導語：如何才能寫好一篇虛擬實驗設計論文，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

1.彈性元件的虛擬模型根據(jù)導體材料的應變電阻效應，電阻的相對變化與應變之間的關(guān)系。為了獲得電橋輸出與載荷的關(guān)系，需要構(gòu)建彈性元件的數(shù)學模型。電阻式傳感器的彈性元件結(jié)構(gòu)有圓筒式、柱環(huán)式、懸梁式和輪輻式四種基本類型，各種不同的結(jié)構(gòu)型式的彈性元件應變ε與載荷F的關(guān)系如下所示。（1）柱筒式彈性元件其中E為彈性模量，A為橫截面積。（2）柱環(huán)式彈性元件其中R0為內(nèi)環(huán)半徑，b為柱環(huán)寬度，h為柱環(huán)厚度，E為彈性模量。（3）懸梁式彈性元件其中l(wèi)為有效長度，b為懸梁寬度，h為懸梁厚度，E為彈性模量。（4）輪輻式彈性元件其中b為輪輻條厚度，h為輪輻條寬度，G為剪切模量。將四種彈性元件類型設計在一個子VI中，通過操作“彈性元件類型”下拉列表進行選擇。

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(guān)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(guān)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(guān)，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(guān)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(shù)與Web網(wǎng)絡工具來實現(xiàn)。DataSocket技術(shù)以及網(wǎng)絡化技術(shù)的結(jié)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(guān)。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(guān)及輸入數(shù)據(jù)均清零和初始化。第十一步，關(guān)閉電源開關(guān)。

四、結(jié)束語

篇2

[關(guān)鍵詞]人體解剖學 實驗教學 創(chuàng)新能力 臨床應用

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(jié)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(zhuǎn)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(shù)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(shù)，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(gòu)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(jié)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(shù)、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(shù)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(jié)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(guān)基礎學科結(jié)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(jié)束都由教師進行15min的結(jié)合臨床案例的前言和總結(jié)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(jié)合。以頸部為例，我們通過和臨床醫(yī)師及其他相關(guān)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(jié)構(gòu)的排列關(guān)系；（2）甲狀腺切除術(shù)時，從皮膚切口到暴露甲狀腺依次有哪些層次結(jié)構(gòu)，術(shù)中需特別注意對哪些重要結(jié)構(gòu)的處理，為什么？（3）氣管切開術(shù)選擇何部位，到達氣管要經(jīng)過哪些層次結(jié)構(gòu)？（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(jié)構(gòu)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(shù)手術(shù)步驟、手術(shù)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(jié)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(jié)合某些知識點或關(guān)鍵的實驗技術(shù)，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(shù)論文。

課外研究創(chuàng)新型實驗主要形式為：給定有關(guān)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(jié)果，分析實驗結(jié)果，對實驗結(jié)果進一步作出判斷、推理的能力；正確的通過查閱相關(guān)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(guān)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(shù)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(shù)治療采用計算機虛擬技術(shù)、虛擬人、醫(yī)學仿真技術(shù)等現(xiàn)代化實驗信息技術(shù)手段，結(jié)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(jié)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(jié)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(shù)的臨床應用性和常見手術(shù)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(jié)合。同時讓學生了解先進的手術(shù)操作技術(shù)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(shù)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(jié)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(jié)果的整理、分析、總結(jié)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(guān)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(jié)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(jié)語

人體解剖學實驗教學是醫(yī)學院校學生學習基礎與臨床課程橋梁的重要組成部分，是人才培養(yǎng)的重要基礎環(huán)節(jié)，是學生鞏固和深化醫(yī)學基礎理論知識的重要途徑，也是培養(yǎng)學生基礎技能、發(fā)現(xiàn)和解決臨床應用問題能力、自主學習能力、創(chuàng)新能力的重要途徑。因此我們非常重視實驗、實踐教學環(huán)節(jié)，從實驗教學理念、教學內(nèi)容、教學方法和手段等多方面進行改革，保證實驗教學適應新形勢下對人才培養(yǎng)的總體要求，不斷對實驗教學進行改革，提高實驗教學的質(zhì)量和水平。

篇3

【關(guān)鍵詞】趣味性;虛擬實驗;設計;層次;情境

【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(guān)注的較少,這也正是虛擬實驗教學效果優(yōu)劣的關(guān)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(guān)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(guān)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(gòu)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(jié)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(jié)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(shù)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(guān),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]。“趣味性”虛擬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(jié)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(gòu)建“趣味性”虛擬實驗的關(guān)鍵(如圖2)。下面結(jié)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(gòu)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?！罢J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(shù)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(jié)合。結(jié)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(jié)構(gòu),功能元素的尺寸位置,涉及的內(nèi)容有結(jié)構(gòu)、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?！叭の缎浴碧摂M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(shù)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(gòu)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(jié)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(zhuǎn)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(jié)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(gòu)建的基礎上,充分發(fā)揮了多媒體技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)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(jié)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。

參考文獻

篇4

1對象與方法

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(jié)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(jié)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(jié)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(jié)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(jié)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。

3.4案例教學在實施過程中存在的問題

篇5

【關(guān)鍵詞】虛擬實驗室 云計算 實驗教學平臺

1 現(xiàn)有虛擬實驗室的特點

虛擬實驗室的概念最初由麻省理工學院提出，發(fā)展至今，已經(jīng)擴展到多個學科領域，成為高校實驗教學的重要組成部分。在國外，虛擬實驗已成功的應用于解剖教學、放射治療定位、具有危險性的人體實驗、化學虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)等等。國內(nèi)各專業(yè)教學系統(tǒng)和虛擬實驗系統(tǒng)也逐漸增多。以我校為例，目前很多課程擁有自己的實驗平臺，如計算機網(wǎng)絡實驗、模擬醫(yī)院信息管理、模擬藥店、虛擬生化實驗系統(tǒng)等。

各種各樣的虛擬實驗室在教學應用和管理方面的問題也逐漸凸顯。主要體現(xiàn)在以下方面。從服務器端的情況看，服務器數(shù)量雖多，但差異大，硬件配置性能相差很大，有些托管在網(wǎng)絡中心，有些由專業(yè)系部自己管理，資源較為分散且利用率低。從客戶端的情況看，機房大多通過傳統(tǒng)保護卡更新維護，日常管理維護工作量較大，不能滿足快速變化的教學需求和實驗要求。從實驗教學本身來看，高校的實驗教學對資源的要求有著顯著的時間密集性和資源一致性的特點。在上課時間，大量學生統(tǒng)一訪問和使用，而在沒有課程的時候，教學資源又是大量閑置，造成高峰資源不足和低峰資源浪費的雙重矛盾。

云計算技術(shù)是解決這些問題的一個可行方案，云計算將分散的計算、存儲、網(wǎng)絡資源集中起來，虛擬化成資源池，按需動態(tài)的為用戶提供所需的資源，具有資源節(jié)約、服務能力強、資源動態(tài)化和使用動態(tài)化等方面的優(yōu)勢。

本文針對醫(yī)學院校虛擬實驗的軟硬件要求，結(jié)合云計算技術(shù)，搭建了統(tǒng)一的實驗管理平臺，達到合理分配資源，提高資源利用率，以實現(xiàn)實驗管理的靈活性，快速響應教學的變化。

2 實驗平臺整體架構(gòu)

我們構(gòu)建的虛擬實驗平臺是在云計算提供的服務基礎上，增加用戶層，工作過程是學生通過瀏覽器，連接到Web服務器，按照不同的學科，將不同實驗構(gòu)件進行組合，進入不同的實驗場景，實現(xiàn)實驗創(chuàng)建并完成實驗。

實驗平臺的Web服務器連接組成一個內(nèi)網(wǎng)，運行web服務、實驗所需的各種軟件和數(shù)據(jù)庫。Web服務負責管理實驗流程，響應客戶端請求，控制實驗節(jié)點完成各項實驗功能，從數(shù)據(jù)庫中讀取實驗場景、設備等信息，將操作日志和實驗結(jié)果保存于數(shù)據(jù)庫。同時，數(shù)據(jù)庫中存有各科實驗的參考資料，包括實驗教材、指導書、參考代碼、視頻教程、動畫等?？蛻舳酥恍枰胀≒C機，通過瀏覽器登陸即可進行實驗。平臺整體框架如圖1所示。

通過云計算提供的服務，可以在一臺物理機上部署多臺虛擬機，也可以在虛擬機上配置各種系統(tǒng)環(huán)境，安裝不同的服務器和數(shù)據(jù)庫軟件，而不用面對物理機一臺臺進行環(huán)境的搭建。

3 平臺的詳細設計與構(gòu)建

3.1 集智云桌面管理系統(tǒng)的部署

集智桌面云管理系統(tǒng)（ADS）利用虛擬技術(shù)和PAAS、SAAS技術(shù)，通過校園網(wǎng)將分布在不同地點的計算機進行整合統(tǒng)一，通過一臺服務器實現(xiàn)對幾百臺電腦終端的管理集中化、部署智能化和更新維護自動化。

ADS系統(tǒng)可設置多個組，每組管理多個客戶端。因此，我們在應用中，根據(jù)不同機房、不同硬件配置、不同軟件環(huán)境、不同的虛擬實驗用途、不同的專業(yè)課程要求等對各種類型的計算機采用分組管理策略。在磁盤管理中，ADS允許在服務器上為每個組創(chuàng)建一個與之對應的虛擬磁盤。在該虛擬磁盤上進行“分區(qū)規(guī)劃、系統(tǒng)配置、還原方式、使用者行為管理策略”等創(chuàng)建一個磁盤模版。在進行部署時，我們直接將該模版復制到客戶端本地硬盤，并在虛擬磁盤上設置該磁盤的管理策略，進行磁盤剩余空間的調(diào)配。

計算機系統(tǒng)部署時，客戶端的系統(tǒng)部署與維護在后臺自動運行，一切都在客戶端正常使用中完成，無須停機停課進行系統(tǒng)部署維護，因而可以大幅度提升機房的日常運營維護效率。

3.2 實驗平臺網(wǎng)站

實驗平臺采用B/S模式，客戶端通過瀏覽器登陸網(wǎng)站，進入相應的虛擬實驗室，完成實驗。網(wǎng)站的主要功能模塊包括用戶管理、虛擬實驗室管理、虛擬實驗管理及在線交流協(xié)作等。

網(wǎng)站允許用戶通過瀏覽器遠程訪問服務器端的實驗程序，服務器端接受瀏覽器端發(fā)送的實驗請求，分析和處理實驗參數(shù)，經(jīng)過計算模擬將結(jié)果返回。有些課程的虛擬實驗為了呈現(xiàn)動態(tài)交互，每一步命令執(zhí)行都需要更新顯示，這增加了網(wǎng)絡的通信量，易導致過載。如果服務器只負責數(shù)據(jù)檢索，計算和可視化都在瀏覽器端實現(xiàn)，易造成網(wǎng)頁顯示速度太慢。因此，均衡考慮，我們將網(wǎng)站設計為在服務器端進行數(shù)據(jù)檢索和處理，可視化和交互在瀏覽器端完成，通過JavaScript腳本等實現(xiàn)。

3.3 用戶單點登錄

虛擬實驗平臺采用統(tǒng)一的用戶認證機制，用戶在單點登陸后，可以平臺中無障礙的穿梭于各個虛擬實驗室之間。單點登錄的實現(xiàn)可以是以服務器為中心的單點登錄、以客戶端為中心的單點登錄或客戶/服務器模式的單點登錄。單點登錄常見的實現(xiàn)機制有基于經(jīng)紀人的方式、基于人的方式、基于網(wǎng)關(guān)的方式、基于令牌的方式、基于人和經(jīng)紀人的方式等。我們利用CAS開源軟件，建立以服務器為中心的單點登錄模型，將用戶認證信息存儲在身份認證服務器上，該信息用于驗證用戶身份的合法性，由服務器為應用生成唯一不可篡改的票據(jù)。

3.4 虛擬實驗設計及運行

已有的虛擬實驗，需要將其數(shù)據(jù)庫遷移，通過Web服務提供數(shù)據(jù)存取。新的虛擬實驗，實現(xiàn)流程分為建模和運行兩步。建模的主要功能是建立虛擬實驗模型，包括實驗對象模型、實驗流程、實驗場景等，學科專業(yè)性較強。運行是基于預定義的實驗模型，運行虛擬實驗，存儲實驗結(jié)果，并對實驗結(jié)果評分。這一步需要實驗平臺的支持。

虛擬實驗運行的流程是：

（1）加載實驗模型。學生登錄系統(tǒng)，進入實驗中，系統(tǒng)首先從虛擬實驗模型數(shù)據(jù)庫中，加載對應的實驗模型。

（2）虛擬實驗運行。虛擬實驗引擎根據(jù)實驗模型，渲染生成界面，展現(xiàn)給學生，并接收用戶輸入，驅(qū)動實驗每個步驟，當實驗完成時，保存實驗結(jié)果。

（3）結(jié)果評分。學生完成實驗室，系統(tǒng)給出實驗評分。

4 結(jié)論

虛擬化和云計算技術(shù)從一開始就是面向應用的。本文結(jié)合虛擬實驗教學的實際情況，提出了一個基于云計算的虛擬實驗平臺，利用桌面云系統(tǒng)，將各學科虛擬實驗室聯(lián)結(jié)起來，支持用戶通過瀏覽器開展實驗，從而使實驗管理更為靈活高效，提高資源利用率。

參考文獻

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篇6

一、生物化工工程的教學現(xiàn)狀分析

傳統(tǒng)的生物化工工程教學模式以《生化工程》課本為基礎，仿照生物工藝流程的線性關(guān)系，主要描述從培養(yǎng)基滅菌到生物反應器及生物反應動力學直至發(fā)酵工程下游技術(shù)。從生物工程專業(yè)整個專業(yè)人才培養(yǎng)計劃的學科教學大綱來看，其中的許多基礎理論和《微生物工程工藝原理》、《酶工程》以及《生物工程設備》等課程都有不同程度的重復。這種重復知識點的講授很容易讓學生產(chǎn)生輕視情緒，降低學習熱情。另外，生化工程涉及許多枯燥的公式推導，有時整堂課都是“公式復公式，公式何其多”，導致課堂氛圍枯燥，學生思想疲憊，注意力渙散，經(jīng)常無法達到預期的教學效果。

二、生物化工工程在生物工程專業(yè)課程體系中的位置

在整個專業(yè)課程體系中，生化工程的主要前修課程有微生物學、生物化學、物理化學、化工原理以及微生物工程工藝原理，生化工程本身又對后面的酶工程、生物工廠設計等專業(yè)課的學習起到鋪墊的作用，可謂承上啟下，至關(guān)重要。

三、生物化工工程課程教學改革

根據(jù)上述的分析，筆者對生物化工工程課程改革提出了以下見解：

1．教學內(nèi)容的承流與革新

在實際教學過程中應時刻把握好教學核心問題：注重對工程意識的強化，并適當對教學內(nèi)容做些調(diào)整，如弱化培養(yǎng)基滅菌的基礎理論講解，強化其中的動力學衡算過程，將細胞反應動力學中的基礎原理并于《酶工程》與《微生物工程工藝原理》課程講解，但對幾種動力學模型的建立與應用則應當結(jié)合具體實例，加強學生對實際應用的興趣和工程意識。另外，設立單獨的生物化工工程綜合實驗l，讓學生利用所學知識，切實感受到生物化工工程從物料準備中間發(fā)酵控制到下游處理獲得發(fā)酵產(chǎn)品的完整過程，感受生物工程生產(chǎn)線的真實過程，使學生們能夠鞏固理論知識，增強理論聯(lián)系實際的能力，并增強團隊合作能力，提高專業(yè)實驗設計與分析水平，并能夠激發(fā)學生們的科研興趣，增強專業(yè)信心。

2．教學方法的突破與創(chuàng)新

隨著計算機及電子技術(shù)的進步，多媒體教學已經(jīng)成為高校教育的主要方式之一，在與形形生物產(chǎn)品生物工藝聯(lián)系緊密的生物工程類課程的授課過程中，多媒體教學更是能夠發(fā)揮特長，靈活的展現(xiàn)生物工程高科技產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，為學生們的視聽帶來新體驗，激發(fā)學習積極陛。充分利用多媒體的信息再現(xiàn)、信息集成、交互、虛擬等多種功能，可以在授課過程中，穿插為學生播放一些生物工藝流程以及工廠的車間場景的圖片；并可利用虛擬功能，虛擬工程場景，讓學生自主的依據(jù)工程基本原理設計布置工廠；還可以播放一些工廠運轉(zhuǎn)的視頻，強化學生對工程化形成產(chǎn)品生產(chǎn)的認識。課堂教學應以學生為本，不要單一的僅僅采取講授的填鴨式教學，可采用問題探究式教學，從Et常生活中的小問題引出專業(yè)問題，如由高壓鍋煲湯引出培養(yǎng)基滅菌，由豆豉的食用引出發(fā)酵的能量換算，努力引導學生進行探究發(fā)現(xiàn)的良好習慣，培養(yǎng)學生自發(fā)自覺的科研精神，有秩序有目的的組織教學內(nèi)容，形成問題、選擇問題、討論問題、形成新的假設、實踐與論證、如何獲得結(jié)論，一步步啟發(fā)引導學生的思維流動，帶著自我探究來獲得知識。

3．完善教學評價方法，改變考核方式

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摘要:分析了包裝工程專業(yè)實驗教學中存在的問題和不足，提出了改革和創(chuàng)新的內(nèi)容和方向。其內(nèi)容包括：建設一體化多層次的實驗教學體系、加強實驗室?guī)熧Y隊伍建設、創(chuàng)新實驗教學內(nèi)容與考核方法和創(chuàng)建網(wǎng)絡虛擬包裝實驗室。

關(guān)鍵詞:包裝工程；實驗教學；虛擬包裝實驗室

1引言

實驗教學是高等學校教學活動中的重要組成部分，在培養(yǎng)學生實踐能力、分析和解決實際問題能力及嚴謹?shù)目茖W態(tài)度方面，具有其他教學環(huán)節(jié)無法替代的作用。但是，傳統(tǒng)的實驗教學模式，已不能適應新世紀對人才培養(yǎng)的需要，大多數(shù)實驗教學都不同程度地存在著問題[1-3]。東北林業(yè)大學包裝工程專業(yè)自2001年開辦以來這幾年經(jīng)過多次修訂教學大綱和人才培養(yǎng)方案計劃，調(diào)整專業(yè)課程體系和課程結(jié)構(gòu)設置，逐漸適應了新形勢下社會對包裝工程專業(yè)教育體系和特色培養(yǎng)人才的要求，但像許多農(nóng)林院校一樣，我校包裝工程專業(yè)在實驗實踐教學方面與成立較早的包裝專業(yè)兄弟院校相比還存在許多亟待解決問題，還有許多需要改革的因素。

2包裝工程專業(yè)實驗教學現(xiàn)狀分析

包裝工程專業(yè)在理論教學基礎上，重視實驗環(huán)節(jié)，許多課程，如包裝材料學、包裝機械、包裝工藝學、運輸包裝、包裝測試、包裝印刷等都分別開設了相應的實驗，通過幾年的實踐，發(fā)現(xiàn)存在如下問題。

2.1實驗室管理制度封閉

實驗的開設一般依附于專業(yè)課程，學生實踐的時間和機會有限，影響了學生創(chuàng)新實踐能力的訓練。

2.2實驗室?guī)熧Y隊伍自身問題

在一些新辦包裝工程的高校，由于我國包裝學科自身培養(yǎng)的博士至今寥寥無幾，所以引進的大部分是外專業(yè)的高學歷教師。這些年青教師，從高校畢業(yè)后即進入高校從事教學，自身對包裝的了解和理解都非常有限，包裝方面的實踐能力更是十分匱乏。由這樣的教師去指導學生實踐，其效果可想而知，極易形成“大糊涂教小糊涂”的局面，更談不上“應用型”人才的培養(yǎng)了[4]。

2.3實驗內(nèi)容偏重于傳統(tǒng)驗證性實驗

由于包裝實驗的特點基本都是按照相關(guān)國家或行業(yè)標準來進行實驗操作，所以造成開設的絕大多數(shù)實驗都是操作型實驗，較少開設設計型實驗或綜合型實驗。單純以“驗證、認識”理論原理為準則，造成學生只看現(xiàn)象，不注重本質(zhì)；只強調(diào)結(jié)果，不看過程的狀況；使學生難以真正完整設計或檢驗包裝，學習處于被動狀態(tài)[4]。

2.4實驗教學模式單一

目前實驗教學仍普遍采用傳統(tǒng)的教學模式， 即形式單一而枯燥的“教師教、學生學”的模式。學生學習處于被動狀態(tài)，只是對實驗內(nèi)容簡單機械地模仿，學習積極性和主動性沒有被調(diào)動和激發(fā)，沒有達到培養(yǎng)和鍛煉學生實踐動手能力和創(chuàng)新能力的目的[5]。

3包裝工程專業(yè)實驗教學改革舉措

為了達到高等教育的目的，培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的學生，針對實驗教學存在的問題，應采取以下措施進行實驗教學改革。

3.1建設一體化多層次的實驗教學體系

從總的包裝工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標出發(fā)，根據(jù)各院校包裝專業(yè)的特點統(tǒng)籌安排實驗內(nèi)容，合理選擇實驗項目，合并內(nèi)容重復或類似的實驗項目。按照理論課程教學計劃，構(gòu)建由淺入深包含驗證性實驗、綜合性實驗和設計(創(chuàng)新)型實驗的具有內(nèi)在聯(lián)系的、層次分明又形成一體化系統(tǒng)的全方位多層次的實驗教學新體系。其中，驗證性實驗對理論課內(nèi)容進行復現(xiàn)，以利學生對包裝基礎知識的掌握，如紙、軟塑包裝材料基本性能測試、包裝機械原理等。綜合性實驗則側(cè)重于某些理論知識的綜合應用，將相互聯(lián)系的實驗重新整合成若干項綜合性實驗，要求學生綜合利用所學知識解決實際問題，如跌落試驗、沖擊試驗與包裝材料緩沖性能評價相結(jié)合。設計性實驗要求既具有綜合性又有探索性和創(chuàng)新性，注重對學生創(chuàng)新思維和能力的培養(yǎng)提高。學生需在教師指導下獨立完成從文獻資料檢索到試驗方案設計、確定，到實驗操作及結(jié)果分析的全過程，充分發(fā)揮學生的主觀能動性和創(chuàng)造性。如液晶顯示器包裝設計，包括包裝材料的選用、包裝結(jié)構(gòu)設計、包裝性能試驗及評價等全部由學生獨立完成[5]。

3.2加強實驗室?guī)熧Y隊伍建設

建議包裝工程專業(yè)實驗室成立了由9名人員組成的實驗室管理隊伍。實驗中心主任按一級學院規(guī)定競爭應聘上崗(須具有高級職稱)。實驗技術(shù)人員按我院“實驗技術(shù)人員崗位聘任實施辦法”進行公開招聘。中心的實驗專職人員崗位與管理崗位結(jié)合，按照“強化崗位、按需設崗；淡化身份、擇優(yōu)聘任；按崗取酬、優(yōu)勞優(yōu)酬；效率優(yōu)先”和堅持公開、公平和公正的原則，嚴格標準，合理流動，能上能下。隨著中心使用效率的提高與實驗內(nèi)容的改革，同時也對實驗技術(shù)人員提出了更高的要求。實驗技術(shù)人員應聘上崗后，由原來只承擔1~2門實驗課相關(guān)工作，改要面對多課程、多種不同實驗室的工作。為了能適應新的實驗教學內(nèi)容和實驗教學崗位的需要，中心統(tǒng)一安排人員，杜絕一個學期都輪空工作現(xiàn)象。同時，組織實驗技術(shù)人員定向參加幾門課程的理論課學習與全程參加實驗，并要求他們參加對口的學術(shù)講座與參加對口培訓，培養(yǎng)他們一專多能[6]。

3.3創(chuàng)新實驗教學內(nèi)容與考核方法

包裝專業(yè)實驗內(nèi)容的選擇應以加強基礎技能、突出綜合設計、培養(yǎng)創(chuàng)新能力為基本原則進行科學編排。在基本技能方面，既要強調(diào)必須掌握的內(nèi)容，又要根據(jù)學生的能力、志趣和特長，按不同層次設計實驗內(nèi)容，引導學有余力、在該實驗中有志趣的學生，向更高要求和難度進軍，讓其自我發(fā)揮并脫穎而出。在綜合實驗設計方面，根據(jù)現(xiàn)代化先進技術(shù)及課程設置情況，安排一些綜合性強、實用性高、創(chuàng)造空間廣的綜合設計性題目，以培養(yǎng)和啟迪學生的創(chuàng)新思維[7]。

制訂新的實驗操作考核體系，改變以往實驗考核成績按平時成績記分的辦法，以多種形式對教學總體效果進行綜合考核評價，改革與完善學生實驗考核方法和考評標準?，F(xiàn)以實驗多個環(huán)節(jié)制訂考核標準，根據(jù)實驗報告、實驗操作技能、自行獨立設計實驗能力、教學實習等多方面情況綜合考核，重點考核動手能力、綜合分析問題的能力和創(chuàng)新能力。即實驗平時成績綜合占25%，對全部實驗過程、結(jié)果等進行考核，也對實驗操作過程的規(guī)范性和課堂提問進行了考核；實驗基本技能考核占40%，綜合性設計實驗占25%，實驗課程論文和實驗報告占10%[8-10]。

3.4創(chuàng)建網(wǎng)絡虛擬包裝實驗室

由于包裝工程學科的特殊性，包裝工程實驗室占地面積大，儀器設備昂貴，升級換代較快，設備生命周期內(nèi)的利用率偏低。近幾年，高校不斷擴招，在校生人數(shù)迅速增長，實驗室資源日趨緊張，除了滿足學生教學需要，實驗室還要承擔科研、對外服務等任務，常有時間沖突，給試驗安排帶來很大的困難，所以問題尤其嚴峻。為解決上述問題，很多包裝界人士獻計獻策，并取得了一定效果。隨著互聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展，信息傳播速度急速增加，改變了人們生活的方方面面。包裝工業(yè)也深受影響，有許多包裝網(wǎng)站應運而生，而且對包裝工業(yè)的發(fā)展起到了積極的推動作用。這就意味著把互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用于包裝工程實驗室，建立網(wǎng)絡虛擬實驗室成為一種趨勢，用這種方法解決包裝工程實驗室所面臨的問題成為一種可能。應用網(wǎng)絡技術(shù)構(gòu)建并設計虛擬包裝工程實驗室，體現(xiàn)了開放性、交互性、靈活性、共享性、高效性、自主性等原則。網(wǎng)絡虛擬包裝工程實驗室的建立可以使在校學生對包裝實驗產(chǎn)生更加濃厚的興趣，節(jié)約了資源，有利于提高科研的效率和效果[11-12]。

4結(jié)語

以包裝專業(yè)實驗教學模式改革為主題，以實驗教學內(nèi)容、方法和手段的改革為切入點，以提高學生綜合素質(zhì)、實踐能力和培養(yǎng)創(chuàng)新精神為目標的包裝高等教育實驗教學體系改革已勢在必行，這也是新時期國家、社會、時代對包裝高等教育事業(yè)的要求。本文結(jié)合本校的實際情況對包裝專業(yè)實驗教學改革提出了一些建議，這些建議也許會對其他兄弟院校帶來些啟示。

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篇8

關(guān)鍵詞：實驗教學；研究生；電氣工程

作者簡介：解璞（1977-），女，河北定州人，軍械工程學院車輛與電氣工程系，副教授；趙錦成（1962-），男，陜西西安人，軍械工程學院車輛與電氣工程系，教授。（河北 石家莊 050003）

基金項目：本文系軍械工程學院教學研究課題（課題編號：Jxlx1382）的研究成果。

中圖分類號：G643 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）25-0155-02

實驗教學對于培養(yǎng)學生實踐能力和創(chuàng)新能力具有不可替代的作用。[1]軍械工程學院電氣工程學科針對裝備供電“安全、可靠、優(yōu)質(zhì)”的軍事需求，圍繞裝備電氣系統(tǒng)中電能的發(fā)、輸、配、變、控、管、用等技術(shù)環(huán)節(jié)，以提高電氣裝備的性能和維修保障能力為目標，研究裝備電氣工程新理論、新技術(shù)和新方法，體現(xiàn)為機械與電氣、強電與弱電、設備與系統(tǒng)相結(jié)合，技術(shù)內(nèi)涵有別于民用電網(wǎng)，具有明顯的軍事特色和學科特色。本學科要求研究生除需熟悉電氣工程學科的科學研究方法，具有獨立獲取新知識以及從事科學研究的能力，還應掌握較強的實驗技能和解決實際問題的能力。

研究生的實踐能力和創(chuàng)新能力是衡量研究生培養(yǎng)質(zhì)量的重要指標。實驗教學是電氣工程學科教學的重要環(huán)節(jié)之一。然而，相比于課堂教學和學位論文研究，實驗教學一直是研究生培養(yǎng)工作中亟待加強的環(huán)節(jié)。[2]重理論輕實踐，致使大部分研究生理論水平很高，但動手能力和解決實際問題的能力欠缺。因此如何優(yōu)化實驗教學內(nèi)容，豐富實驗教學方法，打造實驗教學平臺，培養(yǎng)出綜合性、創(chuàng)新型人才是實驗教學的關(guān)鍵。

一、傳統(tǒng)實驗教學存在的主要問題

目前研究生的實驗教學沒得到足夠重視，導致很多研究生實驗課程變成了一種形式上的教育，成為研究生用來“混學分”的課程。究其原因，目前研究生實驗教學主要存在以下不足之處。

1.實驗內(nèi)容設置欠合理

目前大多研究生實驗沿用本科方式，依據(jù)理論教學的需要而設置，所開設實驗中原理性、驗證性的基本實驗內(nèi)容較多。由于受經(jīng)費及現(xiàn)有實驗條件的限制，針對裝備電力系統(tǒng)發(fā)、輸、配、變、用等各個環(huán)節(jié)電能的測量、調(diào)節(jié)、補償、控制則只能部分地進行演示性實驗，無法反映電力系統(tǒng)的動態(tài)環(huán)節(jié)，不同程度脫離工程實際和裝備實際。另外，與研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)息息相關(guān)的綜合性、設計性實驗數(shù)量相對較少，實驗內(nèi)容趨簡避繁，從而導致研究生只能進行低水平的重復實驗，而缺乏對其創(chuàng)新性思維的培養(yǎng)。

2.實驗教學方法不足

傳統(tǒng)實驗教學方法是教師在課堂上講授實驗內(nèi)容、演示實驗操作，再讓學生在規(guī)定時間內(nèi)按照固定實驗步驟進行實驗。這是一種灌輸式的教學模式，比較局限與死板。研究生大多只是忙于完成實驗內(nèi)容，而對實驗原理及實驗過程中出現(xiàn)的問題沒能進行獨立而深入的思考。該教學模式嚴重制約了研究生的獨立思考和解決實際問題的能力，無法達到應有的實驗效果。

3.實驗資源利用率低下

目前多數(shù)院校簡單地按任務目標和所屬部門劃分實驗室[3]，教學實驗室基本不涉及科研工作，科研實驗室很少顧及教學，人為地將教學與科研割裂開來，不利于實驗室資源的充分利用。實驗室開放不夠，研究生很少有機會進入專業(yè)性更強、設備更先進的科研實驗室進行綜合性與研究性的實驗。有些研究生導師會利用自己的課題經(jīng)費購置或研制一些先進的實驗設備，但出于對設備的保護，利用率低，很少為研究生實驗教學所公用。

二、研究生實驗教學改革中采取的措施

如何解決研究生實驗教學過程存在的上述問題，充分利用實驗教學提高電氣工程研究生的創(chuàng)新能力？本文結(jié)合筆者在研究生實驗課程教學中的體會，以及軍械工程學院電氣工程學科在研究生實驗教學過程的實踐經(jīng)驗，提出幾點改革措施。

1.優(yōu)化實驗教學內(nèi)容

實驗內(nèi)容的安排、選擇及合理分配對實驗教學是非常重要的。為此，我們根據(jù)電氣工程學科不同層次、不同研究方向的研究生，由淺入深、由點到面，分層次優(yōu)化實驗教學內(nèi)容。目前的實驗內(nèi)容主要分為：驗證型實驗設計型實驗科研型實驗。

驗證型實驗主要用于對研究生學員的基本實驗技能進行培訓。通過常規(guī)實驗操作方法的培訓，提高學員動手能力，為下一步進入論文階段并順利開展打下堅實的基礎，每名研究生必須完成這一階段的訓練。

設計型實驗主要培養(yǎng)研究生觀察問題、分析問題及最終解決問題的能力。讓研究生根據(jù)自己的專業(yè)研究方向設計具有綜合性、典型性、開拓性和創(chuàng)新性的實驗，由導師和任課教員共同指導學員查閱相關(guān)的參考資料，并對實驗設計和實施給以指導和幫助。此類實驗既鍛煉研究生形象思維，又培養(yǎng)其邏輯思維，是促進研究生創(chuàng)新思維、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力不斷提高的有效途徑，并可充分調(diào)動學員的創(chuàng)新意識和科學研究興趣，為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才打下良好的基礎。通過綜合實驗的設計、實施、分析到完成實驗任務，能更好地提高研究生的創(chuàng)新科研能力。

科研型實驗是讓研究生主動參與到科研實際。充分發(fā)揮學科優(yōu)勢，利用科研實驗室資源和強大的科研隊伍，與武器裝備和科研課題接軌，將前瞻性、先進性的科研成果融入到實驗教學環(huán)節(jié)中去，從而使研究生在進入做論文階段之前熟悉各種專業(yè)設備并掌握現(xiàn)本學科中具有代表性的重要研究方法，了解和掌握現(xiàn)代最先進的技術(shù)思想，達到依托科研實踐培養(yǎng)創(chuàng)新能力的目的，為研究生學員到部隊任職打下堅實的基礎。

實驗教學內(nèi)容改革要服從服務于人才培養(yǎng)的需要。軍校研究生的培養(yǎng)，是為了適應軍隊建設和信息化條件下作戰(zhàn)的需要，為我國國防現(xiàn)代化建設培養(yǎng)各級各類的自主創(chuàng)新人才。在進行實驗教學內(nèi)容優(yōu)化時，必須在遵循本學科發(fā)展規(guī)律的前提下，針對武器裝備建設和發(fā)展中面臨的實際問題及研究生后續(xù)的課題，明確軍事應用背景。

以本教研室的電氣工程碩士點為例，該學科針對目前我軍裝備野戰(zhàn)供電保障多采用內(nèi)燃動力發(fā)電機供電而油料保障壓力大、戰(zhàn)場安全性低、制約軍事意圖實現(xiàn)等不足，為適應裝備供電保障發(fā)展趨勢，堅持自主創(chuàng)新，構(gòu)建了風—光—柴混合能源互補供電系統(tǒng)。該微型供電示范系統(tǒng)填補了我軍裝備野戰(zhàn)供電系統(tǒng)保障在混合能源互補供電領域的空白，并將此科研成果應用到研究生的實驗教學中。目前依托該平臺可開展混合能源互補供電組網(wǎng)、監(jiān)控、分配、變換、防護等實驗，使學員鞏固理論知識，了解前沿動態(tài)，掌握實驗方法，一方面為后續(xù)研究生學員開展新能源發(fā)電技術(shù)、實時智能控制器、新型蓄電池及其充/放電控制技術(shù)、混合能源互補供電能量管理與監(jiān)控技術(shù)等方面的課題研究提供了基礎和保障，另一方面也使實驗課程的內(nèi)容更加具體化，促進了課程教學內(nèi)容改革和創(chuàng)新。

2.豐富實驗教學方法

教學方法是實驗教學的關(guān)鍵。研究生的培養(yǎng)目標是成為獨立從事科研工作的個體，因此研究生的實驗教學不能停留在傳統(tǒng)的教條式層面上。

實驗教學方法的改革就是要本著“學員為主，教員為輔”、“學員獨立設計，教員重點輔導”的原則。在實驗教學環(huán)節(jié)，有必要培養(yǎng)研究生的實驗流程自行規(guī)劃能力。比如對于驗證型的實驗，只給出實驗節(jié)點要求，研究生則要按照自身的理解，自行設計實驗步驟，并整理實驗結(jié)果，甚至自行補充實驗內(nèi)容，進行創(chuàng)新性實驗學習。在與研究生課題聯(lián)系緊密的科研型實驗中導師應盡量放手，讓研究生充分發(fā)揮聰明才智，讓實驗教學成為一種探索、求知、求新的過程。

同時實驗教學應貫穿于研究生培養(yǎng)的全過程，導師應及時根據(jù)研究生的課題進展情況，了解其實驗中遇到的問題并給予指導或協(xié)助解決，讓研究生少走彎路，提高效率，這也是一個教學相長的過程。通過這種研究式的實驗，可以循序漸進地培養(yǎng)研究生獨立分析解決問題的能力。

3.打造實驗平臺

實驗平臺是實驗教學的保障。為彌補實際裝備缺乏所造成的教學條件不足，利用科研資源優(yōu)勢改善研究生實驗教學環(huán)境，解決實驗教學對實際裝備的依賴。我院電氣工程學科依托軍隊“2110”裝備野戰(zhàn)電力支持實驗室的建設，結(jié)合裝備野戰(zhàn)供電的發(fā)展趨勢及需求，以“瞄準前沿、圍繞目標、結(jié)合裝備、強化特色”為發(fā)展目標相繼搭建了軍用電站裝備綜合技術(shù)保障、野戰(zhàn)電力支持仿真、電能質(zhì)量監(jiān)測與控制3個特色鮮明并互為補充的實驗系統(tǒng)。

（1）電力綜合技術(shù)保障實驗系統(tǒng)。該系統(tǒng)能培養(yǎng)電氣工程研究生在裝備野戰(zhàn)電力支持方向的理論聯(lián)系實際意識和基本實驗技能，為電機學、電力系統(tǒng)分析、電氣檢測技術(shù)、供配電技術(shù)、電能質(zhì)量分析與控制等專業(yè)課程學習提供了實驗條件和良好的科研背景。

（2）野戰(zhàn)電力支持仿真實驗系統(tǒng)。該系統(tǒng)由1臺高效專業(yè)服務器和6臺臺式計算機及顯示設備和專業(yè)的電力支持仿真計算軟件組成，該仿真系統(tǒng)可彌補實驗技術(shù)的不足，提高研究進度，降低研究費用，具有靈活性、可重復性及安全性高的特點，研究生學員可在裝備野戰(zhàn)供電系統(tǒng)建模和穩(wěn)態(tài)/暫態(tài)仿真分析計算，優(yōu)化裝備野戰(zhàn)供電系統(tǒng)設計，提高系統(tǒng)的電能質(zhì)量、控制運行系統(tǒng)的運行效率和安全穩(wěn)定性等方向開展實驗。

（3）電能質(zhì)量監(jiān)測與控制實驗系統(tǒng)。該系統(tǒng)為開展負荷結(jié)構(gòu)特性對電能質(zhì)量的影響研究，實現(xiàn)了負載形式的典型、多樣化，兼顧了實際和科研的需要。一方面配置了小型化的電機拖動、照明、變頻調(diào)速電機、逆變裝置等非線性、沖擊性負荷，另一方面配置了電子負載、阻感負載等以便建立極端條件下的綜合負荷模型，同時還具有國際先進水平的交/直流電壓跌落模擬器，可模擬極端的電能質(zhì)量問題。為研究生電能質(zhì)量專業(yè)課程學習提供了實驗條件，為碩士研究生的培養(yǎng)提供了科研環(huán)境手段。

目前該實驗室面向研究生學員全面開放，共享及利用率較高，已能滿足野戰(zhàn)條件電能的產(chǎn)生、組網(wǎng)、分配、變換、監(jiān)控和保障等方面的科學研究，可在更高的研究層次培養(yǎng)研究生創(chuàng)新能力。近三年來以實驗室為背景，先后培養(yǎng)各類研究生12名，已畢業(yè)碩士研究生8名。實驗室在建設中自主開發(fā)實現(xiàn)了部分功能，混合能源互補供電系統(tǒng)培養(yǎng)研究生3名，分別實現(xiàn)了混合能源互補供電系統(tǒng)的實時監(jiān)控和鉛酸蓄電池的虛擬測試；軍用電站性能檢測與測試分系統(tǒng)培養(yǎng)研究生3名，分別開展了軍用電站電氣參數(shù)檢測及模塊電源虛擬測試系統(tǒng)的研究；2名研究生則分別開展軍用電站AVR檢測診斷平臺及逆變電源供電負荷適應性研究。把實際科研用的裝置用于實驗教學，使研究生在課程學習中就接觸到課題了，這些設備就是下一步研究生做課題直接要用的設備，這些科研平臺的設計、運行、實現(xiàn)方法都成為課題可借鑒的資料。這使研究生盡早接觸到學科發(fā)展的前沿，拓展視野，并加強了研究生實踐能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

三、結(jié)語

幾年來的實踐證明，加強對研究生實驗教學的改革，一方面加深了研究生對本學科理論知識的進一步理解和掌握，拓寬了知識面，另一方面也使他們學到了許多實驗室工作的知識和技能，提高了實驗動手能力、語言表達能力、組織教學的能力和理論聯(lián)系實踐的能力，培養(yǎng)了嚴謹?shù)目茖W作風，促進了學業(yè)的進步。研究生教育要圍繞學科特色優(yōu)勢，重視研究生扎實的實驗基礎、綜合運用技能和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，同時還應優(yōu)化實驗教學內(nèi)容，豐富實驗教學方法，打造良好的實驗平臺，從而為實驗教學提供良好的條件，進一步提高研究生實驗教學效果，達到全面提升電氣工程研究生綜合素質(zhì)的目標。

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篇9

關(guān)鍵詞：大學教學；物理實驗；改革實踐

Abstract：Thisarticlediscussesthenecessityofamultifacetreformintheteachingmaterials，methods，andenvironmentofcollegephysicsexperimentsandoftheestablishmentofanewteachingsystemcommensuratewithmodernscientificdevelopments.Thesewillhelpmeetstudentsdifferentneeds，motivatetheirinitiative，andenhancetheirquality.

Keywords：collegeteaching；physicsexperiment；reformpractice

從21世紀科技發(fā)展和對人才科學素質(zhì)要求的角度考慮，物理實驗教學的改革必須建立一種適合當代科技發(fā)展、有利于培養(yǎng)具有深厚的基礎知識的創(chuàng)造性人才的教學新體系。教學內(nèi)容應反映當代教育思想和高科技成果，教學方法和手段應改變過去的單一模式，建立多級開放實驗室，滿足不同層次的學生獨立進行學習和研究的需求，采用CAI\，Internet網(wǎng)等現(xiàn)代教學手段，改善教學條件，形成多元化的教學環(huán)境，激發(fā)學生學習的主動性。

中國科技大學“理科實驗教學培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維創(chuàng)新能力的研究與實踐”項目組，在認真研究了我國當前高等教育改革的趨勢以及教學方法存在的主要弊端的基礎上，對物理實驗教學進行了系統(tǒng)的改革，并取得了初步成果。

一、發(fā)展教育技術(shù)，創(chuàng)新教學模式

教育資源的缺乏是長期困擾教學質(zhì)量提高的難題，也是制約教學改革深化的瓶頸。時代的發(fā)展和科技的進步對教學提出的越來越高的要求，對學生創(chuàng)新思維和實踐能力的培養(yǎng)需要一種趨向個性化的教學，需要比普通公共教學占用更多的教育技術(shù)、創(chuàng)新教育手段來解決。在這些方面，中國科技大學天文與應用物理系進行了多年的探索與研究，研究和開發(fā)了一批物理教學軟件。其中，1996年他們在國際上首創(chuàng)開發(fā)出第一套仿真實驗教學軟件，1998年升級為Windows版本，其規(guī)模和虛擬技術(shù)水平得到進一步提高和完善，達到國際領先水平。1999年又推出了《大學物理虛擬實驗》的Internet網(wǎng)遠程教學系統(tǒng)，在國際和國內(nèi)物理教學界產(chǎn)生了很大的影響，得到了廣泛的應用和贊揚。它的意義主要體現(xiàn)在如下三個方面：(1)開創(chuàng)了物理實驗教學的新模式，該成果利用計算機把實驗設計、教學內(nèi)容(包括理論教學)、教師指導和學習者的思考、操作有機融合為一體，形成了一部可操作的、活的教科書，為物理實驗改革提供了有力的工具，同時克服了實驗教學長期受到課堂、課時限制的困擾，使實驗教學在時間和空間上得到延伸；(2)為網(wǎng)絡教育最難實現(xiàn)的遠程實驗教學開創(chuàng)了一種新的方法和途徑；(3)開拓了CAI研究的新思路，帶動了國內(nèi)CAI的發(fā)展，同時為學校開創(chuàng)了新的教學模式。

1.實驗理論教學與實驗教學相結(jié)合。對有利于深化物理學概念，發(fā)現(xiàn)、總結(jié)規(guī)律并對規(guī)律本質(zhì)做出解釋的典型實驗，通過仿真軟件的虛擬實驗環(huán)境用于教學中，將實驗的方法引入新的概念和規(guī)律，把理論教學與實驗教學有機地融為一體。對一些典型的知識點，通過CAI教學軟件介紹它的應用。

2.利用CAI軟件教學，開設“物理思想進化啟迪”Seminar課程。按照物理學的發(fā)展，從機械觀的興起、場與相對論到量子觀，針對物理概念的重大革新和在其中起過重要作用的著名實驗為線索來探索物理學發(fā)展的規(guī)律、理論與實驗的關(guān)系，以科學研究與技術(shù)創(chuàng)新的關(guān)系、培養(yǎng)學生的思維能力和科學素質(zhì)。

3.在提高公共物理實驗教學水平與質(zhì)量，培養(yǎng)學生實踐能力上，對一些難度高、操作復雜的實驗，項目組采用虛擬實驗、遠程教學(在校園網(wǎng)上完成虛擬實驗)與實際實驗相結(jié)合的二段、二段式教學模式，使學生在課堂內(nèi)獨立完成實際實驗。同時，合理配置教學資源。針對實驗課量大質(zhì)低的狀況，在總學時不變的情況下，精簡實驗項目，整合實驗教學內(nèi)容。適當擴大設計性實驗，綜合性實驗的單項實驗安排5～8學時，大量的一般性實驗通過仿真實驗進行。通過上述努力，激發(fā)了學生的學習主動性和積極性，大大提高了實驗教學的質(zhì)量和水平。

二、以素質(zhì)教育為目標，建立物理實驗課程新體系

新實驗課程的組成分為基本實驗、綜合性實驗、設計性實驗、科學小實驗等，形成從低到高、從基礎到前沿、從接受知識到培養(yǎng)綜合能力，逐級提高的一、二、三級基礎物理實驗課程新體系。每一級物理實驗大致用一個學期的時間完成，不同的級別標志著不同實驗技能和科學思維水平。這樣，基礎物理實驗課不再是課堂教學內(nèi)容的簡單重復和驗證，也不再是把力、電、光、近代物理等獨立學科的實驗簡單地串聯(lián)起來。使學生從較高起點上進入大學物理實驗，逐級走向科學的高峰。

1.一級物理實驗為普及性實驗，主要包括基本物理量的測量、基本實驗儀器的使用、基本實驗技能的訓練和基本測量方法與誤差分析等。涉及到力、熱、電、光、近代物理各個學科，適合于理、工、文、商學院各專業(yè)學生的學習和基本訓練。

2.二、三級物理實驗逐步增加綜合性實驗和設計性實驗的比例及難度，有利于激發(fā)學生的學習熱情，使他們變被動學習為主動學習。以前由教師排好實驗、準備好儀器、學生做現(xiàn)成實驗的做法，變?yōu)樵诮處熤笇伦约涸O計方案完成實驗，從而達到培養(yǎng)學生的綜合思維和創(chuàng)造能力的目的。通過做設計實驗，學生從成功與失敗中受到訓練，素質(zhì)得到提高。

3.四級物理實驗以科學小實踐方式，圍繞基礎物理實驗組織若干課題，以科研方式進行實驗，培養(yǎng)學生的研究、開發(fā)應用能力。

在課程安排上，一級物理實驗面向全校各學科專業(yè)學生開課，二、三級物理實驗對理工類專業(yè)開課，四級物理實驗為物理類各專業(yè)學生必修課、理科非物理類各專業(yè)學生選修課。)

三、注重實物實驗的時代性與先進性，改革實驗教學內(nèi)容

物理實驗必須與現(xiàn)代科學技術(shù)接軌，才能使現(xiàn)代科技成果滲透到傳統(tǒng)的經(jīng)典課程內(nèi)容之中，也才能激發(fā)學生的學習熱情。例如，在對全校工、商、文科學生一、二年級所開設的物理實驗中，已涉及光譜技術(shù)、真空技術(shù)、磁共振技術(shù)、核物理技術(shù)、X光衍射的技術(shù)、光纖技術(shù)、傳感器技術(shù)、光學信息處理技術(shù)等。開設這些項目是為了從物理實驗的設計思想、實驗方法、儀器的設計原理、結(jié)構(gòu)及其應用等方面拓寬學生的知識面，培養(yǎng)他們的綜合實驗能力。

四、營造創(chuàng)新人才培養(yǎng)的多元化教學環(huán)境

目前中國科學技術(shù)大學開設的實驗類型有公共必修實驗、選修實驗、仿真實驗、遠程網(wǎng)絡實驗、開放實驗等。

1.利用現(xiàn)代教育技術(shù)開設“大學物理實驗遠程教學”

自開設遠程網(wǎng)上物理實驗教學以來，學生利用校園或Internet網(wǎng)對實驗教學內(nèi)容進行課前預習和課后復習，便于學生充分地學習和掌握實驗教學的內(nèi)容。通過開設網(wǎng)上虛擬物理實驗選修課，學生可以根據(jù)自己的時間在任何地點自主地進行學習，這滿足了不同層次學生的學習需求。

2.開設開放服務實驗室

在每級物理實驗中，開設開放服務實驗室，它不僅在時間上對學生開放，而且在實驗內(nèi)容上也對學生開放。近兩年開放實驗的項目有：擺的運動規(guī)律及應用研究、電學儀器的設計與制作、光學儀器的設計與制作、波的特性研究、教學軟件的設計與開發(fā)等。在開放服務實驗室中，學生可利用實驗室提供的設備自己設立題目，教師只是指導和審核學生提出的實驗方案與題目，最后學生以小論文的形式在Seminar課中上臺宣講，討論和總結(jié)成功和失敗的原因、自己的創(chuàng)新點等。

篇10

【關(guān)鍵詞】 網(wǎng)絡；課堂教學；自主學習

隨著信息時代的到來，以計算機網(wǎng)絡為核心的現(xiàn)代科學技術(shù)為我們提供了前所未有的機會和發(fā)展?jié)摿?。培養(yǎng)具有信息時代生存和發(fā)展能力的人也成為新的教育目標。要做到與時俱進，則要求教育工作者不斷的更新教的觀念和方法，改革學的環(huán)境和工具，采取新的教育手段，培養(yǎng)學生自主學習、探究學習和創(chuàng)新學習。傳統(tǒng)的教育理念、方法和手段已嚴重束縛了學生的發(fā)展，表現(xiàn)出與現(xiàn)代教育要求的分歧。而網(wǎng)絡環(huán)境為教學提供了豐富的信息資源和先進的教學手段，為學生提供了自主學習的時間和空間。學生在網(wǎng)絡環(huán)境中處于一種積極的學習狀態(tài)，其自主性、合作性和創(chuàng)造性得到最好的開發(fā)。依據(jù)經(jīng)驗我談談網(wǎng)絡環(huán)境下生物教學的幾點優(yōu)勢。

一、網(wǎng)絡為生物教學提供了豐富的素材

從生物教學內(nèi)容來看生物主要從微觀和宏觀兩個方向來闡述生物的生命活動規(guī)律；從生物種類來看則主要講述動、植物和微生物的生命活動規(guī)律。很多的內(nèi)容單靠詳實的語言、幾幅掛圖、幾個靜態(tài)的模型是很難表達的。學生反映生物內(nèi)容抽象而枯燥，學習興趣低。如何讓這些內(nèi)容變得具體、直觀、生動有趣呢？這就要求有豐富的、高質(zhì)量的素材來展示這些內(nèi)容，創(chuàng)造內(nèi)容的情境，激活學生的思維。豐富的網(wǎng)絡信息資源為生物教學帶來了形式多樣的、圖文并茂的、聲色俱全的素材。如：文本資料、圖片、聲音、視頻和動畫等。只要我們打開電腦，點擊相關(guān)網(wǎng)站，鍵入關(guān)鍵詞，瞬息之間就有來自不同網(wǎng)站提供的信息置于眼前。例如講解細胞時，只要在收索引擎中輸入細胞兩個字，按回車鍵，幾秒鐘后關(guān)于細胞的文字資料、圖片、動畫等信息就出現(xiàn)在屏幕上。豐富的素材拓寬了學生的視野，豐富了教學的內(nèi)容。使微觀的、抽象的內(nèi)容宏觀化、具體化。大大的降低了教學的難度，使學生易于掌握。

二、網(wǎng)絡為生物的實驗教學提供了虛擬的實驗空間

生物是一門實驗學科，很多的教學內(nèi)容離不開實驗，需要通過實驗進行驗證，通過實驗對培養(yǎng)學生的興趣、觀察能力、科學的思維和動手能力有重要的影響。但實際生活中很多的實驗受到設備、場地、實驗材料和實驗隱藏的危險性等條件的制約而不能完成，很多的理論因缺乏實驗基礎而顯得蒼白、空洞。網(wǎng)絡環(huán)境為我們生物實驗提供了一項強大的功能――虛擬現(xiàn)實。它是由多媒體技術(shù)和仿真技術(shù)相結(jié)合而生成的一種交互式環(huán)境。例如：利用三維動畫模擬細胞的分裂和生長過程。使生物教學化難為易，化繁為簡學生易于接受，樂于接受，同時也培養(yǎng)學生的創(chuàng)造力。

三、網(wǎng)絡為學生自主學習、探究學習和創(chuàng)新學習提供了舞臺

傳統(tǒng)的教學中，教師是知識的傳播者，是演講者。學生往往是被動的聽，是聽眾。書本是學生學習的世界；而網(wǎng)絡環(huán)境下的教學新模式，教師是課程內(nèi)容的設計者，學生學習的指導者和組織者。學生由被動的接受變?yōu)橹鲃右饬x的建構(gòu)者。世界成為學生學習的書本。很多的知識是學生通過上網(wǎng)收集信息，通過信息處理和加工以后獲得的。例如：在學習“生態(tài)系統(tǒng)”時，通過布置學生上網(wǎng)收尋有關(guān)生態(tài)系統(tǒng)的資料，然后讓學生歸納總結(jié)并進行交流。學生通過上網(wǎng)不僅獲得不同生態(tài)系統(tǒng)的文字資料和圖片，還獲得與生態(tài)系統(tǒng)相關(guān)的知識如：目前生態(tài)系統(tǒng)的狀況，遭到哪些因素的破壞，政府或有關(guān)部門采取哪些措施，如何改進等等。極大的豐富了學生的知識面，無形中還對學生進行了思想教育。

另外對同一課的教學可針對發(fā)展不同的學生進行分層次教學，讓所有的學生都參與到學習中并各有所得。例如：對基礎較弱的學生或?qū)W習有困難的學生注重知識的趣味性；對于基礎一般的學生注重完成教學目標；對于基礎較好的學生注重知識的延伸。教師通過把課題內(nèi)容設計成不同層次的子課題讓學生自主選擇、自主探究、并自主完成預期目標。教師則進行輔導和點評。其次教師通過制作形式多樣的課件讓學生通過上機操作如：拼圖、填圖、連線、畫圖、實驗設計、游戲、網(wǎng)上討論、交流等。讓學生通過操作過程可使學生獲得成功的體驗，合作的樂趣；同時培養(yǎng)了學生創(chuàng)新精神，加強了學生學習的主動性。

四、網(wǎng)絡為開展生物的第二課堂提供了多樣的形式