本文以广州市花都区新华中学高二年级物理实验“验证力的平行四边形规则（力的合成与分解）”为例，初步研究：1.网络虚拟实验室在高中物理实验训练的教学效果；2.学生对虚拟环境实验的参与程度；3.教师在运用网络虚拟实验室进行物理实验教学时的情况等，旨在探索研究虚拟环境对高中物理实验教学有效性的促进作用，并辩证地看待利用网络虚拟实验室进行物理实验的利与弊，使得网络技术能够更好地提高高中物理实验训练的教学效果。
（一）实验研究环境
研究中所采用的虚拟物理实验平台是“同步实验：网上实验室实验平台（如图1）。“同步实验室”是把互联网技术应用到中学化学、物理、生物实验课程中，提高学生的实验操作能力和实验探究能力。通过本虚拟实验平台，学生可以预习和复习实验原理，实验的用品、实验的步骤，实验的注意事项；可以实现实验的仿真操作，系统将对学生的实验给予即时的评价；对实验的问题还可给予释疑解惑。值得一提的是，该实验平台的内容与教材及广东科技出版社的《实验手册》配套。
（二）研究过程及结果调查情况
本研究抽取了广州市花都区新华中学对照班：高二（6）、（7）班。这一组对照班实验前成绩和学生各方面表现基本相同。其中，高二（6）班(实验班)共39人采用虚拟实验模式教学；高二（7）班(对比班)共38人采用传统模式教学。1.对照组实验成绩情况分析在分别进行了真实物理实验和虚拟物理实验的教学后，笔者当堂对学生的实验掌握情况进行了简单的测验，主要考查学生对实验理论知识的掌握、实验误差的认识和实验步骤与细节的掌握。从两组对照班的初步实验结果获知，与实验过程密切相关的实验步骤与细节、减少实验误差的方法的考查，实验班则比对比班掌握相对更为牢固。分析其具体原因，在虚拟实验环境进行训练的实验班学生，实验操作过程简便、快捷，受其他无关因素干扰少，对于实验步骤认识清晰，而实验过程操作训练机会也比较多，所以对实验的掌握更加牢固。2.实验问卷调查本研究共发放了问卷100份，共回收86份，有效问卷86份。通过对问卷进行统计分析后，得到以下结果：（1）学生对虚拟物理实验室的看法对于问题“你觉得电脑上的虚拟实验环境有哪些优势（多选）”，实验班学生的情况从调查结果显示，体验过虚拟实验环境的学生有近80%认为网络虚拟实验平台操作简便，节约课堂时间，而且操作灵活，可以快速获得实验结果，同时实验步骤和目标清晰明确。（2）对于学生进行虚拟实验的课堂参与情况调查在问题“与平时的物理实验室相比，你觉得在电脑上进行物理虚拟实验，大家的课堂参与度有什么变化”的调查中，笔者分成了几个小问题进行调查，获得以下结果：①与小组组员的交流、沟通同以前的变化（如图2）从学生的调查结果来看，超过一半的学生认为在虚拟实验室中，与小组组员的交流、沟通比在真实物理实验室多。根据实验现场观察，我们发现在虚拟实验室的课堂上，学生的交流主要是实验如何操作上，比较适合学生的自主探究操作。在虚拟实验室与小组组员的交流、沟通变化有76%的学生认为有更多时间可以自己做实验。在对比虚拟实验室和真实实验室的教学后，发现在虚拟实验室中，学生操作起来更加快，有更多自主实验操作时间，并且大部分学生可以做3次实验以上，所以实验误差也小。而在真实物理实验室中，有部分学生可以做2次，但还有相当一部分学生只做了1次，所以对实验步骤的掌握还不够扎实。③在电脑上进行物理虚拟实验，学生对老师的依赖的变化为了了解在虚拟实验室与真实实验室相比，学生对老师的依赖情况，笔者也对此做了调查：有92%的学生认为“可以更多地自己完成实验”，学生对老师的依赖没有那么强，学生自主性强。（3）实验教师对虚拟物理实验环境的评价为了较为全面的了解虚拟物理实验环境对教学的影响，笔者还对参与实验的老师进行访谈。从访谈中笔者了解到，传统的物理实验环境存在着一些问题，比如实验前器具和环境准备繁琐，容易发生遗漏；为了节约课堂操作时间，老师更多地以小组为单位进行实验，这样不利于学生自主探究的培养；部分实验存在安全隐患等等。而虚拟物理实验环境能较好地解决这些问题。当然老师们也对虚拟物理实验环境的缺陷提出自己的看法。比如虚拟物理实验环境操作步骤比较生硬、固定，缺乏灵活性；可能会影响学生动手能力的培养；需要借助电脑设备和网络环境；小组内的合作与交流有所变化等等。
二、网络虚拟实验室在高中物理实验教学中应用的思考
通过虚拟物理实验环境的研究，我们发现网络虚拟实验室有其明显的优势，特别是学生参与实验的兴趣和对实验操作掌握的训练方面。那么在什么情况下运用虚拟物理实验环境能够更好地提高高中物理实验的有效性，弥补真实物理实验室的不足呢？以下笔者从虚拟物理实验室的优势及缺陷进行总结，并提出初步研究结论。
（一）网络虚拟实验室的优势
1.弥补实验器材的不足，避免实验器材老化、损坏等而影响实验效果。2.便于管理和维护。传统的物理实验仪器经过多次使用，不可避免会出现问题。很多时候器材都是勉强用着，给教学活动带来不便，大大降低教师和学生的实验热情[4]。而虚拟物理实验也可以减少实验前一些繁琐、重复的准备工作，提高教学效率。3.虚拟实验环境仿真强。“同步实验室”网络平台提供了与物理教材同步的各种仿真实验，与现实实验较为接近。通过对参与虚拟实验的学生的观察，我们发现由于虚拟实验平台的高仿真效果，学生进行实验也是非常感兴趣。4.实验过程、步骤清晰易懂。例如本研究采用的“同步实验室”网络平台，提供了“实验目的实验原理实验器材实验过程开始实验实验结论实验评价”这样一套完整的实验过程。从我们调查研究结果来看，参与虚拟物理实验环境的学生对实验步骤和细节的掌握也确实比对照班的学生更为扎实。这是因为“同步实验室”平台提供了完整、清晰的实验指引，及时的实验评价，同时也避免了一些无关因素对实验过程的影响。5.有利于学生自主探究能力培养。由于虚拟实验平台能提供一系列、完整的指导，学生可以通过自主尝试、探究，较为顺利地体验实验过程，获得实验结果，而不会过分依赖老师和同伴。
（二）网络虚拟实验室的缺陷
当然，虚拟物理实验环境也存在着自己的缺陷，主要有：（1）需要依赖电脑室、网络环境；（2）目前由于技术局限，虚拟环境平台还是只能实现简单、固定的实验操作，与真实的物理实验环境还是存在一定的差距；（3）难以实现小组分工合作；（4）一些科学素养的培养仅凭虚拟物理实验难以实现。例如学生动手操作能力，解决实际问题能力，实验结果评估与改进等。
（三）网络虚拟实验室的应用范围
从研究调查中我们可以发现虚拟物理实验环境有其明显的优势，但也存在不足，只有根据实际教学情况巧用网络虚拟实验室，才能更好地保证物理实验效果。那么在什么情况下运用虚拟物理实验环境能够更好地提高高中物理实验的有效性呢？笔者通过研究调查，总结出虚拟物理实验环境比较适用于以下情况：（1）现有物理实验器材无法满足实验需要的情况，如器材不足、损坏严重。（2）物理实验要求精确度高、操作比较繁杂的情况。由于课堂时间非常有限，而虚拟物理实验环境操作简便、步骤清晰，能得到预期的实验效果。（3）某些抽象的、微观的，难以通过传统物理实验室进行实验得到结论的物理实验。（4）要求学生通过自主学习、实验获得实验结果。
三、结束语
（一）实验分析
高锰酸钾制取氧气是利用酒精灯、试管、铁架台、导管、集气瓶、水槽等仪器，通过加热高锰酸钾制取氧气，利用排水法来收集氧气。学生不仅要掌握实验原理、目的，实验仪器和药品的使用方法及注意事项，实验步骤、化学方程式的书写等内容，还要培养观察、分析能力和实践操作能力。
（二）《高锰酸钾制取氧气》的实验目的
（1）通过虚拟实验中的文本展示工具，使学习者了解实验目的、原理和方法。
（2）通过对虚拟实验的操作，掌握药品的选择以及仪器连接的先后顺序，能够动手制取氧气。
（3）通过对实验过程、现象的观察、分析实验反应机制，加深对实验的认知和理解。
（三）《高锰酸钾制取氧气》的虚拟实验活动设计
学生要完成虚拟实验首先需要安装Secondlife客户端，进入Secondlife虚拟环境，通过以下流程完成整个虚拟实验。
（1）准备阶段：学习者通过Secondlife提供的地图工具搜索到虚拟实验室地标并通过瞬间移动工具进入虚拟实验室。
（2）实验阶段：学习者通过人-机交互选择事先通过3D建模工具创建好的虚拟实验仪器、药品并通过资源工具查询相关仪器的使用方法及实验装置图，完成实验仪器的装置；点击各个实验仪器、添加药品来完成实验。
（3）评价反馈阶段：教师根据学生提交的实验报告和学习者的学习记录对学习者本次实验进行一个综合评价，并将评价结果通过评价反馈系统及时反馈给学习者。
二、《高锰酸钾制取氧气》的虚拟实验环境设计
本研究以《高锰酸钾制取氧气》为例设计的虚拟实验环境。以实验过程的设计为理论基础从场景及模型设计、交互设计、支持工具设计、特效设计、评价设计这几方面设计三维虚拟实验环境。
（一）实验环境的场景及模型主要虚拟教室、虚拟实验室和仪器设备组成
虚拟教室由讲台、桌椅、多媒体系统、音响设备、电子白板、书柜、书、电脑组成，供学习者实验后进行交流、报告、探究、形成实验结论。虚拟实验室主要由实验环境、实验操作台、水池、药品柜、灭火设备为为学习者完成实验并获取实验数据。仪器设备主要是酒精灯、试管、铁架台、导管、集气瓶、水槽、铁夹、烧杯。药品耗材主要是高锰酸钾等。
（二）交互系统设计
（1）人机交互设计：在实验中通过操作交互，学习者能够感受到实验设备的控制感和体验感。在Secondlife中，利用创建工具可以实现简单的“点击”“移动”“坐在上面”等操作，Secondlife提供的林登脚本语言可以设置改变物体的性质、运动方式、运动轨迹、对外力的反应等等，能够较好地支持学习者的操作交互。
（2）交流工具：学习者在实验过程中和老师、同伴交流的方式主要有在线的同步交流和异步交流。
（三）支持工具设计
实验支持工具是指支持学习者完成实验的所有工具，本研究的支持工具主要包括搜索工具、资源工具、实验认知工具、评价反馈工具等。搜索工具主要是地图工具和瞬间移动工具通过它们是搜索定位各种学习场所、用户，并瞬间移动到目的地。资源工具包含Secondlife内部资源和外部资源。内部资源主要是3D浏览器；外部资源包括各大搜索引擎。这些工具可以搜索Secondlife内部和外部各种信息资源实验认知工具主要包括3D建模工具、拍摄工具、记事本工具主要为为实验过程中学习者观察记录实验现象、采集数据提供支持。评价反馈工具主要包括问卷系统（choicer、Quizchair）、学习记录系统（Tracker）、Web-Intercom，为实验后学习者自评、反思以及教师评价反馈提供支持。
（四）特效设计
在Secondlife中，通过粒子系统结合林登脚本语言可以营造烟雾、火焰、气体、雪花等各种现象。在本实验中酒精灯加热的火焰、水槽里面的气泡、集气瓶中的氧气、反应过程中的烟雾、药品晶体的状态变化等效果都可以通过粒子系统来实现。
三、结论
虚拟技术主要是以虚拟机为主，来达到实验目的的技术手段。虚拟机的创建，是通过虚拟层技术从而实现软、硬件模拟，生成虚拟计算机。虚拟机对于计算机实验教学来说具有重要意义，它拥有计算机的全部功能，可以真实地进行计算机实验教学。虚拟机在进行计算机实验教学过程中，具有极大的仿真性，而且想要识别虚拟机与物理计算机之间的差别极为困难。就目前虚拟机发展来看，操作系统以及相关应用软件是无法识别物理计算机和虚拟机之间差别的，就使用者来说，虚拟机就是一台真正的计算机。虚拟机在计算机实验教学中应用，可以更好地培养大学生的计算机实践技能操作水平，对计算机的装机、系统维护、网络配置以及管理等简单的计算机操作水平掌握来说，具有重要意义。
二、虚拟技术的优势
虚拟技术是当下计算机实验教学应用的主要教学技术手段，在计算机实验教学发展过程中，具有重要推动作用[1]。虚拟技术在计算机实验教学中应用，其优势主要有以下几个方面：2.1降低资源投入成本虚拟技术不需要太大的场地就可以进行计算机实验教学，这与传统的计算机实验教学来说，有着很大的差别。传统计算机实验教学需要建立教学实验室，并且购置很多计算机实验设备。虚拟技术则不需要这一点，极大地降低了资源试论虚拟技术在计算机实验教学中的应用陈军山东医学高等专科学校【摘要】计算机技术在当下社会经济发展以及人们日常生活中所占的地位越来越重要，计算机实验教学对于计算机技术的应用与发展来说，意义重大。但就目前计算机技术发展来看，可供研究和使用的计算机实验资源缺乏，这对于掌握和发展计算机技术来说，十分不利。为此，旨在促进计算机实验教学发展的虚拟技术在计算机实验教学中得到了广泛的应用。这种虚拟技术主要是以软件创建虚拟机，并且在虚拟机情况下进行计算机实验教学。经过大量实践，虚拟技术在计算机实验教学中具有重要作用。本文以虚拟技术在计算机实验教学中的应用为研究对象，主要探讨了基于VMwareWorkstation软件创建的虚拟机在计算机实验教学中的具体应用。【关键词】虚拟技术计算机实验教学应用投入成本，但其所起到的实验教学作用，与真正计算机实验教学并无差别。2.2灵活性较强虚拟机在设计和使用上，只需要通过对硬件和软件进行系统化更新，就可以让虚拟机与当前计算机技术保持一致性，具有很大灵活性。这种对软、硬件的更新，可以不需要进行实体机配置的兑换，就可以实现更新目的。2.3安全性较高虚拟机当中，具有单独的数据存储设备，可以对实验数据、实验资源、实验资料等信息进行保存，避免数据丢失为用户造成不便。而且，虚拟机在进行计算机教学实验过程中，即使其他系统出现故障，也不会对数据存储设备产生影响，避免数据丢失，具有很高的安全性。
三、虚拟技术在计算机实验教学中的应用研究
虚拟技术在计算机实验教学中的应用，首先要创建虚拟机，这是虚拟技术进行应用的前提。针对于虚拟机的创建，需要在物理计算机操作平台上安装虚拟机操控软件，就目前虚拟机技术应用来看，主要以‘VMwareworkstation’软件为主。其次，对虚拟机进行优化与维护，使其更好服务于计算机实验教学。最后，则是将优化好的虚拟机投入到计算机实验教学当中。3.1虚拟机创建研究虚拟机创建以VMwareworkstation软件为主，在VMware窗口中，进行虚拟机创建，其具体步骤如下：（1）启动VMwareworkstation后，需要在打开的窗口中选择创建类型，进行程序安装工作。一般来说，创建虚拟机主要采用Typical默认方法，VMware会根据物理计算机的实际配置，进行虚拟机硬件配置创建工作。而虚拟机创建过程中，又会根据用户需求不同，通过对虚拟磁盘以及适配器进行重新定义，从而实现虚拟机新功能。根据用户自身需求对VMware创立完成后，接下来就需要对虚拟机的操作系统进行设置；（2）进行操作系统设置时，页面会弹出“客户机操作系统安装”窗口，这个窗口中一共有三个选项，虚拟机创建时需要选择“稍后安装”选项。之所以选择这个选项，是因为可以在很大程度上避免客户机系统的不完整性，有利于虚拟机使用；（3）客户机的默认配置，需要在“客户操作系统安装”的窗口中进行选择，就虚拟机的操作系统类型来看，可用于选择的操作系统主要有“Windows”、“VMware”、“Linux”等，就操作系统选择来看，需要根据实际情况进行分析，选择的系统要符合当前使用虚拟机的版本；（4）默认配置以及操作系统选择完毕后，下一步需要对创建的虚拟机进行命名，这种虚拟机命名主要是为了日后操作时更加有利于识别；（5）虚拟机命名之后，则需要生成虚拟机配置的保存路径，用硬盘进行相关配置保存，为之后虚拟机的使用提供方便。虚拟机的创建，为计算机实验教学创造了方便，新虚拟机生成之后，需要对其进行优化，之后投入到计算机实验教学之中。3.2虚拟机的优化及维护研究虚拟机的建立，主要是以‘VMwareworkstation’软件为主，虚拟机的硬件设备，则是由VMware自动生成[2]。虚拟机应用于计算机实验教学中，需要对相关配置进行优化，使之符合计算机实验教学的要求。在进行虚拟机优化及维护过程中，要遵循以下优化及维护的方法：（1）内存：虚拟机的内存与物理计算机内存有着密切联系，一般来说，虚拟机的内存主要是根据物理计算机内存大小进行测算的。例如物理计算机的内存值若是1024MB，那么虚拟机的推荐内存则为512MB。在虚拟机内存优化时，其内存设置在512MB左右浮动，最大值不能超过1024MB，最小值不能低于128MB，其内存设置应该为32MB的倍数；（2）处理器：在进行处理器优化时，虚拟机处理器的个数要与物理计算机进行比较，保证处理器个数少于物理计算机处理器个数；（3）硬盘：硬盘大小对于虚拟机进行计算机实验教学来说，具有重要影响。硬盘容量决定了对数据的存储容量，在虚拟机优化过程中，要根据实际情况，对有用信息进行保留，对无用信息进行清除。这就需要在硬盘设计过程中，对硬盘内容进行相关设置。关于硬盘功能设置，主要通过‘Expand’的功能，可以根据硬盘工作状态，进行‘持久模式’和‘非持久模式’选择，其主要是针对硬盘数据问题进行的一种优化；（4）网络适配器：网络适配器是虚拟机进行网络连接的关键，它决定了虚拟机以何种方式实现上网。一般来说，虚拟机进行上网，大都是通过网桥连接模式，利用网卡实现上网。这种上网形势下，虚拟机需要有着自己单独的IP地址。除此之外，虚拟机还可以实现‘NAT’上网模式，但这种上网模式下，就需要对主机IP以及虚拟机IP进行重新设置，虚拟机的单独IP地址将会被取消。网络适配器在虚拟机中的应用，决定了虚拟机的上网方式，并且根据实际情况，可以实现虚拟机与物理计算机单独上网，这对于虚拟机进行教学实验来说具有重要意义。以单独上网的方式进行攻击性网络教学实验，除了可以达到实验目的之外，还可以避免对物理计算机造成损坏。3.3虚拟技术在计算机实验教学中的应用分析本文研究的虚拟技术在计算机实验教学中的应用，主要从多操作系统安装实验以及分级网络实验两个方面进行分析，关于这两种实验教学的应用，如下所示：（1）多操作系统安装实验：多操作系统安装实验是计算机实验教学的基础，其主要包括计算机硬盘分区、操作系统安装等教学内容，该教学实验受到的限制条件较多，若是以物理计算机进行教学实验，会造成极大的资源浪费，并且对物理计算机软硬件的损坏较大，因此，针对于这一教学实验，最为有效的办法则是采用虚拟机进行实验教学[3]。虚拟机与物理计算机的特性一致，以虚拟机进行计算机多操作系统安装实验，可以让学生进行实践操作。关于虚拟机的多操作系统安装实验，可以以任意一台物理计算机为主，安装‘VMwareworkstation’软件，进行虚拟机构建，之后进行虚拟机优化，使之符合计算机实验教学要求。在虚拟机构建完成之后，学生可以根据计算机实验教学目标，在虚拟机进行实践操作，就多操作系统安装实验的要求，按步骤进行实际操作；（2）分级网络实验：分级网络实验是利用虚拟机与物理计算机的联合，构建对等网络，从而实现实验局域网的构建。分级网络的构建，在很大程度上提升了学生们学习计算机技术的信心，并且增强了学生的实际动手操作能力。分级网络的构建，主要是基于虚拟机和物理计算机的对等网络构建基础上实现的。而分级网络的实践操作，进一步增强了计算机实验的难度，可以考验学生对计算机实际操作能力的掌握。在进行分级网络实践操作时，学生们的操作主要在虚拟机上进行操作，避免了对物理计算机软、硬件的损坏。利用虚拟机进行分级网络实验，为学生提升计算机实验能力打下了坚实基础，对学生日后使用计算机技术方面，具有重要意义。
四、结束语
正如乌申斯基所说：“没有兴趣的强制性学习，将会扼杀学生追求真理的欲望。”探究活动并非只是单一的智力因素参与的过程，而是一个智力因素与非智力因素共同参与、相互作用、相互影响的过程。其中以兴趣为主的非智力因素正是学习强大的动力源，是学生产生积极的学习动机与认知行为的源泉。没有兴趣的学习就是外加的沉重负担，学生只是被动参与、机械应对、死记硬背，并没有达到对知识的真正理解，与快乐学习也是背道而驰。实验具有鲜明的实验现象，这不失为激发学生物理学习兴趣的重要手段。但在以往的教学中受实验室条件、实验器材等因素的制约，许多实验不能完成；即使让学生来做实验，限于安全因素、时间等，也大多是机械地按照实验步骤完成，并未真正发挥实验的激趣导思效果。虚拟实验室具有强烈的现代化气息，计算机与网络都是高中生所熟悉且喜欢的方式，这样更能吸引学生的眼球，将学生的注意力集中起来，能够同时带动学生的视觉与听觉等多种感官来参与到实验中来，这使得学生参与实验的兴趣更浓、积极性更高，从而让学生能够全程参与到实验过程中来。
二、模拟各种实验现象，引导学生展开主动学习
物理基本的概念与定理并不是凭空产生的，而是科学家在大量的实验中总结出来的，是透过大量表象达到对事物的本质认知。只有将基础知识的教学与实验结合起来，再现真理发现全过程，这样才能达到学生对知识的真正理解与掌握。而在现实条件中许多实验是无法完成的。如微观粒子的运动、存在安全隐患的实验以及对实验条件有严格要求的实验等，在以往的教学中这些实验都难以完成，就只能采用机械的灌输，让学生来记忆结论性认知。这样的结果就是学生背得流利，但就是不懂、不会用，只知其然而不知其所以然。网络虚拟实验室可以模拟各种实验现象，可以完成以往教学中所难以完成的各类实验，将这些抽象而枯燥的物理知识寓于直观而形象的实验现象中，让学生通过操作与观察来获取感性认知，并由此上升为理性认知，这样才能达到对抽象知识的深刻理解与灵活运用。
三、开辟师生互动学习平台，实现探究性学习
新课改倡导自主合作探究式学习方式，明确提出了以学生为中心的教学理念，我们的教学要更加关注学生学习方式的转变，要由以教师为中心转为以学生为中心，要将重点由教师如何教转向学生如何学上来，构建以教师为主导、学生为主体的双主型教学模式，确立学生在学习中的主体地位，引导学生展开主动探究，实现教学的双向互动。网络虚拟实验室为师生开辟了一个全新的网络互动学习平台，在这里教师与学生可以一起来展开积极的实验探究，通过师生之间的积极思维与主动操作来完成更多的实验方案，并就实验现象与结果在师生之间、生生之间展开积极的交流与讨论，进行思想的交汇与思维的碰撞。这样更加利于学生深刻掌握基本的概念与定理，同时也可以提高学生的实验技能，让学生学会实验操作，这样才能真正地学会物理学习。因此，在具体的教学中，遇到有分歧的问题，我们可以引导学生来制定不同的实验方案，借助网络虚拟实验室这个平台来将实验方案付诸于实践，实现理论与实践同步，这样学生通过这些实验可以获取更多的直观认知，再通过师生之间的共同交流与讨论，就可以达到对这些基本知识点的深刻理解。
让学生爱上实验探究正如乌申斯基所说：“没有兴趣的强制性学习，将会扼杀学生追求真理的欲望。”探究活动并非只是单一的智力因素参与的过程，而是一个智力因素与非智力因素共同参与、相互作用、相互影响的过程。其中以兴趣为主的非智力因素正是学习强大的动力源，是学生产生积极的学习动机与认知行为的源泉。没有兴趣的学习就是外加的沉重负担，学生只是被动参与、机械应对、死记硬背，并没有达到对知识的真正理解，与快乐学习也是背道而驰。实验具有鲜明的实验现象，这不失为激发学生物理学习兴趣的重要手段。但在以往的教学中受实验室条件、实验器材等因素的制约，许多实验不能完成；即使让学生来做实验，限于安全因素、时间等，也大多是机械地按照实验步骤完成，并未真正发挥实验的激趣导思效果。虚拟实验室具有强烈的现代化气息，计算机与网络都是高中生所熟悉且喜欢的方式，这样更能吸引学生的眼球，将学生的注意力集中起来，能够同时带动学生的视觉与听觉等多种感官来参与到实验中来，这使得学生参与实验的兴趣更浓、积极性更高，从而让学生能够全程参与到实验过程中来。
二、模拟各种实验现象
引导学生展开主动学习物理基本的概念与定理并不是凭空产生的，而是科学家在大量的实验中总结出来的，是透过大量表象达到对事物的本质认知。只有将基础知识的教学与实验结合起来，再现真理发现全过程，这样才能达到学生对知识的真正理解与掌握。而在现实条件中许多实验是无法完成的。如微观粒子的运动、存在安全隐患的实验以及对实验条件有严格要求的实验等，在以往的教学中这些实验都难以完成，就只能采用机械的灌输，让学生来记忆结论性认知。这样的结果就是学生背得流利，但就是不懂、不会用，只知其然而不知其所以然。网络虚拟实验室可以模拟各种实验现象，可以完成以往教学中所难以完成的各类实验，将这些抽象而枯燥的物理知识寓于直观而形象的实验现象中，让学生通过操作与观察来获取感性认知，并由此上升为理性认知，这样才能达到对抽象知识的深刻理解与灵活运用。
三、开辟师生互动学习平台
实现探究性学习新课改倡导自主合作探究式学习方式，明确提出了以学生为中心的教学理念，我们的教学要更加关注学生学习方式的转变，要由以教师为中心转为以学生为中心，要将重点由教师如何教转向学生如何学上来，构建以教师为主导、学生为主体的双主型教学模式，确立学生在学习中的主体地位，引导学生展开主动探究，实现教学的双向互动。网络虚拟实验室为师生开辟了一个全新的网络互动学习平台，在这里教师与学生可以一起来展开积极的实验探究，通过师生之间的积极思维与主动操作来完成更多的实验方案，并就实验现象与结果在师生之间、生生之间展开积极的交流与讨论，进行思想的交汇与思维的碰撞。这样更加利于学生深刻掌握基本的概念与定理，同时也可以提高学生的实验技能，让学生学会实验操作，这样才能真正地学会物理学习。因此，在具体的教学中，遇到有分歧的问题，我们可以引导学生来制定不同的实验方案，借助网络虚拟实验室这个平台来将实验方案付诸于实践，实现理论与实践同步，这样学生通过这些实验可以获取更多的直观认知，再通过师生之间的共同交流与讨论，就可以达到对这些基本知识点的深刻理解。
四、总结
1虚拟仪器的构成
虚拟仪器是一种由硬件和软件构成而且还具有图形显示界面的先进仪器。在测试数据的功能上，虚拟仪器主要依靠其内部的高性能硬件，并在此基础上运用灵活的软件。虚拟技术实际上就是将硬件和软件充分结合到一起的平台，在扩展和集成领域都有很好的发展和应用的前景。通过对虚拟仪器的研究得知，其主要由以下三部分构成：
(1)灵活、高效的软件在虚拟仪器中起到关键的作用。根据实验的不同要求选取恰当的软件并充分结合该软件配套的函数库，以此就可以轻松地建设一个个性化十足的试验平台。
(2)模块形式的I/O接口是虚拟仪器的重要硬件。在信息化时代高速发展的影响下，实验数据的测量范围越发广泛，不同类型的数据总线在运行时都需要对应的模块形式的I/O接口的支持。这对虚拟技术的科研人员无疑是一种新的挑战。
(3)如今比较常见的集成平台是PXI。PXI主要用于工业数据的获取以及各种测试，是一种较为先进的模块化集成平台。用户可以根据自身的要求，创建不同的方案，用于数据测量，此平台不仅可以完成较为简单的数据获取，还可以实现难度较高的混合信号同步采集，在虚拟仪器领域中得到了广泛的应用。
2虚拟仪器的特点
(1)创建虚拟仪器所需的费用较少，而且非常灵活多变，只需要输入相应的软件就可以完成修改和调控，与常规的仪器相比，虚拟仪器具有更高水平的智能性和数据处理效率。为不同用户提供更为高端的技术支持。
(2)虚拟仪器内部的硬件组合方式灵活多变，为多样化的测试和实验提供各种功能的平台，比如，在设计和研制逻辑分析仪时，可运用速度较快的数字采样器。根据不同的组合方式构成的虚拟仪器在实验中可以完成更为专业、精准的测量。另外，还可以运用网络共享技术，实现实验资源的共享，从而提高了资源的利用率，从根本上减小实验所需的成本。
(3)虚拟仪器具有较强的操作性，而且在实际使用过程中不会受到过多的干扰。根据用户的需求，虚拟仪器可以设计出种类繁多而且个性化极强的显示界面。在多媒体应用技术日趋成熟的今天，用户可以轻松操作虚拟仪器，在测量完成以后，还可以为结果的传输提供多种渠道，比如存入数据库或者是在网络上传播。在网络技术大跨步发展的今天，虚拟技术带动了虚拟仪器的完善，而虚拟仪器在实践中还会在更多的领域发挥出理想的效果，还可在网络共享技术的支持下，逐步完成实验资源的高度共享。
二、虚拟技术的网络共享实验平台的建设
1体系和结构
基于虚拟技术的网络共享实验平台的建设，需要立足于用户的不同需求。对网络共享实验的研究可得知，其内容涉及的方面非常广泛，主要包括建立局域网、平台操作程序的安装与调控、用户服务器的选型以及安全防护等内容，根据不同阶段的要求可制定综合性的实验项目（系统监管、工程设计、安全措施等）。通常情况下，该试验所选用的软件有VMware（在国际中享有较高的声誉，也是数据信息虚拟化处理软件的领导品牌。）和PacketTracer。
2建设流程
通过不断的完善，基于虚拟技术的网络共享实验平台的建设已经有了较为严谨的步骤。可分为五个过程。第一，常规的准备工作。此过程的主要内容包括虚拟技术相关软件以及操作平台的安装和调控，以及设置互联网的操作系统（IOS）。第二，配置虚拟技术软件的实验参数。在对虚拟主机进行配置之前，通常要根据需求设置其内部的硬件组成（内存、硬盘以及中央处理器等）。第三，设计实验的拓扑网络。在虚拟技术的试验平台运行之前，需要设计实验的拓扑网络，一般情况下，绝大多数虚拟软件创建试验拓扑网络的方法十分简单，只需要拖动鼠标即可完成。第四，基于虚拟技术的网络共享实验设备的调配以及运行。对实验设备进行针对性的调配是该试验的关键环节，这是对实验环境进行模拟的重要前提。最后，对实验测量的结果进行验证。在实验平台建设完成以后，运用指定的验证方式，判定实验数据的准轻型，从而验证该实验平台的可行性。
三、总结
一、网络虚拟实验室的建立
1.虚拟现实技术
虚拟现实VR( Virtual Reality) 是近几年来信息技术迅速发展的产物, 发表毕业论文是一门在计算机图形学、计算机仿真技术、人机接口技术、多媒体技术和传感技术的基础上发展起来的交叉学科。其基本方法和目标是集成并利用高性能的计算机软硬件及各类传感器创建一个使参与者处于身临其境的、具有完善的交互能力、能帮助和启发构思的信息环境, 即让用户在人工合成的环境里获得角色的体验。
虚拟现实具有三个基本特征。沉浸性, 是指观察者对虚拟世界的情感反映, 这种感觉能使用户全方位地投入这个虚拟世界, 这是虚拟现实的首要特征。交互性, 是指虚拟现实是一个开放的环境, 能对用户的输入作出响应, 并能通过监控装置来影响用户和被用户影响。想象性, 是指虚拟现实不仅是一个媒体、一个高级用户界面, 还是一个应用系统, 它以生动形象的形式反映设计者的思想。虚拟现实的三个基本特征强调了人在这个系统中的主导作用。虚拟现实系统按其功能不同, 可以分为三种类型: 沉浸式虚拟现实系统、桌面式虚拟现实系统和分布式虚拟现实系统。其中,桌面式虚拟现实系统是运用软件编程方法在显示器上显示三维场景, 用户通过键盘、鼠标等设备与虚拟场景交互, 它的特点是结构简单、成本较低, 易于推广。
2.网络虚拟实验室
所谓网络虚拟实验室, 是指利用区域网或互联网, 由虚拟现实技术生成的一类适于进行虚拟实验的实验系统, 包括相应的实验室环境、有关的实验仪器设备、实验对象及实验信息资源等。虚拟实验室可以是某一现实实验室的真实实现, 也可以是虚拟构想的实验室, 虚拟实验通过虚拟实验室进行。在虚拟实验中, 实验者有逼真的感觉, 有身临其境的感受, 好像是真正在现实实验室里近距离进行现场操作。在虚拟实验中, 没有一个有形的实验室, 也没有以实物形态存在的实验工具与实验对象, 实验过程主要是对虚拟物的操作。
3.计算机专业虚拟实验室的创建
构建专业虚拟实验室, 其实就是搭建一个网络平台系统, 包括硬件、软件及管理三个方面。在硬件上,
目前各校都建立了校园网络并接入了互联网, 这些基础设施基本可以满足需求, 不需要太多的投入。在软件方面, 一个是实验室平台软件系统的开发, 它与网站建设相联系; 另一个是网站的内容( 实验内容) 建设, 这是实验室建设的关键。虚拟实验室应有可以做的实验来支撑, 不然软件平台就是一个空架子, 形同虚设。同时, 该平台上还应有实验管理的支持, 对实验仪器、实验报告、实验指导、实验成绩及网上答疑等进行有效管理, 并对虚拟实验室进行监控, 计算机网络虚拟实验室系统各模块的主要功能如下。
( 1) 实验管理模块, 由学生管理、教师管理、仪器管理和学生成绩管理等组成。发表硕士论文在学生管理方面, 学生通过浏览器进行注册登录, 登陆成功后可浏览实验项目, 查看实验的详细资料, 预约实验项目及做实验的时间, 在线发送和接受消息, 进行问题讨论, 进行实验登记, 实验完成后可通过网络写实验报告并提交报告。教师管理方面, 可对实验内容添加、修改、整理、删除, 对学生提交的实验报告列表, 批改实验报告, 填写评语和成绩, 提交批改结果, 与学生进行讨论。仪器管理方面, 对新设计开发的虚拟仪器上传并进行分类整理, 以便实验使用。成绩管理方面对学生的实验情况( 实验次数、实验报告及完成情况) 给出成绩, 并进行统计分析及提供查询等。
( 2) 仪器展示模块, 对虚拟实验室可用虚拟元器件、虚拟仪器设备分门别类地进行管理, 以图形的方式直观呈现出来, 供学生在实验时进行选择。
( 3) 实验指导模块, 包括实验介绍、实验方法、实验项目的重点及难点、实验目的、实验原理、实验准备、实验任务、实验过程、实验报告的要求及实验应注意的事项等。
( 4) 实验报告模块, 主要对学生完成实验后, 提供相关的实验报告模板, 供学生下载, 由学生填写相关内容以及实验的结果, 完成后上传电子版实验报告, 由教师进行批阅, 并进行记载。
( 5) 实验答疑模块, 由专业教师对学生实验中出现的疑难问题进行及时解答, 帮助学生顺利通过实验。同时了解学生对实验的掌握程度, 并及时反馈、调整教学。
( 6) 论坛交流模块, 教师和学生可以通过论坛进行充分的交流, 学生可以将实验中的收获、经验和体会及问题到论坛上, 教师可以将一些典型的问题提出来, 供大家探讨。学生在这样宽松的环境下发表自己的见解, 教师从中可以得到及时的实验教学反馈信息, 以便整改。
( 7) 虚拟实验模块, 是虚拟实验室建设的重要部分。学生通过该模块进行虚拟实验, 发表医学论文以达到巩固强化知识的目的。该模块内容根据专业学习的具体情况及实验建设条件, 可不断增加。计算机专业网络虚拟实验室系统的建设, 可以引入其他学校的虚拟实验室中。这种方式比较简单, 容易实现, 见效较快。但需要投入较多的软件购置费用,同时也需要结合本校的实际情况进行一些调整, 有一个磨合期。另一种是因地制宜, 自主开发。根据本校的实际教学和实验情况, 结合学生的实际水平, 由任课教师或聘请部分专家组成开发小组, 进行一系列的虚拟实验项目的开发研究, 并将研究的成果连接到虚拟实验室中, 逐渐扩充直至完善。这种方式比较灵活, 能充分发挥教师的积极性, 能有针对性地进行设计开发, 适合学生的实际情况, 学生容易接受, 并且经费投入较少。缺点是开发周期较长, 系统性不够, 水平有限。也可以将上述两种方式结合起来, 一是引入、购置部分自己不宜开发的实验项目, 二是结合自身的优势和长处开发一些实验项目, 如非交互性的、演示性的虚拟实验项目等。
二、加强网络虚拟实验室的管理
1.加强用户管理, 为每个学生分配账号。对学生进入虚拟实验室, 使用实验室做虚拟实验等进行登记保存。鼓励学生经常访问虚拟实验室, 在上面提出问题、发表见解, 做好实验, 努力提高虚拟实验室的人气。
2.全天候开放虚拟实验室。学生可以随时进入虚拟实验实自己动手组织实验, 自己设计实验方案, 动手完成实验, 整理和总结实验数据, 发表职称论文提交实验报告, 培养学生的分析能力和创新能力, 逐步向以“学生为中心”的自主个性发展模式转变。
3.组织专业教师网上指导与答疑, 参与论坛讨论交流, 及时批改实验报告, 为学生顺利完成实验提供服务。在虚拟实验室中, 教师应对学生提出的疑问尽快给出帮助和解答, 并进行必要的指导。在实验室论坛上发表观点, 提出问题让学生思考, 使师生在虚拟实验室中有较强的互动性, 教师应充当好学生实验的合作者和知识的建构者的角色。
4. 对学生在虚拟实验室的表现及实验效果进行
评价。针对学生每一门课程的虚拟实验完成情况、实验报告、网上提问、论坛发帖的情况, 给学生一个成绩和评价, 反馈给学生, 发表英语论文并与该课程的正常实物实验一起记入实验总分。教师也要在对学生评价的同时, 征求学生对虚拟实验室的意见, 对学生反馈的信息进行整改。
计算机网络虚拟实验室的建立, 可以很好地解决目前硬件设备跟不上实验的要求、学生实验时间不够用等问题, 对于提高学生的动手能力、分析问题和解决实际问题的能力具有非常重要的意义。但在具体应用中还要注意处理好“虚拟实验”和“实物实验”的关系, 不能一味地强调虚拟实验, 要“虚实”结合, 既相互补充, 又各有侧重, 这样才能取得很好的实验教学效果。同时, 在虚拟实验中要注意培养学生严谨的、一丝不苟的科学实验作风。 参考文献
[ 1] 王嗣源.虚拟实验室建设的初步探讨.西安邮电学院学报, 2005( 4) .
[ 2] 蒋光明.基于互联网的开放式虚拟实验模型研究.西南师范大学学报( 自然科学版) , 2002( 3) .
一、网络虚拟实验室的建立
1.虚拟现实技术
虚拟现实VR(VirtualReality)是近几年来信息技术迅速发展的产物,毕业论文是一门在计算机图形学、计算机仿真技术、人机接口技术、多媒体技术和传感技术的基础上发展起来的交叉学科。其基本方法和目标是集成并利用高性能的计算机软硬件及各类传感器创建一个使参与者处于身临其境的、具有完善的交互能力、能帮助和启发构思的信息环境,即让用户在人工合成的环境里获得角色的体验。
虚拟现实具有三个基本特征。沉浸性,是指观察者对虚拟世界的情感反映,这种感觉能使用户全方位地投入这个虚拟世界,这是虚拟现实的首要特征。交互性,是指虚拟现实是一个开放的环境,能对用户的输入作出响应,并能通过监控装置来影响用户和被用户影响。想象性,是指虚拟现实不仅是一个媒体、一个高级用户界面,还是一个应用系统,它以生动形象的形式反映设计者的思想。虚拟现实的三个基本特征强调了人在这个系统中的主导作用。虚拟现实系统按其功能不同,可以分为三种类型:沉浸式虚拟现实系统、桌面式虚拟现实系统和分布式虚拟现实系统。其中,桌面式虚拟现实系统是运用软件编程方法在显示器上显示三维场景,用户通过键盘、鼠标等设备与虚拟场景交互,它的特点是结构简单、成本较低,易于推广。
2.网络虚拟实验室
所谓网络虚拟实验室,是指利用区域网或互联网,由虚拟现实技术生成的一类适于进行虚拟实验的实验系统,包括相应的实验室环境、有关的实验仪器设备、实验对象及实验信息资源等。虚拟实验室可以是某一现实实验室的真实实现,也可以是虚拟构想的实验室,虚拟实验通过虚拟实验室进行。在虚拟实验中,实验者有逼真的感觉,有身临其境的感受,好像是真正在现实实验室里近距离进行现场操作。在虚拟实验中,没有一个有形的实验室,也没有以实物形态存在的实验工具与实验对象,实验过程主要是对虚拟物的操作。
3.计算机专业虚拟实验室的创建
构建专业虚拟实验室,其实就是搭建一个网络平台系统,包括硬件、软件及管理三个方面。在硬件上,
目前各校都建立了校园网络并接入了互联网,这些基础设施基本可以满足需求,不需要太多的投入。在软件方面,一个是实验室平台软件系统的开发,它与网站建设相联系;另一个是网站的内容(实验内容)建设,这是实验室建设的关键。虚拟实验室应有可以做的实验来支撑,不然软件平台就是一个空架子,形同虚设。同时,该平台上还应有实验管理的支持,对实验仪器、实验报告、实验指导、实验成绩及网上答疑等进行有效管理,并对虚拟实验室进行监控,计算机网络虚拟实验室系统各模块的主要功能如下。
(1)实验管理模块,由学生管理、教师管理、仪器管理和学生成绩管理等组成。硕士论文在学生管理方面,学生通过浏览器进行注册登录,登陆成功后可浏览实验项目,查看实验的详细资料,预约实验项目及做实验的时间,在线发送和接受消息,进行问题讨论,进行实验登记,实验完成后可通过网络写实验报告并提交报告。教师管理方面,可对实验内容添加、修改、整理、删除,对学生提交的实验报告列表,批改实验报告,填写评语和成绩,提交批改结果,与学生进行讨论。仪器管理方面,对新设计开发的虚拟仪器上传并进行分类整理,以便实验使用。成绩管理方面对学生的实验情况(实验次数、实验报告及完成情况)给出成绩,并进行统计分析及提供查询等。
(2)仪器展示模块,对虚拟实验室可用虚拟元器件、虚拟仪器设备分门别类地进行管理,以图形的方式直观呈现出来,供学生在实验时进行选择。
(3)实验指导模块,包括实验介绍、实验方法、实验项目的重点及难点、实验目的、实验原理、实验准备、实验任务、实验过程、实验报告的要求及实验应注意的事项等。
(4)实验报告模块,主要对学生完成实验后,提供相关的实验报告模板,供学生下载,由学生填写相关内容以及实验的结果,完成后上传电子版实验报告,由教师进行批阅,并进行记载。
(5)实验答疑模块,由专业教师对学生实验中出现的疑难问题进行及时解答,帮助学生顺利通过实验。同时了解学生对实验的掌握程度,并及时反馈、调整教学。
(6)论坛交流模块,教师和学生可以通过论坛进行充分的交流,学生可以将实验中的收获、经验和体会及问题到论坛上,教师可以将一些典型的问题提出来,供大家探讨。学生在这样宽松的环境下发表自己的见解,教师从中可以得到及时的实验教学反馈信息,以便整改。
(7)虚拟实验模块,是虚拟实验室建设的重要部分。学生通过该模块进行虚拟实验,医学论文以达到巩固强化知识的目的。该模块内容根据专业学习的具体情况及实验建设条件,可不断增加。计算机专业网络虚拟实验室系统的建设,可以引入其他学校的虚拟实验室中。这种方式比较简单,容易实现,见效较快。但需要投入较多的软件购置费用,同时也需要结合本校的实际情况进行一些调整,有一个磨合期。另一种是因地制宜,自主开发。根据本校的实际教学和实验情况,结合学生的实际水平,由任课教师或聘请部分专家组成开发小组,进行一系列的虚拟实验项目的开发研究,并将研究的成果连接到虚拟实验室中,逐渐扩充直至完善。这种方式比较灵活,能充分发挥教师的积极性,能有针对性地进行设计开发,适合学生的实际情况,学生容易接受,并且经费投入较少。缺点是开发周期较长,系统性不够,水平有限。也可以将上述两种方式结合起来,一是引入、购置部分自己不宜开发的实验项目,二是结合自身的优势和长处开发一些实验项目,如非交互性的、演示性的虚拟实验项目等。
二、加强网络虚拟实验室的管理
1.加强用户管理,为每个学生分配账号。对学生进入虚拟实验室,使用实验室做虚拟实验等进行登记保存。鼓励学生经常访问虚拟实验室,在上面提出问题、发表见解,做好实验,努力提高虚拟实验室的人气。
2.全天候开放虚拟实验室。学生可以随时进入虚拟实验实自己动手组织实验,自己设计实验方案,动手完成实验,整理和总结实验数据,职称论文提交实验报告,培养学生的分析能力和创新能力,逐步向以“学生为中心”的自主个性发展模式转变。
3.组织专业教师网上指导与答疑,参与论坛讨论交流,及时批改实验报告,为学生顺利完成实验提供服务。在虚拟实验室中,教师应对学生提出的疑问尽快给出帮助和解答,并进行必要的指导。在实验室论坛上发表观点,提出问题让学生思考,使师生在虚拟实验室中有较强的互动性,教师应充当好学生实验的合作者和知识的建构者的角色。
4.对学生在虚拟实验室的表现及实验效果进行
评价。针对学生每一门课程的虚拟实验完成情况、实验报告、网上提问、论坛发帖的情况,给学生一个成绩和评价,反馈给学生,英语论文并与该课程的正常实物实验一起记入实验总分。教师也要在对学生评价的同时,征求学生对虚拟实验室的意见,对学生反馈的信息进行整改。
计算机网络虚拟实验室的建立,可以很好地解决目前硬件设备跟不上实验的要求、学生实验时间不够用等问题,对于提高学生的动手能力、分析问题和解决实际问题的能力具有非常重要的意义。但在具体应用中还要注意处理好“虚拟实验”和“实物实验”的关系,不能一味地强调虚拟实验,要“虚实”结合,既相互补充,又各有侧重,这样才能取得很好的实验教学效果。同时,在虚拟实验中要注意培养学生严谨的、一丝不苟的科学实验作风。
参考文献
[1]王嗣源.虚拟实验室建设的初步探讨.西安邮电学院学报,2005(4).
[2]蒋光明.基于互联网的开放式虚拟实验模型研究.西南师范大学学报(自然科学版),2002(3).
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