虚拟实验在物理教学中的优势和实现方式

虚拟实验在物理教学中的优势和实现方式（精选8篇）

篇1：虚拟实验在物理教学中的优势和实现方式

病理学是研究人体疾病发生的原因、发生机制以及病变转归的一门基础医学学科。其实验教学是整个教学过程中的重要环节, 通过实验教学可以加深学生对基本理论知识的理解和记忆。因此, 医学院校在安排病理学课程时, 会安排适当学时的实验课。但是, 长期以来, 由于受办学经费紧张、投入不足等因素制约, 病理学实验教学存在很多问题。为此, 我们将虚拟实验室与病理学教学结合起来, 建立虚拟实验室。

1 病理学实验教学存在的问题

1.1 学生显微镜操作技术不过关, 无法分辨正常组织与病变结构

由于病理学实验教学主要通过显微镜进行, 但由于很多学生显微镜操作不熟练, 增加了学习难度。目前, 病理学教学遇到的一个突出问题就是即使上课前教师讲解了正常组织图片, 但观察病理切片时, 由于不同切片的组织学结构有细微差别, 学生无法辨别正常组织结构与病变组织结构, 或者即使找到病变结构, 也无法辨别清楚。

1.2 切片更新较慢

随着人们生活水平的提高, 疾病谱也发生了改变, 而学校的病理切片一般很长时间才更新一次, 甚至不更新, 使得一些疾病标本得不到及时补充, 严重影响教学效果。

1.3 理论与实践脱节

很多学生在学习病理学理论知识时积极性很高, 但在将理论知识运用于实践时, 表现却不令人满意, 理论与实践严重脱节。

2 虚拟实验室对病理学实验教学的影响

虚拟实验室是通过提前将数字化切片库装入电脑中, 根据教学需要, 教师上课时通过控制所有学生的电脑及时将切片的视场图像播放出来, 同时, 标明正常病变与异常病变图像, 使学生一目了然地识别病变位置及病变特征。它具有传统实验教学所无法比拟的优势。

2.1 操作简单, 方便学生学习

与传统的操作显微镜相比, 虚拟实验室的操作更加简单, 上病理学实验课时学生打开电脑就可以清楚地看到教师传给他们的切片视场图像, 可以清楚识别病变位置, 方便学生学习。加之电脑的普及, 与传统的显微镜相比, 电脑能明显提高学生的学习兴趣。

2.2 切片更新及时, 为病理学实验教学提供了物质保障

传统的病理学实验教学由于要借助切片, 而切片易碎, 易褪色, 需不断购买, 增加了学校的实验经费。虚拟实验室可一次性购买, 永久使用;同时供货商每年都对病理切片库进行更新, 虚拟实验室形态学切片库中, 涵盖了很多知名医学院校长期收集的大量珍贵组织和采用珍贵染色方法的切片。这就为病理学实验教学提供了重要的物质保障, 同时也节省了病理学实验教学的实验经费。

2.3 创新考核方法

传统的切片考试一直是困扰医学院校教师的难题, 存在如切片质量参差不齐, 考试统一性较差, 教师批阅较为繁琐等问题, 而虚拟实验室教学系统中的考试软件则很好地解决了这些难题。由于图像的一致性较好, 使得数字切片考试效率高, 考试更加公平、公正。

综上所述, 虚拟实验室是当前高等医学院校培养高素质人才的迫切要求, 是进行现代医学创新教育的重要手段, 也是实现医学教学资源共享与优化配置的重要方式, 是高校提高教学效率的有效途径。虚拟实验室, 契合了形态学虚拟仿真教学的趋势和要求, 通过高质量的学习资源库、多种形式的师生互动方式, 激励学生自主学习, 助推教师信息化教学, 方便其对教学过程全方位的监管、统计与管理, 有效促进了学生自学。

目前, 国内外已经有很多学校建立了虚拟实验室, 很多学者专家认为虚拟实验室可以提高学生学习的积极性, 但是大多数仅限于理论层面的探讨, 而虚拟实验室对于病理学实验教学效果的影响尚未可知, 有待深入研究。

参考文献

篇2：虚拟实验在物理教学中的优势和实现方式

一、高中化学实验教学中存在的问题

化学是一门以实验为基础的自然科学，如果教师仅仅在课堂上通过讲授的方式对化学反应的原理、过程和现象进行讲解介绍的教学方法，不足以满足《普通高中化学课程标准（实验）》对学生的要求。因此，探究的化学实验教学的教学方式与方法具有重大意义，这将有助于学生加深对化学学科的认识，增强学生探究知识的欲望，提高学生的综合素质，有利于培养学生的创新精神和实践操作能力。目前，在新课程改革的推动下，尽管新版教材已丰富了演示实验和分组实验的部分内容，但就现状而言，高中化学实验教学中仍存在诸多问题。

1. 实验条件和内容的局限性。由于不同地区、不同学校的实验条件参差不齐，有些贫困县区的高中因经费限制，缺少实验仪器和试剂的现象特别严重，致使部分学校无法开全演示实验和分组实验。有些教师在实验教学过程中过分依赖教材、实验册和教辅资料，实验安排单一枯燥，学生完全依据教师提供的实验步骤完成实验，而不是在教师的引导下自主完成提出问题、作出假设、实验探究和得出结果的实验设计。

2. 实验仪器及试剂在使用过程中的危险性。高中化学实验中用到的仪器多为易碎的玻璃制品，使用的试剂多数是一些反应剧烈的活泼金属和具有强腐蚀的酸或碱。教师或学生如果在实验过程中处理不当，将存在极大的安全隐患。

3. 实验试剂和反应产物的污染性。在高中化学课程标准安排的多数化学实验中，所用到的反应试剂及得到的反应产物，如果不经过科学系统的分类、保存或处理都将可能对学校周围的环境造成污染。

4. 实验过程复杂并缺乏严谨性。传统的化学实验教学中，有很多实验方法的设计上比较复杂，实验过程费时费力，而且很容易导致实验效果不精确，影响教学效果和学生对知识的准确掌握。

针对以上传统高中化学实验课教学中存在的诸多弊端，笔者以为利用开放式网络化的虚拟实验室对学生进行化学实验教学，不失为今后高中化学教学实验课的一种十分有效的新途径。

二、虚拟实验室的概念和特点

1. 虚拟实验室的提出。虚拟实验室最早于1989年由美国弗吉尼亚大学的威廉·伍尔夫教授提出，当时仅作为一种能为不同地理位置的实验人员提供相互交流、协调工作、共享实验资源和数据的计算机网络化环境。随着各国学者对虚拟实验室研究的不断深入，虚拟实验室得到了很快的发展。联合国教科文组织于1999年在美国艾奥瓦州立大学的会议上提出关于“虚拟实验室研究中心”和“虚拟研究实验室”科研和教学模式的构想，并将虚拟实验室定义为：为了实现远程协作、实验研究或其他创新活动，通过分布式信息通讯技术并发布结果的电子工作室。①

2. 虚拟实验室的特点。与现实实验室相比，虚拟实验室在科研和教育方面存在诸多优势和特点，具体如下：

（1）成本低：虚拟实验室可以在拥有少量实验仪器甚至在没有实验仪器的环境下完成实验，这样将大大节约仪器和试剂在购置、管理和维护过程中产生的费用。虚拟实验室作为一种可重复、无损害的软件系统加以利用，极大地降低了开发和使用成本。

（2）自主性：虚拟实验室是一个自由开放的网络实验平台，学生和教师可以依照自己的需求自主选择实验的时间、地点、仪器、内容及方法来安排实验教学和练习，这样极大地增强了学生的学习兴趣和自主探究的学习欲望。

（3）交互性：虚拟实验室在通过网络完成远程教育的基础上，优化了传统远程教育中“只能看，不能动手做”的弊端，实现了教师、学生和网络虚拟实验室系统三者间的相互研究与交流，这样不仅在学习过程中加强了师生之间、生生之间的合作学习，也让学生在亲自动手操作的过程中提高他们的实践能力，同时也能使实验效果达到最大的精确化，有效提高课堂教学效率。

（4）高效性：学生可以通过虚拟实验室中的复习平台，结合理论教学自主的完成实验练习，这将有助于学生克服实验装置安装不正确、实验仪器操作不规范等基本技能障碍，帮助学生更高效地解决实验问题，达到有效学习目的。

（5）安全性：虚拟实验室中的仪器和试剂都是通过软件仿真模拟技术构建起来的，只需通过电脑即可完成实验操作。这对于教师进行演示实验和学生进行自主实验来说，能避免传统实验对仪器和实验人员的伤害，提高实验过程的安全性。

三、虚拟实验室在高中化学实验教学中的优势

针对传统实验教学中存在的不足，采用构建虚拟实验室的方式，能够进一步丰富高中化学的实验内容和组织形式，这对提高高中化学实验课的效率，激发学生的学习兴趣，培养学生细致的观察能力、缜密的思维分析能力、灵活的动手操作能力有着积极作用。

1. 帮助学生更好地掌握实验原理、方法和操作过程，培养他们的学习兴趣。教师在开展实验教学之前，可以安排学生在虚拟实验室平台观看相关的实验教学视频，在初步了解实验原理、实验方法和实验操作过程之后，再指导学生亲手操作虚拟实验试剂和仪器进行模拟实验。这样将有助于增加学生对实验的了解，保证学生有充足的操作时间，熟悉操作过程，减少传统实验由于操作失误造成的安全隐患，从而激发学生对高中化学实验的学习兴趣。

2. 激发学生主动学习意识，提高他们创新实践能力。传统实验教学提供的实验仪器和试剂相对有限，对学生使用实验材料的数量和操作仪器的次数都加以限制。学生只能在教师的安排下完成要求的实验任务，而不是自主设计实验并根据观察到的现象得出结论。通过虚拟实验室平台，学生不仅可以重复教师安排的实验内容，也可以根据自己的兴趣自主设计并完成一项科学探索，从而加深知识的理解，强化科学探究的意识，提高创新实践能力。

3. 帮助学生完成传统实验课无法完成的实验，激发学生自主探究精神。虚拟实验室具有传统实验室所不具有的某些功能，能开展一些难以完成或无法完成的实验。在传统实验教学过程中，学生无法把宏观的实验现象与微观的分子之间的反应建立起联系，对于化学反应式常常是死记硬背，降低了学习兴趣，虚拟实验室就可以解决这个问题，通过播放模拟微观分子之间反应的Flash动画，学生可以利用直观、生动的形象有效地激发联想，唤醒长期记忆中的有关知识、经验或表象，从而利用原有认知结构中的有关知识与经验去同化当前学习到的新知识，赋予新知识以更深刻的意义，调动学生学习兴趣，提高学生创新能力，培养学生探究精神。

注释：

篇3：虚拟实验在物理教学中的优势和实现方式

高校计算机不同的实验课程对实验环境的要求是不同的,如某专业网络开发课程有时需要Windows操作系统、SQL server数据库、IIS网络组件环境,有时却需要Linux操作系统、My SQL数据库、Apache网络组件环境。因此为了满足课程不同的需要,管理员有时需要在学生机上安装多个操作系统,配置不同的实验环境。虽然机房电脑都采用了保护卡同传的技术手段,但是工作量依然是很大的。

有时还会碰到不同版本的软件要安装在一个操作系统中,如SQL 2005、SQL 2008、SQL 2012几种数据库版本同时安装后出现兼容性问题,引起互相冲突不能使用的情况。

另外,有些网络实验的课程,如dns和dhcp服务器的建立使用,需要搭建一个网络环境,这时需要几台计算机一起组成局域网环境。在传统机房中就很难创建和模拟这样的教学环境。

因此,对实验室管理员来说,机房要能够快速部署各种操作系统和软件,并且能方便地进行调整和管理。近年来迅速发展的虚拟化技术,为实验教学开辟了新的模式,为上述问题的解决提供了新的思路和方法。

二、桌面虚拟化在实验教学中的应用

桌面虚拟化是通过将数据的运行存储与桌面呈现进行分离,用户通过远程访问协议来访问他们的操作系统(即目标虚拟机),将目标虚拟机上运行界面传输到用户本地的操作机屏幕上,并将键盘、鼠标等外设输入传输到目标虚拟机。数据的运算全部由目标虚拟机完成,管理员统一集中管理数据中心服务器上的全部虚拟机。

目前,桌面虚拟化主要有VMware公司、Microsoft公司、Citrix公司的产品。

VMware View桌面虚拟技术可通过View Manage直接从模板生成桌面并部署,此过程在服务器上几分钟即可完成,相比采用ghost的网络同传快了很多。

管理员可以按照课程来创建不同的课程虚拟桌面,如建立主要讲解办公软件Office使用的计算机基础课程虚拟桌面,或者建立主要为计算机软件专业的.NET、JAVA等开发类课程虚拟桌面等。根据课程需求,管理员可在后台方便切换不同课程的虚拟桌面。管理员也可以给每个学生分配多个桌面系统,使其能开展网络建设等课程的实验内容。

三、应用虚拟化在实验教学中的应用

由于机房应用软件的安装部署、升级更新的频繁,且要安装各种版本的应用程序,会引起软件兼容性问题,增加了实验室管理员的工作量。应用虚拟化技术的出现改变了这种状况。

应用虚拟化的基本原理是:分离应用程序的计算逻辑和显示逻辑,即界面抽象化,当用户访问虚拟化后的应用时,用户端计算机只需把用户端人机交互数据传送给服务器端,由服务器端为用户开设独立的会话来运行应用程序的计算逻辑,并把处理后的显示逻辑传送到用户端,使得用户获得在本地运行应用程序一样的效果,即将应用作为一种服务交付给用户使用。

VMware公司的Thin App就是应用虚拟化的典型解决方案。它将应用程序从底层操作系统分离出来,以提高兼容性和简化应用程序管理。由Thin App打包的应用程序可以在数据中心的服务器上运行,并可以通过虚拟桌面上的快捷方式进行访问,可以在同一操作系统上运行多个虚拟应用程序,也可运行同一应用程序的多个版本并支持部署离线应用。这种方式就能解决上文提到的SQL数据库系统不同版本在一个操作系统上同时运行的要求。总之,应用虚拟化模式为管理员提供了灵活的软件安装方法,满足了课程的多样化实验环境需求。

桌面虚拟化技术将硬件环境、操作系统、应用程序、用户数据进行分离。用户可以实现非特定时间、非特定地点、非特定终端的桌面访问与操作。而应用虚拟化技术则实现了计算机操作系统和应用程序之间的分离,实现了对应用程序的灵活管理,克服了不同版本应用程序无冲突地在单个操作系统上的运行。两者从不同方面降低了对计算机操作系统和软件的管理复杂度,实现了灵活而高效的管理。

摘要：首先探讨了高校实验教学中存在的诸多典型问题,然后提出用桌面虚拟化和应用虚拟化两种技术来解决。实践表明,这两种技术提供了灵活的实验环境模式,实现了集中高效的管理。

关键词：桌面虚拟化,应用虚拟化,实验教学

参考文献

[1]谢瑞杰.基于虚拟技术的计算机实践教学[J].福建电脑,2015(3):134-135.

[2]张鑫.浅谈基于应用程序虚拟化实验室管理[J].科技信息,2011(2):251-252.

篇4：虚拟实验在物理教学中的优势和实现方式

【关键词】电子技术课程 虚拟实验 传统实验

【中图分类号】G 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2016）03C-0181-03

教育信息化迎来了教育理念和模式改革的深刻革命，为更好地培养适应社会需求的实践创新人才，全国高校纷纷进行了开放性实验教学的改革，传统的以元器件操作、纸质记录的实体性实验模式已不能满足开放性实验研究的需要。开放性大学的日益发展，越来越多的人加入了终身学习的行列。电子技术是在实验的基础上进行理论研究的学科，其内容较多，实验次数有限，课程内容较抽象。随着虚拟电子实验技术的成熟，仿真实验室在电子技术教育领域的应用价值日益凸显。2014年3月，教育部发出了批准建设全国首批100个国家级虚拟仿真实验室的通知。虚拟电子技术实验室作为传统实验的有效补充和延伸，已经成为电子技术专业学生进行专业课程设计的重要实验平台，是电子技术课程教学的一项重要创新。

一、电子技术虚拟实验室国内外研究现状

自21世纪以来，教育数字化已经成为世界教育活动发展的一种新潮流。最早提出虚拟实验室概念的Willaim Wolf教授形象的把虚拟实验室称为“没有围墙的研究中心”。目前，国外在电子学方面，麻省理工学院的Web Lab远程实验室早在13年前就开发并使用在电路设计课程和微电子学的实验。西班牙大学的电子仪器虚拟工作平台，意大利帕瓦多大学的远程虚拟教育实验室都是世界上一流的电子虚拟实验室。还有LAA Physics（Lean Any time Any where Physics）物理实验室是由美国北卡罗来那大学研制的，它提出了“随时随地学习物理”的口号，其目的就是建立一个自由、开放的物理课程实验室。

从知网查询对于电子技术虚拟实验的研究，从中可以看出学术界对于电子技术的学术关注度呈逐年上升的趋势。国内电子虚拟实验室的建设在这几年也得到了快速的发展。国家开放大学的物理虚拟实验室，北京邮电大学的开放式网上虚拟实验室，电子科技大学的电子与通信系统虚拟仿真实验室，西安电子科技大学、杭州电子科技大学的电子信息与通信虚拟仿真实验室等都逐步建成并投入使用。

电子电路以及整个系统的设计是一个不断调试、纠错而呈螺旋式上升的过程，它需要耗费大量的人力、物力和财力。采用虚拟实验平台进行电子电路和系统的设计可有效解决实验设备的不足，这使得虚拟仿真实验愈加适合电子技术课程的基础教育。

二、电子技术虚拟实验方式与传统实验方式的区别

教育的信息化使电子线路课程体系随着信息技术的发展而发展，电子器件从电子管、晶体管到集成电路的发展，也在高校电子技术课程的教学领域引起相应的变化。虚拟仿真实验室的创立，能很好地化解实验硬件的不足，改变传统的教学模式，仿真技术能更充分调动学生的积极性。

（一）传统实验

电子技术实验课程主要强调硬件知识和技能的获取。其包括元器件、单元电路以及由此组成的电路与系统，通过实验掌握这些硬件电路的结构原理以及分析设计。传统的实验教学需要设计、调试、实验、分析四个阶段，但如果对自己的制作工艺没有充分的把握，都不敢通电实验，担心存在的危险会影响实验数据的收集。随着电子元件的增多，比如手机电路板的尺寸很小，电路的层数也多，布线就有了相当的难度，导致无法用手工设计。再者，随着元件数量的增多，各元件之间的相互干扰，使耦合也变得越来越复杂。传统的实验方式优点是：实体感强，进行小型电路设计时，布线明了，操作完成后更有成就感。

（二）虚拟实验

虚拟实验室由虚拟实验台、虚拟器材库和开放式实验室管理系统组成。虚拟实验室为开设各种虚拟实验课程提供了全新的教学环境。虚拟实验台与真实实验台类似。学生可利用虚拟器材库中的器材，自由搭建实验教学计划中的实验教学项目，完成综合性、设计性实验方案的实现。在虚拟实验室中，学生更易获得相关的知识、科学的指导和及时的反馈。而且采用电子设计自动化（EDA）技术开发的产品设计成本低、功能全、易纠错。虚拟实验的优点是：学生可随时随地动手配置、调节和使用实验仪器设备，缩短了设计周期。虚拟教学使实验的安全系数提高，在教学中更便于教师监控，减少实验报告的抄袭情况。

三、虚拟实验技术在电子技术教学中的应用

（一）基于软件的虚拟电子技术设计实验应用

基于信息化时代，计算机可以帮助我们在进行电子技术实验的时候进行计算、信息存储和制图等多项工作。比如，EDA（电子设计自动化）技术的应用，它是在电子辅助教学技术的基础上发展起来的计算机软件，其以计算机为工作平台，融合应用电子技术、计算机技术和智能化技术的最新成果，主要能进行电子电路设计、IC设计和PCB设计。EDA技术将先进、丰富生动的教学方式引入到电子技术的教学之中，使复杂抽象、不易理解的电子技术变得生动形象、简单易学。

EDA工具层出不穷，目前进入我国并具有广泛影响的EDA软件主要有加拿大Interactive Image Technologies公司的EWB、美国Cadence公司的OrCAD、澳大利亚Altium公司的PROTEL、美国Mentor Graphics公司的PADS等。

各类基于应用软件的EDA软件的设计都大体相同，以电子电路工作平台EWB（Electronic Workbench）软件为例，如图2所示，其界面操作简单，工作桌面上装有进行电子实验的若干元器件以及实验设备，像传统操作一样在计算机上完成接线，然后在指定按钮（计算机窗口中）上按一下鼠标 ，计算机将显示出实验结果。其仪器仪表库中还提供了信号发生器、万用表、电压表、扫频仪、双踪示波器、逻辑分析仪等仪器仪表。面板上也提供了各种建模精确的元器件，电阻、电感、电容、二极管、三极管、继电器等。模拟集成电路方面有各种运算放大器、其他常用集成电路。它完全基于电脑中的软件进行电子电路实验，电路的设计可以与实验同时进行，边实验边通过电脑进行分析并形成实验报告。

利用软件式的虚拟平台辅助教学，可以更好地培养学生的学习兴趣，增强学习效果，从而提高教师的教学效率。也可对仿真电路进行破坏性连接，方便地检测不同故障情况下的电路工作状况。但它的特点是要事先对软件进行了解，学习软件的操作方式，此类软件也适合比较复杂的电路安装调试或者电路的设计。

（二）基于网页的虚拟电子技术基础实验应用

基于网页（web）的虚拟实验室利用多媒体网络技术，将整个实验操作过程进行计算机模拟。有的是采用交互式Flash技术开发的网络实验室。基于Flash技术开发的实验界面美观、视觉冲击效果强、体积小、简单易学，可直接在浏览器中进行操作，不需要安装。学习者通过网络浏览器的鼠标操作，就可以像操作真实的实验设备一样，完成实验过程。这种模式比较适用于在电子技术的基础教学中，一些简单的实验可以通过鼠标的操作完成。

在基于网页的虚拟实验室中，实验者也可以进行实验预约、交互性虚拟实验、实验报告的提交等。基于WEB的方式，学习者无需学习软件，完全是“所见即所得”，看到的是真实的仪器而不是符号，比较适合完成电子技术课程中一些入门式的实验及初学者。网络虚拟实验室就是一个无墙的实验中心，是终身学习、社区教育的一个强大的教学后盾。比如要测量变化的磁场是不是形成电流，就可以直接用鼠标拖动磁铁上下移动，看一下电表的变化就可以清楚地看到形成的电流变化，如图3。

（三）基于传感器的虚拟电子技术实验应用

传感器技术的内容涵盖了电磁学、光学、化学、声学、材料学、力学、微电子学等多个学科交叉。它通过感受物理量并按一定规律将其转换为有用信号的器件或装置，利用某些材料自身所具有的内在特性去感受被测量，并转换成可用电信号导入计算机进行处理，因为其实验数据最终结果是通过输入电脑去进行记录、整理、计算、作图、分析，所以，我们也把它归为虚拟实验方式的一类。其结构流程图如图4。

四、云计算时代电子虚拟仿真实验室的展望

（一）改变教育方式

基于网络的虚拟实验室使远程教育更趋完善，它向人们展示了信息时代一种全新的教育方式。其打破了传统实验的模式，师生不受时空限制，共享数据和计算资源，减少重复投资。

（二）节省经费

传统实验室为提高学生的动手能力，需要配置大量的元件和电子仪器，存在投资大、维护难的问题。造成科研活动耗资大，实验设备价格昂贵。在虚拟实验室中，仪器和元件不存在损坏，当整个电路系统先虚拟仿真成功再投入实际运作，可以降低科研成本。

（三）数据存储云同步

云时代增强了师生交互、协作和资源共享的能力，实现基于网络的远程虚拟现实通过Internet服务为个人用户提供海量甚至无限量的个人存储空间。多个个人设备中的数据可以与云存储数据自动同步。

大数据时代，把实验室放到“云”上，使实验教学具有开放性，大众化，学生们利用各种网络终端自由地进入虚拟实验室，方便地操作仪器进行实验。但是，电子技术虚拟实验方式的改革还必须与实体实践相结合。毕竟网络虚拟实验不是实体操作，电路工艺、线路长短、仪器的精密都会存在差异，其只能作为电子技术实验教学的一个延伸和补充。

学生通过电子技术虚拟实验室的人机交互界面来完成所设定的实验，可以接受更大量、更具体、更完整的信息。不同层次的实验，不同的人群选择不一样的虚拟实验方式，更好地契合了开放性学习“以学生和学习为中心”的学习模式。采用科学的实验室装备，进行多种形式的实验方式，可以促使我们与最先进的电子实验同步，更好地提高实验教学的水平。

【参考文献】

[1]赵顺喜.网络虚拟电子实验室的创建[J].实验室科学，2010（3）

[2]冼凯仪，潘松.应用电子电路仿真软件改革电路实验[J].杭州电子工业学院学报，2002（2）

[3]方振汉，严萍.构建电子技术虚拟实验室[J].中国计量学院学报，2003，14（2）

[4]段国艳.电子技术虚拟实验系统研究与开发[D].西南交通大学，2013

[5]蒋燕妮，吴苏.基于EDA技术的数字电子技术虚拟实验系统探究[J].电子技术，2012（07）

[6]刘云芳.电子技术虚拟实验系统的设计与开发[J].教育教学论坛，2012（37）

篇5：虚拟实验在物理教学中的优势和实现方式

一、采用虚拟实验技术,可以大大提高物理实验的课堂演示效果

比如探究分子热运动时,通常无法用肉眼来观察这些微观运动,演示实验的效果自然大打折扣,但采用计算机来模拟这种运动,则十分生动形象,学生也一下子就理解接受了。

二、采用虚拟实验技术,可以避免烦琐,提高课堂效率

比如在探究物质的比热容(吸放热特性)的实验中,哪怕是采用电热丝加热液体,但由于热量损失严重,往往无法顺利得出正确的结论,有时甚至会得出相反的结论。因此,有不少老师费尽心力来做这个演示实验,浪费了大量课堂时间,教学效果却不太理想。而通过采用多媒体技术来模拟实验,也能使学生真实地感受这个实验,极大地提高了课堂效率。

三、采用虚拟实验技术,能极大地提高学生的实验能力和创新能力

利用网络虚拟实验室,可以随时随地反复进行实验操作,增强了学生的动手操作能力。让学生在网络虚拟实验室进行物理实验,还可以突破时间、场地、实验条件等种种限制,不仅可以练习课堂实验,还可以课后自主探究各种实际问题,极大地拓展了实验内容,开发了新的实验资源,更好地促进了学生实验能力和创新能力的发展,进一步提高了学生的科学素养。

四、采用虚拟实验技术,能实现实验资源的共享,拓展了实验渠道

通过网络虚拟实验室,能够通过计算机在网络中模拟一些实验现象,它不仅仅能够提高实验教学效果,更重要的是对一些缺乏实验条件的农村中学学生,通过网络同样能够身临其境地观察实验现象,甚至和异地的学生合作进行实验。

如本人曾在网络环境下采用“仿真物理实验室”虚拟电学实验室软件(在线版网络软件),实现网络与物理实验教学的整合。学生在网络技术环境中进行多媒体实验操作,通过网上人机对话,学生可以一边操作一边在网上畅游,获取新知识,或与其他同学交流。如果学生在网络虚拟实验室遇到问题,就可以通过网络从其他同学那里获取相关信息,进行讨论,让学生自主学习,并自主观察模拟实验,从而掌握学习成果和学习方法。

五、采用虚拟实验技术,可以弥补实验器材的不足,改善实验条件

通过多媒体技术模拟实验的辅助,模拟一些重要的,但在现实实验环境下难以完成的一些物理实验,则可弥补常规实验仪器的不足,提高物理实验的演示效果。比如探究天体运动时,通过采用多媒体技术来模拟实验,也能使学生真切地感受这个实验。

六、采用虚拟实验技术,还能减少器材消耗,节约实验经费开支

利用虚拟现实技术在多媒体计算机上建立虚拟实验室,学生便可以走进这个虚拟实验室,身临其境般地操作虚拟仪器,操作结果可以通过仪表显示,反馈给学生来判断操作是否正确。这种实验既不消耗器材,也不受场地等外界条件限制,可重复操作,直至得出满意结果。

七、采用虚拟实验技术,还能保障学生和设备的安全

特别是对于使用有毒物质的实验和易出现爆炸现象等危险情况的实验,利用多媒体技术来模拟实验,同样可以让学生感同身受,还可以避免意外事故的发生。

虚拟实验的应用和发展,加快了实验室发展和实验教学改革,促进了教育观念的改变。虚拟实验是培养创新人才的新的实验手段。

篇6：虚拟实验在物理教学中的优势和实现方式

【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.

篇7：虚拟实验在物理教学中的优势和实现方式

高职高专教育是我国高等教育的重要组成部分, 其人才培养模式的基本特征是以适应生产、建设、管理、服务第一线需要的, 德、智、体、美等方面全面发展的高技术应用性专门人才。以适应社会需要为目标, 以培养技术应用能力为主线设计学生的知识、能力、素质结构的培养方案, 以突出职业性、实践性、适应性和区域性为特点的课程教学。而教学实践就是要将课堂上所学的理论知识转化为实际的动手能力, 通过多种途径, 强化学生的专业技术水准和实践能力。因此, 教学实践是整个高职高专教育中最为重要的一个环节。英国17世纪著名化学家罗伯特·波义耳说过"实验是最好的老师", 实验是理论学习到实践应用之间必不可少的一步, 尤其在计算机课程这种实践性很强的学科中, 实验更是重中之重。但是, 在计算机教学中, 往往受到学校现有教学实验条件的限制, 部分课程教师一般只能采取课堂演示或以讲代练的方式进行教学, 课程内容没有实践活动, 教学效果不理想, 学生在学习中对于某些问题也不能更深入地理解和掌握。那么, 对这样的课程如何充分利用现有实验条件, 进行课程中相关的实验教学呢?本文将对利用虚拟机技术在计算机实践教学中的优势进行探讨。

1、虚拟机概念

所谓虚拟机, 就是虚拟出来的计算机。虚拟机技术就是应用虚拟机软件, 在一台实体计算机上虚拟出若干台计算机的技术。这些虚拟出来的计算机和真实的实体计算机几乎完全一样, 每台虚拟机可以运行单独的操作系统而互不干扰, 并且可以随意修改虚拟机的系统设置, 而不会对实体计算机造成损害。

具体地讲虚拟机是在一台实体计算机上应用虚拟机软件将硬盘和内存的一部分拿出来虚拟出若干台计算机, 这些计算机都可安装各自的操作系统而互不干扰, "新"计算机各自拥有独立的BIOS、CPU、内存、硬盘、光驱、显卡、网卡等, 可以像使用普通计算机一样对其进行分区、格式化、安装系统和应用软件等操作。还可以将几台虚拟机组成一个网络。在虚拟机崩溃之后可直接删除不影响实体计算机系统, 同样实体计算机系统崩溃后也不影响各虚拟机, 实体计算机可以在重装系统后可再加入以前的虚拟机。虚拟机软件在建立虚拟机时不需要重新启动实体计算机, 就能使用虚拟机。在实体计算机上建立多个虚拟机, 不但方便, 而且安全。用虚拟机学习计算机技术、网络技术在计算机课程实践教学中能够发挥较大的作用。通常把运行虚拟机软件的实体计算机叫宿主机。

2、使用虚拟机的硬件环境

虚拟机是是应用软件将宿主机的硬盘和内存的一部分拿出来虚拟出的计算机, 每建立一台虚拟机就必然占用宿主机的一部分硬盘空间 (表现为一系列文件存放在硬盘上) , 启动虚拟机后要占用宿主机的部分内存空间。因此, 宿主机的硬盘大小决定了建立虚拟机的个数, 而内存的大小决定了能同时启动虚拟机的个数。在学习使用虚拟机时要注意, 虚拟机软件所建立的虚拟机与运行软件的宿主机硬件没有必然的联系, 即无论虚拟机软件运行在什么样硬件的计算机上, 其建立的虚拟机的硬件环境是完全一样的。虚拟机软件还可以模拟出宿主机没有安装的硬件, 由此可得到比宿主机硬件配置更好的虚拟机。例如, 用虚拟机软件VMware Workstation可以建立具有4个SCSI硬盘、每个硬盘容量大小为160GB的虚拟机来完成相关实验。

为了能很好地用虚拟机完成计算机课程中的实验教学, 宿主机的配置建议CPU主频3.0GHz、内存4GB、硬盘320GB以上, 操作系统为Windows Server 2003, 这样可利用Windows Server 2003提供的"软件路由"功能, 来进行模拟三层交换机和多个VLAN的实验。

3、虚拟机在教学中的优势

随着计算机硬件技术的发展, 高校近年建设的计算机机房都是高配置的计算机, 具有高主频、大内存、大硬盘的硬件, 这就为使用虚拟机技术奠定了基础。在教学中就可以充分利用虚拟机解决网络实验环境的问题、解决一些带有破坏性的实验所需要的特殊环境要求的问题。

3.1、虚拟机能提供完善的实验环境

在传统的计算机机房中, 为了满足计算机课程教学中不同的实验环境, 需要在同一台计算机上安装多个操作系统, 通常的解决方法有两种:一是装多个硬盘, 每个硬盘装一个操作系统, 开机的时候进行选择进入不同的操作系统, 这种方法虽然简单方便, 但计算机整体价格昂贵, 而且不可能安装太多的操作系统;二是在同一个硬盘上安装多个操作系统, 开机的时候进行选择进入不同的操作系统, 这种方法虽然不增加计算机的整体成本, 但计算机系统不够安全和稳定, 因为一旦主分区操作系统损坏, 可能其余的操作系统都要被损坏。而使用虚拟机软件则可以建立多个虚拟机, 在虚拟机上安装不同的操作系统, 需要时运行相应操作系统的虚拟机即可得到实验环境。因此, 虚拟机可以提供完善的计算机实验环境。

3.2、应用虚拟机实验环境, 提高学生技能操作水平

在高职院校的计算机教学中, 学生的技能培养和训练是教学的重要环节, 灵活应用虚拟机实验环境, 有利于提高学生的学习兴趣和自主学习能力, 有利于学生计算机技能的培养。如在"计算机组装与维护"课程教学中, 有很多实验是带有"破坏性"的, 如需要对硬盘进行分区、格式化, 调整分区大小、多个分区合并、重装操作系统等操作。如果在真实的计算机上进行这些实验, 只能是由教师在一台专用的计算机上进行演示操作, 而学生没有动手进行实验操作的机会。因为在实验的过程中计算机上的数据将被全部删除, 实验后系统不容易恢复。而要让学生动手完成这样的实验, 就需要建设专用的计算机实验室, 目前在一般的高职院校中是不可能, 也是不必要的。因此, 我们可以在普通计算机机房中, 运用虚拟机软件建立虚拟机, 让学生在虚拟机上完成这些带有"破坏性"的实验。

3.3、应用虚拟机实验环境, 可减少机房系统的维护

虚拟机建立完成后其系统文件是以一系列文件的形式存放在硬盘中, 即虚拟机只是宿主机硬盘上的一系列文件。当虚拟机系统感染病毒或出现灾难性损害时也不会伤及宿主机上的系统文件, 因此, 在教学中使用虚拟机创建实验环境进行实验操作, 可增强宿主机系统的安全性和稳定性, 从而减少计算机机房系统的维护。由于虚拟机是以一系列文件作为其系统存储文件, 为此可直接将相应文件夹下的系列文件拷贝到其它计算机上使用, 从而可省去虚拟机建立和安装操作系统的过程, 方便多机统一部署安装。

3.4、利用虚拟机可轻松构建"虚拟网络环境"

在计算机网络教学中, 经常需要进行"联网"实验, 如做Windows 2000联网实验, 需要至少3台计算机、1台交换机、3条网线。如果没有专业网络实验室, 要完成这样的实验是很困难的。而我们可以在普通计算机机房中使用虚拟机, 利用虚拟机具有的连网功能, 可以让学生在计算机上"轻松"地组建出实验环境。因此, 在教学中可应用虚拟机构建的网络环境进行实践教学, 加深学生对网络的感性认识, 直观地掌握网络组建、管理与维护知识。

结束语:在计算机课程的实践教学中, 充分、灵活地应用虚拟机组建的实验环境, 其实验效果、实验过程、实验步骤、实验结果和真实的实验环境几乎一样。这样, 可使学生迅速地掌握计算机理论知识, 提高计算机操作技能和水平。

参考文献

[1].王存祥.虚拟机技术在计算机教学中的应用[J].现代教育技术, 2006,

[2].刘冬.虚拟机技术在计算机实践教学中的应用[J].中国科技信息2010年第8期

[3].谢立.浅谈VMware虚拟机软件在计算机专业课教学中的应用[J].中等职业教育2010年第14期

篇8：虚拟实验在物理教学中的优势和实现方式

【关键词】虚拟实验 物理实验 信息技术 教学质量

初中物理的教学离不开实验的操作，在传统教学中，教师常常会因为某个实验器具或者实验装置的缺漏而拖缓甚至停止实验，这种现象严重降低了课堂质量和课堂效率。而虚拟实验却不受任何条件的制约，教师可以运用多媒体给学生全方位地演示每一个实验步骤以及每一个实验细节的详细过程，极大推动了教学效率的提高。

一、虚拟实验为每一位学生提供了观察的空间

虚拟实验以一种特殊的形式将物理实验全面、细致地通过计算机技术展现出来，在多媒体教学中，教师利用虚拟实验教学不仅能够避免实际实验操作的差错，更重要的是让班级里的每一个学生都能够观看到多媒体设备上的虚拟实验过程，减少了后排学生在实验过程中难以观察的情况，因此虚拟实验为每一位学生都提供了可视的空间，增强了教育的公平性和一致性，保证了每一个学生都能够享受到同样的教学待遇，也为学生的学习积极性提高提供了渠道。

在传统的人工物理实验中，由于人员操作时要顾及到口头表达、思维聚集、手头操作等多方面的问题，不加以小心变回让实验操作人员毁坏实验，导致实验的失败，从而降低了教学效率。而虚拟实验避免了这一现象，多媒体放映可以通过回放、慢放、快放等形式进行多角度地放映，因此学生观察实验便又有了一个观察的空间。通过回放和慢放能够细化实验步骤，如果学生对哪一环节的内容还未了解透彻，就可以通过这样的途径来进行，每一个学生通过虚拟实验的慢镜头也能够重复巩固物理知识，较强自己对知识的理解和记忆，这也是一种学习的有效方法。因此虚拟实验能够对每一名学生的平等学习提供观察空间，让他们更加认真地去探索物理知识。

二、对重难点知识的着重关注

虚拟实验因为其具有信息技术的特殊性，使得它在放映物理实验时能够暂停、快进、快退，这些功能就为学生的学习提供了有效的途径。比如在讲解苏教版初中物理“电流”这一知识时，其中的“电流方向判断”和“电流大小计算”就是一个重要的部分。而电流无法再导体中察觉，也无法触摸，所以对于初中生来说，电流是一个比较抽象和难以理解的概念，于是学生在电学的学习中也会常常出错。教材中虽然也有许多电路图和相关的插图，但由于没有直观性的性质导致学生不能感受到电荷流动。而虚拟实验却能够解决这一缺陷，在多媒体技术中，Flash可以便捷地做出导线的正极、负极电荷流动图像，并且能够把电流的流动过程详细地展示出来，这就给学生理解电流知识提供了一个的画面，学生通过Flash的运动画面就能够体会到电流的流动状况。从而一些重难点知识也可以轻而易举地解决了，并且在观察虚拟实验时，学生的直观感受也能够激起学习欲望，提高课堂注意力。

除此外，多媒体的表现途径有着多样性特点，动画设计、视频制作等都是非常常见的方法。在讲解苏教版初中物理“浮力”这一内容时，有关船闸开关和水位升降问题也是一个重难点知识。教师可以就可以通过动画制作来绘制出船闸开关与水位高低情况的动画图，当学生观看后能够明白当船闸打开时，水位下降，船所受到的浮力也会相应的变化。所以虚拟实验不仅让物理学习更加生动形象，也让学生能够真正掌握物理学习中的重难点知识。

三、虚拟实验能够避免实验差错