學習者若正確購買所選物品,回饋一定的生命值,并隨機獎勵玩具、鮮花等,反之,則懲罰臭雞蛋或炸彈,根據(jù)學習者獎勵和懲罰所獲得的分數(shù),進行英雄榜排名。學習者可以通過“查看成績”模塊查看排名情況。

(3) 幫助:為學習者提供學習方面的支持與幫助。學習者在虛擬實驗學習中遇到困難時,如不知某個物品該付多少錢,通過尋求幫助系統(tǒng)會給出正確的答案,每個學習者共有三次使用幫助的機會。

人都有力求成功的天性,在創(chuàng)設了這樣的情境后,以任務和排名為誘因,一方面激發(fā)了學習者學習的積極性和主動性,另一方面也有利于學習者對所學知識的深入理解,順利的實現(xiàn)了知識的遷移和應用。學習者在娛樂的同時,也收獲了知識。

3 界面設計

學習者與虛擬實驗的一切操作都是通過界面進行的,界面設計的好壞直接影響著學習者的學習興趣和學習效果。虛擬實驗的界面設計包括風格和布局兩方面,風格是指虛擬實驗的整體形象給學習者的綜合感受,包括虛擬實驗的色彩、字體、標志等諸多內(nèi)容;布局是指虛擬實驗的分塊結構,功能元素的尺寸位置,涉及的內(nèi)容有結構、標題、導航等。風格獨特、美觀大方的界面會對學習者的學習產(chǎn)生激勵作用,否則,就會使學習者感到單調(diào)、乏味?！叭の缎浴碧摂M實驗的應用對象主要是中小學生,其風格應體現(xiàn)學科特性與卡通風格,一般以暖色調(diào)為主,布局要注意盡量避免界面元素過于復雜,遵循合理、清晰、簡捷、層次分明的原則,讓學習者在使用時有一個愉快的心情?！罢J識人民幣”趣味性虛擬實驗的界面設計如圖4所示,實驗的整體風格為暖色調(diào),根據(jù)不同的場景選擇不同的色彩合理搭配,根據(jù)不同情況靈活運用文字、符號、聲音、圖片、動畫等多媒體信息,從視聽方面加大對學習者的刺激,給學習者帶來享受,促進其對學習內(nèi)容的理解和掌握。實驗的導航包括實驗說明、基礎知識、模擬購物、查看成績、幫助文檔和退出程序幾個模塊,模擬購物模塊具體又分為商店頁面、付款頁面、購買成功或失敗頁面三個小部分,整體清晰直觀、簡便易用。

4 交互設計

在“趣味性”虛擬實驗中,交互不僅是學習者同虛擬實驗之間的信息交流,也是虛擬情境展開的手段?！叭の缎浴碧摂M實驗中的交互設計包括控制虛擬物體和呈現(xiàn)提示與反饋信息兩個方面:

(1) 虛擬物體的控制

虛擬物體的控制是指學習者操作虛擬物體的方式。“趣味性”虛擬實驗控制物體的方式有多種,如鍵盤、鼠標點擊、鼠標雙擊、鼠標滑過、鼠標拖動、鼠標右鍵等。采樣哪種控制方式,應根據(jù)實驗本身的特點、功能、創(chuàng)設的情境以及技術實現(xiàn),遵循方便、易懂、合理的原則,要盡量與真實實驗控制方式相近或有明顯的操作提示。鼠標操作能實現(xiàn)的盡量不使用鍵盤,鼠標點擊能實現(xiàn)的不用雙擊,而且對于同一類物體要采用相同的控制方式,如控制物體A采用鼠標拖動的方式,控制同類物體B也要采用這種方式,否則二者的操作行為不一致,很容易使學習者產(chǎn)生混亂、不適應。在“認識人民幣”趣味性虛擬實驗中,選擇虛擬物體的行為采用了鼠標滑過和點擊兩種方式,當鼠標滑時虛擬物體變大并呈現(xiàn)價錢和名稱信息(圖5A),當鼠標點擊后,進入購買頁面,可以進行付款操作;對付款的操作采用鼠標拖動的方式,學習者將錢幣從位置A拖動到位置B時,即可完成操作,采用這種方式簡便、實用,可以降低學習者的認知負載(圖5B)。

(2) 提示和反饋信息的呈現(xiàn)

提示和反饋信息是虛擬實驗的主要構成元素。提示信息出現(xiàn)在操作動作之前,用以對學習者未來的操作進行引導;反饋信息出現(xiàn)在操作動作之后,用以對當前操作的確定或?qū)﹀e誤予以糾正,讓學習者及時了解自身狀況[2]。在“趣味性”虛擬實驗中,主要是針對重難點、學習結果以及學習者可能出現(xiàn)疑問的地方提供適當?shù)奶崾竞头答?。運用提示和反饋信息必須及時準確,能夠給學習者針對性的指導,任何的滯后和延時都會給學習者帶來思維中斷、興趣轉移甚至是厭煩心理的產(chǎn)生;此外提示和反饋信息盡量要人性化,語言要有感彩,盡量以鼓勵性的語言來調(diào)控學習者的情緒、注意力等,從而促進學習者保持最佳學習狀態(tài)。在“認識人民幣”趣味性虛擬實驗中,當學習者選擇物品或付款之后,系統(tǒng)都會給出提示信息,以便學習者確認或取消操作;在付款操作之后,若學習者所付金額和物品價格相等,系統(tǒng)給出購買成功反饋并獎勵鮮花或玩具,對學習者進行鼓勵,見圖5(C);若學習者所付金額和物品價格不等,系統(tǒng)給出購買失敗的反饋,并告知二者的差距,以便學習者及時糾正自己的錯誤。

5 測試與

測試是指在“趣味性”虛擬實驗完成后進行的整體功能、性能、穩(wěn)定性的調(diào)試和優(yōu)化,如不同場景之間色彩搭配、交互和鏈接的可用性、是否存在斷點等問題。是將整個虛擬實驗程序打包,以便在服務器或單機上運行,可以根據(jù)實際情況選擇不同的格式,本文開發(fā)的“認識人民幣”趣味性虛擬實驗最終為HTML格式。

四 結語

學習興趣是保證教學有效性最重要的因素之一?！叭の缎浴碧摂M實驗在傳統(tǒng)虛擬實驗構建的基礎上,充分發(fā)揮了多媒體技術和虛擬現(xiàn)實技術的優(yōu)勢,以激發(fā)學習者興趣、提高學習動機為主線,將實際問題和教學內(nèi)容有機結合,創(chuàng)設虛擬情境,界面設計和交互設計圍繞虛擬情境展開,給學生創(chuàng)造了一個愉快、輕松、和諧的學習環(huán)境,有利于學習者深入理解教學內(nèi)容,使學習變得更有意義。

篇8

【中圖分類號】G40-057 【文獻標識碼】B 【論文編號】1009―8097 (2008) 10―0121―04

計算機網(wǎng)絡技術作為教育技術學專業(yè)的一門專業(yè)基礎課程，對學生的就業(yè)和專業(yè)發(fā)展都具有重要的作用。其中，交換機的設置及vlan的劃分又是該門課程的重難點內(nèi)容之一，不僅理論知識比較抽象，對實驗環(huán)境的硬件要求也很高，很多學校在進行該內(nèi)容的實驗教學時還存在一些困難，主要表現(xiàn)在：“①儀器設施不足，硬件環(huán)境達不到實驗要求；②實驗中因誤操作導致的網(wǎng)絡設備損壞難以恢復；③網(wǎng)絡產(chǎn)品更新?lián)Q代快，實驗室設備更新難以與之同步”[1]。基于以上原因，運用虛擬現(xiàn)實技術創(chuàng)設虛擬實驗室的研究顯現(xiàn)出很大的發(fā)展空間。Boson公司的Netsim軟件就創(chuàng)建了這樣一個虛擬的環(huán)境，它是一款Cisco路由器、交換機的模擬程序，是目前最流行、操作最接近真實環(huán)境的模擬工具。我們借助Boson Netsim軟件提供的虛擬平臺對vlan相關實驗進行了教學設計。

一 確定實驗教學目標

我們通過對學習需要的分析確定了該實驗的教學目標?？偟慕虒W目標是通過該實驗使教育技術專業(yè)本科學生的網(wǎng)絡設計與組建能力、虛擬局域網(wǎng)劃分能力、交換機配置能力，局域網(wǎng)理論知識和實踐操作能力得到綜合提高，這一總體目標實際上與計算機網(wǎng)絡技術課程的總目標是一致的。在總目標的基礎上，結合該實驗內(nèi)容我們把總目標分解為三個二級層次目標：一是學生能夠熟練使用Boson Network軟件；二是掌握相同網(wǎng)段內(nèi)vlan的劃分；三是掌握不同網(wǎng)段間vlan的互訪。三個目標之間是依次遞進的關系，即后一個目標的實現(xiàn)有賴于前一個目標的達成。圍繞這三個二級層次目標，我們又設計了4個具體的實驗項目，并構成了第三層次的分解目標。實驗教學目標體系如圖1所示：

二 學習者特征分析

該實驗是針對教育技術學專業(yè)本科學生的，他們已經(jīng)具備較強的計算機操作能力和一定的網(wǎng)絡知識，掌握了局域網(wǎng)的組建及測試方法并自行學習了交換機和路由器配置的基本命令等，具有一定的開展新實驗的知識積累。在此基礎上，學生能夠?qū)Σ煌W(wǎng)絡進行虛擬環(huán)境下vlan的劃分，并能夠在教師指導下理解、掌握vlan劃分的原理、方法和步驟。

三 實驗環(huán)境的創(chuàng)設和實驗內(nèi)容的選擇

實驗環(huán)境的創(chuàng)設是開展實驗教學首先要考慮的因素。該實驗選擇Boson Netsim軟件創(chuàng)設的虛擬平臺作為實驗環(huán)境，并在此虛擬環(huán)境下進行實驗教學設計。

Boson公司的Netsim是一個適合多種操作系統(tǒng)的軟件平臺，提供了完整的動態(tài)網(wǎng)絡系統(tǒng)設計、仿真和分析的可視化環(huán)境，其命令和最新的Cisco的IOS基本保持一致[2]。主要功能如下：

1 靈活地設計仿真環(huán)境。學生可通過Netsim軟件，自定義網(wǎng)絡拓撲圖，然后根據(jù)自己設計的拓撲圖來配置交換機、路由器等設備，所有的操作與真實的環(huán)境完全相同。為相關教學提供了很大的靈活性，同時也是Netsim最大的優(yōu)點。

2 定制經(jīng)典的網(wǎng)絡實驗。Netsim軟件除允許用戶自定義網(wǎng)絡拓撲圖外，還提供一些定制好的經(jīng)典的網(wǎng)絡拓撲圖，并給出操作步驟和命令答案，非常適合學生課后自學。

3 與國際認證考試接軌。Netsim是一種Cisco路由器和交換機配置模擬程序，能夠模擬Cisco環(huán)境下的網(wǎng)絡硬件平臺。它為那些正在準備CCNA、CCNP考試，卻苦于沒有實驗設備、實驗環(huán)境的學生提供了練習考試中命令的有力環(huán)境和工具。

4 更新設備庫及時。Boson會不定期在其主頁最新版本的Netsim軟件，最新版不僅減少了BUG，而且對其設備庫進行及時更新。[3]

實驗內(nèi)容的選擇是整個實驗教學設計中最重要的一個環(huán)節(jié)。對于教育技術學專業(yè)學生而言，在實驗內(nèi)容的選取上，應遵循新穎性，實用性，綜合性，拓展性，可操作性等原則[4]。根據(jù)分層次實驗教學目標的要求并遵循以上原則，我們設計了4個教學實驗項目，分別是：①Netsim軟件的安裝和使用；②一臺交換機內(nèi)vlan的劃分；③兩臺交換機間vlan的劃分；④單臂路由實現(xiàn)vlan間互訪。這4個實驗項目均為當前網(wǎng)絡技術領域較新穎、具有較高實用價值和較強可操作性的實驗項目。

四 實驗教學過程的設計

實驗教學過程設計實際上就是實驗教學實施流程的設計，不同類型的實驗項目其實驗教學過程的組織方式不同。實驗類型一般有：演示實驗、驗證實驗、操作實驗、綜合實驗、設計實驗、研究實驗。該實驗定位為綜合、設計性實驗，要求學生綜合應用基礎性實驗教學中所學的知識、所掌握的方法來完成實驗過程。這類實驗在實驗指導書上只寫明實驗目標、要求，提供相關設備及部分相關資料，由學生自己設計實驗方案，學生自己確定實驗方法、步驟，利用實驗室提供的設備獨立完成整個實驗過程。具體設計步驟如下：

1 Netsim軟件的安裝和操作

為了使學生掌握Netsim軟件的安裝和操作，并能夠靈活運用該軟件，我們計劃了兩個課時，內(nèi)容安排上主要從三方面進行：①安裝軟件。需要注意的是如果本機沒有安裝Microsoft forms2.0（大部分Windows 2000以上的操作系統(tǒng)都有該組件）和Adobe Acrobat程序（查看PDF文件的程序），Boson是不能啟動的，所以如果缺少以上任意一項內(nèi)容，在軟件安裝過程中則會提示下載，下載完后才可以繼續(xù)安裝；②軟件組建及主要按鈕的介紹。這部分重點介紹三個組件Network Designer、Control Panel、Lab Navigator及各組件上的重要按鈕；③學生自己操作并熟悉軟件。

2 同一交換機上的vlan配置

由于學生是初次接觸到vlan劃分的知識，同時該內(nèi)容的學習和掌握是后續(xù)內(nèi)容學習的基礎，所以這一環(huán)節(jié)既是重點又是難點，因此實驗教學安排兩個課時。實驗進行前首先向?qū)W生介紹要用到的重要命令和vlan劃分的理論知識等，使學生在開展實驗設計前能夠在頭腦中形成一個完整的認識，然后再由學生進行實驗設計，教師在這個過程中起到一定的指導作用。下面介紹到的實驗也應該依此原則進行。該實驗要求在一個交換機（2950型）上劃分出兩個不同的vlan ，PC1接入VLAN10，PC2 和PC3接入VLAN11，拓撲圖如圖2所示：

交換機的主要配置如下：

（1） 創(chuàng)建vlan

switch #vlan database//進入vlan配置模式

switch（vlan）#vlan10 name VLAN10

switch（vlan）#vlan 11 name VLAN11//新建VLAN10和VLAN11

（2） 把端口放入vlan中

switch #configure terminal

switch（config）#interface f0/1

switch（config-if）#switchport mode access

switch（config-if）#switchport access vlan 10//把端口1放入VLAN10中

switch（config）#interface f0/2

switch（config-if）#switchport mode access

switch（config-if）#switchport access vlan 11//把端口2放入VLAN11中

把端口3也放入vlan 11中，其配置和端口2相同。

（3） 測試

配置結束后運用ping命令測試：結果為PC1和PC2、PC3均不通，PC2和PC3互通。

3 跨交換機的vlan配置

該實驗仍然屬于同一網(wǎng)段內(nèi)vlan的劃分，實現(xiàn)的是跨交換機間vlan的配置，是前一個實驗的拓展。因為對vlan有了一定的認識，并進行過虛擬環(huán)境下實際的設計操作，所以該實驗可以安排一個課時。本實驗要求把交換機C2950A的12號端口和C2950B的12號端口劃分為VLAN1，把交換機C2950A的10號端口和C2950B的10號端口劃分為VLAN2，把交換機C2950A的11號端口和C2950B的11號端口劃分為VLAN3[5][6]。實驗拓撲圖如圖4所示：

（1） 交換機C2950A的配置

VTP的配置：

C2950A>enable//進入特權用戶模式

C2950A#vlan database//進入vlan配置模式

C2950A（vlan）#vtp server//把C2950A交換機設置為服務器模式

C2950A（vlan）#vtp domain lab//把vtp的域名命名為lab

Vlan Trunk的配置：

C2950A（config）#interface f0/12

C2950A（config-if）#switchport mode trunk//配置12端口為trunk端口

接下來Vlan的創(chuàng)建和端口的劃分同實驗2所示。

（2） 交換機C2950B的配置

C2950B（vlan）#vtp client//把C2950B交換機設置為客戶端模式

C2950B（vlan）#vtp domain lab// vtp的域名和C2950A中命名相同

C2950B作為客戶端會自動學習C2950A中劃分的vlan，所以我們不需要再給C2950B劃分vlan，而是直接把相應端口放進去就好。其他配置同C2950A。

（3） 測試

配置完后測試結果為：PC1和PC2可以互通；PC3和PC4可以互通；其他組合方式均不可以互通。

4 單臂路由實現(xiàn)vlan間互訪

前面兩個實驗，同一vlan間可以互通，不同vlan之間不能互通。那么，如何實現(xiàn)規(guī)定vlan之間的互訪呢？這就需要在網(wǎng)絡中增加路由器或是三層交換機，由此我們設計了“單臂路由實現(xiàn)vlan間互訪”的實驗。該實驗仍然是前邊實驗的進一步拓展，實驗拓撲圖如圖6所示：

主要的配置過程如下所示：

（1） 交換機的配置

交換機的配置和實驗2基本相同，只是我們還需要在把連接路由器的端口f0/11配置為vlan trunk，這里不再贅述。本實驗的關鍵在于為各個vlan 配置邏輯接口IP地址，以C2950A為例：

C2950A (config) # interface vlan 2

C2950A (config-if) #ip address 192.168.1.1 255.255.255.0

C2950A (config-if) #no shutdown

（2） 路由器的配置

配置多個子接口、以實現(xiàn)VLAN之間的路由。具體操作步驟如下：

Router (config) #interface FastEthernet0/0

Router (config-if) #no ip address

Router (config-if) # interface FastEthernet0/0.1//配置子接口

Router (config-subif) # ip address 192.168.1.1 255.255.255.0//子端口對應vlan IP地址

（3） 測試

測試結果為各個PC機之間均可以互通。

對于這樣一系列要求較高的綜合、設計性實驗，學生需要綜合運用前面做過的多項驗證性、操作型基礎實驗的知識才能順利完成這些實驗。通過獨立完成這樣的綜合性實驗可以達到培養(yǎng)學生綜合實驗能力的目標。

五 實驗教學效果評價

對實驗教學效果的評價是整個實驗教學設計中不可或缺的環(huán)節(jié)，是檢驗實驗教學目標是否達成的重要手段。實驗教學效果的評價方法很多，結合網(wǎng)絡實驗課程教學的特點，我們主要通過兩種方式評價計算機網(wǎng)絡課程的實驗教學，即書寫實驗報告和實踐操作。其中實踐操作評價又可以分為：實物演習式評價和模擬演習式評價。所謂實物演習即學生操作真實設備，參與真實網(wǎng)絡組建和劃分等針對現(xiàn)場實物的操作方式。通過參加這些真實的實踐、實習、組建等活動，來檢驗實驗教學的效果。所謂模擬演習即借助模擬軟件（如Boson Netsim）創(chuàng)設的虛擬實驗環(huán)境來設計并組建相關實驗的虛擬操作方式，通過模擬演習也可以檢測實驗教學的效果。

由于硬件條件的限制，該實驗選擇模擬演習評價方式，即構思一個綜合性較強的實驗，由學生在規(guī)定的時間內(nèi)設計并操作完成。通過對學生實驗設計成功率和所用時間的分析，教師可以檢測到實驗教學的效果，并及時給予有針對性的幫助和指導。

不同專業(yè)的計算機網(wǎng)絡技術課程實驗教學設計會存在一定的差異。本實驗教學的設計是針對教育技術專業(yè)學生進行的，所以在目標定位，實驗內(nèi)容、實驗項目的確定及實驗過程的組織等方面都體現(xiàn)了教育技術專業(yè)的特色并考慮了教育技術專業(yè)的需求，具有一定的專業(yè)針對性，對教育技術學本科生學習vlan及教師的教學都具有一定的幫助和指導作用。

參考文獻

[1][3] 謝慧,聶峰.基于Boson Netsmi的計算機網(wǎng)絡仿真實驗教學研究[J].實驗技術與管理,2007,(5):89-91.

[2] 黃勇.Bosonnetsim模擬軟件在交換機VLAN配置教學中的應用[J].科技資訊,2006,(5):165-166.

篇9

實驗教學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?！笆濉逼陂g，浙江教育發(fā)展的主要任務是全面加強內(nèi)涵建設。對此，我們在推進實驗教學工作中，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，注重實驗室建設的標準化和多樣化，注重對教育技術環(huán)境的構建。

強化政策引領 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，堅定不移地推進素質(zhì)教育，切實增強學生勇于探索的創(chuàng)新精神和善于解決問題的實踐能力”，并提出要“構建更有效的教育技術支撐基礎”。2011年，浙江省率先教育信息化專項規(guī)劃——《浙江省教育信息化“十二五”發(fā)展規(guī)劃》，要求加強和完善學校教育信息化基礎設施建設，應用信息技術手段加強對傳統(tǒng)教室、功能室和實驗室的改造，并積極探索與推進基于移動終端、3G技術、物聯(lián)網(wǎng)、云計算和下一代互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡教學、虛擬實驗、電子書包和移動學習等現(xiàn)代信息化教學學習方式。

突出實驗室多樣化發(fā)展 為滿足新課程改革和素質(zhì)教育的需求，我們以促進多樣發(fā)展為基本理念，自2009年開始啟動實施了中小學實驗室建設工程，按照“實驗室標準化建設、創(chuàng)新實驗室多樣化建設和基礎教育裝備達標建設”的基本思路，開展了標準化實驗室、中小學科學探究實驗室、高中新課程配套實驗室、創(chuàng)新實驗室等建設項目，服務教育均衡和多樣化發(fā)展。2012年，專門組織力量修訂了《浙江省中小學教育技術裝備標準》，遵循“必配標準化、選配多樣化”的基本理念，對各類實驗室建設提出了具體技術要求，為學校教育技術裝備提供了有效指導。2013年，浙江省在為全省義務教育階段中小學校建設和更新科學實驗室和專用功能教室的同時，為全省民辦外來務工人員子女學校配備科學實驗室，促進教育均衡發(fā)展，并為學校特色發(fā)展和提高教育質(zhì)量提供了有效支撐。

2 緊抓課堂應用，深化實驗教學

深化實驗教學的關鍵在于促進技術與課堂教學的融合。近年來，浙江省堅持以新課程標準提出的三維目標為基本要求，積極探索新技術、新工藝、新設備、新材料在實驗教學中的應用，著力在“改變實驗裝置、優(yōu)化實驗設計、創(chuàng)設實驗情境、轉變實驗方式”等方面下功夫，深化實驗教學。

優(yōu)化實驗設計，突破教學難點 實驗教學的成效如何，關鍵在于實驗設計。傳統(tǒng)的實驗設計往往受實驗設備等客觀因素的影響，難以形象、生動地呈現(xiàn)知識點、創(chuàng)設學生自主探究的實驗環(huán)境。技術環(huán)境的更新和配備，為實現(xiàn)優(yōu)化驗設計創(chuàng)設了條件。如應用新材料可以改進實驗器材，將光傳輸、熱傳導等原來實驗難以直觀展現(xiàn)的概念和規(guī)律通過簡便的實驗操作明顯呈現(xiàn)，順利打破了教學的瓶頸。應用新設備重構實驗設計，針對瞬時速度、靜摩擦力、電場強度、庫侖定律、光彈性形變、渦流的成因、牛頓第二定律、熱力學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)代教育技術裝備優(yōu)化方案設計，化無形為有形，為學生創(chuàng)設思維的臺階，有效降低學習難度，突破知識難點。應用新技術優(yōu)化實驗過程，借助傳感等技術從定量的角度精細反映實驗過程中的變化，充分延伸學生感觀，變傳統(tǒng)實驗的不可能為可能，讓學生在數(shù)字化條件下對實驗現(xiàn)象進行多角度的感知和多視角的探究。杭州市蕭山區(qū)義蓬小學利用“溫變油墨”這一新材料，讓學生直觀地觀察到熱傳導現(xiàn)象；富陽中學利用傳感器等現(xiàn)代技術裝備優(yōu)化實驗方案設計，研發(fā)了100多個與新課程高中物理教學配套的創(chuàng)新實驗，有效突破了教學難點。

創(chuàng)設實驗情境，提高教學效果 新技術，特別是信息技術的應用，為實驗教學中實驗情境的創(chuàng)設提供了有效方法。如應用多媒體輔助實驗教學，可以直觀展現(xiàn)抽象的知識，不僅用圖形、圖像、動畫、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、動畫進行模擬，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、把難以演示的實驗形象化。應用虛擬仿真實驗，為學生展現(xiàn)理想狀態(tài)下的實驗環(huán)境，突破傳統(tǒng)實驗在時間、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驗得以生動展現(xiàn)。應用虛擬現(xiàn)實技術，為實驗教學創(chuàng)設特定教學情景，使學生突破時空限制，產(chǎn)生“超越現(xiàn)實、身臨其境”的感受和體驗，實現(xiàn)情景互動教學。溫州市龍灣中學借助谷歌地球開展地理實驗教學，將地球玩轉于手掌間，有效提升教學質(zhì)量；湖州市安吉縣孝豐鎮(zhèn)中學利用三維虛擬顯示技術開展“食物的消化與吸收”等實驗教學，化靜為動，讓學生如身臨其境般地進行直觀感受，有效激發(fā)學生興趣，提高教學效果。

創(chuàng)新實驗模式，培養(yǎng)探究能力 實驗教學的目標除了知識和技能的培養(yǎng)外，更重要的是對學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、新設備，創(chuàng)新實驗方式，倡導參與式、啟發(fā)式、探究式、討論式教學。如應用數(shù)碼顯微技術，為教師和學生提供高清晰度、多畫面、無延遲的交互式實驗教學手段，變傳統(tǒng)的、孤立的實驗觀察為生生、師生之間的信息共享與合作探究；應用物聯(lián)網(wǎng)和云計算技術，自動采集校園內(nèi)各種動態(tài)數(shù)據(jù)并進行智能分析，為學生構建開放、有序的自主探究實驗教學環(huán)境；應用二維碼等現(xiàn)代信息技術，使實驗探究走出校園，通過家校聯(lián)動等方式，讓學生針對生活、學習中遇到的科學問題自發(fā)開展各種小課題研究；應用信息化管理手段，對實驗室實行開放管理，讓學生進行自主設計并開展實驗探究，探索建立自助式實驗運作方式和評價體系。德清縣德清一中開展自助式實驗教學，讓學生進行自主設計并開展實驗探究；嘉興市實驗小學借助二維碼和無線網(wǎng)絡環(huán)境，指導學生開展課題研究，為學生自主探究校園樹木提供便捷學習方法的同時，培養(yǎng)創(chuàng)新思維、溝通協(xié)調(diào)和團隊合作能力。

3 加強組織管理，保障教學成效

嚴把教學儀器質(zhì)量關 教學儀器設備是實施實驗教學活動的物質(zhì)基礎和條件保障，其本質(zhì)是一種教學設計，宗旨是滿足教學需求、提高教育質(zhì)量。因此，教學儀器設備質(zhì)量的優(yōu)劣直接關系到實驗教學的效果。自2009年開始，我們建立了教學儀器產(chǎn)品教育適應性評審制度，對教學儀器設計方案、安全性能、材料工藝和實驗效果進行第三方評審，確保優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品進校園、進課堂。同時，針對教學儀器采購的實際困難，我們在不斷探索的基礎上，構建了教學儀器設備政府采購整體解決方案，提出了“公開招標、資質(zhì)入圍——網(wǎng)上競價、擇優(yōu)選用——合同簽訂、集中配送——驗收結算、綜合評價”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，有效避免了教學儀器設備政府采購中存在的程序合法但結果不公等問題，最大限度保證了政府采購效益。

篇10

1.1研究對象

齊齊哈爾醫(yī)學院2005級預防、管理專業(yè)本科生。將所有同學分為2組,其中實驗班33人,對照班24人。

1.2研究方法

1.2.1教學改革的實施基礎理論教學時數(shù)為50學時,同一老師,同一授課方式,從而保證2個班的同學所學的統(tǒng)計學理論知識是完全一樣的。在分組的實驗課上,對照班采用傳統(tǒng)的做題練習,并結合理論知識講授。實驗班則以公開發(fā)表的科研論文作為案例,采用案例講授,根據(jù)對論文中的實驗設計方案、數(shù)據(jù)分析方法的討論,來提高學生解決科研工作中實際問題的能力。

1.2.2考核本學期授課結束后,由教師統(tǒng)一命題,對試驗班和對照班的學生進行包括衛(wèi)生統(tǒng)計學基礎理論知識和統(tǒng)計方法應用2個方面的考核,以檢測學習效果。試卷由教研室全體教師進行集體評閱。

1.2.3統(tǒng)計分析對數(shù)據(jù)采用“均數(shù)±標準差”形式表達,組間比較采用獨立樣本的t檢驗。所有統(tǒng)計方法應用SPSS19.0實現(xiàn)。

2結果

(1)試驗班和對照班學生的基礎理論知識考試成績無明顯差異(t=0.25,P＝0.8056),表明“案例”教學模式的教學法并不影響學生對基礎知識、重點和難點的掌握,見表1。

(2)試驗班和對照班學生在統(tǒng)計應用能力測試方面有明顯差異(t=2.84,P＝0.0064),表明應用“案例”教學模式,在培養(yǎng)學生靈活應用統(tǒng)計理論,解決實際數(shù)據(jù)分析問題方面優(yōu)于傳統(tǒng)教學模式,見表2。

3討論

3.1案例教學提高了學生的實際數(shù)據(jù)分析能力

研究結果顯示,盡管案例教學模式和傳統(tǒng)教學法在對學科的基礎知識、重點和難點的掌握上沒有明顯區(qū)別(P＝0.8056),但案例教學即實驗班的學生在靈活運用所掌握的統(tǒng)計理論知識來解決實際數(shù)據(jù)分析問題的能力明顯強于對照班。因此,在實踐性較強的衛(wèi)生統(tǒng)計學教學中采用案例教學是切實可行的,有助于培養(yǎng)學生的科研思維方式和數(shù)據(jù)分析技巧,提高學生獨立思考和解決問題的能力。

3.2案例教學提高了學生自學的能力

傳統(tǒng)教學法使學生處于被動接受的地位,教師只重視將知識灌注給學生,忽視了學生的主觀能動性。而案例教學則是以學生為中心,在案例的討論中使學生能夠自覺地獲取知識,以解決遇到的問題,提高學生的自學能力。針對科研實例的討論可以促進學生不斷地思考,調(diào)動學生的學習積極性,充分發(fā)揮了學生的學習主體作用,大大提高了自學的能力。逐漸認為統(tǒng)計學其實是很實用、很有趣的一門課程[3]。

3.3案例討論提高學生正確選擇實驗設計方法和統(tǒng)計分析方法的能力

針對當前統(tǒng)計學方法被誤用、濫用現(xiàn)象嚴重的現(xiàn)狀,尤其表現(xiàn)在醫(yī)學期刊中統(tǒng)計分析錯誤較多的現(xiàn)狀,這都是傳統(tǒng)教學模式造成的結果。本次實驗班在進行案例討論的過程中,亦發(fā)現(xiàn)眾多的期刊論文中存在實驗設計或統(tǒng)計方法錯誤的情況,針對這些具體問題著重進行了討論。從公開發(fā)表的醫(yī)學論文中的各種錯誤實例進行討論,使學生“虛擬地”置身于科研第一線,使學生感受了一個個活生生的科研實例,由于所討論的內(nèi)容均來自于實際科研工作,可以激發(fā)起學生積極思考與討論的熱情,通過個人分析和與他人討論或辨析,對問題可以有比較全面、準確的理解并找出解決問題的基本途徑和方法,培養(yǎng)了學生合理選擇統(tǒng)計方法的能力[4]。從而可減少學生在未來從事實際科研工作中應用統(tǒng)計學方法中出現(xiàn)錯誤的概率,增強處理各種實際問題的能力。