教学实验系统

教学实验系统（精选十篇）

教学实验系统 篇1

关键词：信号与系统,Matlab,实验仿真教学,Simulink

0 引 言

信号与系统的基本概念、基本理论与分析方法在不同学科、专业之间有着广泛应用和交叉渗透[1]。“信号与系统”课程[2,3]作为电气信息类专业的学科基础课程[4],在专业教育中有着非常重要的地位。由于该课程自身的特点[5,6],决定了其是一门数学方法、专业理论、分析方法和工程应用密切相结合的课程,不仅要求学生能灵活地应用多种数学方法解决专业理论问题,而且还强调工程上的应用与实践,因此对理论教学和实验[7]都提出了很高的要求。

目前,信号与系统课程实验的实验方法和手段大都还局限在硬件实验上,实验内容、实验方法和手段上均不够深入和灵活,难以满足对理论教学上的支持和工程实践上的要求。为了使学生能更好地理解信号与系统的基本概念、基本理论与分析方法及其应用,克服硬件实验的限制以及实验条件投入的不足,有必要对“信号与系统”实验教学进行改革研究,建立软件仿真实验系统,拓展实验教学的内容和灵活性,使学生有能力进行软件仿真实验,突出学生实践能力和创新能力的培养。

1 系统开发工具简介

Matlab是美国MathWorks公司推出的优秀的科技应用软件。Matlab功能强大,可以进行数值计算和符号计算,编程界面友好,语言自然,开放性强,而且有众多的工具箱可以使用。将Matlab软件用于工程应用和解决实际问题[8],可以不必关心复杂的理论,具有编程快捷方便的特点。

Simulink是Matlab软件的扩展,是对系统进行建模、模拟和分析的软件。Simulink以模块为单元,通过模块之间的连接和属性的设置,进行系统模拟和仿真分析[9]。它的模块库包括连续模块、离散模块、信号和系统模块、数学模块以及信号源模块等。而且模型具有层次性,可以通过底层的子模块构建复杂的上层模块。

该实验系统开发工具采用Matlab和Simulink完成仿真系统的设计与开发。

2 仿真系统设计

2.1 系统设计思路

在系统设计方面采用自上而下的设计方法,对实验内容进行分类,层层推进。该系统采用模块的方式,将实验内容分为3大类、14个子类,围绕基础型、综合提高型和研究创新型3个层次,设计实验内容。每个模块均有开发扩展接口,便于二次开发。同时,充分考虑了教师的教学规律和学生的认知规律,具有引导性和启发性,而且实验内容与理论课程教学内容同步,便于学生理解。

该实验系统采用灵活的软件实验来代替硬件实验的方式,弥补了硬件实验的不足之处。在实验仿真系统中给出了大量的图形,并辅以文字说明,做到图文并茂,使得理论课程的教学内容在实验中进行时变得直观、清晰,易于理解。

2.2 实验内容设计

在实验内容方面,从基础型实验、提高型实验和创新研究型实验三个层次,结合工程应用进行设计。注重学生能力的培养和素质的提高。实验内容涵盖实验课程的全部内容,包括连续系统的时域、频域、复频域分析和离散系统的时域、Z域分析以及综合实验部分即系统分析与仿真。实验系统不仅介绍理论内容的实验仿真,而且真正做到理论联系实际,部分实验内容(如通信系统仿真、信号频谱搬移等)与现实生活紧密结合,贴近生活,具有丰富的时代气息,从而使学生学会用信号与系统的观点和方法来解决实际问题,真正做到学以致用,从各方面培养学生的创新能力和实践能力。

实验内容详细设计说明如下:

(1) 连续系统的时域分析包括信号的时域运算和二阶系统时域分析(见图1)。该部分属于基础性实验内容,可以通过选择不同类型的信号进行时域运算。在系统时域分析方面,以二阶系统为例,要求掌握系统响应的时域求解方法。

(2) 频域分析包括常用信号的傅里叶变换以及傅里叶变换的性质,作为频域分析的重要应用,抽样与恢复部分包括信号的抽样与重构。该部分实验属于综合提高型,是通信系统仿真的基础。

(3) 信号分析以方波的合成与分解为例,重点讨论信号的合成、分解方法,一步一步完成,每一步都有具体的图形与信号合成(分解)的效果,步骤清晰,便于学习。信号分析中的双边带信号频谱,以通信系统为例,介绍频谱搬移的过程,同时联系生活实际。该实验与工程应用紧密结合,讨论信号频谱的搬移过程和方法,只需鼠标点击和拖曳即可完成实验,操作简单,图形直观,形象生动。

(4) 复频域分析包括系统的零极点分析、稳定性分析以及系统响应。该部分属于提高型实验,从S域分析系统,并与工程应用中实际系统的稳定性相结合;

(5) 离散系统时域部分包括离散信号的时域运算如信号的加、减、乘。

(6) 离散系统的时域分析包括差分方程的求解,并重点讨论序列卷积的计算及说明,如图2(a)所示;

(7) 离散系统Z域分析包括零极点求解、频率特性、序列的响应和稳定性分析等,如图2(b)所示;

(8) 信号与系统的综合分析包括系统分析和系统仿真,采用Matlab软件的Simulink仿真完成,以系统框图的形式完成实验,功能强大,操作方便。时域分析部分内容包括一阶、二阶系统的时域特性仿真分析(见图3);频域仿真分析属于研究创新型实验,采用系统仿真的方式,以频谱搬移过程的系统仿真为例进行,但对复杂的通信系统进行仿真,可以查看各个框图、部件的时域波形、频域的频率特性,对信号与系统的实际应用有充分的了解和认识。具体实验内容及安排见表1。

2.3 系统界面设计

实验仿真教学系统界面设计中,避免繁琐,崇尚简洁,亲切自然,因而界面直观、清晰,导航方便,具有良好的人机交互页面,能够非常容易的找到需要的实验内容;同时色彩搭配柔和,给人朴实、安静而又进取的感觉,有利于集中精力进行教学和学习。实验内容部分页面和系统分析与仿真页面如图4所示。

3 系统特点

“信号与系统”实验仿真教学系统内容全面,包含“信号与系统”课程实验的全部主要内容和知识点,教师与学生可以用软件来完成实验内容的教学和学习,有助于学生加强对课程基本概念和重点、难点的理解和掌握,而且不受时间和空间的限制,便于实验教学工作的开展。

该系统具有二次开发功能。该系统在使用中可以结合实际情况,给教师和学生提供程序源代码,教师和学生可以进一步补充和完善实验内容,也可以添加新的实验内容由学生来完成。因而,学生具有更多的发挥空间,更有利于发挥主观能动性。

4 结 语

“信号与系统”实验仿真教学系统,内容全面、翔实,是集计算机技术和现代教育技术手段于一体的多媒体实验教学系统,便于教师进行课堂实验教学和学生软件实验的学习。

通过近三年的实验教学使用,采用该实验仿真系统,避免了硬件实验过程中的不确定性因素的影响,实验灵活方便,有利于拓展学生的思维能力和想象空间,为信号与系统课程的实验教学工作提供有力保障。

参考文献

[1]金波.信号与系统课程教学改革初探[J].电气电子教学学报,2007,29(4):7-8,11.

[2]奥本海姆.信号与系统(英文版)[M].2版.北京:电子工业出版社,2009.

[3]吴大正.信号与线性系统分析[M].4版.北京:高等教育出版社,2005.

[4]中华人民共和国教育部高等教育司.普通高等学校本科专业目录和专业介绍[M].北京:高等教育出版社,1998.

[5]郑君里.教与写的记忆:信号与系统评注[M].北京:高等教育出版社,2005.

[6]徐守时.信号与系统理论、方法和应用[M].合肥:中国科学技术大学出版社,2008.

[7]刘锋,段红,熊庆旭,等.信号与系统实验教学改革[J].实验技术与管理,2008,25(3):118-120.

[8]王洁丽,贾素梅,薛芳.Matlab软件在信号与系统辅助教学中的应用[J].现代电子技术,2007,30(6):123-125.

《信号与系统》实验教学大纲 篇2

电子科技大学上机实验教学大纲

一、课程名称：信号与系统

（一）本课程实验总体介绍

1、本课程上机实验的任务：

使学生学会MATLAB的数值计算功能，将学生从烦琐的数学运算中解脱出来；让学生将课程中的重点、难点及部分课后练习用MATLAB进行形象、直观的可视化计算机模拟与仿真实现；培养学生的创新意识和独立解决问题的能力，为学习后续的专业课程打下坚实的基础。

2、本课程上机实验简介：

《信号与系统》上机实验是以计算机为辅助教学手段，用信号分析软件帮助学生完成数值计算、信号与系统分析的可视化建模及仿真调试，培养学生掌握运用先进的MATLAB工具软件进行信号与系统分析的能力。

3、本课程适用专业：电子信息类各专业。

4、本课程上机实验涉及核心知识点：

① 连续时间信号的卷积积分与离散时间信号的卷积和 ② LTI系统的特征函数、滤波 ③ 信号与系统的时域频域特性 ④ LTI系统的复频域分析

5、本课程上机实验重点与难点：

① 利用MATLAB实现连续时间周期信号的傅里叶级数分解与综合 ② 傅里叶变换的性质及MATLAB实现 ③ 连续时间系统频率响应的几何确定法

6、本课程上机实验运用软件名称：MATLAB

7、总学时：8

8、教材名称及教材性质：

“Exploration in Signals and Systems Using MATLAB”

John R.Buck , Michael M.Daniel

刘树棠 译，西安交通大学出版社，2000

课程实验教学大纲

9、参考资料：

《信号与系统分析及MATLAB实现》

梁虹、梁洁、陈跃斌等，电子工业出版社，2002年。

（二）包含实验项目基本信息 实验项目1

一、实验项目名称：MATLAB编程基础及典型实例

二、上机实验题目：信号的时域运算及MATLAB实现

1、实验项目的目的和任务：

掌握MATLAB编程及绘图基础，实现信号的可视化表示。

2、上机实验内容：

① 画出离散时间正弦信号并确定基波周期： 1.2节(d)② 离散时间系统性质：1.4节(a)、(b)③ 卷积计算：2.1节(c)④ 选做：求解差分方程：1.5节(a)

3、学时数：2 实验项目2

一、实验项目名称：周期信号傅里叶分析及其MATLAB实现

二、上机实验题目：特征函数在LTI系统傅里叶分析中的应用 1．实验项目的目的和任务：

掌握特征函数在系统响应分析中的作用，正确理解滤波的概念。2．上机实验内容：

① 函数Filter、Freqz和Freqs的使用：2.2节(g)、3.2节、4.1节 ② 计算离散时间傅里叶级数：3.1节 ③ LTI系统的特征函数：3.4节(a),(b),(c)④ 用离散时间傅里叶级数综合信号：3.5节(d),(e),(f),(h)⑤ 吉布斯现象：根据英文教材Example 3.5验证Fig3.9的吉布斯现象(a)~(d)3．学时数：2

课程实验教学大纲

实验项目3

一、实验项目名称：非周期信号傅里叶分析的MATLAB实现

二、上机实验题目：傅里叶变换的基本性质及其在系统分析中的应用 1．实验项目的目的和任务：

熟练掌握连续时间傅里叶变换的基本性质及其在系统分析中应用。2．上机实验内容：

① 连续时间傅里叶变换性质：4.3节(b)② 求由微分方程描述的单位冲激响应：4.5节(b)③ 计算离散时间傅里叶变换：5.1节(a),(b),(c)④ 由欠采样引起的混叠：7.1节(a),(b),(c),(d)3．学时数：2 实验项目4

一、实验项目名称：LTI系统复频域分析的MATLAB实现

二、上机实验题目：拉氏变换与Z变换的基本性质在系统分析中的应用 1．实验项目的目的和任务：

掌握拉氏变换、Z变换的基本性质及其在系统分析中的典型应用 2．上机实验内容：

教学实验系统 篇3

【关键词】实验教学；虚拟实验；应用体会

实验教学作为医学教育的重要环节，是培养和提高学生基本操作技能和创新能力的主要途径。医学机能学实验是一门将生理学实验、病理生理学实验和药理学实验有机融合的一门综合性实验学科，通过实验和观察实验动物的基本生理生化反应，研究疾病发生的病理生理学机制，分析其干扰因素的影响或药物作用与效应，学习和验证生命活动的基本规律[1]。然而，随着我国教育体制改革的深化，学校不断扩招，教学资源、场地、仪器设备等已经不能满足教学需要，而随着计算机多媒体技术的发展，虚拟实验技术的应用成为机能实验教学改革的趋势。[2]

我校因招生层次增多和规模不断加大，基础实验课时和学生动手操作的机会也相对减少。为有效提高机能实验教学质量，我校在原有Pclab-UE医学机能实验室的基础上，于2012年增建Pclab-V100医学机能虚拟实验室，搭建起虚拟实验网络平台。并充分利用传统和虚拟机能实验资源，通过虚实结合的方式进行实验教学改革，取得了良好的教学效果。

1.虚拟实验教学系统

虚拟实验教学系统是一种运用虚拟现实技术模拟真实实验的计算机教学软件。[3]它采用多媒体技术在计算机上建立虚拟仿真实验室环境，提供可操作的虚拟实验仪器，使学生在互联网上通过接近真实的人机交互界面完成实验。虚拟实验教学系统支持用户开展远程实验和本地实验，共享一个虚拟的实验空间，所有用户通过网络对相同或不同的实验科目进行实际操作，从而实现实验教学和管理的目的。虚拟实验平台与真实实验台一样，能供学生自己动手配置、连接、调节和使用实验仪器设备进行实验。通过该平台，教师既可搭建典型实验或调取实验案例，方便地向学生布置实验任务，还可在实验结束后查看学生的实验结果，给出实验成绩和评价。

2.Pclab-V100医学虚拟实验系统

Pclab-V100医学虚拟实验系统具有完整的知识结构，包括：实验室模块、仪器设备模块、实验动物模块、实验视频模块、高防实验模块、数据统计模块、报告撰写模块、实验研究模块、学习资源模块、思考测验模块。

2.1仪器设备模块介绍包括仪器基础知识、信号采集系统，传感器等。实验动物模块包括手术器械、动物麻醉等介绍。

2.2实验动物模块包括手术器械、动物麻醉、动物操作技术、实验动物等介绍。

2.3数据统计模块包括数据统计理论和统计方法。

2.4报告撰写模块包括研究论文撰写、学生研究论文样例、实验报告撰写。

2.5实验研究模块包括实验研究基础知识、实验设计的三大要素、常用的实验设计方法。

2.6学习资源模块包括教材课件、教学录像、学习资料。

2.7思考测验模块包括实验综合、神经肌肉、镇痛、血液、水肿等测试题库。

3.虚拟实验平台在实验教学中的应用体会

3.1丰富了实验项目。医学机能学实验教学中往往会因为教学经费短缺、实验场地、实验课时限制等原因，使一些实验项目无法开展。而利用虚拟现实系统，可以弥补这方面的不足，使得以前无法开展的实验项目得以充分开展，学生足不出户便可以通过虚拟实验演示或进行操作完成各种各样的实验，从而丰富感性认识，加深对教学内容的理解，大大激发了学生的主动性，更加激励了学生的自主学习性。

3.2节省了教学资源。医学机能学虚拟实验系统以软件仿真引擎为核心，无需使用实验动物、实验试剂和耗材，无论开设多少实验，都无需额外的教学投入，大大地缩减了实验经费，也省去了繁重的实验准备工作。本校的医学生的数量近些年呈逐年上升趋势，由于教学场地、仪器设备的缺乏，传统的机能实验教学中每个实验都是4～5名同学一组，学生在实验课上既看不清楚老师示教又缺少自己动手的机会，严重影响了教学效果。虚拟实验系统是一人一机，每个同学都有机会进行操作。本系统还自带有测试试题，学生在学习完毕后可以进行自我测试，了解自己对于理论知识的掌握程度。

3.3提高了教学效果。利用计算机的模拟功能能实现实验中缓慢过程的快速化或快速过程的缓慢化。相对于传统教学模式中老师枯燥的讲述和黑板板书而言，虚拟实验系统能够将每个实验操作最大程度地进行仿真，将实验过程中的图像、文字、声音以及动画等各种因素融为一体，具有智能性、仿真性、形象性和趣味性，对一些微观世界的现象也可以用虚拟实验技术来模拟，学生就像置身于真实的实验环境中，极大地提高了实验教学的效果。学生通过虚拟实验软件系统可自行设计探索性实验、综合性实验，有利于培养学生的创新能力、实验思维能力和独立解决问题的能力。

3.4提高了实验教学的安全性。一些实验危险性比较高，若操作疏忽，容易对操作者造成危害，如机能学试验中的试剂、药品如操作不慎就可能造成身体伤害。另外像休克的实验中要使用到实验动物犬，如果动物麻醉效果不满意，可能会咬伤老师或学生。而虚拟实验却无任何危险，有毒、有害、污染环境和破坏性实验，都可在虚拟实验室内完成，通过虚拟进行模拟仿真，强化实验现象。

3.5可实现最高效率的资源共享。学校一直提倡医学实验室对外开放，可是由于实验室从周一到周五一直都有实验课，加上实验准备人员和带教老师也没有更多时间和精力在周末将实验室对外开放，所以医学实验的对外开放一直无法执行。有了虚拟实验系统，可以突破时间和空间的限制，通过校园网全天进行实验室的开放。学生在宿舍可以随时、随地进入虚拟实验室网站，选择相应的实验操作。一些对机能实验感兴趣的非医学专业的学生平时没有机会亲身来到课堂聆听老师的讲解，现在也可以通过校园网的虚拟实验系统了解和实际操作这些实验项目。这使得实验教学这一资源从中心“独有”变成了全校“共享”，充分表现其高效性。

3.6虚拟实验室虽具备着上述诸多优点，但在实际教学过程中完全用仿真模拟实验完全代替真实实验也是不可取的。学生在真实实验中需亲自操作，对于训练学生的基本操作技能有非常重要的作用。而虚拟实验中学生主要是通过眼睛去观看和体会实验的操作过程，而缺乏真实实验中视、听、触、味、嗅觉全方位刺激下的“真实感”。[4]

真实实验与虚拟实验都是医学机能实验教学中不可或缺的组成部分，两者相辅相成。因此，在教学过程中我们需要取长补短，将两者有机结合起来，才能最大限度地发挥二者的作用，提高实验教学质量。

参考文献：

[1]王建红，古宏标. 医学机能学实验[M]. 北京：中国医药科技出版社，2008：1-3.

[2]张 刚，罗小华，贺利芳. 构建网络虚拟实验室技术研究[J].实验研究与探索，2008，27（3）：57-58.

[3]李涛，谭安雄.医学机能学虚拟实验室的构建与应用[J].数字医学研究与应用，2012，7（6）：23-28.

一种仿真实验教学系统的数据库系统 篇4

(1)支持仿真系统的正常运行，提供仿真系统与数据库之间的高效数据接口;

(2)管理仿真系统中的数据配置参数;

(3)支持仿真环境数据共享，配合模型库进行模型数据管理;

(4)提供功能模块访问和模块信息的变化反映;

(5)对仿真系统的各种数据进行分析，提供决策支持;

(6)提供仿真系统(实验教学)过程报表和系统模型评价、改进的依据;

(7)系统日志文件可以用于动态地预测仿真功能单元的行为。

实验教学仿真系统就是将那些实验实地操作困难、成本高、实验过程抽象、操作复杂、理解困难等实验教学的环节和步骤，采用系统仿真技术建立起来的一种仿真系统。本文将结合仿真实验教学系统对仿真系统数据库进行研究，并通过数据库体系结构、框架设计、数据通信控制等来说明仿真系统数据库的创建过程，通过测试，该仿真数据库模型具有良好仿真性、通用扩展性和优越性。

1 实验教学仿真数据库框架设计

一般的通用数据库是不能满足仿真系统要求的，现有仿真数据库一般是在原型系统数据管理基础上进行构建的，它基于原型进行数据库构建，数据库和仿真模块之间的数据接口清晰，设计简单，不能满足复杂功能需要;现代仿真系统要求的是以数据库为中心的仿真系统数据信息管理平台，该数据库在数据共享、活动集成、模块化仿真、结果分析与评价等方面提供了更加真实的系统仿真数据信息支持[4]。

建立以数据库为中心的仿真系统，要考虑不同结构功能模块之间的信息共享及相关的接口技术。一个复杂的仿真系统需要通过各种不同功能模块的集成来实现，尤其是在分布式协同仿真环境下，涉及大量数据，包括模型、仿真结果输出数据以及各种静动态数据等。而且这些仿真数据具有自身的特点，如结构化数据、非结构化数据、模型与仿真数据的一致性、模型的一致性和仿真数据的统计和结果分析等[5]。因此，需要相应数据管理系统对仿真建模和仿真过程进行支持。

在基于数据库为中心的仿真系统中，数据库管理仿真的输入、结果以及用户指定的其它数据。仿真的结果自动存入数据库，以便事后计算统计值可信度区间等处理分析。由于仿真系统的用户主要是建模工作者、仿真实验者以及决策者等，因此，仿真数据库的数据模型、操纵、管理与安全性等有特殊性。仿真数据库系统的主要特点为：提供与面向科学计算的语言及仿真软件的接口。以数据库为中心的仿真系统将仿真计算、数据处理、数据库管理、文件管理、内存管理、数据通信等有机的联系在一起，如图1所示：

仿真实验教学系统是以数据库为中心的仿真系统，在结构上包括三个部分：系统程序、数据库和数据库接口。系统程序主要包括:数据采集程序、数据处理程序、仿真计算程序、结果输出程序、数据转换程序等。数据库部分包括仿真系统从建模到运行和结果分析处理及显示全过程的全部数据、与模型库配合的模型参数和仿真结果分析的数据等。数据库接口主要是指仿真应用程序与数据库系统的接口，例如：采用ADO.Net访问。

2 实验教学仿真系统混合体系结构

仿真系统数据管理方式采用数据库技术解决模型计算、试验程序、输入/输出数据及图形等有关存储、检索、运算及处理，并对仿真数据与结果的分析、显示及文档化。根据实验教学过程的所需数据、信息状况，结合仿真系统的特点，对仿真系统的数据库系统结构进行设计，实现仿真系统的数据信息共享[6]。仿真数据库的数据不是集中存储在一台计算机上，各自的数据库管理也是分离的，各仿真计算机具有自治的处理能力，执行本机的应用，且能参与全局应用的执行。在仿真实验教学中，教学组织内部，每台计算机有独立开发能力、能独立完成一定仿真功能任务的，这样的结构相对独立，适合客户/服务器体系结构;另外各仿真计算机分散于不同场地，都有大量自行处理和相互通讯的数据，而在逻辑上又是一个整体，需要共同完成仿真，适合采用分布式数据库系统。分布式数据库的数据在物理上分布存储在不同的计算机上，形成具有自我管理能力的本地数据库，通过网络实现这些数据库之间的相互访问，从而在逻辑上构成一个整体的全局数据库，这样可以减少网络的数据流量，加快通讯速度，提高仿真效率。因此，在建立实验教学仿真数据库时必须采用两种体系结构和混合结构才能实现全部仿真要求，如图2所示：

3 实验教学仿真数据通信

分布在各仿真计算机上的仿真对象通过局域网共同完成仿真系统任务。每个仿真对象通过获取其他对象的信息来计算对本对象的影响，并将本对象的状态和信息通过网络发给其他相关对象，整个仿真系统协调顺畅的进行，如同在一台机器上操作，并且各分布对象可以是具有不同仿真特性、由不同类型仿真器构造的，即支持异构仿真对象间的协同。

分布式仿真通过计算机网络将分布在不同仿真计算机上的仿真模型和资源综合到仿真环境中，分布式仿真的通信结构如图3所示：

仿真通讯特点如下：

(1)在仿真进行时，存在着对象的创建或删除，参与仿真的仿真对象是不确定的，因此，仿真对象应有规范的接口;

(2)仿真要求较小的网络延迟;

(3)仿真对象每次发送的消息较短;

(4)仿真需要提供广播服务，如仿真管理机向网络上的所有仿真计算机发送初始化、启动、暂停、退出仿真的消息;

(5)仿真系统需要考虑仿真对象的位置透明性，为用户屏蔽仿真对象的物理地址。

在仿真系统中，仿真对象由全局唯一的名称来标志。每台主机上运行一个通讯接口程序负责处理仿真对象之间的信息交换，包括本机仿真对象之间及本机与其它远程对象之间的信息通信。仿真数据通过仿真程序接口进行ADO.NET数据读取操作，进而完成基本的仿真过程，如图4所示：

4 结束语

根据数据库为中心的仿真数据库系统平台，结合实验教学的特点，首先，架构了仿真系统数据库框架，完成了仿真系统数据库系统的功能，实现了仿真系统的数据共享和资源合理化。而后对实验教学仿真系统的体系结构和数据通信进行了设计与分析，通过仿真数据管理系统的研究开发，可以看到强大的数据库系统支持以及方便灵活的数据管理对于仿真系统的运行、仿真数据的管理及系统数据的分析的重要性，是数据可视化管理的重要手段。

参考文献

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[2]江元,霍剑青,袁泉,王晓蒲.基于web的应用软件发布系统[J].计算机仿真,2007,(05),271-273.

[3]谭守标,霍剑青,王晓蒲.计算机虚拟技术在大学物理仿真实验教学系统中的应用[J].中国科学技术大学学报,2005,(03):429-432.

[4]沈文超,徐建闽,游峰.智能交通仿真系统的设计与实现[J].交通信息与安全,2009,(01):117-121.

[5]高辉松,张莹,朱思洪.基于ADVISOR的电动拖拉机仿真系统开发与应用[J].计算机仿真,2009,(02):282-285.

金融会计实验教学系统创建论文 篇5

一、金融会计实验教学的特点

金融企业作为特殊的企业，以其为主体的会计核算本身就具有直接完成性、广泛社会性和会计核算电子网络化等特点。针对金融会计课程开设的实验教学由其理论课程的特殊性也衍生出自身的特征。

（一）知识联系的广泛性

金融机构是金融体系的构成主体，其业务活动与往来客户有着密切的联系。商业银行日常的柜面业务与一般工商企业日常会计核算是分不开的[2]。例如，在银行结算业务中，转账支票这一业务流程包括了出票人对银行存款的日常核算、银行对活期存款和银行往来核算，还包括收款人接到收账通知时对银行存款的日常核算。因此，在金融会计实验中，不仅涵盖了金融机构会计核算的方法，也包含了与其往来的各种工商企业会计核算的知识，他们都是金融会计实验课程中必须具备的基本知识。

（二）实践性

金融理论的应用性和技术性要求进行金融实验教学。金融会计实验课程主要是通过仿真模拟各金融机构的内部环境，给学生提供实践金融会计处理和操作的平台，使学生很方便地掌握和熟练操作商业银行、信贷、会计、结算及证券交易的基本程序，让学生有机会实践金融机构工作人员的实际操作，加深对所学理论知识的感性认识。

（三）实验操作的合作性

金融会计具有严密的内部控制制度和风险防范机制。在会计部门的组织形式上往往需要按照自身经营规模和业务特点设置互不兼容的岗位，分工协作完成各项会计处理。相应的，金融会计实验课程中，也需要通过设置不同的会计小组，对学生进行岗位分工，赋予不同的操作权限，通过同组及不同组之间的合作完成实验项目。

二、目前金融会计实验教学体系存在的问题

由于经济管理实验室的建设和金融专业实验教学都是目前尚待进一步研究、完善的领域，在金融会计实验教学中还未充分认识到上述特征，现有的实验教学体系的建设过程中还存在以下几方面、（一）各模拟实验相互独立、分散

目前各高校金融专业的实验教学多是与课堂理论教学的设置相对应，各门课程的实验教学内容各自独立，不同的实验课程在不同的实验室进行，由各理论课程的老师负责实验指导，相互之间互不关联，更没有能够联系相关学科内容的实验教学方案。这种分散模式在很大程度上限制了学生能力的培养和发挥，不利于交叉学科、前沿学科内容的引入，更不利于学生分析问题和解决问题等综合能力的提高。

（二）实验教学内容单一

由于分散模式下的实验教学体系无法实现相关课程实验内容的相互衔接，在一般企业会计实验课程中只能接触到工业企业的会计核算、在商业银行会计实验课程中就只能了解商业银行会计处理程序和方法，使得实验内容相对单一。

（三）扩展性实验模式运用不足

目前在会计教学实践中主要采用基础性实验教学模式，即要求学生阅读并理解实验原型，并在实验原型的帮助下模仿原型逐步完成实验作业，而激发学生思维与创新能力的扩展性与设计性实验教学模式无法开展，使实验教学的一些基本要求难以在教学过程中实现。

三、金融会计综合实验体系设计

就金融行业而言，银行会计是各金融性公司以及一般工商企业资金运转的枢纽部门，银行结算业务的核算与这些企业日常核算是密切相关的。目前“分散型”和“独立型”的实验教学方式显然已无法适应实际的需要，更无法培养出发展型和复合型的会计通才与会计专才。因此有必要探讨银行

会计、企业会计证券业务、证券业务等金融业务进行结合实验的新的实验模式。

（一）体系结构

由于金融会计课程与其他学科知识的相关渗透性强，金融会计综合性实验教学体系旨在已有的各分散实验内容的基础上构建一个以商业银行综合业务处理系统为核心，融合企业会计、证券业务会计、保险业务会计和信贷业务会计核算为一体的金融会计综合实验教学体系。为金融学和会计学等专业的学生提供验证有关理论知识、综合掌握基本技能和培养创造性思维的载体。该综合实验教学体系的特点是使会计实验完全模拟银企之间交互式的业务往来核算，充分体现企业会计与银行会计的结合，让学生体验到与各关系人的业务交往，从而增强综合素质的培养。

（二）金融会计综合实验体系操作流程设计

金融会计综合实验体系是以商业银行会计核算为核心，涵盖了工商企业会计、金融会计的相关知识内容的新型实验体系，因此在实验教学中，实验流程和实验内容应该充分体现金融企业与工商企业频繁、双向的交互式业务往来模式。在实验操作中，首先将学生分为企业组和银行组。企业组学生登录企业会计核算系统后，根据系统模拟案例完成从建账———基本业务处理———成本核算———利润计算及分配———编制财务会计报告———编制下年财务计划等程序；各企业组将其中涉及到银行存款账户的业务处理结果以凭证形式打印（或手工编制），汇总到资料汇集与发放总台，由银行组的实验学生到总台领取这些资料作为银行业务的原始凭证，按照登录银行会计核算系统———凭证审查———业务处理———输出回单———总台的程序进行处理，再由企业组的学生领回本组回单，通过企业会计系统进行账务处理。

四、综合实验教学模式与教学内容的设计

上述综合实验教学体系要求在金融会计实验教学实现银行会计、工商企业会计和金融业务知识的融合。因此在实验教学模式和教学内容的设计上都应充分体现这一特点。

（一）实验教学模式的运用

在实验教学模式方面应同时运用基础性实验教学模式和扩展性实验教学模式。基础性实验教学模式主要适用于学生对综合实验教学体系各组成模块的了解。要求能够阅读并理解实验原型，并在实验原型的帮助下模仿原型逐步完成实验作业。扩展性实验教学模式的运用是综合实验体系的关键和特点，此模式是要求学生在完成基础性实验后，将各模块实验资料汇集，依次序完成某一综合实验方案的各步操作。运用此教学模式的关键在于科学合理设计各独立部分的实验内容和综合实验部分的实验方案。

（二）实验方案的设计

各独立部分的实验内容目前已有较为成熟的研究，针对综合实验部分，本文提出一个实验方案、1.实验人员分组。将参加实验的学生分为四大组，每一大组中又可以分若干小组。企业A组分配到工商企业会计实验模拟系统，证券公司B组分配到证券交易模拟系统，银行A组与银行B组分配到商业银行会计模拟系统。

2.实验内容设计。企业A与证券公司B签订证券承销合同，由企业A向证券公司B支付手续费及佣金共计50000元，证券公司B采用倒进账方式通过银行转账。3.实验操作步骤。

（1）企业A与证券公司B签订股票发行承销协议；

（2）企业A开出转账支票（支票出票人为企业A，付款人为银行A，收款人和收款人开户银行分别为证券公司B及银行B）及填写一式两联进账单，并登录企业会计核算系统，编制记账凭证、登记银行存款和财务费用账户；

（3）企业A将支票和进账单提交给银行A；

（4）银行A审核后，进入商业银行会计核算系统结算业务模块进行账务处理；

（5）银行A通过同城业务模块向银行B提出进账单第二联；

（6）银行B提回进账单后，为收款人证券公司B收款入账；并将收账交证券公司B；

教学实验系统 篇6

关键词：实验教学；框架；Struts

中图分类号：TP311.52文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 06-0000-01

Experiment Teaching System Based on the Struts Architecture

Fu Kun,Ning Bin,Zhou Jianwei,Wang Min

(Institute of Mathematics and Computer Science,Xiangfan University,Xiangfan441053,China)

Abstract:The experiment teaching system uses Web technique to realize the incorporating of network teaching work.In the paper,based on Struts Architecture,the process on design and implement of experiment teaching system is introduced.And then the bottle necks of the experiment teaching system popularizing are solved,which is adapted to construction demand of experiment teaching system.

Keywords:Experiment Teaching;Architecture;Struts

基于Web的实验教学系统是一个集教、学于一体的平台，打破传统的集中于实验教学过程，借助于计算机技术，将其转移到网络上，实现开放式的实验教学过程，从而提高实验教学质量。文中详细介绍了在Web环境下基于Struts框架如何应用于实验教学系统的开发实例。

一、Struts框架简介

Struts是基于MVC模式应用架构而建立的开源框架，采用的主要技术为Servlet，JSP和custom tag library（客户标签库）。Struts的Controller是通过ActionServlet对象实现的，它获得View（JSP）的请求后根据ActionMapping对象调度对应的Model（Action对象）处理业务逻辑，并将获得的处理结果（ActionForward对象）返回给View（JSP）来响应，同时通过ActionForm对象封装数据在Model和View之间交互使用。Struts还通过自定义的标签库（custom tag library）扩充View层的JSP技术，丰富了页面设计。

二、实验教学系统的构建

采用基于Struts的Web应用体系结构，即基于三层的浏览器/服务器（B/S）体系结构。Web浏览器是集成所有信息服务的最终平台，提供全动态、分布式的信息发布与处理机制，实现实验教学信息按角色或权限进行动态发布和更新。构建的系统功能划分如图1所示。

该系统拥有三类用户角色，分别为实验室主任（或管理员）、实验指导教师、学生。根据实验室主任、教师和学生三类实验用户的定位，自动化生成适合不同角色访问的实验室资源体系框架，有效地为用户提供资源使用引导。当实验室主任登录后，可以设置开放实验室资源、排课、审批开放预约、统计数据；实验指导教师登录后可以查询课表、预约实验室、在线批改实验报告、上传资源；学生登录后可以预约实验室、上传实验报告和查询批阅结果和成绩、下载实验指导书等资源。该系统有助于实现科学化、统一化的实验资源管理；有助于搭建和展示具有一定特色的实验门户平台。对于教师和学生而言，充分有效地应用实验室各类资源，及时全面地掌握实验室资源信息。

三、实验教学系统的应用改进

（一）安全性控制

通过使用ProcessRales方法提供的页面和功能级别的安全检查，扩展RequestProcess类，覆盖其方法processRoles进行安全性检查。其中，使用HashMap存储角色到页面ID和功能ID的映射，在配置文件web.xml中加人安全的声明方法来实现功能权限上的访问；在Tiles文件中设置，实现页面级的安全控制。

（二）响应中文请求的设置

采用Servlet2.3中提供的Filter特性，解决在页面请求的数据中包含中文时显示乱码问题。编写一个完成编码转换功能的类，实现Filter接口，并且在web.xml文件中做相应的配置，即可让所有页面请求中的request数据在被接收到FormBean显示之前转换为GB2312编码。

四、结束语

Struts是一个基于MVC的开源框架方式，灵活地应用它，能大大提高Web应用程序的开发效率。这在实验教学系统的设计、开发和维护阶段得到了有效地体现。利用Struts框架提供的各种使用类和标签库，能够简化编码工作，更多的精力用于解决实际业务问题上；通过配置文件即可实现页面导航，把握系统各部分之间的联系，从而提高了系统的可维护性和可扩充性。

参考文献：

[1]张玮.基于J2EE的网上教学评估系统的设计与实现[J].计算机与现代化,2007,12:21-24

[2]章彪.基于MVC模式的Struts框架的研究[J].微型计算机,2007,11:65-67

[3]李强银,吕军政.MVC+ADO模式在J2EE Web开发中的应用[J].信息技术,2007,2:20-22

[基金项目]襄樊学院大学生科研项目（2010DXS009），湖北省教学研究项目（2008219）

教学实验系统 篇7

发动机作为汽车的心脏部件、动力之源和故障率最高的总成,其技术水平和性能指标要求越来越高,可靠性测试水平和智能化故障诊断水平的提高也显得越来越重要。随着世界能源危机和环境污染的日益严重,节约能源,保护生态环境、减少污染已是当今世界各国的共识。大量研究结果表明,柴油机是日益产业化应用的各种动力机械中热效率最高、能量利用率最好、最节能、有害废气排放量较少的一种机型。据专家预测,今后20年内,柴油机将成为世界车用动力的主流。为了加强学生对共轨柴油机构造、工作原理及故障诊断等方面的认识,本系统为使用者提供了非常方便的检测接口、直观的电路显示及丰富的实验教学内容,提高了教学效率。

2 系统的组成

共轨柴油机实验教学系统是由发动机台架和测控面板组成。发动机台架将发动机、蓄电池、燃油箱等一并合理布置在台架内,在台架上加装燃油压力表、机油压力表、真空表及汽车仪表等,使操作人员可以随时观察到发动机在不同工况下运行时的燃油压力、机油压力、真空度、发动机转速、车速等参数。测控平台主要由信号调理箱、信号显示板、故障设置台和信号模拟台等部分组成。考虑到日后升级的需要,该系统还预留计算机位置及相应的电路接口,可进一步利用计算机软硬件对发动机进行监测和控制等操作[1]。发动机台架与测控面板做成一个整体的台架,实物图如图1所示。

3 共轨柴油机的选型与电控系统简介

该实验系统选用的是南京依维柯都灵V所采用的共轨柴油发动机(索菲姆8140.43N),该电控系统主要由传感器和信号发生器、电子控制单元ECU及执行器三部分组成。

3.1 传感器

传感器用于传感工况和提供系统要求的数值,将各种物理参数转变为电信号输送给ECU,该控制系统的传感器主要有以下几种:燃油压力调节传感器、油门踏板位置传感器、离合器踏板传感器、制动踏板传感器、空气压力温度传感器、发动机水温传感器、燃油温度传感器、飞轮转速传感器、凸轮轴相位传感器[2,3]。

3.2 电控单元ECU

电控单元ECU是共轨柴油发动机电子控制系统的核心部件,该发动机采用BOSCH共轨柴油喷射系统,其电控系统EDC-MS6.3具有控制和诊断功能,可以根据各传感器和控制开关输入的信号参数,对喷油持续时间、喷油时刻等进行实时控制。

3.3 执行器

执行器是控制系统的执行机构,用于将ECU输出的电信号转变成机械运动参数,从而使共轨柴油发动机处于最佳工作状态。该控制系统的执行器主要包括:电磁喷油器、燃油压力调节电磁阀、高压油泵电磁阀。

4 系统设计

系统各模块的功能图如图2所示[4]。从图中可看出,本系统的设计主要包括两大部分:一为发动机台架,需要为发动机选型、线路改装并重新布置;二为测控平台的设计,需要设计信号调理模块、信号显示模块、故障设置模块和信号模拟模块等,并将它们合理布置在一个整体的台架上。在设计本系统时,考虑到系统将用于教学的需要及日后推向市场,因此在设计时本着功能齐全、性能可靠和美观耐用的原则进行。

4.1 发动机台架的设计

SOFIM8140系列共轨燃油喷射柴油发动机是南京依维柯汽车有限公司研制、生产的第3代发动机,它是在SOFIM2.8升柴油机的基础上采用当今世界上最先进的柴油机共轨电子控制燃油喷射和可变喷嘴增压器以及增压中冷等技术,通过将传统机械式燃油喷射系统改为BOSCH共轨喷射柴油喷射系统及发动机管理系统、气缸盖等相关部件进行相应改进而成,与仍在生产的SOFIM2.8L柴油机有较大的继承性和通用性。该系列发动机具有喷油提前角、预喷油和主喷油、怠速、可变喷嘴、冷启动、加速烟度、失控保护、自诊断、故障指示和诊断通讯等多项功能,使发动机受到闭环控制。并具有体积小、噪音低、排放好、性能卓越、可靠性高和整机配置优化等显著优点,功率和扭矩范围广,额定功率92~107kW,最大扭矩290~350N·m,将此发动机应用于教学实验,可以开拓学生的视野,提高学生的积极性。

发动机安装在一个可移动的台架之内,为了提高系统的可靠性和教学的真实性,将发动机按轿车上的实际方位布置在台架内。考虑到系统散热的需要,在其尾部安装散热器及风扇,风扇由轿车上标准的温度开关进行控制;同时将蓄电池、燃油箱等一并放置在独立的台架内。台架头部加装燃油压力表、机油压力表、真空表及汽车仪表等,使学生能够观察到发动机在不同工况下运行时的燃油压力、机油压力、真空度、发动机转速、车速等参数。

4.2 测控平台的设计

测控平台包括信号显示板、信号调理箱、故障设置台及信号模拟台等。

4.2.1 信号显示板的设计

信号显示板上绘制有经过优化的共轨燃油喷射柴油机电子控制系统的电路原理图,如图3所示。在各电路中设置了检测孔,四个电磁喷油器线路上设置了指示灯,当发动机正常工作时,线路上的LED灯会亮。信号显示板的真实电路是在展板的背面将原理图中每一条典型故障线路上设置的检测孔与发动机实际连接线相接,即把选定的典型故障电路上的传感器和执行器的信号线与信号显示板上的检测孔相接。学生可以利用万用表或汽车万用示波器,通过电路板上相应的检测孔,测出传感器或执行器的电阻(或电压)值及相应的波形,从而进一步查找设置的故障[5]。

4.2.2 信号调理箱的设计

信号调理箱主要是由具有隔离、放大、整形、滤波、线性化和防抖等功能的电路及各种接插头组成,安装在信号显示板的后面。

(1)隔离。本系统在信号调节电路中采用隔离放大器作为小信号放大用,可以防止现场干扰源,通过传感器电源进入输入通道。可利用光电耦合的方法在被测系统和测试系统之间传递信号,避免直接电信号连接,造成对原信号的影响。

(2)放大。转速、冷却液温度等传感器输出的微弱信号都要进行放大,以提高分辨率和降低噪声,放大电路还可使有用信号区的值得到放大,以增加数字信号的精确度,使调理后的信号便于进一步的整形、滤波处理及输出到计算机接口。

(3)整形。经过放大后的转速等数字信号,要进行整形变化成TTL信号,以便利用数字电压表对信号正确识别。

(4)滤波。滤波可以消除噪声信号。对于常见的测试系统,混入的一般为高频噪声,所以本系统中采用低通滤波器,用于消除信号中的高频成分;另外还需要抗混叠滤波电路,用来滤除信号中高于奈奎斯特频率的信号,以输出到计算机接口。

(5)线性化。冷却液温度传感器等被测量的响应是非线性的,需要对其输出信号进行线性化,以补偿传感器带来的误差,从而使电压信号被正确标定为被测的物理现象[1]。

4.2.3 故障设置台的设计

故障设置台主要由4档开关组成,初始时在正常档位。档位在4个档位间切换时,每个线路可相应地设置线路开路、线路搭铁及电源短路3个正常故障,如图4所示。测控面板上设置了故障诊断接口,在设置故障后,可用诊断仪从诊断接口中读出故障码。

4.2.4 信号模拟台的设计

信号模拟台由单刀双掷开关、电位计等组成,如图4所示。其中单刀双掷开关用于在正常档位和信号模拟档位间切换,电位计可在一定范围内调节所模拟信号的电位,从而使模拟的信号能较好地对应传感器在不同环境中的输出信号,以控制发动机ECU做出相应的调整。如增大冷却液温度传感器模拟信号的电位,发动机ECU便认为发动机冷却液温度较低,便会发出指令向发动机多供油,此时用示波器检测到的喷油信号的占空比会更大[4,5]。

5 结束语

由于系统比较复杂,在设计电路的时候,容易遇到信号间相互干扰及线路接触不良等情况,但经过努力,最终克服了种种困难而获得成功。本系统结构简单、功能齐全、美观耐用、扩展功能强,可使学生直观地认识发动机,了解各系统的基本功能和原理,同时能设置各种常见故障,使学生能学习到检测、分析故障的基本方法,利于提高学生的实际操作技能,也提高了教学效率。

参考文献

[1]刘亦贯.发动机及变速器测控实验教学系统的开发研究[D].南京:南京农业大学,2007.

[2]贺建波,贺展开.汽车传感器的检测[M].北京:机械工业出版社,2006.

[3]何希才.传感器及其应用电路[M].北京:电子工业出版社,2002.

[4]王尚勇,杨青.柴油机电子控制技术[M].北京:机械工业出版社,2005.

教学实验系统 篇8

毫无疑问, 对于实验教学的重点, 要放在物理实验的设计思想、方法的选择、仪器的选择以及实验技巧等方面, 引导学生在深入细致地做好每个实验的基础上去探索、去研究, 使学生能将实验的相关理论知识与实验的物理思想、研究方法和实验技巧等联系起来, 能应用能创新。

但现在的状况是:绝大多数学生能够在教师的指导下, 参照教材完成每一个实验项目并能得出实验结果, 但是归纳、灵活运用不同实验项目中的相同测量方法、相同实验方法、相同的数据处理方法的能力不太令人满意, 尤其表现在设计实验的初步能力普遍较差。究其原因, 在于目前大学物理实验课的教学内容和教学模式自觉不自觉地使学生注重单个实验项目的完成及实验结果, 忽视了对实验项目中遇到的实验知识、方法、技术、技能等方面的系统化。这样, 学生在单一的实验项目中某些方面的分析思维能力得到了训练和培养, 但淡化了对整体 (系统) 测量方法、实验方法、数据处理方法等进行综合分析、归纳整理, 学生的实验综合思维能力没有得到有效的训练和培养。

下面就如何进一步提高大学物理实验课的教学质量, 谈谈笔者的思考、认识及在常规教学中的一些做法。

一、大学物理实验课教学应凸显实验技术和技能

从伽利略首创科学实验至今, 物理实验已经形成系统的一门技术, 它包括实验目的可行性研究, 实验设计 (包括实验环境、实验方法、实验方案、测量方法等的设计) , 实验仪器的选择和研制, 实验的实施与控制, 实验数据的采集与数据处理, 实验结果评定等一系列技能、方法的集合。

鉴于物理实验是完整的、系统的一门技术, 物理实验课的教学指导思想就应放在培养学生掌握系统的实验技术和技能上来, 在教学过程中凸显对实验技术和实验技能的要求, 安排必要的实验项目是对实验技术和技能具体实践和巩固的过程。确实实验是培养学生动手能力不可或缺的教学环节, 但是实验不仅仅是要培养学生的动手能力, 更要培养学生掌握基本的系统的实验技术和实验能力, 后者比前者涵盖的内容更丰富, 要求的层次更高。

迄今为止, 物理学向纵深发展形成了多门独立的分支学科, 如力学、热学、电磁学、光学、原子物理学、核物理学等等。这些分支学科的发展, 不仅形成了各自独立的实验技术, 如低温技术、真空实验技术、原子物理实验技术、激光实验技术等等;也形成了多学科通用的基本实验技术, 如转换测量、放大测量等基本测量技术、“零示法”测量灵敏度计算读数随机误差 (不确定度) 、“逐差法”、“最小二乘法”的数据采集和处理方法等等。所有这些基本方法、技术、技能的总和再加以系统化正是大学物理实验的教学重点内容。

为此, 大学物理实验的教材应有独立的系统的物理实验技术和技能章节, 供教师讲授和学生阅读;实验项目的实施也要突出实验技术和技能的训练与实践。最终达到实验技术理论指导实验项目的实践, 实验项目的实践巩固实验技术理论的掌握和应用的目的。

二、依靠实验技术与技能的掌握开展设计性实验和综合性实验

设计性实验和综合性实验仍是大学物理实验的薄弱环节, 加强这方面实验是该课程教学改革内容之一, 可大力促进大学物理实验教学质量的提高。

当前设计性实验较普遍存在着:教师设计多, 学生设计少;或将已做过的实验进行修改, “照猫画虎”;或进行的是内容相当狭窄的实验设计等;教学中, 出现盲目拼凑的现象较多, 并不能达到预期目的。设计性实验应该是根据实验目的, 运用学过的系统实验技术 (包含实验设计的思路、程序和方法) 和相关原理, 设计实验 (包括实验环境、实验方法、测量方法、数据处理方法等的拟定) 和完成实验的过程, 突出对实验技术方法的灵活运用。设计性实验教学之所以薄弱, 还是在于学生意识中没有形成系统的物理实验技术概念, 也不曾建立基本的实验设计思路。因此, 笔者认为大学物理实验课还可适当增加有关实验设计思路、程序和方法的内容。

综合性实验也是一般高等理工科院校应加强的教学内容, 目的在于培养学生综合运用实验技术的能力。一般来讲, 综合性实验是指近代物理实验或现代物理实验需要同时用多学科的多种实验技术来完成的。如原子、原子核、磁共振技术;真空、低温技术;X射线和电子衍射技术;激光、半导体、微波技术以及传感器、计算机技术等。开设综合性实验一般有两层意思:一是综合多种实验技术, 二是进行近代或现代物理实验。核心是培养学生掌握综合实验技术。为此, 开设综合性实验时, 应考虑实验技术的合理安排, 并将这些实验技术为“点”串联到大学物理实验要求的整体基本实验技术系统这条“线”上来。

三、重视常规教学

1. 实验前引导

在得到一个实验题目后, 在阅读理解实验原理的基础上, 如何将实验内容用实验手段显现出来?如何选用和正确使用仪器和器材?需要测哪些量?通过什么实验方法获取所需数据?实验中获得的数据可能出现什么情况?如何正确处理数据?出现异常从哪些方面查找原因等等。在学生进行大学物理实验学习初期就有意通过典型实例进行全面示范分析, 让学生明白实验不只是利用仪器采集数据, 还包含实验设计思路、实验环境、实验方法、测量方法、数据处理方法等的拟定, 并鼓励学生在以后的实验实践中不断学习、总结、提高、创新, 以提高自己的实验素质和能力。

2. 用心编排实验内容

关于实验内容的编排应考虑到学生的不同层次, 围绕实验教学目的, 紧扣实验教学特点, 一环扣一环, 由浅入深, 前后呼应。在学生课程安排上, 基础实验、综合性实验、研究设计性实验等都要恰当地各占一定比例。使学生在实验学习过程中, 树立起不仅要完成单个实验项目, 更要重视各分立知识点间的综合联系及应用的观念, 使学生自觉地训练和培养实验综合思维能力, 有效提高学生综合应用实验知识、实验技术的能力, 增强实验综合素质。

如给学生提供直流单臂电桥、直流稳压电源、电阻箱、热敏电阻、温度计、滑线变阻器、电热杯、检流计等简单通用的实验仪器, 通过实验设计, 能完成对热敏电阻的温度特性研究;学习并体会半导体温度计的制作原理和方法;学习半导体温度计的校正方法等多个实验项目。利用这些普通基础仪器的组合进行测量研究实验, 透明度好, 学生能更好地学习和探究体会到更多内涵, 不仅学习兴趣大增, 也对学生掌握原理, 提高综合应用能力大有帮助。

3. 全天候开放物理实验室

全天候开放物理实验室, 学生可随时进入实验室进行测量、操作、实验;提供器材、场地等条件, 供学生完成自行设计的实验项目。不仅调动学习积极性, 还大大丰富了学生的课余学习内容。实验室开放给学生创造了一个提前动手实践的机会, 这是一个理论到实践的第一过程, 可以更加协调地加强教学环境中的“外部刺激”与作为认知主体的学生内部心理过程之间的相互作用, 最大限度地激发学生内部的学习心理要求, 充分发挥其学习主动性和积极性。

4. 实验后总结

学生完成一次实验后, 若只学到仅涉及该实验的单方面知识, 而不能将不同方面的知识联系在一起, 这样很大程度上会限制思维的发展和提高。为了培养和提高学生综合能力, 促使全面发展, 教师还应帮助学生归纳总结, 建立不同的分立的各实验之间以及不同学科之间的相互联系, 总结共性, 加深对实验的理解, 拓宽其视野。

四、结束语

尽管多数人在以后的工作中不会遇到物理实验, 但是物理实验技术、方法、能力却时常用到, 受益终身。正如我国古代曹冲称象所用的称衡方法;伽利略所做的斜面实验所蕴含的实验方法。科学的方法和科学理论同样重要, 在一定意义上讲, 没有科学方法的创新就没有科学理论的创新。针对大学物理实验课是一门实验技术和技能课, 教学目的是传授科学实验技术知识、培养科学实验能力, 教学内容应凸显系统的实验技术和相应的实验训练。从培养21世纪创新应用型人才的要求出发, 处处为提高学生的实验能力、培养创新精神考虑, 对物理实验教学模式、方法、内容等方面进行全方位整合优化和改革, 使物理实验发挥更大的实际作用。全面培养学生的分析思维能力和综合思维能力, 整体提高学生的科学实验能力。这正是大学物理实验课贯彻“巩固、深化、提高、发展”教育教学改革精神的任务所在。

参考文献

[1]赵维义, 彭玉平.关于深化物理实验课教学改革的思考[C].2005年全国高校非物理类专业物理教育学术研讨会论文集, 青岛, 2005

[2]王彦霞, 姜长来, 吉萍.大学物理实验教学改革的思考与实践[C].第四届全国高等学校物理实验教学研讨会论文集 (上) , 重庆, 2006

教学实验系统 篇9

一、物体运动

要描述物体运动必须有物体的位移信息和相应的时间点, 传统实验是固定好刻度尺读取位移, 还要利用停表记录时间, 这样过多的人为主观因素给实验造成较大的误差, 特别是时间记录误差更大, 如研究速度的变化实验中, 通常是测量出前半程和后半程的路程, 以及各自所用的时间, 再来算出前后速度的变化, 该实验最大的可能误差就在于时间的测量, 而且只有两组数据, 而改用DIS试验系统后, 利用位移传感器研究物体的运动可以把每一时刻的位移和时间点一一记录下来, 时间与位移的数据相应性非常可靠, 非常有效地减小误差, 之后对数据组进行数据处理, 可以得出任意间隔内的速度大小, 更精确地说明速度变化。除此之外, 还能利用DIS实验系统自动描述出运动的图像, 而不用再像以往取点描点, 不仅节约了大量时间, 而且对学生理解匀速、变速运动的特点更有利。

二、声音

声音的特性包含了响度、音调、音色, 传统实验是利用音叉弹开乒乓球的幅度大致比较出响度与振幅的关系, 而音调的本质却难以借助实验描述出来。 DIS实验系统利用声音传感器捕捉声信号, 通过图像描述出来, 声波的图像一目了然, 更生动地描述了声音的本质, 再通过比多次强弱不同的声音, 形象生动地总结出声音的响度与振幅的关系, 而通过对波形的分析, 音调与频率的关系则更清晰。 如果通过男生、女生的声音进行对比分析, 则不仅能说明男生女生在声音响度、音调上的区辨, 还能充分激发学生的学习兴趣, 可谓一举多得。除此之外, 通过DIS实验系统还能很好地描述出乐音和噪声的区别。

三、力

传统教学中经常用弹簧测力计测量力的大小, 通常受到精度、读数的影响, 由于弹簧测力计本身的构造, 因此会受所测量力的方向限制。 相对于弹簧测力计而言, 力传感器不仅可以一键调零、自动读数, 在精度值方面更是无可挑剔, 而且可任性测量各方向的力。 在实验教学中作用尤为明显。

在作用力与反作用力实验中, 以往都是通过两根弹簧测力计对拉说明作用力与反作用力的关系, 但由于弹簧秤精度太低、两根弹簧秤不等值、无法动态比较“等时性”等限制, 结论的说服力大打折扣。

通过DIS实验系统实验, 可以给予学生三方面很直观的感受:

1.发现作用力与反作用力的大小方向的关系。

2.体会出的大小关系的 “同时”。

3.体会出作用力与反作用力 “总是”大小相等。

在探究杠杆的平衡条件的实验中, 往往是提出多种猜想后, 再设计实验得出数据并进行分析, 但在传统教学中, 如果对大量数据进行分析往往要花费大量时间, 结果造成课堂时间安排的失调。 而对于DIS实验系统, 其优势在于强大的数据处理, 在输入原始数据后就会自动处理, 节约了大量课堂宝贵时间。

DIS实验系统的数据处理能力不仅如此, 在九年级物理的晶体融化的实验中还可以用温度传感器替代传统的温度计, 不仅省去了读书的麻烦和可能的错误, 而且能自动生成图像, 实时对比图像和融化过程, 对于学生理解有很大的助益。另外, 有意思的是DIS实验系统还有电磁感应传感器, 可以大致测量生活中的电磁波的变化, 转化为波形直接显示出来, 在课堂上测量手机通话的电磁辐射可以很好调动学生的学习积极性。电压、电流、微电流传感器更是可以和传统的测量仪器相结合, 在电学实验上大展拳脚, 操作更方便简洁, 可以用来测量水果的电压等小实验, 可谓是乐趣无穷。

从以上我们可以总结出来DIS实验系统在实验教学中有以下优点:

1.利用DIS测量精度高的特点, 减小实验误差。

2.利用DIS实验数据实时显示功能, “留住”中间变化过程。

3.利用DIS强大的图像和数据处理功能, 节约实验时间。

4.充分展示学生的创意与思维。

当然, DIS实验系统在实验教学中给我们带来的惊喜还有很多, 多种的传感器组合可以出现创新性的实验, 软件的多样性也有待开发。 但要切记DIS实验和传统实验各自的优势, DIS实验与传统实验, 不是替代, 而是取长补短。 使用DIS实验要关注学生思维过程, 落脚在学生能获得什么、能感受什么, 这样DIS实验才能在实验教学中发挥其最大的价值。

摘要：传统实验教学在教育现代化进展中已逐渐不能满足学生发展的需求, 局限于课堂、书本, 不能很好锻炼学生的动手能力、创新能力、数据处理能力, 也不能充分调动学生的主观能动性。新教育形势下, DIS实验便应运而生。

教学实验系统 篇10

关键词：显微数码互动,传统实验教学,家畜组织胚胎学,组织切片,教学效果

家畜组织胚胎学是动物科学和动物医学教育中必修的专业基础课程。该课程主要研究家畜机体微细结构与功能关系及个体的发生、发育规律, 研究内容包括细胞、组织、器官及动物的胚胎发育过程[1]。 作为一门显微形态学科, 实验课是教学的重要环节。 实验教学的基本宗旨是验证理论知识, 培养学生的观察能力、思考能力和动手能力。

家畜组织胚胎学传统实验教学的特点是在理论知识的基础上, 教师首先通过相关模型、挂图及相关组织幻灯片的放映讲解实验内容; 之后学生自己动手, 在显微镜下进行切片的观察, 教师通过自由巡回方式解答学生在观察中所遇到的问题。传统的家畜组织胚胎学实验课受设备限制, 形成一种师生分离式的教学模式。这种方法不仅效率低, 而且经常由于切片移位造成目标丢失, 导致师生在观察和理解上的错位, 不方便教师指导, 缺乏师生互动; 整个实验过程也相对单一、枯燥、乏味, 学生缺乏学习兴趣, 影响教学质量的提高。

随着计算机技术的发展, 近年来, 不少高校在教学中引入先进的教学工具———多媒体显微数码互动教学系统, 以促进显微形态学科的实验教学。西藏大学于2012年建成多媒体显微数码互动实验室并投入使用。经过近三年的使用, 研究表明: 和传统实验教学相比, 多媒体显微数码互动教学系统不仅提高了学生上实验课的兴趣, 教学质量也有进一步的提高。

1研究对象与方法

1.1研究对象与分组

2013级动物科学本科1, 2班, 2014级动物科学本科1, 2班, 共160人。2013, 2014级动物科学本科1, 2班学生按班级分成A、B两组, 每组学生40名。

1.2研究条件

传统实验教具: 相关实验图片模型、挂图、幻灯机、组织幻灯片、显微镜、实验切片等仪器设备由实验室提供。

现代实验教具: 显微数码互动教学系统 ( 由教师端1台电脑、显微镜和学生端40台电脑、显微镜组成) , 购自江苏省捷达软件工程有限公司; 试验切片由实验室提供。

1.3研究方法

1. 3. 1问卷调查法A组学生利用传统教学方法进行实验教学, B组学生进行显微数码互动教学; 教学内容进行一半时进行交叉互换, B组学生利用传统教学方法进行实验教学, A组学生进行显微数码互动教学, 授课教师保持不变。课程结束后对学生进行问卷调查, 问卷进行量化, 共设计十个问题, 每个问题的答案以十分制计分, 用无记名方法征求学生的看法和意见[2,3]。让学生对两种教学方法的特点打分, 重点了解两种教学方法对教学效果、教学质量、教学效率影响的评价。

1. 3. 2实验考核法A组学生利用传统教学方法进行实验教学, B组学生利用显微数码互动教学, 授课教师保持不变, 教学内容进行一半时进行切片考试, 由同一个教师阅卷[3,4]。

1.4数据处理

采用SPSS 19. 0统计学软件对数据进行t检验分析。

2结果与分析

2.1问卷调查结果

共发放调查问卷160份, 回收160份, 回收率100% , 以无记名方式让学生对教学方法效果打分, 调查内容与统计结果见表1。

由表1可见, 显微数码互动教学评分要高于传统教学方法。从统计结果看, 两种教学方法差异极显著 ( P < 0. 01) 。问卷调查结果表明: 与传统实验教学相比, 多数学生认为现代多媒体显微数码互动教学系统在实验教学中有传统实验教学无法比拟的优点, 从多项调查内容来看, 大多数学生更愿意选用新的现代化教学方式。

2.2实验考试成绩的比较 (见表2)

由表2可见, 显微数码互动教学组学生实验考试成绩显著高于传统教学组学生实验成绩 ( P < 0. 05) , 有统计学意义。

3讨论

以上结果表明: 多媒体显微数码互动实验教学效果相对传统教学效果好, 学生更愿意接受现代实验教学。据分析, 显微数码互动系统教学有以下几个优点是传统实验教学无法比拟的。

3.1利用显微数码互动系统可生动形象地展示组织切片及相关授课内容, 增强教学指导性

教师利用“图像采集”及互动教学区的“教师授课”功能可使镜下组织结构图像清晰地同步显示在学生端电脑上, 教师用鼠标拖动指出典型结构进行讲解, 很大程度上降低了传统实验教学的抽象性。教师还可动态演示由低倍镜到高倍镜观察的全过程, 增强了教学的指导性。

3.2利用显微数码互动系统实现实时动态学习

在传统实验教学中, 大部分时间是由学生自己观察组织切片, 至于学生是否明白教学的重点内容或是否理解组织切片所示何意, 教师都很难客观评价。此外对于学生提出的问题, 教师只能换位观察并给予解答。因为师生不能在同一画面上同时进行观察, 只能在固定组织切片位点上较为粗糙和模糊的层面上进行讨论, 所以教师对学生的提问难以准确和详尽地解答[5,6]。而在显微数码互动系统的实验教学中, 教师通过互动教学区的“屏幕监看”, 在主控台显示屏上可同时观察到全体学生的镜下图像, 每个人的动态切片观察效果全在教师监控之下。教师不再被动地等学生提问题, 随时可了解学生对所学知识的掌握情况, 并随时采取具体的、有针对性的调控方法组织教学。当学生有疑惑时可以主动通过“电子举手”请求教师的帮助。

3.3利用显微数码互动系统的“屏幕转播”功能, 实现资源共享, 丰富实验内容

在传统实验教学中, 因师生不能在同一画面中观察讨论, 导致师生交流很难在课堂上创造互动氛围。 例如当某位学生找到罕见的或重要的组织结构时, 只能让其他同学换位轮流观察。这种方法不仅效率低, 而且还容易造成目标移位, 引起误导[5]。而在显微数码互动系统的实验教学中可以使用“屏幕转播”功能, 就可将某一台显微镜下的特殊或典型结构图转换到大屏幕上展示给全班同学观看, 实现镜下图像的共享。

3.4利用“图像采集”功能, 实现图像捕捉、照相、处理、保存, 完善教学资源

在传统实验教学中, 镜下观察到的典型图片无法保存, 也无法演示给其他学生看, 在很大程度上浪费了教学资源。而在显微数码互动系统中, 可利用图像采集和处理功能对任意一台显微镜中的图像进行捕捉、采集、处理和保存, 利于建立完善的数字化切片图库, 丰富教学资源, 便于学生交流学习。

3.5利用显微数码互动系统便于教师检查学生学习效果

在传统实验教学中, 实验课上学生自己真正看懂多少切片, 教师很难客观评估。而在显微数码互动教学系统中, 教师可以通过“文件下发”功能将某些组织切片图传至学生端电脑, 学生按要求完成作业之后, 通过“作业提交”上传至教师端电脑, 教师根据作业情况便可以了解实验课的教学效果, 具有实时性、 互动性、针对性, 可以对每个学生实施因材施教式的具有个性化的一对一式教学。

4小结

与传统实验教学相比, 多媒体显微数码互动系统一方面给教师和学生提供了形象直观的交互式学习环境, 改变了传统实验教学的单一、枯燥, 激发了学生主动发现、主动探索, 不仅有利于发展联想思维, 还有利于建立新旧知识的联系; 另一方面, 显微数码互动教学对教师也提出了更高的要求。教师要转变教学观念及教学模式, 通过培训, 认真学习显微数码互动系统的操作程序, 多钻研挖掘其强大功能, 熟练地掌握、运用该套设备, 使其为自身的教学、科研服务[7]。

参考文献

[1]沈霞芬.家畜组织学与胚胎学[M].4版.北京:中国农业出版社, 2009.

[2]王菊, 周宗瑶, 慕晓玲, 等.显微数码互动系统在人体组织学实验教学中应用效果评价[J].黑龙江医学, 2014, 38 (1) :100-102.

[3]李雷生, 杨海霞, 聂尚丹, 等.显微数码互动系统在临床检验基础实验教学中教学效果比较研究[J].中国高等医学教育, 2012 (11) :105-106.

[4]赵宏贤, 徐富翠, 黄吉春, 等.组织学实验课显微数码互动与普通教学的对比研究[J].西北医学教育, 2007, 15 (5) :895-897.

[5]周艳梅, 卓煜娅.显微数码互动教学应用于组织学实验中的体会[J].山西医科大学学报:基础医学教育版, 2010, 12 (9) :943-945.

[6]季风清, 孙海梅, 李保红, 等.组织学实验课教学新模式——显微数码互动实验室的应用[J].中国医学教育技术, 2005, 19 (1) :40-41.