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

篇1

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

3.電阻屬性和接橋方式設(shè)計(jì)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(yīng)變電阻和平衡電阻三種，應(yīng)變電阻的貼片方式分為受拉應(yīng)力和受壓應(yīng)力。（1）電阻屬性。圖1中的電阻R1的屬性只有兩種：應(yīng)變電阻和固定電阻。該屬性通過操作“R1”設(shè)置開關(guān)進(jìn)行選擇。若R1為應(yīng)變電阻屬性，其阻值會隨載荷F的增減而產(chǎn)生相應(yīng)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(shè)置開關(guān)可以選擇R2的屬性。若R2作為應(yīng)變電阻，則會隨載荷F的增減而產(chǎn)生相應(yīng)的ΔR2以及因溫度變化產(chǎn)生的ΔR2t。若操作“差動設(shè)置”開關(guān)，則可使R2的受力方式為受壓應(yīng)力，從而會隨載荷F的增減而產(chǎn)生相應(yīng)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(shè)計(jì)，因此接線也會相對復(fù)雜。通過操作“R3”和“R4”設(shè)置開關(guān)對該電阻進(jìn)行屬性操作。圖中出現(xiàn)的Rr顯示框?yàn)檎{(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?yàn)镽5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(shè)計(jì)。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(yīng)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(shè)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(shè)置為應(yīng)變電阻，R2、R3、R4設(shè)置為固定電阻。此時，按“R1”按鈕，“R1”按鈕變綠，圖中應(yīng)變電阻R1如果顯示向上的箭頭，表明該應(yīng)變電阻受拉應(yīng)力，對應(yīng)電阻值增大；如果應(yīng)變電阻R1顯示向下的箭頭，表明該應(yīng)變電阻受壓應(yīng)力，對應(yīng)電阻值減小。半橋非差動工作時，R1、R2設(shè)置為應(yīng)變電阻，R3、R4設(shè)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(yīng)變片受到相同性質(zhì)的應(yīng)力，此時電橋輸出基本為零。半橋差動工作時，R1、R2設(shè)置為應(yīng)變電阻，R3、R4設(shè)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(yīng)的應(yīng)變片受到拉應(yīng)力和壓應(yīng)力。全橋非差動工作時R1、R2、R3、R4屬性均為應(yīng)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(yīng)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(yīng)力；“R2”“R4”箭頭向下，表示受壓應(yīng)力。

4.溫度誤差計(jì)算及補(bǔ)償在討論應(yīng)變計(jì)的工作特性時通常是以溫度恒定為前提的，但在實(shí)際應(yīng)用過程中，工作溫度可能會發(fā)生變化，從而導(dǎo)致應(yīng)變電阻的阻值發(fā)生變化。設(shè)工作溫度變化為Δt℃，則由此引起粘貼在試件上的應(yīng)變電阻的相對變化為。將公式（11）代入公式（7）-（10），即可以計(jì)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(bǔ)償塊法進(jìn)行溫度誤差補(bǔ)償，該方法利用兩塊參數(shù)相同的應(yīng)變計(jì)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(bǔ)償塊上，但該補(bǔ)償塊不參與機(jī)械應(yīng)變，同時接入電橋相鄰臂作為補(bǔ)償臂。當(dāng)接通電源并施加負(fù)載時，補(bǔ)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(dá)到溫度誤差補(bǔ)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(jìn)行溫度誤差補(bǔ)償。5.非線性誤差計(jì)算及補(bǔ)償公式（10）是對公式（9）進(jìn)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(bǔ)償臂（該臂不受外加應(yīng)力作用）。對于半橋差動和全橋差動工作方式，不需要外接補(bǔ)償電路，因?yàn)椴顒庸ぷ鞣绞骄哂泻芎玫姆蔷€性補(bǔ)償作用。

二、虛擬操作面板的設(shè)計(jì)

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(shí)驗(yàn)根據(jù)真實(shí)的電阻式傳感器實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(yīng)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(yuǎn)程虛擬實(shí)驗(yàn)的演示步驟

電阻式傳感器實(shí)驗(yàn)的遠(yuǎn)程操作分別由DataSocket技術(shù)與Web網(wǎng)絡(luò)工具來實(shí)現(xiàn)。DataSocket技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的結(jié)合使虛擬儀器的遠(yuǎn)程控制成為可能，可在若干計(jì)算機(jī)上對傳感器虛擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行操作及數(shù)據(jù)處理。這為傳感器虛擬實(shí)驗(yàn)的互動教學(xué)提升了便捷性。電阻式傳感器虛擬實(shí)驗(yàn)的遠(yuǎn)程操作過程如下：第一步，打開服務(wù)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(shè)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(jì)，直至電橋近似達(dá)到初始平衡狀態(tài)。第七步，點(diǎn)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(diǎn)擊服務(wù)器面板中的“復(fù)位鍵”，使所有選項(xiàng)、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)。

篇2

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

探究性三維虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)

1.認(rèn)知主義學(xué)習(xí)理論

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

2.情境學(xué)習(xí)理論

情境學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，特定的知識應(yīng)該在特定的情境中去學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)是一個社會性過程，知識在這個過程中由學(xué)習(xí)者與周圍環(huán)境相互作用共同構(gòu)建。情境學(xué)習(xí)理論強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者應(yīng)經(jīng)歷社會真實(shí)情境，通過實(shí)際活動使其在真實(shí)情境中學(xué)習(xí)知識、技能和策略，對知識做合理的解釋并能靈活運(yùn)用知識。因此，設(shè)計(jì)三維虛擬實(shí)驗(yàn)時，必須創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)過程所需要的各種情境，為學(xué)生主動探究提供環(huán)境支撐。

3.建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論

建構(gòu)主義認(rèn)為，學(xué)習(xí)是建構(gòu)內(nèi)在心理表征的過程，學(xué)習(xí)者以已有的經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，通過與外界的相互作用來建構(gòu)新的理解，學(xué)習(xí)者知識的獲得是個體與外部環(huán)境交互的結(jié)果。因此，設(shè)計(jì)三維虛擬實(shí)驗(yàn)時，必須提供靈活的交互方式，同時為學(xué)習(xí)者提供豐富的資源和工具，方便學(xué)生進(jìn)行科學(xué)的探究活動，有效建構(gòu)自己的知識。

中學(xué)物理探究性三維虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.設(shè)計(jì)原則

直觀性：三維虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要為學(xué)習(xí)者提供逼真的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，增加學(xué)生者親身體驗(yàn)的經(jīng)歷。由于操作步驟復(fù)雜、觀測過程漫長、實(shí)驗(yàn)儀器昂貴等原因而無法完成的實(shí)驗(yàn)要逼真模擬，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象抽象和微觀的就要突破時空限制轉(zhuǎn)變?yōu)橹庇^呈現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)過程不能及時控制的要設(shè)計(jì)關(guān)鍵現(xiàn)象模擬情境，使學(xué)習(xí)者在虛擬環(huán)境下，便于觀察物理現(xiàn)象，更好地理解和掌握實(shí)驗(yàn)原理。

交互性：三維虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要為學(xué)習(xí)者提供更多交互的環(huán)節(jié)和實(shí)時的反饋，方便學(xué)習(xí)者選擇實(shí)驗(yàn)設(shè)備、操作實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)置實(shí)驗(yàn)條件、改變實(shí)驗(yàn)參數(shù)。使學(xué)習(xí)者在虛擬環(huán)境下，按照自己的學(xué)習(xí)特征、學(xué)習(xí)進(jìn)度和學(xué)習(xí)方式進(jìn)行主動探究。

開放性：三維虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要為學(xué)習(xí)者提供可以自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)資源和工具，使學(xué)習(xí)者能夠按照自己的興趣自由地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、演示實(shí)驗(yàn)效果，并提供及時的反饋。

趣味性：三維虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要為學(xué)習(xí)者提供能夠激發(fā)好奇心和求知欲的實(shí)驗(yàn)過程和現(xiàn)象，能夠吸引學(xué)生的注意力，給學(xué)習(xí)者悅?cè)さ捏w驗(yàn)，激發(fā)其學(xué)習(xí)物理的興趣。

2.設(shè)計(jì)過程

（1）實(shí)驗(yàn)類型和主題的設(shè)計(jì)

按照實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分為：聲音類、光學(xué)類、電路類、電磁類、理學(xué)類、能量類。本研究從眾多實(shí)驗(yàn)中選擇了部分實(shí)驗(yàn)進(jìn)行開發(fā)仿真，具體包括真實(shí)實(shí)驗(yàn)中不易觀察的實(shí)驗(yàn)、真實(shí)實(shí)驗(yàn)中不易控制的實(shí)驗(yàn)兩類。

（2）虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)K設(shè)計(jì)

探究性三維虛擬實(shí)驗(yàn)共包括實(shí)驗(yàn)介紹、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)提示、實(shí)驗(yàn)評價四個模塊。其中，實(shí)驗(yàn)介紹包括儀器介紹和內(nèi)容介紹。儀器介紹闡述虛擬實(shí)驗(yàn)中用到的關(guān)鍵儀器的功能、使用方法等。內(nèi)容介紹闡述實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理等；實(shí)驗(yàn)操作是虛擬實(shí)驗(yàn)的核心部分，通過分析該階段學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)交互式的用戶界面和探究性實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理和步驟，在三維虛擬實(shí)驗(yàn)場景中對相關(guān)實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行操作，完成實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)提示是指對實(shí)驗(yàn)中容易出錯的地方為學(xué)生提供必要的幫助；實(shí)驗(yàn)評價是根據(jù)具體的實(shí)驗(yàn)要求，對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作結(jié)果進(jìn)行評價。

中學(xué)物理探究性三維虛擬實(shí)驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)

1.主要開發(fā)工具的選擇

探究性三維虛擬實(shí)驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)主要包括虛擬實(shí)驗(yàn)場景、各種實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的三維建模，以及提供探究活動的虛擬現(xiàn)實(shí)交互體驗(yàn)的開發(fā)，用到的開發(fā)工具主要包括三維建模工具3ds Max和虛擬現(xiàn)實(shí)開發(fā)工具Unity 3D。

（1）3ds Max

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

（2）Unity 3D

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

2.開發(fā)流程

三維虛擬實(shí)驗(yàn)的開發(fā)步驟為：①三維虛擬實(shí)驗(yàn)場景、實(shí)驗(yàn)儀器的建模；②分析學(xué)生的心理和認(rèn)知結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)探究環(huán)節(jié)；③設(shè)計(jì)交互界面，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的交互操作；④測試虛擬實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行調(diào)試和優(yōu)化；⑤虛擬實(shí)驗(yàn)。

3.探究性三維虛擬實(shí)驗(yàn)的開發(fā)

（1）實(shí)例1：布朗運(yùn)動

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

②虛擬實(shí)驗(yàn)場景和實(shí)驗(yàn)器材的三維建模。實(shí)驗(yàn)采用3ds Max對三維仿真實(shí)驗(yàn)中用到的模型進(jìn)行構(gòu)建，主要包括實(shí)驗(yàn)桌、實(shí)驗(yàn)儀器，實(shí)驗(yàn)主界面如下頁圖1所示。

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

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

（2）實(shí)例2：光的反射與折射

①實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路：光的反射與折射定律探究的是光從一種介質(zhì)照射到另一種介質(zhì)時發(fā)生傳播方向改變的光學(xué)現(xiàn)象。在現(xiàn)實(shí)生活中，為了確保實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和靈活性，特別要保證三線共面，需要實(shí)驗(yàn)操作細(xì)致，入射角、反射角、折射角的測量也很費(fèi)時，且不易控制。而在三維虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中可以克服這些不足，利用Unity 3D可以很好地模擬光線的反射、折射現(xiàn)象，以及入射角、反射角、折射角之間的關(guān)系。

②虛擬實(shí)驗(yàn)場景和實(shí)驗(yàn)器材的三維建模。本實(shí)驗(yàn)采用3ds Max對三維仿真實(shí)驗(yàn)中用到的模型進(jìn)行構(gòu)建，主要實(shí)驗(yàn)儀器如圖3所示。

③虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)。本實(shí)驗(yàn)用來展示入射角變化時，反射角、折射角的變化情況，通過圓盤上的刻度標(biāo)定，能夠隨時讀出確切的值，實(shí)驗(yàn)者能夠清晰地看到入射角、反射角、折射角的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)操作界面如圖4所示。

結(jié)束語

新技術(shù)、新媒體的發(fā)展對傳統(tǒng)教育教學(xué)改革具有推動作用，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)初中物理探究性三維虛擬實(shí)驗(yàn)，能夠有效改進(jìn)傳統(tǒng)中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足，為學(xué)生進(jìn)一步理解基本概念、掌握實(shí)驗(yàn)規(guī)律和實(shí)驗(yàn)原理，提供了主動探究的環(huán)境，對學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)具有重要價值，對探索信息技術(shù)環(huán)境下中學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)新方法具有重要意義。

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

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

1　游戲性的內(nèi)涵

“游戲性”來源于英文“Gameplay”，在中文中，“游戲性”可以被籠統(tǒng)地理解為“游戲的核心性質(zhì)”；但在英文中，“游戲性”(Gameplay)可以指“游戲的具體操作方法”和“游戲的抽象趣味整體”等雙重含義。游戲性并不等同于“游戲的性質(zhì)”，游戲具有極為多樣的屬性，游戲性就是當(dāng)排除畫面、聲音、劇情等因素的刺激所帶給玩家的樂趣。游戲性元素包括沉浸、情節(jié)、扮演、競爭、任務(wù)、動作、益智、成長、管理、創(chuàng)造、探索以及群聚元素，然而虛擬實(shí)驗(yàn)的宗旨是教學(xué)，它不同于游戲的宗旨，因此在引入這些游戲性元素時，必然有所刪減。融入游戲性元素的根本目的在于增強(qiáng)和提高學(xué)習(xí)者操作、探索和挖掘的樂趣以及研究和練習(xí)的樂趣。

在游戲性虛擬實(shí)驗(yàn)中各游戲性元素的概念內(nèi)涵包括以下八個方面的內(nèi)容：①沉浸元素，通過物理方式或者想象進(jìn)入到一個與通常環(huán)境不同的場景。②情節(jié)元素，按照因果邏輯或意義邏輯組織起來的一系列事件。③扮演元素，有意識地假扮某一特定角色，并從該角色的處境和場合出發(fā)，進(jìn)行思考、表達(dá)和活動的方式。④任務(wù)元素，某個需要被完成的既定目標(biāo)。⑤動作元素，實(shí)時付出行動的身體運(yùn)動。⑥成長元素，成長是指由低級或簡單形態(tài)向較高級或復(fù)雜形態(tài)發(fā)展，或者在數(shù)量、價值或力量上的增長。在角色扮演游戲中多表現(xiàn)為升級和裝備提升。⑦管理元素，管理元素包含兩個層面的意義：第一是促進(jìn)游戲者的管理性思維的發(fā)展，鼓勵游戲者運(yùn)用策略和部署來游戲；第二是將游戲者處于一種較高的管理位置，讓游戲者體驗(yàn)擁有權(quán)勢和掌控大局的樂趣。⑧群聚元素，“把兩個及其以上的玩家聚集在一起的狀態(tài)就是群聚的形式”。

2　游戲性虛擬實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)

在游戲業(yè)初見端倪的歐美自上世紀(jì)80年代初，最早全面論述游戲動機(jī)的學(xué)者是Malone，通過對已有游戲的一系列的觀察，對大量玩家訪談，Malone(1980年)總結(jié)出三個主要的讓視頻游戲使人更快樂的因素：挑戰(zhàn)、幻想和好奇。在2002年，Garris等人認(rèn)為：幻想、規(guī)則、目的、感官刺激、挑戰(zhàn)、神秘和控制是游戲的六個動機(jī)特征組件。Asgari與Kaufman(2004年)在前人研究的基礎(chǔ)上，認(rèn)為游戲的動機(jī)組件是：交互、競爭、控制、幻想、好奇、挑戰(zhàn)與反饋。

游戲既有行為層面的游戲，也有心理層面的游戲。將游戲的內(nèi)在品質(zhì)融入虛擬實(shí)驗(yàn)中來，更能提高和豐富學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效率，有更廣泛的意義。游戲性虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)著重從學(xué)習(xí)者的心理層面和行為層面兩個方面考慮：

(1)心理層面包括愉悅性和自由性，解決這一層面的問題，可以考慮將游戲中沉浸元素、情節(jié)元素、任務(wù)元素加入到虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)中來，以解決這一層面學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的愉悅性和自由性等問題。

(2)行為層面包括規(guī)則性、表演性、體驗(yàn)性和對話性。在行為層面中，將管理、扮演、動作元素加入游戲性虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)中，解決學(xué)習(xí)者行為層面的需求。游戲性虛擬實(shí)驗(yàn)的開發(fā)要以學(xué)習(xí)者為主導(dǎo)，其目的是提高和優(yōu)化學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效率，促進(jìn)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)中的理論知識的深入理解，鍛煉學(xué)生主動探索和學(xué)習(xí)的能力。

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一、研究背景

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是學(xué)生鞏固和深化理論知識的重要途徑，也是培養(yǎng)學(xué)生基本技能、發(fā)現(xiàn)和解決實(shí)際問題能力、自主學(xué)習(xí)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(xué)院校的人體解剖學(xué)主要有《系統(tǒng)解剖學(xué)》和《局部解剖學(xué)》兩門課程組成，實(shí)驗(yàn)課基本上還是按課程孤立設(shè)置，學(xué)生按照編好的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的要求，由教師指導(dǎo)下的學(xué)習(xí)模式，學(xué)生都是在“接受性學(xué)習(xí)”，缺乏“自主探究學(xué)習(xí)”，整個實(shí)驗(yàn)缺乏系統(tǒng)性、全面性以及創(chuàng)新性。因此，通過對原有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)定位、教學(xué)理念、教學(xué)模式、教學(xué)方法和手段進(jìn)行改革，對培養(yǎng)學(xué)生的臨床應(yīng)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(xué)模式的改革

我校五年制醫(yī)學(xué)專業(yè)采用系統(tǒng)解剖學(xué)和局部解剖學(xué)分別在大一下學(xué)期和大二上學(xué)期完成的模式，我們初步嘗試將原有的《系統(tǒng)解剖學(xué)》和局《部解剖學(xué)》實(shí)驗(yàn)進(jìn)行整合，在前期系統(tǒng)解剖學(xué)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)綜合性實(shí)驗(yàn)，增加設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，由教師根據(jù)學(xué)生所學(xué)的知識和教學(xué)安排，分不同層次、由淺入深提出實(shí)驗(yàn)任務(wù)，學(xué)生自主選擇綜合性設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、確定實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)、經(jīng)老師審核后開始實(shí)驗(yàn)過程，并對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析判斷、完成實(shí)驗(yàn)報告或?qū)嶒?yàn)論文的新模式。通過一系列的有系統(tǒng)、有計(jì)劃的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使學(xué)生達(dá)到由理論知識到實(shí)踐操作，再由實(shí)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(xué)生的課余時間，要求學(xué)生在課余時間完成部分標(biāo)本制作的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。另外，在基礎(chǔ)知識的基礎(chǔ)上對局部解剖學(xué)的部分實(shí)驗(yàn)進(jìn)行獨(dú)立的設(shè)計(jì)，改變原來的實(shí)驗(yàn)依托理論的模式，要求學(xué)生根據(jù)臨床手術(shù)操作中遇到的問題進(jìn)行設(shè)計(jì)，在尸體和標(biāo)本上進(jìn)行模擬手術(shù)，進(jìn)一步加深學(xué)生對局部解剖學(xué)知識的理解。同時將現(xiàn)有的課堂教學(xué)、課外專題講座、課程實(shí)驗(yàn)、課外第二課堂等實(shí)踐形式向課外科技創(chuàng)新、科研訓(xùn)練（student research train，SRT）、大學(xué)生科技創(chuàng)新競賽、新苗計(jì)劃等活動延伸，不斷豐富課內(nèi)外一體化自主研學(xué)平臺的內(nèi)涵，使學(xué)生盡可能多的學(xué)做合一，擴(kuò)大學(xué)生自主創(chuàng)新實(shí)踐的內(nèi)容，有效的啟發(fā)學(xué)生的發(fā)散思維。推進(jìn)學(xué)生的個性化發(fā)展和全面發(fā)展。人體解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)就是要構(gòu)建教與學(xué)為一體、理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)為一體、課內(nèi)與課外教學(xué)為一體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。

三、教學(xué)內(nèi)容改革

對現(xiàn)有的《系統(tǒng)解剖學(xué)》和《局部解剖學(xué)》的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和課程體系進(jìn)行改革，結(jié)合教學(xué)大綱和高等教育教學(xué)加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)薄弱改革的需求，按照分層式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的模式；增加實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；增加實(shí)驗(yàn)的開放性，綜合性、設(shè)計(jì)創(chuàng)新性的思維方式，對人體解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程進(jìn)行了改革。

1.拓展基礎(chǔ)理論知識、基本技能訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)層

在系統(tǒng)學(xué)習(xí)解剖學(xué)的基礎(chǔ)理論知識的基礎(chǔ)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(biāo)本防腐固定法、血管灌注技術(shù)、淋巴管灌注方法等實(shí)驗(yàn)對學(xué)生進(jìn)行解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練。課堂并以學(xué)術(shù)講座的形式向?qū)W生講解解剖學(xué)科學(xué)研究方法，文獻(xiàn)綜述撰寫，布置學(xué)生查閱文獻(xiàn)，撰寫文獻(xiàn)綜述。使學(xué)生掌握解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)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(xué)生觀察、記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果及整理、分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力。

2.以臨床應(yīng)用為導(dǎo)向的解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

將系統(tǒng)解剖學(xué)和局部解剖學(xué)內(nèi)容相互穿插并與臨床及其他相關(guān)基礎(chǔ)學(xué)科結(jié)合起來。將實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容分為骨學(xué)、節(jié)學(xué)、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(xué)實(shí)施過程中，每一章節(jié)（如上肢、軀干、頭頸部等）實(shí)驗(yàn)開始和結(jié)束都由教師進(jìn)行15min的結(jié)合臨床案例的前言和總結(jié)的講座，使學(xué)生認(rèn)識到解剖學(xué)在臨床醫(yī)學(xué)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(chǔ)學(xué)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(dá)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(diǎn)？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(diǎn)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(yīng)注意事項(xiàng)，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(dǎo)向的解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

該部分實(shí)驗(yàn)分為設(shè)計(jì)創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課外研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)兩類。設(shè)計(jì)創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)由教師提出實(shí)驗(yàn)任務(wù)，學(xué)生獨(dú)立實(shí)施過程，教師全程指導(dǎo)、啟發(fā)和評價，使學(xué)生從科研選題、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作、結(jié)果分析、文獻(xiàn)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(xùn)練。比如教師結(jié)合某些知識點(diǎn)或關(guān)鍵的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，提供一些與臨床聯(lián)系較緊密且學(xué)生感興趣的題目作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容以供學(xué)生選擇，讓學(xué)生在第一、第二階段已掌握的理論和的技能的基礎(chǔ)上自主完成實(shí)驗(yàn)，并根據(jù)完成情況提交實(shí)驗(yàn)報告、實(shí)驗(yàn)作品或?qū)W術(shù)論文。

課外研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)主要形式為：給定有關(guān)題目；各種大學(xué)生科技活動；學(xué)生直接參與教師科研子課題等項(xiàng)目。讓學(xué)生通過課外科技創(chuàng)新活動培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力和臨床思維意識，同時培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神、交流溝通能力和責(zé)任感。

四、教學(xué)方法與手段的改革

1.以學(xué)生為中心，實(shí)現(xiàn)自主實(shí)踐為主的教學(xué)模式。將傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書修改為由淺入深、由驗(yàn)證、綜合再到設(shè)計(jì)創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。學(xué)生通過驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)掌握基本實(shí)驗(yàn)操作方法，學(xué)會正確查找資料，設(shè)計(jì)綜合實(shí)驗(yàn)，正確記錄觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步作出判斷、推理的能力；正確的通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)、書籍、工具書及其他信息源信息已解決臨床應(yīng)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(xué)方式，在教學(xué)過程中根據(jù)進(jìn)度安排臨床病例討論課，提供相應(yīng)的病例設(shè)計(jì)問題和相關(guān)的參考書籍書目，讓學(xué)生圍繞病例，通過書籍雜志和網(wǎng)絡(luò)、用解剖學(xué)知識解決問題。

2.運(yùn)用現(xiàn)代化技術(shù)及先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段。對臨床應(yīng)用中的實(shí)際問題如常見病的手術(shù)治療采用計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)、虛擬人、醫(yī)學(xué)仿真技術(shù)等現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)信息技術(shù)手段，結(jié)合學(xué)校的BB平臺、已經(jīng)建好的人體解剖學(xué)PBL教學(xué)平臺和人體形態(tài)學(xué)數(shù)字化教學(xué)平臺，把虛擬實(shí)驗(yàn)、醫(yī)學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)和臨床實(shí)踐問題想結(jié)合起來，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)與創(chuàng)新和臨床應(yīng)用接軌，可以有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，刺激學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的積極性。將尸體上的實(shí)際操作和虛擬仿真、現(xiàn)場授課和多媒體課件、網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程互動和掌上智能式平板虛擬有機(jī)結(jié)合起來，充分利用網(wǎng)絡(luò)、教學(xué)平臺及各種實(shí)驗(yàn)教學(xué)媒體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高實(shí)驗(yàn)技術(shù)的臨床應(yīng)用性和常見手術(shù)操作的前瞻性，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)的臨床思維方法與創(chuàng)新能力的結(jié)合。同時讓學(xué)生了解先進(jìn)的手術(shù)操作技術(shù)及其應(yīng)用，拓寬知識面，培養(yǎng)他們的實(shí)驗(yàn)技能和科研能力。

3.課外開放實(shí)驗(yàn)。在開放性實(shí)驗(yàn)室里，學(xué)生可以在自己支配的時間內(nèi)從事提前設(shè)計(jì)的，教師審核通過的實(shí)驗(yàn)，也可以完成課外的實(shí)驗(yàn)，以學(xué)生為中心，自主設(shè)計(jì)制作的人體解剖學(xué)標(biāo)本制作大賽。開展“解剖學(xué)實(shí)踐大賽”，學(xué)生根據(jù)自己興趣，自愿參加，自由組合，設(shè)計(jì)方案，擬定操作步驟和程序，在教師和實(shí)驗(yàn)師指導(dǎo)下，完善方案，獨(dú)立完成解剖學(xué)標(biāo)本制作和實(shí)驗(yàn)報告。如學(xué)生制作闌尾炎手術(shù)的解剖學(xué)入路。

4.運(yùn)用先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核方法。實(shí)驗(yàn)成績采取平時成績同實(shí)驗(yàn)報告和實(shí)驗(yàn)論文相結(jié)合的做法。鼓勵學(xué)生實(shí)驗(yàn)中有創(chuàng)新。（1）實(shí)驗(yàn)報告為平時成績，主要考察學(xué)生對實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)考試、考核成績反映學(xué)生對人體解剖學(xué)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(biāo)本外，還應(yīng)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(xué)生設(shè)計(jì)方案及實(shí)施考核，主要考察學(xué)生創(chuàng)新意識、科學(xué)思維方式與實(shí)踐能力。教師根據(jù)學(xué)生查閱文獻(xiàn)情況、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)水平、實(shí)驗(yàn)方案的實(shí)施情況、以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析能力和科研論文撰寫情況綜合評定實(shí)驗(yàn)成績，此部分成績占30%。

五、結(jié)語

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分層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)法研究

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

1.加強(qiáng)有關(guān)材料化學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)

在材料化學(xué)專業(yè)本科生具有了初步的化學(xué)和物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ幕A(chǔ)上，首先將材料化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程從相關(guān)理論課程剝離，綜合成材料化學(xué)專業(yè)專門的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程，集中訓(xùn)練學(xué)生的材料制備和材料性能檢測技能，并以此為實(shí)驗(yàn)室的開發(fā)重點(diǎn)，使學(xué)生的實(shí)驗(yàn)基本技能得以鞏固和提高。

2.開展綜合性實(shí)驗(yàn)并結(jié)合本專業(yè)開展遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)

在材料化學(xué)專業(yè)本科生已經(jīng)具有初步的材料制備和性能檢測的實(shí)驗(yàn)技能基礎(chǔ)上，第二步開設(shè)綜合性實(shí)驗(yàn)并結(jié)合遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)。綜合性實(shí)驗(yàn)的開設(shè)是為了適應(yīng)社會的發(fā)展和需求，在綜合實(shí)驗(yàn)新體系中，要求開設(shè)的綜合性實(shí)驗(yàn)盡可能反映材料、生命、環(huán)境、信息等學(xué)科的內(nèi)容；了解和學(xué)習(xí)材料化學(xué)研究方法與現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)技術(shù)在高新科技學(xué)科中的應(yīng)用成為我們新的建設(shè)目標(biāo)。因此，不僅要打破專業(yè)的界限，還要打破學(xué)科的界限，使綜合性實(shí)驗(yàn)成為跨學(xué)科、多技能的綜合訓(xùn)練。在我們材料化學(xué)專業(yè)開設(shè)的綜合性實(shí)驗(yàn)中，與材料、信息相關(guān)的實(shí)驗(yàn)有新型能源材料的合成，SDC（固體氧化物燃料電池電解質(zhì)材料）的合成和表征，壓電陶瓷的制備和表征等等；與生物相關(guān)的實(shí)驗(yàn)是天然物或中草藥物的提取及指紋圖譜等。這樣可以使學(xué)生掌握無機(jī)非金屬材料的制備方法和相關(guān)性能測試方法，掌握天然生成物質(zhì)的提取方法和結(jié)構(gòu)確定的手段，從而有效地提高學(xué)生的專業(yè)知識并擴(kuò)展了知識面。為今后學(xué)生進(jìn)行主導(dǎo)型研究性實(shí)驗(yàn)奠定基礎(chǔ)。

目前，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)日益完善，網(wǎng)絡(luò)速度和寬帶不再成為制約網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的瓶頸。計(jì)算機(jī)軟、硬件的飛速發(fā)展無疑使得虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境更加逼真、智能。當(dāng)然，虛擬實(shí)驗(yàn)在培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、培養(yǎng)學(xué)生的誤差分析能力等方面還不可能取代傳統(tǒng)的實(shí)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式。但是開設(shè)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以使接受遠(yuǎn)程教育的學(xué)生獲得與在校生一樣的從感知到理解的過程。有利于培養(yǎng)學(xué)生網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的能力，為終身學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)。對我們專業(yè)來說，因?yàn)槭切麻_的專業(yè)，很多實(shí)驗(yàn)還缺乏必要的實(shí)驗(yàn)器材，很多綜合性實(shí)驗(yàn)課程無法開出。但借助遠(yuǎn)程教育平臺，可以與兄弟院校和我校其他院系的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源實(shí)現(xiàn)共享，從而使相關(guān)實(shí)驗(yàn)得以進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生對相關(guān)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)知。

3.開展學(xué)生主導(dǎo)型研究性實(shí)驗(yàn)的模式

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

篇6

驗(yàn)證性虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程

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

綜合性虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)組成

虛擬實(shí)驗(yàn)室也可增加綜合性實(shí)驗(yàn)。在虛擬實(shí)驗(yàn)室中，嘗試用已有的報道的研究資料作為綜合實(shí)驗(yàn)的來源。將生物實(shí)驗(yàn)研究的學(xué)習(xí)置于探究的背景下，將綜合性實(shí)驗(yàn)已有報道看成“問題是什么”，“用何種實(shí)驗(yàn)?zāi)芑卮疬@個問題”，“如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證”，也就是“What?How?Why?”從而重視在探究過程中獲得綜合素質(zhì)的提高，使科學(xué)知識能在不斷的設(shè)問中得到升華。(1)綜合性虛擬實(shí)驗(yàn)網(wǎng)頁組成本實(shí)驗(yàn)室所作的綜合性實(shí)驗(yàn)網(wǎng)頁如圖2所示。其中研究文獻(xiàn)包括本實(shí)驗(yàn)的研究報告及相關(guān)文獻(xiàn)。綜合性實(shí)驗(yàn)還可通過讓學(xué)生自由選題，設(shè)定實(shí)驗(yàn)方案后，利用虛擬儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并作出結(jié)果預(yù)測，從而來提高學(xué)生的創(chuàng)新和科研能力。(2)實(shí)驗(yàn)例證研究干旱對植物抗氧化酶的影響［6］。①寫出本實(shí)驗(yàn)的研究背景，研究目的。首先闡明植物受不良外因影響后，會出現(xiàn)的各種現(xiàn)象。研究干旱地方植物抗旱生理生化狀況，對干旱地方植被恢復(fù)奠定良好的理論基礎(chǔ)。開展植物抗旱的生理抗(耐)性機(jī)理能為植物物種栽培提供依據(jù)。②列出實(shí)驗(yàn)的假設(shè)，并據(jù)此設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程。植物在不良環(huán)境，會出現(xiàn)相應(yīng)生理生化變化，測定相應(yīng)氣體交換參數(shù)，測定相關(guān)的抗氧化酶的活性變化。各種抗氧化酶在生物體中的作用，并分別寫出相關(guān)酶的測定方法。③結(jié)果分析。對不同狀態(tài)下的結(jié)果進(jìn)行分析。④后續(xù)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)一步完善。對實(shí)驗(yàn)證明不完善的地方加以分析，并提出完善的方法，運(yùn)用多種實(shí)驗(yàn)方法加以改進(jìn)研究。本實(shí)驗(yàn)則可以在測定生理生化變化后，進(jìn)一步進(jìn)行基因表達(dá)的研究，檢測不同條件下基因表達(dá)的變化。再將相關(guān)的文獻(xiàn)附上［7－9］，即可讓學(xué)生明白研究具體課題的一個基本步驟，為其今后的科研打下良好的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。本實(shí)驗(yàn)室的綜合性實(shí)驗(yàn)包括植物的抗氧化酶研究、內(nèi)生菌的抗菌物質(zhì)提取、多糖的抗腫瘤研究等8個實(shí)驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn)，通過選取不同的實(shí)驗(yàn)材料，采用不同的實(shí)驗(yàn)方法，讓學(xué)生對科學(xué)研究的過程有一個深入的了解，能彌補(bǔ)簡單的獨(dú)立實(shí)驗(yàn)不足，對學(xué)生今后的更進(jìn)一步的深造打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，效果顯著。學(xué)生普遍反映對其生物化學(xué)知識有了深入的了解，并對科研論文有了基本認(rèn)識，提高了學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力與實(shí)際動手能力。

虛擬實(shí)驗(yàn)視頻

篇7

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

一 引言

從目前虛擬實(shí)驗(yàn)的研究來看,多數(shù)局限在研究虛擬實(shí)驗(yàn)的開發(fā)、虛擬實(shí)驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn)以及虛擬實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式等問題上,而對虛擬實(shí)驗(yàn)如何與學(xué)習(xí)者建立情感上的交流,從而激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣、增強(qiáng)學(xué)習(xí)者的求知欲望等問題上,關(guān)注的較少,這也正是虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果優(yōu)劣的關(guān)鍵因素之一。例如中學(xué)物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生掌握電學(xué)的基本元器件和連接方法,互聯(lián)網(wǎng)上相關(guān)的虛擬實(shí)驗(yàn)大多可以實(shí)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(shí)驗(yàn)僅僅是對教學(xué)內(nèi)容的呈現(xiàn),并沒有創(chuàng)設(shè)與之相關(guān)的情境和任務(wù),缺乏與學(xué)習(xí)者的情感交流,在交互行為上也較為復(fù)雜,導(dǎo)致了學(xué)習(xí)者對該類虛擬實(shí)驗(yàn)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(xué)習(xí)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(xué)習(xí)厭倦期的青少年來說,學(xué)習(xí)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(shí)驗(yàn)如何能更有趣味性、更能激發(fā)學(xué)習(xí)者的求知欲望是非常值得研究的,構(gòu)建這類虛擬實(shí)驗(yàn)即“趣味性”虛擬實(shí)驗(yàn)具有一定現(xiàn)實(shí)意義。

二 “趣味性”虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的三個層次

“趣味性”虛擬實(shí)驗(yàn)通過創(chuàng)設(shè)虛擬情境,優(yōu)化學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的外部條件,能激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣,但還要保證學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)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(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)應(yīng)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(shí)驗(yàn)中發(fā)揮的作用不同,每一層次也需要不同的設(shè)計(jì)風(fēng)格。

1 情感層次――結(jié)合實(shí)際問題創(chuàng)設(shè)虛擬情境的設(shè)計(jì)

情境教學(xué)是指在教學(xué)過程中,教師有目的地引入或創(chuàng)設(shè)具有一定情緒色彩的生動具體的場景,以引起學(xué)生一定的態(tài)度體驗(yàn),從而達(dá)到對教材的深入理解和熟練把握。“趣味性”虛擬實(shí)驗(yàn)借鑒了情境教學(xué)的理念,將教學(xué)目的、教學(xué)內(nèi)容同實(shí)際問題聯(lián)系起來,創(chuàng)設(shè)能引起學(xué)生態(tài)度體驗(yàn)的虛擬情境。對于實(shí)際問題,學(xué)生看得見,摸得著,有的親身經(jīng)歷過,當(dāng)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中遇到這些問題時,他們都躍躍欲試,想學(xué)以致用。結(jié)合實(shí)際問題創(chuàng)設(shè)虛擬情境,學(xué)生置身其中,身臨其境,觸景生情,能激發(fā)學(xué)生的情感體驗(yàn),調(diào)動學(xué)生的積極性,使學(xué)習(xí)由被動變?yōu)橹鲃?學(xué)生由旁觀者變?yōu)閰⑴c者,發(fā)揮了學(xué)生的最大潛能。此外,在創(chuàng)設(shè)的情境中,要體現(xiàn)具有一定挑戰(zhàn)性的任務(wù),根據(jù)學(xué)生完成任務(wù)的情況,給予相應(yīng)的獎勵與懲罰,有助于提高學(xué)習(xí)的內(nèi)在吸引力,使學(xué)習(xí)更有意義。

2 表現(xiàn)層次――恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用多媒體元素的界面設(shè)計(jì)

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(xué)手段、教學(xué)方式的變化和教學(xué)觀念的更新?！叭の缎浴碧摂M實(shí)驗(yàn)不僅是對現(xiàn)實(shí)世界的模擬,更是在創(chuàng)設(shè)一個有益于激發(fā)學(xué)生興趣和探究欲望,并引起學(xué)生思維和想象的環(huán)境。這種環(huán)境的創(chuàng)設(shè)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(shí)的再現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界中的景物,很容易將學(xué)習(xí)者帶入情境中,進(jìn)而激發(fā)學(xué)生興趣,有利于學(xué)習(xí)活動的持續(xù)進(jìn)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(shí)驗(yàn)中來,對學(xué)生的感官起到一定得刺激作用,使枯燥的學(xué)習(xí)變得生動活潑。

在“趣味性”虛擬實(shí)驗(yàn)中運(yùn)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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣,但同時也分散了學(xué)生的注意力,很容易產(chǎn)生負(fù)面影響。因此,“趣味性”虛擬實(shí)驗(yàn)中的多媒體元素要和主題息息相關(guān),慎重選擇,合理運(yùn)用。

3 行為層次――操作簡捷、適時準(zhǔn)確的交互設(shè)計(jì)

心理學(xué)研究表明:人的認(rèn)知心理雖然有求新求變的特點(diǎn),但在完成具體任務(wù)時卻要求越簡單越好,即認(rèn)知負(fù)荷越輕越好[1]?！叭の缎浴碧摂M實(shí)驗(yàn)在提高中小學(xué)生的學(xué)習(xí)效果方面更為明顯,由于他們的計(jì)算機(jī)水平、思維能力有限,根據(jù)認(rèn)知負(fù)荷理論,對于控制虛擬物體的設(shè)計(jì)方面,要在能體現(xiàn)真實(shí)行為的前提下,控制方式越簡捷越好,過于復(fù)雜的控制方式往往會增加學(xué)習(xí)者的認(rèn)知負(fù)載,從而降低學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動機(jī)甚至放棄學(xué)習(xí)。而且,對于學(xué)習(xí)者容易出現(xiàn)疑問、錯誤的地方和學(xué)習(xí)結(jié)果要給予適時準(zhǔn)確的提示和反饋,適時、準(zhǔn)確、人性化的提示和反饋信息能對學(xué)習(xí)者進(jìn)行鼓勵和引導(dǎo),提高其學(xué)習(xí)的自信心并激發(fā)其進(jìn)一步學(xué)習(xí)的欲望。

三 “趣味性”虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)流程

按照“趣味性”虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的三個層次,同時借鑒電腦游戲故事情節(jié)、環(huán)境設(shè)置和角色控制三個要素及教育性原則,將“趣味性”虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)分為教學(xué)分析、情境創(chuàng)設(shè)、界面設(shè)計(jì)、交互設(shè)計(jì)和測試五個環(huán)節(jié),這五個環(huán)節(jié)相互影響,層層遞進(jìn),逐步細(xì)化,其中情境創(chuàng)設(shè)、界面設(shè)計(jì)和交互設(shè)計(jì)三個環(huán)節(jié)同“趣味性”虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的三個層次相互照應(yīng),是構(gòu)建“趣味性”虛擬實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵(如圖2)。下面結(jié)合“認(rèn)識人民幣”虛擬實(shí)驗(yàn)來具體分析“趣味性”虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)流程、實(shí)現(xiàn)方法以及注意事項(xiàng)。

1 教學(xué)分析

為了保證“趣味性”虛擬實(shí)驗(yàn)的教育性和科學(xué)性,首先要運(yùn)用教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論進(jìn)行需求分析、教學(xué)內(nèi)容分析、教學(xué)目標(biāo)分析和學(xué)習(xí)者分析,明確構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)的必要性、所要解決的問題及達(dá)到的程度。

“認(rèn)識人民幣”是小學(xué)一年級數(shù)學(xué)課本中的教學(xué)內(nèi)容。小學(xué)生的好奇心強(qiáng)、自制力差、思維水平較低,對學(xué)習(xí)有一定的厭煩心理。“認(rèn)識人民幣”這一教學(xué)內(nèi)容是在學(xué)習(xí)者初步的生活經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上對人民幣進(jìn)行的系統(tǒng)學(xué)習(xí)。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn),在講授該教學(xué)內(nèi)容時存在兩個問題:①學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不高、注意力不集中;②部分學(xué)生雖能掌握“一元=10角,一角=10分”這一知識點(diǎn),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(shí)驗(yàn),以提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動機(jī),進(jìn)而更好的掌握“認(rèn)識人民幣”這一知識點(diǎn)及其應(yīng)用。

2 情境創(chuàng)設(shè)

德國教育家第斯多惠說:“教育的藝術(shù)不在于傳播的本領(lǐng),而在于激勵、喚醒和鼓舞”。教學(xué)情境的創(chuàng)設(shè)正是激勵、喚醒和鼓舞學(xué)生的一種教學(xué)手段。在“趣味性”虛擬實(shí)驗(yàn)中創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境應(yīng)遵循以下原則:①真實(shí)性:所設(shè)情境必須符合學(xué)生學(xué)習(xí)的認(rèn)知規(guī)律,注重聯(lián)系學(xué)生的現(xiàn)實(shí)生活,不能盲目創(chuàng)設(shè)。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(xué)生的想象和聯(lián)想。③任務(wù)性:所創(chuàng)設(shè)情境需體現(xiàn)一定的任務(wù),這樣學(xué)習(xí)者的注意力容易穩(wěn)定下來,也愿意圍繞這一任務(wù)展開思考。

“趣味性”虛擬實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)是將人的學(xué)習(xí)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(xué)分析,將“認(rèn)識人民幣”的教學(xué)內(nèi)容劃分為基礎(chǔ)知識和模擬購物兩個模塊(如圖3)。

基礎(chǔ)知識模塊包括識幣、換畢和取幣三個基本知識點(diǎn),模擬購物模塊用于創(chuàng)設(shè)“購買物品”的情境。學(xué)習(xí)者在完成基礎(chǔ)知識后,進(jìn)入購物模塊,對基本知識進(jìn)行鞏固、提高和應(yīng)用。購物模塊的設(shè)計(jì)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(shè)置了食品、動物和用品三類商品,教師(即實(shí)驗(yàn)說明)要求學(xué)生到虛擬商店購買若干種物品,并說明相應(yīng)的懲罰與獎勵措施。

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

(3) 幫助:為學(xué)習(xí)者提供學(xué)習(xí)方面的支持與幫助。學(xué)習(xí)者在虛擬實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)者共有三次使用幫助的機(jī)會。

人都有力求成功的天性,在創(chuàng)設(shè)了這樣的情境后,以任務(wù)和排名為誘因,一方面激發(fā)了學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的積極性和主動性,另一方面也有利于學(xué)習(xí)者對所學(xué)知識的深入理解,順利的實(shí)現(xiàn)了知識的遷移和應(yīng)用。學(xué)習(xí)者在娛樂的同時,也收獲了知識。

3 界面設(shè)計(jì)

學(xué)習(xí)者與虛擬實(shí)驗(yàn)的一切操作都是通過界面進(jìn)行的,界面設(shè)計(jì)的好壞直接影響著學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果。虛擬實(shí)驗(yàn)的界面設(shè)計(jì)包括風(fēng)格和布局兩方面,風(fēng)格是指虛擬實(shí)驗(yàn)的整體形象給學(xué)習(xí)者的綜合感受,包括虛擬實(shí)驗(yàn)的色彩、字體、標(biāo)志等諸多內(nèi)容;布局是指虛擬實(shí)驗(yàn)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(biāo)題、導(dǎo)航等。風(fēng)格獨(dú)特、美觀大方的界面會對學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)產(chǎn)生激勵作用,否則,就會使學(xué)習(xí)者感到單調(diào)、乏味?！叭の缎浴碧摂M實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用對象主要是中小學(xué)生,其風(fēng)格應(yīng)體現(xiàn)學(xué)科特性與卡通風(fēng)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(fù)雜,遵循合理、清晰、簡捷、層次分明的原則,讓學(xué)習(xí)者在使用時有一個愉快的心情。“認(rèn)識人民幣”趣味性虛擬實(shí)驗(yàn)的界面設(shè)計(jì)如圖4所示,實(shí)驗(yàn)的整體風(fēng)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(yùn)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(xué)習(xí)者的刺激,給學(xué)習(xí)者帶來享受,促進(jìn)其對學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解和掌握。實(shí)驗(yàn)的導(dǎo)航包括實(shí)驗(yàn)說明、基礎(chǔ)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(shè)計(jì)

在“趣味性”虛擬實(shí)驗(yàn)中,交互不僅是學(xué)習(xí)者同虛擬實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)中的交互設(shè)計(jì)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(xué)習(xí)者操作虛擬物體的方式?！叭の缎浴碧摂M實(shí)驗(yàn)控制物體的方式有多種,如鍵盤、鼠標(biāo)點(diǎn)擊、鼠標(biāo)雙擊、鼠標(biāo)滑過、鼠標(biāo)拖動、鼠標(biāo)右鍵等。采樣哪種控制方式,應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)本身的特點(diǎn)、功能、創(chuàng)設(shè)的情境以及技術(shù)實(shí)現(xiàn),遵循方便、易懂、合理的原則,要盡量與真實(shí)實(shí)驗(yàn)控制方式相近或有明顯的操作提示。鼠標(biāo)操作能實(shí)現(xiàn)的盡量不使用鍵盤,鼠標(biāo)點(diǎn)擊能實(shí)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(biāo)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(xué)習(xí)者產(chǎn)生混亂、不適應(yīng)。在“認(rèn)識人民幣”趣味性虛擬實(shí)驗(yàn)中,選擇虛擬物體的行為采用了鼠標(biāo)滑過和點(diǎn)擊兩種方式,當(dāng)鼠標(biāo)滑時虛擬物體變大并呈現(xiàn)價錢和名稱信息(圖5A),當(dāng)鼠標(biāo)點(diǎn)擊后,進(jìn)入購買頁面,可以進(jìn)行付款操作;對付款的操作采用鼠標(biāo)拖動的方式,學(xué)習(xí)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(shí)用,可以降低學(xué)習(xí)者的認(rèn)知負(fù)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(shí)驗(yàn)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(xué)習(xí)者未來的操作進(jìn)行引導(dǎo);反饋信息出現(xiàn)在操作動作之后,用以對當(dāng)前操作的確定或?qū)﹀e誤予以糾正,讓學(xué)習(xí)者及時了解自身狀況[2]。在“趣味性”虛擬實(shí)驗(yàn)中,主要是針對重難點(diǎn)、學(xué)習(xí)結(jié)果以及學(xué)習(xí)者可能出現(xiàn)疑問的地方提供適當(dāng)?shù)奶崾竞头答?。運(yùn)用提示和反饋信息必須及時準(zhǔn)確,能夠給學(xué)習(xí)者針對性的指導(dǎo),任何的滯后和延時都會給學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)者的情緒、注意力等,從而促進(jìn)學(xué)習(xí)者保持最佳學(xué)習(xí)狀態(tài)。在“認(rèn)識人民幣”趣味性虛擬實(shí)驗(yàn)中,當(dāng)學(xué)習(xí)者選擇物品或付款之后,系統(tǒng)都會給出提示信息,以便學(xué)習(xí)者確認(rèn)或取消操作;在付款操作之后,若學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)者進(jìn)行鼓勵,見圖5(C);若學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)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(shí)驗(yàn)完成后進(jìn)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(diǎn)等問題。是將整個虛擬實(shí)驗(yàn)程序打包,以便在服務(wù)器或單機(jī)上運(yùn)行,可以根據(jù)實(shí)際情況選擇不同的格式,本文開發(fā)的“認(rèn)識人民幣”趣味性虛擬實(shí)驗(yàn)最終為HTML格式。

四 結(jié)語

學(xué)習(xí)興趣是保證教學(xué)有效性最重要的因素之一?！叭の缎浴碧摂M實(shí)驗(yàn)在傳統(tǒng)虛擬實(shí)驗(yàn)構(gòu)建的基礎(chǔ)上,充分發(fā)揮了多媒體技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的優(yōu)勢,以激發(fā)學(xué)習(xí)者興趣、提高學(xué)習(xí)動機(jī)為主線,將實(shí)際問題和教學(xué)內(nèi)容有機(jī)結(jié)合,創(chuàng)設(shè)虛擬情境,界面設(shè)計(jì)和交互設(shè)計(jì)圍繞虛擬情境展開,給學(xué)生創(chuàng)造了一個愉快、輕松、和諧的學(xué)習(xí)環(huán)境,有利于學(xué)習(xí)者深入理解教學(xué)內(nèi)容,使學(xué)習(xí)變得更有意義。

篇8

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

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為教育技術(shù)學(xué)專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，對學(xué)生的就業(yè)和專業(yè)發(fā)展都具有重要的作用。其中，交換機(jī)的設(shè)置及vlan的劃分又是該門課程的重難點(diǎn)內(nèi)容之一，不僅理論知識比較抽象，對實(shí)驗(yàn)環(huán)境的硬件要求也很高，很多學(xué)校在進(jìn)行該內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)教學(xué)時還存在一些困難，主要表現(xiàn)在：“①儀器設(shè)施不足，硬件環(huán)境達(dá)不到實(shí)驗(yàn)要求；②實(shí)驗(yàn)中因誤操作導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備損壞難以恢復(fù)；③網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品更新?lián)Q代快，實(shí)驗(yàn)室設(shè)備更新難以與之同步”[1]?；谝陨显?，運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)設(shè)虛擬實(shí)驗(yàn)室的研究顯現(xiàn)出很大的發(fā)展空間。Boson公司的Netsim軟件就創(chuàng)建了這樣一個虛擬的環(huán)境，它是一款Cisco路由器、交換機(jī)的模擬程序，是目前最流行、操作最接近真實(shí)環(huán)境的模擬工具。我們借助Boson Netsim軟件提供的虛擬平臺對vlan相關(guān)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了教學(xué)設(shè)計(jì)。

一 確定實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)

我們通過對學(xué)習(xí)需要的分析確定了該實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目標(biāo)?？偟慕虒W(xué)目標(biāo)是通過該實(shí)驗(yàn)使教育技術(shù)專業(yè)本科學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與組建能力、虛擬局域網(wǎng)劃分能力、交換機(jī)配置能力，局域網(wǎng)理論知識和實(shí)踐操作能力得到綜合提高，這一總體目標(biāo)實(shí)際上與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)課程的總目標(biāo)是一致的。在總目標(biāo)的基礎(chǔ)上，結(jié)合該實(shí)驗(yàn)內(nèi)容我們把總目標(biāo)分解為三個二級層次目標(biāo)：一是學(xué)生能夠熟練使用Boson Network軟件；二是掌握相同網(wǎng)段內(nèi)vlan的劃分；三是掌握不同網(wǎng)段間vlan的互訪。三個目標(biāo)之間是依次遞進(jìn)的關(guān)系，即后一個目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)有賴于前一個目標(biāo)的達(dá)成。圍繞這三個二級層次目標(biāo)，我們又設(shè)計(jì)了4個具體的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，并構(gòu)成了第三層次的分解目標(biāo)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)體系如圖1所示：

二 學(xué)習(xí)者特征分析

該實(shí)驗(yàn)是針對教育技術(shù)學(xué)專業(yè)本科學(xué)生的，他們已經(jīng)具備較強(qiáng)的計(jì)算機(jī)操作能力和一定的網(wǎng)絡(luò)知識，掌握了局域網(wǎng)的組建及測試方法并自行學(xué)習(xí)了交換機(jī)和路由器配置的基本命令等，具有一定的開展新實(shí)驗(yàn)的知識積累。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生能夠?qū)Σ煌W(wǎng)絡(luò)進(jìn)行虛擬環(huán)境下vlan的劃分，并能夠在教師指導(dǎo)下理解、掌握vlan劃分的原理、方法和步驟。

三 實(shí)驗(yàn)環(huán)境的創(chuàng)設(shè)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選擇

實(shí)驗(yàn)環(huán)境的創(chuàng)設(shè)是開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)首先要考慮的因素。該實(shí)驗(yàn)選擇Boson Netsim軟件創(chuàng)設(shè)的虛擬平臺作為實(shí)驗(yàn)環(huán)境，并在此虛擬環(huán)境下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)。

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

1 靈活地設(shè)計(jì)仿真環(huán)境。學(xué)生可通過Netsim軟件，自定義網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，然后根據(jù)自己設(shè)計(jì)的拓?fù)鋱D來配置交換機(jī)、路由器等設(shè)備，所有的操作與真實(shí)的環(huán)境完全相同。為相關(guān)教學(xué)提供了很大的靈活性，同時也是Netsim最大的優(yōu)點(diǎn)。

2 定制經(jīng)典的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)。Netsim軟件除允許用戶自定義網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D外，還提供一些定制好的經(jīng)典的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，并給出操作步驟和命令答案，非常適合學(xué)生課后自學(xué)。

3 與國際認(rèn)證考試接軌。Netsim是一種Cisco路由器和交換機(jī)配置模擬程序，能夠模擬Cisco環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)硬件平臺。它為那些正在準(zhǔn)備CCNA、CCNP考試，卻苦于沒有實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)環(huán)境的學(xué)生提供了練習(xí)考試中命令的有力環(huán)境和工具。

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

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選擇是整個實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)中最重要的一個環(huán)節(jié)。對于教育技術(shù)學(xué)專業(yè)學(xué)生而言，在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選取上，應(yīng)遵循新穎性，實(shí)用性，綜合性，拓展性，可操作性等原則[4]。根據(jù)分層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)的要求并遵循以上原則，我們設(shè)計(jì)了4個教學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，分別是：①Netsim軟件的安裝和使用；②一臺交換機(jī)內(nèi)vlan的劃分；③兩臺交換機(jī)間vlan的劃分；④單臂路由實(shí)現(xiàn)vlan間互訪。這4個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目均為當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域較新穎、具有較高實(shí)用價值和較強(qiáng)可操作性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

四 實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程的設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程設(shè)計(jì)實(shí)際上就是實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施流程的設(shè)計(jì)，不同類型的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目其實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程的組織方式不同。實(shí)驗(yàn)類型一般有：演示實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)、操作實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、研究實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)定位為綜合、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生綜合應(yīng)用基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)中所學(xué)的知識、所掌握的方法來完成實(shí)驗(yàn)過程。這類實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上只寫明實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)、要求，提供相關(guān)設(shè)備及部分相關(guān)資料，由學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，學(xué)生自己確定實(shí)驗(yàn)方法、步驟，利用實(shí)驗(yàn)室提供的設(shè)備獨(dú)立完成整個實(shí)驗(yàn)過程。具體設(shè)計(jì)步驟如下：

1 Netsim軟件的安裝和操作

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

2 同一交換機(jī)上的vlan配置

由于學(xué)生是初次接觸到vlan劃分的知識，同時該內(nèi)容的學(xué)習(xí)和掌握是后續(xù)內(nèi)容學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，所以這一環(huán)節(jié)既是重點(diǎn)又是難點(diǎn)，因此實(shí)驗(yàn)教學(xué)安排兩個課時。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行前首先向?qū)W生介紹要用到的重要命令和vlan劃分的理論知識等，使學(xué)生在開展實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)前能夠在頭腦中形成一個完整的認(rèn)識，然后再由學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，教師在這個過程中起到一定的指導(dǎo)作用。下面介紹到的實(shí)驗(yàn)也應(yīng)該依此原則進(jìn)行。該實(shí)驗(yàn)要求在一個交換機(jī)（2950型）上劃分出兩個不同的vlan ，PC1接入VLAN10，PC2 和PC3接入VLAN11，拓?fù)鋱D如圖2所示：

交換機(jī)的主要配置如下：

（1） 創(chuàng)建vlan

switch #vlan database//進(jìn)入vlan配置模式

switch（vlan）#vlan10 name VLAN10

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

（2） 把端口放入vlan中

switch #configure terminal

switch（config）#interface f0/1

switch（config-if）#switchport mode access

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

switch（config）#interface f0/2

switch（config-if）#switchport mode access

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

把端口3也放入vlan 11中，其配置和端口2相同。

（3） 測試

配置結(jié)束后運(yùn)用ping命令測試：結(jié)果為PC1和PC2、PC3均不通，PC2和PC3互通。

3 跨交換機(jī)的vlan配置

該實(shí)驗(yàn)仍然屬于同一網(wǎng)段內(nèi)vlan的劃分，實(shí)現(xiàn)的是跨交換機(jī)間vlan的配置，是前一個實(shí)驗(yàn)的拓展。因?yàn)閷lan有了一定的認(rèn)識，并進(jìn)行過虛擬環(huán)境下實(shí)際的設(shè)計(jì)操作，所以該實(shí)驗(yàn)可以安排一個課時。本實(shí)驗(yàn)要求把交換機(jī)C2950A的12號端口和C2950B的12號端口劃分為VLAN1，把交換機(jī)C2950A的10號端口和C2950B的10號端口劃分為VLAN2，把交換機(jī)C2950A的11號端口和C2950B的11號端口劃分為VLAN3[5][6]。實(shí)驗(yàn)拓?fù)鋱D如圖4所示：

（1） 交換機(jī)C2950A的配置

VTP的配置：

C2950A>enable//進(jìn)入特權(quán)用戶模式

C2950A#vlan database//進(jìn)入vlan配置模式

C2950A（vlan）#vtp server//把C2950A交換機(jī)設(shè)置為服務(wù)器模式

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

Vlan Trunk的配置：

C2950A（config）#interface f0/12

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

接下來Vlan的創(chuàng)建和端口的劃分同實(shí)驗(yàn)2所示。

（2） 交換機(jī)C2950B的配置

C2950B（vlan）#vtp client//把C2950B交換機(jī)設(shè)置為客戶端模式

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

C2950B作為客戶端會自動學(xué)習(xí)C2950A中劃分的vlan，所以我們不需要再給C2950B劃分vlan，而是直接把相應(yīng)端口放進(jìn)去就好。其他配置同C2950A。

（3） 測試

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

4 單臂路由實(shí)現(xiàn)vlan間互訪

前面兩個實(shí)驗(yàn)，同一vlan間可以互通，不同vlan之間不能互通。那么，如何實(shí)現(xiàn)規(guī)定vlan之間的互訪呢？這就需要在網(wǎng)絡(luò)中增加路由器或是三層交換機(jī)，由此我們設(shè)計(jì)了“單臂路由實(shí)現(xiàn)vlan間互訪”的實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)仍然是前邊實(shí)驗(yàn)的進(jìn)一步拓展，實(shí)驗(yàn)拓?fù)鋱D如圖6所示：

主要的配置過程如下所示：

（1） 交換機(jī)的配置

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

C2950A (config) # interface vlan 2

C2950A (config-if) #ip address 192.168.1.1 255.255.255.0

C2950A (config-if) #no shutdown

（2） 路由器的配置

配置多個子接口、以實(shí)現(xiàn)VLAN之間的路由。具體操作步驟如下：

Router (config) #interface FastEthernet0/0

Router (config-if) #no ip address

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

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

（3） 測試

測試結(jié)果為各個PC機(jī)之間均可以互通。

對于這樣一系列要求較高的綜合、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生需要綜合運(yùn)用前面做過的多項(xiàng)驗(yàn)證性、操作型基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的知識才能順利完成這些實(shí)驗(yàn)。通過獨(dú)立完成這樣的綜合性實(shí)驗(yàn)可以達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ哪繕?biāo)。

五 實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果評價

對實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的評價是整個實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)中不可或缺的環(huán)節(jié)，是檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)是否達(dá)成的重要手段。實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的評價方法很多，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)的特點(diǎn)，我們主要通過兩種方式評價計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，即書寫實(shí)驗(yàn)報告和實(shí)踐操作。其中實(shí)踐操作評價又可以分為：實(shí)物演習(xí)式評價和模擬演習(xí)式評價。所謂實(shí)物演習(xí)即學(xué)生操作真實(shí)設(shè)備，參與真實(shí)網(wǎng)絡(luò)組建和劃分等針對現(xiàn)場實(shí)物的操作方式。通過參加這些真實(shí)的實(shí)踐、實(shí)習(xí)、組建等活動，來檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。所謂模擬演習(xí)即借助模擬軟件（如Boson Netsim）創(chuàng)設(shè)的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境來設(shè)計(jì)并組建相關(guān)實(shí)驗(yàn)的虛擬操作方式，通過模擬演習(xí)也可以檢測實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。

由于硬件條件的限制，該實(shí)驗(yàn)選擇模擬演習(xí)評價方式，即構(gòu)思一個綜合性較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)，由學(xué)生在規(guī)定的時間內(nèi)設(shè)計(jì)并操作完成。通過對學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)成功率和所用時間的分析，教師可以檢測到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果，并及時給予有針對性的幫助和指導(dǎo)。

不同專業(yè)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)會存在一定的差異。本實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)計(jì)是針對教育技術(shù)專業(yè)學(xué)生進(jìn)行的，所以在目標(biāo)定位，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的確定及實(shí)驗(yàn)過程的組織等方面都體現(xiàn)了教育技術(shù)專業(yè)的特色并考慮了教育技術(shù)專業(yè)的需求，具有一定的專業(yè)針對性，對教育技術(shù)學(xué)本科生學(xué)習(xí)vlan及教師的教學(xué)都具有一定的幫助和指導(dǎo)作用。

參考文獻(xiàn)

[1][3] 謝慧,聶峰.基于Boson Netsmi的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2007,(5):89-91.

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

篇9

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是課程改革的重要內(nèi)容，必須緊緊圍繞教育改革和發(fā)展的大局?！笆濉逼陂g，浙江教育發(fā)展的主要任務(wù)是全面加強(qiáng)內(nèi)涵建設(shè)。對此，我們在推進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作中，緊扣下一步浙江教育發(fā)展面臨的質(zhì)量、公平兩大中心任務(wù)，注重實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)化和多樣化，注重對教育技術(shù)環(huán)境的構(gòu)建。

強(qiáng)化政策引領(lǐng) 2010年，浙江省省委、省政府印發(fā)《浙江省中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》，提出要“緊緊圍繞解決培養(yǎng)什么人、怎樣培養(yǎng)人這一教育核心問題，堅(jiān)定不移地推進(jìn)素質(zhì)教育，切實(shí)增強(qiáng)學(xué)生勇于探索的創(chuàng)新精神和善于解決問題的實(shí)踐能力”，并提出要“構(gòu)建更有效的教育技術(shù)支撐基礎(chǔ)”。2011年，浙江省率先教育信息化專項(xiàng)規(guī)劃——《浙江省教育信息化“十二五”發(fā)展規(guī)劃》，要求加強(qiáng)和完善學(xué)校教育信息化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，應(yīng)用信息技術(shù)手段加強(qiáng)對傳統(tǒng)教室、功能室和實(shí)驗(yàn)室的改造，并積極探索與推進(jìn)基于移動終端、3G技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和下一代互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、虛擬實(shí)驗(yàn)、電子書包和移動學(xué)習(xí)等現(xiàn)代信息化教學(xué)學(xué)習(xí)方式。

突出實(shí)驗(yàn)室多樣化發(fā)展 為滿足新課程改革和素質(zhì)教育的需求，我們以促進(jìn)多樣發(fā)展為基本理念，自2009年開始啟動實(shí)施了中小學(xué)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)工程，按照“實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室多樣化建設(shè)和基礎(chǔ)教育裝備達(dá)標(biāo)建設(shè)”的基本思路，開展了標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)驗(yàn)室、中小學(xué)科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)室、高中新課程配套實(shí)驗(yàn)室、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室等建設(shè)項(xiàng)目，服務(wù)教育均衡和多樣化發(fā)展。2012年，專門組織力量修訂了《浙江省中小學(xué)教育技術(shù)裝備標(biāo)準(zhǔn)》，遵循“必配標(biāo)準(zhǔn)化、選配多樣化”的基本理念，對各類實(shí)驗(yàn)室建設(shè)提出了具體技術(shù)要求，為學(xué)校教育技術(shù)裝備提供了有效指導(dǎo)。2013年，浙江省在為全省義務(wù)教育階段中小學(xué)校建設(shè)和更新科學(xué)實(shí)驗(yàn)室和專用功能教室的同時，為全省民辦外來務(wù)工人員子女學(xué)校配備科學(xué)實(shí)驗(yàn)室，促進(jìn)教育均衡發(fā)展，并為學(xué)校特色發(fā)展和提高教育質(zhì)量提供了有效支撐。

2 緊抓課堂應(yīng)用，深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)

深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的關(guān)鍵在于促進(jìn)技術(shù)與課堂教學(xué)的融合。近年來，浙江省堅(jiān)持以新課程標(biāo)準(zhǔn)提出的三維目標(biāo)為基本要求，積極探索新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備、新材料在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用，著力在“改變實(shí)驗(yàn)裝置、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境、轉(zhuǎn)變實(shí)驗(yàn)方式”等方面下功夫，深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，突破教學(xué)難點(diǎn) 實(shí)驗(yàn)教學(xué)的成效如何，關(guān)鍵在于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)往往受實(shí)驗(yàn)設(shè)備等客觀因素的影響，難以形象、生動地呈現(xiàn)知識點(diǎn)、創(chuàng)設(shè)學(xué)生自主探究的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。技術(shù)環(huán)境的更新和配備，為實(shí)現(xiàn)優(yōu)化驗(yàn)設(shè)計(jì)創(chuàng)設(shè)了條件。如應(yīng)用新材料可以改進(jìn)實(shí)驗(yàn)器材，將光傳輸、熱傳導(dǎo)等原來實(shí)驗(yàn)難以直觀展現(xiàn)的概念和規(guī)律通過簡便的實(shí)驗(yàn)操作明顯呈現(xiàn)，順利打破了教學(xué)的瓶頸。應(yīng)用新設(shè)備重構(gòu)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，針對瞬時速度、靜摩擦力、電場強(qiáng)度、庫侖定律、光彈性形變、渦流的成因、牛頓第二定律、熱力學(xué)第二定律等難以理解的抽象物理概念和規(guī)律，利用傳感器等現(xiàn)代教育技術(shù)裝備優(yōu)化方案設(shè)計(jì)，化無形為有形，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)思維的臺階，有效降低學(xué)習(xí)難度，突破知識難點(diǎn)。應(yīng)用新技術(shù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)過程，借助傳感等技術(shù)從定量的角度精細(xì)反映實(shí)驗(yàn)過程中的變化，充分延伸學(xué)生感觀，變傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的不可能為可能，讓學(xué)生在數(shù)字化條件下對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行多角度的感知和多視角的探究。杭州市蕭山區(qū)義蓬小學(xué)利用“溫變油墨”這一新材料，讓學(xué)生直觀地觀察到熱傳導(dǎo)現(xiàn)象；富陽中學(xué)利用傳感器等現(xiàn)代技術(shù)裝備優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，研發(fā)了100多個與新課程高中物理教學(xué)配套的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，有效突破了教學(xué)難點(diǎn)。

創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境，提高教學(xué)效果 新技術(shù)，特別是信息技術(shù)的應(yīng)用，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)中實(shí)驗(yàn)情境的創(chuàng)設(shè)提供了有效方法。如應(yīng)用多媒體輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以直觀展現(xiàn)抽象的知識，不僅用圖形、圖像、動畫、聲音、和色彩等方式向?qū)W生提供豐富的感性材料，還用二維和三維的圖像、動畫進(jìn)行模擬，從而把文字材料獲得的抽象概念具體化，把難以想象的微觀世界宏觀化、把難以演示的實(shí)驗(yàn)形象化。應(yīng)用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生展現(xiàn)理想狀態(tài)下的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，突破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)在時間、空間和器材等方面的限制，讓原來不讓做、不便做和不能做的實(shí)驗(yàn)得以生動展現(xiàn)。應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)設(shè)特定教學(xué)情景，使學(xué)生突破時空限制，產(chǎn)生“超越現(xiàn)實(shí)、身臨其境”的感受和體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)情景互動教學(xué)。溫州市龍灣中學(xué)借助谷歌地球開展地理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，將地球玩轉(zhuǎn)于手掌間，有效提升教學(xué)質(zhì)量；湖州市安吉縣孝豐鎮(zhèn)中學(xué)利用三維虛擬顯示技術(shù)開展“食物的消化與吸收”等實(shí)驗(yàn)教學(xué)，化靜為動，讓學(xué)生如身臨其境般地進(jìn)行直觀感受，有效激發(fā)學(xué)生興趣，提高教學(xué)效果。

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，培養(yǎng)探究能力 實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo)除了知識和技能的培養(yǎng)外，更重要的是對學(xué)生解決問題的能力和方法的培養(yǎng)。多年來，我們積極探索利用新技術(shù)、新設(shè)備，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方式，倡導(dǎo)參與式、啟發(fā)式、探究式、討論式教學(xué)。如應(yīng)用數(shù)碼顯微技術(shù)，為教師和學(xué)生提供高清晰度、多畫面、無延遲的交互式實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，變傳統(tǒng)的、孤立的實(shí)驗(yàn)觀察為生生、師生之間的信息共享與合作探究；應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算技術(shù)，自動采集校園內(nèi)各種動態(tài)數(shù)據(jù)并進(jìn)行智能分析，為學(xué)生構(gòu)建開放、有序的自主探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境；應(yīng)用二維碼等現(xiàn)代信息技術(shù)，使實(shí)驗(yàn)探究走出校園，通過家校聯(lián)動等方式，讓學(xué)生針對生活、學(xué)習(xí)中遇到的科學(xué)問題自發(fā)開展各種小課題研究；應(yīng)用信息化管理手段，對實(shí)驗(yàn)室實(shí)行開放管理，讓學(xué)生進(jìn)行自主設(shè)計(jì)并開展實(shí)驗(yàn)探究，探索建立自助式實(shí)驗(yàn)運(yùn)作方式和評價體系。德清縣德清一中開展自助式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，讓學(xué)生進(jìn)行自主設(shè)計(jì)并開展實(shí)驗(yàn)探究；嘉興市實(shí)驗(yàn)小學(xué)借助二維碼和無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，指導(dǎo)學(xué)生開展課題研究，為學(xué)生自主探究校園樹木提供便捷學(xué)習(xí)方法的同時，培養(yǎng)創(chuàng)新思維、溝通協(xié)調(diào)和團(tuán)隊(duì)合作能力。

3 加強(qiáng)組織管理，保障教學(xué)成效

嚴(yán)把教學(xué)儀器質(zhì)量關(guān) 教學(xué)儀器設(shè)備是實(shí)施實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動的物質(zhì)基礎(chǔ)和條件保障，其本質(zhì)是一種教學(xué)設(shè)計(jì)，宗旨是滿足教學(xué)需求、提高教育質(zhì)量。因此，教學(xué)儀器設(shè)備質(zhì)量的優(yōu)劣直接關(guān)系到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。自2009年開始，我們建立了教學(xué)儀器產(chǎn)品教育適應(yīng)性評審制度，對教學(xué)儀器設(shè)計(jì)方案、安全性能、材料工藝和實(shí)驗(yàn)效果進(jìn)行第三方評審，確保優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品進(jìn)校園、進(jìn)課堂。同時，針對教學(xué)儀器采購的實(shí)際困難，我們在不斷探索的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了教學(xué)儀器設(shè)備政府采購整體解決方案，提出了“公開招標(biāo)、資質(zhì)入圍——網(wǎng)上競價、擇優(yōu)選用——合同簽訂、集中配送——驗(yàn)收結(jié)算、綜合評價”的政府采購整體思路，開通了普教儀器政府采購協(xié)議平臺，有效避免了教學(xué)儀器設(shè)備政府采購中存在的程序合法但結(jié)果不公等問題，最大限度保證了政府采購效益。

篇10

1.1研究對象

齊齊哈爾醫(yī)學(xué)院2005級預(yù)防、管理專業(yè)本科生。將所有同學(xué)分為2組,其中實(shí)驗(yàn)班33人,對照班24人。

1.2研究方法

1.2.1教學(xué)改革的實(shí)施基礎(chǔ)理論教學(xué)時數(shù)為50學(xué)時,同一老師,同一授課方式,從而保證2個班的同學(xué)所學(xué)的統(tǒng)計(jì)學(xué)理論知識是完全一樣的。在分組的實(shí)驗(yàn)課上,對照班采用傳統(tǒng)的做題練習(xí),并結(jié)合理論知識講授。實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案、數(shù)據(jù)分析方法的討論,來提高學(xué)生解決科研工作中實(shí)際問題的能力。

1.2.2考核本學(xué)期授課結(jié)束后,由教師統(tǒng)一命題,對試驗(yàn)班和對照班的學(xué)生進(jìn)行包括衛(wèi)生統(tǒng)計(jì)學(xué)基礎(chǔ)理論知識和統(tǒng)計(jì)方法應(yīng)用2個方面的考核,以檢測學(xué)習(xí)效果。試卷由教研室全體教師進(jìn)行集體評閱。

1.2.3統(tǒng)計(jì)分析對數(shù)據(jù)采用“均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差”形式表達(dá),組間比較采用獨(dú)立樣本的t檢驗(yàn)。所有統(tǒng)計(jì)方法應(yīng)用SPSS19.0實(shí)現(xiàn)。

2結(jié)果

(1)試驗(yàn)班和對照班學(xué)生的基礎(chǔ)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(xué)模式的教學(xué)法并不影響學(xué)生對基礎(chǔ)知識、重點(diǎn)和難點(diǎn)的掌握,見表1。

(2)試驗(yàn)班和對照班學(xué)生在統(tǒng)計(jì)應(yīng)用能力測試方面有明顯差異(t=2.84,P＝0.0064),表明應(yīng)用“案例”教學(xué)模式,在培養(yǎng)學(xué)生靈活應(yīng)用統(tǒng)計(jì)理論,解決實(shí)際數(shù)據(jù)分析問題方面優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)模式,見表2。

3討論

3.1案例教學(xué)提高了學(xué)生的實(shí)際數(shù)據(jù)分析能力

研究結(jié)果顯示,盡管案例教學(xué)模式和傳統(tǒng)教學(xué)法在對學(xué)科的基礎(chǔ)知識、重點(diǎn)和難點(diǎn)的掌握上沒有明顯區(qū)別(P＝0.8056),但案例教學(xué)即實(shí)驗(yàn)班的學(xué)生在靈活運(yùn)用所掌握的統(tǒng)計(jì)理論知識來解決實(shí)際數(shù)據(jù)分析問題的能力明顯強(qiáng)于對照班。因此,在實(shí)踐性較強(qiáng)的衛(wèi)生統(tǒng)計(jì)學(xué)教學(xué)中采用案例教學(xué)是切實(shí)可行的,有助于培養(yǎng)學(xué)生的科研思維方式和數(shù)據(jù)分析技巧,提高學(xué)生獨(dú)立思考和解決問題的能力。

3.2案例教學(xué)提高了學(xué)生自學(xué)的能力

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

3.3案例討論提高學(xué)生正確選擇實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法和統(tǒng)計(jì)分析方法的能力

針對當(dāng)前統(tǒng)計(jì)學(xué)方法被誤用、濫用現(xiàn)象嚴(yán)重的現(xiàn)狀,尤其表現(xiàn)在醫(yī)學(xué)期刊中統(tǒng)計(jì)分析錯誤較多的現(xiàn)狀,這都是傳統(tǒng)教學(xué)模式造成的結(jié)果。本次實(shí)驗(yàn)班在進(jìn)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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)或統(tǒng)計(jì)方法錯誤的情況,針對這些具體問題著重進(jìn)行了討論。從公開發(fā)表的醫(yī)學(xué)論文中的各種錯誤實(shí)例進(jìn)行討論,使學(xué)生“虛擬地”置身于科研第一線,使學(xué)生感受了一個個活生生的科研實(shí)例,由于所討論的內(nèi)容均來自于實(shí)際科研工作,可以激發(fā)起學(xué)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(zhǔn)確的理解并找出解決問題的基本途徑和方法,培養(yǎng)了學(xué)生合理選擇統(tǒng)計(jì)方法的能力[4]。從而可減少學(xué)生在未來從事實(shí)際科研工作中應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法中出現(xiàn)錯誤的概率,增強(qiáng)處理各種實(shí)際問題的能力。