仿真实验教学范文10篇

仿真实验教学范文篇1

关键词：药学；虚拟仿真；实验教学平台

药学是一门实践性很强的学科，实验教学是药学人才培养中必不可少的环节，其主要任务是让学生掌握必要的药学实验知识和实验操作技能，为相应理论知识的掌握和药学创新研究工作的开展打下基础。根据教育部有关文件[1-3]，借鉴其他药学类院校的建设经验[4-5]，以培养药学创新人才为目标，结合我校药学实验教学的实际需要，在前期建设基础上，药学实验教学中心对原有各学科虚拟实验教学资源进行了整合，打破了实验教学内容的学科、课程限制，形成了基于药学系统研究的整体教学体系，面向各学科学生提供了一个资源共享的平台，2015年获批为广东省药学虚拟仿真实验教学示范中心。在三年多的建设期中，以培养综合创新性药学人才为目标，秉承“能实不虚、虚实结合”的建设理念，将药学类基础性、综合创新性以及示范性虚拟仿真实验教学项目有机结合，构建了药学创新人才培养的虚拟仿真实验教学平台，并在实验教学体系建设、人才培养、成果推广等方面取得了明显成效。

1药学实验教学的不足

近年来，各药学类院校在专业实验课程教学方式、教学内容、教学手段等多方面加大了改革力度，取得了很多教学改革成果。但在实验教学过程中，由于多种客观条件的限制，也为实验教学带来了诸多困难。（1）时间和空间的限制增大了系统完成实验的难度。药学相关实验具有相当程度的连续性，尤其是血药浓度测定、药物合成、天然产物提取分离和结构鉴定、体内/外抗肿瘤活性测定、药物-靶蛋白相互作用分析等综合创新性实验，需要较多的时间保证，使在单位时间连续完成实验的难度增大。（2）实验的安全性风险限制了部分实验课的开设。受特殊条件限制，部分实验内容的开展受到制约。因药学类相关实验广泛涉及有毒试剂、易燃易爆试剂、细胞、细菌、病毒，增加了实验操作过程中的安全性风险，如果操作不当将直接对人体产生不可估量的损伤，相应的实验废弃物回收与无害化处理也大大增加了教学成本，这些都限制了部分实验内容的开展。（3）教学成本与设备条件限制了学生动手操作的机会。药学类相关实验所涉及的部分耗材，如SPF级实验动物饲养，其条件严格且数量有限，部分细胞、细菌株极其珍贵，试剂、药品的消耗也不容小觑，这些因素限制了课程的开设。对于一些综合性实验，受设备台套数的限制，无法使每个学生都动手操作，学生实验参与率大大降低。

2开设虚拟仿真实验教学的优势

虚拟仿真实验教学是依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通信等技术，构建高度仿真的虚拟实验环节和实验对象，在虚拟环境中开展实验，以便在真实实验条件不具备或难以完成的条件下，实现教学效果的教学方式。虚拟仿真实验教学在教育教学领域得到越来越多的应用，是教育信息化的重要组成部分[6]。虚拟仿真实验教学具有效率高、可扩展性强、操作安全、高度开放和资源共享等特点[7]，药学虚拟仿真实验教学是高等教育信息化建设和药学实验教学中心建设的重要内容，是药学专业与信息技术深度融合的产物。作为传统真实实验的有效补充和延伸，药学虚拟仿真教学实验有利于培养学生创新意识，发散学生科学思维，增加学生动手操作机会，节约教学成本，是进行实验教学改革的手段；符合药学教育规律和发展趋势，能够有效利用学生的课余时间，发挥学生的主观能动性和开拓性，是学生自主学习的平台，为高素质应用型药学人才培养提供了保障。近年来，国内多个药学类高校结合自身教学需要，利用虚拟现实技术开发了药剂学[8]、分析化学[9]、中药化学[10]、中药制剂分析[11]等虚拟仿真实验教学项目，建立了虚拟仿真实验教学平台，并在教学中得以应用。

3药学虚拟仿真实验教学平台的建设与应用

3.1平台构建。本虚拟仿真实验教学平台突出以学生为中心的教学理念，加大了综合创新性实验在实验教学中的比重，形成了药学虚拟仿真实验教学体系。首先，将药物化学、药理学、药剂学、药物分析学、生药学等药学类主干课程及中药学、生物制药学多年来积累的虚拟仿真实验教学资源有效整合。其次，逐步将一些实验项目虚拟化，同时建设一系列限于时间、空间以及硬件条件无法实操的虚拟仿真实验教学项目。建成的虚拟仿真实验教学平台如图1所示。目前，平台已建立有机化学与药物化学、药理学与分子生物学、药用植物学与生药学、药剂学、药物设计类等基础性实验虚拟仿真项目21项，建立药学创新综合大实验/新药研发及生物活性测定类综合创新性虚拟实验项目8项，建立示范性虚拟仿真实验教学平台，包括“道地药材广地龙加工炮制的虚拟实验教学项目”“重组SOD2蛋白中试规模制备的虚拟教学实验项目”“珍稀药材肉苁蓉加工炮制的虚拟实验教学项目”“珍稀药材蕲蛇加工炮制的虚拟实验教学项目”等4个实验项目。此外，还构建了药学实验教学中心虚拟可视化系统，可真实呈现药学各学科实验室的基本概况，通过不同功能模块支撑学生自主学习。整合后的平台资源优化、功能集约、开放、高效，为学生的自主学习、自主实验和创新活动创造了条件，有效补充了实验教学资源，促进了学生学习兴趣和实验操作技能的提升。3.2应用与共享。在教学过程中，首先让学生通过虚拟仿真实验教学系统，对实验的整体和关键步骤建立初步认识，经过思考、消化再进行真实实验操作时，就会目的性更强、更有把握，能够在很大程度上提高实验教学效率。针对那些由于条件限制现阶段不宜开展的实验项目，虚拟仿真实验教学系统具有一定的替代作用，有兴趣的学生能够通过此平台进行学习和认识，为将来进一步的实践和研究奠定基础。虚拟仿真实验与实际实验相结合，可以提高实验教学效率，又是真实实验教学的补充，是提升教学效果的有效途径。由于我校为侨校，学生为来自中国大陆、港澳台及其他多个国家和地区的华侨华人子弟，我校虚拟仿真实验平台辐射的用户群体非常丰富。该平台除了对我校药学、中药学、生物制药学等相关专业本科生实验教学开放外，在相关专业的本科毕业专题实习、大学生创新工程项目设计和实施上也起到了积极作用。目前平台注册人数达到300余人，每月操作量平均为1400余人次。该虚拟仿真实验教学平台的所有教学资源，还采用分布式网络支撑平台构架，面向校内外开放共享，使平台效益最大化。由于网络平台共享优势，本平台的虚拟仿真实验教学项目受众包括但不限于高等院校、医院及科研机构，具有良好的同行影响力和社会价值。3.3教学成果与示范推广。本平台已建设应用的4项示范性虚拟仿真实验教学项目中，“道地药材广地龙加工炮制的虚拟仿真实验教学项目”和“重组SOD2蛋白中试规模制备的虚拟教学实验项目”分别获得2017、2018年度教育部部级示范性虚拟仿真实验教学项目认定，已在教育部网站（）面向全国开放共享近两年，我院也因此成为目前国内药学类项目获批数量最多的高校之一。其中，“道地药材广地龙加工炮制的虚拟实验教学项目”截至2019年8月30日，累计浏览量4933人次，698人参与实验体验学习并评分，平均得分4.9（满分5分）；“重组SOD2蛋白中试规模制备的虚拟教学实验项目”截至2019年8月30日，累计浏览量5089人次，258人参与实验体验学习并评分，平均得分4.7（满分5分）。

4特色与创新

4.1虚拟仿真实验教学体系建设。秉承“虚实结合、协同创新”理念，将原有各学科虚拟实验教学资源进行整合，打破了实验教学内容的学科、课程限制，形成了基于药学系统研究的整体教学体系，面向各学科学生提供了一个资源共享平台。结合虚拟仿真项目优势，开展具有实际应用价值但限于种种条件而无法在实验室开展的实验，支撑学生进行拓展学习，完善知识链系统。4.2信息化人才培养模式创新。虚拟仿真实验教学具有良好的交互性、开放性和共享性，丰富了实验内容，增加了学生动手虚拟操作的机会，节约了教学成本，是实验教学改革的手段，是推进现代信息技术融入实验教学、拓展实验教学内容广度和深度、延伸实验教学时间和空间、提升实验教学质量和水平的重要举措，符合药学教育规律和发展趋势，是高素质创新型药学人才培养的新模式。4.3药学创新人才培养。药学虚拟仿真实验教学平台旨在培养符合社会需求的药学创新人才，该平台不但包括基础实验操作项目，也将本院卓越的科研成果虚拟化，形成了综合创新性虚拟仿真实验教学项目。该平台将科研的理念、思维模式和具体的实验操作相结合，提升本科生和研究生的科研能力，为培养综合性药学创新性人才发挥了积极作用。

5结语

仿真实验教学范文篇2

关键词：医学检验；虚拟仿真；实验教学

医学检验是一门注重实践性和操作性的专业，尤其2012年教育部将培养目标由五年制培养“从事医学检验及医学类实验室工作的医学高等专门人才”改为四年制培养“从事医学检验及医学类实验室工作的医学技术高级专门人才”[1]，着重强调了专业实验能力和操作水平。现医学进入精准医疗的大数据时代，传统的“规定动作”教学已不能满足技术日新月异的变化，各类因素极大程度的制约着教学效果，借助虚拟仿真技术（virtualreality，VR）可有效改善这些问题。VR技术是一种以计算机为核心的新型认知工具和知识载体，利用高科技生成虚拟环境，使操作者具有视、听、触觉一体化的沉浸感[2]，可借助特殊设备与虚拟环境交互，达到身临其境的感受和体验。本文对医学检验虚拟仿真实验教学平台建设现状进行分析，为建设医学检验虚拟平台提供新思路。

1传统医学检验实验教学存在的弊端及VR解决方案

1.1验证实验占比大，学生操作机会少传统实验教学一般由实验技术人员备好实验项目所需仪器、试剂和样品，在讲授实验目的、原理、方法步骤和注意事项后，学生“依葫芦画瓢”进行实验。通过VR平台，可实现“实验准备→预实验→实验操作→结果分析”等流程操作。为培养学生的专业思维和创新素质，可在平台中设计开放式、研究式的实验教学[3]。目前临床在用的医学检验仪器多为全自动化操作，价格昂贵，且实验场地有限，加上招生规模扩大，无法做到人手一台进行操作，大大制约了学生的动手操作能力。VR通过一台计算机或一套虚拟设备即可模拟整套医学检验虚拟实验室，容纳检验科相关仪器设备，学生通过模拟实验过程，可反复进行操作练习，分析实验步骤，注意操作细节，熟练后再实际动手操作，虚实结合可有效避免因实验某一步骤出错而导致实验无法继续进行。1.2生物安全隐患大，形态教学难度大医学检验实验课多以临床病人的血样、尿样等为操作样本，可能存在病原体等安全隐患[4]，检测正常人样本又限制了学生对患病标本的认知。通过VR，可减少学生对于患者标本的接触[5]。教学使用的标本片通常有使用期限，对于罕见病的标本来源相当不易[6]，采用虚拟构建标本库，如以临床血液学检查教学课程为目录，建立骨髓形态涂库，可对正常血细胞、红细胞疾病和急性白血病等涂片进行形态学观察，教师可通过在涂片中设计添加指引箭头、标识区域和文字等方便学生课前预习和课后复习。1.3运行维护成本高，实验耗材用量大医学检验仪器设备和实验耗材是实验教学的物质基础，而仪器价格昂贵，折旧率高，更新换代快[7]，VR可及时更新最新仪器和相关知识，使学生及时掌握前沿技术操作。仪器的维护成本高，如显微镜灯泡寿命短，学生缺乏仪器保养相关常识等，通过VR仪器内部结构，学生可了解仪器管路的走向，光路的构成，掌握仪器维护和保养，设置简单、常见的电路故障引导学生排除故障等。传统教学使用耗材用量大，回收再利用率低，部分实验耗材还存在污染处理等问题，VR可模拟实验操作，节省资源。1.4知识扩展能力差，课程分隔不系统传统的“三段式”教学已经无法跟上科学技术发展的脚步。例如我国医学检验专业基本都是按照大型医院检验科所需岗位进行培养，实验室配置基本与医院检验科相符。但随着快速检测技术发展，应急检验医学应运而生，其检测以干式为主，与常规仪器操作及原理均存在差异，设备更新换代快，采用VR可使学生及时掌握最新技术[8]。传统的医学检验实验教学是以课程为单位，但在临床工作中面对各种标本，可能存在复杂的病变，需要检测后对实验结果综合分析，这就要求建立医学检验虚拟仿真实验教学系统，将知识糅合并融会贯通，才能灵活应变临床工作中的各类标本。

2医学检验虚拟仿真实验教学平台的探索

医学检验专业是一门与临床紧密贴合的专业，实验课程复杂多样，包括：临床检验基础、生物化学检验、免疫学检验、病原学检验、血液学检验、分子诊断学等，实验仪器性能和操作方法均不相同，而市售虚拟平台较少，经考查多数不够成熟或与我省检验科常用仪器不配套等，无法满足教学要求。综合传统医学检验实验教学存在的问题，加上用人单位需求反馈，建议分模块建立医学检验虚拟仿真实验教学平台。2.1医学检验常用仪器与实验虚拟仿真操作平台医学检验从纯手工走向现代化，根据培养目标和人才需求，我们拟建立以下实验操作虚拟仿真操作平台：①全自动生化仪虚拟实验操作系统；②全自动五分类血液细胞分析仪虚拟实验操作系统与血常规分析；③全自动血球分析仪虚拟实验操作系统与外周血成分计数分析；④尿液干化学分析仪和尿沉渣分析仪虚拟实验操作系统与尿常规影响因素分析；⑤血沉仪虚拟实验操作系统与血沉检测；⑥全自动血凝仪虚拟实验操作系统与凝血影响因素分析；⑦血小板聚集仪虚拟实验操作系统和血小板聚集实验；⑧血培养仪虚拟实验操作系统；⑨显微镜与共聚焦显微镜虚拟实验操作系统；⑩荧光定量PCR仪虚拟实验操作系统；⑾流式细胞仪虚拟实验操作系统与白血病诊断的应用；⑿多标记微孔板检测仪虚拟实验操作系统与ELISA检测中的应用；⒀细菌鉴定药敏仪虚拟实验操作系统；⒁临床常见阳性球菌检验鉴定要点临床思维训练系统；⒂特种蛋白分析仪虚拟实验操作系统。2.2医学检验仪器维修虚拟仿真平台随着科技发展，临床检验仪器不断精密化，智能化、小体积化。临床检验仪器维修是医学检验的专业课程，是一门多专业交叉的学科，教学难度较大，需要学生掌握设备结构、工作原理、日常维护和故障排除，而设备数量少且昂贵，实训时数受限等因素大大制约了教学效果。通过VR，学生可以对仪器进行拆卸、维修、组装及调试，极大程度的解决了上述问题[9]。在培养学生该类技能的同时，也为医学检验专业学生扩宽了就业方向。目前我国致力于医用诊断设备研发的生物医药器械公司不断增多，检验仪器国产化需要大量具有医学检验相关背景的人才。2.3医学检验虚拟仿真实验教学网络管理平台建立虚拟检验科基本技能训练和考核系统，可以打破传统通过实验报告考核学生实验水平的弊端，除了建立实验操作练习，系统还可设置思考题、实验测评、关键步骤考核等内容，教师可通过后台管理，看到每位学生的操作过程、考核成绩，了解学生实验操作中难点、易错点，通过后台程序加标加文字等方式不断完善系统。

3医学检验虚拟仿真实验教学平台建设中存在的困难

仿真实验教学范文篇3

关键词：物理实验教学；虚拟仿真实验技术；动手能力；创新能力

随着现代科技的快速发展，计算机和互联网等技术在教育领域得到了广泛推广、普及和应用，这就为传统的物理实验教学注入了新鲜的血液，增强了物理实验教学的效果。虚拟仿真实验技术是前沿技术，可以突破实验仪器和设备不足等限制，帮助学生直观、形象地模拟各种物理实验的操作过程，有利于促进学生积极投入到物理实验教学中，不断提升物理实验教学效率。本文以虚拟仿真实验技术为例，对虚拟仿真实验技术在物理实验教学中的应用进行探讨。

一、传统物理实验教学的弊端

1.完成实验的模式比较单一。在完成物理实验之前，教师一般会对实验目的、实验原理以及实验过程进行详细的讲解，甚至每个学生都有分发的实验详解材料，材料包括了操作实验的所有步骤和实验连接图，然后学生根据教师的讲解和实验材料完成实验。在这样的实验过程中，虽然每个学生都能够得出准确的实验结果，但是没有注重学生自主探究的过程，他们只是照本宣科地按照教师的指导和材料的要求来完成实验。因此，这种传统的物理实验教学模式没有充分发挥学生的主体作用，学生只是根据资料进行操作，不能培养自主探究能力和创新能力。2.学生对物理实验课的重视程度不高。通过调查发现，学生对实验课的重视程度远不如对理论课的重视程度高。而且教师在讲解实验时，有的学生基本不听，导致他们在完成实验的过程中也是流于形式，没有亲身去探究。而且由于实验课需要学生通过合作的方式进行学习，因此课堂比较混乱，一些学生会在其中插科打诨。3.考核方式不合理。传统的物理实验考核方式主要是教师检查学生的实验结果和实验结论是否正确，如果实验结果正确，教师签字后就可以离开了，因而教师不能检查到每个学生的实验操作过程是否正确。在做物理实验的过程中，有的学生甚至抄袭其他同学的数据，因为实验室的仪器配置一样，并且实验原理和操作过程一样，这就使得每个学生得出的实验数据很接近，如果学生根据正确结果进行略微的改动，教师是很难发现的。在完成物理实验的过程中，教师需要指导和解决学生在实验过程中遇到的问题，只能观察和监督个别学生，而不能注意到每一个学生，所以有的学生就滥竽充数，等着抄袭其他同学的实验数据。

二、虚拟仿真实验技术应用于物理实验教学中的优势

1.虚拟仿真实验技术有助于学生的学习。虚拟仿真实验技术是信息技术的产物，它看起来比较复杂，其实是比较简单的，它主要将实验仪器和实验详细的操作步骤整合到网上，然后学生自主预习和操作，从而更加牢固地掌握物理实验。虚拟仿真实验技术应用到物理实验教学过程中，有助于提高学生的创新能力和自主探究能力，因为学生随时可以通过计算机系统进入虚拟仿真实验系统，然后自主进行探究实验和研究实验。通过将虚拟仿真实验技术应用到物理实验教学过程中，学生在物理实验的学习中可以不受时间和空间的限制，提高了应用物理知识的能力。2.虚拟仿真实验技术有利于激发学生的学习兴趣。在进行物理实验时，学生主要是依靠自己对实验的理解，再根据实验讲义完成实验，这样的过程一般很枯燥，很难保证学生对物理实验感兴趣。而且学生对物理实验的重视程度不够高，在完成实验的过程中也不够认真。但是将虚拟仿真实验技术应用到物理实验教学过程中，就可以提高学生对物理实验的学习兴趣，因为虚拟仿真实验系统可以让学生亲自操作计算机完成实验，不仅生动形象，而且效果逼真。3.虚拟仿真实验技术有利于转变单一的实验教学模式。传统的物理实验教学模式比较单一，形式也比较固定，教师是实验过程中的主体，学生的主观能动性得不到发挥。而将虚拟仿真实验技术应用到物理实验教学过程中，学生的学习方式就从根本上发生了转变，学生可以自主预习实验、自主探究实验、自主总结实验，有助于提高综合素质。学生在通过虚拟仿真实验系统完成实验时，不仅不需要担心仪器的损坏，而且不用担心实验仪器存在的危险。而且学生在完成实验之后，就可以通过虚拟仿真实验系统对自己的实验进行全面的评价，在一定程度上也减轻了教师的工作量。因此，将虚拟仿真实验技术应用到物理实验教学中，有助于提高教学质量和教学效率。4.虚拟仿真实验技术有助于客观评价学生的实验能力。传统的物理实验评价方式主要是教师对学生的实验数据和结果进行评判，无法关注到每个学生的具体操作过程，因此就无法正确判断学生的实验能力。教师如果不知道学生的具体情况，或者学生在实验过程中遇到的问题，那么就不能发挥物理实验教学的作用。虚拟仿真实验系统中不仅包括了教师指导、实验内容、仪器设备，而且包括实验过程分析和数据处理，因此学生可以通过虚拟仿真实验系统，利用多种方法来完成同一实验。另外，虚拟仿真实验系统会记录学生的每一个过程，学生在完成实验后也可以对自己的操作过程进行分析，进而知道自己实验中的错误，这有助于其更加全面地掌握物理实验。传统的考核方式中，教师无法对学生的实验过程进行正确的评价，而学生通过虚拟仿真实验系统进行实验考试，可以有效避免他们作弊的现象，能有效提高他们对物理实验的重视程度。5.虚拟仿真实验技术有利于提高教学质量，弥补学校硬件方面的不足。建立物理虚拟仿真实验平台，不仅实现了学生的自主学习，而且在很大程度上加强了虚拟实验的模型设计，能建设与理论考试相结合的在线实验预习环境。当前，一些学校处于发展建设的过程中，师资力量不充足，资金也不充足，而建立虚拟仿真实验平台，可以从根本上解决实验仪器状况及师资力量不足的问题。传统的物理实验教学方式需要学生抄写实验步骤或者打印实验讲义，而虚拟仿真实验系统可以代替学生按书本抄写实验步骤、实验原理的过程。另外，学生可以在虚拟仿真实验系统中对实验进行预习，熟悉实验原理和仪器的使用方法，实现了从预习到操作到评价的完整学习过程。因此，将虚拟仿真实验技术应用到物理实验教学中，不仅可以提高物理实验教学质量，而且可以提高学生的自主探究能力。

三、结语

综上所述，在中职物理实验教学中应用虚拟仿真实验技术，可以为学生创设一个虚拟的“真实”的实验操作情境，有助于学生的学习，有利于激发学生的学习兴趣，有利于转变单一的实验教学模式有助于客观评价学生的实验能力，有利于提高教学质量。因此，物理教师在中职物理实验教学中要合理应用虚拟仿真实验技术，不断提高学生的实验能力和自主探究能力，进而提升物理实验教学质量。

参考文献：

[1]梁昌慧.虚拟技术在物理实验中的应用[J].陕西教育,2016(12).

[2]李邵阳.电子信息技术在高中物理电学实验中的应用[J].电子技术与软件工程,2018(16).

[3]张新鲁.浅谈仿真实验与数字实验在物理教学中的应用[J].中学物理,2012(16).

[4]王精国.虚拟仿真技术在物理实验教学中的应用[J].中小学数字化教学,2018(03).

仿真实验教学范文篇4

关键词:天然药物化学;虚拟仿真;建设;思考

虚拟仿真实验教学是课程建设与信息技术深度融合的产物，在很大程度上可弥补客观实验条件的不足，为学生模拟接近真实的训练环境，在提高学生实验操作技能方面发挥着重要作用［1－3］。虚拟仿真可以根据不同需求创建各种形式的实验教学场景，供学生完成多种类型的实验项目，达到优化实验教学环境、延伸实验教学内容、提升实验教学水平的目的［4－5］。到目前为止，教育部认定了400多个国家虚拟仿真实验教学项目，以推动“虚实结合”的个性化、智能化的实验教学新模式，其目标是形成专业布局合理、教学效果优良、开放共享有效的高等教育信息化实验教学项目示范新体系，支撑高等教育教学质量的全面提高［6－8］。

1天然药物化学实验教学现状

天然药物化学实验是天然药物化学教学的重要组成部分，其教学目的就是要让学生掌握天然药物化学的基本理论和操作技能，注重理论与实践结合。传统的天然药物化学实验课是以老师利用PPT等现场讲授并结合示教、学生再动手操作进行验证性实验为主的教学模式。目前天然药物化学实验教学的现状如下:

1．1实验教学学时不足

我校药学专业开设的天然药物化学实验学时为48，而香豆素类、蒽醌类、黄酮类、萜类、甾体、生物碱类、挥发油类等都是天然药物中常见的有代表性的化学结构类型，每种类型从提取分离到理化鉴别和结构鉴定至少需要约12学时。就“大黄中游离蒽醌的提取、分离与鉴定”实验而言，在12学时内让每个学生熟练掌握该试验涉及的酸水解、回流提取、减压蒸馏、pH梯度萃取、理化鉴别、柱色谱、薄层色谱等操作存在很大难度。并且，天然药物化学实验的特点是连贯性强，一个完整的实验项目需要分多次进行，上一步的产物往往是下一步的实验对象，前面任何一个操作步骤的失误都可能影响后面实验的结果甚至导致整个实验失败。其次，学生作为新手，柱色谱这个操作过程很难一次就装柱顺利且成功分离，往往需要多次操作才能掌握装柱技巧、控制洗脱速度、及时更换洗脱剂等。因此，本课程实验教学的学时不足是影响学生熟练掌握操作步骤的主要因素。

1．2实验教学过程存在安全隐患

天然药物化学实验涉及回流提取、萃取、沉淀、色谱等传统技术，这些方法常用氯仿、乙醚、苯、浓硫酸、浓盐酸等易燃、易爆、有毒、强腐蚀性化学试剂，若使用不当会对师生身体健康带来风险，并且，实验中产生的废液会污染环境。高温、高压、强磁场等提取罐、高效液相色谱和核磁共振仪等大型设备的使用安全问题也不容忽视。

1．3实验材料消耗大设备运行成本高

近年来天然药物原料价格快速上涨，实验时还会用到多种标准品和试剂，虽然我校不断增加对于教学经费的投入力度，但在开展天然药物有效成分分析实验时，往往受到场地和资金等限制，无法实现人手一套实验设备，学生多数以组为单位，共用一套设备。以高效液相色谱仪为例，对仪器的控制和相关参数的更改都需要在与设备相连的控制电脑上通过专业的色谱工作站完成。由于工作站操作内置功能较多，使用相对复杂。如果对工作站不熟悉，很难在有限时间内跟随老师的指导完成相关参数的设置和操作，如果设置不正确，又将影响仪器的正常运行，甚至造成仪器的损坏，而这些大型仪器维修成本也相对较高。

2天然药物化学虚拟仿真实验教学项目的特点与优势

为了深化信息网络技术与传统实验教学的深度融合，针对传统实验教学模式的局限性与创新人才能力培养目标之间的矛盾，以学生自主解决问题所必备的操作技能、观察能力和思维能力等综合能力培养为目标，我校天然药物化学课程的主讲教师们进行了“大黄中游离蒽醌的提取与分离分析3D虚拟仿真实验”教学项目的建设，本项目提出“虚实结合、创新培养”的虚拟仿真实验模式，与传统实验教学模式相比，具有如下优势:

2．1提高了实验的安全性和效率

“大黄中游离蒽醌的提取与分离分析3D虚拟仿真实验”项目的实施，可在一定程度上减少有毒化学试剂氯仿的消耗量;消除因操作不当引发的易燃易爆品爆炸，威胁学生的安全隐患;缩短回流、萃取、蒸馏、色谱分析等各操作环节的等待时间，以直观视角的形式带来与理论的互补结合。通过知识点的理论学习、操作系统提示等多个环节的仿真实训操作，可以解决实验学时偏少、高效液相色谱仪和旋转蒸发仪等设备台(套)数不足，实验耗时长、大型综合设计性实验难以在本科生培养过程中大面积开展等问题。

2．2有利于构建以学生为主导的实验教学模式

该项目从各个角度详细、直观地展示“大黄中游离蒽醌的提取与分离分析”的实验过程。学生通过置身于虚拟的实验环境，模拟真实的操作过程，不受实验时间、材料、空间等因素的限制，对于连续回流提取、抽滤、蒸馏、萃取、固体称量、溶液配制、薄层色谱、柱色谱、高效液相色谱等天然药物提取、分离、纯化、分析等实验操作技术进行全面掌握。这种重复可逆式的训练方式可提升学习效果，有助于提高学习的自主性和积极性，调动学生的参与度，有效激发学生学习兴趣。将以教师为中心的传统教学模式改变为学生作为主导的实验教学模式。2．3有助于综合性创新型人才的培养在传统实验中，大黄中游离蒽醌的提取与分离属于天然药物化学实验的内容，约8个学时，在第六学期开设，游离蒽醌的HPLC法定量分析属于中药分析实验的内容，约2个学时，在第七学期开设。由于高效液相色谱仪成本高，台(套)数有限，通常4～8人一组开展实验教学，再加之游离蒽醌的HPLC法定量分析需要流动相梯度洗脱，各组分保留时间长，而实验课时有限，学生很难有机会亲手操作、深入学习，因而定量分析实验内容常作为开放实验项目由学生选做。并且传统实验不具备综合设计性实验开设的要求，是创新型人才培养过程中的明显短板。虚拟仿真技术的应用，可扩大实验教学范围，丰富实验教学内容，更有利于新时期综合性、创新型人才的培养和构建立体化、综合性、混合式的实验教学模式。

3天然药物化学虚拟仿真实验教学项目的基本建设思路

3．1基本建设思路

从教学实际需求出发，整合大黄中游离蒽醌的提取与分离以及HPLC法定量分析两部分内容，严格遵循综合设计性实验教学大纲，构建以专业课教师和计算机教师联合自主开发为主、软件编程人员提供技术支持为辅的项目资源开发体系，首先实现虚拟仿真实验项目资源开放共享，再逐步实现天然药物化学综合设计性虚拟仿真实验教学体系的完整性。在建设过程中，知识点的挖掘与脚本设计是难点，需结合教学大纲进行知识点的选取，以“大黄中游离蒽醌的提取与分离分析”为例，重点从提取、蒸馏、萃取、柱色谱、薄层色谱、高效液相色谱等知识点中挖掘交互性操作，如固体的称量、危险化学试剂的使用、存取和保管要求、废液的回收与正确处理方法、分液、装柱、上样、制板、饱和、点样等。除此之外，还包括比移值计算、对照品溶液配制、流动相的选择等理论知识点。将这些知识点串联，增加图片、视频等素材，以选择题或问答题的形式设置在虚拟操作的“演示模式”步骤中，即可形成项目开发的脚本提供给软件编程人员。

3．2采用原型法与结构化生命周期法结合的方法进行系统开发

将交互性操作步骤的所有环节流程化，并对实验仪器设备的正确操作过程与可能的操作失误异常进行整理，形成详细的操作使用报告;项目组成员与软件编程人员一起讨论虚拟实验系统的所有人机界面和逻辑过程，形成系统原型报告;接着，软件编程人员按照项目框架、模块划分和界面进行原型开发，计算机工程师与专业课教师一起对原型系统进行分析和评判，并给出最终的开发需求报告。在软件开发方面，按照需求报告，整个系统采用基于云服务器的B/S架构，以无插件的目前最先进的基于WebGpu技术的Babylon方案进行高保真虚拟仿真系统开发，实验仪器设备及材料采用激光扫描成型，实现实物到虚拟三维物体的仿真。为了使本系统有成长性，采用微软的SQLexpress2019免费数据库记录所有的学生操作行为数据，为长期实验中学生行为特点分析和改进实验设计做好数据准备。

3．3虚拟仿真实验教学项目“知识点”的设计及资源呈现方式

以“大黄中游离蒽醌的提取与分离分析3D虚拟仿真实验”项目为例，本实验项目的六个知识点，除了高效液相色谱数据的分析处理过程(标准曲线的绘制、样品溶液浓度的计算等)为单向操作外，其余所有涉及到装置、仪器的操作均为三维虚拟仿真实验内容，实景呈现实验的各个环节。学生通过软件，以人机交互的形式，操作者发出指令，软件自动响应，给出相应反馈:若指令与设定程序一致，即得到正反馈，实验继续进行;若指令与设定程序不一致，软件拒绝执行，会报警提示，直至指令正确，才会进行下一步操作。对于大型精密仪器高效液相色谱仪虚拟操作中的“知识点”项目，通过模拟操作练习中的“演示模式”界面提示的步骤熟悉仪器的操作;演示模式学习完成后，可以选择“自主操作模式”。此时，界面上没有提示内容，需要学生独立完成对仪器的控制练习。学生利用虚拟系统软件预习，可直观地了解实验目的和内容，图文讲解更加形象具体，通过完成知识点内的思考题和模拟上机的独立操作，从理论和操作两方面检验预习成果。

4小结

“大黄中游离蒽醌的提取与分离分析3D虚拟仿真实验”项目通过文字、图片、视频、交互操作等方式，加强课前预习、规范课堂操作、促进线上线下交流，将现代信息技术与传统实验教学相结合，使实验教学手段更加多样、教学形式更加灵活、实验资源更加丰富;借助虚拟仿真实验教学软件，使课前预习测验、实验过程跟踪记录、报告在线提交、系统自动评价、在线交流及时反馈等诸多传统实验无法实现的功能成为可能，教师从传统实验中只凭实验报告评价实验效果的方式转化为真正以“学生操作为中心、以过程评价为主体”的多元化评价体系，更为真实、客观地反映实验课教学的效果和质量。虽然虚拟仿真实验可随时随地重复、交互性好，但是不能够代替实体实验。如果全部实验都由虚拟实验来代替，则会使学生对实验操作和仪器设备的真实感受缺失，动手操作能力降低。因而，在虚拟仿真实验教学项目的建设上坚持“以实为本、以虚为辅、虚实结合、相互补充”的原则，围绕综合设计性试验、药物研发和应用的实例，完成实体教学条件下无法完成的实验教学内容，以虚拟仿真实验教学作为实体实验教学的补充，为培养学生的基础实践能力和自主创新能力提供有力保障。

参考文献

［1］高志强，王晓敏，闫晋文，等．我国虚拟仿真实验教学项目建设的现状与挑战［J］．实验技术与管理，2020，37(7):5－9．

［2］熊巍，何蔚珊．基于Unity3D的化学虚拟实验系统设计与实现［J］．实验技术与管理，2020，37(2):28－31．

［3］黎奕斌，慈薇，李琳．药学化学虚拟仿真实验教学中心的建设与实践［J］．基础医学教育，2020，22(6):440－442．

［4］文锦琼，肖世维，青思含．虚拟仿真技术在高校不同学科中的应用［J］．实验室科学，2020，23(2):79－82．

［5］李婷婷，代健民，潘洪志．虚拟仿真实验教学的探究与创新人才的培养［J］．中国继续医学教育，2019，11(8):53－55．

［6］何秋伶，徐涛，盛清，等．基于虚拟实验平台的天然药物化学教学模式探讨［J］．教育教学论坛，2019(3):273－276．

［7］阎婷，孟大利，侯柏玲．虚拟仿真辅助中药化学实验教学的实践［J］．教育教学论坛，2020(40):198－199．

仿真实验教学范文篇5

关键词：实验教学；虚拟仿真；教学体系；航空动力系统

一、航空动力系统实验教学面临的困境及虚拟仿真实

验教学体系建设的必要性党的十八届五中全会提出：创新的事业呼唤创新的人才，培育创新人才是人才培养的首要任务[1]。建设教育强国是中华民族伟大复兴的基础工程，必须把教育事业放在优先位置，加快教育现代化，办好人民满意的教育[2]。实践教学是高素质工程科技人才培养过程中的重要组成环节，是激发学生探索未知、培养学生实践能力与创新精神的必要途径。航空动力系统结构复杂，运行过程中对电源、液源、气源等要求严格。以常见的某型军用发动机为例，其压气机出口压力为20-30×105Pa，燃烧室出口温度为1800-2000K，涡轮部件叶尖线速度超音，部分达到500m/s，部件或整机实验过程中峰值噪声达150dB噪音，实验过程常处于高温、高压、高危环境，运行环境之危险，实验过程之困难可见一斑。鉴于实验现状和安全性考虑，学生只能通过观看演示性实验进行学习，实际动手参与程度低。自主设计、创新型实验教学活动难以开展，未能切实贯彻提出的“着力培养学生的创新精神和实践能力”这一人才培养要求[3]。《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》指出：“信息技术对教育发展具有革命行动影响，必须予以高度重视”[4-5]。通过虚拟仿真实验教学体系的构建，不但可以实现学生自主设计实验流程、修改实验参数、进行实验配置等实物实验中不宜开放的高危险、高成本性实验功能。还可以通过虚拟实验和真实实验相结合，使学生在“虚”中了解并掌握复杂大系统的工作原理与测试方法，在“实”中亲自动手调试这一系统的部分功能单元，促进知识的转化与拓展，加深对航空动力系统结构及工作原理的理解。进而，有效的培养学生自主实验设计能力、实验分析能力、独立创新能力和“研学一体化”技能。综上所述，建设虚拟仿真实验教学体系意义重大，势在必行。

二、虚拟仿真实验教学体系的特色与创新

虚拟仿真实验教学体系的特色与创新主要体现在以下几点：（一）强化学生实践能力，建立了以解决工程问题为核心的创新人才培养新模式。航空动力系统虚拟仿真实验教学体系以培养基础理论扎实、动手能力强、创新能力突出的高素质专业型人才为根本，以适应国家航空航天动力、新能源等领域人才需求为目标，以遵循学科发展规律为宗旨，进行了实验内容和管理模式的改革，如图1所示。改变了传统的“一门课程、一门实验、一人管理”的非系统性实验方式，建立了新型的“基础性实验-综合性实验-研究性实验-创新性实验”的多层次化、多模块化实验教学体系，形成了适应学科特点及航空发动机特点的系统、科学、完整的课程体系。教学团队不仅通过专业基础和专业核心知识的实验讲授来提高学生工程实践技能以及发现问题、综合分析、解决问题的能力，还邀请行业内科研院所、国内大型企业、世界著名发动机企业、国内外院校的著名专家学者参与虚拟仿真线上教学活动，将最先进最前沿的科学技术进展情况和企事业科技发展需求分析引入教学，提高学生创新精神，激发学生创新创业热情。（二）以航空发动机为对象，充分利用科研资源，实验教学内容丰富。航空动力系统虚拟仿真实验教学体系结合了飞行器动力工程、能源与动力工程、自动化（动力方向）等几个专业科研和教学的需求，始终定位于“突出航空动力专业特色，强调理论实践协调发展”，突出本科生宽口径、厚基础、重实践的培养模式，让学生不受时间、不受地点地“通过仿真实验真实的认识发动机”，并将课堂教学有效的延伸，建立了“航空发动机总体及原理”、“航空发动机结构动力学”、“流体力学/气体动力学”、“航空发动机控制综合”四个相互交叉、相互支撑的虚拟仿真实验教学平台。其中包含26个实验教学模块，75个实验项目，实验教学内容丰富。（三）注重学生创新能力培养，立足实践教学研究，实现远程终端实验教学，效益显著。航空动力系统虚拟仿真实验教学团队拥有独具特色的情景式、多维度、高互动、全开放的虚拟实验室核心技术，真正构建了“虚实结合”的教学新模式。学生可根据自身兴趣特点和个性化需求，通过使用台式计算机、平板电脑、手机等实现线上学习。即学生可通过手机等无线终端登陆“教学平台”，预约实验，教学团队教师可实时观测到预约页面，通过审核学生并授权后，学生即可进入平台，进行多项实验内容，如图2。通过开放性实验和多媒体远程虚拟仿真实验项目建设，促进了学生对课堂理论知识的理解；降低了学生在真实实验过程中操作误差的风险；避免了昂贵设备装置由于操作失误而发生的故障；弥补了单一设备昂贵以至于学生无法全部参与操作的缺陷；解决了多校区运行学生实验难以开展的困局，使得实验教学更具有主动性、创新性、系统性和高效性。（四）校校、校所、校企合作关系密切，构建了“多学科交叉、分层次任务、开放共享式、本研一体化”的实验教学新模式航空动力系统虚拟仿真实验教学体系的教学项目不仅与理论教学紧密结合，而且与工程实践密不可分。一方面，该教学体系通过“内部联合”建设，鼓励学生积极参与国家“973”、国家“863”等部级项目以及其他科研院所合作的项目，以全面培养学生的科研能力。同时，教师及时将本学科（专业）的科研成果进行转化，更新实验教学内容，并积极鼓励学生参与实验台的更新或新建，强化学生的动手能力和综合技能。另一方面，该教学体系通过“外部联合”建设，与沈阳发动机设计研究所、中国航空动力机械研究所、中国燃气涡轮研究院、沈阳黎明航空发动机公司、成都发动机公司、西安航空发动机公司等联合成立了实践教学基地，以全面提升学生的创新创业精神和实践创新能力。通过上述全方位、多形式的教学体系建设，团队已形成了适应行业技术发展，总体布局结构合理，多学科交叉，实验功能齐全的高水平、高效益、共享式的实验教学新模式。综上所述，航空动力系统虚拟仿真实验教学体系解决了实验教学中普遍存在的“想做做不成”、“能做不愿做”、“只看不能做”等教学难题，有效的调动了学生学习的积极性，提升了实验教学的质量，探索出了一条适用于航空动力系统高端精英人才培养的新途径。

三、航空动力系统虚拟仿真实验教学体系建设内容

如图3所示，航空动力系统虚拟仿真实验教学团队按照实验教学与课程教学一体化设计，建立了科学、合理、优化、具有航空动力特色的虚拟仿真实验教学体系，实现了课程与实验的紧密结合。并按照“基础类”、“专业类”、“科技成果转化与创新类”三个模块，建设、提升和完善各项虚拟仿真实验教学项目[6]。教学团队严格遵循航空发动机设计流程进行教学体系构建，使学生从航空发动机部件、结构、工作原理、设计方法等方面入手学习，并逐渐过渡到对航空发动机整机结构和工作原理的学习掌握，最终实现了学生对复杂物理系统从简单到复杂的各个知识点的全面掌握。截止目前，该教学体系已建设成4个虚拟仿真实验教学平台，75个虚拟仿真实验教学项目。（一）航空发动机总体及原理虚拟仿真实验教学平台。通过发动机虚拟结构实验模块、流场动态模拟模块和模拟试车实验模块的建设，可使学生对航空动力系统结构和各个部件功能、工作原理有更加清楚和全面的认识。同时，学生可通过自主操作虚拟试车台，手动调节参数，模拟发动机试车状态等途径进行学习。（二）航空发动机结构动力学虚拟仿真实验平台。该平台包含三个基本模块：发动机结构动力学设计虚实结合的实验教学模块、发动机振动控制虚实结合实验教学模块和发动机故障诊断虚实结合实验教学模块，为“航空发动机结构动力学与振动”课程提供实验支撑。同时，基于网络的发动机结构动力学虚拟实验系统可以让学生快速组合动力学实验的多种支承结构、阻尼器形式、盘轴关系、质量分布等，构成不同的发动机结构，将耗时长、投入大、危险高的实验，可以灵活的组合在虚拟状态下安全的进行。（三）流体力学/气体动力学远程虚拟仿真实验教学平台。综合航空发动机流体力学/气体动力学教学实验和团队科研实验资源，通过虚实结合的半实物仿真技术，为飞行器动力工程专业学生提供远程教学实验服务，同时提供远程科研观摩实验服务，大大的拓展了现有硬件教学实验设计和科研实验的使用率和利用率，解决了发动机流体力学/气体动力学设备少、实验准备耗时长、实验安全风险高的限制。该平台包含6个实验模块：孔口管嘴实验模块、文丘里流量计实验、雷诺实验、拉伐尔喷管中气体流动特性实验模块、伯努利方程实验模块、二元拉伐尔喷管激波系纹影观测实验模块。（四）航空发动机控制综合虚拟仿真实验教学平台。通过开展航空发动机控制系统仿真课程教学方法的探索与改革，航空动力系统虚拟仿真教学体系建设团队，根据航空发动机控制专业特点，结合某型发动机控制需求，开发了发动机液压控制半物理虚拟仿真实验平台、航空燃油泵（柱塞泵、离心泵、齿轮泵）虚拟实验项目，通过建立一套高集成度的虚拟仿真实验教学软件，使学生能将课堂教学中的各种仿真方法方便快捷的开展仿真实验研究，在提高实验效率的同时充分激发了学生做实验的积极性，培养和锻炼了学生的综合能力。

四、航空动力系统虚拟仿真实验教学体系教学水平和成果

虚拟仿真实验教学体系含有4个实验教学平台，68门实验课程，面向全校所有专业及航空动力相关企事业单位开放，年均直接受益人时数近10800（人•小时）。近五年来直接从科研成果转化而来的实验设备20余套，所开发的实验教学项目30余项。教师团队指导学生参加大创项目80余项，参与人数300余人。指导学生共获批实用新型专利6项，发表学术论文四十余篇。学生获得国家一等奖8项，二等奖13项，三等奖35项。依托航空动力系统虚拟仿真实验教学体系，教学团队构建航空动力系统虚拟仿真中心。2016年中心获评为“陕西省虚拟仿真实验教学中心”[6]。2017年，航空动力系统虚拟仿真实验教学体系获评“西北工业大学教学成果一等奖”[7]。

参考文献：

[1]中国共产党第十八届中央委员会第五次全体会议重要讲话[Z].2015，10.

[2]：优先发展教育事业[Z].2017.[3]考察北京市八一学校重要讲话[Z].2016，9.

[4]中华人民共和国教育部．教育信息化十年发展规划（2011-2020年）（教技[2012]5号）[Z].2012，3.

[5]国家中长期教育改革和发展规划纲要工作小组办公室．国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）[Z].2010．

[6]中华人民共和国教育部.关于开展部级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知[EB/OL].（2012-10-01），[2014-12-19].

仿真实验教学范文篇6

[关键词]仿真实验实验教学

一、计算机仿真

计算机仿真就是将一个描述实际系统的数学模型通过第二次模型化，变成一个能够采用计算机运算求解的仿真模型，并在计算机内进行运转的过程，以此获得有关实际系统的定量信息、数据或资料，深化对实际系统的认识和研究。

计算机仿真的全过程：①建立描述实际系统的数学模型。②经二次模型化建立仿真模型。③仿真模型在计算机内运行，有必要再根据技术要求修改仿真模型并校验。④分析仿真运行结果，为研究、分析，设计和调整所研究的实际系统提供可靠的信息、数据。

根据仿真中所采用的计算机类型的不同，计算机仿真可分为模拟仿真和数字仿真。

1.模拟仿真

模拟仿真是采用模拟计算机作为仿真工具进行仿真，模拟计算机是一种连续变量的解算装置。它将被研究系统的各种物理量用机器电压来表示，通过由模拟电子器件构成的各种运算部件，进行模拟量的连续解算。

模拟仿真时，首先根据所研究系统的数学模型，用连续积分、降阶求解的方法变成仿真模型——模拟结构图，再选择合适的变量幅值比例尺，使实际系统变量与机器电压之间建立数量上的折算关系，然后将计算机中有关的运算部件按比例尺化后的模拟结构图进行连接。通过上机调试、运行，获得仿真结果。

模拟仿真的突出特点是仿真结果非常接近于实际系统的真实情况。这是因为模拟计算机采用机器电压代表实际系统的变量参加运算和输出结果，它是一个有正、负极性和连续变化的量，用它来描述连续系统的动态过程就显得逼真，和真实系统在测试设备上观察到的波形几乎完全相同。此外，模拟计算机运算部件采用的电路及所用的信号很简单，人们可以通过系数电位器的设置、调节和运算部件连接关系的改变，方便而迅速地改变系统的参数和修改系统的仿真模型，人机联系很方便。

2.数字仿真

数字仿真是使用数字计算机作为仿真工具进行仿真。数字计算机是一种离散量的计算装置，它将实际系统数学模型中连续变化的物理量离散成一组组二进制码表示的数字量，经过机器码的运算求得数学模型的解答，输出一组组时间离散节点上的数值解答。

数字仿真的大致过程：①建立被仿真系统的数学模型。②将数学模型经数值计算方法改造成仿真模型。③编写仿真程序。④键入并运行仿真程序，获得仿真结果。

二、仿真实验在教学中的应用

仿真实验是开放式实验教学的重要资源组成。所谓“仿真实验”，是相对于实物实验而言的，两者的主要差别在于：实验过程中所触及的对象与事物是否真实。在实物实验中所采用的实验工具、实验对象都是以实物形态出现的；而在仿真实验中，不存在实物形态的实验工具与实验对象，实验过程主要是对虚拟的实验仪器及设备进行操作。仿真实验虽然难以达到与实物实验完全一样的程度，但其良好的教学效果仍显而易见，其表现如下。

1.营造多样化教学环境，提高学习兴趣

对大多数学生来说，在预习实验的时候，会感到书上一些概念性的介绍很抽象。虽然有些仪器附有图片，但是仍然显得很单调。学生预习起来容易缺乏兴趣，对实验原理并不能真正理解。如果学生以前没有接触过该实验的仪器，实验中就有可能因使用方法不当而进行误操作，造成实验中断、仪器损坏。仿真实验可以提供形象直观、内容丰富的学习环境，图文并茂、动静结合、节奏有序的实验内容，并以声音、图像等丰富的表现力帮助学生进行多感官的学习，这样无疑会增加学生的兴趣，调动他们学习的积极性，促进学生对实验仪器的熟悉和对实验原理的理解。特别是一些对学生来说陌生而复杂的仪器，经过仿真实验的练习，操作起来既轻松又胸有成竹，从而提高教学效率。同时，降低了大大了损坏率。

2.打破时间和空间的局限，确保开放式实验教学的实施

将仿真实验与网络相结合，以网络为平台开展仿真实验教学。学生可以利用校园网或Internet对实验教学内容进行课前预习和课后复习，使教学内容在时间和空间上得到延伸，学生能够充分的学习和掌握实验教学内容。作为一个“开放的实验室”，学生可以根据自己的时间，在任何地点自主学习，利于学生根据兴趣选择，并能满足不同层次学生的学习需求。同时，给学生提供了自学实验的环境，培养了学生对实验的自学能力。

3.节省实验经费，提供无惧环境，保证实验的项目和数量

自然科学前沿领域的高新技术设备价格昂贵，目前伴随着高校办学规模的不断扩大，受教育资金的限制，高校仪器设备的数量和种类相对匮乏，传统单一的实验教学模式已远远不能满足实验教学的需求。多媒体仿真实验以较少的投入，更大灵活性的缓解了上述的矛盾。同时学生可以按自己的设想在多种实验环境中搭建自己的实验。另一方面，部分实验还具有一定的危险性，因此许多学校在开设实验项目时常有所保留，学生也不敢大胆尝试实验。这在很大程度上扼杀了学生创造能力的发展。仿真实验系统认错性很强，在模拟的过程中学生操作一旦出错，系统立即指出调节错误，如果前一步调整不好就不允许进行下一步，迫使学生反复演练直至成功，学生的创造性思维会得到良好的发展。从而保证了实验的项目和数量。

4.真正实现理论教学与实验教学的结合

仿真实验可以经过设置或再开发，作为理论教学的辅助工具。一些在学科发展中做出了历史性贡献的典型实验都可以利用仿真实验展现于课堂教学中，通过实验的方法引入新的概念和规律，把理论教学与实验教学有机的融为一体，按照科学探索和研究的过程进行教学，这样可以开阔学生的视野，提高学生实验的学习兴趣。仿真实验以仿真的仪器为主要器材，它所仿真的元器件、仪器仪表和系统功能与真实的硬件存在着必然的差异。仿真实验虽然新颖有趣，但与真实实验仍有距离感。并且，将仿真实验应用于教学，它的整个教学过程都是在计算机上操作完成的，在教学应用中不可避免地具有一定的局限性。

参考文献：

[1]戴君化.电子仿真实验网络化管理的实现[J].科技经济市场，2006，11.

[2]彭斌，崔益和.工科院校跨学科实验教学示范中心的建设与实践[J].实验室研究与探索，2008，10.

仿真实验教学范文篇7

关键词：数字媒体技术；仿真实验教学；课程设计；教学模式

1引言

近年来，4G/5G智能终端的发展使得数字媒体内容的制作、编辑与传播日益便利，数字媒体技术专业成为新兴热门专业之一。各院校越来越注重培养掌握数字媒体内容设计制作及相关软硬件开发原理和方法的应用型专门人才[1-2]。作为应用型本科院校，湖北经济学院数字媒体技术专业立足于创新型应用技术人才培养目标，注重以“基础知识扎实、开发技术过硬、创新能力突出”为主旨的应用系统开发和科研创新能力培养等两个层次，要求学生必须精学多练，注重开发能力训练，成为适应数字媒体软件开发需求的技术人才[3-4]。在这种教学背景下，实验教学在数字媒体技术类课程中具有十分重要的地位。正如罗吉尔•培根所言：“没有实验，任何新的东西都不能深知”[5]。数字媒体技术类课程不仅要求熟悉和掌握融合技术与艺术领域相关理论知识的各类现代媒体设计开发技巧，还要求熟悉和运用人工智能技术解决实际应用问题。目前，数字媒体技术类课程实验面临课程体系统筹兼顾不足、技术新鲜度不够、教学方式僵硬、评测难度大等问题[6]。因此，本文提出数字媒体类课程仿真实验改革方案，从实验内容设计入手，将数字媒体技术领域新理论、新技术构建成仿真程序设计任务，在不同的教学阶段以不同的教学模式融入日常教学，并采用智能评测手段实现部分实验项目的自评自测，从而提高了实验教学的力度和实效。最终实践表明，学生取得了较好的课业成绩，大大增强了社会研学能力。

2数媒技术实验教学问题分析

目前，数字媒体类课程实验教学还处在探索阶段，来自于实验内容、实验环境、实验内容设计、评测方法等方面的挑战不断出现。其存在的主要问题如下：（1）对数字媒体技术类课程的实验体系设计欠缺统筹考虑。各门课程之间实验内容重复、脱节遗漏、不系统。实验课一般由各任课教师根据理论课要求安排教学内容，知识体系、教学难度和目标要求上缺乏统筹安排，导致教学效果不明显和资源浪费严重。（2）缺乏规范和及时更新的具有数字媒体技术鲜明特色的实验内容。现有的数字媒体课程实验教材不是偏重艺术设计，就是偏重程序开发，不适合应用本科型院校的培养目标。应该在实验教学内容设计上融合艺术和技术两大总体需求，才能有效锻炼学生的应用开发能力。（3）实验教学方式僵化机械，不利于激发学习积极性。受传统实验教学模式的影响，现有的实验教学内容不仅包含完整实验步骤，还包括详细的操作演示。在这种情况下，学生基本上不查阅资料，仅需简单地重复实验步骤，无需积极思考就可以获得实验结果，无法有效锻炼思维能力。（4）数字媒体实验作业评测困难，主观偏差大，任务重。有些数字媒体实验作业纯粹就是效果图检查，实验成绩评判单纯依赖教师主观评判，工作量繁重，无法实现学生自评自测的目的。

3实验教学模式改革

3.1仿真实验教学设计

本文从创新型应用人才培养的素质和能力要求出发，建立起以创新能力和应用开发能力培养为主线、综合分层的实践教学新体系，帮助学生理解数字媒体领域基本理论，从而掌握数字媒体技术典型应用的开发方法[7-8]。因此，本文将实验教学内容分为四个层次：设计基础型实验、开发基础型实验、综合型实验、创新型实验，如表1所示。设计基础型实验主要是通过一些主流数字媒体软件如Photoshop、Audition、Premiere等操作来理解数字媒体内容处理的基本概念和操作参数，是开发基础型实验的准备工作[9]。开发基础实验根据代码模板对数字媒体内容处理的一些基本操作功能进行代码补全实验，并根据提供的素材进行验证。综合型实验基于开发基础实验的完成情况延伸出一个小应用，对其主要模块进行实现，并保证功能正确。创新型实验则要求学生根据生产实际，选择自己感兴趣的课题独立调研，独立开发，至少在功能、算法、界面、配置的某个方面实现创新，并需要撰写实验报告书。从表1可以看出，本文的实验课程的结构设计强调课程的联系性、顺序性和连续性，紧跟虚拟现实新技术和人工智能新技术典型应用，最终落脚点是激发和培养学生的创新思维能力。

3.2教学模式改革

（1）自选式实验操作。本文将一些设计基础型实验在教学网站上，由学生根据详细的实验步骤自行完成，并将实验结果上传到作业系统。从实验结果设计到效果图评测均可以采用智能评阅方式自动实现。（2）填空式算法设计。开发基础型实验大量应用到计算机视觉算法，通常基于OpenCV库实现[10]，因此重点是要理解OpenCV中主要API函数的调用方法。本文设计好算法框架中的基本代码，通过注释给出OpenCV函数的说明，而具体调用方法则留给学生实现，避免了大量语法错误对学生的干扰，使得学生集中精力完成算法设计，达到指定的目标结果。（3）项目式模块设计。综合型实验都与项目模块相关联，而项目所构成的代码模块则部分地源自开发基础型实验。因此，前期已经完成的模块可以直接用于连接运行，而需要学生实现的模块在项目需求说明中加以列举，学生只有独立补全所需代码模块，才能正确地运行项目，最终得到一个完整的应用场景。（4）以多种社会实践形式完成创新项目。利用创新型实验先进行选题，教学安排灵活机动。湖北经济学院一般安排16课时的上机指导，但主要的设计研究工作则须在课外独立完成，要求学生在10分钟内完成答辩。同时，允许学生利用计算机设计大赛、物联网+大赛、校级研学项目等与数媒相关的社会实践成果冲抵创新项目实验成绩。这样不仅激发了学生参与课外创新研究的动力，也提高了实验教学成果的档次和质量。在交流环节，引导学生分享自己的创新成果和实现思路，并在教师指引下进行集体讨论，肯定长处，指出不足，使所有学生都能得到思维锻炼和灵感启发。以上种种实践教学模式的改革，借鉴了国内同行经验和社会培训机构教法[11-12]，融合了多种层次实验内容和教学目标需求，由简单到复杂，由基础到综合，由应用到创新，层层递进，有机结合，增强了学生的实际应用能力和创新能力。

3.3智能评测方法改革

数字媒体技术涉及的基本理论知识包括音频、视频、图像、虚拟现实、多模态等，类别繁杂，初次学习难度较大，只能采取化整为零的方式，将容易完成的实验发给学生自行完成。为了对学生的完成情况进行准确评估，需要全面检查学生作业。但由于实验作业量非常大，作品评价不及时成为困扰实验效果的重要问题。本文基于孪生神经网络（SiameseNeuralNetwork,SNN）模型开发了数字媒体作业智能评测系统[13]，如图1所示。在图1中，参考图像和被测评图像分别输入Siamese神经网络中，通过相同权值的深度卷积神经网络分别提取深度卷积特征，再通过距离函数（通常为余弦距离）比对两幅图像的误差[14]，得到的误差值记为SNN(𝑖𝑖1,𝑖𝑖x)，再乘以记分单位，如式（1）所示。(1)其中，i1是指参考图像，ix是指评测图像，SNN是指Siamese神经网络模型，输出为两幅图像的差异度，取值为[0,1]区间，再乘以D=100转换为百分制。在实际应用中，图像类作业可以直接使用该评分方法，音频类作业可以转换为频谱图像后采用该评分方法，视频和动画等均可以分解为关键帧后使用该方法，而多模态类作业则需要将每一种模态数据使用该评分方法分别评分后再求平均值。智能评测方法大大减少了教师工作量，也为学生自学自测提供了保障。

4教学效果分析

数字媒体技术类课程是数字媒体技术专业核心课程。其学习效果不仅单独反映在数字媒体技术等专业课程的考试成绩上，还反映在该专业社会研学实践和就业率等成绩中。

4.1数字媒体技术课考试成绩分析

为详细了解仿真实验教学改革成效，本文对近三年（2018-2019年）数字媒体技术专业核心课程“数字媒体技术”、“数字媒体技术课程设计”的学习成绩情况进行分析。从图2和图3中可以看出，随着数字媒体技术类课程的仿真实验教学改革的开展，仿真教学实验内容的数量和质量不断提高，学生对数字媒体技术专业核心课程的掌握程度逐年提升，优秀率大幅提高并且近年来趋于稳定。这说明，仿真教学实验对学生基本原理和核心技术的掌握有切实功效。

4.2社会研学实践情况

为了进一步评价数字媒体技术专业学生的创新能力培养成效，本文对数字媒体技术专业学生近年来参加各类社会研学实践活动取得的成绩进行了比较分析。数字媒体专业学生在“计算机设计大赛”连续3年获得部级一等奖各1次，所有奖项部级总和超过10项，省级总和超过15项。数媒专业学生近两年获校团委校级科研立项各4项（2019年）和5项（2020）。近两年来，数字媒体专业学生还在“大学生创新创业训练计划项目”中取得佳绩，部级和省级均获批立项，如图4所示。图4数媒专业创新创业训练计划项目立项数比较最后，数字媒体技术专业学生应用实践能力得到了社会认可，就业求职非常顺利，毕业生就业率均达到95%以上。

5结束语

仿真实验教学范文篇8

关键词：移动通信；虚拟仿真实验；QPSK调制

1移动通信实验教学现状

移动通信课程的教学内容比较复杂，除了要求学生要学会相关的专业知识，比如通信系统的组成原理、应用原理之外，还要求学生要有实践操作能力，也就是能将掌握的原理应用到通信课程实验中[1]。在我国移动通信技术不断发展的大背景下，职业院校的学生更要提高学习的积极主动性，主动学习并掌握新的知识，并将知识可以应用到实践中。高等教育的核心是培养学生的综合能力，而实验教学就是重要的方式。实验教学不仅可以培养学生的专业技术能力，而且可以拓展学生的综合分析和创新能力，培养出符合社会需要的具有创新思维和高技术水平的专业移动通信人才[2]。传统的移动通信技术教学存在很多不足之处，主要体现在以下4个方面：首先，课程的教学重点多集中在理论知识的教学上，忽视了实验教学的作用。实验教学作为检验学生是否充分理解并掌握理论知识的方式，应该与理论教学相辅相成；其次，有些职业院校缺乏新型的实验设备以及最新的移动通信器件和装置，这导致不能满足学生开展实验的需要；再次，学校开展的实验教学采取的多数是验证性实验，学生只需要根据已有的实验步骤进行模仿训练即可，无法激发学生学习的热情和拓展学生的创新思维[3]。

2移动通信虚拟仿真实验引入教学的效果

2.1方便学生理解课堂知识。在以前的移动通信课程理论教学中，教师一般会将教学重点放在对通信课程中某种技术或者算法原理进行讲解，让学生逐步了解并能够掌握调制解调器的相关原理以及无线电波是通过何种方式进行变换[4]。学生在了解这些知识点之后，再学习后面课程中的信源编码、无线电波发射等知识点时会更加容易接受。教师在以往的实验课上，一般会选择按部就班、循规蹈矩的方式对实验原理进行说明，多数情况下会采用传统板书的形式，这样的教学方法虽然有利于教师方便快捷地完成知识点的讲解，但却不容易让学生直观清楚地理解教学内容。而且实验课的内容中会有很多波形分析的知识点，教师仅仅凭借板书的形式，很难达到理想的教学效果[5]。而将移动通信虚拟仿真实验引入教学之后，有利于学生对枯燥的技术、信号原理有更为直观的认识，也更容易让学生牢牢把握相关的知识点。教师在移动通信实验课程的教学准备过程中，应该从高职学生的理解能力、分析能力出发，为学生构建更便于理解教学内容的情境，这样有利于达到比较好的教学效果。在进行移动通信虚拟仿真实验的过程中，通过使用SystemView软件，可以为学生创设清晰明确、一目了然的可视化平台，并根据实验需求构造相应系统，然后让学生积极主动地参与到实验过程中，通过调整不同的参数，观察波形、功率谱的变化，并由此得出相应结果。在这个实验过程中，学生就切实体验到真实电路工作的流程，更有助于学生理解课堂知识，并将课堂上掌握的理论知识运用到实践中去[6]。2.2引导学生主动探索知识。以往职业院校组织学生进行的多数是验证性实验，这种实验方式会让学生根据固定的实验设备和步骤来完成实验过程，学生在实验过程中，只能按照既定的实验思路进行实验，不能将自己的一些想法运用到实验中去，这样不但使学生对参与实验的兴趣不高，而且在电路调试过程中也非常容易损坏元器件及实验设备，实验效果必然不理想。所以，将移动通信虚拟仿真实验引入教学是非常必要和及时的。虚拟仿真实验软件具有非常强大的功能，如数据的收集、分析及传输等。学生通过进行虚拟仿真实验，可以更多参与到实验过程中，比如可以通过改变实验参数来观察电路的不同，并通过总结分析实验过程中存在的问题，经过推理、论证，最后设计出较好的电路；或者学生可通过观测输出电路的波形变化，通过记录分析，对如何进行真实电路调试有更为直观的认识。同时，通过虚拟仿真实验，可以实现以往一些课堂上无法实现的创新性实验，大大增加了实验教学的广度[7]。由此可见，通过将移动通信虚拟仿真实验引入教学，不仅能够扩展学生对原理知识的理解程度，而且可以通过实验让学生对实际电路的运行情况有更清晰的认识，有利于学生将理论知识运用到实践中去。同时，将移动通信领域的新技术引入到课堂中来，可以大大提高学生的学习热情，推动学生更积极地探索新知识，培养学生的创新思维，为学生以后更加灵活地调试电路奠定良好基础。

3虚拟仿真实验教学实例分析

本文以正交相移键控（QuadraturePhaseShiftKeying，QPSK）调制为例，展开移动通信虚拟仿真教学实验。QPSK的特点是频谱利用率较高，而且有不错的抗干扰性能。3.1理论分析。QPSK通过分别对2个相互正交的同频载波进行PSK调制，并将调制完成后所得到的两路信号进行叠加，生成QPSK信号。在这个过程中，至关重要的一步就是要将需要进行传输的二进制序列，进行串/并转化，并获得两路并行的双极性码元数据。然后，在依据相应要求，细化电路。3.2绘制仿真模型。利用SystemView进行仿真实验。在QPSK调制仿真电路图中的各个图符模块都被设定了编号，这样做的目的是方便在进行实验教学时，方便学生更好的理解并进行操作[8]。原始输入的信号属于低频数字信号（500Hz），首先需要对数字信号进行取样，然后在取样结束后要对信号保持一定时间，最后对数字信号做延迟处理，通过这3个步骤之后，可以获得两路并行数据，然后分别与两个相正交的高频载波（1000Hz）作QSK调制，最后经过相加器叠加输出QPSK信号。3.3结果观测。在通过QPSK调制之后，将仿真电路运行之后，我们可以在不同的观察窗口对电路的不同情况进行分析，比传统的实验更具有可视性和多角度观察。通过实验发现，当二位码元随机产生不同状态时，电路输出也会随之改变，QPSK信号也会出现相位跳变点，这符合仿真实验的定义。而电路输出信号的功率在1000Hz左右。由此可见，本次实验中的大部分电路功率主要可以应用于信号传输。在实验完成后，可以让学生思考：如果对移动通信虚拟仿真实验的系统参数进行一定的改动，那会取得何种结果？通过提问的方式，让学生在课后可以继续通过实验来探索电路的频率范围。引导学生的发散性思维，激发学生课后自主学习的热情。有条件的情况下可以把仿真软件安装到学生的电脑中，打破学习的空间时间限制，提高学习的灵活性。

4结语

本文从传统移动通信实验教学中存在的限制因素出发，分析了将虚拟仿真软件引入课程的必要之处，并将虚拟仿真实验引入到移动通信课程的实验教学之中，使得此课程的实验方式突破了传统的验证试验，而且使学生进行综合创新性实验，将课程理论知识与实践操作相结合，以着重培养学生的创新性思维及动手操作能力。将移动通信虚拟仿真实验引入教学之中，使枯燥的通信原理知识更加形象，既利于教师进行课堂内容展示，也便于激发学生的学习热情，拓展学生的创新思维，进而提高移动通信课程的教学效果。

作者:周晓红 单位:贵州电子信息职业技术学院

[参考文献]

[1]孙爱晶，卢光跃，刘毓.通信专业核心实践教学的研究与实践[J].实验室研究与探索，2011（5）：91-93.

[2]李新春.移动通信实习实验教学系统的研究与实践[J].实验室科学，2009（6）：33-34.

[3]谭平.地方高校应用型人才工程实践能力的培养[J].实验室研究与探索，2009（5）：93-95.

[4]周霞，陈奎庆.工科院校学生创新思维培养[J].江苏工业学院学报，2009（4）：92-95.

[5]戴翠琴，由海霞，鲍宁海.移动通信课程实验教学改革与平台建设[J].实验技术与管理，2012（2）：144-147.

[6]苏良昱，王武，葛瑜.电力电子技术仿真实验教学与创新思维拓展[J].实验技术与管理，2013（1）：170-173.

仿真实验教学范文篇9

1医学检验技术专业实验教学的现状

实验教学是医学院校非常重要的实践性教学环节，在培养学生实际动手能力和创新能力方面有着不可取代的作用。医学检验技术属于实验室医学，十分强调学生的实践操作能力和仪器操控能力，尤其是随着科技的进步，检验技术及检验仪器更是发生着日新月异的变化，这对医学检验技术专业的人才培养提出了更高的要求。而本校医学检验技术专业的实验教学受仪器设备、实验内容、场地、师资等多个因素约束、限制，使得本专业的在校生无法得到像临床检验科一样真实的实践操作机会［3］。1．1检验仪器设备滞后。检验科常规使用的全自动分析仪器，由于价格昂贵，使用及维护成本高，因此本校的全自动分析仪器不仅数量少，而且规格陈旧，元器件老化，无法满足日常实验，大多数情况仅作为示教使用，使得实验教学的检验仪器设备滞后于临床，很多的新方法、新技术无法在实验中展开，实验项目多以传统经典、验证性实验为主，缺乏对学生创新性思维和能力的培养［4－5］。1．2实验内容受限。临床样本获取困难，尤其是临床基础检验学、临床血液学的形态学资源缺乏，临床病原微生物学的疑难罕见样本短缺［6］，导致实验内容单一、项目陈旧，与临床实际应用存在明显的脱节。1．3影响实验室安全。实验教学中使用的检验标本多来源于人体体液的生物样品，具有极大的感染性，实验室存在很大的污染隐患。1．4实验经费和场地限制。近年来本校医学检验技术专业的招生人数逐年增加，实验教室少，实验教师缺乏，即使实验课采用小班教学，学生也分成4人一组，无法保证每个学生都有操作的机会，学生难免生出偷懒、坐享其成的行为，难以保障教学效果。且常规实验所需耗材量大，从而造成学校对本专业实验教学的经费投入巨大。1．5实验课时不足。医学检验本科由五年制改为四年制，各课程的学时数都在减少，包括实验学时，势必造成教学内容减少、教学进度加快、实验项目压缩、学生学的不全、学得不精，教学质量难以保证。

2医学检验技术专业构建虚拟仿真实验室的意义

教育教学改革的着眼点是提升专业人才培养质量。在医学检验教育“五改四”的背景下，传统的教学方法和教学条件已明显滞后于当前的人才培养需求，不仅直接影响学校的教学质量，更影响学生未来在社会及行业领域的竞争力。虚拟仿真实验室的建设和应用，充分发挥学科专业优势，改造实验教学手段、革新实验教学内容、突破实验教学模式，是探索医学检验技术实验教学改革的有效途径。2．1改善实验教学条件。尤其是价格昂贵、结构复杂的大型、新型仪器可以在虚拟实验室中全面展现，避免仪器设备的巨额投资和重复添置［7］，降低实验室仪器设备建设、管理和运行成本，减轻保养维护的工作量［8］，保证了实验开出率及使用率。有效缓解了实验教学在经费、场地、器材等方面面临的困难和压力，解决了实验室仪器设备落后、配置不足、试剂耗材浪费、生物安全隐患等传统实验教学的不足。2．2改革实验教学模式。虚拟仿真实验室开放共享的实验环境，形象逼真的学习场景，直观生动的实验对象，灵活的学习方式，可再现的教学模式［9］，极大地调动学生学习的主动性和积极性，激发学生的学习兴趣［10］。虚拟仪器在组建上具有高效性与灵活性，能够适应测试功能的多样化，可用表格、图形快速准确显示结果，方便教师与学生、学生与学生之间进行互动学习，从而改变了实验教学模式，有效地提高教学效率和教学质量。2．3培养高素质创新人才。构建具有医学检验特色的虚拟仿真实验室，模拟检验科的工作环境、工作性质和工作方式，让学生犹如身临检验科，真实地体会到检验科的工作模式，能有效地培养学生将所学知识融入临床工作，促进学生临床思维能力、临床操作能力的训练［11］，实现与临床无缝对接。教师可利用虚拟仿真系统搭建综合性、设计性实验或案例，极大地促进了综合性、设计性、创新性实验的开设，活跃学生思维，增强学生动手能力，锻炼学生独立思考和设计能力，对培养学生的创新思维及开拓精神起到积极的引导作用，促进医学检验技术专业高素质、创新性人才的培养［12］。

3医学检验虚拟仿真实验室建设思路与规划

本校医学检验技术专业强调以专业为本，提升岗位胜任力为导向，促进学生专业知识、职业能力、创新思维、综合素质协调发展。在实体实验的基础上，通过构建实验教学体系，合理整合、适当引入资源，借助学校大平台，积极推进医学检验技术专业虚拟仿真实验室的建设。3．1构建虚拟仿真实验教学体系。围绕专业培养目标，充分发挥专业优势，认真梳理课程体系［13］，优化实验教学内容，精选实验教学项目，构建科学完善、资源丰富、专业特色鲜明的虚拟仿真实验教学体系。医学检验技术专业学生未来的工作场所主要集中在实验室，以三级甲等医院检验科为蓝本，模拟检验科室实际的工作环境，在计算机上营造临床实验室的布局设置、仪器设备、工作流程、检验项目，涵盖检验科常用仪器的种类型号、参数设置、操作使用、保养维护和报警处理等仪器使用的各方面。以临床生化室自动化生化分析仪的使用为例，包括虚拟样本预处理、样本检测、校准定标、更换试剂、质量控制、报告审核、日常管理等各方面，学生可通过虚拟仿真平台提前熟悉实验内容、实验步骤等，并根据个人的学习情况进行反复的练习。虚拟实验项目涵盖基本型实验、综合设计型实验、研究创新型实验等，临床生化检验教学设计了以糖代谢紊乱为例的研究创新性实验教学项目：虚拟糖代谢紊乱的临床病例，从标本采集、检测项目选择、检测、仪器使用、质量控制、报告审核到完成初步诊断，让学生掌握检验基本流程及日常管理，训练临床思维能力。教师可以利用平台与学生互动，解答学生的问题，评估学习效果。3．2合理整合虚拟仿真资源。依托本校部级医学虚拟仿真实验教学中心、省级精品课程、校级优秀网络课程、视频公开课程等优质教学资源，整合资源，优化实验教学内容。临床血液学检验课程与临床病理学课程合作，将正常骨髓片及常见血液病骨髓片全片制作成形态学虚拟仿真项目。学生进入该项目，如同使用显微镜观察骨髓片细胞形态，并可通过点击界面设置，切换低倍镜、高倍镜及油镜。不仅学习形式生动有趣，学习时间灵活多变，更有效解决了骨髓片来源困难，数量不足的问题。3．3适当引入虚拟仿真资源。引入企业已开发和成功运行的虚拟仿真系统及软件，以拓展实验教学的深度和广度。目前本校已购买显微镜使用、移液管使用、骨髓穿刺术、细胞染色技术、电泳基本操作、荧光定量聚合酶链反应技术、电化学发光技术、蛋白质定量检测等虚拟仿真实验项目。购买体液、脑脊液、血液学、寄生虫学、微生物学的形态库用于形态学实验教学。对于关键技术、管理平台的建设通过校企合作完成，与企业进行实验项目的设计与开发［14］，本院近三年申请校级虚拟仿真实验项目共计六项，并积极申请省级、部级项目以完善虚拟仿真实验教学体系。

4虚拟仿真实验教学的局限性

虚拟仿真实验室在高等学校的作用不断的变大，不仅改变了传统的教育模式，节省教学资源，改善实验教学条件，还解决了检验医学在实践教学上的难题，提高了教学水平，但是依然存在着一些不足之处。4．1降低了学生的实际动手操作能力。由于虚拟仿真系统的实验者是通过点击鼠标、按键盘等方式来完成实验全过程，不可避免的省略了实验器材的具体操作步骤，从而降低了实验者的实际动手能力。例如微量加样枪的操作，虚拟仿真实验系统往往采用的是点击鼠标完成加样，虽然能够展示持枪、加枪头的手法、加样的角度、按压的档位，但学生却不能体会按压的力度、放液的速度、管内余液是否排空等，尤其是无法体验不同黏度液体的加样感觉。4．2降低了学生对实验误差的分析能力。虚拟仿真实验基于计算机平台保证了实验的准确性，却使实验者丧失了对实验误差的实际感知体验。实验者通过虚拟仿真系统完成实验，无法展示实验过程中由于操作手法不规范、加样量不准确、实验条件（温度、湿度）改变等所带来的实验误差，实验者无法分析实验误差的来源，无法纠正不标准的操作。因此建设虚拟仿真实验应采用适用的原则，建立以实为主、以虚补实、虚实结合、以虚促实［15］、相互补充的实践教学体系，推动虚拟仿真实验教学中心快速、有序地建设与发展。

5虚拟仿真实验教学的展望

仿真实验教学范文篇10

关键词:分子生物学;虚拟仿真;实验教学

分子生物学实验技术是推动生命科学发展的关键技术［1］。因此，分子生物学实验教学对于医学研究生科研能力培养至关重要。然而，目前我国研究生实验教学普遍存在以下问题:①研究生持续扩招。据国家统计局2022年2月的《中华人民共和国2021年国民经济和社会发展统计公报》显示，我国2021年研究生招生人数为117．7万，较2020年的110．6万人增长了7．1万，增幅为6．42%。据统计，我国近十年研究生平均扩招增幅在7%左右［2］。②实验平台和师资等资源相对不足。实验平台建设难以跟上研究生人数的扩张速度，实验教学师资与研究生比例失调。③传统实验教学存在诸多弊端，例如，教学模式固化，实验项目单调，实验内容过于陈旧等［3］。以上因素在一定程度上制约了研究生科研素质的培养。因此，我国的研究生实验教学条件有待改善，教学模式亟须深度变革。随着人工智能、虚拟现实和多媒体等技术的发展，产生了大量以电子学习为目的的数字交互学习资源，其中虚拟仿真实验被广泛地运用在实践教学中。虚拟仿真实验为学习者提供了一个具有高质量学习资源的开放平台，以进行研究型学习、自主实验和创新实践。它提高了人才培养质量，为实践教学和实验室建设的改革注入新活力。目前，虚拟仿真实验也开始被我国教育中心重视起来，而且它在普通高等学校本科生实验教学中占比也越来越高。然而，研究生与本科生的实验教学目标并不完全一样，不能简单地套用。因此，合理运用虚拟仿真实验，对研究生科研素质培养具有非常重要的意义。本文以医学研究生分子生物学实验教学课程为例，对虚实结合实验教学模式进行探讨，提出切实可行的实验教学方案，为提升医学研究生分子生物学实验教学质量提供参考。

1我国虚拟仿真实验项目的建设情况

虚拟仿真实验是借助于网络技术、计算机技术、虚拟仿真技术和人工智能技术等，构建虚拟实验场景、实验内容和操作对象的实验平台，使学生通过人机交互的方式，可以像在真实环境中一样完成各种实验项目。它是现代信息技术与教育的深度融合，是教育信息化的产物。它极大地促进教学模式的改革，丰富教学手段，提升教学质量。2017年，我国教育部下发的《教育部办公厅关于2017－2020年开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知》明确提出在普通本科高等学校开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设工作。2018年，教育部在的《教育部关于狠抓新时代全国高等学校本科教育工作会议精神落实的通知》中首次提出金课概念，同时也将虚拟仿真实验项目列为五大金课之一。自此，国内各大高校掀起了虚拟仿真实验教学课程建设的热潮。我们从国家虚拟仿真实验教学课程共享平台网站查阅到的最新信息显示，自2017年以来，我国的虚拟仿真实验项目建设已经覆盖经济学、法学、教育学、文学、历史学、理学、工学、农学、医学、管理学和艺术学等12个学科大类，61个学科类别。截至2021年底，在iLAB平台上申报的虚拟仿真教学实验项目共3250项，其中728项已通过国家认定。在所有学科类别虚拟仿真实验项目数量排名中，基础医学类以124项位列第四(前三名依次为:管理类221项，机械类175项，艺术学类169项)。这说明虚拟仿真实验在基础医学教学领域也得到广泛应用。

2虚拟仿真实验与传统实验的特征

传统实验的特征:①实验室需要有足够大面积的场地和耐腐蚀的实验桌以及生物安全措施，配置实验所需的各种仪器，会用到各种危险性化学试剂。②实验项目少。由于仪器和试剂成本限制，导致很多实验项目无法开展。③实验时长较长，而且在实验过程可能出现各种差错等。④实验项目更新慢。因为传统实验的开展需要综合考虑各方面的因素(如场地、仪器和成本等)，所以导致实验项目的更新速度较慢。虚拟仿真实验的特征:①虚拟仿真实验不需要“物理的”实验室和昂贵的仪器，也没有用到危险化学品。②虚拟仿真实验对实验成本没有限制。③实验人员不需要为使用临床标本或者传染性病原微生物，而担心伦理及生物危害等问题。虚拟仿真实验室非常“宽容”。④虚拟反应是即时的，学生不必排队等待使用仪器，例如PCR仪等。⑤实验项目更新快。⑥虚拟仿真实验可以打破时间和空间的限制，使学生随时随地进行学习［4］。

3虚实结合实验教学模式的优势

尽管虚拟仿真实验在实验教学中占比逐渐增多，然而大多数教育者依然认为“学生在虚拟仿真实验操作中没有体验到实际操作感受，它是不可能完全代替传统实验室实验的”。因此，根据当前我国研究生实验教学条件和虚拟仿真实验建设情况，在研究生实验教学中采用虚实结合实验教学模式受到一致认可。它具有如下优势。虚实结合的实验教学模式既能规范学生的基本实验操作，又能提供更多实验操作机会，有利于研究生实验操作技能的提升。传统实验教学往往因为实验时长和实验条件限制，一门实验课最多只能开展4－5个实验。而且由于学生多，还要以小组为单位进行，致使实验操作机会少，难以满足研究生实验技能的培养要求。虚实结合教学模式借助虚拟仿真实验强大容量的优势弥补了传统实验教学学生容量不足的缺陷。学生可以在虚拟仿真实验平台中进行反复练习，从而加强对技能操作的肌肉记忆，有利于提高研究生的操作技能。虚实结合实验教学模式既能保证经典实验得以传授，又能与时俱进，及时更新实验项目，有利于研究生科研创新思维的培养。传统实验教学课程设置比较单一，实验项目更新慢，远远跟不上当前科技更新迭代的速度，难以培养出具有创新能力的研究生。虚实结合实验教学模式借助虚拟仿真实验巨大灵活性优势，可以随时添加各种前沿技术。学生通过学习当前最热门实验技术，可以开阔视野、拓宽知识面，有利于促进研究生科研创新思维的培养。虚实结合实验教学模式既能丰富实验教学手段，又能增加学生的求知欲和参与欲，有利于研究生自主学习能力的养成。虚实结合教学模式在很大程度上丰富了教师的实验教学手段。同时，虚拟仿真实验教学通过视觉、声音等构建的虚拟环境给学生身临其境的真实感。在逼真的虚拟环境中进行沉浸式、交互式学习，有利于学生更专注地学习实验技能。学生将虚拟仿真实验描述为“奇妙的实验室之旅”。

4虚实结合分子生物学实验教学设计

根据新医科背景下培养高科研素质医学研究生的目标，在研究生分子生物学实验教学中我们采用实验室实验教学与虚拟仿真实验教学相结合的教学模式，即虚实结合分子生物学实验教学模式，并且始终秉持“实验室实验教学主要侧重于规范研究生的基本实验操作，虚拟仿真实验教学主要侧重于研究生的创新思维培养”的理念对该模式下实验课程进行合理设置。我们以吴耀生编著的《医学生物化学与分子生物学实验指南》(人民卫生出版社，2007年)为参考，结合医学研究生科研素质培养的要求，浅谈虚实结合教学模式在医学研究生分子生物学实验课中的教学设计。

4．1实验室实验教学设计

由于在虚实结合教学模式中我们将实验室实验教学定位为起到规范研究生基本实验操作的作用，所以这部分课程主要包含基本实验技术和经典小实验等，例如，全血DNA的提取与鉴定、质粒DNA的提取、转化及筛选、RNA电泳及NorthernBlot、逆转录PCR(RT－PCR)、表达载体的构建及转化和PCR－限制性片段长度多态性分析(PCR－RFLP)等实验。实验室实验教学具体实施设计:①实验预习检查:教师提前布置实验项目内容，课前抽查学生预习情况。②多媒体讲授实验原理:教师针对实验原理和实验步骤进行多媒体讲解。③视频演示和教师亲自示范:教师针对实验的关键步骤进行视频演示，或真人示范。④学生操作和实验报告:学生根据实验流程进行实验操作，在此过程中教师进行指导。学生完成实验操作之后，需要书写实验报告。⑤实验报告批改和答疑:教师对学生的实验报告进行批改，并进行答疑。

4．2虚拟仿真实验教学设计

研究生在掌握基本实验技术后，需要强化科研创新思维能力。而虚拟仿真实验平台因其独特的优势，势必在研究生科研创新思维培养方面起到重要作用。因此，我们将虚拟仿真实验教学定位为研究生的科研创新思维培养教学。该部分课程主要包含分子生物学前沿技术、复杂性疾病的分子诊断技术和综合型实验等，例如，双荧光素酶报告基因实验、CRISPR/Cas9技术的原理及应用、RNA结合蛋白免疫沉淀(RIP)、染色质免疫沉淀(ChIP)、染色体构想捕获(3C)、p53突变热点检测、α地中海贫血点突变的检测和血清γ－球蛋白的提取及鉴定等实验。虚拟仿真实验教学具体实施设计:①实验预习模块:课前学生通过虚拟仿真系统进行预习。预习的内容包括实验原理、仪器介绍、实验内容和演示视频等。教师可以在线掌握学生的实验预习情况。②虚拟仿真实验:学生在“实验模式”下按照实验流程进行实验仿真操作。③完成练习题及测试题:学生完成虚拟仿真实验操作后，需要完成系统提供的练习题及测试题。④系统评分:学生在虚拟仿真实验中的操作由系统自动对整个过程进行评分。

5虚实结合实验教学模式的注意点

5．1虚实实验项目设置要科学合理

研究生的分子生物学实验教学与本科生略有不同，本科生着重于促进学生对书本理论知识的理解，而研究生着重于提升实验操作能力和科研创新思维的培养。很显然，研究生的实验教学要求更高。因此，实施虚实结合实验教学模式时，实验室实验与虚拟仿真实验项目设置必须科学合理。实验室实验项目应当设置一些基础性的实验，而虚拟仿真实验可以设置一些高阶的实验。两者比例需要根据实际教学学时进行合理搭配，从而实现优势互补，作用最大化。

5．2教学效果评价和意见反馈

对于学生在虚拟仿真实验中操作过于“随意”(如随意点击虚拟仿真场景中各种元素，随意调节各种实验参数等)，部分教师认为虚拟仿真实验教学过于儿戏。由此说明在虚拟仿真实验教学中也离不开教师的正确引导。对于虚实结合实验教学的效果评价，教师可以根据调查问卷、实验报告、测试题完成情况以及学生反馈意见等对其进行综合评价，从而更有针对性地改进教学。虚实结合实验教学模式充分整合实验室实验和虚拟仿真实验的优势，实现两者的优势互补，有助于规避两者的缺陷。同时，虚拟仿真技术的快速发展以及虚拟仿真实验的大量应用无疑巨大地推动了研究生实验教学的改革。虚实结合的分子生物学实验教学模式让实验教学形式更具有吸引力，实验教学内容更加丰富多彩，为研究生提供更多实验操作机会，从而提高了研究生的实验技能和培养了研究生的科研创新思维。这种实验教学模式能更好地培养研究生的科研兴趣，促进学生自主学习，也提高了医学研究生分子生物学实验教学质量。因此，虚实结合的分子生物学实验教学模式是新医科背景下理想的医学研究生实验教学模式。

参考文献:

［1］齐晓岚，张婷，洪伟，等．医学院校研究生分子生物学技术实验教学创新体系的构建［J］．基础医学教育，2022，24(2):103－105．

［2］骆亚莉，刘凯，颜春鲁，等．关于扩招背景下医学类研究生教育的几点思考［J］．中国继续医学教育，2022，14(4):165－169．

［3］邓霏，刘艳梅，石国玺．传统实验教学现状分析及今后改革方向—以微生物实验教学为例［J］．现代职业教育，2021(50):57－59．