虚拟实验开发与运用研究

虚拟实验开发与运用研究摘要：近年来，随着现代教育技术的不断完善，虚拟实验在教学中的应用越来越广泛，并已成为用现代教育技术来辅助教学的重要手段。阐述了虚拟实验的基本概念及其技术要求，并探讨了虚拟现实技术在教学中的运用。关键词：虚拟实验；虚拟实验室；JAVA技术；FLASH虚拟实验概念及特点虚拟实验概念虚拟实验是指在计算机上利用多媒体、仿真和虚拟现实等技术手段营造出辅助、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，实验者运用虚拟实验就像在真实实验环境中一样可以操作实现各种实验项目，所获得的实验效果等同于甚至优于在真实实验环境中所取得的效果。虚拟实验特点虚拟实验的核心应用形式是设计性和综合性实验的开设。设计性和综合性实验可以有效培养学生的综合素质，虚拟实验不仅可以为学生提供大量设计性和综合性实验课题，而且学生可根据个人的兴趣与能力来选择课题的内容、深度和学习时间。新世纪的教学有别于传统教学，教学由以前的知识权威转变为学生学习的指导和合作伙伴、设计和研究学习者。让学生由原来知识的被动接受者变成学习的主人，自己主动地寻求知识，老师则更多地充当了引导员角色。把虚拟实验运用于教学后，教师与学生、学生与学生、教师学生与学习内容之间真正实现了随时平等的“人机互动”学习。学生不仅不受传统真实实验室关闭和开放时间的限制，可以灵活合理地管理自己的试验时间，而且也不受教科书和实验课程的限制。学生可以根据自己的进度和学习能力、自主地选择自己需要的实验内容，重点攻克自己的弱项实验。学生通过操作实验课件，自学实验内容，不仅摆脱了传统教学中“教师做，学生跟着做”的弊端，而且加强了学生的自学能力和自主探究能力。同时，把虚拟实验应用于教学大大地减少实验室建设的用房面积和资金投入，节省不必要的实验耗材，并且避免了实验中的不安全因素。开设反映新技术成果的应用以及其它新型实验是虚拟实验的又一重要应用形式，这种类型实验应用性强、内容形式新颖，传统实验室往往不能及时开设。通过虚拟实验，可组合相应资源，开发相应实验内容。这种实验方式不仅可以开拓学生的视野，激发学生的实验兴趣，还有助于培养学生的创新能力［1］。虚拟实验室虚拟实验室是一个虚拟的实验平台，是基于Web技术、VR虚拟现实技术构建的教学系统，是实现实验室的数字化和虚拟化教学手段。虚拟实验室由虚拟实验台、虚拟器材库和开放式实验室管理系统组成。为开设各种虚拟实验课程，虚拟实验室提供了全新的教学环境。真实实验台被虚拟实验台代替，学生可以自己在虚拟实验台动手配置、连接、调适实验仪器。教师在虚拟器材库中将任意合理的典型实验广泛应用于教学实验，这是虚拟实验室区别传统实验教学课件的显著特征。虚拟实验室的开发分为模型建立、制作交互文档、网络发布3个阶段。在经济飞速发展的知识经济时代，需要创新型人才，而培养创新型人才需要研究性学习。在我国大力推广研究性学习的背景下，通过开展研究性实验教学不仅培养了学生的创新思维能力和实践能力，培养学生自主探究能力和动手能力等，还有助于提高学生的综合素质。在教学中运用虚拟实验室，学生能够在虚拟实验台上亲手体验，自主设计，这不仅提高了学生的操作能力、分析诊断能力、设计能力，而且增强了学生的创新意识。随着虚拟实验技术的成熟，虚拟实验室在教育领域的应用价值被人们广泛认可，它除了可以有效地辅助高校科研工作，在实验教学方面也有着突出表现。近年来，国内的许多高校都根据自身科研和教学的需求建立了自己的虚拟实验室，如VRP虚拟实验室系统、VBL100虚拟实验室系统、OWVLab等。虚拟实验研究的背景和意义近几年来，计算机技术、多媒体技术和网络技术发展迅速，教师已经把网络教学运用到教学的各个领域。虚拟实验就是在计算机中创设一种真实的实验情境，用