课堂实验仿真范文

课堂实验仿真范文（精选8篇）

课堂实验仿真 第1篇

随着信息技术在我们生活中各个领域的普及,特别是无线网络、各种手持设备和社交视频平台的广泛应用,使得教育领域的传统课堂也面临着新的考验。 教师如何找到信息技术和课程教学深度融合的契机和连接点,是改革传统课堂以迎接挑战的关键。 湖北经济学院国家经管类实验教学示范中心,利用自身的国家级实验教学中心的软硬件环境和师资力量优势,开展基于微课的翻转课堂课程的设计和实践探索。 学校通过这些实践探索希望达到提高课堂教学效率,加强学生与教师学习中的交流和互动,取得较好教学效果的目的。

1基于微课的翻转课堂

1.1 微课的概念和特点

2008 年, 美国新墨西哥州胡安学院(San Juan College) 的高级教学设计师、戴维·彭罗斯(David Penrose),正式提出了微课(Micro Courses)这一概念,并运用于在线课程。 他认为, 微课是运用建构主义方法、以在线学习和移动学习为载体,要求合理运用现代教育技术手段和设备,基于一个或几个简要明确的主题和关键性概念作为内容,通过音频或视频的表现形式录制的1 分钟课程。 在国内率先提出微课概念的广东佛山教育局教员胡铁生将定义延伸,指出微课的核心内容是课堂教学视频(课例片段), 同时还包含与该微课内容相关的课件演示、 课程问题、情景重现、学生反馈、教师点评等教学辅助资源。

1.2 翻转课堂的概念和特点

翻转课堂起源于2007 年美国化学教师Bergman和Sams的化学课。 他们将教学内容配以讲解录制成教学视频,放至网络供缺课学生学习。美国学者Salman Khan于2011 年提出翻转课堂(Flipped Classroom)这一全新的教学模式,学生通过课余观看教师创建的微视频课程以及其他学习资源,自主进行知识点的建构或重组后回到课堂上反馈。

1.3 基于微课的翻转课堂

微课与翻转课堂是否能够较好地融合、相互补充,很大程度决定课程最后的教学效果。 教师利用微课实施翻转课堂后,学生会将学习过程中的问题和各种想法思路反馈给教师。 教师通过对学生反馈的信息进行梳理和再加工,对课堂讲授的知识点和讲授方式做到有的放矢,有利于课堂的“翻转”。 微课的教学效果也通过翻转课堂来验证,教师也会发现微课制作或内容中的缺陷,推动微课的内容和表现方式得到不断改进和完善。

2基于微课的翻转课堂在实验经济学中的教学模式设计

2.1 实验经济学课程介绍

实验经济学(Experimental Economics),是将实验手段运用于经济学研究的方式。计算机仿真(Computer Simulation)是运用编程思想,将经济模型转换为计算机模型,通过运行计算机仿真程序实现。 我校实验经济学课程是在基于计算机虚拟仿真软件的实验教学平台上完成的,网络提供了很多成熟免费的虚拟仿真软件在实验经济学教学中使用。 教师和学生在可控制的计算机仿真平台或者团体模式实验环境中,通过设置不同的条件和假设来模拟实验的各种环境和制度,以此观察实验运行的结果和实验对象表现的各种不同行为。 实验人员分析解释各种实验结果和现象,以达到剖析、检验和进一步完善经济理论。

实验经济学课程将理论知识点和实验相结合,涉及的知识点较多、实验过程复杂。 教师在实验室如果既需要讲解理论知识点,又需要讲解实验的前提、注意事项、实验参数的设置、运行等,所需时间较长,加上实验过程的不确定性,很可能使得整个课程在规定的时间内完成不了, 影响整个教学过程和效果。所以在实验经济学课程中,尝试性地引入基于微课的翻转课堂的教学模式,以此达到提高实验经济学教学效率的目的。

2.2 教学模式的构建依据

课程教师通过分析课程所需要掌握的知识点,以及学生的学习心理和兴趣,选择性地制作课前需要的翻转教学视频。 教师在课上讲授和进行讨论,从而在群体协作探究中充分调动学生的积极性和创造性,从而实现基于微课的翻转课堂教学效果最大化。

2.3 教学模式的设计流程

实验经济学课程一方面要求学生熟练掌握课程所涉及的经济学理论知识点,另一方面又需要掌握虚拟仿真软件的使用方法。 本文根据翻转课堂设计原则、实验经济学课程的具体情况以及参考国内外“翻转课堂”的成功案例后,形成实验经济学课堂需求的基于微课的翻转课堂的设计,具体设计如下。

2.3.1 课前任务学习

(1)微课内容设计: 在翻转课堂教学活动中, 任课教师将需要提前学习的相关理论知识点、实验方法的介绍与软件的操作流程等内容分离出来,确定微课单元的教学内容。

(2)交流传递设计: 学生在课前完成微课学习的同时, 记录产生的相关问题。

2.3.2 课中内化交流模块

(1) 讲授和实验: 教师在课堂中可以直接进行实验的讲授和进行实验操作。

(2)提出问题: 对于前期学习的视频和各种资料, 学生根据自身情况在课堂上提出问题。

(3) 建立交流互助学习环境: 教师为学生创建讨论交流环境。 教师可以根据具体情况,建立协作学习小组,自主讨论在学习中遇到的问题。

(4) 实验结果展现: 学生完成实验后, 讨论实验结果, 分析不同结果的原因。

(5)讲评实验: 教师对实验结果成因进行剖析, 对于实验中的各种错误进行分析纠正。

2.3.3 课后巩固设计

教师将优秀的实验作品过程进行录制和点评,上传到实验平台上进行展示。

3基于微课的翻转课堂教学实践

3.1 实施方案

教师选择消费者行为理论中的风险偏好实验为例,开展关于基于微课的翻转课堂教学实践的实证研究。

3.2 实施过程

班级共有学生52 人,分为了10 个学习互助小组。 教师已经制作了完整的微课内容,并且上传至实验网络教学平台。 实验网络教学平台除了可以播放微课内容外,还具有谈论、提交作业和评价等功能进行辅助教学。 学生已经熟悉实验网络教学平台的功能,并且具有进行网络学习的各种条件。

(1)课程前微课内容: 在这个教学单元中, 教师制作了3 个微课内容,包括:消费者行为理论中的风险偏好的知识点介绍、实验中所使用的虚拟仿真软件的操作方法、实验测试方法。 每个微课的时间都在5 分钟左右。

(2)课内教学的开展: 因为已经有了前期的微课作为基础,在课上可以直接进行实验操作。 学生通过虚拟仿真软件进行项目投资的投票,确定自己的风险偏好。 得出结果后,与理论相结合对结果进行分析,并进行课程知识点的延伸(引入股票市场的内容)。

(3) 课程交流活动: 学生和教师在课堂上对一些典型问题进行解答或者组织讨论。

(4)课后总结: 可以录制实验过程上传到网上, 对于学生各种有启发性的问题和答案,总结成文,发到讨论区供学习参考。

3.3 应用效果调查分析

通过表1 问题1 的数据显示,绝大部分的学生在课前进行自主学习。 表明学生具有较好的自主学习能力和较高的信息素养。 问题2 关于微课学习,学生的累计时间相差较大,一方面存在某些学生没有认真进行学习,但也可以说明在观看微课的过程中,存在反复观看的情况,反映了翻转课堂教学模式在分层次教学上所起的作用。 问题3 关于微课内容是否能满足实验教学,认为一般的只有10%的同学。

4结语

本文针对基于微课的翻转课堂教学实践模式,描述课程实施中的课前、课中、课后的设计及各个过程之间的交流和衔接。再将理论结合具体实验经济学课程的教学进行实践研究,调查分析教学现象及结果。 该模式通过课前微课学习、课中教师的讲授和问题的引入与讨论、课后内容的巩固和拓展实现了知识(实验技能)的建构和内化,初步证实这种教学模式的可操作性和有效性。

本文提出的教学模式是针对于实验经济学这种既有理论讲授又需要实验操作的课程,是否适用于其他课程还需要经过实践验证。 最后对于这种教学模式能够多大程度地提供学生成绩绩效,还需要较长一段时间的观察和验证。

参考文献

[1]关中客.对在线参与式学习的10点建议[J].中国信息技术教育,2011(11):14.

[2]胡铁生.“微课”:区域教育信息资源发展的新趋势[J].电化教育研究,2011(10):61-65.

[3]Berrett,Dan.How‘Flipping’the Classroom Can Improve the Traditional Lecture[J].Education Digest,2012,78(1):36-41.

[4]M Lage,G Platt,M Treglia.Inverting the Classroom:A Gateway to Creating an Inclusive Learning Environment[J].Journal of Economic Education,2000,31(1):30-43.

[5]姚正东.微课程设计策略探微[J].中小学信息技术教育,2012(6):25-26.

[6]梁乐明,曹俏俏,张宝辉.微课程设计模式研究——基于国内外微课程的对比分析[J].开放教育研究,2013,19(1):65-73.

[7]朱宏洁,朱赟.翻转课堂及其有效实施策略刍议[J].电化教育研究,2013(8):79-83.

[8]何文涛,张新明.基于微课程的电子课本内容整合及其教育应用[J].中国电化教育,2013(12):89-95.

[9]李海龙,邓敏杰,梁存良.基于任务的翻转课堂教学模式设计与应用[J].现代教育技术,2013,23(9):46-51.

课堂实验仿真 第2篇

实验报告（2）

四旋翼飞行器仿真

2012

1实验内容

基于Simulink建立四旋翼飞行器的悬停控制回路，实现飞行器的悬停控制；

建立UI界面，能够输入参数并绘制运动轨迹；

基于VR

Toolbox建立3D动画场景，能够模拟飞行器的运动轨迹。

2实验目的通过在Matlab

环境中对四旋翼飞行器进行系统建模，使掌握以下内容：

四旋翼飞行器的建模和控制方法

在Matlab下快速建立虚拟可视化环境的方法。

3实验器材

硬件：PC机。

工具软件：操作系统：Windows系列；软件工具：MATLAB及simulink。

4实验原理

4.1四旋翼飞行器

四旋翼飞行器通过四个螺旋桨产生的升力实现飞行，原理与直升机类似。

四个旋翼位于一个几何对称的十字支架前，后，左，右四端，如图

所示。旋翼由电机控制；整个飞行器依靠改变每个电机的转速来实现飞行姿态控制。

图1四旋翼飞行器旋转方向示意图

在图

中，前端旋翼

和后端旋翼

逆时针旋转，而左端旋翼

和右端的旋翼

顺时针旋转，以平衡旋翼旋转所产生的反扭转矩。

由此可知，悬停时，四只旋翼的转速应该相等，以相互抵消反扭力矩；同时等量地增大或减小四只旋翼的转速，会引起上升或下降运动；增大某一只旋翼的转速，同时等量地减小同组另一只旋翼的转速，则产生俯仰、横滚运动；增大某一组旋翼的转速，同时等量减小另一组旋翼的转速，将产生偏航运动。

4.2建模分析

四旋翼飞行器受力分析,如图

所示

图2四旋翼飞行器受力分析示意图

旋翼机体所受外力和力矩为：

重力mg,机体受到重力沿方向；

四个旋翼旋转所产生的升力

(i=

1,2,3,4)，旋翼升力沿方向；

旋翼旋转会产生扭转力矩

(i=

1,2,3,4)。垂直于叶片的旋翼平面，与旋转矢量相反。

力模型为：，旋翼通过螺旋桨产生升力。是电机转动力系数，可取，为电机转速。旋翼旋转产生旋转力矩Mi(i=1,2,3,4)，力矩Mi的旋向依据右手定则确定。力矩模型为，其中是电机转动力系数，可取为电机转速。当给定期望转速后，电机的实际转速需要经过一段时间才能达到。实际转速与期望转速之间的关系为一阶延迟：响应延迟时间可取0.05s(即)。期望转速则需要限制在电机的最小转速和最大转速之间，范围可分取[1200rpm，7800rpm]。

飞行器受到外界力和力矩的作用，形成线运动和角运动。线运动由合外力引起，符合牛顿第二定律：

r为飞机的位置矢量。

角运动由合力矩引起。四旋翼飞行器所受力矩来源于两个方面：1）旋翼升力作用于质心产生的力矩；2）旋翼旋转产生的扭转力矩。角运动方程如下式所示。其中，L

为旋翼中心建立飞行器质心的距离，I

为惯量矩阵。

4.3控制回路设计

控制回路包括内外两层。外回路由Position

Control

模块实现。输入为位置误差，输出为期望的滚转、俯仰和偏航角。内回路由Attitude

Control

模块实现，输入为期望姿态角，输出为期望转速。Motor

Dynamics

模块模拟电机特性，输入为期望转速，输出为力和力矩。Rigid

Body

Dynamics

是被控对象，模拟四旋翼飞行器的运动特性。

图3包含内外两个控制回路的控制结构

（1）内回路：姿态控制回路

对四旋翼飞行器，我们唯一可用的控制手段就是四个旋翼的转速。因此，这里首先对转速产生的作用进行分析。假设我们希望旋翼1的转速达到，那么它的效果可分解成以下几个分量：

：使飞行器保持悬停的转速分量；

：除悬停所需之外，产生沿ZB轴的净力；

：使飞行器负向偏转的转速分量；

：使飞行器正向偏航的转速分量；

因此，可以将期望转速写成几个分量的线性组合：

其它几个旋翼也可进行类似分析，最终得到：

在悬浮状态下，四个旋翼共同的升力应抵消重力，因此：

此时，可以把旋翼角速度分成几个部分分别控制，通过“比例-微分”控制律建立如下公式：

综合以上三式可得到期望姿态角-期望转速之间的关系，即内回路。

外回路：位置控制回路

外回路采用以下控制方式：通过位置偏差计算控制信号（加速度）；建立控制信号与姿态角之间的几何关系；得到期望姿态角，作为内回路的输入。期望位置记为。可通过PID

控制器计算控制信号：

是目标悬停位置是我们的目标悬停位置(i=1,2,3)，是期望加速度，即控制信号。注意：悬停状态下线速度和加速度均为0，即。

通过俯仰角和滚转角控制飞行器在XW和YW平面上的运动，通过控制偏航角，通过控制飞行器在ZB轴上的运动。可得：

根据上式可按照以下原则进行线性化：

（1）将俯仰角、滚转角的变化作为小扰动分量，有，，（2）偏航角不变，有，其中初始偏航角，为期望偏航角（3）在悬停的稳态附近，有

根据以上原则线性化后，可得到控制信号（期望加速度）与期望姿态角之间的关系：

则内回路的输入为：

5实验步骤与结果

（1）

根据控制回路的结构建立simulink模型；

（2）

为了便于对控制回路进行参数调整，利用Matlab软件为四旋翼飞行器创建GUI参数界面；

（3）

利用Matlab的VR

Toolbox建立四旋翼飞行器的动画场景

（4）

根据系统的结构框图，搭建Simulink模块以实现模拟飞行器在指定位置的悬停。使用默认数据，此时xdes=3，ydes=4，zdes=5，开始仿真，可以得到运动轨迹x、y、z的响应函数，同时可以得到在xyz坐标中的空间运动轨迹。然后点击GUI中的VR按钮使simulink的工作空间中载入系统仿真所需的参数，把x、y、z的运动轨迹和Roll，Pitch，Yaw输入至VR中的模拟飞行器中，观察飞行器的运动轨迹和运动姿态，然后再使用一组新的参数xdes=-8，ydes=3，zdes=6进行四旋翼飞行器运动进行仿真模拟，可以看出仿真结果和动画场景相吻合。

6实验总结与心得

此次MATLAB实验综合了SIMULINK、GUI和VR场景等多个部分，对四旋翼飞行器运动进行了仿真模拟。由仿真结果可以看出，四旋翼飞行器最终位置达到了期望给定的位置，三个方向的响应曲线最终平稳，对应飞行器悬停在期望位置，达到了控制要求。

本次试验收获很多，学习到了很多知识，首先是熟悉了SIMULINK由简至繁搭建系统的过程，学习了利用VR建立虚拟模型，并在SIMULINK中连接。其次是熟悉了MATLAB

开展虚拟仿真实验促进实验教学改革 第3篇

实验教学重在培养学生的实验研究能力、实际动手能力和观察分析能力,同时也培养学生综合应用所学的理论方法与知识去分析、解决实际问题的能力。通过虚拟、仿真实验,突破原有学科和课程实验的界限,重新构建高等教育的实验课程教学体系,减少单纯验证性实验,增加综合性、设计性及创新性实验,加强现代计算机仿真、实验方法、实验手段的应用,及时地提出有代表性的、启发性的问题以加深学生对相关实验知识的认识理解,激发创新思维与兴趣。建立虚拟仿真实验教学体系,充分发挥学生在实验过程中的主动性,为学生独立自主地进行学习与实践创造良好的条件,从而达到培养学生综合能力的目的。

1 虚拟仪器、计算机仿真实验的概念

虚拟仪器Virtual Instruments(简称VI)是目前国内外测试技术界和仪器制造界十分关注的热门话题。它是在计算机科学和微电子技术迅速发展和普及的今天,出现的一种基于计算机的自动化检测仪器系统,借助于通用的模拟量及数字量输入输出平台,通过计算机软件,按照已知的数学模型和时序实现的,具有信号测量、控制、变换、分析、显示、输出等功能的智能化输入输出系统。虚拟仪器是现代计算机技术和仪器技术完美结合的一种概念性仪器,充分利用了计算机强大的图形界面(软面板)和数据处理功能,能对被测对象进行真实的测量与测试,代表一种创新的设计思想。

计算机仿真是应用电子计算机对系统的结构、功能和行为以及参与系统控制的人的思维过程和行为进行动态性比较逼真的模仿。仿真实验是利用计算机创建一个可视化的实验操作环境,其中的每一个可视化仿真物体代表一种实验仪器或设备,通过操作这些虚拟的实验仪器或设备,即可进行各种实验,达到与真实实验相一致的教学要求和目的,它是虚拟仿真技术、计算机技术和专业理论知识多方面结合的结晶。

2 虚拟仿真实验在当前高校实验教学中的作用

(1)虚拟仪器技术为教学双方都提供了很好的舞台

其内容新,反映了现代测试技术的发展方向;涉及面广,包括数学、物理、电工电子技、计算机软硬件、信号处理及相关专业的测试技术。借助LABVIEW开发平台,利用其强大的图形化编程功能,设计完成实验所需的虚拟仪器,如频谱分析仪、任意函数发生器、数据记录仪、各种功能的滤波器、曲线拟合、概率统计直方图、噪声处理、振动分析仪、动态信号分析(仿真)等,以完成数据采集、参数测量、信号分析处理、动态程序控制、仪器控制及网络频率特性测量等实验教学任务。实验中,可感受相关专业的工作现场氛围和专业仪器设备的规范使用,创建工程实践环境,加强实验技能、创新意识和创新能力的培养。

(2)虚拟仿真实验可以提供开放式实验环境,真正实现实验室向学生开放

学生可以打破时间和地域的限制完成相关的教学实验。由于虚拟仪器系统的支持,学生可以自拟、自选实验题目,自行组织实验,变使用现成的仪器为开发自己的仪器进行实验,摒弃传统的灌输式教学方式,让学生自主参与到教学中来,最大限度地发挥学生的主动性和创造性。这种学生自主探索的学习活动,可使他们的个性得到发展,创造能力得到提高,最大程度地锻炼和开发学生的创新能力,极大地激发学生的学习兴趣。

(3)提高学生科研和工作能力

随着信息技术的迅速发展,电子、通信系统在性能不断提高的同时也变得越来越复杂。正因为如此,不采用计算机技术,很难对这些系统进行分析和设计。而虚拟仿真技术由于其廉价性、高效性和灵活性,成为了该产业中的主要设计和分析手段之一。同时,虚拟仪器、计算机仿真更是电子、通信等方面科研时所必备的工具。通过虚拟仿真实验,学生可以更深入地理解电子信息相关课程的教学内容;通过仿真,学生可以学习到系统工作特性比传统课程上学到的更复杂和更实际。因为在传统课程教学中必须将复杂性限制在较低的程度,以保证能够进行分析,而仿真允许我们改变系统参数,可以通过仿真结果进行交互式和可视化的显示,可以迅速评估这些改变对系统的影响。此外,通晓计算机仿真方法的学生在毕业后进入相关工作领域时,就掌握了业界所需要的技能,为将来的科研和工作打下坚实的基础。

(4)改变实验教学模式,培养创新人才

传统实验大多数以验证性为主,实验内容单一,学生无需思考,按部就班地按照实验步骤就可以做完实验,缺乏设计性和创新能力的培养。引入虚拟仿真实验,可灵活地增加各种设计性实验内容,使学生根据实验要求,自行设计实验方案,以各种形式输出检测结果,实时进行分析。因此,虚拟仿真实验不仅能锻炼学生的独立构思和设计能力,而且能激发学习的兴趣,这样更有利于培养出具有创新精神和实践能力的人才。

(5)虚拟仿真实验可以提高实验教学水平,整合实验教学资源

虚拟仿真实验室易于构建、易于实现,便于异地在线检测和远程测控,在高校实验室中可以发挥重要作用。运用虚拟仪器技术,可以用现有设备搭建功能强大的实验系统,从而节省大量的购置设备费用,显著降低实验室建设和管理成本,提高实验效率。建设虚拟仿真实验室,既能使实验教学上一个新的台阶,又能跟上国际先进水平,争创本学科实验教学的优势。

虚拟仪器技术使过去互不相干、独立分散的信号调理、数据采集、数据处理、数据输出和传输等许多技术领域相互影响、相互融合,并形成新的技术方法和规范,从而提高实验室水平,提高仪器界面的人机交互能力和可视化程度,给实验者更高性能的仪器设备,满足实验教学不断提出的新的教学要求。

3 虚拟仪器及计算机仿真实验平台的建立

(1)基于LabVIEW的虚拟仪器实验平台

美国国家仪器公司(National Instruments TM,NI)多年来在虚拟仪器技术的标准制定、软硬件研发方面是业界公认的权威。LabVIEW是NI公司提供的虚拟仪器开发平台,是一种图形化的编程语言和开发环境,广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受,被公认为是标准的数据采集和仪器控制软件。LabVIEW不仅提供了遵从GPIB、VXI、RS-232和RS-485协议的硬件及数据采集卡通信的全部功能,还内置了支持TCP/IP、Active X等软件标准的库函数,利用它可以方便地建立起自己的虚拟仪器。

(2)基于MATLAB的系统仿真

MATLAB语言是当今国际上科学界最具影响力、也是最有活力的软件,具有强大的数学运算能力、方便实用的绘图功能及语言的高度集成性。MATLAB在数学计算以外的其他科学与工程领域有着广阔的应用前景,它可以将使用者从烦琐、无谓的底层编程中解放出来,把宝贵的时间更多地花在解决问题中,提高工作效率。

在电子、通信领域MATLAB的应用优势更加明显,因为在电子、通信领域中很多问题是研究系统性能的。传统的方法只有构建一个实验系统,采用各种仪器进行测量得到所需的数据,这样不仅需要花费大量的资金用于实验系统的构建,而且系统构建的周期长,系统参数的调整也十分困难。MATLAB的出现使得通信系统的仿真能够用计算机模拟实现,免去构建实验系统的不便,而且操作简单,只需输入不同的参数就能得到不同情况下系统的性能,同时在结果的观测和数据的存储方面也比传统的方法有很多的优势。

MATLAB最大的特点是提供了很多专用的工具箱和模块库,如通信工具箱和模块库、数字信号处理工具箱和模块库、控制工具箱和模块库等,MATLAB在这些工具箱和模块库中提供了很多常用的函数和模块,使得仿真更容易实现。

(3)基于FPGA的仿真实验

FPGA(现场可编程门阵列)是在PAL、GAL等逻辑器件的基础上发展起来的,但FPGA的规模较大,非常适合于时序、组合等逻辑电路应用场合,它可以替代几十甚至上百块通用IC芯片。应用FPGA可以做成一个系统级芯片,它具有可编程性和实现方案容易修改的特点。基于FPGA的仿真实验可以借助不同的FPGA开发工具如MAXPLUS、QUARTUSII等完成设计输入(原理图或HDL)、仿真、综合、适配、下载等工作,从软硬件的整体角度来测试学生设计方案的正确与否。

(4)基于EWB的电子实验平台

EWB(ELECTRONICS WORKBENCH)是一个虚拟的电子实验平台,它不仅提供了数千种电路元器件,而且提供了与实际极为相似的各种仿真仪器,且都可以直接从屏幕上选取,有14种电路分析方法,可完成电路的瞬态和稳态分析、时域和频域分析、器件的线性和非线性分析。

(5)SystemView通信仿真系统

SystemView是一个专用于通信系统设计、仿真的动态系统分析工具,可进行信号处理、滤波器设计及复杂的通信系统数学模型的建立等不同层次的设计和仿真,在通信系统分析和设计领域具有广阔的应用前景。SystemView是基于Windows平台下的一个完整的动态系统设计、分析和仿真的可视化开发环境。可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合和各种多速率系统,可用于各种线性、非线性控制系统的设计和仿真。能够进行各种系统的时域与频域分析、谱分析及对各种逻辑电路、射频/模拟电路进行理论分析和失真分析等,广泛应用于现代数字信号处理、通信系统以及控制系统的设计与仿真领域。

4 虚拟仿真实验的开展

(1)软硬件实验环境的建设

对虚拟仿真实验室的结构功能进行详细论证和研究,研究建立高层次虚拟仿真实验室,包括软件建设和硬件建设。将虚拟仪器技术和计算机模拟仿真技术通过数据交换共享结合起来,对一些科学现象和规律利用计算机模拟仿真软件对其进行模拟仿真。仿真的结果通过虚拟仪器系统进行观察、分析、处理,创造一种近乎进行真实的实验环境。

(2)实验教学师资的建设

虚拟仿真实验融合了许多技术领域并相互影响,这就要求从事实验教学的教师具有综合实验能力和雄厚的理论基础,能够紧跟现代化科学技术的发展步伐,能够不断更新和调整实验方法和手段,使实验室的实验教学设备保持科学性、先进性。

(3)虚拟仿真实验项目的合理选择

根据专业培养方案的要求,对每门课程中的每一个实验的目的、内容、要求和实验过程中经常出现的问题进行分析和归纳,为虚拟仿真实验提供准确详实的资料参考。虚拟仿真实验项目的合理选择要求学生在理论与实际结合的基础上解决相关问题。考虑为学生的创造性学习提供充分的空间,最关键的问题是要根据学生的实际情况、实验室的设备条件及课时的限制,确定恰当的项目选题,这些项目选题应当有别于实际工程项目,功能要相对简单,包含一定的算法及信号处理内容。所选实验项目应当融入到相关课程体系中去,本着培养学生自主学习能力的原则,在选题时应以设计型实验项目为主。

(4)逐步扩大综合性、设计性、研究性实验的范围

充分利用虚拟仪器、仿真实验系统,完善实验教学过程,逐步扩大综合性、设计性、研究性实验的范围,将现代测量、测试、仿真技术手段向公共基础实验拓展,实现多学科的实验教学资源共享,提高实验室效率。

(5)综合实验方案的设计

探索能够综合应用所学专业知识的、综合培养学生能力的综合开发应用实验方案,寻求能够为学生提供毕业设计的方法和技术支持。

(6)向学生开放实验室

鼓励支持学生在课余时间参加开放式实验教学、科研,充分发挥虚拟仿真实验室的资源优势,促进实验教学改革。虚拟实验室开放的具体形式可以分为学生参与科研型、学生科技活动型、自选实验课题型等,采用以学生为主体、教师加以启发指导的实验教学模式。

5 结束语

近年来,计算机技术和DSP技术的迅速发展,为虚拟仪器、计算机仿真技术发展创造了良好的外部环境。虚拟仿真技术运用于实验教学中,将给传统的实验教学注入新的活力,进一步加强学生综合能力和创新能力的培养。

摘要：阐述了虚拟仿真实验在实验教学中发挥的重要作用,系统地提出了与电子信息类专业课程体系相适应的虚拟仪器及计算机仿真实验平台的建立方案,从实验环境建设、师资建设、实验项目选择等方面分析了开展虚拟仿真实验的实施方法。

关键词：虚拟仪器,仿真,实验

参考文献

[1]侯国屏等.LabVIEW7.1编程与虚拟仪器设计[M].北京:清华大学出版社,2005,2.

[2]马晓阳.虚拟仪器技术在教学中的应用[J].中国职业技术教育,2006,(13).

[3]周又平等.虚拟仪器教学实验平台在电子技术类课程的应用[J].实验技术与管理,2006,(03).

关于大学物理实验中仿真实验的研究 第4篇

物理学是一门以实验为基础的自然科学, 所谓物理实验, 就是根据物理学研究目的, 选用适当的实验仪器或实验装置, 用人为的方法让实验现象再现, 并加以观察和研究的一种科学活动"物理实验的内容包括力、热、电、光等科学技术研究的各个方面, 它是一切科学实验的基础。大学中的物理实验课程已经被设定为必修课程, 这一规定既有助于帮助大学生进行科学实验训练, 同时也是训练大学生接受系统实验的开端。大学中物理实验不仅仅局限于某一领域, 而是涉及各个领域, 这说明, 理工科个学科之间存在共性和普遍性, 同时也说明了物理实验在学科学习中的重要性。随着课程改革目标的出现, 实验教学改革也进一步的落实, 实验改革在落实上相比其他课程改革存在一定的难度, 实验教学主要依靠的是实验室硬件设施的跟进, 实验改革最大的目标就是放手给学生去动手实验, 然而很多学校存在最大的问题就是不敢放手让学生去使用, 限制实验是开放的时间等等, 学生操作难以进行, 学习成果自然不会提高。立足于实验改革中存在的若干问题, 仿真实验的诞生无疑能够为这些问题的解决带来福音。特别是作为计算机辅助物理实验教学软件的一个新的发展, 仿真物理实验已经成为高校物理实验改革的亮点。仿真物理实验最大的优势就是能够为学生提供一个预习准备的学习环境, 可以让学生在进行实际的实验操作之前, 做得一切准备工作。

2 对于仿真实验的认识

2.1 仿真实验概述

所谓仿真实验, 是相对于真实实验而存在的, 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, 在真实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。仿真物理实验被作为一种计算机辅助教学软件, 应用于现代教育中, 主要是以技能训练为主的一种实验技能领域的学习型软件, 能够帮助教学对象进行思想的建构, 同时完成实时的操作, 辅助学生在开始实际实验操作之前进行实践训练。仿真实验主要提供了一种以教学理论、计算机技术为基础的一种非实在性的实验空间, 其本质是由计算机模拟实现的一个虚拟的实验环境。

2.2 仿真实验的特征

⑴仿真性。仿真性这一特征从其名称中就不难看出, 作为一款辅助型软件, 其最大的特点就是模拟了真实的实验过程, 为学生虚拟一种真实实验的环境, 同时在仿真实验中的一些实验设施与实际中的实验设施几乎相同, 学生在操作的过程中能够真实的感受实验的过程, 如同置身真实的实验环境一般。

⑵交互性。与真实的实验环境不同, 仿真实验能够提供给学生更多的交流感, 使其与计算机之间进行双向的交流, 同时可以自由的对实验的设施进行操作和选择, 减少了了实际操中的一些束缚。

⑶灵活性。仿真实验最大的特点, 在教学改革过程中改变最大的就是他的灵活性, 学生在进行传统的物理实验的过程中遇到了很多阻力, 其中最常见的就是一些教师不敢放手将实验室开放给学生, 当然这里有许多的原因, 如设备的维护、购置、费用等等因素。仿真实验的研发就大大解决了这一问题, 仿真实验易于扩充维护, 操作方便, 可以随时开放, 反复实践, 提高办学效率, 而且仿真实验灵活方便, 便于实现资源共享。

3 大学物理仿真实验应用于教学的优势

3.1 营造多样化学习环境, 打破了时间和空间的局限

与传统的教学模式相比较, 仿真物理实验主要结合了网络, 建构了多媒体的教学平台, 为课堂的教学环境带来了创新点, 也大大提高了课堂的新鲜感。同时仿真物理实验也在教学的时间和空间上得到了延伸, 在传统的教学模式中, 学生在学习过程中, 总是苦恼于课前的实验准备和课后的实验复习, 实验室的短暂的学习时间, 无法满足学生对于实验课的认知需求, 仿真实验的出现, 大大缓解了这些压力, 学生可以自由的选择学习的时间和地点, 对于提高自主学习有很大的帮助。

3.2 仿真实验可以节省实验经费, 保证实验项目和数量

传统的大学物理实验教学, 存在一些实验经费与实验设备置购得难题, 特别是一些近代的物理实验, 需要的实验器材价格昂贵, 同时在操作上也相对复杂, 出于对资金的考虑, 很多高校无力开设这些实验, 实验课程的缩减必然会影响学生的一些正常的学习进度。仿真物理实验的出现大大解决了这一难题, 有了好的仿真实验软件, 那些耗资大的实验同样可以开设, 从而保证了实验的项目和数量。

3.3 实现理论学习与实验学习的结合

实验本身就是一种理论学习的辅助, 然而由于一些原因, 大型的实验无法与理论的学习很好的结合, 也就阻碍了学生对于知识的学习。仿真实验的出现, 让实验的辅助功能得到了更好的发挥, 特别是一些在物理学发展史上的经典实验, 由于设备等原因很难在实际中得以再现, 学生对于概念的理解也就很难到位, 利用仿真实验, 在课堂的教学中完全可以将这类实验重现与学生面前, 真正做到了理论与实验的结合, 在这一过程中, 将一些概念和规律引入学习的过程中, 对于理解一些物理现象有很大的帮助, 同时提高了学生的实验学习效果。

摘要：物理实验在传统的教学中, 已经成为一个固有的形式, 然而, 就当前的高校物理教学来看, 出现了一种新的形式, 就是以计算机技术为基础的仿真实验的出现。仿真实验是利用计算机创建的一个可视化操作环境, 在这种环境中学生可以进行各种实验, 达到与真实实验相一致的教学目的的实验形式。这种新形式的物理实验模式, 将会开启高校教学的新形式, 它不仅可以弥补传统实验教学的不足, 同时对于提高实验教学效果有很大的帮助。

关键词：仿真实验,FLASH技术,大学物理实验教学

参考文献

[1]王晓蒲.大学物理实验的改革与实践[J].教育与现代化, 2002 (3) .

[2]赵英.大学物理仿真实验教学体验[J].中国教育技术装备, 2003 (11) .

课堂实验仿真 第5篇

一、传统实验是实验教学的基础

电工电子实验属于基础实验, 学生在此之前大多没有接触过实验设备及电子元器件。因此, 目前我国高校开设的电工电子基础实验课大部分采用“传统硬件实验教学”的形式, 这是由于传统实验教学所具有的下列优点是整个实验教学的必须的。

1. 增加实物电子元器件知识

电子元器件知识是电子产品应用的基础。在传统硬件实验中, 学生首先必须认识元器件, 了解电子元器件的封装形式、种类、材料以及在使用时的注意事项。并且能够对电子元器件进行检测, 能够准确有效地检测元器件的相关参数, 判断元器件是否正常。例如在做“晶体管单级放大电路”实验时, 应学会如何判断三极管的极性和好坏。而在仿真实验中, 学生看到的只是理想元器件的符号, 从而缺少对电子元器件的了解。

2. 培养正确使用仪器仪表的方法及基本的工程测量技术

进行传统电工电子实验必须认识测量仪器以及学会正确使用仪器仪表。因此, 学生必须了解实验室各种仪器的外观、型号、功能、仪器的接线和测量方法、使用注意事项等, 并通过在各个实验项目中反复操作训练, 培养其对基本仪器的基本操作技能。除此之外, 还应掌握基本的工程测量技术。学生应能够正确读取仪器仪表数据, 正确记录数据单位、有效位数、估读位数及绘制实验曲线图表等, 并能够处理实验数据、分析实验结果、分析测量的误差和提高测量精确度。而在仿真实验中, 所有仪器都是理想的, 也没有量程的选择, 元器件的设计全是以理想的参数来计算的, 且不受外界任何因素的影响, 因此被测数据也是精确无误的, 因而几乎没有基本仪器仪表操作技能及工程测量技术的训练。

3. 培养分析和处理问题的能力

在传统实验中, 学生往往认为只要把实验电路连接正确一定能得到实验结果, 然而在实际实验中, 往往有许多意想不到的情况, 如电路是否连接正确, 仪器操作是否正确, 实验装置是否有故障, 周围环境是否有干扰等等都可能导致实验失败, 正是通过实验中这样那样的问题和故障, 使学生学会了发现和排除实验中的故障, 从而培养了他们分析和处理问题的能力。然而在仿真实验中, 其操作环境是一种理想的状态, 它只会有“通”和“断”两种状态, 而不会有“接触不良”的现象、也不会有“干扰”的现象, 那就看不出干扰对测量结果的影响, 但在实际的线路中这些因素都是不可避免的[1]。因此, 传统实验仍然是非常必要的。

二、仿真实验是传统实验的辅助手段

EDA技术是一种以计算机为基本工作平台, 利用计算机图形学、拓扑逻辑学、计算数学以至人工智能学等多种计算机应用学科的最新成果, 开发出来的一整套软件工具, 是一种帮助电子设计工程师从事电子原件产品和系统设计的综合技术[2]。EDA仿真技术作为一种教学手段应用于实验教学中, 不失于它的先进性, 不仅有效地改变了教学形式, 丰富了教学内容, 提高了教学效率, 而且对于培养学生的自主能力、创造想象能力、都起到了潜移默化的作用。但是我们要认识到EDA技术只是辅助实验教学的众多手段中的一种, 因为EDA技术不能够完全地取代实际实验室, 学生最终的实验结果和设计思想最终还要转化成实际的应用电路。

三、传统实验与仿真实验的辩证统一

从以上的论述可以看出, 传统实验是整个实验教学的基础, 也是仿真实验的基础, 而仿真实验是传统实验的完善和补充。那么它们之间究竟有什么联系呢?在实验教学内容上又应如何安排呢?笔者通过多年的教学实践, 有如下一些看法:

1. 传统实验与仿真实验的联系

首先, 在传统实验中, 学会了常用电子仪器仪表的使用方法, 这点有助于仿真实验的开设;反之, 通过仿真实验, 进一步熟悉了常用仪器仪表的使用。其次, 传统实验所掌握的基本工程测量技术又是仿真实验的基础知识, 由于仿真实验仪器、元件齐全, 功能多, 这样, 仿真实验又是传统实验的补充和完善[3]。最后, 传统实验中所培养的分析和处理问题的能力是仿真实验中培养创新能力的前提条件, 而创新能力的培养是分析和处理问题能力培养的升华。

2. 传统实验与仿真实验内容的设置

与传统实验相比, 仿真实验认知是间接的, 从认知规律来看, 学生实验能力的培养提高必须经过实际使用实验硬件, 科学观察实验现象, 正确分析处理实验结果等过程。因此, 笔者认为电工电子仿真软件只是一个辅助的教学工具, 不宜在学生学习的初始阶段介绍, 更不宜在此阶段用仿真软件做实验。为了提高学生的综合素质, 应遵循循序渐进的原则[4], 电工电子实验应按基础实验层、提高设计层、综合应用开发层、研究创新层这样的四个层次展开, 并适时地引入EWB, Protel等电工电子仿真软件。

第一层次是基础实验层, 主要是设置一些验证性的实验项目。在这一层次, 全部采用传统的实验方法, 通过实验使学生在实验基本方法方面得到训练, 学会对数据的处理, 同时掌握常规仪器的原理和使用方法。要求学生规规矩矩、一步一步地完成实验的基本程序, 训练其扎实的基本功。第二层次是提高设计层, 主要设置一些带有综合性实验的项目, 利用基础部分的内容结合一些生产实际, 给学生设置一些带有综合性实验的项目。[5]。在这一层次, 可给学生介绍E W B的基本原理和方法, 学生预先在计算机上模拟、仿真出结果后, 到实验室建立实际电路, 自行完成电路的调试与测量。通过这一阶段的训练, 提高学生对实验的兴趣, 认识实验的重要性, 以及初步具有电工电子系统设计能力。第三层次是综合应用开发层, 主要设置与生产实际有关的项目, 这一层次主要安排在电子技术课程设计及毕业设计。在这一层次, 可给学生介绍Protel、MAX+plus II等EDA技术的基本原理和方法, 学生通过查阅资料、设计实验方案, 利用仿真实验软件对电路进行仿真、调试, 优化电路结构和参数。当系统仿真满足要求后, 可根据项目的实际需要, 再按照仿真电路装配实际电路进行调试。通过这一阶段的训练, 培养学生自主学习、系统分析、应用、综合、设计与创新的能力。第四层次是研究创新层, 主要面向全国大学生电子设计竞赛、全国大学生“挑战杯”科技竞赛、校内学生课外科研立项等各类课外科技活动。该层次主要是在学完EDA技术及单片机等课程后, 综合运用EDA技术及所学课程, 根据设计任务书按预定功能指标设计电路, 采用传统和现代电子设计工具的设计手段, 合理布局, 制作电路板, 焊接电路, 装配调试, 写出报告。通过这一阶段的训练, 培养学生的创新精神, 增强学生的工程设计与综合应用素质。

四、结束语

实践表明, 在电工电子实验教学中, 传统实验是培养学生动手能力的必要手段, 而仿真实验只能作为传统实验教学的完善与补充。在日常的实验教学工作中, 只有充分发挥传统实验和仿真实验各自的优势, 并注意在适当的时候、以适当的比例将两者有机结合起来, 才能培养出既具有扎实的基础, 又有全新技术的创新型人才。

参考文献

[1]王月香, 马瑞霞, 杨连祥, 等.EDA实验环境与实际操作实验环境的比较[J].实验技术与管理, 2002, 2

[2]谭敏.电工电子实验教学改革的思考—EDA技术引入电子技术课程实验的实践[J].合肥联合大学学报, 2001, 2

[3]曹才开.“硬件”与“虚拟”实验教学的相关思考[J].电气电子教学学报, 2000, 3

[4]刘彦鹂, 周展怀.电工电子实验中仿真实验的地位和作用[J].电气电子教学学报, 2007, 1

课堂实验仿真 第6篇

随着中国-东盟自由贸易区的蓬勃发展,对财经类人才尤其是具有东盟知识背景、扎实财经理论知识及较强动手实践能力的专业人才需求日益明显。因此,高校在财经类人才的培养教育中对更应针对学生的理论储备及实践能力进行培养及训练。实验教学不仅能培养学生的观察分析能力、实际动手能力及实验研究能力,而且可以培养学生综合运用所学的理论知识及方法去发现、分析、解决实际问题的能力。其中,虚拟仿真实验教学作为实验教学的新手段,依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通讯等技术,构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象,能够充分发挥学生在实验过程中的主动性,为学生独立自主的开展实践创造良好的条件,达到培养学生综合能力的目的。

2 东盟财经特色虚拟仿真实验教学模式

2.1 虚拟仿真实验教学

总所周知,实验教学相较于理论教学而言,是一种学生积极的、发挥主观能动性的进行科学研究及再创造的过程。以其直观性、实践性、创造性等优点作为教育教学的重要组成部分。随着教育教学改革的不断深化,实验教学在培养学生的科学研究能力和综合素质等方面提出了更高的要求。对高校的实验教学中心而言,如何向学生提供“个性化”、“自主式”、“交互式”、“实时的”实验环境成为首要研究方向。近年来,随着计算机、互联网等先进技术的迅速发展和大面积普及推广,虚拟仿真实验应运而生。虚拟仿真实验是将计算机技术、软件技术、网络技术和传统实验设备结合起来,改变实验系统的构建模式,突破实验操作的时空限制,提升实验设备的整体性能 ,是继理论研究和实验研究之后的第三种科学研究方法。

2.2 东盟财经特色人才需求

自2010年1月1日“中国—东盟”自由贸易区正式全面启动后,东盟和中国的贸易占到世界贸易的13%,成为一个涵盖11个国家、19亿人口、GDP达6万亿美元的巨大经济体,是目前世界人口最多的自贸区,也是发展中国家间最大的自贸区。因此,培养出一批具有东盟知识背景、扎实财经理论知识、较强动手实践能力的东盟财经特色专业人才迫在眉睫。

财经类高等院校承担着向社会输送高素质财经类人才的任务。由于地理位置得天独厚,广西日渐成为我国面向东盟开放合作的国际枢纽。作为广西唯一一所财经类院校,培养东盟财经特色人才的义务责无旁贷。高校不同于职业技术学院,教学时不能一味突出职业技能,过于注重向学生传授应用性和实际操作性的内容,而应当坚持厚基础、宽口径、文理渗透、专通结合,在促进学生综合素质的基础上针对其未来从业方向寻求个性发展,努力将其培养为既具有比较扎实的理论功底,又具有较强的职业技能,具有创新精神和实践能力,同时具备市场适应能力和国际竞争能力的东盟财经特色人才。

2.3 虚拟仿真实验教学对东盟财经特色人才培养的优势

虚拟仿真实验教学具有情景再现、生动直观、安全可靠、经济省钱、客观真实、精密准确等特点,改变了原有的实验教学模式,提高实验教学水平,整合实验教学资源,对培养科技创新人才有其独特的优势。

首先,在实验教学的“通用人才”教育和“专业人才”教育相互结合又互分层次的现代人才培养目标下,虚拟仿真实验教学以其先进性和精确性来保证实验教学内容的前沿性和科学性。东盟财经虚拟仿真实验教学中心准确抓住了“中国—东盟”经贸发展所带出的财经类人才稀缺这一情况,将东盟背景与财经文化、知识和技术深度融合,利用虚拟仿真实验完成东盟财经类课程的教学。

其次, 虚拟仿真实验平台以硬件作为基础,使用软件来构建平台的整体结构,将目前迅速发展的软件技术和传统实验设备硬件两方面的完美融合,充分利用了计算机优秀的应用特性来帮助提高虚拟仿真实验平台的整体性能。

再次,教师和学生作为平台的主要使用对象,虚拟仿真实验平台以其开放性和灵活性来保证教师和学生在进行实验项目设计构建以及操作过程中的简便适用。

最后,由于时间和空间相对固定所导致的传统实验教学模式产生不足及弊端问题,虚拟实验教学以其优异的网络化特性,有助于实现实验教学模式突破性的发展。以《东盟市场营销》实验教学为例,教师一般无法带领学生真正进入东盟各国实际运作市场营销策略,此时,利用虚拟仿真方式让学生进入东盟国际市场的模拟营销环境开展实验,以低廉的成本达到了类似于在真实环境中获得的教学效果。

3 实验教学资源共享模式

东盟财经虚拟仿真实验教学中心的实验教学资源包括场所设备、教师团队、实验课程、管理制度等等。

3.1 实验教学场所设备的共享

教学场所及实验设备是开展实验教学最基本的物质基础,也是最容易共享的实验教学资源。广西财经学院使用“两地三区”的办学格局(“两地”:广西南宁市和广西防城港市;“三区”:南宁市明秀校区、相思湖校区和防城港市校区),东盟财经虚拟仿真实验教学中心在“两地三区”拥有专属实验楼、百余间公共基础实验室及专业实验室(其中八间是具有东盟特色的财经类专业实验室)、近百套实验教学软件。虽然由于教学场所及实验设备的固定性,会对此类资源的共享产生了一定的制约,只有距离较近的高校之间能实现实验教学场所设备的共享,但明秀校区、相思湖校区均毗邻大学路,周边高校众多,因此对场所设备资源的有效共享打下良好的现实基础。

场所设备资源的共享可以分为场所租借和课程共享两种方式。场所租借即是我方提供教学场所及设备(必要时提供设备维护人员),使得某些由于资源限制达不到单独开设实验教学课程的师生可以租借我方资源完成教学,如某培训机构租借我方实验室进行JAVA编程培训;课程共享则是我方开设某实验教学课程并进行讲授实施,对方承认学生在我方完成实验课程后所取得的成绩,如仿照武汉七校联合开展的跨校跨学科第二学位辅修课程模式或北京学院路地区高校教学共同体开展的跨校选修课程模式,将东盟特色的财经类专业实验课程共享出来让其他高校的学生进行辅修或选修。

3.2 实验教学课程内容的共享

东盟财经虚拟仿真实验教学中心拥有丰富的开放式东盟财经类实验教学网络资源,通过构建统一的网络化智能实验教学和实验室管理信息平台的方式在校园网(内网)和互联网(外网)实现资源共享。实验教学平台提供全方位的虚拟仿真实验教学功能,学生可以通过校园网进行自主选择在线学习、模拟操作网上共享实验课程,实现实验前的预习、实验过程管理、实验成绩统计查询、实验教师答疑等多项内容。实验教学系统中的网络实验教学辅助系统提供网上论坛、网上练习、网上答疑、网上测试及结果评判等功能。此外平台还有配备有相应课程的电子版实验教学大纲和实验项目卡的网络电子版的东盟财经类实验课教程、实验课程视频案例、东盟财经类实验教学课件可供学生下载学习。东盟财经虚拟仿真实验教学中心配备的高清录播系统,可以对教学活动过程通过互联网进行现场直播,或者通过自动/手动拍摄、录制和存储,后期再进行加工制作,不间断的将最新的实验教学视频资源放上实验教学平台。

通过虚拟仿真实验教学平台在网络上的资源共享,为校内外师生提供了远程的实验教学服务,课余时间对外开放的专业实验中更能让学生在空闲时间继续学习,激发学生的科研兴趣和实验学习的主动性。尤其是东盟财经特色实验室及实验课程资源的开放共享,让实体课堂和网络课堂均充满了鲜活的东盟市场气氛,实现了真正意义上实验室的虚拟仿真、开放共享一体化。

3.3 实验教学教师资源的共享

“师者,所以传道授业解惑也。”教师作为授课者,是教学质量好坏与否的关键因素,要求自身有较高的禀赋,且成长周期长,培养成本高,是一种高档稀缺的人力资源。由于连年的高校扩招,本科生、研究生数量剧增,而教师队伍的培养速度跟不上学生数量的发展速度,造成生师比例严重失调。由于通常理论课教师兼任实验课教师,专职实验教师的数目较少,高水平、专业性强的实验教师数目更少,因此在实验教学中,实验教师资源的稀缺更为明显。

由于教师资源的特殊性,不能无限度的进行交流和共享。高校应该在教师做好本职工作的基础下,适当推进教师兼职、校际交流等方式实现师资共享。例如聘请国内和东盟知名高校中理论水平高、实践能力强的教师作为兼职教师;聘请企事业单位、公司实践能力强的专家担任学生实验指导教师,提高实验教学效果;派遣实验教师到高等院校进行继续教育、到东盟各国访问进修、到与东盟财经相关的部门、公司、企业挂职锻炼,提高实验教师队伍的整体素质。

教师资源的共享并不仅仅只是简单的“分享、交换”,更是通过这个交流过程达到自我素质提升的目的。在教师资源的共享中,不仅是被共享的教师在交流教学中完成传授道理,教授学业,解答疑惑的过程,年轻教师更可以把握名师授课的机会,在旁听的过程中提高自身实验教学水平和理论水平。这对打造一个具有东盟财经特色实验教学团队非常有益。

3.4 实验教学管理体系的共享

实验教学的管理体系包括组织保障、制度保障、管理规范等,是实验教学中心运行过程中发现问题、总结经验、思维凝练的结晶。东盟财经虚拟仿真实验教学中心实行立项制项目管理,将特色学科建设与实验室建设相互结合,成立项目负责团队及专家团队,严格依据实验室建设的各项条例,从立项、申报、论证、采购、建设、中期检查、验收等各环节全程双重把关,确保建设资金高效利用。“没有规矩,不成方圆”,管理规范的出台有利于实验室的开放共享、充分利用及系统管理,为中心能够正常运转和健康发展奠定基础和保障。

实验教学管理体系的共享,对其他高校进行同类型建设时提供了经验,在取长补短,健全完善,规避风险,思维创新等方面起到一定的作用。

4 下一步的发展规划

4.1 加强实验教学数字资源建设

在接下来的工作中,应在充分利用好原有实验教学资源的基础上,紧扣“开放、创新、共享”,高起点、高标准、严要求,在实践中不断充实和更新实验内容。深入探索东盟财经实验教学特点,贴近东盟自由贸易活动需求、整合译制越语、泰语等东南亚小语种资源,最终打造出东盟财经特色的专业课程体系及虚拟仿真实验课程体系,建设若干主题鲜明、专业性强的东盟财经特色虚拟仿真专业实验室,最终形成东盟财经实验教学专题数字资源库。

4.2 通过“慕课”方式实现实验教学资源共享

课堂实验仿真 第7篇

大学物理是以实验为基础的学科, 在物理教学过程中, 通过实验培养学生的观察能力、动手能力与思维能力, 是物理教学中的重点。物理实验课程的开展并能为后续专业课程的学习打下基础。是其它课程不可替代的。

而传统的物理实验教学模式, 实验往往仅仅只是依附、服务于理论教学, 一般以验证已知的物理定理, 完成既定的实验结论为目的, 开设的实验内容又过于陈旧, 可能由于仪器缺乏、计算结果的过程复杂等种种原因, 学生得出的实验结论往往出现较大的误差, 不能真实反映实验结论。而且在第一次面对实验仪器时又比较陌生, 不知从何下手。过分强调以教师为中心的教学模式, 学生往往兴趣不高, 开设的实验课程没有真正达到培养学生观察、分析和解决问题的能力。

物理仿真实验可以模拟很多物理现象及因果关系, 通过它可以把理论教学和实验教学有机地融为一体, 在进行实物实验前, 先让学生利用仿真实验进行预习, 在对实验原理、仪器功能以及操作方法掌握后再进行实物实验, 使学生在真正进行实验操作时胸有成竹。由于仿真实验可以采用多种形式, 学生操作起来不会有心理压力, 并能更大地激发学生的兴趣, 培养学生的创新能力。下面以两个案例分别进行简述, 供大家参考。

2. 仿真实验的应用

2.1 描绘小电珠的伏安特性曲线

这个实验的目的主要是为了验证伏安法测电阻。其实这个实验过程非常简单。完全可以在学生预习时采用仿真课件自行操作检验实验结果。

当滑动变阻器的阻值由小向大 (A-B) 逐渐改变, 在电压表0～3V范围内读取并记下12组左右不同的电压值U和电流值I。记录十组实验数据, 由EXCEL软件列表绘图, U为横轴, 以I为纵轴, 画出U-I曲线, 分析曲线变化的规律, 一目了然。

2.2 带电粒子在磁场中的运动规律

这个实验教学中使用的仪器是示波管。示波管由电子枪、偏转板和荧光屏三部份组成。由电子枪发出的射线在管内的低压水银蒸气发出辉光显示电子运动轨迹, 在没有加电场或磁场时, 电子的运动轨迹是直线, 打在荧光屏的正中心。正中心位置会显示一个亮点。在管外加电场或制造出匀强磁场时, 可以看到电子打在荧光屏上的位置会发生变化, 证明电子轨迹发生偏转。

这个实验的不足之处是, 粒子运动的轨迹和过程学生看不到, 只能从粒子偏转的位置去推导。给学生的感受不直观、清晰解决的办法可利用FLASH制作课件和FLASH动画, 表现出粒子分别在匀强电场或匀强磁场中的运动轨迹和运动方向, 以及当粒子的电性或磁场的方向发生变化时, 粒子的运动方向会发生改变。然而, 由于FLASH课件完善实物实验的直观性不足, 可采用实物实验以检验课件的真实性。

3. 小结

总之, 结合分层次实验教学, 在原有的教学模式下, 增加综合实验与设计性实验, 给学生自主发挥的空间, 利用仿真实验与实物实验相结合的教学手段, 给出一种新的物理实验教学模式, 如下图所示, 供大家参考。

在实验教学中, 充分利用多媒体、仿真实验课件等教学手段, 与现代化信息技术相结合, 一定能优化教学内容, 提高教学效果。

参考文献

[1]叶昌华.多媒体在物理实验教学中的应用策略[J].中国现代教育装备, 2008.

用Scratch进行物理实验仿真 第8篇

Scratch在学科融合中的应用可以从测量、记录、控制、仿真四个方面进行尝试:1测量就是通过传感器来获得需要的数值,如我们通过温度传感器测量获取所需要的温度数值。2记录就是用电脑程序代替人工记录数据,通过程序的方式记录可以把人解脱出来,并且更容易对数据进行分析,如我们会把数据导入学习过的电子表格,对数据进行分析。3控制简单地说就是通过程序做出适当的反应,如在太阳底下如果感觉到热了,我们会走到阴凉的地方,“走”就是人脑对“腿”做出的控制。4仿真就是模仿真实世界,如可以根据光的放射定律模仿平面镜、凸透镜成像,让学生理解成像规律;可以把重力加速度加入到游戏中去,让角色的落地更接近于真实;还可以用程序的方式模拟分子运动……本文从仿真的角度做了一些案例尝试。

●用Scratch仿真平面镜成像

这个仿真程序可以让学生理解平面镜的特点和规律,为进一步完成凸透镜成像的仿真打好基础,如图1为平面镜成像的程序界面。

程序设计的过程中光线会随着操作者的控制随时变化,如移动物体远近、大小时光线会随时变化,所以这里的黄色光线及物体用画笔完成。我们先自定义一个画线的模块(如图2)。

我们只要提供两组坐标,然后调用这个程序就能完成中间的线。而对两组坐标我们可以在程序中设计一些特殊的点作为角色,如物体就是用底部A点和顶部箭头决定的。在Scratch程序中的这种画图方式可以解决动态变化的问题,如果你把这个例子中的“物”画成一个固定角色,后期的调整物体大小和位置就很难实现。

平面镜成像的规律是“像和物大小相等,像和物离平面镜距离相等,像和物连线于镜面垂直”,如何在程序中体现这一点呢?这里也需要设计一个模块体现平面镜成像规律脚本(如图3)。

在这个基础上,我们可以设计凸透镜成像的程序,主要也是在光线和成像规律上。下页图4为凸透镜成像界面。

通过Scratch设计的这种程序具有开放性,是学生可以参与的仿真实验程序。在设计的过程中,学生要理解相应的物理规律,如果是教师设计完成的,学生则可在使用过程中加入一些游戏元素。

●用Scratch仿真分子运动

分子运动这种微观现象,如何能直观地让学生体验到?除了用传统多媒体的方式,也可以用Scratch程序做一些模拟。我们这里用Scratch的一个扩展版本BYOB完成了这个例子,之所以选择用BYOB是因为它有一个非常不错的拓展功能“锚点”。锚点的主要作用就是把一个角色“附着”到另一个角色上,并且两个角色可以独立编辑脚本。图5为BYOB界面,在图中的例子中,“孙悟空”和“金箍棒”是两个不同的角色, 可以分别编辑脚本。我们可以用鼠标“拖拽”金箍棒到舞台上的孙悟空处, 这时候角色“金箍棒”右上角就多了一个锚点标志,说明金箍棒已附着到了孙悟空上,孙悟空就可以边运动边玩他的金箍棒了。

分子热运动就是利用这个锚点功能来实现的,图6是用BYOB的升级版本Snap完成的分子热运动的例子。Snap是一个网页编辑的图形化编程软件,所以可用浏览器打开。在这个例子中,我们设计了一个“小立方体”角色,然后建立9个分子小球角色,让这9个分子附着到小立方体上,当小立方体运动时,小分子会随之运动。我们构造好了这样一个神奇的小立方体,便可以在物理学习中加以应用了。

小立方体可以在后期的热学中得到应用,作为分子热运动的例子,在这里我们把9个小分子的运动脚本设计为图7。我们只要给变量a赋一个初始值,小分子就会在-a~a之间选择一个随机数,小分子的X、Y坐标会在原来坐标基础上有轻微变化,仿真出分子热运动的物理现象。如果把这个a值与外接的温度传感器关联,当温度升高时a值增加,分子热运动会加剧。

●用Scratch仿真小球的自由落体运动

自由落体运动是匀加速运动的一个典型实例,对学生来说彻底理解自由落体运动后,很多运动的问题就都能解决了。如果用Scratch来模拟体验这个过程,并实时反映出速度、距离、时间的变化,学生将会非常直观地了解和感受到自由落体,比看公式算数字要好得多。图8为小球的自由落体脚本。

添加一个对象“sprite1”的小球,将该对象的位置定位在(0,170) 的坐标上,设置一个变量“y”记录当前所处的位置,“计时器”表示小球下落的时间,小球设置的初始高度为170,在Scratch中表示为170像素,重力加速度为9.8米每秒,放到Scratch中表示为9.8像素每秒。那么小球下落的距离就 是(),即。然后用最初的位置高度170减去这个下落的距离,就能得出当前小球的y坐标。如图9所示,坐标有正负170,因此小球相当于从340米的高空做自由落体运动。

通过这种仿真程序的设计,我们还可以给物体一个质量、弹性系数来研究小球的反弹,给小球一个初速度来研究小球的运动情况,这种仿真如果用到动画设计中,会使得角色更逼真。

●小结