虛擬實驗設計論文精品(七篇)

序論：寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內(nèi)心深處的真相，好投稿為您帶來了七篇虛擬實驗設計論文范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創(chuàng)作。

篇(1)

1.1功能設計

（1）實驗信息管理。

實驗信息管理主要包括對實驗室工作人員、實驗室規(guī)章制度、實驗室通知以及實驗室辦公文件等信息的集中管理。

（2）實驗課程管理。

實驗課程管理是指面向不同的老師、不同的開設班級，對實驗課程進行編排，以完成實驗課程的統(tǒng)一集中管理，做到實驗課程的時間、教室不沖突。

（3）實驗設備管理。

實驗設備是實驗教學過程中的重要資源，對實驗設備統(tǒng)一進行信息登記和管理，有助于實現(xiàn)對實驗設備的網(wǎng)絡化管理。

（4）實驗教學管理。

實驗教學管理主要包括實驗課程的準備，學生實驗過程視頻的保存，實驗報告的電子化及成績評定，以及實驗教學總結。

1.2模式設計

該設計采用了C/S模式和B/S模式相結合的設計模式。整個實驗室信息管理系統(tǒng)在WEB環(huán)境下運行，客戶端與數(shù)據(jù)庫服務器之間采用B/S模式，從而避免了客戶端專用程序的開發(fā)；而數(shù)據(jù)庫服務器與應用服務器之間采用C/S模式，適宜滿足應用程序和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)之間的大批量數(shù)據(jù)訪問和調(diào)用，從而提高了數(shù)據(jù)訪問的靈活性。另一方面，由于數(shù)據(jù)全部存儲在專用的數(shù)據(jù)庫服務器上，而應用程序服務器和客戶端只負責發(fā)出相應的數(shù)據(jù)請求指令，這樣在一定程度上也提高了數(shù)據(jù)的安全性，后期維護也更加趨于合理。

2虛擬現(xiàn)實技術在虛擬實驗中的設計與應用

2.1虛擬現(xiàn)實技術的應用方法

要將傳統(tǒng)的動手實驗演變?yōu)榛谔摂M現(xiàn)實技術的虛擬實驗，必須要完成三維建模、虛擬場景重建以及動作響應設定等一系列設置，這樣才能夠實現(xiàn)實驗教學的信息化和虛擬化。目前三維建模主要依賴SolidWorks三維軟件完成，而虛擬場景的重新構建，在很大程度上依賴于LabView等圖形化編程軟件的使用。要實現(xiàn)虛擬實驗系統(tǒng)的設計，離不開數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的應用，因為在虛擬實驗操作過程中，離不開對數(shù)據(jù)庫的實時動態(tài)訪問，因此如何快速訪問數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)成為虛擬技術應用的關鍵。目前應用在虛擬實驗系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫訪問技術，主要是依賴于數(shù)據(jù)的快速存儲方式。對于底層傳遞來的數(shù)據(jù)，按照數(shù)據(jù)自身的屬性進行分類，從而將數(shù)據(jù)自動劃分到不同的數(shù)據(jù)類中。在同一數(shù)據(jù)類中，按照所定義的關鍵字對數(shù)據(jù)進行存儲。采用分類的數(shù)據(jù)存儲和訪問方式，能夠極大地提高數(shù)據(jù)庫訪問的效率。

2.2機電一體化實驗的虛擬化設計應用

本研究課題以具體的機電一體化實驗為例探討虛擬實驗系統(tǒng)的設計與應用。機電一體化實驗主要完成傳感器檢測、數(shù)據(jù)濾波、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示、電機控制等一系列任務。針對該實驗的內(nèi)容，虛擬化和信息化可以按照如下步驟實施：

（1）三維建模。

借助于SolidWorks三維軟件對傳感器、濾波器、數(shù)據(jù)采集卡、數(shù)碼管、CPU控制器、步進電機等進行三維建模，實驗室內(nèi)的萬用表、示波器等其他實驗儀器也要建模，以增強實驗環(huán)境的真實性。

（2）場景重建。

利用LabView圖形化編程軟件，將上述三維模型進行空間布局設置，構建與實驗室完全一致的實驗場景。

（3）界面接口設計。

僅僅有圖形化場景是遠遠不夠的，還必須借助LabView圖形化編程軟件對接口進行設計。比如數(shù)據(jù)采集卡的接口應當與傳感器的輸出接口保持相同的電平規(guī)格；再比如，CPU控制器的輸出脈沖應當跟步進電機的驅動電流保持相同電平規(guī)格，以確保電機能夠被驅動。

（4）虛擬動作響應。

設計了界面接口，就能夠利用VRML工具對虛擬動作響應進行設定，通過設定使虛擬實驗系統(tǒng)能夠智能地感知到操作者的意圖，從而順利完成虛擬實驗。

（5）數(shù)據(jù)庫的快速訪問。

在機電一體化實驗中，需要保存的數(shù)據(jù)有傳感器采集數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)采集卡的采集頻率、CPU控制器的輸出脈沖規(guī)格以及步進電機的相關參數(shù)。這些參數(shù)按照其自身屬性可以劃分為采集數(shù)據(jù)、控制數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)三大類，將上述的數(shù)據(jù)自動地劃分到這三大類中。當虛擬動作響應需要訪問數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)查詢上述相關數(shù)據(jù)時，可以首先按照數(shù)據(jù)所在的大類進行查詢，這樣有助于提高數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)訪問的快速性和準確性。

3結語

篇(2)

【關鍵詞】自動控制理論;LabVIEW;實驗系統(tǒng)

【中圖分類號】G420 【文獻標識碼】B 【論文編號】1009―8097(2010)08―0139―04

一 引言

高等教育的質量與國家現(xiàn)代化建設密切相關,其中良好的教學實驗設計對于人才的培養(yǎng)有著直接的影響?！蹲詣涌刂评碚摗氛n程作為電氣、自動化專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎課,是聯(lián)系前期基礎課和后續(xù)專業(yè)課的橋梁。如何借助于實驗課的輔助教學,生動、形象地幫助學生理解基本概念、建立理論與實際相結合的觀點、培養(yǎng)大學生的初步工程實踐能力,符合高校培養(yǎng)具有創(chuàng)新實踐能力的高素質人才的需要。

LabVIEW是由美國國家儀器(NI)公司推出的一種使用基于圖形化編程方式的虛擬儀器軟件開發(fā)環(huán)境。具有直觀易學、編程效率高,與Internet方便鏈接等特點。通過改變、增減系統(tǒng)的功能、可方便地擴充系統(tǒng)的復雜性,能為各層次學生提供廣闊的實驗與實踐空間。為此,建立基于LabVIEW的自動控制理論實驗平臺,開展設計性、綜合性較強的系統(tǒng)實驗設計,不僅有利于通過直觀形象的實驗圖形與結果激發(fā)學生的學習興趣,而且對于全面提升學生動手構建物理系統(tǒng)和軟硬件調(diào)試的綜合能力具有重要意義[1-2]。

二 實驗系統(tǒng)設計

近年來基于計算機技術的實驗系統(tǒng),作為一種工程、教學輔助工具,在簡化問題、節(jié)約成本、縮短調(diào)試周期等方面特點突出,有利于發(fā)展學生借助計算機解決問題的能力。傳統(tǒng)實物模擬實驗,由于外部條件變化對實驗結果及信息的影響不同[3],則對于學生發(fā)現(xiàn)問題、通過理論聯(lián)系實際綜合解決問題能力的培養(yǎng)具有不可替代的作用。目前,遠程實驗的開展也逐步獲得關注重視?；谝陨戏治?所設計的LabVIEW自動控制理論綜合實驗平臺,其系統(tǒng)結構如圖1所示,可以融合以上三種實驗模式的優(yōu)點,力圖通過交替互補,以不同的實驗要求,通過設立資源學習、任務驅動與探索學習這三類學習模式,全方位提升學生的實驗理論與技能。

1 仿真實驗

LabVIEW在數(shù)據(jù)采集、工業(yè)控制等應用領域提供了一個功能強大、方便靈活的虛擬儀器的集成開發(fā)環(huán)境。降低了環(huán)境干擾和系統(tǒng)誤差對測量結果的影響,改善了以往費時、費力的實驗過程,便于學生集中精力對結果進行分析。

以非線性系統(tǒng)的描述函數(shù)法為例,圖2為非線性系統(tǒng)框圖,其中線性部分的頻率特性函數(shù)為 ,非線性部分的算子以 表示。如何求取非線性系統(tǒng)的描述函數(shù)并進行分析,由于其獨特的復雜性與抽象性,一直是自動控制理論教學的難點,理論計算繁瑣,實驗研究費時。

為此,采用基于圖形化的計算機仿真的方法通過對非線性、線性環(huán)節(jié)的類型、參數(shù)進行選擇,而后設定分析的頻率范圍、初值、步長、循環(huán)次數(shù)等,可有效避免繁復的頻率調(diào)整、計數(shù)、描點等工作,迅速獲取系統(tǒng)的幅相特性曲線。友好的仿真實驗界面如圖3所示。

設定線性區(qū)寬度 ,飽和特性信號限幅 后,輸入到實驗室開發(fā)的如圖3所示的仿真實驗系統(tǒng)界面,運行后,即可獲取如圖4所示的對應的幅相特性曲線圖。

這樣,利用仿真實驗,學生可以靈活設定仿真條件,方便、省時地實現(xiàn)對各種非線性環(huán)節(jié)描述函數(shù)的求取與直觀分析,達到了對抽象的非線性理論概念進行直觀理解的目的。這部分內(nèi)容,設定了2學時由教師講解LabVIEW的基礎知識,安排4學時課后時間用于相關資源學習。

2 模擬型實物實驗

NI公司提供的ELVIS實驗平臺將DAQ硬件和LabVIEW軟件組合成的一個定制靈活的教學實驗平臺。通過DAQ捕獲實際系統(tǒng)中真實的物理信號,并輸入到計算機中,而后利用LabVIEW編制相應的應用軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)的監(jiān)測、記錄、顯示及分析,可以簡化實驗數(shù)據(jù)獲取及后續(xù)數(shù)據(jù)處理等過程。

目前本實驗平臺針對實物模擬實驗設立了演示實驗[4]和學生設計實驗兩部分。演示實驗包括RC電路暫態(tài)電壓變化實驗、數(shù)據(jù)采集及濾波處理實驗以及直流電機轉速測控實驗。通過演示實驗的展示與講解,以幫助學生逐步掌握NI ELVIS實驗平臺的使用與開發(fā)流程、技巧,為后續(xù)進行獨立實驗設計與研究奠定基礎。而后,結合基于LabVIEW編程后提供的內(nèi)置函數(shù)發(fā)生器和示波器等檢測分析儀表,配合ELVIS提供的實驗面包板,要求學生獨立在實驗板上通過模擬運放電路的搭建,完成二階系統(tǒng)時域響應、典型環(huán)節(jié)頻率特性、系統(tǒng)串聯(lián)校正等實物模擬實驗,并與理論分析值進行比較、分析。此處設定為任務驅動型學習方式,課內(nèi)保留4學時用于提問、測試、成績評定。

如圖5所示,為求取典型積分環(huán)節(jié)頻率特性而構建的模擬實驗電路。

圖5中運算放大器采用op07,輸入正弦信號 ,其幅值 及頻率 可調(diào)。當調(diào)節(jié)正弦信號幅值 過大時,系統(tǒng)可能進入運算放大器的飽和非線性特性工作區(qū)域,系統(tǒng)輸出 信號則會輸出周期畸變信號; 當調(diào)節(jié)正弦信號幅值 過小, 靜電感應電壓對系統(tǒng)輸出 信號的疊加影響不可忽略, 會影響輸出 信號測試的準確度(此處,可引導學生對信號處理方法進行思索、研究)。僅當調(diào)節(jié)正弦信號幅值 處于適當范圍內(nèi),輸出 才可清晰獲取同頻率的正弦信號。針對這一現(xiàn)象,與1節(jié)中虛擬仿真實驗積分環(huán)節(jié)頻率特性的求取方法進行對比,提出問題1:仿真實驗與模擬型實物實驗的區(qū)別與聯(lián)系?問題2:確定一個環(huán)節(jié)是線性還是非線性的原則是什么?問題3:理論與實踐的相互作用關系在科學研究中是怎樣的?以此建立新舊知識的聯(lián)系,激發(fā)學生的自主發(fā)現(xiàn)與探究意識,引發(fā)其解決問題的興趣,鼓勵其進行協(xié)作交流,進而形成自己對問題的獨立見解,綜合實踐能力得到提高。

最后,考慮部分能力較強學生的實驗需求及后續(xù)課程設計的需要,選購了8套球桿(ball balancer)系統(tǒng)作為被控對象。采用LabVIEW編制軟件算法, 通過驅動程序控制伺服電機進行轉速與位置調(diào)節(jié),實現(xiàn)對此非線性、不穩(wěn)定系統(tǒng)的穩(wěn)定運行控制。這部分實驗的設立為探索學習模式階段,通過介紹難點的方式,引導學生深入思索、學習、探索前沿的控制方法。

3 遠程虛擬實驗

基于網(wǎng)絡的遠程實驗室可以最大限度地實現(xiàn)實驗資源的共享[5],因此本綜合實驗系統(tǒng)的設計也包含了這部分內(nèi)容。遠程虛擬儀器能從與Internet/Intranet相連的遠端獲得動態(tài)數(shù)據(jù)或將控制信號傳送到遠端,使在本地PC機上監(jiān)控遠端成為可能。遠程虛擬實驗不僅提高了實驗設備的利用率,而且方便學生靈活安排實驗時間,強化了學生的主體作用,同時有利于教師進行實驗過程的管理,實現(xiàn)了利用網(wǎng)絡進行資源交互學習等目的。

利用LabVIEW軟件設計構建的網(wǎng)絡虛擬實驗室具有易于開發(fā),投資少,擴充方便等特點。在LabVIEW 開發(fā)環(huán)境中,有多種方式可以方便實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)的采集和儀器控制,主要有:基于NI公司的遠程設備訪問(remote device access, RDA)技術,可通過分別配置RDA Server和RDA Client實現(xiàn)網(wǎng)絡內(nèi)部的共享采集設備數(shù)據(jù);功能強大、但開發(fā)將對較復雜的適用于較大規(guī)模網(wǎng)絡實驗室的DataSocket數(shù)據(jù)共享技術;簡便、易學的基于WEB Publish的遠程前面板(Remote Front Panels)技術。

考慮實驗規(guī)模不大及時間限制等因素,本實驗室選用了基于WEB Publish的遠程前面板(Remote Front Panels)技術,構建B/S模式遠程實驗系統(tǒng)。遠程前面板技術是把一個VI的前面板直接嵌入到Web網(wǎng)頁中,并具有自動更新功能。此外,通過授權,不僅可以使得客戶端能觀測到一個動態(tài)刷新的實時畫面,而且還可以對前面板進行遠程控制。

考慮到一臺實驗設備在某一確定時間段內(nèi)只可以由一個用戶進行實驗控制,因此,需要設定教師管理員進行實驗預約管理。學生通過客戶端注冊登錄后,在預定時間內(nèi)享有對實驗室內(nèi)指定編號實驗平臺的控制權限。后續(xù)計劃針對大四學生和研究生采用大作業(yè)形式,征集優(yōu)秀的實驗預約管理方案,取消人員管理,實現(xiàn)科學、高效的自動遠程實驗預約、監(jiān)控、實驗記錄等管理功能。

三 結束語

基于LabVIEW技術開發(fā)的自動控制理論綜合實驗平臺,通過設定仿真實驗、真實模擬實驗和遠程實驗互相結合與補充,不僅提供了豐富的計算機與網(wǎng)絡學習資源,而且注重實驗設計的智能化與真實性的協(xié)調(diào)統(tǒng)一,實現(xiàn)了實驗設計的簡易性、綜合性和靈活性。通過關注實驗過程,改變了傳統(tǒng)教師講授的單一模式,不僅便于學生形象理解和掌握與課程相關的知識點,促進學生的編程能力與動手能力的提升,而且使其自信心獲得提升。這些都將助力學生從理論學習向實踐研究進行跨越式轉變,為探索培養(yǎng)具有創(chuàng)造力與創(chuàng)新性的當代大學生教育進行經(jīng)驗積累。

參考文獻

[1] 張桐,陳國順,王正林.精通LabVIEW程序設計[M].北京:電子工業(yè)出版社,2008:2-5.

[2] 袁浩,朱暢,陳志敏.基于LabVIEW的自動控制仿真系統(tǒng)設計[J].實驗室研究與探索,2006,25(4):457-459.

[3] 沈亦紅.論物理虛擬實驗與真實實驗的互補作用[J].中國電化教育,2004,210(7):42-44.

[4] 楊智,袁媛,賈延江.虛擬儀器教學實驗簡明教程-基于LabVIEW的NI ELVIS [M].北京航空航天大學出版社,2008:90-108.

篇(3)

論文摘要：本文對虛擬實驗系統(tǒng)的特點做了介紹，指出了虛擬技術在實驗教學中的優(yōu)勢，并給出虛擬實驗系統(tǒng)構建的基本思想以及系統(tǒng)結構，闡述虛擬現(xiàn)實技術在實驗教學中的應用手段和方法。

實驗一直都是與教學息息相關的重要活動之一。它可以使學生更好地感受、理解知識的產(chǎn)生和發(fā)展過程，讓枯燥的理論知識變得形象，易于理解。實驗不僅能幫助學生鞏固理論知識，提高通過實驗手段探索科學知識的能力，還能激發(fā)學生探索未知世界的興趣，增強創(chuàng)新能力。然而，當前實驗方面存在的諸多難題卻嚴重限制了教學質量的提高。如實驗成本過高，進行實驗的儀器和設備往往代價昂貴，實驗材料也比較貴，而且有些實驗儀器損耗較大，需要經(jīng)常更新。而許多學校在實驗經(jīng)費上又捉襟見肘，要么是實驗配套的設備和儀器不完善，要么就是儀器設備陳舊過時。即使有完善的較新的實驗設備，傳統(tǒng)實驗在空間和時間上的限制也可能無法滿足大量學生同時進行實驗的需要。為了緩解實驗教學的壓力，提高實驗教學的質量，可以采用虛擬實驗系統(tǒng)來輔助實驗教學的開展。

一、虛擬現(xiàn)實技術

虛擬現(xiàn)實技術 (ⅥrnJal ReaJ時，簡稱 vR技術)出現(xiàn)于 20世紀 60年代，隨著處理器技術的大幅度提高以及圖形繪制技術、數(shù)字信號處理技術、傳感技術的發(fā)展，近幾十年來在國內(nèi)外形成了對虛擬現(xiàn)實的研究熱潮。

虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)提供了一種先進的人機界面，它通過為用戶提供視覺、聽覺、觸覺等直觀而自然的實時感知交互的方法和手段，最大程度地方便用戶的操作，從而減輕了用戶的負擔，提高了系統(tǒng)的工作效率。虛擬現(xiàn)實技術具有 3個突出特征：沉浸性、交互性、想象性。

虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)由兩部分組成：一部分為創(chuàng)建的虛擬環(huán)境，另一部分為介入者。虛擬現(xiàn)實的核心是強調(diào)兩者之間的交互操作，即反映出人在虛擬環(huán)境中的體驗。我們可以給出如圖 1的虛擬現(xiàn)實的概念模型。

二、虛擬實驗系統(tǒng)

1．虛擬實驗系統(tǒng)的特點

(1)共享程度高。虛擬實驗系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)實驗在地域和時間上的限制，它不僅可以接受本地用戶的訪問，有訪問權限的異地用戶也可以使用系統(tǒng)。并且也無需考慮使用時間的問題，實驗者可以隨時進行實驗。虛擬實驗系統(tǒng)為用戶提供了一個可以在任何時間、任何地點訪問的實驗環(huán)境，極大地提高了信息與實驗資源的共享程度。

(2)強大的交互能力。為了向用戶提供一個逼真的實驗環(huán)境，虛擬實驗系統(tǒng)往往都具有強大的交互能力，實驗者和虛擬實驗對象之間可以通過鼠標的點擊或者拖曳操作進行交互，實驗者可以實時地觀看實驗現(xiàn)象和實驗結果。

(3)支持協(xié)作。虛擬實驗系統(tǒng)提供了多種方式來完成用戶間的信息交流。

2．虛擬實驗系統(tǒng)的建模

如何構建教學型虛擬實驗系統(tǒng)，使其能夠擁有豐富的實驗內(nèi)容表現(xiàn)方式、提供形象生動的實驗內(nèi)容，讓讓學生實現(xiàn)從感知到理解的過程，一直是研究教學型虛擬實驗系統(tǒng)的熱點問題之一。

虛擬實驗系統(tǒng)的構建是將多種技術綜合運用，首先構建實驗過程所需要的各種儀器設備，對于場景進行建模。三維虛擬場景模塊的建立是以某一實景為基礎的，因此在虛擬場景建模之前需要對實驗室環(huán)境進行實地考察并對建筑物進行篩選，從而構建具有真實感的實驗環(huán)境。對于儀器設備完全用Ⅵ ML語言建立復雜的三維模型是相當煩瑣的，而且建模方法缺乏直觀性，而3DSMAX強大的三維建模功能以及對具有轉換為V文件格式輸出的功能，使其在三維虛擬場景中廣泛應用。我們在實際的建模過程中根據(jù)要建立模型的特點選擇建模方法。簡單模型，直接采用VRML中簡單幾何體拼貼紋理的方法，對于復雜場景則采用3DsMAx建模后以VRMI，文件格式輸出。當然在虛擬實驗的建模過程中的龐大建模工作量對軟件的建模效率以提出了很高的要求，于是，在該建模過程中我還采用了高效的照片建模軟件Canoma，Canoma是MetaCreations公司 (即現(xiàn)在的Vie、vpoint公司)的軟件產(chǎn)品，利用它可以讓我們無需建模，即可直接從一張或幾張照片制作三維模型，因為使用真實照片直接生成三維模型，所以效果非常真實；而且CaIloma可生成網(wǎng)絡使用的VRM，文件格式。為了能夠反映真實儀器設備的特性，有時還采用FLASH技術來達到儀器設備外觀的逼真性，并提供一些基本的交互。

3．虛擬實驗系統(tǒng)中的交互

交互性是虛擬實驗系統(tǒng)中的一個重要問題。一類是用戶在瀏覽場景的時候，主要的輸入設備就是鼠標，這時候檢測器實際上是檢測用戶對于鼠標的各種操作動作，如鼠標的單擊、指向、拖動等等，從而場景做出相應的反應。檢測這類動作的監(jiān)測器是接觸型監(jiān)測器。描述這類監(jiān)測器的節(jié)點有接觸監(jiān)測器節(jié)點TouchSensor以及PlaneSensor節(jié)點、SphereSensor節(jié)點、CylinderSenS0r節(jié)點；另一類是用戶和場景中某對象接近的程度，對象做出相應的反應，使得用戶和虛擬對象之間形成交互。

將所有儀器設備成功地加入到場景當中之后，用戶應該可以隨意地拿起自己需要的實驗器材進行實驗，所以要提供用戶選取實驗器材的接口。當用戶在選擇某件儀器，為了提供給用戶選擇的接口，我們在實驗儀器原型中設計了供用戶選擇的按鈕。如果選中時就可以點擊按鈕“tal(e ，無需使用就只要點擊“放回”按鈕。由于用戶需要與系統(tǒng)進行交互，同時系統(tǒng)需要根據(jù)用戶的選擇與后臺數(shù)據(jù)庫進行通信，因此我們使用Java Applet。Applet具有 良好的網(wǎng)絡傳輸透明性，圖2顯示了瀏覽器通過Appl 訪問數(shù)據(jù)庫的整個過程 。

三、虛擬實驗集成的系統(tǒng)結構

1．軟件程序集成

軟件程序是虛擬實驗系統(tǒng)的重要內(nèi)容，是系統(tǒng)的靈魂所在。在虛擬實驗系統(tǒng)中，我們將軟件程序部分按照層次化和模塊化的設計模式進行集成。集成化的軟件程序依據(jù)集成度的大小分為不同層次的模塊，分屬不同層次的模塊充分體現(xiàn)了整體和部分的關系，各模塊都可以看成是下一層次多個模塊集成的整體，每一個模塊又都可以看成是上一層次模塊中的一部分，各層次之間互為整體和部分的關系為系統(tǒng)結構構架提供了靈活的方式。

2．系統(tǒng)功能集成

系統(tǒng)功能集成是建立在軟件程序集成的基礎之上的，系統(tǒng)功能集成是系統(tǒng)結構集成的重要體現(xiàn)，系統(tǒng)結構的有效集成度是系統(tǒng)功能集成的重要基礎。在虛擬實驗系統(tǒng)中，軟件程序的集成保證了系統(tǒng)功能在不同層面上的集成度和在各層面之間的靈活性。以不同集成度來形成的系統(tǒng)功能整體在系統(tǒng)構建、修改、維護等方面起到了重要的結構化支持作用。

3．儀器軟面板集成

儀器軟面板是虛擬實驗系統(tǒng)的重要特色之一。在傳統(tǒng)實驗系統(tǒng)中，儀器設備一般會自帶一個顯示屏，以及相關的操作組件和按鈕來形成一個操作面板，這個面板的形式以及各組件和按鈕的功能是固定的，不能修改和設置。在虛擬實驗系統(tǒng)中，各種儀器設備的操作面板集中顯示在計算機的顯示屏幕上，這種面板由軟件程序來形成和設置，由鍵盤、鼠標以及其他的外部輸入設備來控制，面板的形式以及各組件和按鈕的功能可以根據(jù)需要自定義，可以將多個儀器的面板組合在一起，也可以將某一個儀器的面板簡化。儀器軟面板形式和功能上的這種靈活性正是系統(tǒng)集成度的體現(xiàn)。

4。網(wǎng)絡集成

網(wǎng)絡的出現(xiàn)使得分布式結構成為可能。在虛擬實驗系統(tǒng)中，我們通過網(wǎng)絡可以突破時間和空間的限制，將更多的協(xié)議方和操作方以一定的集成度集成在一起，共同完成實驗項目。我們在談集成性的問題的時候，一定是和相應的分散度聯(lián)系在一起的，就如同整體和部分之間的關系，每一個整體都可以看作更大的整體的一部分，而每一個部分又都可以看成更多小部分的整體。網(wǎng)絡的分布式保證了系統(tǒng)結構的集成性。

四、虛擬實驗教學應用的優(yōu)勢

從虛擬實驗的技術優(yōu)勢和實驗教學的現(xiàn)狀需求出發(fā)，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1．資源開放

從虛擬實驗的技術實現(xiàn)角度來看，實驗教學中的有效資源全部開放，這使得實驗項目從開發(fā)到操作，再到后期數(shù)據(jù)處理與實驗課程的復習全部開放給學生，學生可以利用系統(tǒng)軟件程序模塊和實驗項目設計模板等幫助實驗設計方案的形成與開發(fā)；利用數(shù)據(jù)分析與處理工具包進行實驗數(shù)據(jù)的分析與處理，獲得規(guī)律性認識：教師的指導性意見、學生的交流信息和實驗故障和誤差分析等信息資料，可以幫助學生在實驗課程總結和復習中取長補短、鞏固知識。

2．組織形式開放

虛擬實驗將實驗資源、實驗項目開發(fā)和實驗操作等網(wǎng)絡化、平臺化，因此實驗內(nèi)容、時間以及地點等組織形式是開放的具備可選擇性。針對目前實驗教學需要跨學科、跨地域、多項實驗同時開展等現(xiàn)狀要求，虛擬實驗所具備的組織形式開放性為實驗教學模式的擴展提供了技術準備。

3．對象開放

虛擬實驗的網(wǎng)絡功能能夠根據(jù)不同的對象設置不同權限的系統(tǒng)身份，實驗參與人員各取所需，實現(xiàn)學習和交流的目的。在實驗教學中，對象的身份基本分為三種層次和三種身份。三種層次指的是系統(tǒng)管理員、教師和技術人員、學生。三種身份是針對學習者而言的：實驗課程參與者、遠程實驗課程學習者、實驗愛好和探索者。

五、總結

本文將虛擬現(xiàn)實技術引入到實驗教學環(huán)節(jié)中，這在一定得程度上提高了實驗的開放程度，降低了實驗的成本，較好地激發(fā)了學生對于實驗環(huán)節(jié)的興趣和主觀能動性，但在虛擬實驗設置過程中的交互問題仍是一個值得探討和研究的主要問題。

參考文獻

【l】徐學軍．高校實驗教學要加強學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)【J】．經(jīng)濟師，2004，(4)．

【2】徐婷．教學型虛擬實驗通用平臺的研究與應用【D】．重慶大學學位論文，2006．11．

【3】朱敏．虛擬實驗與教學應用研究【D】．華東師范大學博士學位論文，2006．6．

篇(4)

論文摘要：在RC電路中，當電容兩端有電壓時，關閉開關，通過計算機觀察電流通過電阻，在RC電路中電壓隨時間的變化規(guī)律與理論情況比較。實驗以RC電路為基礎，通過聲卡使計算機與實驗結合，用CoolEdit軟件進行錄音，最后通過數(shù)學軟件MATLAB對圖形進行分析，將理論計算值與實際測量值進行比較，結果證實了RC放電的電壓隨時間的變化趨勢。

1引言

本論文主要證明在RC電路放電時電壓隨時間的變化關系實驗.

在RC電路中，當電容兩端有電壓時，關閉開關，電流通過電阻，此時電路中電壓隨時間的變化成何種規(guī)律。作者在一本教科書中發(fā)現(xiàn)前人已經(jīng)得出結論，電壓與時間的關系式是.作者通過實驗測量出5個時間點的電壓值與在相同時間點的理論值相比較，看兩者是否接近或相等。

2設計原理及方法：

2.1RC電路放電原理：

電路的過渡過程是指從一種穩(wěn)定狀態(tài)轉到另一種穩(wěn)定狀態(tài)所經(jīng)歷的變化過程，其變化十分短暫而且是單次變化過程。對時間常數(shù)τ較大的電路，可用慢掃描長余輝示波器觀察光點移動的軌跡。對時間常數(shù)τ較小的電路，必須使這種單次變化的過程重復出現(xiàn)。為此，我們利用NE555方波發(fā)生電路輸出的方波來模擬階躍激勵信號，即令方波輸出的上升沿作為零狀態(tài)響應的正階躍激勵信號；方波下降沿作為零輸入響應的負階躍激勵信號，選擇方波的重復周期遠大于電路的時間常數(shù)τ，就可以觀測電路的過渡過程.

在階躍信號下，RC-階電路的零輸入響應和零狀態(tài)響應分別按指數(shù)規(guī)律衰減和增長，其變化的快慢決定于電路的時間常數(shù)τ.

2.2時間常數(shù)τ的測定方法：

⑴根據(jù)-階微分方程的求解得知

（1）

方程⑴為電容放電過程方程，其中U是放電前電容兩端的電壓.

當t=τ時，U0＝0.368U.此時所對應的時間就等于τ。其零輸入響應的波形如圖1測試電路如圖2⑴所示.

⑵由零狀態(tài)響應波形增長到0.632U所對應的時間就等于τ。其測試電路及波形如圖2⑵和圖3所示.

⑶微分電路和積分電路是RC一階電路中較典型的應用電路，它對電路時間常數(shù)τ和輸入信號的周期T有著特定的要求.

RC串聯(lián)電路，如果滿足τ＝RC<<T/2（T為方波脈沖中的重復周期），且由R端作為響應輸出，這就成了一個微分電路.

（2）

由式（2）可知：電路的輸出信號電壓與輸入信號電壓的微分成正比，電路如圖4⑴.

將圖4⑴中的R與C位置調(diào)換一下，即由C端作為響應輸出，且當電路參數(shù)的選擇滿足τ＝RC>>T/2條件時，則稱為積分電路.

（3）

由式(3)可知：電路的輸出電壓與輸入電壓的積分成正比，電路如圖4⑵.

2.3實驗儀器與軟件介紹

聲卡是多媒體技術中最基本的組成部分，是實現(xiàn)聲波／數(shù)字信號相互轉換的一種硬件.在一塊聲卡上有晶振，AD/DA轉換芯片和數(shù)字處理芯片及其他輔助電路.因此，它可以作為數(shù)據(jù)采集卡使用，不過被采集號的頻率被限制在音頻范圍之內(nèi).設定了采集頻率，采樣位數(shù)，緩沖區(qū)大小之后，再利用聲卡的DMA方式進行數(shù)據(jù)采集工作。利用LabWindows/CVI環(huán)境下，借助硬件驅動程序對聲卡的采集頻率，采樣位數(shù)，緩沖區(qū)大小等分別進行控制，根據(jù)用戶的需要調(diào)整波形顯示，進行波形分析，從而構成功能強大的虛擬存儲示波器.

CoolEdit軟件與外電路是通過聲卡的連接,當外電路的開關關閉再打開,在CoolEdit軟件的界面會顯示出電壓與時間的關系圖形.將圖形剪切下來,與.mav的文件形式儲存起來.

MATLAB是數(shù)學軟件,主要用于對圖象的研究,精確度較高.

2.4實驗設計方法

（1）設置聲卡

①打開聲音高級控制.

圖5

②選擇錄音屬性，打開錄音音量控制面板，將輸入方式選成Line。

③關閉不必要的聲音特效，以免左右聲道互相干擾。

④如果無信號時背景噪聲較大，可以嘗試將一些選項靜音，特別是CD音頻。

⑤調(diào)整輸入和輸出的平衡，可借助示波器部分和信號發(fā)生器部分實現(xiàn)。

這時信號是從LineIn口輸入的.在輸出音頻信號時,輸入口是沒有信號的.

如果使用其他聲卡,可參照以上步驟設置.注意使用萬能聲卡驅動程序或自帶驅動程序,不要使用Windows帶的驅動程序.如果仍無法正確工作,可換一個驅動程序試試.可能出現(xiàn)的情況:

a聲卡上沒有LineIn口,只有MIC口,在一些廉價主板集成的聲卡上會有這種情況,因為MIC口通常是聲道,也就是示波器只能單蹤工作.

b打開信號發(fā)生器,示波器上同時顯示波形,這是輸出反饋到輸入端造成的,可修改各項設置.

(2)在實驗線路板上選取R=5kΩ,C=10μF組成如圖2所示的RC充放電電路.NE555信號發(fā)生器輸出的方波信號電壓U=1.5V,頻率f=1kHz,將自制電纜線Φ3.5立體聲插頭插入聲卡的LineIn,另一邊接到實驗線路板上的激勵端口所在位置.

(3)在虛擬示波器上觀察激勵與響應的變化規(guī)律,來測時間常數(shù)τ,通過調(diào)整虛擬示波器界面上的增益、時基和網(wǎng)格按鈕,可清晰地觀測RC的響應曲線,并可計算出時間常數(shù)τ.對于R=5kΩ,C=10μF的RC響應曲線如圖6所示.

圖6

(4)適當?shù)馗淖冸娙莼螂娮柚?觀察波形變化情況,記錄觀察到的現(xiàn)象.

①選取R=10kΩ,C=10μF,觀察并繪制響應的波形,繼續(xù)增大C之值,定性地觀察響應的影響.

②選取R=15kΩ,C=20μF,組成如圖4(1)所示的微分電路,在同樣的方波激勵信號作用下,觀測并繪制激勵與響應的波形.

3數(shù)據(jù)分析電壓時間

實驗所測得電壓隨時間變化曲線如圖7

4實驗結果分析

①通過計算在相同時間點電壓理論計算值與電壓實際測量的結果的比例進行比較,我們可以發(fā)現(xiàn)相同時間的電壓比值幾乎相等,作者在通過改變R與C的值發(fā)現(xiàn)相似的結論,由此可以證實前人研究.

②本實驗精確度較高,但難免有誤差的出現(xiàn),首先在截圖時,很難從電壓最大值開始截取;其次在用MATLAB對圖形進行處理時,很難在特定時間內(nèi)找到所對應的電壓值點,作者因此選取在此附近的點,由此產(chǎn)生的誤差可達到萬分之一.而且用聲卡測試儀器時,難免有噪音的的影響.

③聲卡測試儀器的優(yōu)點:可以將電路與計算機連接在一起,并截取錄音,傳送給計算機處理.

聲卡測試儀器的局限性:容易受外界環(huán)境及本身其他的功能影響.

5結束語

本實驗室屬于計算機應用實驗，難度較高。實驗要求會使用CoolEditPro2.0，MATLAB6.1等軟件,熟悉聲卡的原理，計算機基本知識及物理原理等等.在此應該特別感謝魯曉東老師,胡依杰同學及費芬同學對我的幫助,他們幫助我找到很多關于這方面的資料.在此次實驗中證實前人已經(jīng)得出的RC電路放電電壓變化規(guī)律，即電壓與時間的關系式結論.

參考文獻

篇(5)

[關鍵詞]教案；學案；雙案；虛擬實驗；教學設計

[中圖分類號]G420　[文獻標識碼]A　[論文編號]1009-8097(2012)01-0113-06

一、引言

化學實驗是化學教學中的一個難點，也是培養(yǎng)學生化學能力的重要途徑。為了更好地實施教學，編寫教案就成了上好課的關鍵步驟之一，但是傳統(tǒng)教案在教學過程中存在注重教材內(nèi)容而忽視學生實際情況的缺點。為了彌補其不足，近些年提出了“雙案”教學。隨著網(wǎng)絡教學的普及和信息技術的發(fā)展，虛擬實驗進入了課堂教學，但是關于虛擬實驗的教案設計鳳毛麟角，其“雙案”教學設計更是空白。在虛擬實驗教學日益普及的今天，教師該如何利用虛擬實驗進行教學，使虛擬實驗貫穿于整個教學過程的始終，而不是僅僅作為教師演示的工具呢?筆者認為虛擬實驗“雙案”教學勢在必行。

二、傳統(tǒng)教案現(xiàn)狀分析

教案是教師為順利而有效地開展教學活動，根據(jù)教學大綱的要求，以課時或課題為單位，對教學內(nèi)容、教學步驟、教學方法等進行具體的安排和設計的一種實用性教學文書。教案也稱課時計劃，通常包括：班級、學科、課題、上課時間、課的類型、教學方法、教學目的、教學內(nèi)容、課的進程和時間分配等。教案在教學中起著非常重要的作用，但是在提倡素質教育的今天，單一的教案教學存在一些不能忽視的問題，筆者在進行大量文獻分析的基礎上，將出現(xiàn)的問題歸納如下：

1.教案的設計注重對教材內(nèi)容的梳理，很少考慮學生個體學習情況

傳統(tǒng)教案是教師在精心分析教材內(nèi)容的基礎上對知識結構、教學內(nèi)容順序及其教學過程制定的一個實施方案。教案注重教師對知識內(nèi)容的梳理和組織，但忽視了教師對學生個體情況的考慮。教案導致教師在實際的教學過程中形成了“滿堂灌”，只注重“教”的過程，忽視了學生“學”的效果及接受消化知識能力的差異。“滿堂灌”教學容易使學生形成優(yōu)劣差距，優(yōu)等生緊隨其后，差生濫竽充數(shù)，使差生喪失對學習的信心。

2.教案的設計注重知識的傳授，缺少對學生參與活動的設計

在應試教育的影響之下，教師教案的設計只是為了能夠很好地完成教學任務，達到教學目標，使學生考出一個好成績就是教師最大的榮譽和收獲。在設計教案的過程中，教師考慮的只是自身“教”的活動，很少設計到學生“學”的活動。教師是整個教學過程的主導者，忽視了學生的主體地位，使學生的主觀能動性受到一定的限制，容易形成思維定勢。但是在素質教育的今天，教師要傳授給學生的不僅是知識與技能，更重要的還要培養(yǎng)學生“會學”的能力。教師不能只關注“學會”而忽視了“會學”。古人云“授人以魚，不如授人以漁”說的就是這個道理。在整個教學過程中教師和學生處于同樣重要的地位，教學只有通過學生積極主動的參與，才能使教師的“教”變得更加靈活。同時，也只有學生充分地發(fā)揮能動性，才能反映出教師教學能力水平的高低和教學效果的好壞。因此學生活動的設計可以幫助教師實現(xiàn)“因材施教”，而不是一個模式的固定教學。

3.教案設計忽視了教學中師生之間和生生之間的交互

在不少教案中，無論是師生之間還是生生之間的交互都較少設計到。原因大致如下：首先，教師為了完成教學進度忽略了交互的設計。應試教育要的是學生的成績，教師的評估看的也是學生的成績，所以教師的教學目的就是為了提高學生的成績。其次，教師教學任務繁重，中小學教師每天都會有大量的教學任務，在自己有限的備課時間里很難去考慮較多的交互設計，只是為了明天的教學做點準備。再次，教師教案形式固定，很少變更，抄教案現(xiàn)象明顯，寫教案只是為了應付檢查。種種情況導致了教師的教案缺乏對交互的關注，但是交互的作用又是教學不能忽視的，師生之間的交互可以讓教師反思與變化教學，從而改進教師的教學。生生之間的交互能夠體現(xiàn)學生協(xié)作與溝通的能力，互幫互助，使教學成效整體上升。

三、“雙案”的提出

面對傳統(tǒng)教案在實際教學中出現(xiàn)的一些弊端，在素質教育和新課改的背景之下，“雙案”教學模式浮出水面。教案和學案合在一起簡稱“雙案”，其中“學案”是指教師依據(jù)學生的認知水平、知識經(jīng)驗，為指導學生進行主動的知識建構而編制的學習方案。學案實質上是教師用以幫助學生掌握教材內(nèi)容，溝通學與教的橋梁，也是培養(yǎng)學生自主學習和建構知識能力的一種重要媒介，具有“導讀、導聽、導思、導做”的作用。“雙案”教學體現(xiàn)了雙主教學的思想，要求以教師為主導、學生為主體，通過教師的引導使學生最大限度地參與到教學的全過程當中，充分地發(fā)揮學生學習的積極性、主動性、能動性等作用?！半p案”教學教給學生的不僅是知識，更重要的是培養(yǎng)學生自主學習的能力。“雙案”教學體現(xiàn)了教學過程中“學教并重”、“教學相長”的思想，并且是以建構主義理論、教與學的理論為基礎的。

近些年出現(xiàn)了“雙案”教學的研究，其中“單元‘雙案’教學模式的研究及在高中物理課程中的試用”、“高中地理‘兩案’設計與實施策略研究”等文獻對“雙案”教學做了比較全面的分析和研究。上述文獻對“雙案”在教學過程中的應用和實施做了較好的設計，圖1、圖2是其設計的模式結構圖：

從圖1和圖2中可以看出，兩種模式都體現(xiàn)了學生的主體地位，體現(xiàn)了學生自主學習的因素，這是二者共同的也是值得借鑒的地方。但是圖1將教師的作用減輕了，重頭戲放在了學生的自學上，忽視了教師的主導地位，教師的作用只體現(xiàn)在師生共探環(huán)節(jié)。圖2中教師和學生的聯(lián)系較圖1緊密，但是學生的自學發(fā)生在課前，形成教案和學案的脫節(jié)，也就是沒有將教案和學案統(tǒng)一地應用在教師的整個課堂教學過程當中，教師的主導作用仍然不夠。但是任何形式的學習都離不開教師的引導，特別是對學習定向還很不明確的初中生來說更是如此。教師是學生學習的引導者、促進者，沒有了教師的引導，學生的學習只會走彎路、走遠路，還有可能形成事倍功半的反效應。要想實現(xiàn)高效率的學習，必須將教師的教和學生的學相統(tǒng)一整合。筆者在借鑒前人研究“雙案”教學的基礎之上，對虛擬實驗環(huán)境下的“雙案”教學提出了圖3所示的教學模式。

這里對虛擬實驗環(huán)境下的“雙案”教學模式的意義進行簡要說明。首先，它將教師的主導地位和學生的主體地位都體現(xiàn)了出來，學生的學習是在教師的引導和組織之下進行的，避免了學生自學時的盲目性。其次，教學中對實驗的觀察、訓練和對問題的探索、分析和總結都是在學生操作實驗的過程中形成的，充分發(fā)揮了學生的主觀能動性。再次，教師的教和學生的學是在課堂中發(fā)生并完成的，教師能夠隨時解決個別學生的個別問題，這樣對教師的教學也有一定的促進作用。最后，在教學過程的設計中還加入了小組學習的形

式，可以對差生的學習起到一定的幫扶作用。

四、氫氣還原氧化銅虛擬實驗“雙案”設計案倒

“氫氣還原氧化銅”虛擬實驗的設計是按照教師為主導、學生為主體的思想進行的。在整個設計過程中吸取了以往虛擬實驗設計的優(yōu)點，并且彌補了其缺點。實驗包括教師、學生、管理者三大模塊。教師模塊是針對教師的教進行設計的。學生模塊是針對學生的學進行設計的，其中包括實驗準備、實驗操作、實驗報告填寫、實驗報告批改查詢、實驗作業(yè)、實驗拓展等內(nèi)容。管理者模塊主要負責虛擬實驗平臺的后臺管理。我們的虛擬實驗不是一個簡單的演示模塊，它是一個全面的、系統(tǒng)的實驗平臺，在學生操作實驗的過程中會動態(tài)地記錄學生實驗儀器和藥品選擇的結果、實驗裝置組裝的結果、實驗參數(shù)調(diào)整的結果、實驗現(xiàn)象觀察的結果、化學方程式書寫的結果等內(nèi)容。實驗完成后增加了實驗報告填寫，其報告是半自動生成的(由學生在實驗操作時完成且計算機自動獲取并填寫的客觀部分和實驗報告中需要手工填寫的主觀部分組成)。虛擬實驗是在全面的教學設計分析的基礎上進行的，虛擬實驗設計架構如圖4所示，虛擬實驗截圖如圖5所示。

下面是“氫氣還原氧化銅”虛擬實驗“雙案”教學設計案例：

教學過程：

1.導入新課

通過上節(jié)課的學習，同學們知道了氫氣具有可燃性，那么氫氣還有沒有別的化學性質呢?我們知道任何物質的性質都不是單一的，就像是同學們一樣，每個人的優(yōu)點或特長都不是唯一的，那么這節(jié)課老師將和同學們一起去探索氫氣的另一種化學性質，它的另一種化學性質究竟是什么呢?

2.學習新課

(1)情境創(chuàng)設，學生探索學習

教師展示虛擬實驗平臺中教師講解模塊中的實驗演示部分(包括真實實驗的視頻錄像和以往的Flas實驗)，教師在展示實驗、學生觀看實驗的情境創(chuàng)設過程中，對學生提出以下導向問題：

1)實驗開始前，做了那些準備工作?

2)實驗中做了哪些工作?觀察到的實驗現(xiàn)象有哪些?

3)實驗完成后又做了哪些工作?

4)實驗得出了怎樣的結論?

演示觀察完成以后，請同學們對以上問題做出回答?

(學生答：實驗開始前儀器的安裝、藥品的取裝……實驗過程中有水珠生成……實驗完成先撤酒精燈……等等)

(2)教師梳理知識并引導(教師主導)

教師根據(jù)同學們的回答，肯定正確的，糾正錯誤的，并將知識梳理如下：

1)實驗中儀器的組裝順序及正確的位置

實驗儀器組裝的時候要依據(jù)從下往上，從左到右的順序，試管要略向下傾斜，導管要通入試管底部并且要在藥品的上方。(展示實驗演示部分內(nèi)容)

2)實驗中藥品的取裝方法

實驗中藥品取出后先平放入試管口，然后傾斜試管使其慢慢滑入試管底部，并蓋上藥品蓋。

3)實驗過程中的注意點(真實錄像和Flash演示都會有所提示)

先通氫氣后加熱。目的是排盡試管里面的空氣，防止生成的銅繼續(xù)被殘余的空氣氧化。加熱之前要給試管進行預熱，以防局部受熱引起試管底部炸裂。實驗完成后要先熄滅酒精燈，后停止通入氫氣，以防銅被氧化。

4)實驗現(xiàn)象

按照同學們的回答將實驗現(xiàn)象總結如下：實驗過程中黑色的氧化銅逐漸變成什么顏色的金屬銅?并且觀察試管壁前后反應的變化。

5)實驗結果

通過實驗展示，同學們會發(fā)現(xiàn)氫氣具有還原性。下面請同學們自行操作。

(3)教師提供虛擬實驗學習環(huán)境，學生進行虛擬實驗操作。(學生主體)

同學們用自己的學號和密碼進入虛擬實驗學習環(huán)境后選擇操作模塊進行虛擬實驗操作，操作過程中同學們要注意實驗要點。并且實驗過程會將同學們的主要實驗操作內(nèi)容動態(tài)地記錄下來，希望同學們認真地完成實驗操作。實驗操作過程部分畫面截圖如圖6所示。

(4)學生填寫實驗報告(學生主體)

學生在完成實驗操作后進入實驗報告填寫部分，認真地填寫實驗報告，將你在做實驗過程中遇到的問題和實驗注意點認真規(guī)范地填寫在實驗報告中。部分實驗報告填寫內(nèi)容已經(jīng)在同學們做實驗的過程中動態(tài)生成，無需填寫。填寫完成后請同學們提交實驗報告。實驗報告填寫部分如圖7所示。

(5)教師組織學生分組討論(學生主體)

教師在確定了同學們的實驗報告都提交完畢以后，將學生進行分組，進行小組協(xié)作討論式學習。在討論交流學習的過程中將遇到的問題的疑難點按照下面表1形式做總結。

教師在學生討論的同時進行實驗報告的批改，將實驗報告中呈現(xiàn)的問題與同學們小組上交的學習問題歸納總結后一一做詳細的講解，以達到使每個同學都能領會和理解。

(6)教師組織學生溫故知新(實驗操作不做記錄，學生自主學習)

為了達到同學們對知識和實驗操作過程的全面掌握，請同學們再次進入虛擬實驗學習環(huán)境進行學習。這次同學們從實驗準備進入，依次進行學習，在15分鐘學習時間內(nèi)完成“實驗準備”和“實驗操作”的二次學習，達到溫故而知新的效果。

(7)完成實驗作業(yè)

同學們認真學習之后請完成實驗作業(yè)并且提交，一天后查閱自己完成作業(yè)的情況。

(8)實驗拓展，形成知識遷移

同學們在學習完了本節(jié)課的內(nèi)容后學有余力的同學可以進入實驗拓展部分進行興趣學習，讓同學們看到生活中的化學，看到化學給大家?guī)淼奈宀世_紛的生活，大家一起熱愛科學，熱愛生活，爭取讓科學帶給我們更加豐富的生活。

(9)教師總結反思，修改教學

教師根據(jù)同學們掌握知識內(nèi)容的程度和效率，對自己的教學進行一定的評估，并且寫出自己的教學心得。每個教師面臨的不是一個班，面對不同的班級，教師要從一個班代課的經(jīng)驗中總結后續(xù)教學的經(jīng)驗，也就是要具備“窺一斑而知全豹”的能力。教師課后反思按照下面表2形式做總結。

虛擬實驗的“雙案”設計既注重了教師的主導地位，又強調(diào)了學生的主體地位，在教師的整個教學過程中以學生的自主訓練為主線，培養(yǎng)了學生自主學習、探索新知識的能力，并且在學習過程中加強了同學之間相互協(xié)作能力的培養(yǎng)。“雙案”教學在課堂教學中的實施，不僅對學生進行了很好的引導作用，而且對教師完善自己的教學起到了很大的作用，有利于新課改背景下素質教育的進一步完善和發(fā)展。

基金項目：本文受教育部人文社會科學研究規(guī)劃基金項目“初中化學網(wǎng)絡綜合虛擬實驗教學平臺的開發(fā)與應用研究”(編號：10YJA880182)的階段性研究成果。

篇(6)

【關鍵詞】電子商務網(wǎng)站;實驗

【中圖分類號】G420 【文獻標識碼】A【論文編號】1009―8097(2009)12―0119―04

引言

社會分工的發(fā)展曾使高等教育的學科分類和專業(yè)方向越來越細化,但是隨著信息經(jīng)濟、知識經(jīng)濟時代的到來,需要更多創(chuàng)新型人才,而創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)又要求必須傳授廣博的知識。因此,對大學生實施通識教育是當前高等教育發(fā)展的一個大趨勢。20世紀80年代以后流行于歐美的教育理念之一――博雅教育(Liberal learning)就是通識教育,它強調(diào)通過多元化、多樣化的課程體系與“以學生為中心的學習”,培養(yǎng)出知識、能力、道德意識、完善人格和諧發(fā)展的人才。因此,許多學者提出計算機類學生也要加強管理學科的學習,以提高學生的應用能力和解決問題的思維能力;另一方面,目前的管理教學實踐也指出,單純的管理學習既不利于培養(yǎng)學生的實際管理能力,也不利于管理專業(yè)的素質提高,產(chǎn)生了管理人才“紙上談兵”的現(xiàn)象。電子商務專業(yè)的教育正面臨這樣一個新的教學問題。電子商務人才包括技術服務支持人才、一般管理人才和高級管理人才。目前我國高校電子商務專業(yè)片面強調(diào)技術人才的培養(yǎng),忽視了對技術、管理、金融、法律等復合型人才的培養(yǎng),這并不符合中國企業(yè)目前對電子商務專業(yè)人才的實用需求。

一 電子商務專業(yè)課程系統(tǒng)

電子商務是一個理工與經(jīng)管交叉型、復合型新興學科,是一個需要廣泛學科基礎理論訓練和應用實踐能力培養(yǎng)的專業(yè)。電子商務專業(yè)的課程絕不是經(jīng)濟管理知識與計算機知識的簡單疊加。通過對各類高校已有的電子商務專業(yè)課程體系的研究,和社會對電子商務人才需求的分析,電子商務專業(yè)的學生應具有四個層次的能力,它們依次為電子商務建立的網(wǎng)絡硬件、電子商務實施的軟件、電子商務應用、電子商務營運、管理。圍繞這四個層次的能力需求,電子商務專業(yè)的課程體系結構如下圖1所示:

圖1 電子商務專業(yè)課程體系

該課程體系結構的核心為“基礎+核心+特色”?；A類課程是打造學生扎實的經(jīng)濟、管理和計算機理論知識。經(jīng)濟類課程包括宏、微觀經(jīng)濟學、政治經(jīng)濟學;管理學課程包括:管理學、市場營銷、財務管理;計算機類課程包括:數(shù)據(jù)庫原理、計算機網(wǎng)絡與通信、程序設計。核心課程主要闡述了電子商務方面專業(yè)知識和理論。特色課程則是圍繞著電子商務的運營管理而構筑的,主要是綜合運用方面的課程,其目的在于打造學生的實際分析和解決問題的能力。

該課程體系是強調(diào)綜合素質,突出實踐能力、工程能力培養(yǎng)為特點的具有不斷自優(yōu)化功能的實驗體系。在大部分課程中設有實驗部分,從整體角度來整合實驗教學內(nèi)容,以適應電子商務的不斷發(fā)展要求,體現(xiàn)實驗教學內(nèi)容的現(xiàn)代化、信息化、綜合化?；谠撜n程體系,建立了一個完整的實踐教學體系。這一部分主要通過二次社會實踐、二次學年論文、二個專業(yè)實習來整合學生所學習掌握的理論知識,以增強和鍛煉學生實際的項目開發(fā)和管理能力,樹立更好的團隊合作精神。通過電子商務論壇形式,邀請一些成功的職場人士來校做講座,以此形成學生的第二課堂,讓學生直接了解社會最新發(fā)展變化,以拓展他們的視野。同時,鼓勵學生參加國家級、市級、校級電子商務競賽和創(chuàng)業(yè)大賽,開闊學生視野,增加學生參與社會實踐的機會。

另外,電子商務課程需要增加雙語課程,與國際電子商務教育接軌。除了學院的公共外語課程和專業(yè)英語課程,還將國外一些優(yōu)秀的并符合中國發(fā)展的課程作為補充,加入到本科教學中。作者在澳大利亞訪學期間,發(fā)現(xiàn)國外對電子商務課程的實踐性要求更加嚴格,電子商務課程劃分很細。如電子商務課程中,澳大利亞學校設計了如在線購買,在線庫存管理,在線銷售,預算分析,虛擬社區(qū),網(wǎng)站開發(fā)等多門課程來完成教學。每個課程都有相關的實驗設計和考評方案。針對在線支付,他們也有專門的課程來教授。由于他們是私有銀行,因此不同銀行的交易手續(xù)和方法都有區(qū)別。完整而細致的課程設計使他們的學生動手能力很強,畢業(yè)后可以直接進入崗位工作。

二 電子商務網(wǎng)站規(guī)劃與管理課程的教學要求

本專業(yè)培養(yǎng)目標是能夠運用信息技術、經(jīng)濟管理與現(xiàn)代商務管理理論、網(wǎng)絡營銷與電子商務理論進行企業(yè)經(jīng)濟管理、數(shù)據(jù)分析、營銷的復合型電子商務專業(yè)人才。電子商務網(wǎng)站規(guī)劃與管理課程作為專業(yè)核心課程,對所有專業(yè)課程作匯合總結的功效。培養(yǎng)信息技術和管理技能是本課程的重點。其中,信息技術體現(xiàn)在網(wǎng)站規(guī)劃中:市場調(diào)查的數(shù)據(jù)處理技術、網(wǎng)站制作的軟件開發(fā)技術、網(wǎng)站的服務器計算機技術、網(wǎng)站管理的數(shù)據(jù)分析技術。管理技能體現(xiàn)在網(wǎng)站規(guī)劃中市場分析技能、網(wǎng)站頁面設計規(guī)劃技能、網(wǎng)站推廣技巧、網(wǎng)站管理的技能。從網(wǎng)站的可行性分析到最后管理方案全過程都需要有一個項目管理的技能。

電子商務網(wǎng)站規(guī)劃與管理課程中主要講授信息技術和管理技術二個方面的知識,而這兩個內(nèi)容屬于兩個不同的學科和專業(yè)。因此,如何在一門課程中將兩個專業(yè)的知識進行有機配合,實現(xiàn)網(wǎng)絡商務方案,是本課程的難點。一方面,課程教學花一定的時間介紹管理技巧(如SWOT技術、市場細分概念、客戶關系管理等)和信息技術(如統(tǒng)計技能、頁面制作技巧、圖形處理技術、數(shù)據(jù)分析工具等)。另一方面,在教學計劃上把相關知識的課程安排在前期完成,如數(shù)據(jù)分析、管理信息系統(tǒng)、管理學等。

在課程教學中,針對課程的重點和難點,本課程采用現(xiàn)代化教學手段。教師在網(wǎng)上構建立體化互動教學模式。全部課程采用課堂講解、案例分析、學生討論、實踐操作等教學方法相結合的任務驅動式教學模式,構建一套由理論和實踐相結合的教學體系。

國外的教學很注重同學的互動。課堂教學中,教師往往只講解一半的時間,還有一半時間會留給學生進行頭腦風暴的討論,小組作業(yè)或者同學作業(yè)演講。這種方式便于同學對課堂內(nèi)容更加投入,進行自主的學習。對于教學內(nèi)容,他們要求教師將教學內(nèi)容細化并分解,然后按步驟的教學。因此,很多我們認為的難點內(nèi)容,對于他們的教學來說只是教學的步驟多一點,時間長一點。我們教師也發(fā)現(xiàn),當難點被分解講解后,同學可以很容易接受,而且不易有誤解。

三 電子商務網(wǎng)站規(guī)劃與管理的實驗環(huán)節(jié)設計

電子商務是一個理工與經(jīng)管交叉型、復合型新興學科,是一個需要廣泛學科基礎理論訓練和扎實應用實踐能力培養(yǎng)的專業(yè)。按照傳統(tǒng)的教學方式無法滿足教師的教學需要,學生在學習過程中也覺得很費勁,過于虛擬,不易有直觀感覺。根據(jù)這種情況我們建設商務網(wǎng)站立體教學包和直接可以操作的實踐環(huán)節(jié),讓學生可以自己開發(fā)和經(jīng)營網(wǎng)站,不僅學習了知識,還可以獲得一些實踐經(jīng)驗。

本課程內(nèi)容以商務網(wǎng)站規(guī)劃與管理的實踐為線索來確定課程的知識結構。通過本課程的學習,學生達到以下基本要求:1)要求學生能夠全面掌握網(wǎng)站規(guī)劃的基本知識和方法;2)能夠初步應用理論知識分析、設計和制作網(wǎng)站;3)要求學生能夠較好地理解相關內(nèi)容和方法,能夠對商務網(wǎng)站進行、推廣、分析、管理和評估。根據(jù)課程具有的實用性的特點,實驗環(huán)節(jié)在教學過程中應占有重要地位。

1 電子商務網(wǎng)站規(guī)劃報告

電子商務網(wǎng)站的目的是為電子商務企業(yè)服務的。本實驗要求對企業(yè)環(huán)境進行分析,并規(guī)劃電子商務網(wǎng)站如何為企業(yè)服務,實現(xiàn)企業(yè)的經(jīng)營目標。實驗者將選擇一個熟悉的行業(yè)或者已經(jīng)成立的公司為調(diào)查背景,然后分析其行業(yè)狀況,公司發(fā)展狀況和對電子商務的需求。根據(jù)當前的經(jīng)濟社會狀況,確定該企業(yè)的商業(yè)模式。針對新的商業(yè)模式做詳細的市場分析(其中客戶分析和競爭對手分析為必做項目),確定建立電子商務網(wǎng)站的目的。

2 電子商務網(wǎng)站制作

此實驗幫助學生應用計算機技術來解決實際問題。根據(jù)網(wǎng)站的規(guī)劃報告,收集制作網(wǎng)站的必備信息,規(guī)劃網(wǎng)站的功能,并設計網(wǎng)站的流程和網(wǎng)站的欄目。最后應用網(wǎng)頁制作工具將制作出一個完整的網(wǎng)站程序頁面。

3 商務網(wǎng)站的推廣營銷

網(wǎng)站制作并后,是沒有點擊量的。這個時候實驗者要應用推廣營銷技術進行網(wǎng)站的推廣營銷。根據(jù)課堂講授的網(wǎng)站推廣營銷技術和手段,和網(wǎng)站的成本要求,實驗者要設計一套商務網(wǎng)站推廣方案。

4 商務網(wǎng)站管理策略

商務網(wǎng)站的管理主要是客戶管理、商品管理和決策分析系統(tǒng)等內(nèi)容。本實驗延續(xù)前面實驗的結構,完成商務網(wǎng)站的管理方案的分析和設計,其中包括客戶管理、商品管理、決策分析管理和安全管理。

四個實驗的設計目的是通過實驗環(huán)節(jié)加深學生對理論知識的認識,并增強應用和創(chuàng)新能力。其對能力的培養(yǎng)可參看下圖2。

圖2 實驗環(huán)節(jié)設計

本課程實驗教學環(huán)節(jié)采用了靈活的小組方式完成,完成后每小組選派同學上臺演講向全班同學演示,并由其他小組對分析和設計提出疑惑,再由該小組同學進行解答,最后由全班同學互評分數(shù)。這種教學方式在課堂上展開了頭腦風暴式的討論,充分調(diào)動了同學的積極性,激發(fā)了同學的興趣。同學將好的作品在外投稿,參加校園網(wǎng)上創(chuàng)業(yè)活動和阿里巴巴舉辦的“明日網(wǎng)商”比賽,獲得了很好的成績。

學生的評分環(huán)節(jié)在國外教學有舉足輕重的地位。通常要求教師在實驗前清楚告知同學評分標準,并對每個評分標準有詳細解釋。同學會根據(jù)評分要求來完成實驗,教師則必須嚴格按照評分標準來評分,避免不公平的現(xiàn)象。

本實驗課程學生評分以小組宣講計劃書內(nèi)容為主,要求闡明計劃書各個部分內(nèi)容,具體評分標準為:各部分內(nèi)容邏輯清晰、合理(40%);計劃書具有可行性(30%);創(chuàng)業(yè)的盈利模式具有可借鑒性(30%)。

教師評分以小組提交的實驗報告為主,要求各個部分闡述有邏輯、有調(diào)查數(shù)據(jù)的支持,具體評分標準如下表:

表1 實驗評分標準

*以上評分標準對學生公開,學生互評也可參照此標準。

*學生互評和教師評分各50%,作為該實驗的最后評分。

四 總結

本文基于電子商務網(wǎng)站規(guī)劃與管理課程的特色并結合國外教學的經(jīng)驗,設計了一套學生可以活學活用的實驗計劃。在實施中,受到同學的好評。但對于實驗中會出現(xiàn)因為時間不夠,同學設計的網(wǎng)站不夠精美的現(xiàn)象?？梢钥紤]改為現(xiàn)有網(wǎng)站的體驗報告,并設計改進方案。

本課程實驗設計環(huán)節(jié)是根據(jù)電子商務專業(yè)特色,并結合本課程在專業(yè)課程中的地位和作用而設計。和以往的課程實驗比較有如下特點:

實驗內(nèi)容具有可操作性。在本科教學中,不是所有的課程都有實驗。因為有些課程很難開設出讓同學具有可操作性的實驗。本課程如果單從內(nèi)容上看,也是虛化的內(nèi)容多,動手操作的內(nèi)容少。在實驗設置上,本課程將項目計劃書和網(wǎng)站制作相結合,以電子商務網(wǎng)站為主導線索,從規(guī)劃、制作、推廣到管理策略一步步實現(xiàn)了一個網(wǎng)絡創(chuàng)業(yè)的計劃。同學普遍覺得學有所得,而非泛泛而談,也絕非紙上談兵。

考核目標明確。管理類的課程作業(yè)和實驗因為不能像一些工科類科目做具體的程序項目,往往內(nèi)容和考核目標比較虛化。在這方面,國外的教育比較成熟,他們對每個知識點進行細剖,然后針對課業(yè)有明確的評分點。就拿烹飪課程來說,對于一份菜式的肉要切多大,配菜要幾克,其形狀和大小都有明確要求。這樣學生對考核內(nèi)容也非常明確。

實驗設計囊括了電子商務專業(yè)的重要課程。本課程是專業(yè)核心課,本身有一種匯總其他多門專業(yè)課程的特點。課程實驗設計考慮到這一點,并注意對學生能力的培養(yǎng)。四個實驗完成后,同學會發(fā)現(xiàn)實驗完成了一次電子商務專業(yè)課程的復習,同時培養(yǎng)了學習能力、實踐能力、通用能力和創(chuàng)新能力。

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參考文獻

[1] 宋文官,胡蓉,徐文,編著.商務網(wǎng)站規(guī)劃設計與管理[M].北京:清華大學出版社,2008.

[2] 寧華.論電子商務實驗課程體系構建[J].旅游學刊, 2005,(12):91-93.

[3] 胡玫艷.電子商務實驗教學研究[J].實驗室研究與探索,2006,(10):1223-1245.

篇(7)

據(jù)俄羅斯《探索報》報道，俄羅斯、烏克蘭和哈薩克斯坦3國的5所工科大學將在高校教學實踐中首次試運行聯(lián)合網(wǎng)絡考試系統(tǒng)。各個學校通過互聯(lián)網(wǎng)把學校的教室和實驗室連接起來。通過使用多媒體技術，以電視會議的形式，這些大學的所有學生可以同時聽講座或者進行討論。

這5所大學分別是：莫斯科動力學院、波羅的海國立技術大學、塞瓦斯托波爾國立技術大學、鄂木斯克國立技術大學、卡拉岡達國立技術大學。各大學擬于下一學年制定統(tǒng)一的課程目錄，使學生都有機會參與個性化的教學計劃，并使學生選擇理論課的可能性提高5倍。為此，各大學將建立校際電子圖書館以便保存教學資料。

此外，各校實驗室的聯(lián)合也引起了師生的廣泛興趣。通過遠程管理技術，學生有機會利用伙伴學校的實驗設備進行工作。專門建立的通訊體系使利用其他學校的先進設備進行全班教學成為可能。目前，大多數(shù)前蘇聯(lián)加盟共和國都沒有足夠的資金購買教學實驗設備，學校之間的聯(lián)合成為一種相互幫助和支持的方法。

莫斯科動力學院培訓中心主任阿列克賽·葉利耶夫表示，各個學校使用的遠程設備管理技術不僅對教學過程，而且對完成實驗設計工作都十分有效。他說，建立現(xiàn)代自動化生產(chǎn)模擬實驗室往往需要幾千萬盧布，在設計的過程中，某些配置的更換會大大增加實驗室的建設成本。如果現(xiàn)在一些學校要建立新的實驗中心，在已有的設備基礎上，可以通過網(wǎng)絡租用其他學校的機器，而不是花錢購買設備，為學校節(jié)約了成本。

（中國駐俄羅斯大使館教育處王大軍供稿，2011年12月31日）

英國劍橋大學將全面實現(xiàn)牛頓手稿數(shù)字化

據(jù)英國廣播公司新聞網(wǎng)2011年12月12日消息，劍橋大學將牛頓筆記本上的內(nèi)容公布在網(wǎng)上，目前已掃描4 000多頁內(nèi)容，包括數(shù)學原理批注、牛頓運動定律和萬有引力定律的復印本。這些文獻主要用拉丁文和希臘文撰寫。

劍橋大學計劃把圖書館內(nèi)所有有關牛頓的藏品都公布在網(wǎng)上。這標志著“劍橋數(shù)字圖書館項目”的啟動，該項目旨在將館藏全面數(shù)字化。

在牛頓的幾份原稿上，還可以看到英國皇家學會研究員托馬斯·佩利特潦草的字跡“不適合印刷”。牛頓去世后，佩利特曾要求審查牛頓的論文，決定哪些論文可以公開，哪些應保留。

劍橋大學圖書館負責數(shù)字化的職員格蘭特·楊稱：“牛頓的成果會被選中，是因為它們可能是科學史上最重要的論文和文獻。任何一個人，不管他身處何地，只要輕點鼠標，就可以看到牛頓是怎樣得出結論的，能夠了解他理論和實驗的發(fā)展過程。但在今天之前，任何人想看到這些都必須來劍橋?，F(xiàn)在我們將劍橋大學圖書館推向了世界?！?/p>

在未來幾個月里，網(wǎng)站上還會增加8 000多頁牛頓的作品。達爾文的成果也在數(shù)字化工作之內(nèi)。

（首都師范大學物理系曹雪編譯，2012年1月6日）

美國麻省理工學院擴大在線課程范圍

據(jù)美國《紐約時報》2011年12月19日報道，麻省理工學院將啟動新項目，允許任何人在任何地方免費在線學習麻省理工學院的課程。新學習平臺（M.I.T.x）將形成一個虛擬的全球學習者社區(qū)，同時通過豐富課堂和實驗室體驗的在線工具，來加強對麻省理工學院本校學生的教育。

麻省理工學院行政工作負責人拉斐爾·賴夫表示，有許多人將會很樂意通過共享麻省理工學術資源的方式來強化自己的教育背景，這些人也大都有資格獲取麻省理工學院頒發(fā)的證書。

麻省理工學院早在10年前就把幾乎所有課程資料都上傳至網(wǎng)絡，率先開啟了在線學習的時代。該校公開課程系統(tǒng)（Open Course Ware）現(xiàn)已囊括幾近2 100門課程，有超過1億的使用者。

新的互動在線學習平臺將提供給學習者使用在線實驗室、自我評估以及學生與學生之間討論等功能。雖然該軟件的使用是免費的，但如果想獲得學分，將可能會有一小筆“學生負擔得起”的費用，該費用的數(shù)額尚未確定。賴夫認為，對于主動爭取的人來說，應該要付出一些代價，重點是要讓這個代價讓人感覺非?！捌揭捉恕?。

完成課程的學習者將獲得麻省理工學院新設立的的非營利組織頒發(fā)的證書。這一證書帶來的收入將用以支持M.I.T.x平臺以及協(xié)助麻省理工學院完成其他項目。

喬治亞理工學院二十一世紀大學中心主任理查德·德米洛說：“麻省理工學院提供的證書將是一個新突破。如果我仍然在業(yè)界工作并且有人帶著M.I.T.x的證書來求職，我會接受這份證書。”

麻省理工學院希望其他大學也利用這個平臺來提供其免費在線課程。賴夫介紹，麻省理工學院已向該計劃投資數(shù)百萬美元，該校預期未來將通過基金會及其他方式募集資金。

（《世界教育信息》編輯部編譯，2011年12月19日）

俄羅斯政府2011年共建立2 000多項

教育電子資源

據(jù)俄羅斯新聞網(wǎng)2011年12月3日報道，俄羅斯聯(lián)邦教育與科學部新聞稱，2011年共完成2000多項電子教育資源建設，其中包括專為有身心障礙的兒童設計的學習材料。教育與科學部亞歷山大·普羅寧援引該新聞表示，落實該項計劃最主要的目的是通過提供有效的電子教學資源改變學習過程，提高學習者的學習效果。

普羅寧說，近3個月，聯(lián)邦信息教育資源系統(tǒng)每月平均點閱率都超過85萬次。他希望，2012年月平均點擊率能超過百萬。