網絡虛擬實驗整合范文

本站小編為你精心準備了網絡虛擬實驗整合參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

一、引言

網絡虛擬實驗是一種基于計算機技術并利用現代網絡進行知識傳輸和學習知識的新型教育形式，它是以網絡、現代媒體為主進行的一種教和學分離的現代教育模式。在傳統的實驗教學中，由于實驗系統的構建模式不夠完善，實驗項目的開發受到影響，限制了學生參和實驗的開發和獨立操作，學生的動手能力和創新思維能力沒有得到有效的練習和培養。因而，如何更好地發展網絡虛擬實驗、什么樣的教學方式更為先進，成為越來越多人關心和探索的課題。

現代信息技術為實驗教學的設計和實施提供了新的手段，拓展了實驗設計和開發的范圍。在網絡虛擬實驗環境下，通過計算機在網絡中模擬一些實驗現象，不僅僅能夠提高遠程教育的教學效果，更加重要的是對一些缺乏實驗條件的學生，通過網絡同樣能夠“身臨其境”地觀察實驗現象，甚至和異地的學生合作進行實驗。基于網絡的虛擬實驗教學，在時空開放的虛擬環境中完成實驗教學，按照實驗要求，可無顧慮地隨時進入虛擬實驗環境，自由地進行實驗和實驗探究。它在很大程度上將改造傳統實驗教學條件和環境，為高等教育的現代化帶來新的機遇、需求和挑戰。

二、虛擬實驗的發展和基本特征

1.虛擬現實技術。虛擬現實（VirtualReality，簡稱VR）是以計算機技術為主，由高速計算機系統創建的一種令人感到身臨其境、可以獲得和環境交互體驗的虛擬世界。通過視、聽、觸覺等功能于使用者，對使用者的控制行為作出動態的交互反應。由于多維信息系統具有親臨其境的真實感和超越現實的虛擬性，一改人和機器之間生硬、被動的交互形式，展現的是一個開放和諧、更加人性化和個性化的環境，帶來了人機交互的新概念和新方法。

2.虛擬實驗。虛擬實驗作為近年來隨著計算機技術和網絡技術的發展而興起的一種實驗技術或實驗方法還處在不斷深化和不斷發展的階段。虛擬實驗應包括這樣幾個方面摘要：數字化的實驗教學資源（虛擬實驗、在線輔導材料等）、實驗教學指導，計算機化的面向過程實驗教學管理以及計算機化的實驗室管理。從實驗教師來看，數字化實驗室是實驗教學、實驗教學教務管理、實驗室設備管理、實驗室開放教學管理為一體的管理系統；從學生來看，數字化實驗室更是一個以學生為中心的、開放性的、人性化的實驗教學支持服務系統。

3.虛擬實驗的發展概況。我國在基于虛擬現實技術的虛擬實驗方面，起步較晚，但取得了較好的探究成果，尤其是近幾年有了長足的發展，受到廣泛的重視。在中國科技期刊數據庫（重慶維普）中我們檢索到和“虛擬實驗”相關的探究論文（1998年2月～2007年12月）共861篇，分別分布在431種刊物上。從年代分布上看，文獻量在逐年增加。統計結果表明摘要：從1998年開始，我國的學者、專家開始對和“虛擬實驗”有關的領域進行了探究。自2000年以來，探究論文逐年增加，呈現迅速增長趨向，2006、2007年分別是2000年的9.7倍和7.5倍，是1998年的97倍和75倍。這反映了1998年到至今為止“虛擬實驗”的探究已受到人們的關注和重視，探究成果迅速增長，同時在學校實驗教學中得到了廣泛的應用，占有非常重要的地位。

4.虛擬實驗的基本特征。概括起來，虛擬實驗具有以下特征摘要：（1）開放性。一個數字化實驗應該是開放的，它的開放不僅是時間和空間上的開放，更為重要的是教學內容和教學方式的開放。時間上的開放是指利用常規教學時間外的空余時間對外開放教學，充分利用實驗資源；空間的開放是指盡可能開放實驗室的實驗場所；而教學內容的開放是指在實驗內容布置上應做到在驗證性實驗基礎上開發更多的綜合性、開發性、探究性的實驗；教學方式的開放是指學生可以結合自身情況，有針對性地選擇實時晚上實驗教學、實驗模擬演示、虛擬實驗指導、實驗答疑和討論、虛擬實驗測試和考核等教學方式來學習，以達到最佳效果。（2）人性化。借助虛擬現實技術“建設”起來的虛擬實驗室，視覺環境生動逼真，極富感染力，人機交互友好和諧。通過計算機網絡系統，探究人員或學生將不受時空的限制，隨時隨地和同行協作，共享儀器設備、數據、資源，得到遠程指導及和同行相互研討。（3）交互性。學生進行實驗學習時，還可以通過實驗教材、在線實驗大綱、實驗指導書、BBS討論區、實驗教師E-mail、同學等各種渠道獲得學習上的幫助。在實際操作中，也可以通過聯網計算機、實驗臺板、實驗指導教師等獲取幫助，真正做到LAA（LearnAnytimeAnywhere），充分體現學生的主體性。（4）自主化。網絡虛擬實驗相當于為每個學生提供了一個自己的實驗室，他們可以自主地、自由地、無顧慮地隨時進入虛擬實驗室操作儀器，進行各種實驗。

三、虛擬實驗在高校教學的功能

1.有利于挖掘學校潛能。相對于實際實驗來說，虛擬實驗其實是對虛擬物的操作，實驗過程中所涉及“設備”或“部件”多是“虛擬”的，它通過虛擬現實技術，可以從各個角度，甚至從物體內部在計算機上精確、清楚地展現實際中難以觀察到的特征和過程，真正體現了“一臺計算機就是一個實驗室”的優越性。引入虛擬實驗可改善高等教育的教學環境，擴大學校的承載能力，適應當前我國學校擴招的發展需求。

2.建設“常新型”實驗實訓基地。虛擬實驗環境是利用虛擬現實技術，建造虛擬演練的現代化實驗實訓基地，易于控制和維護，使用成本低，平安可靠性高，可根據發展需要“生成”新設備，也可使“設備”和實驗內容在虛擬環境中不斷更新，使實踐練習及時跟上技術的發展，以培養高素質的應用型人才。

3.促進數字化校園建設。虛擬現實所需的超高速、多媒體的數據傳輸，大容量的數據存儲，以及數據處理的分布式和并行化無疑是促進學校信息化建設的催化劑。它能為教育技術專業隊伍提供一個高起點的科研環境，促進教育技術學的學科建設更上一個新層次。

4.發展遠程教育實驗教學。在虛擬實驗環境下，通過計算機網絡系統，學生可以獲得豐富的在線資料和及時的實驗教學指導，使資源由一校“獨占”變為多校“共享”，這為遠程教育教學點提供了開放的虛擬實驗環境。因此，虛擬實驗的誕生發展，將有效地解決遠程教育中實驗教學和遠程教育模式不匹配的矛盾，切實地提高遠程教育質量。

5.學生的知識體系在深度和廣度上得到拓展。學生能靈活地把握運用自己的實驗時間，不受傳統真實實驗室關閉和開放時間的限制，重點攻克自己的難點，不必受實驗課程和指導書的限制；能按照自己的進度、自主地選擇自己所需要的實驗內容。同時，有利于加強對學生自學能力的培養。學生通過實驗課件，靠自己自學，擺脫了傳統實驗教學教師做一遍、學生跟著做的弊端。從而可以開拓學生視野，激發學生實驗的喜好，有助于學生創新思維能力和動手能力的培養。

四、虛擬實驗和學校教學整合模式——虛實互補、優化整合

虛擬實驗室能為實驗的教和學提供最優化的實驗教學資源，為實驗室的教師提供簡便有效的實驗室管理、教學方案和方法，為學生提供虛擬和現實相結合的優化的實驗環境和資源，使學生和實驗發生最方便簡捷的溝通，在真實的實驗環境中利用最少的時間，把握基本的實驗操作技能，并在此基礎上能進行一些力所能及的創造性、開發性的實驗探究。虛擬實驗在教學中所發揮的功能是十分明顯的，但是虛擬的環境也有著它明顯的不足，不容忽視摘要：（1）完全虛擬，沒有實物，缺乏真實實驗的氛圍；（2）實驗過程理想化，對真實實驗中的一些細節缺乏模擬，這不利于學生發現實驗中的新問題；（3）學生進行實驗時間、地點上單獨分散，指導教師不方便把握實驗情況，不利于教師及時地發現“教和學”兩方面的新問題；（4）人機對話，缺乏師生情感交流，難以貫徹“因材施教”的原則。

那么怎樣避開虛擬實驗不足，利用優勢，促進培養目標的實現呢？

長期以來，我們在真實實驗的教學工作方面，積累了十分豐富的教學經驗。真實實驗的優勢在于學生在真實地接觸儀器的情況下，直接面對新問題，有利于練習學生解決實際新問題的能力，這正是虛擬實驗的不足所在。因此，我們可以取長補短，優勢互補。

由此，我們建立起“虛實互補、優化整合”這樣一個模式，試圖將虛擬實驗室從簡單的實驗教學信息建設為一個布滿交互和交流的虛擬學習社區。旨在通過虛擬實驗在實驗理論和實踐之間架起一座橋梁，實現教學從以教師為中心轉為以學生為主體，最終為學生服務。

（1）教師編寫實驗指導資料及考核評定階段。教師編寫實驗教程、指導書、實驗大綱、實驗考試大綱，并重新制訂虛擬實驗和實物實驗相結合的考核評定方案，兼顧考核學生在線實驗情況，及真實實驗操作的動手能力和實驗結果進行綜合評定。（2）模擬實驗開發階段。由教師或開發人員開發虛擬環境，在線資源。首先，應根據在線實驗的非凡性提供專門的實驗資料，如在線實驗大綱、在線實驗指導等。其次，建立虛擬實驗環境及實驗討論區，讓每一個學生無論何時何地都能“進出”自由，根據需要，反復模擬，“潛心探究”，并相互討論，獲得教師的在線指導。（3）學生在線實驗預習階段。在每個實驗進行前，要求學生進行實驗前的在線預習及模擬實驗，可根據實驗大綱各個實驗所應達到的目標，作不同的實驗預習要求，并提交預習報告，作為實驗考核評定的重要內容之一。這對于學生在進行真實實驗時，充分搞清實驗原理、實驗過程和儀器設備的使用大有好處；學生還可根據各自的學習程度，或反復模擬以鞏固對實驗的理解、操作，或不斷更新實驗內容，提高實驗水平。（4）真實實驗階段。真實實驗是學生利用實驗儀器及其上安裝的真實實驗系統進行實際操作的實踐活動。真實實驗能給學生實物感，可以消除學生在理論學習和虛擬實驗中模糊的感覺。

在虛擬實驗的預習階段，通過模擬觀察、分析，學生對于實驗過程有了一定的了解，初步形成了認知技能和技術操作技能。在此基礎上，再實際操作起來，學生已心中有數，實驗目的性更加明確，對一些關鍵細節的步驟和易出現的新問題也是有備而來。實驗完成后，還可將虛擬實驗和真實實驗的數據結果對應起來加以比較，指導學生分析在實際實驗中的各種條件對實驗結果的影響，并了解各種誤差產生的原因及減少誤差的辦法。這樣顯然可減少過去傳統實驗中常發生的盲目操作、走過場和損壞設備等現象，大大地提高了實物實驗的效率，有利于培養學生在真實情景下的實際實驗技能。

網絡虛擬實驗教學的實踐表明，兩種實驗系統相輔相成的整合在一起使用時實驗效果會更好。學生在虛擬的實驗平臺上都能親自完成實驗，從而讓學生更直觀、全方位地了解實驗的各個環節及其要求，對知識的學習產生一個從感性到理性的過渡。帶著這個過渡和虛擬的模糊感再到真實驗環境中進一步實驗，并配置驗證，在發現新問題、解決新問題后，學生才會真正從理論到實踐把握所學的知識技能，提高實踐動手能力。

由此可見，虛實互補并不是簡單的虛實相加，它完全建立在學生需求和教學規律的基礎上，以真實實驗為最終依托，以虛擬實驗為輔助，虛是手段，實是目的，在虛實交替中培養起學生的自學能力，引導學生發現新問題，分析新問題，最終解決新問題。

五、結束語

隨著信息技術和多媒體技術的逐漸成熟，在虛擬現實技術的催化下，“虛擬實驗”建設也將日漸成長起來，它為我們展現的是一個開闊的教育發展前景。一方面可以提高教學效果，提高學生的學習喜好和積極性，理解和把握實驗內容；另一方面也可以解決實驗教學經費緊張、實驗設備不足、實驗教學設備陳舊、課程學時短和講授內容多的矛盾，在一定程度上可以代替部分實驗內容。盡管我們的熟悉還很膚淺，但是虛擬實驗這一嶄新的教學模式顯現出現代高等教育及遠程教育的發展趨向，并有著大量的新問題有待于我們去探究、解決。從教學應用的角度出發，將虛擬實驗合理地運用于傳統實驗教學中，對傳統實驗室進行優化整合，更有效地促進實驗教學的改革和發展，切實提高學校實驗教學的質量。