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（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。
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虚拟现实VR(VirtualReality)是近几年来信息技术迅速发展的产物,毕业论文是一门在计算机图形学、计算机仿真技术、人机接口技术、多媒体技术和传感技术的基础上发展起来的交叉学科。其基本方法和目标是集成并利用高性能的计算机软硬件及各类传感器创建一个使参与者处于身临其境的、具有完善的交互能力、能帮助和启发构思的信息环境,即让用户在人工合成的环境里获得角色的体验。
虚拟现实具有三个基本特征。沉浸性,是指观察者对虚拟世界的情感反映,这种感觉能使用户全方位地投入这个虚拟世界,这是虚拟现实的首要特征。交互性,是指虚拟现实是一个开放的环境,能对用户的输入作出响应,并能通过监控装置来影响用户和被用户影响。想象性,是指虚拟现实不仅是一个媒体、一个高级用户界面,还是一个应用系统,它以生动形象的形式反映设计者的思想。虚拟现实的三个基本特征强调了人在这个系统中的主导作用。虚拟现实系统按其功能不同,可以分为三种类型:沉浸式虚拟现实系统、桌面式虚拟现实系统和分布式虚拟现实系统。其中,桌面式虚拟现实系统是运用软件编程方法在显示器上显示三维场景,用户通过键盘、鼠标等设备与虚拟场景交互,它的特点是结构简单、成本较低,易于推广。
2.网络虚拟实验室
所谓网络虚拟实验室,是指利用区域网或互联网,由虚拟现实技术生成的一类适于进行虚拟实验的实验系统,包括相应的实验室环境、有关的实验仪器设备、实验对象及实验信息资源等。虚拟实验室可以是某一现实实验室的真实实现,也可以是虚拟构想的实验室,虚拟实验通过虚拟实验室进行。在虚拟实验中,实验者有逼真的感觉,有身临其境的感受,好像是真正在现实实验室里近距离进行现场操作。在虚拟实验中,没有一个有形的实验室,也没有以实物形态存在的实验工具与实验对象,实验过程主要是对虚拟物的操作。
3.计算机专业虚拟实验室的创建
构建专业虚拟实验室,其实就是搭建一个网络平台系统,包括硬件、软件及管理三个方面。在硬件上,
目前各校都建立了校园网络并接入了互联网,这些基础设施基本可以满足需求,不需要太多的投入。在软件方面,一个是实验室平台软件系统的开发,它与网站建设相联系;另一个是网站的内容(实验内容)建设,这是实验室建设的关键。虚拟实验室应有可以做的实验来支撑,不然软件平台就是一个空架子,形同虚设。同时,该平台上还应有实验管理的支持,对实验仪器、实验报告、实验指导、实验成绩及网上答疑等进行有效管理,并对虚拟实验室进行监控,计算机网络虚拟实验室系统各模块的主要功能如下。
(1)实验管理模块,由学生管理、教师管理、仪器管理和学生成绩管理等组成。硕士论文在学生管理方面,学生通过浏览器进行注册登录,登陆成功后可浏览实验项目,查看实验的详细资料,预约实验项目及做实验的时间,在线发送和接受消息,进行问题讨论,进行实验登记,实验完成后可通过网络写实验报告并提交报告。教师管理方面,可对实验内容添加、修改、整理、删除,对学生提交的实验报告列表,批改实验报告,填写评语和成绩,提交批改结果,与学生进行讨论。仪器管理方面,对新设计开发的虚拟仪器上传并进行分类整理,以便实验使用。成绩管理方面对学生的实验情况(实验次数、实验报告及完成情况)给出成绩,并进行统计分析及提供查询等。
(2)仪器展示模块,对虚拟实验室可用虚拟元器件、虚拟仪器设备分门别类地进行管理,以图形的方式直观呈现出来,供学生在实验时进行选择。
(3)实验指导模块,包括实验介绍、实验方法、实验项目的重点及难点、实验目的、实验原理、实验准备、实验任务、实验过程、实验报告的要求及实验应注意的事项等。
(4)实验报告模块,主要对学生完成实验后,提供相关的实验报告模板,供学生下载,由学生填写相关内容以及实验的结果,完成后上传电子版实验报告,由教师进行批阅,并进行记载。
(5)实验答疑模块,由专业教师对学生实验中出现的疑难问题进行及时解答,帮助学生顺利通过实验。同时了解学生对实验的掌握程度,并及时反馈、调整教学。
(6)论坛交流模块,教师和学生可以通过论坛进行充分的交流,学生可以将实验中的收获、经验和体会及问题到论坛上,教师可以将一些典型的问题提出来,供大家探讨。学生在这样宽松的环境下发表自己的见解,教师从中可以得到及时的实验教学反馈信息,以便整改7)虚拟实验模块,是虚拟实验室建设的重要部分。学生通过该模块进行虚拟实验,医学论文以达到巩固强化知识的目的。该模块内容根据专业学习的具体情况及实验建设条件,可不断增加。计算机专业网络虚拟实验室系统的建设,可以引入其他学校的虚拟实验室中。这种方式比较简单,容易实现,见效较快。但需要投入较多的软件购置费用,同时也需要结合本校的实际情况进行一些调整,有一个磨合期。另一种是因地制宜,自主开发。根据本校的实际教学和实验情况,结合学生的实际水平,由任课教师或聘请部分专家组成开发小组,进行一系列的虚拟实验项目的开发研究,并将研究的成果连接到虚拟实验室中,逐渐扩充直至完善。这种方式比较灵活,能充分发挥教师的积极性,能有针对性地进行设计开发,适合学生的实际情况,学生容易接受,并且经费投入较少。缺点是开发周期较长,系统性不够,水平有限。也可以将上述两种方式结合起来,一是引入、购置部分自己不宜开发的实验项目,二是结合自身的优势和长处开发一些实验项目,如非交互性的、演示性的虚拟实验项目等。
二、加强网络虚拟实验室的管理
1.加强用户管理,为每个学生分配账号。对学生进入虚拟实验室,使用实验室做虚拟实验等进行登记保存。鼓励学生经常访问虚拟实验室,在上面提出问题、发表见解,做好实验,努力提高虚拟实验室的人气。
2.全天候开放虚拟实验室。学生可以随时进入虚拟实验实自己动手组织实验,自己设计实验方案,动手完成实验,整理和总结实验数据,职称论文提交实验报告,培养学生的分析能力和创新能力,逐步向以“学生为中心”的自主个性发展模式转变。
3.组织专业教师网上指导与答疑,参与论坛讨论交流,及时批改实验报告,为学生顺利完成实验提供服务。在虚拟实验室中,教师应对学生提出的疑问尽快给出帮助和解答,并进行必要的指导。在实验室论坛上发表观点,提出问题让学生思考,使师生在虚拟实验室中有较强的互动性,教师应充当好学生实验的合作者和知识的建构者的角色。
4.对学生在虚拟实验室的表现及实验效果进行
评价。针对学生每一门课程的虚拟实验完成情况、实验报告、网上提问、论坛发帖的情况,给学生一个成绩和评价,反馈给学生,英语论文并与该课程的正常实物实验一起记入实验总分。教师也要在对学生评价的同时,征求学生对虚拟实验室的意见,对学生反馈的信息进行整改。
计算机网络虚拟实验室的建立,可以很好地解决目前硬件设备跟不上实验的要求、学生实验时间不够用等问题,对于提高学生的动手能力、分析问题和解决实际问题的能力具有非常重要的意义。但在具体应用中还要注意处理好“虚拟实验”和“实物实验”的关系,不能一味地强调虚拟实验,要“虚实”结合,既相互补充,又各有侧重,这样才能取得很好的实验教学效果。同时,在虚拟实验中要注意培养学生严谨的、一丝不苟的科学实验作风。
参考文献
[1]王嗣源.虚拟实验室建设的初步探讨.西安邮电学院学报,2005(4).
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电脑游戏与网络游戏的不断发展并被应用于企业、教育、军事、科学以及医学领域。目前的虚拟实验无论是设计方面还是开发方面，大多数都只是将实验器材迁移至计算机中来实现，单纯地追求实验的仿真，而不是从学习者的角度考虑其学习效果。建构主义学习理论指出：“清境”、“协作”、“会话”和“意义建构”是学习环境中的四大要素，一个自由而充满趣味性的虚拟环境对学习者的学习效果有着至关重要的影响，而游戏性虚拟实验的构建则是实现这一效果的一个有效途径。游戏性元素的融入对于学习者学习环境的改善以及知识建构、深层次理解都起着促进的作用，并且吸引着学习者愉悦地解决问题。由此可见，游戏性元素的注入需要运用游戏策划、设计方法和实现的技术的结合来表现一个完整实验环境的设计，这并不是简单的添加，构建模型可以把复杂的问题清晰的表达出来，使理论的各组成部分可视化并得到检验。利用模型构建的方法不仅帮助学习者理解形成问题的影响因素之间复杂的相互关系，还给指导者提供了评估学生们理解问题的外在表征。系统动力学建模工具Stella软件具备强大的建模环境和简便的操作方法，以此技术建模可以清晰的揭示出游戏性与虚拟实验二者之间的融合，为虚拟实验设计研究提供一种新的方法。一 相关理论
1 游戏性的内涵
“游戏性”来源于英文“Gameplay”，在中文中，“游戏性”可以被笼统地理解为“游戏的核心性质”；但在英文中，“游戏性”(Gameplay)可以指“游戏的具体操作方法”和“游戏的抽象趣味整体”等双重含义。游戏性并不等同于“游戏的性质”，游戏具有极为多样的属性，游戏性就是当排除画面、声音、剧情等因素的刺激所带给玩家的乐趣。游戏性元素包括沉浸、情节、扮演、竞争、任务、动作、益智、成长、管理、创造、探索以及群聚元素，然而虚拟实验的宗旨是教学，它不同于游戏的宗旨，因此在引入这些游戏性元素时，必然有所删减。融入游戏性元素的根本目的在于增强和提高学习者操作、探索和挖掘的乐趣以及研究和练习的乐趣。
在游戏性虚拟实验中各游戏性元素的概念内涵包括以下八个方面的内容：①沉浸元素，通过物理方式或者想象进入到一个与通常环境不同的场景。②情节元素，按照因果逻辑或意义逻辑组织起来的一系列事件。③扮演元素，有意识地假扮某一特定角色，并从该角色的处境和场合出发，进行思考、表达和活动的方式。④任务元素，某个需要被完成的既定目标。⑤动作元素，实时付出行动的身体运动。⑥成长元素，成长是指由低级或简单形态向较高级或复杂形态发展，或者在数量、价值或力量上的增长。在角色扮演游戏中多表现为升级和装备提升。⑦管理元素，管理元素包含两个层面的意义：第一是促进游戏者的管理性思维的发展，鼓励游戏者运用策略和部署来游戏；第二是将游戏者处于一种较高的管理位置，让游戏者体验拥有权势和掌控大局的乐趣。⑧群聚元素，“把两个及其以上的玩家聚集在一起的状态就是群聚的形式”。
2 游戏性虚拟实验的特点
在游戏业初见端倪的欧美自上世纪80年代初，最早全面论述游戏动机的学者是Malone，通过对已有游戏的一系列的观察，对大量玩家访谈，Malone(1980年)总结出三个主要的让视频游戏使人更快乐的因素：挑战、幻想和好奇。在2002年，Garris等人认为：幻想、规则、目的、感官刺激、挑战、神秘和控制是游戏的六个动机特征组件。Asgari与Kaufman(2004年)在前人研究的基础上，认为游戏的动机组件是：交互、竞争、控制、幻想、好奇、挑战与反馈。
游戏既有行为层面的游戏，也有心理层面的游戏。将游戏的内在品质融入虚拟实验中来，更能提高和丰富学习者的学习兴趣和学习效率，有更广泛的意义。游戏性虚拟实验设计应着重从学习者的心理层面和行为层面两个方面考虑：
(1)心理层面包括愉悦性和自由性，解决这一层面的问题，可以考虑将游戏中沉浸元素、情节元素、任务元素加入到虚拟实验的设计中来，以解决这一层面学习者学习的愉悦性和自由性等问题。
(2)行为层面包括规则性、表演性、体验性和对话性。在行为层面中，将管理、扮演、动作元素加入游戏性虚拟实验的设计中，解决学习者行为层面的需求。游戏性虚拟实验的开发要以学习者为主导，其目的是提高和优化学习者学习的学习兴趣和学习效率，促进学生对实验中的理论知识的深入理解，锻炼学生主动探索和学习的能力。
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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：
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一 引言
高等教育的质量与国家现代化建设密切相关,其中良好的教学实验设计对于人才的培养有着直接的影响。《自动控制理论》课程作为电气、自动化专业的一门重要的专业基础课,是联系前期基础课和后续专业课的桥梁。如何借助于实验课的辅助教学,生动、形象地帮助学生理解基本概念、建立理论与实际相结合的观点、培养大学生的初步工程实践能力,符合高校培养具有创新实践能力的高素质人才的需要。
LabVIEW是由美国国家仪器(NI)公司推出的一种使用基于图形化编程方式的虚拟仪器软件开发环境。具有直观易学、编程效率高,与Internet方便链接等特点。通过改变、增减系统的功能、可方便地扩充系统的复杂性,能为各层次学生提供广阔的实验与实践空间。为此,建立基于LabVIEW的自动控制理论实验平台,开展设计性、综合性较强的系统实验设计,不仅有利于通过直观形象的实验图形与结果激发学生的学习兴趣,而且对于全面提升学生动手构建物理系统和软硬件调试的综合能力具有重要意义[1-2]。
二 实验系统设计
近年来基于计算机技术的实验系统,作为一种工程、教学辅助工具,在简化问题、节约成本、缩短调试周期等方面特点突出,有利于发展学生借助计算机解决问题的能力。传统实物模拟实验,由于外部条件变化对实验结果及信息的影响不同[3],则对于学生发现问题、通过理论联系实际综合解决问题能力的培养具有不可替代的作用。目前,远程实验的开展也逐步获得关注重视。基于以上分析,所设计的LabVIEW自动控制理论综合实验平台,其系统结构如图1所示,可以融合以上三种实验模式的优点,力图通过交替互补,以不同的实验要求,通过设立资源学习、任务驱动与探索学习这三类学习模式,全方位提升学生的实验理论与技能。
1 仿真实验
LabVIEW在数据采集、工业控制等应用领域提供了一个功能强大、方便灵活的虚拟仪器的集成开发环境。降低了环境干扰和系统误差对测量结果的影响,改善了以往费时、费力的实验过程,便于学生集中精力对结果进行分析。
以非线性系统的描述函数法为例,图2为非线性系统框图,其中线性部分的频率特性函数为 ,非线性部分的算子以 表示。如何求取非线性系统的描述函数并进行分析,由于其独特的复杂性与抽象性,一直是自动控制理论教学的难点,理论计算繁琐,实验研究费时。
为此,采用基于图形化的计算机仿真的方法通过对非线性、线性环节的类型、参数进行选择,而后设定分析的频率范围、初值、步长、循环次数等,可有效避免繁复的频率调整、计数、描点等工作,迅速获取系统的幅相特性曲线。友好的仿真实验界面如图3所示。
设定线性区宽度 ,饱和特性信号限幅 后,输入到实验室开发的如图3所示的仿真实验系统界面,运行后,即可获取如图4所示的对应的幅相特性曲线图。
这样,利用仿真实验,学生可以灵活设定仿真条件,方便、省时地实现对各种非线性环节描述函数的求取与直观分析,达到了对抽象的非线性理论概念进行直观理解的目的。这部分内容,设定了2学时由教师讲解LabVIEW的基础知识,安排4学时课后时间用于相关资源学习。
2 模拟型实物实验
NI公司提供的ELVIS实验平台将DAQ硬件和LabVIEW软件组合成的一个定制灵活的教学实验平台。通过DAQ捕获实际系统中真实的物理信号,并输入到计算机中,而后利用LabVIEW编制相应的应用软件实现数据的监测、记录、显示及分析,可以简化实验数据获取及后续数据处理等过程。
目前本实验平台针对实物模拟实验设立了演示实验[4]和学生设计实验两部分。演示实验包括RC电路暂态电压变化实验、数据采集及滤波处理实验以及直流电机转速测控实验。通过演示实验的展示与讲解,以帮助学生逐步掌握NI ELVIS实验平台的使用与开发流程、技巧,为后续进行独立实验设计与研究奠定基础。而后,结合基于LabVIEW编程后提供的内置函数发生器和示波器等检测分析仪表,配合ELVIS提供的实验面包板,要求学生独立在实验板上通过模拟运放电路的搭建,完成二阶系统时域响应、典型环节频率特性、系统串联校正等实物模拟实验,并与理论分析值进行比较、分析。此处设定为任务驱动型学习方式,课内保留4学时用于提问、测试、成绩评定。
如图5所示,为求取典型积分环节频率特性而构建的模拟实验电路。
图5中运算放大器采用op07,输入正弦信号 ,其幅值 及频率 可调。当调节正弦信号幅值 过大时,系统可能进入运算放大器的饱和非线性特性工作区域,系统输出 信号则会输出周期畸变信号; 当调节正弦信号幅值 过小, 静电感应电压对系统输出 信号的叠加影响不可忽略, 会影响输出 信号测试的准确度(此处,可引导学生对信号处理方法进行思索、研究)。仅当调节正弦信号幅值 处于适当范围内,输出 才可清晰获取同频率的正弦信号。针对这一现象,与1节中虚拟仿真实验积分环节频率特性的求取方法进行对比,提出问题1:仿真实验与模拟型实物实验的区别与联系?问题2:确定一个环节是线性还是非线性的原则是什么?问题3:理论与实践的相互作用关系在科学研究中是怎样的?以此建立新旧知识的联系,激发学生的自主发现与探究意识,引发其解决问题的兴趣,鼓励其进行协作交流,进而形成自己对问题的独立见解,综合实践能力得到提高。
最后,考虑部分能力较强学生的实验需求及后续课程设计的需要,选购了8套球杆(ball balancer)系统作为被控对象。采用LabVIEW编制软件算法, 通过驱动程序控制伺服电机进行转速与位置调节,实现对此非线性、不稳定系统的稳定运行控制。这部分实验的设立为探索学习模式阶段,通过介绍难点的方式,引导学生深入思索、学习、探索前沿的控制方法。
3 远程虚拟实验
基于网络的远程实验室可以最大限度地实现实验资源的共享[5],因此本综合实验系统的设计也包含了这部分内容。远程虚拟仪器能从与Internet/Intranet相连的远端获得动态数据或将控制信号传送到远端,使在本地PC机上监控远端成为可能。远程虚拟实验不仅提高了实验设备的利用率,而且方便学生灵活安排实验时间,强化了学生的主体作用,同时有利于教师进行实验过程的管理,实现了利用网络进行资源交互学习等目的。
利用LabVIEW软件设计构建的网络虚拟实验室具有易于开发,投资少,扩充方便等特点。在LabVIEW 开发环境中,有多种方式可以方便实现远程数据的采集和仪器控制,主要有:基于NI公司的远程设备访问(remote device access, RDA)技术,可通过分别配置RDA Server和RDA Client实现网络内部的共享采集设备数据;功能强大、但开发将对较复杂的适用于较大规模网络实验室的DataSocket数据共享技术;简便、易学的基于WEB Publish的远程前面板(Remote Front Panels)技术。
考虑实验规模不大及时间限制等因素,本实验室选用了基于WEB Publish的远程前面板(Remote Front Panels)技术,构建B/S模式远程实验系统。远程前面板技术是把一个VI的前面板直接嵌入到Web网页中,并具有自动更新功能。此外,通过授权,不仅可以使得客户端能观测到一个动态刷新的实时画面,而且还可以对前面板进行远程控制。
考虑到一台实验设备在某一确定时间段内只可以由一个用户进行实验控制,因此,需要设定教师管理员进行实验预约管理。学生通过客户端注册登录后,在预定时间内享有对实验室内指定编号实验平台的控制权限。后续计划针对大四学生和研究生采用大作业形式,征集优秀的实验预约管理方案,取消人员管理,实现科学、高效的自动远程实验预约、监控、实验记录等管理功能。
三 结束语
基于LabVIEW技术开发的自动控制理论综合实验平台,通过设定仿真实验、真实模拟实验和远程实验互相结合与补充,不仅提供了丰富的计算机与网络学习资源,而且注重实验设计的智能化与真实性的协调统一,实现了实验设计的简易性、综合性和灵活性。通过关注实验过程,改变了传统教师讲授的单一模式,不仅便于学生形象理解和掌握与课程相关的知识点,促进学生的编程能力与动手能力的提升,而且使其自信心获得提升。这些都将助力学生从理论学习向实践研究进行跨越式转变,为探索培养具有创造力与创新性的当代大学生教育进行经验积累。
参考文献
[1] 张桐,陈国顺,王正林.精通LabVIEW程序设计[M].北京:电子工业出版社,2008:2-5.
[2] 袁浩,朱畅,陈志敏.基于LabVIEW的自动控制仿真系统设计[J].实验室研究与探索,2006,25(4):457-459.
[3] 沈亦红.论物理虚拟实验与真实实验的互补作用[J].中国电化教育,2004,210(7):42-44.
篇6
(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
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1 重视基本实验操作技能
机能学基本实验操作技能的训练是指一段时间内，在教师指导下对学生进行集中培训，通过实验的重复性练习及强化训练，使学生提高基本实验操作技能。在以往的实验教学中，学生由于缺少专门实验技能的强化练习，对实验操作不够熟练、不准确、不规范，导致实验器材易损坏及药品试剂的浪费或实验时间延长，甚至实验失败。
2 增加综合性实验比重
综合性实验是指实验内容涉及本课程的综合知识或与本课程相关的课程知识的实验，是通过实验着重训练学生综合应用理论知识解决实验问题的能力。在选题的内容上要有一定的广度和深度。所谓广度，就是题目的内容有综合性，使学生能获得运用所学的各种知识去分析、解决问题的锻炼机会；所谓深度，就是课题内容在某一方面具有探索性，使学生得以发挥其聪明才智。实践表明，凡深广度适当的题目，能充分调动学生从事实验的积极性，既能增长知识又能达到培养能力的目的[1]。机能学综合实验将部分生理学、药理学的三学科的单项实验进行了综合性设计，使之能相互融合，实现教学资源的共享及合理配置，删减重复性实验，减小单纯验证性实验，按人体系统机能设置综合性实验，即在一项实验中能观察到实验动物的生理变化、病理生理学变化和药物作用后的变化，大大加强了学科间的交叉与渗透，提高了实验难度。
3 开展探索性实验，培养科研创新能力
探索性实验一方面根据已学的基础知识或近期将要学的知识提出自己感兴趣的实验研究项目，并利用图书馆及Internet网查阅相关的文献资料，设计实验方案，然后在老师的指导下修改完善，利用业余时间进行实验。另一方面学生也可参加老师的科研课题，和老师一起选题和设计实验方案。此类实验学生在选题、设计实验方案中，需查阅大量的文献，复量的理论知识和实验方法，这不仅有助于培养学生独立思考、发现问题、解决问题的能力和创新能力[2]，也有助于学生真正体验到从立题、建立假说、实验设计、开题论证、实验实施、资料整理和统计学处理、分析和结论到撰写完成实验论文这一完整的步骤。学生积极性大为提高。
4 建立虚拟实验室
虚拟实验是指按照实验教学的基本要求，在计算机系统中采用虚拟现实技术实现的各种虚拟实验环境。虚拟实验一方面是课程实验内容的虚拟设置，学生通过虚拟操作，既可达到预习的目的，也可达到再学习练习的目的；另一方面是现有实验条件下无法完成的实验项目的虚拟设置，学生通过操作，可拓展知识面。与传统的实验相比，虚拟实验可以节约动物经费，降低实验教学成本，不受时间和动物客观条件的影响，并且提高学生学习兴趣，提高实验成功率。作为机能实验的辅助教学手段，虚拟实验在对学生综合能力培养体现出越来越多的优势。
5 开放实验教学
开放实验教学是指在开放实验室的基础上，在教师引导和启发下，学生综合运用所掌握的基础理论知识、医学专业知识和基本实验技能，针对自身兴趣与特长，或在相关文献检索中发现、选择医学科学问题，并自行拟定研究方案，主动探索的教学活动方式。它是在机能实验方法学的基础上，进一步改革探索性实验教学方法，并以开放实验室为载体，以训练学生主体意识和问题意识，激发学生创新愿望，培养创新精神和实践能力为目标定位的机能学实验教学体系[3]。实践证明，开放性实验教学激发了学生学习兴趣，满足了学生不同的求知欲望，充分利用了教学资源，较好地调动学生的自主性和创新思维；同时培养了学生寻找问题和拓展意识、分析问题和解决问题的能力，有效增强了师生互动交流。
以上是对提高机能实验课教学质量的几点看法，希望能对提高机能学实验课教学质量提供一些有益的参考。同时笔者相信，只要机能学实验课教学质量提高了，其学科特色和优势就能真正发挥出来，最终达到培养和提高学生综合的素质。
参考文献：
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一、虚拟现实技术
虚拟现实技术 (ⅥrnJal ReaJ时，简称 vR技术)出现于 20世纪 60年代，随着处理器技术的大幅度提高以及图形绘制技术、数字信号处理技术、传感技术的发展，近几十年来在国内外形成了对虚拟现实的研究热潮。
虚拟现实系统提供了一种先进的人机界面，它通过为用户提供视觉、听觉、触觉等直观而自然的实时感知交互的方法和手段，最大程度地方便用户的操作，从而减轻了用户的负担，提高了系统的工作效率。虚拟现实技术具有 3个突出特征：沉浸性、交互性、想象性。
虚拟现实系统由两部分组成：一部分为创建的虚拟环境，另一部分为介入者。虚拟现实的核心是强调两者之间的交互操作，即反映出人在虚拟环境中的体验。我们可以给出如图 1的虚拟现实的概念模型。
二、虚拟实验系统
1．虚拟实验系统的特点
(1)共享程度高。虚拟实验系统不同于传统实验在地域和时间上的限制，它不仅可以接受本地用户的访问，有访问权限的异地用户也可以使用系统。并且也无需考虑使用时间的问题，实验者可以随时进行实验。虚拟实验系统为用户提供了一个可以在任何时间、任何地点访问的实验环境，极大地提高了信息与实验资源的共享程度。
(2)强大的交互能力。为了向用户提供一个逼真的实验环境，虚拟实验系统往往都具有强大的交互能力，实验者和虚拟实验对象之间可以通过鼠标的点击或者拖曳操作进行交互，实验者可以实时地观看实验现象和实验结果。
(3)支持协作。虚拟实验系统提供了多种方式来完成用户间的信息交流。
2．虚拟实验系统的建模
如何构建教学型虚拟实验系统，使其能够拥有丰富的实验内容表现方式、提供形象生动的实验内容，让让学生实现从感知到理解的过程，一直是研究教学型虚拟实验系统的热点问题之一。
虚拟实验系统的构建是将多种技术综合运用，首先构建实验过程所需要的各种仪器设备，对于场景进行建模。三维虚拟场景模块的建立是以某一实景为基础的，因此在虚拟场景建模之前需要对实验室环境进行实地考察并对建筑物进行筛选，从而构建具有真实感的实验环境。对于仪器设备完全用Ⅵ ML语言建立复杂的三维模型是相当烦琐的，而且建模方法缺乏直观性，而3DSMAX强大的三维建模功能以及对具有转换为V文件格式输出的功能，使其在三维虚拟场景中广泛应用。我们在实际的建模过程中根据要建立模型的特点选择建模方法。简单模型，直接采用VRML中简单几何体拼贴纹理的方法，对于复杂场景则采用3DsMAx建模后以VRMI，文件格式输出。当然在虚拟实验的建模过程中的庞大建模工作量对软件的建模效率以提出了很高的要求，于是，在该建模过程中我还采用了高效的照片建模软件Canoma，Canoma是MetaCreations公司 (即现在的Vie、vpoint公司)的软件产品，利用它可以让我们无需建模，即可直接从一张或几张照片制作三维模型，因为使用真实照片直接生成三维模型，所以效果非常真实；而且CaIloma可生成网络使用的VRM，文件格式。为了能够反映真实仪器设备的特性，有时还采用FLASH技术来达到仪器设备外观的逼真性，并提供一些基本的交互。
3．虚拟实验系统中的交互
交互性是虚拟实验系统中的一个重要问题。一类是用户在浏览场景的时候，主要的输入设备就是鼠标，这时候检测器实际上是检测用户对于鼠标的各种操作动作，如鼠标的单击、指向、拖动等等，从而场景做出相应的反应。检测这类动作的监测器是接触型监测器。描述这类监测器的节点有接触监测器节点TouchSensor以及PlaneSensor节点、SphereSensor节点、CylinderSenS0r节点；另一类是用户和场景中某对象接近的程度，对象做出相应的反应，使得用户和虚拟对象之间形成交互。
将所有仪器设备成功地加入到场景当中之后，用户应该可以随意地拿起自己需要的实验器材进行实验，所以要提供用户选取实验器材的接口。当用户在选择某件仪器，为了提供给用户选择的接口，我们在实验仪器原型中设计了供用户选择的按钮。如果选中时就可以点击按钮“tal(e ，无需使用就只要点击“放回”按钮。由于用户需要与系统进行交互，同时系统需要根据用户的选择与后台数据库进行通信，因此我们使用Java Applet。Applet具有 良好的网络传输透明性，图2显示了浏览器通过Appl 访问数据库的整个过程 。
三、虚拟实验集成的系统结构
1．软件程序集成
软件程序是虚拟实验系统的重要内容，是系统的灵魂所在。在虚拟实验系统中，我们将软件程序部分按照层次化和模块化的设计模式进行集成。集成化的软件程序依据集成度的大小分为不同层次的模块，分属不同层次的模块充分体现了整体和部分的关系，各模块都可以看成是下一层次多个模块集成的整体，每一个模块又都可以看成是上一层次模块中的一部分，各层次之间互为整体和部分的关系为系统结构构架提供了灵活的方式。
2．系统功能集成
系统功能集成是建立在软件程序集成的基础之上的，系统功能集成是系统结构集成的重要体现，系统结构的有效集成度是系统功能集成的重要基础。在虚拟实验系统中，软件程序的集成保证了系统功能在不同层面上的集成度和在各层面之间的灵活性。以不同集成度来形成的系统功能整体在系统构建、修改、维护等方面起到了重要的结构化支持作用。
3．仪器软面板集成
仪器软面板是虚拟实验系统的重要特色之一。在传统实验系统中，仪器设备一般会自带一个显示屏，以及相关的操作组件和按钮来形成一个操作面板，这个面板的形式以及各组件和按钮的功能是固定的，不能修改和设置。在虚拟实验系统中，各种仪器设备的操作面板集中显示在计算机的显示屏幕上，这种面板由软件程序来形成和设置，由键盘、鼠标以及其他的外部输入设备来控制，面板的形式以及各组件和按钮的功能可以根据需要自定义，可以将多个仪器的面板组合在一起，也可以将某一个仪器的面板简化。仪器软面板形式和功能上的这种灵活性正是系统集成度的体现。
4。网络集成
网络的出现使得分布式结构成为可能。在虚拟实验系统中，我们通过网络可以突破时间和空间的限制，将更多的协议方和操作方以一定的集成度集成在一起，共同完成实验项目。我们在谈集成性的问题的时候，一定是和相应的分散度联系在一起的，就如同整体和部分之间的关系，每一个整体都可以看作更大的整体的一部分，而每一个部分又都可以看成更多小部分的整体。网络的分布式保证了系统结构的集成性。
四、虚拟实验教学应用的优势
从虚拟实验的技术优势和实验教学的现状需求出发，其优势主要体现在以下几个方面：
1．资源开放
从虚拟实验的技术实现角度来看，实验教学中的有效资源全部开放，这使得实验项目从开发到操作，再到后期数据处理与实验课程的复习全部开放给学生，学生可以利用系统软件程序模块和实验项目设计模板等帮助实验设计方案的形成与开发；利用数据分析与处理工具包进行实验数据的分析与处理，获得规律性认识：教师的指导性意见、学生的交流信息和实验故障和误差分析等信息资料，可以帮助学生在实验课程总结和复习中取长补短、巩固知识。
2．组织形式开放
虚拟实验将实验资源、实验项目开发和实验操作等网络化、平台化，因此实验内容、时间以及地点等组织形式是开放的具备可选择性。针对目前实验教学需要跨学科、跨地域、多项实验同时开展等现状要求，虚拟实验所具备的组织形式开放性为实验教学模式的扩展提供了技术准备。
3．对象开放
虚拟实验的网络功能能够根据不同的对象设置不同权限的系统身份，实验参与人员各取所需，实现学习和交流的目的。在实验教学中，对象的身份基本分为三种层次和三种身份。三种层次指的是系统管理员、教师和技术人员、学生。三种身份是针对学习者而言的：实验课程参与者、远程实验课程学习者、实验爱好和探索者。
五、总结
本文将虚拟现实技术引入到实验教学环节中，这在一定得程度上提高了实验的开放程度，降低了实验的成本，较好地激发了学生对于实验环节的兴趣和主观能动性，但在虚拟实验设置过程中的交互问题仍是一个值得探讨和研究的主要问题。
参考文献
【l】徐学军．高校实验教学要加强学生创新能力的培养【J】．经济师，2004，(4)．
【2】徐婷．教学型虚拟实验通用平台的研究与应用【D】．重庆大学学位论文，2006．11．
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强化政策引领 2010年，浙江省省委、省政府印发《浙江省中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》，提出要“紧紧围绕解决培养什么人、怎样培养人这一教育核心问题，坚定不移地推进素质教育，切实增强学生勇于探索的创新精神和善于解决问题的实践能力”，并提出要“构建更有效的教育技术支撑基础”。2011年，浙江省率先教育信息化专项规划——《浙江省教育信息化“十二五”发展规划》，要求加强和完善学校教育信息化基础设施建设，应用信息技术手段加强对传统教室、功能室和实验室的改造，并积极探索与推进基于移动终端、3G技术、物联网、云计算和下一代互联网的网络教学、虚拟实验、电子书包和移动学习等现代信息化教学学习方式。
突出实验室多样化发展 为满足新课程改革和素质教育的需求，我们以促进多样发展为基本理念，自2009年开始启动实施了中小学实验室建设工程，按照“实验室标准化建设、创新实验室多样化建设和基础教育装备达标建设”的基本思路，开展了标准化实验室、中小学科学探究实验室、高中新课程配套实验室、创新实验室等建设项目，服务教育均衡和多样化发展。2012年，专门组织力量修订了《浙江省中小学教育技术装备标准》，遵循“必配标准化、选配多样化”的基本理念，对各类实验室建设提出了具体技术要求，为学校教育技术装备提供了有效指导。2013年，浙江省在为全省义务教育阶段中小学校建设和更新科学实验室和专用功能教室的同时，为全省民办外来务工人员子女学校配备科学实验室，促进教育均衡发展，并为学校特色发展和提高教育质量提供了有效支撑。
2 紧抓课堂应用，深化实验教学
深化实验教学的关键在于促进技术与课堂教学的融合。近年来，浙江省坚持以新课程标准提出的三维目标为基本要求，积极探索新技术、新工艺、新设备、新材料在实验教学中的应用，着力在“改变实验装置、优化实验设计、创设实验情境、转变实验方式”等方面下功夫，深化实验教学。
优化实验设计，突破教学难点 实验教学的成效如何，关键在于实验设计。传统的实验设计往往受实验设备等客观因素的影响，难以形象、生动地呈现知识点、创设学生自主探究的实验环境。技术环境的更新和配备，为实现优化验设计创设了条件。如应用新材料可以改进实验器材，将光传输、热传导等原来实验难以直观展现的概念和规律通过简便的实验操作明显呈现，顺利打破了教学的瓶颈。应用新设备重构实验设计，针对瞬时速度、静摩擦力、电场强度、库仑定律、光弹性形变、涡流的成因、牛顿第二定律、热力学第二定律等难以理解的抽象物理概念和规律，利用传感器等现代教育技术装备优化方案设计，化无形为有形，为学生创设思维的台阶，有效降低学习难度，突破知识难点。应用新技术优化实验过程，借助传感等技术从定量的角度精细反映实验过程中的变化，充分延伸学生感观，变传统实验的不可能为可能，让学生在数字化条件下对实验现象进行多角度的感知和多视角的探究。杭州市萧山区义蓬小学利用“温变油墨”这一新材料，让学生直观地观察到热传导现象；富阳中学利用传感器等现代技术装备优化实验方案设计，研发了100多个与新课程高中物理教学配套的创新实验，有效突破了教学难点。
创设实验情境，提高教学效果 新技术，特别是信息技术的应用，为实验教学中实验情境的创设提供了有效方法。如应用多媒体辅助实验教学，可以直观展现抽象的知识，不仅用图形、图像、动画、声音、和色彩等方式向学生提供丰富的感性材料，还用二维和三维的图像、动画进行模拟，从而把文字材料获得的抽象概念具体化，把难以想象的微观世界宏观化、把难以演示的实验形象化。应用虚拟仿真实验，为学生展现理想状态下的实验环境，突破传统实验在时间、空间和器材等方面的限制，让原来不让做、不便做和不能做的实验得以生动展现。应用虚拟现实技术，为实验教学创设特定教学情景，使学生突破时空限制，产生“超越现实、身临其境”的感受和体验，实现情景互动教学。温州市龙湾中学借助谷歌地球开展地理实验教学，将地球玩转于手掌间，有效提升教学质量；湖州市安吉县孝丰镇中学利用三维虚拟显示技术开展“食物的消化与吸收”等实验教学，化静为动，让学生如身临其境般地进行直观感受，有效激发学生兴趣，提高教学效果。
创新实验模式，培养探究能力 实验教学的目标除了知识和技能的培养外，更重要的是对学生解决问题的能力和方法的培养。多年来，我们积极探索利用新技术、新设备，创新实验方式，倡导参与式、启发式、探究式、讨论式教学。如应用数码显微技术，为教师和学生提供高清晰度、多画面、无延迟的交互式实验教学手段，变传统的、孤立的实验观察为生生、师生之间的信息共享与合作探究；应用物联网和云计算技术，自动采集校园内各种动态数据并进行智能分析，为学生构建开放、有序的自主探究实验教学环境；应用二维码等现代信息技术，使实验探究走出校园，通过家校联动等方式，让学生针对生活、学习中遇到的科学问题自发开展各种小课题研究；应用信息化管理手段，对实验室实行开放管理，让学生进行自主设计并开展实验探究，探索建立自助式实验运作方式和评价体系。德清县德清一中开展自助式实验教学，让学生进行自主设计并开展实验探究；嘉兴市实验小学借助二维码和无线网络环境，指导学生开展课题研究，为学生自主探究校园树木提供便捷学习方法的同时，培养创新思维、沟通协调和团队合作能力。
3 加强组织管理，保障教学成效
严把教学仪器质量关 教学仪器设备是实施实验教学活动的物质基础和条件保障，其本质是一种教学设计，宗旨是满足教学需求、提高教育质量。因此，教学仪器设备质量的优劣直接关系到实验教学的效果。自2009年开始，我们建立了教学仪器产品教育适应性评审制度，对教学仪器设计方案、安全性能、材料工艺和实验效果进行第三方评审，确保优质产品进校园、进课堂。同时，针对教学仪器采购的实际困难，我们在不断探索的基础上，构建了教学仪器设备政府采购整体解决方案，提出了“公开招标、资质入围——网上竞价、择优选用——合同签订、集中配送——验收结算、综合评价”的政府采购整体思路，开通了普教仪器政府采购协议平台，有效避免了教学仪器设备政府采购中存在的程序合法但结果不公等问题，最大限度保证了政府采购效益。
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在当今社会中，计算机在社会发展中显示了其强有力的推动作用。随着计算机技术的不断发展壮大，计算机在材料科学中的应用也越发普遍和显著，如信息检索、数据分析和图像处理、计算模拟、材料组分和结构分析等等。对大学高等教育而言，开设计算机在材料科学中的应用课程是为了让学生初步掌握计算机在材料科学应用中的方法、步骤和应用领域等，从而促进专业课的学习。
结合我校高分子材料与工程专业的特点以及毕业生需进行的毕业设计环节，在高分子材料科学的学习研究过程中需要涉及多种软件的应用，最基本的包括文献检索、实验方案的设计、数据分析、图形处理等等，而这些都离不开计算机技术。在书本式教育和多媒体PPT教育为基础的理论教学模式下，教学效果并不是十分理想。在往届的教学质量反馈中，多数学生反映单纯的理论教学形式枯燥、效果不良，一旦涉及实际应用往往束手无策，其原因是众多软件的学了需要了解基本的理论知识外，更重要的是要反复的上机练习以熟悉各种软件的操作，形成更为扎实的操作意识，而很多学生做不到这一点。因而如何更好的让学生理解、吸收、掌握众多软件的基本操作并活用到今后的学习、科研或工作中，这是大学教育所要思考的地方。
教育部颁布的新课程标准明确提出了“提高科学素养，在课堂中开展探索性学习的理念，提倡通过探索式教学，培养学生的自主科学探索能力，加强学生对科学本质的认识”。
二、教学方案的设计
（一）教学方法设计
为提高教学效果，在计算机在材料科学中的应用这门课程中，首先将课堂搬到备有多媒体设备的机房。多媒体技术具有良好的直观性、形象性和趣味性等特点，是教学的一大帮手，能进一步将课堂内容的理论教学与实际操作同步进行，更好的让学生学习、吸收课程内容。在课程设计中，引入虚拟课题作为教学方案，将多种软件的使用和课题的研究思路结合起来，以课题研究思路为教学的基本大纲路线，按步骤在各个环节中引入所需的常用软件，从而将计算机作为理论教学和实际应用的缓冲结合点，通过虚拟课题的方法将学生在课堂所学的理论知识融会贯通，为实际课题研究以及论文写作奠定基础。
（二）教学内容设计
课程规划上主要以虚拟课题的相关文献为案例，通过探讨课题的研究思路和方法，研究过程中所需要处理的问题等，循序渐进，逐渐介绍文献检索、实验设计（chemical office）、数据分析（IR，NMR）、图形处理（Origin，Adobe Photoshop）等等，为毕业论文的展开做铺垫。教学内容具体如下：
1.首先确立学生所感兴趣的研究方向或课题，并以此对学生进行简单的分组，以方便后期进行更多的教学互动。在此过程中向学生介绍常见搜索引擎，如Google，Yahoo，百度等，这些常用搜索引擎可以较为方便的提供一定的信息。而常用数据库，如中国知网（CNKI），万方数据库，ScienceDirect，RSC，ACS，Wiley-Blackwell等，借助简单的检索字段，包括Any Field（全文）、Title（篇名）、Abstract（文摘）、Author's Name（作者姓名）、Journal Title（期刊名称）等可以检索到相关研究论文文献，让学生带着自身目的去学习、掌握、运用诸多数据库进行文献检索。
2.当课题资料的收集结束之后，设想课题如何进行，设计一定的实验方案。该过程中利用chemical office是较为普遍的一款应用软件、可以满足各种分子结构的设计、反应方程式的设计、基本示意图的设计以及核磁结构的模拟分析。具体教学内容以虚拟课题中的文献相关图谱为案例，通过对文献图谱的剖析，让教学更为直观，同时上机模拟作图，加深印象和增强操作熟练度，并且鼓励设计新的设计路线，如反应合成路线、实验基本示意图等。
3.随着课题探讨的深入，课堂内容会不断涉及结构分析表征，如IR，NMR等。在此，IR，NMR软件的常规使用与分析，包括常见结构的特征峰和化学位移、峰值面积的积分比较等等都将成为基本的教学内容，让学生尽可能的认识到在材料科学研究中结构分析的重要性。
4.在众多的数据处理中，Origin由于功能强大，被公认为是最快、最灵活、使用最容易的工程绘图软件。因此教学中需要重点介绍Origin在数据处理中的应用。着重介绍各种图谱，包括数据的调整、排序、计算，统计和曲线拟合，以及直线图、散点图、饼图、柱状图、三维图表的绘制。以虚拟课题中出现的文献案例为教学案例，循序渐进，让学生由简入难，由粗到细。
5.随着文献的阅读和自我作图的实践，学生会发现优秀文献中的图谱总是让人赏心悦目。教学中通过与优秀文献中图片处理效果的对比，逐渐提高学生对数据处理的要求。Adobe Photoshop简称PS，使用其众多的编修与绘图工具，可以有效地进行图片编辑工作。因而学会将PS的图片处理功能运用到材料科学研究领域中则会使图片效果大大提升，做到科学严谨又不失观赏性。
6.当有了出色的研究成果之后，需要的便是如何更好的呈现自身的工作。为此，如何运用PPT技术制作一份精美的论文报告是展现成果的关键。鉴于计算机课程的普遍性，相信学生对简单的PPT制作并不陌生，因而课程内容中转为更高层次的PPT技术讲解，包括论文报告型PPT的一般逻辑思路、PPT中的图形制作、模板的设计、PPT的美化等等，让学生能体会到PPT制作对论文结果报告的重要性，提高学生在PPT的制作上的布局和美化意识，为毕业设计环节的PPT制作提前做准备。
（三）实验内容设计
针对常用化学软件学习的实践性、应用性较强的特点，我们将理论教学和实际上机操作设计成同步进行。而同步进行的教学模式能让学生加深课堂印象，也更有利于学生及时发现自身在软件操作应用上的盲区，因而能更好的将知识讲解和动手操作相结合，起到以点带面、强化应用的作用。如在讲解chemical office作图时，首先可以让学生学习模仿，而后鼓励学生自行设计，更深一步的让学生去体验挖掘chemical office中的作图技巧。
三、教学方案特色
通过虚拟课题的引入，使得本文所提出的教学方案的特色在于：1.课程内容的确立有学生的参与，虚拟课题的选定由学生自主分组确定，逐渐让学生主导课堂，教师则成为摆渡护航的角色；2.教学内容符合学生所需，为毕业设环节做铺垫，课题内容设计上更有针对性；3.教学过程中时时刻刻充满师生的互动，学生在自我的求知欲望下能更好的投入课程学习中，从而营造更好的教学氛围，以便获得更优的教学成果。
四、小结
本文结合自身专业特色，提出了基于虚拟课题的教学方案，目的在于让教学更好的触及学生所需要和学生所感兴趣的领域，从而提高学生学习的兴趣、专注度，同时将理论多媒体教学与实际上机操作同步进行，进一步提高课程教学的直观性和趣味性，以期获得更好的教学成果。总的来说，改善计算机在材料科学的应用课程的教学是一个系统的工程，对于高分子材料专业的学生来说，如何将计算机知识和高分子专业知识，以及自身所需有机地结合起来具有更加重要的意义。只有将三者有机结合，才能使学校教育真正满足学生的需求，让老师教得舒心，学生学得开心。再者，除去教学内容的不断改善之外，教师对教学的投入度，对学生的关爱度也是教学成功的一个重大因素所在，因而不论是教学内容还是教学态度都将是我们应改善的地方。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 胡，杨明波.计算机在材料科学中应用课程教学设计[J].铸造技术，2007（7）：991-993.
[2] 韩强，李涛，赵鸣，等.《计算机在材料科学中的应用》课程改革探讨[J].内蒙古教育，2011：20-21.
篇11
本论文主要证明在RC电路放电时电压随时间的变化关系实验.
在RC电路中，当电容两端有电压时，关闭开关，电流通过电阻，此时电路中电压随时间的变化成何种规律。作者在一本教科书中发现前人已经得出结论，电压与时间的关系式是.作者通过实验测量出5个时间点的电压值与在相同时间点的理论值相比较，看两者是否接近或相等。
2设计原理及方法：
2.1RC电路放电原理：
电路的过渡过程是指从一种稳定状态转到另一种稳定状态所经历的变化过程，其变化十分短暂而且是单次变化过程。对时间常数τ较大的电路，可用慢扫描长余辉示波器观察光点移动的轨迹。对时间常数τ较小的电路，必须使这种单次变化的过程重复出现。为此，我们利用NE555方波发生电路输出的方波来模拟阶跃激励信号，即令方波输出的上升沿作为零状态响应的正阶跃激励信号；方波下降沿作为零输入响应的负阶跃激励信号，选择方波的重复周期远大于电路的时间常数τ，就可以观测电路的过渡过程.
在阶跃信号下，RC-阶电路的零输入响应和零状态响应分别按指数规律衰减和增长，其变化的快慢决定于电路的时间常数τ.
2.2时间常数τ的测定方法：
⑴根据-阶微分方程的求解得知
（1）
方程⑴为电容放电过程方程，其中U是放电前电容两端的电压.
当t=τ时，U0＝0.368U.此时所对应的时间就等于τ。其零输入响应的波形如图1测试电路如图2⑴所示.
⑵由零状态响应波形增长到0.632U所对应的时间就等于τ。其测试电路及波形如图2⑵和图3所示.
⑶微分电路和积分电路是RC一阶电路中较典型的应用电路，它对电路时间常数τ和输入信号的周期T有着特定的要求.
RC串联电路，如果满足τ＝RC<<T/2（T为方波脉冲中的重复周期），且由R端作为响应输出，这就成了一个微分电路.
（2）
由式（2）可知：电路的输出信号电压与输入信号电压的微分成正比，电路如图4⑴.
将图4⑴中的R与C位置调换一下，即由C端作为响应输出，且当电路参数的选择满足τ＝RC>>T/2条件时，则称为积分电路.
（3）
由式(3)可知：电路的输出电压与输入电压的积分成正比，电路如图4⑵.
2.3实验仪器与软件介绍
声卡是多媒体技术中最基本的组成部分，是实现声波／数字信号相互转换的一种硬件.在一块声卡上有晶振，AD/DA转换芯片和数字处理芯片及其他辅助电路.因此，它可以作为数据采集卡使用，不过被采集号的频率被限制在音频范围之内.设定了采集频率，采样位数，缓冲区大小之后，再利用声卡的DMA方式进行数据采集工作。利用LabWindows/CVI环境下，借助硬件驱动程序对声卡的采集频率，采样位数，缓冲区大小等分别进行控制，根据用户的需要调整波形显示，进行波形分析，从而构成功能强大的虚拟存储示波器.
CoolEdit软件与外电路是通过声卡的连接,当外电路的开关关闭再打开,在CoolEdit软件的界面会显示出电压与时间的关系图形.将图形剪切下来,与.mav的文件形式储存起来.
MATLAB是数学软件,主要用于对图象的研究,精确度较高.
2.4实验设计方法
（1）设置声卡
①打开声音高级控制.
图5
②选择录音属性，打开录音音量控制面板，将输入方式选成Line。
③关闭不必要的声音特效，以免左右声道互相干扰。
④如果无信号时背景噪声较大，可以尝试将一些选项静音，特别是CD音频。
⑤调整输入和输出的平衡，可借助示波器部分和信号发生器部分实现。
这时信号是从LineIn口输入的.在输出音频信号时,输入口是没有信号的.
如果使用其他声卡,可参照以上步骤设置.注意使用万能声卡驱动程序或自带驱动程序,不要使用Windows带的驱动程序.如果仍无法正确工作,可换一个驱动程序试试.可能出现的情况:
a声卡上没有LineIn口,只有MIC口,在一些廉价主板集成的声卡上会有这种情况,因为MIC口通常是声道,也就是示波器只能单踪工作.
b打开信号发生器,示波器上同时显示波形,这是输出反馈到输入端造成的,可修改各项设置.
(2)在实验线路板上选取R=5kΩ,C=10μF组成如图2所示的RC充放电电路.NE555信号发生器输出的方波信号电压U=1.5V,频率f=1kHz,将自制电缆线Φ3.5立体声插头插入声卡的LineIn,另一边接到实验线路板上的激励端口所在位置.
(3)在虚拟示波器上观察激励与响应的变化规律,来测时间常数τ,通过调整虚拟示波器界面上的增益、时基和网格按钮,可清晰地观测RC的响应曲线,并可计算出时间常数τ.对于R=5kΩ,C=10μF的RC响应曲线如图6所示.
图6
(4)适当地改变电容或电阻值,观察波形变化情况,记录观察到的现象.
①选取R=10kΩ,C=10μF,观察并绘制响应的波形,继续增大C之值,定性地观察响应的影响.
②选取R=15kΩ,C=20μF,组成如图4(1)所示的微分电路,在同样的方波激励信号作用下,观测并绘制激励与响应的波形.
3数据分析电压时间
实验所测得电压随时间变化曲线如图7
4实验结果分析
①通过计算在相同时间点电压理论计算值与电压实际测量的结果的比例进行比较,我们可以发现相同时间的电压比值几乎相等,作者在通过改变R与C的值发现相似的结论,由此可以证实前人研究.
②本实验精确度较高,但难免有误差的出现,首先在截图时,很难从电压最大值开始截取;其次在用MATLAB对图形进行处理时,很难在特定时间内找到所对应的电压值点,作者因此选取在此附近的点,由此产生的误差可达到万分之一.而且用声卡测试仪器时,难免有噪音的的影响.
③声卡测试仪器的优点:可以将电路与计算机连接在一起,并截取录音,传送给计算机处理.
声卡测试仪器的局限性:容易受外界环境及本身其他的功能影响.
5结束语
本实验室属于计算机应用实验，难度较高。实验要求会使用CoolEditPro2.0，MATLAB6.1等软件,熟悉声卡的原理，计算机基本知识及物理原理等等.在此应该特别感谢鲁晓东老师,胡依杰同学及费芬同学对我的帮助,他们帮助我找到很多关于这方面的资料.在此次实验中证实前人已经得出的RC电路放电电压变化规律，即电压与时间的关系式结论.
篇12
基于计算机网络的教育教学手段，以其特有的交互性强、信息量大等特点带来了全新的教学模式和学习方式，成为2l世纪现代教育技术发展的重要方向。充分运用网络技术，构建网络环境下的创新教学模式，提高和培养学生的创新意识，挖掘学生的创造潜力，训练和强化学生的协作能力，同时使自主学习、合作学习和探究式学习贯穿其中，不仅能为学生提供一门理想的学习认知工具，而且极大地拓展了教育教学的时空领域，有利于培养具有创新精神和实践能力的人才。
基于网络的创新教学模式的研究，就是利用网络作为教学工具、学习工具、环境构建工具，研究基于网络的创新教学模式及实现条件，包括内容有教师、学生、课程内容、教学手段、教学的进行组合等，以培养适应信息时展要求的高素质的创新人才。
1基于网络的创新教学模式
研究基于网络的创新教学，要从现代教育技术的角度，运用建构主义理论，将课程教学与网络有机地结合起来，以培养学生创新能力为出发点搞好各项教学改革。基于网络的教学模式有多种：
1．1传统式教学模式，它有同步和异步讲授两种方式：(1)同步讲授方式利用视频会议系统实现教师和学生同时在不同地点上课，师生之间可以利用通信手段进行简单的交互。教学过程中，教师讲解并呈现教学资料，学生通过网络同步浏览、听课、提出问题和回答问题，教师可以实时接收学生反馈信息并及时给予解释和应答。这种教学模式中，教师是教学活动的中心，学生仍然处于被动学习的状态。(2)异步讲授模式是教师将教学资源以一定的形式组织到网络上，学生随时通过网络学习使用这些资源。这种模式有利于学生自主学习，但缺乏授课过程中师生实时交互。
1．2个别辅导教学模式，它是利用教学专家系统实现网络环境下学生自主学习，能通过对学生的测试判断学生现有水平，引导学生以人机交互方式进行学习。这种模式能做到因材施教，提高个别化学习效果，有利于激发学生学习的主动性和积极性，但对系统要求高。
1．3讨论式教学模式，它一般是由专家或教师在网络上建立具有特定主题的讨论区，如电子公告板(BBS)、在线聊天室等进行交流，学生可在讨论区发表自己的观点和看法，每个人的发言都会及时被参与讨论的学习者和教师看到，并通过相互评论交流获取知识。
1．4探索学习教学模式，这种模式中学生按照自己的学习需要，通过在线教学资源、数字图书馆或Iternet中查询、获取相关资料。这种学习方式既有利于对学生进行个性化教育和创新教育，又能有效地激发学生学习的自主性和积极性。
1．5协作学习教学模式，它是通过利用计算机网络由多个学习者，针对同一学习内容彼此交流与合作，以达到对教学内容更加深刻的理解和掌握的过程。协作学习系统要求系统必须支持多个学习者同时在线进行交流合作，以使学生完成对同一主题进行分工协作、共同交流，达到共同完成对某个问题的解决方案的目的。这种模式有利于促进学生高级认知能力的发展，有利于培养团队协作精神。
基于网络的创新教学模式，其基本思想是在建构主义学习理论的指导下，以网络为纽带，充分整合现有的各种教育资源和教学模式，注重学生专业技能、自学能力与创新能力的训练，培养全面发展的创新型高素质人才。第一，让学生将网络资源学习与课堂教学相结合，创新性地开展个别化的学习，有针对性地解决学习中的问题，提高学生学习的积极主动性；第二，让学生通过网络实验的实践操练与设计，切实提高学生的实践操作能力和创新素质；第三，充分发挥网络资源优势，构建有利于培养学生创新能力的探索学习教学环境。
2基于网络的数字电子技术创新教学实践
2．1构建有利于学生创新学习的网络教学支撑环境资源丰富、学习平台设计系统良好是开展网络学习的前提条件。根据网络学习的模式要求，网络课程设计除了课程教学资源—包括课程相关的媒体素材、试题库、多媒体CAI课件、试卷、教学案例、文献资料、常见问题解答库、资料目录索引和网络课程等资源外，还需要设计：在线授课、在线讨论学习、在线答疑、作业提交和评阅、在线测试、在线考试和虚拟实验等。
为学生提供课程的学习资源时，要提供自主探索、多重交互、合作学习、资源共享的学习环境，把学生的主动性、积极性充分调动起来。在数字电子技术网络教学环境设计中，第一，将课程章节内容按“学习目标和基本要求、知识联系、主要内容、难点释疑、例题分析、自我检测、实验指导和知识扩展”等内容制作课件，同时将相关学习资源、网络课件资源都放在网络上给学生自主学习。第二，建设师生交流电子公告板，由教师根据学习主题拟定讨论课题供学生讨论交流，提高教学的有效性。学生学习情况和意见也通过电子信箱直接反馈给教师，便于教师了解学生学习状况及调整教学进度、教学方法。第三，逐步研究建设在线讨论和虚拟实验等平台，构建有利于学生创新学习的环境。
2．2利用网络积极开展创新实验设计数字电子技术教学不仅是让学生掌握电路的基本原理和方法，更重要的是培养学生对电路的分析、设计和创新能力。注意理论与实践并重，知识与技能并重，实验的作用不仅仅是验证理论的正确性和训练学生的操作技能，更重要的是在网络技术手段的支持下，不断改进实验内容、实验方法和实验手段，积极开展创新研究实践，努力提高学生的创新素质。
构建实验课程体系的创新能力培养模式，实现信息技术与电子技术相互渗透，电子技术实验课就必须运用计算机技术，引入虚拟实验内容。EDA技术是电子设计领域的一场革命，它改革实验内容、形式、方法，已成为高校现代教育技术建设的重要内容，对加强实践教学环节、改革教学内容、形式有着重要意义。
利用网络积极搞好虚拟实验的系统设计是开展创新学习重要的组成部分。与传统实验方式相比较，更能突出实验教学中以学生为中心的开放式教学模式，从而提高学生对电路的综合分析能力、设计能力以及创新能力。虚拟实验设计一般有二种方法：一种是利用电子技术进行设计和仿真教学的计算机软件MULTI．SIM、PSPICE、PROTEL99SE、PowerPCB等等开展。VHDL是通过语言实现硬件电路设计，一般采用自上而下的设计方法，通过分析系统总体所要实现的功能，自上而下地将系统总体功能分解成各模块的功能，通过实现各模块的功能设计来完成整个系统硬件电路的设计。另一种是制作虚拟实验系统，虚拟实验系统的主要任务是提供实验情景、交互操作、结果呈现、数据分析等功能。在虚拟实验场景中，系统能够模拟各个实验设备的功能以及实现在这些虚拟的“实验设备”之间的信号传递，以实现对真实实验的模拟，达到教学目的。
从培养学生分析能力和综合能力角度出发，实验课不应局限在单纯的数据测试与记录上，要求学生能对电路性能的比较，能即时仿真，捕捉电路故障，设计出符合要求的功能电路。如数字电子技术课程设计中，通过应用PLD器件和MAX+plusII等软件设计方法完成某一数字系统的设计，以更深刻理解EDA原理，提高PLD器件的应用和开发能力，培养创新型高素质人才。在实验内容安排上，以设计实验为主，验证性实验为辅；协调硬件实验与软件实验的关系，将硬件实验与软件实验有机结合，首先以计算机仿真分析和辅助设计的方式进行，其次开展实际实验，并与仿真结果进行对比验证。通过一个完整的电子电路的设计制作使学生初步了解产品开发、设计、研究的全过程，了解电子设计的新概念、新技术和新方法。在系统可编程技术的应用使得数字系统的设计不再受实验室器件设备的限制，学生有了发挥的余地和创新的空间。
在《数字电子技术》实践教学中，把实验课分为基础实验、设计实验和综合创新设计实验三个台阶，并运用EWB进行电子技术的仿真实验。“基础实验”训练常用电子仪器的使用方法和数字电子基础电路的基本测试方法，它所涉及的内容与课堂教学内容紧密相关，充分体现课程的实践性；“设计实验”是具有特定功能的数字系统的综合与实现，是学生将理论与实践相结合的过程，也是学生知识、能力和素质同步提高的阶段；“综合创新设计实验”是数字电路的电子系统的设计和实现，．是学生将所学习的知识进行综合运用的过程，也是学生进行交叉学科知识整合的过程，更是提高学生综合实践能力、培养创新能力的过程。在设计实验和综合创新设计实验别鼓励学生自拟实验项目，课内外学习相互结合，课堂教学与实践教学相融合，使学生视野开阔，有效地培养学生的创新思维和独立分析问题、解决问题的能力。第三，积极鼓励和引导学生开展第二课堂活动。组织电子课外活动小组，以电子竞赛的形式加强学生的训练，锻炼学生将理论知识应用于实际的能力；通过进行单片机、EDA和数字电子技术的专门培训，使学生掌握了相关的应用技术。
2．3开展网络探索协作学习。培养创新精神素质提供相关在线教学资源和相关Internet查询网站，方便学生获取相关课程学习资料，必须结合学生实际和课程特点努力建设。随着我国精品课程的建设，“积极推进网络教育资源开发和共享平台建设，建设面向全国高校的精品课程和立体化教材的数字化资源中心，建成一批具有示范作用和服务功能的数字化学习中心，实现精品课程的教案、大纲、习题、实验、教学文件以及参考资料等教学资源上网开放，为广大教师和学生提供免费享用的优质教育资源，完善服务终身学习的支持服务体系”，这也为学生开展探索学习教学提供了有利的条件。
在组织开展探索学习过程中，关键是要设计好需要探索的相关课题。如在数字电子技术网络学习中，设计一个探索课题一一“由计数集成电路74LS161如何构成39进制计数器?”这一课题目前国内各种教材论述不一，有些分析甚至是错误的。学生如果仅从课文内容去学习，学习效果就不明显。而充分利用网络学习，学生就能结合集成电路7415161的引脚功能、使用要求等方面分析，大家每个人都在BBS上各抒己见时，产生了争论，思考周密的学生就在言谈中扮演了指导者的角色，同时也拓展了分析问题的广度，形成了一个阶梯状的发展过程，学生创新精神素质也在探索过程中得到培养。
篇13
(1)从自主设计型实验教学谈学生实验技能的培养 王冰 王世仪 张成鸿 周万春 黄敏 刘佳
实验技术
(4)履带式双人休闲运动车的研制 张印 李小昱 王为 向德虎 冀牧野
(8)6-甲基尿嘧啶的绿色合成 耿静漪 姜文清 贾定先
(11)fe／cu-edta络合电极电势的影响因素及探索 王新红 戴兢陶
(14)自噬与阿尔茨海默病的实验设计及结果初探 金岳心子 高超 李婷
(17)基于fpga的立体停车场控制程序设计 韩延义 尹睿涵 徐帅 李岳
(21)带式输送机从动轴的疲劳分析 周立彬 陈焕国
(24)换热器性能参数实验台自动测试系统的改进 王亚辉 田瑞 冯志诚 王召阳
(27)基于gsm技术的温度报警系统的设计与实现 周曦国 陶薇薇
实验研究
(30)小麦幼苗微管结合蛋白map65s体外对微管聚合影响的研究 马爱珍 韩榕
(34)几种生物质活性炭处理有机实验室废水的研究 屈军艳 胡成 殷明义
(38)试管比色法检测淀粉酶值实验教学中的问题探讨 杨萍萍 徐瑞雪 刘美 崔言顺
(41)bifeo3及其掺杂体系薄膜的结构及性能研究 吕平 宋涛 张曰理 闫宁
(45)茶叶渣负载羟基氧化铁的制备、表征及吸附性能的研究 黄秋香 张庆乐 李娜 李敏 葛海燕
无
(49)参考文献 无
实验研究
(50)絮凝固液分离技术处理废弃泥浆试验研究 杨春英 白晨光 马庆松
无
(53)如何写科技论文的“结果与讨论” 无
实验教学
(54)基于matlab的电力电子技术课程的教学探索 陈宏
(58)面向工程实践能力培养的高分子物理实验教改与实践 李景庆 郑俊萍 崔振铎 原续波 沈永涛 王玮 冯奕钰
(62)强化实验教学管理 提高实验教学质量的措施 段祖安
(65)基于cdio模式的微机原理与接口技术课程实验教学改革与实践 李珍香 李全福
(69)仪器分析实验教学的探索与研究 于专妮 王强
(71)基于创新型人才培养的开放性实验教学在生物专业的实践 洪军 胡建业 王福梅
(74)“公能”素质教育与电子信息实验教学改革与探索 高艺 孙桂玲 李晓晨
(77)地方理工院校微生物学实验教学体系的构建 于洪飞 龚红梅
(80)地球物理专业数字信号处理实验教学的探索 郑晶 彭苏萍 朱国维
何登科
(83)计算机导论实验教学的探索与改进 陈武
(86)卓越工程师培养目标下的液压传动实验教学改革探讨 韩克镇 刘军营 王勇 刘同义 许同乐
(89)测试技术实验教学的特色创新实践 袁庆丹 刘军 唐东炜
(92)以培养创新型人才为目标的计算机硬件实验教学的研究与探索 王晓迪 孙建国 武俊鹏 张国印
(95)兽医外科手术学实验教学改革 王华 周孝琼
(98)虚拟实验在医学化学实验中的应用 刘慧中 周金娥 李月琴 蔡玉兴 金玉杰 方敏
计算机应用
(101)高校校园网网络系统安全隐患防范对策探讨 姜贵平 时鑫 秦羽丰 孙海龙
(104)信息技术教育中的联想教学法研究 陈美芳 毛淑娟
(108)使用excel软件求取反应级数的快速方法 葛华才 朱明丽
(111)基于校园网的统一威胁管理研究与应用 孙恒
(115)结合多媒体技术的实验教学改革 王良成
实验室建设与管理
(118)开放与共享实验室教学模式的构建 王玉法 梅兰兰
无
(121)高校本科实验教学工作水平评估标准介绍 无
实验室建设与管理
(122)基于卓越工程师培养的工厂供电实验室建设 刘燕 鲁明丽 秦维勇
(125)基于局域网的金属材料热处理虚拟实验室构建 包俊成 王志奇 毕大森 高新树
无
(128)如何写科技论文的“实验方法” 无
实验室建设与管理
(129)高校实验室开放与管理模式的实践与探索 彭儒武 徐海花
(133)大类专业招生制下的实验室构建 严家斌
(137)浅谈经管类专业实验室的建设 王永会
(140)电气控制实验室管理模式研究与实践 赵亚范
(143)独立学院建立经管实验教学示范中心的思考 熊小芬
实习与实训
(146)以基础化学实验为载体培养学生绿色化意识与技能 林晓辉 董建 陈震 葛燕青 姜洪丽 曹晓群
(150)研究型自然地理实践教学模式探讨 衣华鹏 张鹏宴
(153)构建安全科学与工程实验教学平台的探索与实践 杨永良 李增华 侯世松 左树勋
(156)基于知识网络的高校数字教学资源平台的共建与共享 郭广航
(159)基于协同模式的中药资源专业实践教学体系的研究与方法 毕建杰 祝丽香 张明忠 霍学慧 叶宝兴 孙印石
(162)船用柴油机实践教学的探索与实践 欧大生 陈萍 王悦民 张剑平
&
nbsp; (166)面向实践的“微机原理及应用”教学探索 刘迎澍 金文 陈曦 张慧群
(169)探析独立学院手工会计实务综合设计性实验的必要性 李淑芳
(173)案例教学法在智能仪器设计教学实践中的应用 陈颖 林育兹
仪器、设备、技术
(176)离心泵综合演示装置的研制 曹亚鹏 袁中凯 任少锋 杜恪听
(179)水源热泵机组性能测试实验台设计方案探讨 崔四齐 杨晓明
(184)硅mems陀螺教学实验平台搭建 郭占社 曹乐 王显波 韩景轩
实验物资购、供、管
(187)高校可共用资源管理模式和运行机制研究 武向侠 落巨福 王惟远 白垅 梁宏 张月琪
无
(189)加强教学基础建设提高人才培养的能力和水平 无
研讨与交流
(190)植物组织培养实验课程取材途径 刘清波 黄红梅 陈智勇 覃静萍 赵燕 黄丽华
(193)机械设计制造及其自动化专业毕业实习的改革 何荣华 王一鹏
(196)谈物理化学实验的有效数字问题 任聚杰 郭子成
(199)巧妙利用生物化学实验中的错误 冯俊荣
(202)物理实验与基础力学实验承继和衔接问题探索与实践 王润永 杜宁 王琳 张敬东
无
(206)如何写论文摘要 无
研讨与交流
(207)颁获 无
