虚拟实验教学论文范文第1篇
化学是一门以实验为基础的科学，从新元素的发现，新化合物的合成，到化学反应规律的研究，各种假设、理论的证实都离不开化学实验;同时，实验亦是自然科学研究问题的最重要最基本的方法之一。然而，在“化学以实验为基础”的教学观已普遍为大家所接受的同时，人们对“以实验为基础”及“化学实验技能的形成”的理解还没有完全上升到理性的高度，实验教学仍是中学化学教学中最薄弱的环节。在化学实验中引进计算机仿真技术，设计出的虚拟化学实验室，在增强学生感性认识、培养学生动手能力、提高实验效率、避免人身伤害和节约费用等方面有着传统手段不可比拟的优势，对学生实验技能的培养和造就创造性人才，有着十分重要的意义。
一、虚拟实验概述
虚拟实验是指借助于多媒体、仿真和虚拟现实等技术在计算机上营造可辅助、部分替代甚至全部替代传统实验各操作环节的相关软硬件操作环境，实验者可以像在真实的环境中一样完成各种实验项目，所取得的实验效果等于甚至优于在真实环境中所取得的效果。[1]
虚拟现实技术具有沉浸性、交互性、想象性等特征，在实验教学方面有以下优点:[2]
1.吸引学生参与实验，调动学生学习化学的积极性
在虚拟实验室里，学生可以按自己的想法做任何化学实验，通过自己的参与来认识化学现象，了解物质的属性，以获得对课本知识的感性认识，由此，化学不再是枯燥的只强调死记硬背的学科，学生通过做实验在实践中学习新知识、复习旧知识，有利于培养学生对化学的学习兴趣，调动他们学习化学的积极性。
2.有利于避免真实实验带来的各种危险
由于化学自身的学科特性，相当一部分实验有一定的危险性，在虚拟实验室中这些实验仍旧可以通过虚拟操作进行。虚拟的化学实验可以避免腐蚀性物品带来的危险，也可以避免化学反应引发的燃烧、爆炸等现象对人身或实验室造成损失。
3.打破现实实验所受的时空限制
传统的实验室由于受时间和空间的限制，一部分教学内容无法以生动的形象呈现给学生。而在虚拟实验室中，虚拟现实技术可以打破这种限制。例如：要认识化学分子的结构，学生可以进入到化学分子的内部，分析各种物品分子结构有何不同。有些化学反应需要较长时间才能观察出结果，在传统实验室中这种实验结果不容易得到，而在虚拟实验室可以在很短的时间内由学生自主发现。
4.避免材料磨损
学生在虚拟实验室中通过操作虚拟仪器以及虚拟物品来观察、参与化学实验，不会耗费现实实验材料。另外，虚拟实验室不会出现任何磨损、破坏，可反复使用。学生可多次进入虚拟实验室练习实验以训练其实验操作技能。既满足了教学需求，又提高了教学效益，同时减少实验损耗。
5.可有效地提高学生的动手能力
虚拟实验允许学生按自己的设想动手，参与或从事实验研究，允许学生失败、允许犯错误，允许仪器设备“损坏”或“灾难性事故”的发生并通过正、反两方面增加和培养学生的想象力和创造力。
二、传统化学实验教学模式
化学实验教学模式是在一定的教学思想指导下，围绕着教学活动中某一主题而形成的相对稳定的、系统化的、理论化的方案，是教学理论和教学实践活动的桥梁和中介，也是一种化学实验教学范型。[3]图1所示为传统的化学实验教学模式。
图1 传统的化学实验教学模式[4]
传统实验教学的不足在于：
(1)实验环节多是以教师为主，学生按部就班，处于被动学习的地位，即“填鸭式”的教学，往往是教师讲、学生做，以得到数据或观察实验结果为目的。
(2)不能调动学生学习化学的积极性和主动性，不利于学生创造性思维能力的培养。
(3)正是因为以得到数据或观察实验结果为目的，忽略了对学生实验技能的培养，不利于学生形成较强的动手能力，也难以使学生形成科学探究的学习习惯。
三、虚拟化学实验教学模式
利用虚拟实验进行化学实验教学时，要以培养学生实验技能为目的，就必须注意学生的认知规律，即认知阶段、联系形成阶段和自动化阶段。[5]一些学者提出了化学实验操作技能的培养策略：教师启发讲授、教师示范、有指导的学生实验、学生独立实验等。[6]
因此，利用虚拟实验室进行教学包含如下过程：用虚拟实验给学生演示示范实验操作及实验过程，待学生基本理解实验内容时，给学生一定的交互进行适当的模仿操作，在进入学生技能学习的联系阶段时，让学生进入实物实验阶段，将原来在虚拟实验环境中学习到的化学知识以及一长串分开的实验操作向现实实验操作迁移转化。随着实物实验的多次练习，学生的实验动作由最初的呆板到协调、灵活，并逐步将学习到的化学知识内化到自身知识结构中，并进入到实验技能形成的自动化阶段。
根据学生实验技能的形成过程，提出如图2所示的实验教学模式。
图2 虚拟实验在教学中的应用模式图
图2中的模式是先做虚拟实验，虚拟实验又分为操作示范和分步操作兩个阶段，让学生在初步了解所需掌握实验技能的情况下再进行模仿操作，并将需要掌握的实验技能尽可能地细化、分解动作，以加深学生对技能的理解、提高学生学习技能的效率。在学生逐步了解该化学实验并对所需掌握的技能有了一定的内化认识之后再加入实物实验，以促进学生头脑中对所要学习的技能的认识向现实中的实验技能迁移。多次进行实物操作实验直至学生掌握实验技能。
最后，在应用计算机虚拟技术进行实验教学的过程中，在肯定虚拟技术在实验教学方面有效性的同时还要处理好虚拟实验与传统实验的关系。明确虚拟实验是传统实验方法的辅助和深化，并不能完全代替传统的实际实验，要将虚拟实验与传统实验有机结合起来，提高学生的动手能力、培养学生的实验技能并促进学生形成科学探索精神。
四、培养实验技能的虚拟实验设计模型
培养中学生实验技能的虚拟实验教学过程是基于一般的实验教学活动过程、对实验内容进行教学设计并通过虚拟现实技术来实现。因此，可利用教学设计的一些理论和方法指导虚拟实验的设计。
图3是乌美娜于1994年归纳出的教学设计过程的一般模型。[7]
图3 教学设计的一般模型
分析教学设计模型，包含的基本要素有四个：学习者分析、教学目标、教学策略(如何进行教学)、教学评价。因此，在设计培养中学生实验技能的虚拟实验时可从前期分析(学习者分析、教学目标、教学内容分析等)，场景设计，总结与评价三个方面入手。而虚拟实验的实现还要有虚拟现实技术的支持。这是在设计以培养中学生实验技能为目的的虚拟实验时应该考虑的四个方面。
培养中学生实验技能的虚拟实验教学过程是基于一般的实验教学活动过程、对实验内容进行教学设计并通过虚拟现实技术实现的，因此，借鉴教学设计模型并根据技能形成的教学理论，笔者提出了培养中学生实验技能的虚拟实验设计模型(如图4所示)。
图4 培养中学生实验技能的虚拟实验设计模型
1.前期分析
以实验技能的培养为导向的虚拟实验是基于一般的实验教学活动过程，设计时也应遵循虚拟实验设计的科学性原则，首先，需要了解要设计的化学实验的实验目标、实验内容、实验步骤等。根据实验目标才能确定该虚拟实验所要传授的是什么样的化学知识、意在培养学生的哪种实验技能(如使用某种仪器的技能、药品取用的技能等等)。根据教学设计理论应先了解学生已有的化学知识结构以及学生已掌握的实验中包含的技能，尽可能避免在开发过程中浪费物力、人力。
2.场景设计
根据化学实验技能的培养策略将场景分为自动演示、实验说明、分步操作三个部分。自动演示用于向学生演示整个化学实验的过程以及发生的实验现象;实验说明用于向学生说明该实验的步骤和化学反应方程式;这两个部分起到教师示范的作用，对应于学生学习化学实验操作技能的认知期心理特征。分步操作部分根据化学实验的具体步骤以及该实验的实验目标再确定虚拟实验中要实现的虚拟实验操作，并赋予合适的实验效果。
3.技术实现
技术实现即用虚拟现实技术开发虚拟实验，由于虚拟现实硬件设备过于昂贵，在化学实验教学中应用的虚拟现实形式大多是桌面虚拟现实。整个开发过程主要包括实物建模、添加交互、作品发布三个步骤。实物建模主要是对虚拟实验中所涉及到的实验物品、实验环境模拟，根据实验成本以及实验目标所占比重可选择适合的虚拟技术或建模软件，也就是虚拟实验设计的适宜化原则。添加交互是在虚拟场景中给物品与物品之间及用户操作达到某种效果添加交互以给学生一定的反馈，并保证反馈的科学性。作品发布包括单机发布以及发布到互联网上两种，发布到互联网上更能突破时间、空间的束缚，使更多的人能使用该虚拟实验。
4.修改与评价
根据前三个阶段所做的工作或请教化学教师检验开发出的虚拟实验是否设计合理、科学，并做出适当修改，根据学生的基本能力(化学概念的掌握、所授化学知识是否理解)掌握程度，在学生进行实际实验操作后检验其在虚拟实验中所学是否迁移到现实实验中，以评价该虚拟实验在培养中学生实验技能方面是否有效。
从图4中我们也可看出，这四个组成部分是缺一不可的，前期分析是进行培养实验技能的虚拟实验设计的基础，只有做了前期分析才能进行下面的工作，而場景设计又是技术实现的基础，正是基于这三个步骤才能对开发出的虚拟实验进行修改与评价，以保证其科学性和有效性。
五、总结
虚拟实验不仅能避免真实化学实验所带来的各种危险，还能打破时空限制实时实地地给学生提供实验条件，同时，还能调动学生学习的积极主动性，有效提高学生动手能力。本文结合操作技能培养教学理论，参考传统化学实验教学模式，提出虚拟实验教学模式，并提出以培养实验技能为导向的虚拟化学实验设计开发模型，在未来研究中有待进一步实践，并对实验效果与传统实验教学进行比较，以验证该设计理论的科学性并加以推广。
[参考文献]
[1] 单美贤,李艺.虚拟实验原理与教学应用[M].北京:教育科学出版 社,2005:23-24.
[2] 瞿 .网上虚拟实验的研究与教学[J].开放教育研究,2004,(4):62-
64.
[3] 熊言林.化学实验教学论[M].合肥:安徽大学出版社,2004:32-34.
[4] 张靖方.虚拟技术及其在实验教学中的应用[J].吉林工程师范学
院学报(工程技术版),2004,(6):44-46.
[5] 邵瑞珍等.学与教的心理学[M].上海:华东师范大学出版社,1990:
10.
[6] 麻昌爱.中学化学实验操作技能学习策略初探[J].中学化学教学
参考,2001,(4):32-33.
[7] 乌美娜.教学设计[M].北京:高等教育出版社,1994:11-12.
[见习编辑：郑方林]
虚拟实验教学论文范文第2篇
摘 要：文章阐述了虚拟化学实验的基本概念，重点分析了高校虚拟化学实验具有的優势，分析了其与传统化学实验的差异性，并针对高校虚拟化学实验研究提出了若干建议。
关键词：虚拟实验；化学实验教学；虚拟技术
随着计算机技术的快速发展，虚拟现实技术不断发展进步，虚拟化学实验在高等院校教学中的地位不断提高，其所具有的优势不断显现。通过虚拟的化学实验操作，可以生动形象地展现出化学实验的过程、实验现象，从而增强化学实验教学的沉浸感、安全性，超时空性。
一、虚拟化学实验的概念
运用虚拟现实技术建立起的模拟现实化学实验场景的实验称为化学虚拟实验，在化学虚拟实验中可以进行工业设计、虚拟实验和虚拟制造[1-3]。它是一个由实验教学、技术交流、共同研究、协同工作构成的网络平台。它是美国弗吉尼亚大学教授威廉·沃尔夫于1989年首次提出的“无墙的研究中心”[4，5]。他提出基于计算机网络化的虚拟实验环境，是将多种工具和技术的信息化、网络化相综合的集成网络环境，使其具有传统化学实验无法比拟的特点[6]。如具有较强的沉浸感和超时空性、安全性；实现实验容量无限和实验的零损耗；实验技能自动测评和化学实验数字化等。
二、高校虚拟化学实验的优势
由于受到时间和空间的限制，传统的化学实验的表现形式不灵活，主要表现为以下两方面：一方面，实验室的开放时间是固定的，使实验室的使用率较低，不利于学生充分利用实验资源；另一方面，要在同一实验室完成所有实验数据的采集和处理，对于实驗的顺利完成不利。虚拟化学实验是通过远程访问特定网站，用虚拟仪器代替真实仪器的虚拟实验过程。在此过程中能够进行相关参数的设定，并按特定过程完成实验，从而获得实验结果。这样不仅能够提高化学实验教学质量、实验效率，还能够实现资源共享，解决实验室的时空限制。虚拟实验室的主要优点如下：
（一）安全性高
虚拟化学实验可以有效避免由于实验操作失误而引发的各种危险。对于一些危险或者在实验过程中能够产生有害物质的实验，通常都会利用多媒体展示来替代真实实验，这样学生不能直接参与实验，也不能获得直观的感性认识，不利于学生兴趣的培养。而利用虚拟化学实验，就可以让学生在虚拟实验环境中，去体验具有毒性、破坏性的实验，还可以设计综合性、研究性实验。
（二）实验容量无限和实验的零损耗
传统实验的限制条件比较多，如经费、场地、试剂等制约，而随着虚拟化学实验的应用，学生只需利用可上网的计算机进入网上虚拟化学实验室便可以随意选择实验项目进行实验操作，不会受到时间、空间和其他条件的限制。学生在进行了模拟实验操作后再进入传统实验室操作实验，可以减少操作失误，提高实验成功率，有效减少化学药品的损耗，提高实验效率。
（三）实现化学实验数字化
在进行虚拟化学实验过程中，学生可以通过改变各种实验参数来进行形象化操作或自然操作，有效控制实验进程。操作者输入的参数不同或操作行为不同，在虚拟环境中会直观的显示不同的实验结果，这样有利于学习者进行数据的分析比较和深入思考，提高科学探究能力，使实验教学达到事半功倍的效果。
三、高校虚拟化学实验与传统实验的比较
（一）实验元件与传统实验元件的差异
在虚拟实验中，仿真实验在电路设计过程中，所有的电子元器件都是理想状态的，而在传统实验中，实际的电子元器件受到制造材料、体积大小以及外观差异的影响都很大，元器件在不同工作条件下参数的差异性、元器件老化参数的离散性等因素在实际电路设计中是必须要考虑的。因此，在虚拟实验中，由于学生对真实元器件的认识不够，并且缺乏相关的知识积累，会导致其在以后的实际工作中产生不利影响。
（二）虚拟实验仪器和传统实验仪器的差异
与传统化学实验相比，虚拟化学实验智能化程度较高。在实验过程中，如果学生的实验操作不规范时，会有提示窗口弹出，指出实验操作中存在的错误。而在传统的化学实验过程中，要求学生必须先规范熟练掌握各实验仪器的使用方法，然后才能开始进行实验。如果学生只在虚拟实验室中做实验，而不学会传统的实验方法以及实验仪器的使用，可能会直接导致学生离开虚拟实验室将不能够正确使用各种实验仪器，不利于以后进行综合设计实验的学习和操作。
四、高等院校虚拟化学实验研究的若干建议
（一）虚拟实验和传统实验的有机结合
虚拟化学实验和传统化学实验各有优势，不能将二者对立起来，也不能使虚拟化学实验完全替代传统化学实验，应该将两者有机的结合起来，优势互补，更好的发挥各自的作用。例如，在比较复杂的综合设计实验中，可以利用虚拟实验进行设计、模拟实验，如果得到合理的实验结果后，在回到传统实验室开展实验，如果在实验过程中遇到问题，再进行分析和讨论。这样既能够缩短实验设计的过程，还能够有效的提高实验效率。
（二） 虚拟化学实验的自我完善
虚拟实验的最大问题就是在实验过程中实验的真实性较差，针对这一缺点在建设虚拟实验室的过程中要特别注意提高其实验过程中的真实性，可以使网络虚拟现实实验室技术和沉浸虚拟实验室技术[7，8]有效结合起来，这样不仅可以使试验者与虚拟仿真环境全面接触与体会，还能够有身临其境的感觉。在硬件方面为了使实验环境更逼真，交互仿真界面以及虚拟仪器更加智能化，可以改用性能更高的处理器，提高显示器的分辨率，安装容量大的硬盘及存储器，更新的软件。这些配置与传统仪器相比较，在图像显示、数据处理及存储方面有较大的优势，不仅可以增加虚拟实验仪器的功能，还能够在数据处理，图像分析等方面显示出更大的优势。
（三）多元化的实验技能自动测评
对于学生的实验技能测评方式可将传统的测评方式与虚拟实验系统有效结合，形成多元化的测评方式。最常见的测评方式有纸笔测验法、实验报告法和表现性评定法，但是这些测评方法具有很大的局限性，并不能对学生的整个实验过程进行观测和考察。因此，采用这些传统的测评方式与虚拟实验中的录制与回放技术相结合，可对学生实验过程中的每步操作进行对照分析，将错误的操作筛选出来，这样不但能使学生对实验进行自我完善、及时改正不正确以及不规范的实验操作，还能够提高实验的成功率，极大地增强学生的自信心。这种多元化的测评方式，能够有效避免部分学生进行實验数据抄袭，解决实验技能测评中只重实验结果，而轻實验过程的局限性。
（四）虚拟化学实验教学资源共享
目前，虚拟化学实验的发展并不完善，其分布式、协作式实验功能还没有完全实现。大部分院校的虚拟实验室规模还比较小，在化学实验教学中还是一种辅助教学方式，并没有完全取代传统的实验教学方式，因此，相关的软件开发和实验教育资源具有很大的局限性。并且，如果每个高校的虚拟化学实验室都开发自己的虚拟实验系统软件，还会造成不必要的资源浪费。因此，虚拟实验室的建设应该将多个学院、多个小型局域网或多个学校的校园网等进行教育资源整合，实现多个高校之间协作研究的实验室。
五、结束语
随着计算机技术以及虚拟化学实验等相关技术的不断发展和完善，其显著的教学优势和潜力将会得到越来越多的教育工作者的青睐。但是，要使其在高等学校教学中充分发挥其辅助教学作用，在应用虚拟化学实验的过程中，必须要注意与传统化学实验有效结合，两者相辅相成，在我国高等学校实验教学中发挥重要作用的同时，推动实验教学内容与教学方法的深刻改革。
参考文献
[1]周宝成，黄建花.建立虚拟化学实验室进一步开放实验室[J].教育教学论坛，2013（1）：248-249.
[2]付英秋.虚拟化学实验室的功能特点和应用效果[J].中国教育技术装备，2014（9）：34-35.
[3]闫晓丽，郑延斌，姚飞，等.基于虚拟现实技术的网络虚拟化学实验室的设计实现[J].科技视界，2013（33）：26-27.
[4]朱亚辉，闫亚星.虚拟现实技术在化学实验教学中的应用研究[J].计算机时代，2014（10）：5-7.
[5]曾凡斌，刘汉兰，谢劲松.利用虚拟化学实验促进有机化学教学[J].中国现代教育装备，2008（12）：89-90.
[6]朱敏，刘鹏飞.虚拟实验在化学实验教学中的应用策略研究[J].软件导刊，2013（6）：166-168.
[7]熊焰，姚俊.在线仿真物理化学虚拟实验系统的开发[J].化工高等教育，2012（1）：26-29.
[8]朱亚辉，闫亚星.虚拟现实技术在化学实验教学中的应用研究[J].数码世界，2015（11）：78-80.
虚拟实验教学论文范文第3篇
摘要：结合当前工科院校物理实验教学特点，以桂林理工大学物理虚拟仿真实验教学中心为例，对物理实验教学中存在的问题，虚拟仿真物理实验的优点进行了概述，在此基础上，对虚拟仿真实验提出建设方案以及虚拟仿真实验的解决方案。
关键词：虚拟仿真实验;大学物理实验;仿真技术
物理学基本规律的发现及其理论的建立，以及促进生产技术的发展都是以严格的物理实验为基础的，物理实验在物理学和生产技术发展中起过重要作用[1]。物理学科具有让学生形成科学思维和掌握科学方法的条件，但是物理实验课时较少，以桂林理工大学为例，一般工科专业仅32学时，仅靠课堂真实实验教学远远不够，大量的实验不能开设，利用虚拟仿真实验可以提高培养学生的学习能力和实验能力，学生可以根据自己的兴趣爱好拓展实验。虚拟仿真技术是一门崭新的综合性的信息技术[2]，物理虚拟仿真实验教学中心建设对物理教育信息化、教育质量的提升和实验教学改革产生积极并且重要的影响。在现有实验的基础上，积极开展虚拟仿真实验项目，将会对现有实验教学模式注入新的活力，对教育质量的提升和教学改革产生积极的影响[3]。
一、物理实验教学中存在的问题
我校的物理实验课程是面向全校理工科学生的基础实验课程，中心每年接受31个本科专业3000名以上的学生做物理实验，总人时数约为100000。而一个完整的学生学习链包含：预习→课堂教学→实验报告→复习→考试。在面向大规模学生教学时，受师资及硬件条件的限制，在预习、复习、考试环节通过真实实验已无法完成并达到教学要求。同时，学校的实验室用房紧张，目前未能根据不同的专业需要开设不同的实验，更不能根据不同学生的爱好开设不同的实验，这一情况在全国各高校的物理教学实践中普遍存在。
1.预习环节。作为实验课，预习环节不仅要掌握实验原理和仪器的使用方法，更重要的是动手操作。只有看到“仪器”（而不仅仅教材上的文字），触摸仪器才能对仪器的原理和操作有更深入的了解。在没有仿真实验时，由于实验室的仪器设备无法开放满足大多数学生的预习需求，学生进行物理实验预习时只能通过书本进行，只能对理论知识进行预习。对学生来说，预习环节的不完善导致学生无法对实验环境建立直观认识，学生上课前对即将开展的实验过程不熟悉，学生实验中无法有目的地进行操作、观察和独立思考，并利用掌握的知识对现象进行合理分析讨论，解决实验问题。对教师来说，教師对学生预习情况的检查只能通过学生提交的预习报告进行，而通过这些大同小异的预习报告教师无法在课前发现学生对实验项目中普遍存在的难点、重点问题的把握，从而在实验课中进行有针对性的讲解。
2.撰写实验报告和复习环节。由于受到时间的限制，学生在课堂实验上无法消化实验教学的内容，在撰写实验报告和复习时如遇疑难，只能靠“回忆”。但实际上很多问题学生看到仪器就容易解决，但靠“回忆”的方式，往往得不到解决，这样就导致学生对所学实验根本无法掌握。这样的教学过程导致很多学生上实验课变成了完成任务，不利于学生对物理实验学习的积极性，极大地影响教学质量的提高。
3.考试环节。物理实验考试不仅要考察学生对理论知识的掌握，更要考察学生的实验动手能力和思维能力。在同时面临成百上千学生时，在有限的时间内，真实实验仪器无法满足考试需求。受到硬件、实验室以及师资的限制，物理实验考试尤其是动手操作考试很难进行，老师凭印象打分，成绩因教师而异，考试不具备客观性，这就使学生学习的积极性和参与热情受到了极大的影响。
中心一直致力于把部分既能体现学科优势特色，又能反映科研前沿的专业实验，介绍给本科生。但由于这些仪器价格昂贵，耗材配备较多，管理严格，本科生难以接触这些仪器，而且操作的难度很大。同时，中心并无这些较贵的仪器，无法开设这些实验。若要专门开设这些实验成本过高的实验，资源消耗也比较大。这样就使本科生失去了接触和了解科研前沿的机会。
二、虚拟仿真实验教学中心建设的意义
由于教学资源有限并且课时较少，仅靠课堂真实实验教学不能很好满足不同学生的不同兴趣爱好，利用虚拟仿真实验可以提高培养学生的学习能力和实验能力。同时，部分实验设备精密、结构很复杂、价格昂贵的仪器台套数太少等很多问题亟待解决。虚拟仿真实验可以实现开放式教学的先进的实验手段，不仅可避免在实验过程中贵重仪器设备的损坏现象，而且可以减少大量贵重仪器设备的投资建设。另外学生在宿舍也可以利用电脑或者手机就可以研究自己想要实现的实验。而且通过虚拟仿真实验和真实实验的结合，能够提高学生的创新能力。因此，很有必要建设虚拟仿真实验。
三、虚拟仿真实验的优点
传统实验设备随着使用年限的增长，设备逐渐老化，维护设备的难度大、投入的成本高。一般仪器设备超过7年之后维护成本较高，严重影响教师上课，而更新设备花费较大，学校一般很难批准。虚拟仿真实验和传统的实验相比，虚拟仿真实验后续投入少，维护比传统实验容易，学生做实验比较容易，在做实验之前可以提前预习，减少对设备的不规范操作导致的设备损坏。
四、建设思路
以现有虚拟仿真实验为基础，进行虚拟仿真实验与现有实验进行资源深度整合，依托于桂林理工大学校级物理实验教学中心成立了桂林理工大学物理虚拟仿真实验教学中心。根据地方工科院校特点及人才培养的需要，按照“夯实基础、激发兴趣、创新教育、培养能力”的物理实验教学指导思想提出了“虚实结合、相互补充、能实不虚”的建设原则，和“精选实验，加强提高，学科交叉、相互衔接、探索创新”的建设思路。以此为指导构建大学物理虚拟仿真实验教学体系，并持续推进实验教学信息化建设和实验教学改革与创新。进一步通过校企合作共建、共管，将中心建设成为专业特色鲜明、服务全校各专业并有一定区域辐射作用，全过程、多层次、系统化的虚拟仿真实验教学基地。
五、虚拟仿真实验提供的解决方案
通过虚拟仿真实验，采用虚实结合的模式，解剖各个教学环节，能够实现真实实验不具备或难以完成的教学功能，使学生在宿舍、图书馆、机房等可24小时随时通过仿真实验系统进行物理实验的预习和复习;可以在机房安排大规模的同时考试，考试系统内置有统一专家评判系统，对所有学生的评分都用同样的标准，保证了评分的公平性。通过虚拟仿真实验教学，还能促进教师实验教学理念的提升，提高实验教师应用现代化教学手段的能力。
目前，虚拟仿真实验online版有实验65个，在没有实验课的情况下，学生可选择自己喜欢的实验项目进行仿真实验，增加物理实验知识、开阔视野、体会物理实验的魅力，为今后的研究型、创新型实验的开展打下良好的基础。虚拟仿真实验教学中心的建设，能够将贵重实验设备虚拟数字化，使非专业人员也能模拟操作专业人员才能接触的仪器。把本科实验教学与学科专业特色结合起来，将科研成果及时向教学实践转化，利用仿真实验实现对本科生的培训。同时，学校也在积极争取经费增加创新型、设计型新实验，全方位提高学生的综合能力。
六、结束语
物理虚拟仿真实验室对现有实验的补充和扩展，学生不受设备和平台的限制，更不会受到时间和地点的限制，随时可以根据需要对所学知识进行复习，对未学知识进行学习。使学生的动手能力、科学思维能力及对科学方法的掌握能力得到极大的提高。因此，建立虚拟仿真实验教学平台对桂林理工大学学生是很有必要的。
参考文献：
[1]刘维慧，孟丽华，于阳，等.工科物理虚拟仿真实验教学平台的建设实践[J].大学物理实验，2016，（29）：38-41.
[2]陈守满，姜建国.虚拟现实技术在教学中的应用[J].计算机应用，2002，（4）：111-112.
[3]李平，毛昌杰，徐进.开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设提高高校实验教学信息化水平[J].实验室研究与探索，2013，32（11）：5-8.
虚拟实验教学论文范文第4篇
【摘 要】近年来，随着我国科学技术的不断发展，虚拟技术得到技术上的突破，在很多行业中都得到了广泛的应用。同时伴随着教育教育教学改革的不断进行，计算机教学时改革中的重点部分，在计算机教学中，实验教学是重要的组成部分，但是受到传统因素的影响，在计算机实验教学中存在了一定的问题，影响了计算机实验教学成效的提高。而虚拟技术在计算机实验课上的应用能够很好的解决传统教学中存在的不足。本文首先介绍了虚拟技术的基本概念，然后对虚拟技术在计算机实验教学中的应用展开了详细的探究分析，这对提高计算机实验教学的质量具有积极的作用。
【关键词】虚拟化技术；计算机实验教学；应用
随着信息社会进程的不断推进，对大学生计算机的使用实践能力有了更高的要求，但是目前很多高校学生对计算机实践技能的掌握能力不能满足现代社会发展的需求。当前计算机实验教学方面面临的主要矛盾是实验教学的计算机设备的数量和学生数量之间的矛盾，计算机资金投入较少设备更新换代不及时同当前大学生计算机实验课必须开展之间的矛盾。虚拟技术的出现很好的解决了上面的两种矛盾，虚拟化技术的成功应用创造性的打破了原来计算机结构的限制，一台计算机通过模拟产生多台虚拟机，这样利用软件抽象层的作用，成功的完成了计算机硬件的模拟，不但不需要在计算机配置上投入过多的资金，解决了资金的问题，还学生提供了全面的计算机实验教学的条件。
一、虚拟化技术的相关阐述
1.虚拟化技术的基本概念
虚拟化技术不但能够增加硬件的容量，还能降低配置软件的操作步骤，虚拟化技术和多任务和超线程技术存在较大的区别，虚拟化技术是应用的前提是计算机在虚拟的基础上。在CPU虚拟化技术方面，在同一平台之下，系统能够允许多台机器同时进行工作，并且各个电脑之间没有影响。简言之，虚拟化技术是一项系统性的方案，具有较高的系统完整性，所以方案的开展需要多种元器件的参与，主要应用的元器件有CPU，主板芯片和BIOS等。
2.虚拟化技术的优越性
虚拟化技术在计算机实验教学中的应用很好的解决了传统教学中存在的不足，具有传统教学方式所没有的很多优点，主要的表现在如下的几个方面：一方面，虚拟化技术的在计算机实验教学中的应用，有效的减少了学校对计算机实验教学基础设备的资金投入，因为一台设备通过模拟能够在完成很多的实验内容，同时传统的实验教学场地面积较大，实验课基础信息的获得不能实现自动化，而虚拟化技术就和好的弥补了这方面的不足，有效的解决了当前实验教学的计算机设备的数量和学生数量之间的矛盾，计算机资金投入较少设备更新换代不及时同当前大学生计算机实验课必须开展之间的矛盾；一方面，虚拟化技术具有较高的灵活性和安全性，主要表现在保存实验数据上，如果系统出现了问题，记录的实验数据不受影响。
二、虚拟化技术在计算机实验教学中的具体应用分析
1.软件虚拟化技术的应用分析
今年来，教育教学改革进程的不断推进，对计算机实验教学提出了较高的要求，为了响应计算机实验教学的新要求，计算机老师应该加大对计算机软件环境的部署和更新力度，优化和提高计算机软件的使用环境。目前很多高校的计算机实验教学中已经应用了软件虚拟化技术，在计算机软件实验教学的过程中，通过将安装的绿色版本同VMwaerThinAPP进行比较，选用了后者进行了基本程序的安装。通过安装该软件程序，实现了同一操作平台上能够进行多种版本的虚拟程序的运行，并且各个版本的程序在运行期间并不互相影响，从而提高了计算机整体的使用效率，改善了计算机实验教学中软件的部署。要知道，传统的计算机软件实验课教学过程中操作系统经常出现运行困难的问题，这样在一定程度上影响了计算机软件实验课程的正常进程，但是软件虚拟技术的应用能够很好的解决上述的问题。
在进行计算机软件虚拟实验教学过程中，首先要做的工作就是做好基础工作，搞好计算机实验教学的环境，将计算机实验教学过程中需要用到的软件进行分类整理。应用了软件虚拟化技术减少了安装程序的复杂性，在安装软件之间，要对教师教学过程中用到的软件进行统计，并且要根据课程表合理的安排安装时间等繁琐的程序已经不复存在，使用了软件虚拟化技术减缓了一系列的程序，在上课之前将需要用到的软件存放在具有还原功能的电脑硬件区域上，然后使用完毕后能够通过系统的还原，将使用的软件删除，这样能够实现软件和系统的有效的分离，在一定程度上节省了计算机运行的资源消耗。
2.虚拟机在计算机实验教学过程中的应用分析
在支持多操作系统同时运行的配置中，虚拟机占有了重要的地位，虚拟机的在计算机实验教学中的应用，在很大程度上提高了应用硬件的有效性。虚拟机的应用主要有两种形式，一种是单一映射的虚拟机，主要代表是IBM；一种是非单一映射的虚拟机，主要代表有JAVA。虚拟机在计算机实验教学中的应用特点主要表现为如下的几个方面：
一方面，计算机的维护是一项十分复杂的工作，在没有应用虚拟机之前，很多实验都是不能完成的，如安装操作系统的建立，磁盘的分区等实验。但是使用了虚拟机技术就能够提高实验的全面性，通过具体的实验操作，提高了学生实践应用计算机的能力，在同一台计算机上能够实现多种操作系统的运行，从而能够实现传统教学所不能完成的实验。
一方面，在进行操作系统实验时，学生因为对知识理解不到位，在操作的过程中难免会出现问题，虚拟机的使用能够对实验过程中出现的问题彻底的删除，该系统能够继续正常的运行，同时不会对其他系统的运行造成影响。
一方面，在网络实验上，一般情况下，进行网络实验之前需要做好充分的基础工作，传统的实验过程需要使用较多的实验设备，应用了虚拟机不但能够较少设备的需求量，还能减少设备的占地面积。网络实验过程较为复杂，虚拟机通过保障每一个学生独立管理自己的实验数据，保障实验能够顺利的进行，保障实验数据的获得和保存。
3.服务器虚拟化实验技术的应用研究分析
服务器虚拟化技术又被叫做资源虚拟化技术，目前主要存在两种表现形式，一种是实现物理服务器向逻辑服务器的转变，同时实现一台对应多台的转变；一种是将网络中出现的物理服务器转化为逻辑服务器，同时实现多台对应一台的转变；服务器虚拟化技术在计算机实验教学中实现了在单机上同时完成多个操作系统的运行，该过程的实现依赖服务器硬件设备和应用系统的分离。通过这样的方式将网络上的资源进行集中，实现服务器资源的优化配置。
服务器虚拟化技术在计算机实验教学中的应用最大的优势就是提高了服务器的利用率，对实验教学过程需要部署的服务量进行科学的集中，在减少资金投入的同时，有效的改善了计算机实验教学过程中的资金浪费；一方面服务器虚拟化技术的使用减少了教师在软件部署上的使用的时间，同时服务器便于维护和省级，为学生能够顺利的进行计算机实验提供了保障。
三、结语
虚拟化技术在计算机实验教学中的应用，能够有效的改善传统计算机实验教学中存在的问题和矛盾，有效的提高了学生对计算机的实践应用能力，从整体上提高了计算机实验教学的质量和水平。
参考文献：
[1]任荣仙.虚拟技术对人的发展空间的“拓展”与“限制”[J].洛阳师范学院学报.2007（03）
[2]丁毅.借助社会资源让学生了解虚拟技术[J].中小学电教（下）.2011（06）
[3]杜宇.会展艺术设计中虚拟技术的应用[J].成功（教育）.2011（16）
[4]张国友，王国明.浅谈虚拟技术在技能培训中的应用[J].学周刊.2012（04）
虚拟实验教学论文范文第5篇
摘要：计算机实验室在当今的教学中占有越来越重要的作用，对计算机实验室的建设和完善今后也将发挥更多的作用。本文通过对计算机实验室的优势和建设过程中问题的阐述，提出一系列解决措施。
关键词：实验室；实用性；计算机；网络
一、计算机实验室虚拟教学的实用性特征
（一）能够适应当今教学需要。在传统的教学模式中，以各种实验仪器设备为实验基础，学生通过与设备实物面对面来操作完成结果，对于实践性较强的学科必须经过反复多次的实践来提升学生的技术水平，尤其是专业性较强的理工科。这样的教学模式中，教师占据了教学的主动，教学方式也很单一，实验内容受到设备的限制很大，实验经费需求大，影响了实验室的规模。虚拟网络化的教学条件下，通过互联网和局域网的连接，教师可以通过仿真实的场景进行教学。经过多年的发展，我校现有计算机实验室约33间，分为大小两种，大的实验室机器数量为47-57台，小的数量为27-31台。但这样规模的实验室仍然难以满足我校教学的实际需要。计算机实验室作为学生实践的基地，培养学生专业和基础能力的场所，一方面与各学科的专业实践难以分割，另一方面是多学科进行实验的场地，增加计算机实验室的数量是信息化教学的发展需要，也是各学科进行更加细致分类教学的需要。
（二）能够应对各类学生的学习要求。从教学方面看，软件系统强大而丰富：计算机应用基础、.net编程、JAVA编程、photoshop应用、premiere影视制作、3Dmax、sketchup绘图、电商物流实验等课程，这些软件的安装应用和实时更新既能够满足专业化教学的需要也能够满足公共课程教学的软件需要。相对于传统教学而言，计算机实验室不仅仅是教学的场地，也是学生主动学习平台，每间实验室都有相关的教学软件，可以进行广播教学、收发作业、分组讨论等活动。为适应软件的运行环境，对落后的硬件设备进行淘汰并代之以最新的硬件设备，因而每间实验室的硬件设备均是这两年更新过的，环境良好。部分实验室还有投影设备，有的还有交换路由实验机柜，有的有小型服务器。这样既能够满足计算机相关专业的专业化教学的需要，又能满足其他专业公共基础课程的设置，为广大师生提供更加便利的教学和学习平台。这之中包括课前的预习、课程管理、数据管理、多媒体音效、实验指导、课程作业批改、课程成绩统计、成绩查询等等，为教学的展开提供了一定的环境，满足了各专业和各类培训机构对教学环境的要求，尤其适合远程教学。
虚拟化的演示环境能够将教师所讲进行清晰展示且使用简单。在虚拟的网络实验室中安装多种虚拟软件，如：snif-ferpr04．7、Packettracert5．0等，抽象的数据能够直观呈现在同学们面前。在实际的教学过程中，有些教师并不具备计算机相关专业的素质，在虚拟化的教学环境中，教师只需要掌握基本的word、excel、powerpoint等程序就能进行相应的多媒体讲解。
计算机在当前硬件设备下的软件更新方便安全，并且易于管理。随着计算机网络技术的更新，软件设备更新简单，可以快速有效安装最新的软件适应社会对学生技术的要求。多台计算机的管理需要配备相应的人力物力，但较之传统的实验设备管理节省了大量的人力物力，管理相对容易得多。
（三）计算机实验室具有丰富的功能。计算机丰富的功能决定了其具有实用性的特点，由于计算机使用的简单，无论是教师、学生还是社会人员，只要掌握了一些基本的应用知识，都能够进行基本的计算机操作，我校实验室是一个多功能的利用场所，其利用率较高，不仅作为教学场所，还可作为各类计算机考试的考场，并能够独立承接各类培训、安排会议（有过一次视频会议）、承办赛事（江苏省秘书技能大赛）等等功能。在历史上，其承接的考试种类多样：全国计算机等级考试、普通话考试、物流考试、电子商务考试、TOEFL考试、会计执业资格考试、证券执业资格考试、银行执业资格考试、职称系列考试等等，也有过其它许多培训：职称考试培训、会计考试培训、物流电子商务培训、普通话培训、银行内部技能培训等等。
（四）网络实验室的有相对安全的网络环境。计算机实验室是的硬件属于学校财产，相对而言并不容易流失，而软件安全、数据安全需要专业的计算机知识的保证。一般而言，普通的计算机互联成LAN，还会又internet出口。我们上网过程中常常为遇见一些病毒，防不胜防。网络实验室的建立可以自由选择计算机的网络范围，在需要与Internet进行连接时教师可以进行有效的指导，而在大多数时候计算机并不需要连接到外部复杂的网络环境中，校园内部网络可以实现绝大部分的网络教学，可以避免受到外部不安全因素的影响。
因此，我们进行了计算机实验室系统数据库的结构的设计，通过逻辑设计、物理设计、安全性设计和优化步骤使得计算机实验室的资源可以得到优化和利用。数据库设计流程图如下：
在这个基础上，我们在所有实验室之间建立了校园内部网络连接，可以通过校园认证系统以教师的个人账户访问王章，可在校园网内以公用账户访问各种数字图书馆。系统用户分为教师、学生、教务管理员、系统管理员四个角色。他们各自在校园内网中可以实现的功能操作分别是：
学生：选课、修改个人信息、查询实验成绩和批语，利用网络数字资源等。
教师：发布课程、安排课程、批改课程作业、智能指导、统计并发布学生的成绩和批语。
教务管理员：课程计划、开课审核、开课计划、选课日期设置、开课查询。
系统管理员：用户管理、角色管理、权限管理、分组管理、系统维护等。
二、计算机实验室建设的问题
计算机实验室的建设需要大量的资金支持和技术支持，在扩建过程中难免会产生一系列问题，寻找到这些问题的产生根源，寻求解决途径，这些都需要我们认真对待。
（一）计算机软件、硬件利用的矛盾。随着科技发展的日新月异，软件的更新换代周期大大缩短，新的软件以更加优良的设计思路和更加强大的功能越来越快地将旧有软件取代，但与此相对应的是现阶段的硬件设备难以满足新软件的运行要求。无论在如今还是未来，计算机新技术的理论知识对硬件要求日渐提高，软件的发展速度决定了硬件更新速度必须加快。在计算机行业中软件危机问题在计算机实验室建设过程中体现得更加明显。
（二）计算机管理问题。计算机的管理不仅仅是对硬件的日常维护，也需要管理人员根据教学需要对软件进行更新换代。某些软件的更新需要管理人员具备较丰富的计算机专业知识，对数量众多的计算机进行科学有效的管理需要专业计算机人才的辅助。现阶段许多高校教师对网络实验教学的科研创新缺乏积极性，导致网络实验室建设规划与教学科研工作脱节，使得所建设的计算机实验室设备单一，教学内容落后，实验方法也不全面。
当前绝大多数计算机都只有一个操作系统，而一些专业的学科课题需要的软件不能在windows xp、windows7环境下运行，例如vista、linux等，这样就需要采用不同的操作系统来适应教学，学校为了适应这些专业教学又不影响其他专业学生对公共课程的学习就必须用大容量的硬件安装双系统来进行教学支撑。
三、计算机实验室建设中问题的解决措施
（一）对实验室进行专业和非专业的划分。现在的许多软件更新速度很快，且对系统的容量有着很高的要求，同一个实验室若变成基础网络实验室和专业网络实验室的通用，虽然可以增加计算机的利用率，节约成本，但在系统容量紧缺的情况下势必会影响系统的运行速度，造成一系列的软件问题，也会给实验室的日常管理带来难度。在我校将要扩大实验室规模的今天，既要满足高要求的专业学科又要满足公共基础课程的使用，就必须将实验室进行专业和非专业的划分，将要建成的实验室扩展了实验室的数量，可以将一部分实验室作为专业性很强的学科的专用实验室。随着科学的精细化发展，教学中涉及到的专业问题也越来越多，通过专业化网络实验室的设置，学生能够接触到当前科技发展的最前沿，对提高学生理论联系实际的水平和培养学生的实践能力有着不可估量的作用，在实践过程能够迅速发展学生存在的问题并加以解决，最后得到学以致用的效果，为国家培养出专业的创新型人才和复合型人才。
（二）解决实验室的经费问题。建设实验室需要一笔不小的费用，对实验室的管理和维护也需要雄厚的资金作支撑，只有在节约资金和提高硬件使用率和加大实验室的资金投入，才能保证实验室的发展跟上教学的节奏。
一是对资金的利用尽量达到最大化。请计算机专业的教师对市场上形形色色的产品进行甄别筛选，找到产品质量最好、售后服务周到、性价比最高的卖家进行批量购买，保证每一分钱都花在刀刃上。
二是提高硬件的使用率。对计算机使用率的最大化就是对资金的节约，计算机硬件的老化受到时间的制约，通过开放式的利用，才能将实验室的利用达到最大化。一方面可以增加开放时间，实验室对全校开放的时间不少于八个学时，同时增加计划外的教学安排来培养学生的学习兴趣，并在课余时间实行对我id预约和自由开放，为开放性设计实验和科研提供充足的实验场所，满足师生课余学习研究的目的。另一方面联合其他企业建设联合实验室，这样的好处是既能够为本校学生提供企业的学习经验提高学生的实践能力和就业竞争力，又能够通过这个平台帮助企业遴选出合适岗位的未来员工，实现教学、就业的双向突破。
三是进行其他创收类应用。通过对更多校外培训、考试、企业项目的承办来为资金不足寻找突破口，或者在校外寻找合适的赞助商，定期不定期进行各种校内校外竞赛，一方面提高了学生学习的积极性，另一方面为实验室的维护寻求到资金支持。
（三）达到实验室的科学管理。首先运用科学的管理系统进行管理。为了满足系统在技术要求具有业务变化的适应性、高度的安全性、大容量数据存储等特点，可以采用四层框架结构：信息访问、表示逻辑、业务逻辑和数据资源四个层次。具体如下图所示：
整体上可以采用如下的系统结构：
这样的管理系统通过客户端浏览器和后台数据库向用户展示实验信息，能够对实验室的信息进行方便的维护和更新，客户可以通过这个系统了解实验信息。
其次对管理人员的要求。一方面增强教师队伍的素质，可以请本校教授或者是外校知名专家对实验教师进行集中的技术培训，通过学术、交流、研讨等方式全面提高教师的管理水平。另一方面计算机数量众多需要更多的管理人员进行批量化的管理。以往对计算机的管理都是教师的工作，现在在人手不够的情况下，可以请一些技术较好的同学组成管理团队利用课余时间对众多的计算机进行管理，通过主管教师的亲自指导还能提高学生的实践能力和技术水平。这样的管理可以是有偿的，作为资助贫困学生的一个手段来加以应用。在这个过程中既解决了人员不足的问题也增强了学生的责任感。
四、结语
计算机实验室对教学的作用不仅仅是辅助教学，对培养学生的动手能力也有着不可忽视的作用，对其进行相应的设备配置、工作人员的技术力量、实验室规模都会给教学带来影响，对其进行多种途径来完善也越来越重要。
参考文献
[1]宋韧,刘洋.浅谈网络实验室建设中存在的问题及解决方案[J].才智,2011,34.
[2]卓攀.实验室辅助教学系统的探索与实践[J].都市家教:小半月,2011,11.
[3]蔡正保，付贤政.计算机网络虚拟实验室在教学中的实用性探讨[J].广西教育学院学报,2011,6.