時間：2022-04-24 23:07:58
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇虛擬實驗設(shè)計論文，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
（一）實驗分析
高錳酸鉀制取氧氣是利用酒精燈、試管、鐵架臺、導(dǎo)管、集氣瓶、水槽等儀器，通過加熱高錳酸鉀制取氧氣，利用排水法來收集氧氣。學(xué)生不僅要掌握實驗原理、目的，實驗儀器和藥品的使用方法及注意事項，實驗步驟、化學(xué)方程式的書寫等內(nèi)容，還要培養(yǎng)觀察、分析能力和實踐操作能力。
（二）《高錳酸鉀制取氧氣》的實驗?zāi)康?/p>
（1）通過虛擬實驗中的文本展示工具，使學(xué)習(xí)者了解實驗?zāi)康摹⒃砗头椒ā?/p>
（2）通過對虛擬實驗的操作，掌握藥品的選擇以及儀器連接的先后順序，能夠動手制取氧氣。
（3）通過對實驗過程、現(xiàn)象的觀察、分析實驗反應(yīng)機制，加深對實驗的認知和理解。
（三）《高錳酸鉀制取氧氣》的虛擬實驗活動設(shè)計
學(xué)生要完成虛擬實驗首先需要安裝Secondlife客戶端，進入Secondlife虛擬環(huán)境，通過以下流程完成整個虛擬實驗。
（1）準(zhǔn)備階段：學(xué)習(xí)者通過Secondlife提供的地圖工具搜索到虛擬實驗室地標(biāo)并通過瞬間移動工具進入虛擬實驗室。
（2）實驗階段：學(xué)習(xí)者通過人-機交互選擇事先通過3D建模工具創(chuàng)建好的虛擬實驗儀器、藥品并通過資源工具查詢相關(guān)儀器的使用方法及實驗裝置圖，完成實驗儀器的裝置；點擊各個實驗儀器、添加藥品來完成實驗。
（3）評價反饋階段：教師根據(jù)學(xué)生提交的實驗報告和學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)記錄對學(xué)習(xí)者本次實驗進行一個綜合評價，并將評價結(jié)果通過評價反饋系統(tǒng)及時反饋給學(xué)習(xí)者。
二、《高錳酸鉀制取氧氣》的虛擬實驗環(huán)境設(shè)計
本研究以《高錳酸鉀制取氧氣》為例設(shè)計的虛擬實驗環(huán)境。以實驗過程的設(shè)計為理論基礎(chǔ)從場景及模型設(shè)計、交互設(shè)計、支持工具設(shè)計、特效設(shè)計、評價設(shè)計這幾方面設(shè)計三維虛擬實驗環(huán)境。
（一）實驗環(huán)境的場景及模型主要虛擬教室、虛擬實驗室和儀器設(shè)備組成
虛擬教室由講臺、桌椅、多媒體系統(tǒng)、音響設(shè)備、電子白板、書柜、書、電腦組成，供學(xué)習(xí)者實驗后進行交流、報告、探究、形成實驗結(jié)論。虛擬實驗室主要由實驗環(huán)境、實驗操作臺、水池、藥品柜、滅火設(shè)備為為學(xué)習(xí)者完成實驗并獲取實驗數(shù)據(jù)。儀器設(shè)備主要是酒精燈、試管、鐵架臺、導(dǎo)管、集氣瓶、水槽、鐵夾、燒杯。藥品耗材主要是高錳酸鉀等。
（二）交互系統(tǒng)設(shè)計
（1）人機交互設(shè)計：在實驗中通過操作交互，學(xué)習(xí)者能夠感受到實驗設(shè)備的控制感和體驗感。在Secondlife中，利用創(chuàng)建工具可以實現(xiàn)簡單的“點擊”“移動”“坐在上面”等操作，Secondlife提供的林登腳本語言可以設(shè)置改變物體的性質(zhì)、運動方式、運動軌跡、對外力的反應(yīng)等等，能夠較好地支持學(xué)習(xí)者的操作交互。
（2）交流工具：學(xué)習(xí)者在實驗過程中和老師、同伴交流的方式主要有在線的同步交流和異步交流。
（三）支持工具設(shè)計
實驗支持工具是指支持學(xué)習(xí)者完成實驗的所有工具，本研究的支持工具主要包括搜索工具、資源工具、實驗認知工具、評價反饋工具等。搜索工具主要是地圖工具和瞬間移動工具通過它們是搜索定位各種學(xué)習(xí)場所、用戶，并瞬間移動到目的地。資源工具包含Secondlife內(nèi)部資源和外部資源。內(nèi)部資源主要是3D瀏覽器；外部資源包括各大搜索引擎。這些工具可以搜索Secondlife內(nèi)部和外部各種信息資源實驗認知工具主要包括3D建模工具、拍攝工具、記事本工具主要為為實驗過程中學(xué)習(xí)者觀察記錄實驗現(xiàn)象、采集數(shù)據(jù)提供支持。評價反饋工具主要包括問卷系統(tǒng)（choicer、Quizchair）、學(xué)習(xí)記錄系統(tǒng)（Tracker）、Web-Intercom，為實驗后學(xué)習(xí)者自評、反思以及教師評價反饋提供支持。
（四）特效設(shè)計
在Secondlife中，通過粒子系統(tǒng)結(jié)合林登腳本語言可以營造煙霧、火焰、氣體、雪花等各種現(xiàn)象。在本實驗中酒精燈加熱的火焰、水槽里面的氣泡、集氣瓶中的氧氣、反應(yīng)過程中的煙霧、藥品晶體的狀態(tài)變化等效果都可以通過粒子系統(tǒng)來實現(xiàn)。
三、結(jié)論
【關(guān)鍵詞】虛擬實驗;彈藥檢測;
【中圖分類號】G40-057 【文獻標(biāo)識碼】A 【論文編號】1009―8097(2009)07―0130―02
引言
在彈藥檢測技術(shù)和傳感器技術(shù)等課程教學(xué)中,為了使學(xué)員理解講授內(nèi)容,需要進行一些必要的實驗操作。由于彈藥檢測實驗具有一定的危險性、過程短暫、過程細節(jié)不易觀察、實驗費用高等特點,而虛擬實驗作為一種先進的教學(xué)手段,以其直觀性、靈活性、實時性、形象化的優(yōu)勢,通過創(chuàng)建動畫,細化過程細節(jié),可比較輕松地解決傳統(tǒng)授課方式無法解決的問題,把抽象的問題變得很直觀,使學(xué)員能置身于現(xiàn)場實驗氛圍之中,對突破教學(xué)難點起到了較好的作用。教學(xué)實踐證明,在現(xiàn)有條件下開展虛擬實驗與現(xiàn)場實驗相結(jié)合的實驗方法,是一種行之有效的教學(xué)方法。
一 虛擬實驗的概念和特點
虛擬實驗通常是指借助于借助計算機技術(shù),利用文字、圖形、圖像、聲音等在微機屏幕上形成的可部分或全部代替?zhèn)鹘y(tǒng)實驗過程的實驗操作環(huán)境,實驗者利用鼠標(biāo)和鍵盤的操作完成實驗,使實驗者感受到與真實實驗相似的過程。我們按照教學(xué)要求組成的虛擬實驗軟件,為學(xué)員提供一個虛擬實驗環(huán)境和過程的操作平臺,它包括系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成、實驗設(shè)計、工作原理、操作過程、實驗狀態(tài)、步驟提示、結(jié)論分析等。通過虛擬實驗軟件把實驗設(shè)備和教學(xué)內(nèi)容有機地融為一體,加深了學(xué)員對實驗?zāi)康摹⒃怼⑦^程、方法、設(shè)備結(jié)構(gòu)、注意事項等的理解,達到現(xiàn)場實驗難以實現(xiàn)的效果,培養(yǎng)了學(xué)員動手和思維能力,豐富了實驗技能,深化了對知識的理解,同時增強了學(xué)員對實驗的興趣,提高了教學(xué)效果。
二 彈藥檢測虛擬實驗的優(yōu)點分析
1 保證實驗者的安全:在真實的彈藥實驗中,由于彈藥特有的危險性,容易發(fā)生安全事故,產(chǎn)生一定的心理負擔(dān),而采用虛擬實驗由于不使用真槍實彈,可以避免事故發(fā)生,杜絕真實彈藥實驗的風(fēng)險。
2 降低實驗成本:彈藥實驗的費用較高,少則幾十元,多則上萬元,而且一旦損壞設(shè)備,往往還會伴隨人員的傷亡,后果十分嚴重;采用虛擬實驗的投資費用比較低,可以長期使用,并可以不斷改進和優(yōu)化實驗內(nèi)容,近似達到零成本的效果。
3 提高學(xué)習(xí)效果:虛擬實驗軟件可以直接安裝在微機上,擺脫了傳統(tǒng)實驗受時間、場合的限制,學(xué)員通過調(diào)用不同的實驗?zāi)K,可以自行選擇實驗項目,實驗結(jié)果可以通過文字、圖形、圖像、聲音等形式顯示給學(xué)員,來判斷操作是否正確,激發(fā)學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣;它還具有重復(fù)性的特點,通過多次重復(fù)使用,加深學(xué)員對實驗的理解,使學(xué)員熟悉實驗設(shè)備的應(yīng)用,鍛煉他們觀察實驗過程和分析實驗現(xiàn)象的能力。
4 強化學(xué)員對實驗細節(jié)的認識:彈藥實驗具有“三高一短”(高溫、高速、高壓、過程短暫)的特點,其過程復(fù)雜而短暫,很難從感官上得到深刻的認識,即使參加了實際的試驗過程,如果不采用相應(yīng)的設(shè)備,也很難獲得實驗結(jié)果。彈藥發(fā)射實驗過程通常在數(shù)十毫秒內(nèi)結(jié)束,實驗結(jié)果單憑人的感官是無法得出結(jié)論的。而采用虛擬實驗的方法,可以將實驗過程速度放慢,結(jié)合聲光效果,細化實驗過程,觀察細微環(huán)節(jié),加深了對實驗內(nèi)容的理解。
三 彈藥檢測虛擬實驗的實現(xiàn)手段[2] [3]
制作實驗課件首先要進行總體規(guī)劃,制定系統(tǒng)總體目標(biāo)、模塊功能和實驗流程圖,繪制設(shè)備或零件圖,完成腳本編寫。
選擇合適的軟件是制作虛擬實驗課件的基礎(chǔ),我們根據(jù)虛擬實驗的特點,由flash、3D Max完成二、三維動畫等基本素材的制作,利用它們具有的多媒體編輯、聲光效果和控制功能,實現(xiàn)了實驗項目的虛擬實驗設(shè)計功能;課件的部分復(fù)雜設(shè)備零部件由SolidWorks軟件制作,再以圖形方式代入flash或3D Max中,充分發(fā)揮各自的特點,最后以Authorware為平臺進行模塊的鏈接合成及調(diào)試,完成課件的,它們最終都可以在Powerpoint下,以超動態(tài)鏈接被調(diào)用。
四 虛擬實驗的應(yīng)用范例[1]
在彈藥檢測技術(shù)課程教學(xué)中,我們制作了多個虛擬實驗?zāi)K,經(jīng)過在課堂應(yīng)用后,學(xué)員們普遍反映教學(xué)內(nèi)容易于理解、印象深刻,通常完成一次虛擬實驗后,就可以基本敘述出工作原理和實驗過程,而這是教員用語言表述很難達到的效果。在此例舉幾個虛擬實驗的應(yīng)用范例:
1 初速、膛壓虛擬實驗
彈藥的初速、膛壓實驗是彈藥檢測技術(shù)課程的重要實驗,但是由于現(xiàn)有實驗條件的限制,不可能也沒有必要每人都進行一次實驗,即使實驗者親自參加了實驗,也只是在現(xiàn)場聽到一聲發(fā)射的巨響,看到一團火光,從實驗設(shè)備上得到了一組數(shù)據(jù),而對實驗中的細節(jié)是無法體會的,我們在課堂教學(xué)中采用了虛擬實驗軟件,把實驗過程以“慢鏡頭”的方式,將火藥燃燒、彈丸運動、傳感器接收測試信號等過程展現(xiàn)給學(xué)員,使學(xué)員清晰的看到了實驗的細節(jié)和結(jié)果,仿佛親身經(jīng)歷了現(xiàn)場實驗。膛壓和初速虛擬實驗的部分畫面見圖1和圖2。
2 傳感器原理虛擬實驗[4]
傳感器是新型彈藥和檢測設(shè)備的關(guān)鍵部件之一,掌握傳感器的知識對理解教學(xué)內(nèi)容十分重要,由于它們的結(jié)構(gòu)通常精密小巧,理論推導(dǎo)復(fù)雜,有時很難用語言講述清楚。在講解時通過虛擬實驗演示,將結(jié)構(gòu)原理、實驗曲線、工作過程等動態(tài)地展示給學(xué)員,可以取得較好的效果。例如,在講解熱釋電傳感器和光電二極管時,通過虛擬實驗,將傳感器的結(jié)構(gòu)組成、工作原理、光譜和階躍響應(yīng)、靈敏度等特性形象清晰地表現(xiàn)出來,其部分畫面見圖3和圖4。
五 結(jié)束語
由于虛擬實驗可以生動形象地反映教學(xué)實驗內(nèi)容,教員講得輕松,學(xué)員學(xué)得透徹,節(jié)約了大量的時間和精力。通過多期的教學(xué)實踐證明,虛擬實驗已經(jīng)成為彈藥檢測技術(shù)和傳感器技術(shù)等課程教學(xué)的有效教學(xué)方法之一,取得了良好的效果,受到了廣大師生的青睞。但是虛擬實驗畢竟是實驗教學(xué)的輔助手段,決不能完全取代實際實驗,必要時要采用虛實結(jié)合的方式,通過個別現(xiàn)場實驗、(高速)錄像片回放等方法,才能達到更好的教學(xué)效果。虛擬實驗不是萬能的,我們需要把它和傳統(tǒng)的實驗方法相結(jié)合,具體問題具體分析,充分發(fā)揮它們各自的優(yōu)勢,才能提高教學(xué)效果和質(zhì)量。
參考文獻
[1] 陳雷等.彈藥檢測技術(shù)[M].石家莊:軍械工程學(xué)院出版社,2007.
[2] 李永等.Flash多媒體課件制作范例導(dǎo)航[M].北京:清華大學(xué)出版社, 2006.
該成果堅持“理論與實踐、創(chuàng)意與技術(shù)、傳承與超越”并重，以行業(yè)需求為導(dǎo)向，以提高學(xué)生實踐創(chuàng)新能力為目標(biāo)，著力提升服裝紡織人才培養(yǎng)質(zhì)量和就業(yè)創(chuàng)業(yè)能力。以自主研發(fā)的實踐教學(xué)信息管理系統(tǒng)為支撐，以本科生科研訓(xùn)練、實驗室開放及學(xué)科競賽等實踐項目為拓展，按照服裝產(chǎn)業(yè)鏈和產(chǎn)品開發(fā)流程構(gòu)建實踐教學(xué)體系，搭建創(chuàng)新能力培養(yǎng)和學(xué)生展示創(chuàng)意成果的“大實踐”平臺，構(gòu)建服裝紡織人才培養(yǎng)新模式。該項目的主要內(nèi)容包括以下 5 部分。
（1）創(chuàng)建藝工結(jié)合開放式實踐教學(xué)網(wǎng)絡(luò)管理模式。以實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)為核心，以現(xiàn)代教育技術(shù)為手段，以計算機網(wǎng)絡(luò)為支撐，自主研發(fā)實驗室與實踐教學(xué)綜合管理系統(tǒng)。系統(tǒng)包含三大模塊：包含實驗項目、實驗隊伍、實驗室數(shù)據(jù)上報和報表匯總、成果管理等 8 項內(nèi)容的實驗室綜合管理模塊；貫穿于畢業(yè)設(shè)計（論文）全部流程的管理子系統(tǒng)；包含本科生科研訓(xùn)練管理、實驗室開放項目管理、學(xué)科競賽項目管理 3 個子系統(tǒng)的大學(xué)生創(chuàng)新計劃管理模塊。
（2）構(gòu)建“三層次、五模塊”的實踐教學(xué)體系。建立基于網(wǎng)絡(luò)管理的“基礎(chǔ)實驗技能訓(xùn)練”“專業(yè)綜合能力訓(xùn)練”和“設(shè)計創(chuàng)新能力訓(xùn)練”三層次和“驗證性實驗設(shè)計性與創(chuàng)新性實驗跨課程綜合性實驗藝術(shù)創(chuàng)作（工程設(shè)計）能力實訓(xùn)集成創(chuàng)新實踐（創(chuàng)作、研究開發(fā)）”五模塊的實踐教學(xué)體系。
（3）夯實基礎(chǔ)，強化創(chuàng)新，多方位拓展和豐富實踐教學(xué)內(nèi)容，重塑學(xué)生知識結(jié)構(gòu)。創(chuàng)建本科生科研訓(xùn)練、實驗室開放和學(xué)科競賽項目，并將其作為實踐教學(xué)的重要內(nèi)容。積極開展項目教學(xué)，推進產(chǎn)學(xué)研合作。將三類項目與相關(guān)課程相結(jié)合，突破傳統(tǒng)內(nèi)容局限，實現(xiàn)理論與實踐的緊密融合。
（4）搭建貫穿人才培養(yǎng)全過程，多方協(xié)同、資源共享、產(chǎn)學(xué)研合作的“大實踐”平臺。將相關(guān)實驗室和工作室、大學(xué)生創(chuàng)意工廠、市級實驗教學(xué)示范中心、校級科研和學(xué)科競賽基地等校內(nèi)資源與校外人才培養(yǎng)基地等資源進行有機整合。
（5）建立實踐教學(xué)項目的評審、管理和獎勵等長效機制。制定各類項目管理辦法，建立教務(wù)處、各教學(xué)部門、項目負責(zé)人的三級項目管理制度。每年以網(wǎng)絡(luò)為平臺，開展項目的立項工作，并強化網(wǎng)上過程管理，定期進行項目驗收與總結(jié)。
該項目實現(xiàn)了學(xué)習(xí)環(huán)境、管理手段、教學(xué)體系以及教學(xué)模式等 4 個方面的創(chuàng)新：充分利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算機技術(shù)和信息技術(shù)，開展和探索虛擬、仿真實驗教學(xué)，為學(xué)生創(chuàng)建一個全新的學(xué)習(xí)環(huán)境；結(jié)合學(xué)校實驗教學(xué)特色和項目管理要求自主研發(fā)“實驗室與實踐教學(xué)綜合管理系統(tǒng)”，提高實踐教學(xué)的管理效率和水平；建立了“三層次”訓(xùn)練和“五模塊”逐級遞進的實踐教學(xué)體系；采用“課堂教學(xué)與創(chuàng)作實踐相結(jié)合，以創(chuàng)作提升教學(xué)、以實踐再現(xiàn)創(chuàng)新”模式，以課內(nèi)實驗內(nèi)容為基礎(chǔ)，以本科生創(chuàng)新實踐項目為延伸，以產(chǎn)學(xué)研合作項目為升華，全方位拓展和豐富實踐教學(xué)內(nèi)容。
據(jù)項目負責(zé)人北京服裝學(xué)院教授周永凱介紹，該研究成果在實踐中得到了豐富和完善，在推廣中取得了顯著的成效。本系統(tǒng)將虛擬實驗平臺與學(xué)校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺（EOL）相結(jié)合，為學(xué)生搭建自主學(xué)習(xí)平臺，將多媒體課件、實驗教學(xué)大綱、實驗課程教學(xué)視頻等作為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)內(nèi)容，并實時網(wǎng)上信息，為學(xué)生提供了豐富的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源。通過實驗室綜合管理系統(tǒng)、畢業(yè)設(shè)計（論文）管理系統(tǒng)和大學(xué)生創(chuàng)新計劃管理系統(tǒng)的建設(shè)，提高了管理效率和水平，實現(xiàn)了實驗室和實踐教學(xué)的網(wǎng)絡(luò)化和信息化。以網(wǎng)絡(luò)管理平臺為支撐，科研訓(xùn)練和學(xué)科競賽屢創(chuàng)佳績，學(xué)生實踐創(chuàng)新能力顯著提升。培養(yǎng)的學(xué)生更加適應(yīng)紡織服裝行業(yè)需求，贏得了社會的普遍贊譽。項目組成員在項目研究與實踐過程中，圍繞服裝紡織人才實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)，進行了大量的理論和實踐研究，取得了豐碩成果。同時本項目的成功經(jīng)驗多次應(yīng)邀在全國紡織服裝類院校教學(xué)管理經(jīng)驗交流會上進行了分享。
[關(guān)鍵詞]虛擬實驗；整合情境；輕游戲；沉浸理論；整合教學(xué)法
[中圖分類號]G40-057 [文獻標(biāo)識碼]A [論文編號]1009—8097（2013）11—0109—06
一 引言
虛擬實驗注重的是實驗操作的交互性和實驗結(jié)果的仿真性，主要是借助于圖像/圖形、仿真和虛擬現(xiàn)實等技術(shù)在計算機上所營造的可輔助、部分替代甚至全部替代傳統(tǒng)實驗各操作環(huán)節(jié)的相關(guān)軟硬件操作環(huán)節(jié)。通過研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在的虛擬實驗普遍存在以下幾個問題：第一，虛擬實驗缺乏趣味性，枯燥乏味，不能引起學(xué)生的興趣，學(xué)生很難主動投入學(xué)習(xí)并維持學(xué)習(xí)興趣。第二，虛擬實驗缺乏與學(xué)生的互動，基本上虛擬實驗是由教師控制界面，學(xué)生處于聆聽模式。第三，教學(xué)理論陳舊無力，學(xué)習(xí)者缺少自主探宄，合作分享的機會。以上這些問題容易導(dǎo)致學(xué)習(xí)者對虛擬實驗缺乏興趣，產(chǎn)生厭煩、急躁甚至排斥的情緒，學(xué)習(xí)效果大打折扣。歸根到底，出現(xiàn)這些問題的原因是與現(xiàn)代教育理念相悖，現(xiàn)代教育理論倡導(dǎo)教師應(yīng)由處于中心位置的知識權(quán)威轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生學(xué)習(xí)的指導(dǎo)者和合作伙伴、設(shè)計者、教育的研究者，學(xué)生應(yīng)由被動的知識容器和只是受體轉(zhuǎn)變?yōu)橹R的主宰、學(xué)習(xí)的主體，學(xué)習(xí)環(huán)境應(yīng)由簡單的背景化信息轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂形蛷?fù)雜情境的功能性教學(xué)載體。由此可見，虛擬實驗的設(shè)計面臨著改進需求。
按照2002年麻省理工學(xué)院和微軟公司提出“現(xiàn)代教學(xué)法+藝術(shù)化游戲環(huán)境=下一代教育媒體”的觀點，虛擬實驗要實現(xiàn)吸引、促進學(xué)習(xí)者沉浸其中，使學(xué)習(xí)者深度體驗實驗過程，探究實驗結(jié)果，那么有先進并恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)理論為設(shè)計依據(jù)，加上具有強烈感官刺激、心理挑戰(zhàn)的游戲化環(huán)境設(shè)計，實現(xiàn)教學(xué)、心理、藝術(shù)效果的完美結(jié)合。據(jù)此，我們認為虛擬實驗應(yīng)創(chuàng)設(shè)為能吸引并使學(xué)習(xí)者沉浸其中的虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境，這個虛擬環(huán)境具有較強的現(xiàn)實感、交互性、藝術(shù)性、娛樂性等特點。基于以上考慮，此本文提出創(chuàng)設(shè)整合情境，將“輕游戲”元素增設(shè)到虛擬實驗中，設(shè)計了基于整合情境的游戲化虛擬實驗?zāi)Ｊ剑⒋嗽O(shè)計模式應(yīng)用到開發(fā)的虛擬實驗案例中。
二 整合情境及沉浸理論概述
1 整合情境
（1）整合情境的概念。20世紀(jì)80年代，比利時、瑞士、法國等歐洲國家提出整合教學(xué)法（Integrative Pedagogy），該教學(xué)法是訓(xùn)練學(xué)生聯(lián)合調(diào)動若干知識和技能，來解決復(fù)雜的情境。開始時整合教學(xué)法被應(yīng)用在大學(xué)教育、職業(yè)培訓(xùn)中，逐漸應(yīng)用到中小學(xué)教育。整合情境（Situation Integration）是整合教學(xué)法的核心，學(xué)者有些稱之為靶向情境（SituationCible）或重新投入的情境（Situation Reinvestissement）。德·克特勒等認為，整合情境是“一個包括主要信息、干擾信息，并運用先前學(xué)習(xí)的一個復(fù)雜情境”，它有三個構(gòu)成要素：物質(zhì)支持工具、若干任務(wù)和若干命令。在物質(zhì)支持工具中呈現(xiàn)出來的實物、背景、信息、功能等都可能是復(fù)雜、凌亂無序的。
（2）整合情境與問題情境。上述的整合情境與我們常提到教學(xué)論中的問題情境（Problem Situation）較為相似，為了更好地理解整合情境，在此有必要對兩者做一個比較分析。學(xué)者對問題情境的界定不統(tǒng)一，布魯納認為“學(xué)習(xí)者在一定的問題情境中，經(jīng)歷對學(xué)習(xí)材料的親身體驗和發(fā)展過程，才是學(xué)習(xí)者最有價值的東西。”他指的問題情境可以理解為一種具有特殊意義的教學(xué)環(huán)境，既是教學(xué)背景，也可以是本學(xué)科的問題，還可以是其他學(xué)科的相關(guān)內(nèi)容等。埃納爾和尤尼爾認為問題情境是“教育者為了以下目的所設(shè)計的情境：為學(xué)生們創(chuàng)造一個圍繞某個有待解決的問題進行思考和分析的空間；幫助學(xué)生們從這一“空間—問題”出發(fā)，對關(guān)于某個明確主題的新的表現(xiàn)加以概念化。”它包含三個因素：背景、信息和有待完成的任務(wù)。從上述概念來看，整合情境與問題情境確實有很大相似之處，都是為了教與學(xué)活動，完成某些教學(xué)任務(wù)的具象化背景，但兩者的內(nèi)涵和側(cè)重點并不相同。兩者的比較如表1所示。
從表1不難看出，整合情境和與我們一般所指的問題情境有很大區(qū)別，第一，功能性，整合情境更具明確的目標(biāo)，教師應(yīng)考慮如何利用支持工具，也就是情境的利用，而不像問題情境更重視的是情境本身。第二，情境的類型，整合情境傾向于自然情境，需要學(xué)習(xí)者在真實的環(huán)境中辨別、分析，適合學(xué)習(xí)者個體探究學(xué)習(xí)，而問題情境更多的是建構(gòu)的情境，是教師為了教學(xué)目的而設(shè)計出來的情境，使學(xué)習(xí)者個體或小組獲得知識和技能。第三，設(shè)計整合情境的初衷是為了整個學(xué)業(yè)的提升或?qū)W習(xí)評估，相對問題情境的目標(biāo)要廣泛和深遠。按照達蒂夫¨2J的說法，問題情境是“任務(wù)來源”，而整合情境是“任務(wù)靶向”，可以理解為一個偏重于問題本身，一個偏重于通過問題來探究的目標(biāo)。一言蔽之，整合情境是“被瞄準(zhǔn)”的問題情境，為了更明確的方向和目的所設(shè)計的問題情境，整合情境相對于問題情境更具復(fù)雜性和真實性，更適合學(xué)習(xí)者探索和建構(gòu)知識和技能。
2 沉浸理論
沉浸理論（Flow Theory）于1975年由Csikszentmihalyi首次提出，解釋當(dāng)人們在進行某些日常活動時為何會完全投入情境當(dāng)中，集中注意力，并且過濾掉所有不相關(guān)的知覺，進入一種沉浸的狀態(tài)，這種狀態(tài)被描述為“流”（flow）。Wigand和Nilan將沉浸感分為三個階段：沉浸的先前準(zhǔn)備階段、沉浸體驗階段、沉浸體驗的結(jié)果。沉浸的先前準(zhǔn)備階段所考慮的要素包括注意力的集中、明確的目標(biāo)、與玩家技能相平衡的挑戰(zhàn)、活動的趣味性、簡單快速的上手；沉浸體驗階段的體驗包括行動與意識的統(tǒng)一、高度專注、對活動的控制感、時間感的變化、遠程監(jiān)控感；沉浸體驗所帶來的結(jié)果是促進學(xué)習(xí)、激發(fā)學(xué)習(xí)者的探索行為、信息技術(shù)的接受及使用、行為控制的認知。從文獻可以看出，國內(nèi)外游戲的設(shè)計和開發(fā)基本都與沉浸理論相關(guān)，游戲化的學(xué)習(xí)的設(shè)計和開發(fā)也當(dāng)如此。有研究表明，“深度沉浸的學(xué)習(xí)相對于淺度沉浸的學(xué)生而言.在虛擬實驗的環(huán)境中更容易獲得滿足”。據(jù)此我們認為追求流體驗是游戲化虛擬實驗設(shè)計的重要目標(biāo)和依據(jù)。
三 基于整合情境的游戲化虛擬實驗的設(shè)計
基于以上的理論討論和實踐研究，本文提出基于整合情境的游戲化虛擬實驗?zāi)Ｊ剑@種虛擬實驗?zāi)Ｊ揭詣?chuàng)設(shè)整合情境為手段，以“輕游戲”元素為設(shè)計元素，目的在于增加學(xué)習(xí)者虛擬實驗的沉浸感，激發(fā)學(xué)習(xí)動機，維持學(xué)習(xí)體驗，從而達到提高虛擬實驗學(xué)習(xí)的效果。
1 基于整合情境的游戲化虛擬實驗的設(shè)計機理
根據(jù)心理學(xué)研究表明，要真正達到教學(xué)效果，必須從吸引學(xué)習(xí)者，維持學(xué)習(xí)者注意力著手，實現(xiàn)虛擬實驗的沉浸體現(xiàn)。然而內(nèi)部的心理活動是由外部的刺激，反復(fù)強化才能影響。所以外部的教學(xué)設(shè)計成為虛擬實驗的關(guān)鍵，筆者認為可以從創(chuàng)設(shè)整合情境入手，給學(xué)習(xí)者營造一個逼真復(fù)雜的情境，這個情境即包括教學(xué)情境，還包括現(xiàn)場情境，避免枯燥無味又不具備現(xiàn)實意義的學(xué)習(xí)環(huán)境。本文提出，虛擬實驗過程應(yīng)是一個“三層”體系結(jié)構(gòu)：教學(xué)層、行為層、心理層，實現(xiàn)一個由外至內(nèi)的心理過程，由教學(xué)活動至實驗過程，再到達到學(xué)習(xí)者沉浸體驗的過程，從而提高學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)興趣，維持注意力。具體見圖1。
從圖1可見，教學(xué)層、行為層和心理層都包括技術(shù)和學(xué)習(xí)兩個方面，教學(xué)層處在基礎(chǔ)的地位，也是最重要的層面，它是引領(lǐng)學(xué)習(xí)者進行虛擬實驗的關(guān)鍵手段和方法，包括創(chuàng)設(shè)整合情境，設(shè)計實驗界面，教學(xué)設(shè)計等；行為層是學(xué)習(xí)者完成虛擬實驗的過程，探究實驗結(jié)果；心理層是虛擬實驗的最高層面，實現(xiàn)心理沉浸，保持學(xué)習(xí)注意力，從而完成虛擬實驗的體驗活動。這三層體系結(jié)構(gòu)是一個從下到上，從外到內(nèi)，從教學(xué)到心理一個完整的過程。
2 基于整合情境的游戲化虛擬實驗設(shè)計模式
根據(jù)上述基于教學(xué)層、行為層、心理層的“三層”游戲化虛擬實驗的設(shè)計機理來設(shè)計虛擬實驗學(xué)習(xí)模式。虛擬實驗主要分為：演示實驗、驗證試驗和探索實驗三種，它們一般的實驗流程為激發(fā)興趣、獲取知識和經(jīng)驗、驗證、應(yīng)用和控制。為了體現(xiàn)實驗的特點本文稱實驗操作為行為層，而每一個實驗行為都對應(yīng)著教學(xué)層的教學(xué)活動以及心理層的沉浸過程，它們的相互關(guān)系及內(nèi)涵是學(xué)習(xí)模式的核心內(nèi)容，見圖2。
（1）教學(xué)層：創(chuàng)設(shè)整合情境、設(shè)計游戲化元素。為了能吸引學(xué)習(xí)者全身心地投入到虛擬實驗中，首先可以從教學(xué)設(shè)計層面設(shè)計具有整合情境的虛擬實驗環(huán)境，使學(xué)習(xí)者被生動、自然、復(fù)雜的情境所吸引，目標(biāo)直指虛擬實驗的核心知識：然后重點設(shè)計具有游戲化元素的虛擬實驗，包括人物、場景、情節(jié)、任務(wù)和音效等，以聲音、圖形、視頻等多媒體表現(xiàn)實驗內(nèi)容；最后通過設(shè)計的交互活動達到知識鞏固、反思和激勵的作用。
（2）行為層：操作游戲化虛擬實驗。虛擬實驗教學(xué)設(shè)計的目的是使學(xué)習(xí)者能按既定的設(shè)計步驟達到相應(yīng)的實驗?zāi)繕?biāo)，虛擬實驗一般分為演示實驗、驗證試驗和探究實驗，一般都有以下幾個步驟：激發(fā)興趣、獲取知識和經(jīng)驗、驗證實驗、實驗的應(yīng)用和控制等。實驗過程是學(xué)習(xí)者在教學(xué)設(shè)計下完成的是可見、可控制的行為活動。
（3）心理層：實現(xiàn)沉浸體現(xiàn)。為了使學(xué)習(xí)者達到知識的內(nèi)化，可以通過設(shè)計游戲化虛擬實驗吸引并維持學(xué)習(xí)者達到長時間的心理沉浸感，可以分成沉浸準(zhǔn)備階段（吸引）、沉浸體驗階段（維持）、沉浸反饋階段（遷移）三個過程，每個過程都需要和相應(yīng)的教學(xué)設(shè)計和實驗操作階段配合發(fā)生，整合情境的創(chuàng)設(shè)就是為了激發(fā)學(xué)習(xí)者的興趣，達到學(xué)習(xí)者沉浸體驗的準(zhǔn)備階段。游戲化虛擬實驗的設(shè)計就是為了使學(xué)習(xí)者在實驗過程中獲取相應(yīng)知識和經(jīng)驗，達到學(xué)習(xí)者沉浸體驗階段。而教學(xué)反思和鞏固為的是使學(xué)習(xí)者很好的應(yīng)用實驗知識，達到沉浸反饋階段，實現(xiàn)知識的遷移。
3 基于整合情境的游戲化虛擬實驗的特征
（1）強調(diào)自然情境的學(xué)習(xí)意義。從社會學(xué)的視角來看，“情境”指一個人正在進行某種行為時所處的社會環(huán)境，是人們社會行為產(chǎn)生的條件；從心理學(xué)的視角來看，“情境”指的是事物發(fā)生并對機體行為產(chǎn)生影響的環(huán)境條件；學(xué)習(xí)論的視角來看，“情境”則是學(xué)生從事學(xué)習(xí)活動、產(chǎn)生某種學(xué)習(xí)行為的一種環(huán)境和背景。基于整合情境的游戲化虛擬實驗所指的“情境”在學(xué)習(xí)環(huán)境中一般并不存在，它是被建構(gòu)出來的，任務(wù)的結(jié)果也不是一目了然，信息復(fù)雜，表述曲折，難以理解，具有障礙和隱蔽性，更趨向于真實的自然情境，但它的功能明確，即為了服務(wù)教學(xué)目標(biāo)。
（2）強調(diào)游戲?qū)W(xué)習(xí)興趣的激發(fā)。布魯納等認為學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)者內(nèi)部動機驅(qū)動的積極主動的建構(gòu)過程，激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動機尤為重要。基于整合情境的游戲化虛擬實驗強調(diào)利用“輕游戲”的設(shè)計，給學(xué)習(xí)者創(chuàng)造“流體驗”，使學(xué)習(xí)者更容易沉浸，達到深層次的參與。虛擬實驗的激發(fā)興趣、獲取知識和經(jīng)驗、驗證、應(yīng)用和控制等一般步驟，都可以在游戲化虛擬環(huán)境中完成。我們認為，游戲不是虛擬實驗的目的和重點，游戲化的環(huán)境設(shè)計是讓學(xué)習(xí)者能沉浸虛擬實驗學(xué)習(xí)的手段，完成心理層面的沉浸體驗的三個階段，最終實現(xiàn)虛擬實驗的知識獲得或遷移。
（3）強調(diào)教師對學(xué)習(xí)者或?qū)W習(xí)小組的支持。建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論強調(diào)學(xué)習(xí)者積極主動地建構(gòu)知識，教師的地位發(fā)生了變化，從原來的灌輸知識主導(dǎo)教學(xué)活動。基于整合情境的游戲化虛擬實驗“情境”的設(shè)計者一般是教師，當(dāng)然也可以是其他成員，情境的發(fā)起者和解決者之間形成合約的關(guān)系，教師可以讓學(xué)習(xí)者選擇是否進入學(xué)習(xí)情境，學(xué)習(xí)者可以自由選擇學(xué)習(xí)方式，教師可以提供幫助，督促學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)，直到評估合格。整個教學(xué)過程的設(shè)計十分重要，關(guān)系到整個學(xué)習(xí)過程的展開。學(xué)生或者學(xué)習(xí)小組成了主體，而教師的地位退居其后，成為中介者、支持者，負責(zé)情境的建議和發(fā)起，更多的學(xué)習(xí)主動權(quán)交給了學(xué)生。
（4）強調(diào)探宄學(xué)習(xí)對虛擬實驗的作用。虛擬實驗可充分發(fā)揮其優(yōu)點，根據(jù)實驗的特點和學(xué)習(xí)者的特征，控制實驗的條件，設(shè)計、開發(fā)具有較強交互的探究性虛擬實驗。基十整合情境的游戲化虛擬實驗由于其具有較強的現(xiàn)實性、趣味性，更適合也更容易探究學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)者或?qū)W習(xí)小組從整合情境中的復(fù)雜信息或自身具體經(jīng)驗出發(fā)，通過觀察和反思概念或認知，設(shè)計或驗證試驗方案，這樣的學(xué)習(xí)過程往往不能一次性完美完成，學(xué)習(xí)者或?qū)W習(xí)小組得反復(fù)探宄，不斷完善和修正。如此一來，可以發(fā)展學(xué)習(xí)者的積極主動性和探索精神。
綜上，基于整合情境的游戲化虛擬實驗實質(zhì)上是創(chuàng)建了以學(xué)習(xí)者為中心，教師為支持的整合學(xué)習(xí)環(huán)境，這個學(xué)習(xí)環(huán)境具有一般虛擬實驗特點的同時還具有情境性、藝術(shù)性、娛樂性，吸引并使學(xué)習(xí)者沉浸其中，完成虛擬實驗的演示、驗證或探究活動。
四 基于整合情境的游戲化虛擬實驗的應(yīng)用案例設(shè)計
近年來食品衛(wèi)生和安全成為備受關(guān)注的熱門話題，為了加強青少年對食品添加劑方面的知識，提高選購安全食品的能力。本研究基于以上提出的基于整合情境的游戲化虛擬實驗的設(shè)計理論，設(shè)計開發(fā)了能進行虛擬實驗和檢測的食品添加劑虛擬實驗室。
1 教學(xué)設(shè)計。根據(jù)“食品安全學(xué)”教學(xué)大綱和實驗要求，為了學(xué)習(xí)者能融入并沉浸到虛擬實驗.達到主動探究學(xué)習(xí)，獲取實驗知識和經(jīng)驗的目的，本文設(shè)計并開發(fā)了“添U加C”游戲化虛擬實驗，以下將介紹該虛擬實驗的設(shè)計和實現(xiàn)研究。
（1）整合情境創(chuàng)設(shè)與游戲化學(xué)習(xí)活動設(shè)計，如表2。
（2）游戲化虛擬實驗。根據(jù)以上游戲化學(xué)習(xí)活動設(shè)計，我們可以將游戲化虛擬游戲過程主要分為三個階段：整合學(xué)習(xí)活動、輕游戲化探究學(xué)習(xí)、反思分享。
①整合學(xué)習(xí)活動階段。依照整合教學(xué)法的理論，學(xué)習(xí)是一些展開局部學(xué)習(xí)2、使用整合情境和評估情境所構(gòu)成的一個連續(xù)體。整合學(xué)習(xí)活動是本案例的設(shè)計重點，主要是從其三要素：物質(zhì)支持工具、信息、命令來展開設(shè)計，該案例將物質(zhì)支持工具和信息整合在資料中，即物體、背景、信息、功能、信息等。
虛擬實驗教學(xué)目標(biāo)：為了了解食品添加劑知識，學(xué)習(xí)者進入了一個三維虛擬的超市進行選購食品，學(xué)習(xí)者可以根據(jù)以下資料，了解食品中含有哪些添加劑？推斷食品添加劑對人身體有哪些影響？以及計算出人一天食品添加劑最高劑量是多少？
資料1：選購商品情境，如圖4。
資料2：介紹食品添加劑情境，如圖5。
命令1：完成購物報告，如圖6。
命令2：完成虛擬實驗，如圖7。
命令3：完成實驗報告，如圖8。
命令4：完成添加劑重新選購，如圖9。
通過以上整合學(xué)習(xí)活動后，學(xué)習(xí)者將傳統(tǒng)學(xué)習(xí)而來或自有的經(jīng)驗知識整合到復(fù)雜的情境中，進行自主學(xué)習(xí)，該虛擬實驗提供了物質(zhì)的支持工具和信息，教師處于支持或輔導(dǎo)的地位，學(xué)習(xí)者被生動、自然、復(fù)雜的情境所吸引，目標(biāo)指向虛擬實驗的核心知識，完成指定的命令任務(wù)。
②“輕游戲”化探究學(xué)習(xí)階段
尚俊杰等【22】對“輕游戲”的界定為“輕游戲=教育軟件+主流游戲”，認為它首先是一個教育軟件，并追求主流游戲的內(nèi)在特征，如挑戰(zhàn)、好奇、控制、目標(biāo)、競爭、合作等，以此平衡游戲的教育性和游戲性。本虛擬實驗的設(shè)計遵循“輕游戲”的設(shè)計思想，將虛擬實驗設(shè)計成模擬類游戲。第一，本游戲化虛擬實驗具有模擬仿真性，學(xué)習(xí)者進入的“添u加C”食品超市，其中的人物、貨物、貨架、標(biāo)簽、背景、音效等完全仿真現(xiàn)實超市。第二，本游戲化虛擬實驗具有“輕游戲”元素設(shè)計，如情境、系統(tǒng)幫助、導(dǎo)航、虛擬實驗關(guān)卡逐級遞增等。第三，本游戲化虛擬實驗具有真實并可完成的任務(wù)，學(xué)習(xí)者在挑選自己喜歡食品時，會出現(xiàn)該商品包括添加劑的情況等信息，這時適時對學(xué)習(xí)者進行添加劑知識的介紹，而學(xué)習(xí)者在離開超市前得完成添加劑知識的實驗報告和虛擬實驗，之后會讓學(xué)習(xí)者重新選擇食品的數(shù)量和種類。這樣的設(shè)計是讓學(xué)習(xí)者在知道、了解、掌握、應(yīng)用食品添加劑的學(xué)習(xí)過程中，完成探究學(xué)習(xí)活動，教師或本虛擬實驗設(shè)計者自始至終處于整合情境的發(fā)起地位，學(xué)習(xí)者主動思考、積極參與、探索食品添加劑知識成為本虛擬實驗的重點。
③總結(jié)分享階段
總結(jié)分享是一般虛擬實驗的應(yīng)用階段，本虛擬實驗要求學(xué)生在完成整合學(xué)習(xí)活動和“輕游戲”化探究學(xué)習(xí)后，完成食品添加劑的知識鞏固練習(xí)，并在退出虛擬實驗前在工藝宣傳欄中填寫自己對食品添加劑的宣傳語，分享游戲化虛擬實驗的學(xué)習(xí)心得體會，效果如圖10、11所示。
2 模塊設(shè)計與實現(xiàn)
本虛擬實驗仿照了現(xiàn)代超市模式，按照功能進行區(qū)分，主要有購物中心、服務(wù)中心、支付中心、幫助中心。依次是對食品添加劑的了解、學(xué)習(xí)、反饋和鞏固四個階段。
（1）購物中心：是對食品添加劑的初步了解階段。它模擬現(xiàn)代超市購物環(huán)境，通過鍵盤方向鍵來控制購物車的運動，按照食品的分類主要有五大區(qū)域：生鮮蔬果區(qū)、休閑食品區(qū)、糧油調(diào)味區(qū)、酒飲沖調(diào)區(qū)、營養(yǎng)健康區(qū)，選購時能顯示食品名稱、所含添加劑、原料、保質(zhì)期、生產(chǎn)日期等信息，購物中顯示購物清單，結(jié)束購物時得出購物報告，告知是否購買的食品添加劑超出國家標(biāo)準(zhǔn)。
（2）服務(wù)中心：是以食品添加劑學(xué)習(xí)和實驗階段，主要分為添加劑原理實驗、劑量對比實驗、添加劑案例三個部分。通過這樣的實驗，一方面深刻理解添加劑的功能與副作用，另一方面加強青少年動手能力。離開服務(wù)中心時，得出實驗報告，告知在該中心做了哪些實驗，并得出實驗結(jié)論。
（3）支付中心：是以對食晶添加劑學(xué)習(xí)的反饋和鞏固階段。由于之前在服務(wù)中心的學(xué)習(xí)，會對食品添加劑有了一些隊識，因此在支付報告中，學(xué)習(xí)者可以再次決定哪些食品是否要購買，以及購買的數(shù)量，還包括有獎測驗和公益宣傳兩個模塊。
（4）幫助中心：主要包括課件導(dǎo)航地圖和添加劑知以幫助，主要是幫助青少年更好地了解該虛擬實驗室的結(jié)構(gòu)及操作及其對各種添加劑的認識。
本虛擬實驗經(jīng)過反復(fù)的調(diào)試，實現(xiàn)了在整個超市各個中心的數(shù)據(jù)傳遞，用Asp連接Access數(shù)據(jù)庫，按照數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來組織、存儲和管理數(shù)據(jù)，完善地管理各種數(shù)據(jù)庫對象.實現(xiàn)登錄注冊頁而、購物清單和公益宣傳等數(shù)據(jù)的傳遞。
五 結(jié)束語
本文通過文獻調(diào)研、設(shè)計機理與模式的提煉、案例的設(shè)計開發(fā)等研究，提出了基于整合情境的游戲化虛擬實驗?zāi)Ｊ剑⒋四Ｊ竭M行了初步的應(yīng)用。實踐證明該虛擬實驗?zāi)Ｊ骄哂泻芎玫乃囆g(shù)性、娛樂性，能很好地將虛擬實驗與輕游戲化體驗結(jié)合起來，能吸引學(xué)習(xí)者進入虛擬實驗過程，有一定的保持吸引的作用，并能保持沉浸效果，對于學(xué)習(xí)者探究能力和合作能力的培養(yǎng)有一定促進效果。但是，由于研究條件和時間的限制，本研究還存在很多的局限，如案例設(shè)計和開發(fā)內(nèi)容有待進一步深入，設(shè)計策略不詳盡，交互設(shè)計何待改進等。我們將在后續(xù)研究中，將對該模式進行實驗研究，通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析出該模式在維持學(xué)習(xí)者動機、學(xué)習(xí)效果、探究認知等方面的情況，為實現(xiàn)吸引學(xué)習(xí)者并保持沉浸感的虛擬實驗進行更深入研究。
光通信技術(shù)是當(dāng)今信息技術(shù)領(lǐng)域的前沿與支撐技術(shù)之一。2013年，國務(wù)院頒布“寬帶中國”計劃，進一步提升了光通信技術(shù)在國家發(fā)展戰(zhàn)略中的地位。簡言之，光通信技術(shù)是光纖技術(shù)與通信技術(shù)的綜合體，它具有高速、大容量的優(yōu)點，但亦存在高成本、高復(fù)雜度和多學(xué)科交叉的特點。這成為該門課程實踐教學(xué)開展的主要困難。而且，對于省屬地方高等院校，同時面臨生源基數(shù)大、實驗教學(xué)經(jīng)費短缺、設(shè)備更新緩慢等難題，使得該問題更加凸顯。為緩解這一問題所帶來的影響，基于專業(yè)光通信仿真軟件，引入虛擬實驗教學(xué)時必然趨勢。
一、虛擬實驗教學(xué)改革的背景與意義
作者所在的黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院，《光通信技術(shù)》實驗需為兩個本科專業(yè)（光電子技術(shù)系和通信工程系）學(xué)生（約180人/年）提供課程資源。原有《光通信技術(shù)》包含“光纖低損耗熔接”“光纖纖芯分布測量”“光纖微彎損耗測量”“光時域分布反射測量”和“可視光通信傳輸系統(tǒng)演示”5個基礎(chǔ)專業(yè)實驗，僅能覆蓋《光纖技術(shù)》和《光通信技術(shù)》兩門專業(yè)必修課程的實驗教學(xué)任務(wù)，學(xué)生缺乏對“光電子器件”應(yīng)用的認知。而且，光纖與光通信技術(shù)是本專業(yè)最重要的兩個研究方向之一，是專業(yè)學(xué)生就業(yè)與求學(xué)的主要支撐技術(shù)。近10年來，光通信技術(shù)在“光傳輸”“光交換”“光接入”和“可見光電力線通信”等領(lǐng)域高速發(fā)展。然而，現(xiàn)有實驗教學(xué)設(shè)備多購置于2001年，部分已陳舊、老化。與此同時，面臨教學(xué)經(jīng)費不足，設(shè)備臺套數(shù)有限，儀器價格昂貴，由于普通高校擴招導(dǎo)致生源劇增的雙重壓力，對應(yīng)的實驗內(nèi)容無法得到更新，課程講授內(nèi)容與實驗教學(xué)脫節(jié)，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣低下。
圖1 原有專業(yè)基礎(chǔ)實驗方案
與之相比，專業(yè)仿真軟件具有價格低廉，覆蓋領(lǐng)域廣，專業(yè)性強，靈活性、操作性好等系列優(yōu)點，可實現(xiàn)光放大器設(shè)計，光電轉(zhuǎn)換器件測試，多光通信系統(tǒng)實時在線模擬等功能，與本專業(yè)光纖技術(shù)、光電器件與檢測、光通信技術(shù)課程內(nèi)容吻合。鑒于此，將虛擬實驗與原有的專業(yè)實驗相結(jié)合，以專業(yè)實驗為基礎(chǔ)，虛擬實驗為進階，二者相互補充、取長補短，將可有效緩解專業(yè)實驗教學(xué)中所面臨的困難。
二、虛擬實驗教學(xué)改革的具體實施方法
（一）方案設(shè)計與實驗室建設(shè)
1.保留原有的“光纖低損耗熔接”“光纖纖芯分布測量”“光纖微彎損耗測量”作為基礎(chǔ)實驗，刪除“光時域分布反射測量”和“可視光通信傳輸系統(tǒng)演示”兩個實驗，節(jié)省6學(xué)時的課程資源。
2.開設(shè)“光通信仿真設(shè)計”課程設(shè)計，以虛擬實驗教學(xué)方式提高學(xué)生對于“光通信系統(tǒng)架構(gòu)”“光纖放大器設(shè)計”“光電子器件工作特性”的掌握能力。課程設(shè)計采用機房集中教學(xué)模式，包含“光發(fā)射機/光接收機的實現(xiàn)”，“誤碼率與質(zhì)量因子評價”“色散補償特性測試”“光放大器性能優(yōu)化”“格式生成與轉(zhuǎn)換”五個模塊，共計32學(xué)時。其中，講授學(xué)時8學(xué)時，實驗學(xué)時24學(xué)時，第一、二模塊為必選，后三個模塊至少任選其一。
3.將原有機房進行升級與改造，新購置計算機50臺套，服務(wù)器1臺套，投影教學(xué)設(shè)備1臺套。更新原有網(wǎng)絡(luò)布線與系統(tǒng)，實現(xiàn)教師與學(xué)生互動能力，提升學(xué)生間的交互學(xué)習(xí)能力，改善學(xué)生個人的實驗學(xué)習(xí)平臺環(huán)境。購置專業(yè)光通信仿真軟件OptiSystem（12.0版）1套，可同時滿足30人在線仿真需求。
圖2 虛擬實驗設(shè)計方案
（二）虛擬實驗教學(xué)實施方法
在實際的教學(xué)過程中，該門課程對于光電子技術(shù)專業(yè)學(xué)生（年均60人）為必修課程，分成2個教學(xué)班級循環(huán)教學(xué)；對于通信工程專業(yè)學(xué)生為選修課程，根據(jù)以往統(tǒng)計，選修課程人員約60―80人，亦分成2個教學(xué)班級循環(huán)教學(xué)。除講授8學(xué)時外，學(xué)生需在2周內(nèi)完成24實驗學(xué)時，教學(xué)資源采用開放模式提供，學(xué)生可自行安排學(xué)習(xí)時間，學(xué)時計算由智能管理系統(tǒng)完成。教學(xué)模式除課上教學(xué)、實驗外，還包括師生在線交流與在線答疑。課程考試采用報告模式提交，3人一組，需分工明確，格式統(tǒng)一，數(shù)據(jù)與分析清楚有效。
圖3 虛擬實驗教學(xué)的實施與執(zhí)行
三、效果與評價
對于通信工程專業(yè)，該門課程設(shè)置在第六學(xué)期，需學(xué)習(xí)前期的光纖基礎(chǔ)實驗。對于光電子技術(shù)專業(yè)，該門課程設(shè)置在第七學(xué)期。作為中間環(huán)節(jié)，他是專業(yè)實驗的進階，同時作為本科畢業(yè)設(shè)計的前期訓(xùn)練，起到承上啟下作用。運行一年來，效果顯著。主要體現(xiàn)在：（1）增加了實驗教學(xué)資源，緩解了實驗設(shè)備臺套數(shù)少的困難，提升了學(xué)生的實踐實訓(xùn)能力；（2）完成了課堂教學(xué)與實驗教學(xué)的完整對接，教學(xué)內(nèi)容與深度得到進一步提升；（3）激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，為教師的科學(xué)研究提供有效輔助。截至2014年12月，已有11名專業(yè)學(xué)生參與到教師的科研團隊中，并在光通信設(shè)計領(lǐng)域發(fā)表EI檢索科研論文3篇，申報發(fā)明專利1項，獲授權(quán)實用新型專利2項，獲批省級、校級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課題2項。
1.1改革實驗內(nèi)容，增加綜合性、創(chuàng)新性實驗，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣
儀器分析實驗主要分為：驗證性、設(shè)計性和綜合性三大類．原先我們開設(shè)的實驗主要偏重于驗證性，內(nèi)容也比較陳舊，我們根據(jù)現(xiàn)實情況做了以下改進．
1.1.1壓縮驗證性實驗
為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造思維，打破傳統(tǒng)的重理論輕實踐的觀念，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，本著強化動手、動腦能力及學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，壓縮了驗證性實驗的學(xué)時數(shù)，現(xiàn)開出驗證性實驗12學(xué)時，綜合性實驗14學(xué)時，設(shè)計創(chuàng)新性實驗項目6學(xué)時．
1.1.2增加貼近生活的實驗
增加了密切聯(lián)系實際、貼近生活的實驗項目，如奶粉中三聚氰胺含量的測定、地溝油中脂肪酸類的測定、湖泊水樣中重金屬銅、鎘含量的測定等與健康、環(huán)境密切相關(guān)的問題．如我們讓學(xué)生檢測長江水樣中重金屬銅的含量，并讓其進行評價，從采樣、樣品的保存和處理及測定全程讓學(xué)生親自參與，并要求學(xué)生將測定結(jié)果與國家標(biāo)準(zhǔn)對照，讓其分析評價所采水樣是否達標(biāo)，從好奇心出發(fā)激發(fā)學(xué)生對實驗的興趣，讓學(xué)生充分發(fā)揮主觀能動性，增強學(xué)生動手能力和操作技能，培育學(xué)生的社會責(zé)任心和創(chuàng)新能力．
1.2利用現(xiàn)代教學(xué)手段，提高實驗教學(xué)效果
由于分析儀器存在原理抽象、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、課堂教學(xué)與實驗脫節(jié)等問題，在儀器分析實驗的教學(xué)中借助多媒體技術(shù)可以降低學(xué)習(xí)難度，突破教學(xué)難點，加深學(xué)生對基本理論、儀器結(jié)構(gòu)和微觀過程的理解，使抽象的內(nèi)容具體化，復(fù)雜的內(nèi)容簡單化．在光學(xué)分析實驗中，我們比較了紫外—可見吸收分光光度計和熒光光譜儀的結(jié)構(gòu)，將這兩種儀器的結(jié)構(gòu)流程圖、各元件內(nèi)部結(jié)構(gòu)和測試原理通過多媒體圖片向同學(xué)們講解，使學(xué)生掌握了熒光光譜儀的光源與檢測器成直角型，而紫外—可見吸收分光光度計的光源與檢測器成直線型，同時還比較了它們在單色器方面的差異．又比如質(zhì)譜儀、核磁共振波譜儀和毛細管電泳等學(xué)校暫時沒有的儀器，采用虛擬仿真實驗的方式，通過多媒體課件讓學(xué)生觀看了解這些儀器的結(jié)構(gòu)流程、各部件的作用、操作規(guī)程等，彌補了大型儀器不足的問題．多媒體技術(shù)圖、文、聲、像并茂，生動活潑，可以化靜為動、化虛為實、化抽象為直觀，具有表現(xiàn)形式多樣化、感染力和吸引力強等優(yōu)點，能激發(fā)學(xué)生興趣，活躍思維，顯著提高了實驗教學(xué)效果．
1.3完善考核辦法，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性
實驗考核是研討教學(xué)規(guī)律、檢查教學(xué)質(zhì)量、改革教學(xué)內(nèi)容及方法的重要依據(jù)，是實驗教學(xué)成功的有力保障．科學(xué)的考核手段可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，引導(dǎo)學(xué)生向良好的方向發(fā)展．為此，我們根據(jù)儀器分析實驗課程特點，制定了能客觀反映學(xué)生綜合素質(zhì)的多元實驗考核辦法：平時成績與期末考試成績相結(jié)合的方法，期末考試包括理論筆試和實驗操作技能．具體辦法如下：
（1）平時成績?yōu)?0%，主要包括：實驗預(yù)習(xí)、實驗操作、原始數(shù)據(jù)記錄、實驗作風(fēng)、數(shù)據(jù)結(jié)果處理及誤差等．實驗報告強調(diào)實驗步驟描述的準(zhǔn)確性、書寫的規(guī)范性；實驗結(jié)果和數(shù)據(jù)要與原始實驗記錄的一致性；
（2）理論考試為20%，對實驗涉及的分析儀器的原理、結(jié)構(gòu)、使用對象及條件進行考核；
（3）操作考試為20%，在事先出好的10套操作測試題中由學(xué)生抽簽決定實驗項目，在給定時間內(nèi)獨立完成實驗，改變傳統(tǒng)“照方抓藥”的實驗方式，培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題和綜合運用知識的能力，以考代學(xué)，有效提高了學(xué)習(xí)效果．
1.4加大實驗室開放力度，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和科研素養(yǎng)
為適應(yīng)新的人才培養(yǎng)目標(biāo)要求，激活學(xué)生創(chuàng)新潛能，強化學(xué)生創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力的發(fā)展，我們加大了實驗室大型儀器向不同層次學(xué)生開放的力度，完善了開放實驗室管理條例．其中，開放實驗主要分為兩種形式．
1.4.1設(shè)計型實驗
鼓勵學(xué)生在掌握基本實驗技能的基礎(chǔ)上，完成自己感興趣的設(shè)計型實驗．設(shè)計型實驗一般由老師列出相應(yīng)實驗題目供學(xué)生選擇，學(xué)生根據(jù)自己興趣選定一個題目后查閱資料．以“三峽庫區(qū)水樣中有機污染物熒光光譜特性”這一實驗為例，實驗老師首先向同學(xué)們講解實驗設(shè)計的基本原則和要求，培養(yǎng)學(xué)生查閱資料能力．學(xué)生根據(jù)老師提出的實驗設(shè)計理念查閱相關(guān)文獻寫出實驗方案，經(jīng)與指導(dǎo)老師討論并經(jīng)指導(dǎo)老師審查和驗收合格后利用課余時間進行實驗．學(xué)生可通過自由組合的方式成立實驗團隊，統(tǒng)籌安排好實驗儀器和試劑，實驗過程中盡量體現(xiàn)學(xué)生的自主性，對實驗中所產(chǎn)生的問題要求及時記錄并想辦法解決，最后寫出實驗報告．實驗完成后，指導(dǎo)老師及時的組織同學(xué)們進行交流總結(jié)，升華同學(xué)們的研究性學(xué)習(xí)成果．
1.4.2科研型實驗
讓專業(yè)知識扎實、操作技能嫻熟的同學(xué)參與相關(guān)教師的科研課題和課外科技活動項目（如大學(xué)生創(chuàng)新性實驗項目，“挑戰(zhàn)杯”等），整個實驗以學(xué)生為主，教師為輔．實驗室在時間和空間上為學(xué)生提供寬松的學(xué)術(shù)環(huán)境和氛圍，目的是讓學(xué)生了解本學(xué)科的科學(xué)前沿，引導(dǎo)學(xué)生去思考問題，以增強學(xué)生求知欲，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力和科研素養(yǎng)．如教師結(jié)合其研究成果，開設(shè)了科研型實驗項目“磁性四氧化三鐵用于環(huán)境水樣中亞甲基藍的吸附研究”．實驗需應(yīng)用共沉淀法制備納米材料，并研究其對水樣中亞甲基藍的吸附等．要求學(xué)生通過文獻查閱了解納米材料的主要化學(xué)制備技術(shù)，重點掌握共沉淀法；研究納米材料對染料亞甲基藍的吸附性能并熟悉紫外—可見分光光度計、紅外光譜儀等儀器的原理和操作技能．學(xué)生通過查閱文獻，設(shè)計方案，獨立實驗及論文寫作，把所學(xué)的理論、實踐及相關(guān)知識綜合運用，使學(xué)生的知識、能力和素質(zhì)三者融合發(fā)展，充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性和積極性；加強師生間的溝通，培養(yǎng)了學(xué)生提出問題、分析問題、解決問題的能力和創(chuàng)新思維及科研素養(yǎng)．學(xué)期末教學(xué)質(zhì)量調(diào)查結(jié)果顯示學(xué)生普遍對此類實驗具有濃厚興趣，學(xué)生的實驗研究興趣和動手能力均得到了提高．
2結(jié)語
關(guān)鍵詞： 藥理學(xué) 實驗教學(xué) 綜合性改革
提高學(xué)生素質(zhì)，增強學(xué)生綜合運用知識解決實際問題的能力、動手能力及創(chuàng)新能力是高校教學(xué)永恒的命題。將學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)納入實驗教學(xué)中是適應(yīng)國家創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的需要[1]，實驗教學(xué)是學(xué)生接受實踐鍛煉和提高實踐能力的良好途徑，在素質(zhì)教育和能力培養(yǎng)中具有不可替代的作用。
1.對藥理學(xué)實驗教學(xué)進行綜合性改革的背景及意義
《藥理學(xué)》是高等醫(yī)學(xué)的主干學(xué)科，是醫(yī)學(xué)與藥學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)與基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)的橋梁，對醫(yī)學(xué)生和藥學(xué)生均是關(guān)鍵的專業(yè)基礎(chǔ)課程。《藥理學(xué)》是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，藥理學(xué)理論的任何進展均要以嚴謹?shù)幕A(chǔ)與臨床實驗證實，因此《藥理學(xué)》實驗課教學(xué)對于促進醫(yī)藥類本科生深入地理解藥理學(xué)理論知識，從而在以后的臨床工作和藥學(xué)服務(wù)工作中更好地運用藥理學(xué)知識是十分重要的。同時，由于醫(yī)藥類各學(xué)科的科學(xué)研究幾乎均用到《藥理學(xué)》實驗設(shè)計和實驗技能，因此良好的訓(xùn)練對于醫(yī)藥類本科生進一步深造的科研工作是十分重要的。
不少院校同仁對《藥理學(xué)》實驗教學(xué)改革進行了多種有益的探索與實踐。廣州中醫(yī)藥大學(xué)將藥理學(xué)實驗教學(xué)整個過程分五個階段進行，由淺入深、由簡漸繁，進行“漸進性、探索性藥理學(xué)實驗課程”教學(xué)改革，不同層次學(xué)生均自第一階段起始，終止于不同階段，從而滿足不同層次教學(xué)的需要[2]。內(nèi)蒙古醫(yī)學(xué)院在實驗教學(xué)中引入科研設(shè)計性實驗，將選題立項工作也交給學(xué)生自主完成[3]。有些院校強調(diào)采用現(xiàn)代教學(xué)手段例如多媒體教學(xué)、虛擬實驗教學(xué)等進行實驗教學(xué)改革[4]。北京中醫(yī)藥大學(xué)在本科生藥理學(xué)實驗教學(xué)中增加SCI論文的實驗設(shè)計，增強學(xué)生的自由探索科研意識，幫助學(xué)生掌握科研設(shè)計的基本原則與思路，結(jié)合采用實驗方案討論會等培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，進行藥理學(xué)實驗綜合性、設(shè)計性實驗的教學(xué)改革與創(chuàng)新[5]。
2.我院《藥理學(xué)》實驗教學(xué)改革的探索與實踐
目前我校《藥理學(xué)》實驗教學(xué)方法仍主要采用傳統(tǒng)教學(xué)方法。課前實驗師準(zhǔn)備好所有實驗所用藥品、試劑及儀器，實驗課堂上先由帶教老師講授實驗?zāi)康摹⒃怼嶒灢牧稀嶒灧椒ǎ缓笫窘蹋詈髮W(xué)生在老師的引導(dǎo)下進行整個實驗，取得實驗結(jié)果，提交實驗報告。實驗項目基本為驗證性實驗，強調(diào)通過實驗教學(xué)加深對理論知識的理解和鞏固。應(yīng)該肯定，現(xiàn)有的《藥理學(xué)》實驗內(nèi)容及教學(xué)方法基本滿足教學(xué)需要，對本科生實驗技能的訓(xùn)練和理論教學(xué)的鞏固作用基本符合大綱要求。但是由于《藥理學(xué)》實驗教學(xué)內(nèi)容已經(jīng)采用多年，實驗內(nèi)容陳舊、單一，缺少綜合性、設(shè)計性實驗內(nèi)容的安排，無法適應(yīng)新形勢下對醫(yī)藥類人才培養(yǎng)的要求。因此，筆者對實驗教學(xué)進行了綜合性改革的探索與實踐。
2.1對現(xiàn)有實驗項目進行漸進性安排
現(xiàn)有的八個實驗項目，由易入難，每個實驗著重訓(xùn)練不同的藥理實驗技術(shù)。第一次實驗組織學(xué)生分組觀看“藥理實驗基本技術(shù)”教學(xué)錄像，促使學(xué)生對藥理實驗技術(shù)建立一種初步感性認識。然后考察硫酸鎂不同給藥途徑的不同藥理作用，幫助學(xué)生深入理解給藥途徑對于藥效的影響，同時訓(xùn)練學(xué)生灌胃及腹腔注射兩個最基本的實驗技術(shù)。第二次測定某藥物的LD50，該實驗為經(jīng)典的藥理總論部分實驗，學(xué)生既可以復(fù)習(xí)上次訓(xùn)練的技術(shù)，又可以深入理解藥物的安全性。第三次實驗進行有機磷農(nóng)藥中毒與解救，訓(xùn)練學(xué)生的家兔靜脈給藥技術(shù)，中毒及解救實驗結(jié)果的觀察能力，并對擬膽堿藥及抗膽堿藥的藥理作用及不良反應(yīng)進行復(fù)習(xí)及深入理解。第四次考察巴比妥類藥物的中樞抑制作用，訓(xùn)練學(xué)生對于中樞抑制藥篩選方法的掌握。第五次考察呋塞米的利尿作用，訓(xùn)練學(xué)生對家兔的灌胃操作技術(shù)及靜脈注射技術(shù)。第六次考察糖皮質(zhì)激素的抗炎作用，訓(xùn)練學(xué)生肌肉注射操作。原有的家兔離體平滑肌運動實驗及家兔血壓實驗整合進新研發(fā)的藥理學(xué)綜合性、設(shè)計性實驗內(nèi)。整個藥理學(xué)實驗課程安排在第七周開始進行，以配合《藥理學(xué)》理論課教學(xué)進度。
2.2《藥理學(xué)》綜合性、設(shè)計性實驗的開發(fā)
選擇“β-受體阻斷藥（普萘洛爾）對高血壓、心律失常及呼吸道平滑肌運動的影響”作為實驗項目，訓(xùn)練學(xué)生獨立自主完成實驗的能力，包括查詢文獻、設(shè)計實驗方案、分組討論、優(yōu)化方案、準(zhǔn)備藥品及儀器、進行預(yù)實驗、正式實驗、結(jié)果觀察與分析及總結(jié)等各項能力。由此，我校醫(yī)藥本科生將獲得有關(guān)藥效學(xué)實驗全程的嚴謹訓(xùn)練，從根本上提升我校學(xué)生的培養(yǎng)素質(zhì)。
2.2.1普萘洛爾對高血壓的降壓作用。家兔麻醉后，固定，頸動脈插管測定血壓，通過RPMI6240生物機能實驗系統(tǒng)描記血壓曲線。先分別給予腎上腺素、去甲腎上腺素造成高血壓動物模型，然后耳緣靜脈注射給予普萘洛爾，觀察普萘洛爾對血壓的影響。
2.2.2普萘洛爾對心律失常的作用。大鼠麻醉后，固定，針型電極插入大鼠四肢皮下，連接RPMI6240生物機能實驗系統(tǒng)，選用II導(dǎo)聯(lián)，描記正常心電曲線。頸外靜脈插管，給予氯化鋇至心律失常，記錄心律失常持續(xù)時間。取另一大鼠重復(fù)上述操作，誘發(fā)心律失常后給予普萘洛爾，考察心律失常發(fā)生時間或持續(xù)時間變化，評價普萘洛爾的抗心律失常作用。
2.2.3普萘洛爾對呼吸道的作用。豚鼠處死后取出氣管，制備氣管螺旋條，放入盛有克氏液的麥?zhǔn)显」苤校瑥埩Q能器連接于RPMI6240生物機能實驗系統(tǒng)，描記豚鼠離體氣管的收縮曲線，觀察給藥前后收縮幅度、張力及收縮頻率的變化。
3.結(jié)語
本研究通過對現(xiàn)有藥理學(xué)實驗項目進行重新整合與修訂，強化對本科生的基本實驗技能及操作技術(shù)的訓(xùn)練，保證學(xué)生通過認真完成藥理學(xué)經(jīng)典驗證性實驗，熟練掌握基本實驗技能，并具有必要的觀察能力。在此基礎(chǔ)上，增加綜合性、設(shè)計性實驗，并采用PBL教學(xué)法引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計實驗方案，自己準(zhǔn)備試劑、儀器，自行完成實驗并對結(jié)果進行處理、分析。通過本實驗教學(xué)改革的探索與實踐可以調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，促進學(xué)生更好地理解與掌握藥理學(xué)知識與技能，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考、解決實際問題的能力，從而增強教學(xué)效果，培養(yǎng)適應(yīng)科研、臨床、藥學(xué)服務(wù)工作需要的本科畢業(yè)生。
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工程教學(xué)和實踐環(huán)節(jié)是工業(yè)工程人才培養(yǎng)極其重要的必修環(huán)節(jié)。通過實驗室建設(shè)為加強教學(xué)實驗和項目訓(xùn)練提供基本條件，通過大量的實踐訓(xùn)練，使工業(yè)工程專業(yè)的學(xué)生能夠加深對基礎(chǔ)理論和工程基礎(chǔ)知識的理解提高綜合運用多種工業(yè)工程手段（工程的或管理的）解決實際問題的能力，以適應(yīng)培養(yǎng)高層次應(yīng)用型、復(fù)合型人才的要求。
1.工業(yè)工程專業(yè)實驗室的規(guī)劃
為了建設(shè)高水平的工業(yè)工程專業(yè)教學(xué)實驗室，我們進行了精心的規(guī)劃和反復(fù)論證。我們對國內(nèi)外多所名校的工業(yè)工程系實驗室進行了調(diào)查和網(wǎng)上查詢，此外還重點請教了多位國際知名的工業(yè)工程專家。目前，各學(xué)校工業(yè)工程系由于各自的研究側(cè)重點不同，實驗室建設(shè)側(cè)重情況都有所不同。考慮到我系學(xué)生的培養(yǎng)需求以及今后的學(xué)科發(fā)展方向，以及我們現(xiàn)有的情況，發(fā)揮工科背景的后發(fā)優(yōu)勢，取其它學(xué)校之長，制定了比較符合時展要求和我校特點的建設(shè)方案。
我們決定重點建設(shè)3個專業(yè)實驗室：先進制造及數(shù)字化企業(yè)實驗室，人因工程實驗室，物流工程實驗室。此外，我們不可能將工業(yè)工程面臨的各種系統(tǒng)都在實驗室建立物理模型，因此利用信息技術(shù)和現(xiàn)代展示技術(shù)彌補這一不足是一個重要解決方法。因此，我們建設(shè)一個全面支持系統(tǒng)仿真與展示的綜合體驗演示中心。利用信息技術(shù)將仿真結(jié)果更加逼真地展示出來，便于學(xué)生理解復(fù)雜企業(yè)大系統(tǒng)的運行情況，同時可支持各類系統(tǒng)的遠程體驗和演示，演示中心與三個分實驗室用內(nèi)部高速網(wǎng)絡(luò)連接起來。
這些專業(yè)實驗室總面積約600m2，特點在于：一是著重于企業(yè)生產(chǎn)服務(wù)活動的整體；二是立足于教學(xué)，每個實驗室都考慮教學(xué)實驗和案例的建設(shè)；三是可為全校學(xué)生進行工業(yè)工程方面知識的教學(xué)和實踐培訓(xùn)；四是可為工業(yè)工程系學(xué)科的發(fā)展提供基本平臺，服務(wù)于長遠科研基本需求。
2.工業(yè)工程專業(yè)實驗室的建設(shè)情況
2.1 先進制造及數(shù)字化企業(yè)實驗室
“先進制造及數(shù)字化企業(yè)實驗室”在國家211和清華大學(xué)985有關(guān)經(jīng)費資助下已經(jīng)具備相當(dāng)規(guī)模。設(shè)有先進制造實驗分室和數(shù)字化企業(yè)實驗分室，面積約30cm2。目的在于全面培養(yǎng)學(xué)生對工廠、企業(yè)車間層的有關(guān)工程知識和實踐技能。為工業(yè)工程系學(xué)生開設(shè)制造、生產(chǎn)系統(tǒng)方面的專業(yè)課以及為全校學(xué)生開設(shè)制造系統(tǒng)方面選修課，并支持有關(guān)課題研究。
實驗室目前擁有一套教學(xué)用微型CIMS系統(tǒng)（包括車中心、銑中心、立體倉庫、自動導(dǎo)引小車、三坐標(biāo)測量機、機器人、物料傳輸線）7臺教學(xué)型數(shù)控機床以及40臺微機。擁有CAD/CAM軟件和數(shù)字化企業(yè)建模與仿真軟件，如Pro/E、I-DEAS、AutoCAD、FACTO-RY、Flexsim等。全部計算機、設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，并與校園網(wǎng)相連，實現(xiàn)資源共享，形成協(xié)同學(xué)習(xí)的環(huán)境。
利用實驗室條件，學(xué)生可以進行CAD/CAM技術(shù)、CNC技術(shù)、NC編程、物流系統(tǒng)控制、FMS技術(shù)、CIMS技術(shù)、仿真技術(shù)、虛擬產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)等內(nèi)容的學(xué)習(xí)，可以進行實際操作的訓(xùn)練，實現(xiàn)理論與實踐的統(tǒng)一，教與學(xué)一體化。
2.2 人因工程實驗室
人因工程是工業(yè)工程主要的專業(yè)方向之一。建設(shè)人因工程實驗室的目的在于綜合運用人因工程方面的設(shè)備和技術(shù)，教學(xué)上支持人因工程、虛擬現(xiàn)實應(yīng)用。協(xié)同設(shè)計與制造等方面的工業(yè)工程和制造工程課程實驗，提供學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的基本環(huán)境和設(shè)備技術(shù)實施手段，同時支持在虛擬設(shè)計制造、產(chǎn)品快速開發(fā)、勞動作業(yè)安全、人機系統(tǒng)設(shè)計與仿真等方面的研究。
人因工程實驗室面積約156m2，分為4部分：人因工程基礎(chǔ)教學(xué)實驗室、人體測量與生物力學(xué)實驗室、可用性評測與人機交互實驗室和虛擬現(xiàn)實與人機界面技術(shù)實驗室。
1）人因工程基礎(chǔ)實驗室建設(shè)
此實驗室主要應(yīng)用是人體和環(huán)境基本測量與分析，工作地設(shè)計等。
主要滿足人因工程基礎(chǔ)實驗教學(xué)要求。主要實驗內(nèi)容包括人體基本測量（形體尺寸、生理參數(shù)、認知特性等）、環(huán)境基本測量（溫度、濕度、光照、噪聲、輻射、空氣等）以及工作地基本測量（幾何、物理測量等）等。目的是讓學(xué)生掌握基本的人因?qū)W測量手段和測量概念，強化人因工程的概念，并且能在今后的實際工作中自覺地考慮“人-機-環(huán)境”的互動關(guān)系，提高工程設(shè)計的人性化水平。結(jié)合這些實驗，本實驗室建設(shè)內(nèi)容主要包括人體生理計測儀器、環(huán)境計測儀器等儀器的購置以及設(shè)計基礎(chǔ)實驗。
2）人體測量與生物力學(xué)實驗室建設(shè)
此實驗室主要應(yīng)用是三維人體測量、建模、應(yīng)用與分析等。
主要針對現(xiàn)代三維無接觸人體測量技術(shù)及應(yīng)用，滿足人因工程高等專題實驗教學(xué)項目要求。建設(shè)內(nèi)容主要包括三維無接觸人體測量設(shè)備的購置、配套硬件建設(shè)和數(shù)據(jù)處理及應(yīng)用軟件的研究與開發(fā)等。目的是讓學(xué)生掌握先進的人體測量手段，了解三維人體數(shù)據(jù)的應(yīng)用，結(jié)合專題設(shè)計實驗或項目充分領(lǐng)會人因工程在工程設(shè)計中的重要性。
3）可用性評測與人機交互實驗室建設(shè)
此實驗室主要應(yīng)用是用戶研究、心理測試、計算機人機交互評測等。
主要針對以下3個方面的內(nèi)容，產(chǎn)品的可用性（易用性）、用戶需求分析及用戶研究以及計算機人機交互測評等實驗內(nèi)容。重點針對現(xiàn)代信息產(chǎn)品的可用性測評；如何運用工程手段把握用戶的特征和需求（顯性需求和隱性需求）以保證產(chǎn)品開發(fā)的成功率；針對軟件的界面設(shè)計以及移動商務(wù)、移動設(shè)備進行實驗研究。通過這3個方面的實驗，希望能培養(yǎng)學(xué)生運用技術(shù)手段把握客戶需求，特別是針對當(dāng)前流行的電子商務(wù)、軟件和移動設(shè)備進行人性化設(shè)計的綜合能力。建設(shè)內(nèi)容包括：用戶測試室和研究觀察室的監(jiān)控設(shè)備集成、人機交互設(shè)備、移動電子產(chǎn)品評測樣本以及相應(yīng)的記錄和分析軟硬件。
4）虛擬現(xiàn)實與人機界面技術(shù)實驗室建設(shè)
此實驗室主要應(yīng)用是多通道復(fù)雜人機交互系統(tǒng)仿真與分析、虛擬體驗教學(xué)實驗、操作行為測評與分析、人體運動跟蹤與仿真等。
主要針對以虛擬現(xiàn)實技術(shù)為基礎(chǔ)的復(fù)雜“人-機-環(huán)境”交互系統(tǒng)進行模擬、仿真、測評和研究，立足于構(gòu)建各種人機界面進行近似真實場景的測評，并運用多通道人機界面技術(shù)開展部分虛擬體驗教學(xué)研究，通過“視覺、聽覺、觸覺”的集成體驗來加深理論知識的學(xué)習(xí)并“感知”復(fù)雜的系統(tǒng)或理論。本實驗將作為高等人因工程專題實驗和一系列研究類專題實驗的重要部分，培養(yǎng)學(xué)生運用新技術(shù)解決復(fù)雜問題的思路和基本能力，特別是自己動手進行研究類實驗的設(shè)計、運行、總結(jié)、提高的能力。同時本實驗室還作為工業(yè)工程系其他專業(yè)方向教學(xué)和研究用實驗平臺，開展體驗類教學(xué)實驗和成果展示。主要建設(shè)內(nèi)容包括三通道虛擬現(xiàn)實立體投影系統(tǒng)、觸覺人機交互裝置研制、虛擬現(xiàn)實軟件平臺購置、駕駛行為仿真測試系統(tǒng)研究以及專題實驗設(shè)計。
2.3 物流工程實驗室
物流（廣義包括企業(yè)內(nèi)部物資流動和企業(yè)外部供應(yīng)鏈管理）在現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)和服務(wù)活動中占據(jù)日益重要的地位，并已經(jīng)引起政府和工業(yè)界的高度重視。物流實驗室建設(shè)的目的在于培養(yǎng)學(xué)生對復(fù)雜的物流系統(tǒng)進行設(shè)施規(guī)劃、設(shè)計、過程優(yōu)化以及流程管理的實際能力。滿足相關(guān)的教學(xué)和科研的需求。利用計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，虛擬現(xiàn)實技術(shù)、仿真技術(shù)、信息管理與決策技術(shù)等多種技術(shù)手段，使實驗室充分體現(xiàn)和展示現(xiàn)代物流技術(shù)。物流實驗室面積約9cm2，硬件設(shè)備主要是二個方面：混流裝配生產(chǎn)線（企業(yè)內(nèi)部物流）物流實驗室商業(yè)物流。
1）混流裝配生產(chǎn)線（企業(yè)內(nèi)部物流）
該生產(chǎn)線是裝配生產(chǎn)線，有8個工位，傳送帶可以連續(xù)移動或節(jié)拍移動。在生產(chǎn)實驗過程中教師可以生產(chǎn)指令、監(jiān)控生產(chǎn)狀態(tài)、控制裝配線的運轉(zhuǎn)，讓學(xué)生直觀地看到企業(yè)實際加工的裝配生產(chǎn)線，讓學(xué)生了解和熟悉企業(yè)內(nèi)物流。同時可以進行產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)分析與裝配流程規(guī)劃、裝配線配置與布局、裝配線平衡、裝配作業(yè)動作分析時間研究、在線庫存管理與生產(chǎn)現(xiàn)場物流、MRP與JIT生產(chǎn)模式對比、JIT方式下停線實驗、裝配質(zhì)量控制、基于MES實時計劃調(diào)度等實驗。
2）物流實驗室商業(yè)物流部分
物流實驗室商業(yè)物流部分主要由40個貨位的自動倉庫、貨柜、電子標(biāo)簽系統(tǒng)、電動傳輸帶、條形碼系統(tǒng)組成。學(xué)生根據(jù)老師提出的物流系統(tǒng)的需求，自行設(shè)計、分析、建立一個配送中心（倉儲、分揀、搬運、進出庫等）規(guī)劃物流系統(tǒng)。提高其運用理論解決實際問題能力，同時，對于現(xiàn)代物流配送有基本認識，了解和熟悉庫存管理。對于可以進行實驗室實驗、設(shè)計、實施的配送中心部分，在實驗室進行，對于不便進行實驗室分析、實施的送貨線路部分，采用規(guī)劃及仿真軟件進行。
3.工業(yè)工程專業(yè)實驗室的建設(shè)成果
目前，先進制造及數(shù)字化企業(yè)實驗室中的先進制造實驗分室在原有的基礎(chǔ)上繼續(xù)完善，開發(fā)實驗網(wǎng)絡(luò)教學(xué)課件，増加新的實驗內(nèi)容，擴大效益。學(xué)生可在實驗室里進行數(shù)控編程及加工，CAD/CAPP/CAM、FMS、機器人、CIMS、生產(chǎn)調(diào)度及仿真優(yōu)化等反映先進制造技術(shù)的單元或系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和實踐訓(xùn)練。除為我校學(xué)生提供教學(xué)實踐服務(wù)外，每年都有其他院校（北京農(nóng)業(yè)大學(xué)、北京林業(yè)大學(xué)、北方交通大學(xué)等）來我系實驗室做實驗和實習(xí)。數(shù)字化企業(yè)實驗分室已經(jīng)實現(xiàn)從零件設(shè)計、工藝分析、工廠設(shè)計、企業(yè)管理到企業(yè)運作仿真的系統(tǒng)集成。學(xué)生可以在實驗室學(xué)習(xí)數(shù)字化時代與企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營有關(guān)的幾乎所有軟件系統(tǒng)，進行企業(yè)知識的全方位訓(xùn)練。
已經(jīng)建成的人因工程實驗室，是國內(nèi)高校中建設(shè)比較完備的一個人因工程教學(xué)實驗室，而且建設(shè)內(nèi)容突出反映了國際上人因工程專業(yè)方向的發(fā)展趨勢，融入了較多的新技術(shù)和新思路，如信息產(chǎn)品的可用性及用戶研究、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在復(fù)雜人機界面方面的應(yīng)用、虛擬現(xiàn)實體驗與展示等。實驗室建設(shè)規(guī)劃內(nèi)容被許多國內(nèi)兄弟院校的工業(yè)工程系索取和參考，為國內(nèi)工業(yè)工程系人因工程方向的教學(xué)改革提供了先例。
物流工程實驗室各個部分設(shè)備已基本建成。物流實驗室的軟件建設(shè)正在進行，軟件建設(shè)主要以科研成果為基礎(chǔ)進行開發(fā)，形成與實驗設(shè)備配套的軟件，如倉儲管理系統(tǒng)、運輸管理系統(tǒng)、供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)等。這些軟件補充物流實驗室的教學(xué)功能，通過該系統(tǒng)的應(yīng)用不僅能夠使學(xué)生了解先進的物流管理信息技術(shù)，而且通過模擬操作，能夠培養(yǎng)學(xué)生的實際操作能力。同時把實驗內(nèi)容同企業(yè)的實際需要相結(jié)合，能夠大大提高學(xué)生參與實驗的積極性。
通過實驗室建設(shè)，培養(yǎng)和鍛煉了一批研究生和有關(guān)實驗技術(shù)人員。實驗技術(shù)人員結(jié)合實踐教學(xué)基地建設(shè)，包括軟硬件建設(shè)和教學(xué)實驗建設(shè)，熟悉了工業(yè)工程新的學(xué)科方向，主動參與了所有實驗教學(xué)內(nèi)容的準(zhǔn)備。研究生通過參與開發(fā)教學(xué)實驗，特別是研制實驗系統(tǒng)，不僅為學(xué)校節(jié)省了巨額的資金，而且也培養(yǎng)了獨立從事科學(xué)研究的能力。同時，實驗室的建設(shè)也推動了國際交流與合作，目前承擔(dān)了六項大型國際合作項目，總經(jīng)費約300多萬元。
4.工業(yè)工程專業(yè)實驗室的運行和管理
目前，年輕教師和實驗技術(shù)人員共同參與管理專業(yè)實驗室，以教學(xué)與研究互動的原則運行和發(fā)展實驗室。在教學(xué)實驗的設(shè)計階段是教師、研究生和實驗技術(shù)人員共同策劃開發(fā)，一旦成熟就完全交給實驗技術(shù)人員負責(zé)運行。
利用現(xiàn)有的專業(yè)實驗室，以教學(xué)計劃為依據(jù)，對學(xué)生進行實踐動手能力、協(xié)同合作能力、分析和解決問題的能力、創(chuàng)新能力等全面素質(zhì)的培養(yǎng)。針對不同的實驗對象，我們精心設(shè)計實驗內(nèi)容，包括基礎(chǔ)實驗和提高實驗，單元實驗和系統(tǒng)實驗，以及研究類專題實驗和新技術(shù)含量的專題實驗。采用多種實驗教學(xué)方式，比如看錄相、現(xiàn)場操作演示、學(xué)生動手實踐、計算機仿真等。與此同時，也將新研究成果引入教學(xué)，不斷更新和豐富教學(xué)實驗內(nèi)容，使實驗教學(xué)始終能夠緊跟學(xué)科的發(fā)展，具有一定的先進性和代表性。針對19門課程，我們已新開設(shè)實驗40多個，年接納學(xué)生人數(shù)1000多人次。
配合專業(yè)課程和教學(xué)實驗，實驗室還開發(fā)制作了豐富的多媒體課件和網(wǎng)絡(luò)課件，供學(xué)生自學(xué)。同時實驗室接納本科生的生產(chǎn)認識實習(xí)，畢業(yè)設(shè)計（綜合論文訓(xùn)練）SRT項目和研究專業(yè)技術(shù)的研究生論文工作。此外，還對工廠企業(yè)工程技術(shù)人員、大學(xué)、大中專教師進行工業(yè)工程專業(yè)相關(guān)技術(shù)的繼續(xù)教育培訓(xùn)。
關(guān)鍵字：應(yīng)用性本科高校；實踐教學(xué)體系；國際經(jīng)濟與貿(mào)易專業(yè)
中圖分類號：F752 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1000-8772（2013）12-0227-03
引言
應(yīng)用型本科院與學(xué)術(shù)型本科院校在教學(xué)方法上有本質(zhì)的差異，學(xué)術(shù)型高校往往以講授為主，輔之以實驗，而應(yīng)用型高校強調(diào)的是實踐教學(xué)，重在培養(yǎng)實踐動手能力和學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。國際經(jīng)濟與貿(mào)易專業(yè)具有涉外性、實踐性和應(yīng)用性的特點，要求培養(yǎng)具有較強的國際商務(wù)溝通、外貿(mào)實務(wù)操作等專業(yè)能力，有較強的創(chuàng)新精神和創(chuàng)業(yè)能力的高級應(yīng)用型專門人才，這就迫切要求應(yīng)用型本科高校加強實踐教學(xué)體系建設(shè)。
一、安徽科技學(xué)院國貿(mào)專業(yè)實踐教學(xué)的現(xiàn)狀
為了適應(yīng)社會對國際經(jīng)濟與貿(mào)易專業(yè)應(yīng)用型、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型專門人才的需求，安徽科技學(xué)院國際經(jīng)濟與貿(mào)易專業(yè)在借鑒國內(nèi)外實踐教學(xué)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，積極探索實踐教學(xué)改革，實踐教學(xué)的課時比重正在進一步增加，實踐教學(xué)形式、內(nèi)容等都有了更新和發(fā)展。
根據(jù)《安徽科技學(xué)院國際經(jīng)濟與貿(mào)易專業(yè)人才培養(yǎng)方案》（2012年），目前安徽科技學(xué)院國際經(jīng)濟與貿(mào)易專業(yè)的實踐教學(xué)內(nèi)容包括入學(xué)教育及專業(yè)導(dǎo)論、軍訓(xùn)（含軍事理論教育）、社會實踐、認知實習(xí)、外貿(mào)基本技能實訓(xùn)、公關(guān)與禮儀實訓(xùn)、畢業(yè)實習(xí)、畢業(yè)論文（設(shè)計）以及一些理論課程的實驗教學(xué)內(nèi)容等。在實踐形式上主要包括三種：一是獨立設(shè)置的專業(yè)實踐課程，如外貿(mào)基本技能實訓(xùn)、公關(guān)與禮儀實訓(xùn)；二是依托公共基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程的課內(nèi)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，此類實踐教學(xué)既包含課內(nèi)實驗課時、也包含課內(nèi)案例教學(xué)、實地考察等教學(xué)形式；三是主要依托于本專業(yè)知識的公共實踐環(huán)節(jié)，包含軍訓(xùn)與軍事理論教育、社會調(diào)查及報告、學(xué)年論文、就業(yè)指導(dǎo)與實踐、畢業(yè)實習(xí)、畢業(yè)論文（設(shè)計）等。
雖然安徽科技學(xué)院國貿(mào)專業(yè)實驗教學(xué)在不斷的探索中取得了一定的成績，但也存在較多的問題，距離培養(yǎng)應(yīng)用型的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才還有一定的差距，為此需要進一步的探索和改革。
二、安徽科技學(xué)院國貿(mào)專業(yè)實踐教學(xué)體系構(gòu)建的目標(biāo)定位
實踐教學(xué)體系是指從大學(xué)一年級到大學(xué)四年級由所有實踐教學(xué)環(huán)節(jié)組成的一個與理論教學(xué)相對獨立而又密切聯(lián)系的教學(xué)體系。我們將國際經(jīng)濟與貿(mào)易專業(yè)實踐教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)定位為：
1.總體目標(biāo)。掌握國際貿(mào)易的基本技能，具有較強的國際商務(wù)溝通、外貿(mào)實務(wù)操作等專業(yè)能力，能在國際貿(mào)易部門、涉外企業(yè)等從事報關(guān)、報檢，國際結(jié)算，國際商務(wù)談判等工作，具有創(chuàng)新意識和創(chuàng)業(yè)精神。
2.基本素質(zhì)目標(biāo)。掌握經(jīng)濟學(xué)、管理學(xué)學(xué)科基礎(chǔ)理論知識，具備經(jīng)濟現(xiàn)象的認知與分析能力、組織管理能力、統(tǒng)計分析能力、會計核算技能等。掌握一門外國語，具有較強的聽、說、讀、寫、譯的能力，能較熟練地閱讀本專業(yè)的外文書刊。至少達到“大學(xué)英語等級考試”四級水平。
3.職業(yè)能力目標(biāo)。掌握國際結(jié)算、報關(guān)、外貿(mào)單證、外貿(mào)函電、國際貨物運輸與保險等專業(yè)知識和技能。了解主要國家和地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展及其貿(mào)易政策和中國的經(jīng)濟政策和法規(guī)；掌握計算機的基本知識和應(yīng)用方法，具有熟練操作相關(guān)國際貿(mào)易應(yīng)用軟件的能力；具有較強的語言文字表達、人際溝通、團結(jié)協(xié)作等社會適應(yīng)和發(fā)展能力。
三、安徽科技學(xué)院國貿(mào)專業(yè)實踐教學(xué)體系的構(gòu)建
筆者根據(jù)國際經(jīng)濟與貿(mào)易專業(yè)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，充分體現(xiàn)應(yīng)用型本科院校辦學(xué)優(yōu)勢和特色，在基本技能、綜合實踐能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐能力三個層次上，構(gòu)建“平臺+模塊”國貿(mào)專業(yè)實踐教學(xué)體系（見下圖）。
根據(jù)學(xué)生實踐技能循序漸進的培養(yǎng)規(guī)律，我們構(gòu)建了三個彼此聯(lián)系、相互促進和提高的實踐教學(xué)平臺：國貿(mào)基礎(chǔ)實驗教學(xué)平臺、國貿(mào)綜合實踐教學(xué)平臺、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐平臺。每個平臺對學(xué)生外貿(mào)專業(yè)能力培養(yǎng)的側(cè)重點不同，并逐步擴大學(xué)生知識領(lǐng)域、知識層次，開闊學(xué)生視野，使學(xué)生實踐動手能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、社會競爭能力得到逐步提升。
1 國貿(mào)基礎(chǔ)實驗教學(xué)平臺。該平臺包括經(jīng)濟學(xué)科基礎(chǔ)演示驗證實驗、國貿(mào)專業(yè)性綜合設(shè)計實驗，以及科研創(chuàng)新實驗，以培養(yǎng)學(xué)生基本實踐能力。根據(jù)國貿(mào)專業(yè)實驗教學(xué)特點和內(nèi)在聯(lián)系，我們把國貿(mào)基礎(chǔ)實驗教學(xué)平臺劃分為經(jīng)濟學(xué)科基礎(chǔ)教學(xué)實驗?zāi)K、國貿(mào)專業(yè)綜合實驗?zāi)K、科研創(chuàng)新實驗?zāi)K，逐步增強學(xué)生國貿(mào)專業(yè)基本實驗?zāi)芰蛣邮帜芰Α＃?）經(jīng)濟學(xué)科基礎(chǔ)教學(xué)實驗?zāi)K包括經(jīng)濟學(xué)科基礎(chǔ)課程的演示性、驗證性實驗，如在《宏觀經(jīng)濟學(xué)》、《管理學(xué)》、《統(tǒng)計學(xué)》、《會計學(xué)》《市場營銷》等課程中增加演示性、驗證性實驗內(nèi)容，使學(xué)生能夠初步掌握經(jīng)濟科學(xué)的基本實驗方法和實驗設(shè)計思想；（2）國貿(mào)專業(yè)綜合實驗?zāi)K包括《國際貿(mào)易實務(wù)》、《商務(wù)英語》等專業(yè)基礎(chǔ)課程、《國際結(jié)算》、《報關(guān)實務(wù)》、《外貿(mào)函電與談判》等核心課程、以及《農(nóng)產(chǎn)品儲運與加工》、《商務(wù)禮儀》、《公共關(guān)系》等專業(yè)方向課程的綜合性實驗教學(xué)內(nèi)容，主要培養(yǎng)學(xué)生對國貿(mào)專業(yè)知識綜合運用的能力以及實驗項目設(shè)計和操作能力；（3）科研創(chuàng)新實驗?zāi)K包括大學(xué)生科研創(chuàng)新課題研究，重點培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。
2 國貿(mào)綜合實踐教學(xué)平臺。該平臺包括各種實習(xí)實訓(xùn)、社會實踐、畢業(yè)論文（設(shè)計）等實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，采用校企、校地等合作形式，提高學(xué)生綜合實踐能力。由于實踐能力培養(yǎng)是一個漸進過程，把國貿(mào)綜合實踐教學(xué)平臺劃分為認知性實踐訓(xùn)練模塊、國貿(mào)專業(yè)技能實踐訓(xùn)練模塊、綜合性實踐訓(xùn)練模塊，從模擬到真實、逐步提高學(xué)生實踐能力。（1）認知性實踐訓(xùn)練模塊包括認知實習(xí)、課程設(shè)計、課程綜合實習(xí)、課程實習(xí)等模擬實踐環(huán)節(jié)，鍛煉學(xué)生實踐動手能力和社會認知能力；（2）國貿(mào)專業(yè)技能實踐訓(xùn)練模塊包括外貿(mào)基本技能實訓(xùn)、公關(guān)與禮儀實訓(xùn)、國際貿(mào)易實務(wù)模擬等各種仿真實訓(xùn)環(huán)節(jié)，通過模擬外貿(mào)實踐活動，縮短學(xué)校與外貿(mào)企業(yè)之間的差距，培養(yǎng)學(xué)生外貿(mào)基本職業(yè)技能。其中，在校內(nèi)實訓(xùn)環(huán)節(jié)中，《國際貿(mào)易實務(wù)模擬》是本專業(yè)所開設(shè)的大型綜合型、設(shè)計性實訓(xùn)課程，為學(xué)生提供模擬外貿(mào)進出口業(yè)務(wù)的演練機會。學(xué)生在模擬實訓(xùn)課程中，通過進出口模擬軟件、外貿(mào)單證等，對所學(xué)的知識進行仿真演練，內(nèi)容包括交易前準(zhǔn)備、交易磋商、合同的簽訂、信用證審核與修改、出口托運、租船定艙、投保、出口貨物報驗、報關(guān)、出口制單結(jié)匯等一系列外貿(mào)業(yè)務(wù)流程，大大提高了學(xué)生的實際動手能力，使理論知識與實踐得以結(jié)合；（3）綜合性實踐訓(xùn)練模塊包括畢業(yè)實習(xí)、畢業(yè)論文（設(shè)計）、社會實踐、頂崗實習(xí)等真實實踐環(huán)節(jié)，通過校企合作、校地合作和社會實踐活動，強化學(xué)生自主能力和創(chuàng)造意識。
3 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐平臺。該平臺包括校內(nèi)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)模擬實踐、外貿(mào)行業(yè)競賽活動，科技創(chuàng)業(yè)實踐等活動，鼓勵大學(xué)生勇于創(chuàng)新、勤于實踐，全面提高學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。我們把創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐平臺劃分為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)模擬實踐模塊、行業(yè)競賽活動模塊、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐模塊，逐步強化并提升學(xué)生社會競爭能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。（1）創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)模擬實踐模塊包括校內(nèi)創(chuàng)業(yè)模擬課堂、大學(xué)生創(chuàng)業(yè)教育、創(chuàng)業(yè)之星實踐等活動，激發(fā)和培育學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)業(yè)精神，進一步提高學(xué)生綜合動手能力。（2）外貿(mào)行業(yè)競賽活動包括參加各種校外比賽，像英語口語競賽、職業(yè)規(guī)劃設(shè)計大賽、數(shù)學(xué)建模比賽、創(chuàng)業(yè)設(shè)計大賽、課外科技作品競賽等，增強學(xué)生團隊協(xié)作能力，培養(yǎng)學(xué)生社會競爭能力。（3）創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐模塊包括學(xué)生論文、創(chuàng)新實踐、創(chuàng)業(yè)實踐、專利發(fā)明等，鍛煉學(xué)生的綜合實踐能力和動手能力，又可以提升學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識和能力。
四、實踐教學(xué)體系的保障措施
1.提高師資隊伍的實踐教學(xué)能力。培養(yǎng)應(yīng)用型的人才關(guān)鍵在于師資隊伍建設(shè)，因此要不斷豐富教師的實踐經(jīng)驗，提高教師的教學(xué)素質(zhì)。一方面要培養(yǎng)校內(nèi)的“雙師型”教師隊伍，鼓勵教師報考報關(guān)員、單證員等相關(guān)業(yè)務(wù)的國家從業(yè)資格證書，有計劃地派遣國貿(mào)專業(yè)教師到外貿(mào)企業(yè)掛職學(xué)習(xí)、鍛煉。另一方面要聘請企業(yè)的業(yè)務(wù)骨干擔(dān)任的專職實踐教師，邀請企業(yè)老總定期來學(xué)校進行業(yè)務(wù)專題講座等。
論文摘要： 混合式學(xué)習(xí)理念從學(xué)生需求的角度考慮教學(xué)組織形式，既體現(xiàn)教育的人本化，又突出信息時代的特征。作者從主導(dǎo)作用與主體地位的混合、傳統(tǒng)媒體與現(xiàn)代媒體的混合、課堂學(xué)習(xí)與網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的混合等方面在物理教學(xué)中嘗試混合式學(xué)習(xí)，旨在改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，提高學(xué)習(xí)效率。
1.混合式學(xué)習(xí)背景
20世紀(jì)90年代以后，隨著現(xiàn)代信息技術(shù)，特別是多媒體與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化學(xué)習(xí)（e-learning）作為一件新生事物蓬勃發(fā)展起來。e-learning在培養(yǎng)學(xué)生基本學(xué)習(xí)技能、創(chuàng)新能力、信息素養(yǎng)等方面有著突出的優(yōu)勢，它能徹底改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，開辟出利用網(wǎng)絡(luò)進行學(xué)習(xí)的一種全新的學(xué)習(xí)方式。然而，進入20世紀(jì)之后，這種缺乏教師深度參與，完全依靠學(xué)生自學(xué)，忽視教師的主導(dǎo)作用發(fā)揮的e-learning，效果令人感到沮喪，人們逐漸體會到它不盡人意之處。2002年12月，《美國教育技術(shù)白皮書》明確提出“e-learning能很好地完成某些教育目標(biāo)，但不能完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)的課堂教學(xué)”、“e-learning不會取代學(xué)校教育，但能改變課堂教學(xué)目的和功能”等觀點。顯然，怎樣體現(xiàn)學(xué)生在線學(xué)習(xí)的主動參與性，如何發(fā)揮教師的引導(dǎo)作用、學(xué)習(xí)和研究方法、人格影響的滲透優(yōu)勢，已經(jīng)成為國內(nèi)外教育界共同關(guān)注的問題。在此大背景下，混合式學(xué)習(xí)（blendedlearning）的概念應(yīng)運而生。
2.混合式學(xué)習(xí)理念
混合式學(xué)習(xí)（blended learning）是把傳統(tǒng)的面對面的課堂學(xué)習(xí)方式的優(yōu)勢和網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化學(xué)習(xí)（e-learning）的優(yōu)勢結(jié)合起來，既要體現(xiàn)學(xué)生作為學(xué)習(xí)主體的積極性、創(chuàng)造性和主動性，又要合理發(fā)揮教師啟發(fā)、引導(dǎo)、監(jiān)控教學(xué)過程的主導(dǎo)作用，只有將二者有機結(jié)合、優(yōu)勢互補，方能取得最佳學(xué)習(xí)效果。在對e-learning反思基礎(chǔ)上誕生的blended learning，其學(xué)習(xí)過程吻合學(xué)生主體和教師主導(dǎo)的“雙主模式”教學(xué)理論，體現(xiàn)教師面授和在線學(xué)習(xí)的完美結(jié)合，既展示了信息時代的特點，又正視了學(xué)習(xí)的傳統(tǒng)本源對教育技術(shù)的變革產(chǎn)生深遠的影響。
究其實質(zhì)，混合式學(xué)習(xí)（blended learning）是在傳統(tǒng)教學(xué)過程中恰當(dāng)運用計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，是一種在師生二元論思想指導(dǎo)下的課堂教學(xué)與計算機網(wǎng)絡(luò)的整合，既強調(diào)學(xué)習(xí)伙伴間的協(xié)同作用、教師的指導(dǎo)作用，又倡導(dǎo)學(xué)習(xí)者知識的自我建構(gòu)。從其內(nèi)涵看，混合式學(xué)習(xí)是各種學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)方法、學(xué)習(xí)媒體及學(xué)生支持服務(wù)和學(xué)習(xí)環(huán)境的混合。當(dāng)然，各種元素不是隨意地混合，關(guān)鍵是如何優(yōu)化各種學(xué)習(xí)資源，如何把各種學(xué)習(xí)資源有機整合，達到1+1＞2的效果。
3.混合式理念在物理教學(xué)中應(yīng)用嘗試
在中學(xué)物理教學(xué)中，面對面學(xué)習(xí)仍是課堂教學(xué)的主要形式，在線學(xué)習(xí)是對面對面學(xué)習(xí)的補充。物理新課改的理念就是要改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，我對混合式學(xué)習(xí)在物理教學(xué)中的應(yīng)用進行了嘗試。
3.1主導(dǎo)作用與主體地位的混合
回顧教育發(fā)展歷史，20世紀(jì)90年代前，以中國“師道尊嚴”為代表“教師中心”論，片面強調(diào)教師“如何教”而很少涉及學(xué)生如何學(xué)。90年代后，西方建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論側(cè)重強調(diào)學(xué)生是信息加工的主體，是知識的主動建構(gòu)者，突出“學(xué)生為中心”的思想。兩者都過于偏頗，讓教與學(xué)不能和諧統(tǒng)一。混合式學(xué)習(xí)理念提倡把“教為中心”和“學(xué)為中心”兩種觀點有機混合，既不側(cè)重“教師中心”，又不夸大“學(xué)生中心”，而是既彰顯教師的主導(dǎo)作用，又突出學(xué)生學(xué)習(xí)的主體地位，讓教師與學(xué)生、教與學(xué)和諧統(tǒng)一。教師在混合式學(xué)習(xí)中，通過組織課堂教學(xué)、指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)、參與網(wǎng)絡(luò)討論、控制教學(xué)過程，保障學(xué)習(xí)的有序性和高效性，起到主導(dǎo)作用；學(xué)生通過解決教師設(shè)計的問題，協(xié)作交流，自主探究，建構(gòu)知識體系，提高學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力。
3.2傳統(tǒng)媒體與現(xiàn)代媒體的混合
為激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，混合式學(xué)習(xí)要求在物理課堂上，采用傳統(tǒng)黑板板書與多媒體cai課件相結(jié)合，恰當(dāng)引入eda技術(shù)等輔助的教學(xué)方法，將黑板的板書模式與信息技術(shù)相結(jié)合，創(chuàng)造一個雖是低結(jié)構(gòu)化的，但能便利地引入數(shù)字化信息資源的教學(xué)環(huán)境。采用多媒體課件，將物理教材中的基本原理、概念、復(fù)雜的圖形或波形用動畫的形式在投影上顯示出來，能彌補黑板板書單調(diào)且浪費時間的弊端。運用eda技術(shù)仿真虛擬物理實驗，直觀的現(xiàn)象有利于培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、分析問題和解決問題的能力；有利于教師把教學(xué)重點和教學(xué)難點向?qū)W生講清楚，可活躍課堂氣氛，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。這樣，既能讓學(xué)生動腦思考，又能讓學(xué)生動手參與物理仿真實驗設(shè)計。另外，必要的黑板板書，可避免過多的無效信息干擾學(xué)生的有效注意力，防止學(xué)生因長時間“電灌”而“疲勞”。
3.3課堂學(xué)習(xí)與網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的混合
俗話說：教無定法，教學(xué)有法。教師應(yīng)根據(jù)具體教學(xué)內(nèi)容，選擇恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)組織形式。傳統(tǒng)面對面的課堂教學(xué)，教師以板書、肢體語言、教學(xué)語言和個人魅力等成為學(xué)生注意的中心，在師生雙邊活動、信息交流中占有優(yōu)勢，而在線學(xué)習(xí)不受地點、時間、空間約束，自主性和人機互動性強，有些教學(xué)內(nèi)容要在教師面授方式下才能獲得好的效果，而有些內(nèi)容通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)方能提高學(xué)習(xí)效率。
譬如，高一物理《牛頓運動定律》編排了“超重和失重”內(nèi)容，傳統(tǒng)講授運用牛頓運動定律推出超重與失重的概念，學(xué)生往往對超重與失重的內(nèi)涵似懂非懂，更無法親身體驗超重與失重的感覺。為此，我設(shè)計了一個網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的混合式學(xué)習(xí)，利用現(xiàn)代信息技術(shù)平臺在教學(xué)上的優(yōu)勢，運用eda技術(shù)仿真虛擬物理實驗，讓學(xué)生進行探究性實驗學(xué)習(xí)，體驗物理的探究過程，用探究的方法研究“超重和失重”。同時，設(shè)計了一定量的學(xué)生活動與協(xié)作學(xué)習(xí)，讓學(xué)生在合作與交流的基礎(chǔ)上探討結(jié)論。為了解學(xué)生對知識的掌握情況，我根據(jù)信息技術(shù)平臺互動的特點，設(shè)計知識自評和在線交流網(wǎng)頁，實現(xiàn)“人機對話”與學(xué)生間的交流互動。
4.結(jié)語
混合式學(xué)習(xí)理念把“以教為主”和“以學(xué)為主”的教學(xué)設(shè)計恰當(dāng)結(jié)合起來，吸取這兩種教學(xué)模式的優(yōu)點，建構(gòu)一個較為理想的學(xué)習(xí)平臺，能夠發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，方便教師監(jiān)控課堂教學(xué)活動有序進行，順利完成既定教學(xué)目標(biāo)，保證傳授學(xué)科知識的系統(tǒng)性；同時能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識的積極性，發(fā)揮其主觀能動性和創(chuàng)造性，便于學(xué)生對創(chuàng)新能力和知識技能的訓(xùn)練，有利于學(xué)生價值觀和健康情感的培養(yǎng)，能夠?qū)鹘y(tǒng)教學(xué)的優(yōu)勢和網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化教學(xué)的優(yōu)勢結(jié)合起來，獲得最佳學(xué)習(xí)效果。
參考文獻：
論文摘 要：實驗室擔(dān)負著向?qū)W生傳播知識與技術(shù)、培養(yǎng)學(xué)生動手的能力和創(chuàng)新能力的重要使命。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展及教學(xué)改革地不斷深入， 實驗教學(xué)在整個教學(xué)體系中的地位越來越突出，實驗教學(xué)模式的改革已經(jīng)迫在眉睫。本文主要分析了實驗教學(xué)的傳統(tǒng)模式與存在的問題，并提出了提高電子信息類專業(yè)實驗教學(xué)質(zhì)量的方法[1]。
0 引 言
實驗教學(xué)是學(xué)校教學(xué)活動的重要組成，教學(xué)質(zhì)量的好壞是對學(xué)校人才培養(yǎng)層次與質(zhì)量的直接體現(xiàn)。實驗作為實驗教學(xué)活動的主要內(nèi)容， 在改善教學(xué)質(zhì)量方面發(fā)揮著不可替代的作用。實驗室在傳播知識的同時，更重要的作用體現(xiàn)在對學(xué)生的創(chuàng)造性思維與想象力的培養(yǎng)上。通過實驗教學(xué)，學(xué)生分析解決問題以及動手能力明顯提高。伴隨教學(xué)改革的日益深入， 實驗教學(xué)的改革也越來越引起人們的關(guān)注，以往的教師灌輸式的理論教授方式，學(xué)生被動接受的教學(xué)模式，已無法滿足社會經(jīng)濟發(fā)展的要求。當(dāng)前，社會需要的是主動型、能力為主的人才培養(yǎng)。加強學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，必須切實轉(zhuǎn)變以往重理論教學(xué)輕實驗教學(xué)的錯誤觀念，重新認識實驗教學(xué)在學(xué)校教學(xué)活動中的地位與作用，根據(jù)當(dāng)前社會經(jīng)濟對人才的要求， 改革傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式，改革實驗教學(xué)手段，優(yōu)化更新實驗教學(xué)的內(nèi)容，切實提高實驗教學(xué)質(zhì)量。
1 實驗教學(xué)的傳統(tǒng)模式與存在的問題
國內(nèi)高校工科教育當(dāng)中，實驗教學(xué)存在著硬件條件不足、硬件實驗條件的發(fā)展與技術(shù)要求不相符[2]，加上近幾年高校擴招，實驗教學(xué)的硬件條件更是供不應(yīng)求。進一步加大對教學(xué)硬件條件的投入，豐富實踐教學(xué)的內(nèi)容、加強實驗條件的改革及建設(shè)，在目看來具有特殊的重要性。面對這種情況，我國的教育主管部門采取了一些推進實踐教學(xué)改革及建設(shè)的措施。如：在全國高校本科的教學(xué)水平評估中，實驗室基地建設(shè)與建設(shè)投資及其實驗教學(xué)改革被列為一項重要的指標(biāo)。并且，各高校也逐漸開始響應(yīng)教育部的的這一舉動，紛紛實行了“雙基”型實驗室[2]，與此同時，建設(shè)了“實驗教學(xué)示范中心”。當(dāng)前，傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式的缺點主要有以下幾點：驗證性的實驗所占比例較大，與綜合性、設(shè)計性、創(chuàng)新性實驗之間的比例失調(diào)；實驗?zāi)Ｊ絾我弧嶒炇以O(shè)備陳舊；實驗教學(xué)中缺乏先進的實驗教學(xué)手段。
2 提高電子信息類專業(yè)實驗教學(xué)質(zhì)量的方法
2.1 實驗中引入相應(yīng)的仿真技術(shù)來進行虛擬實驗
在實驗教學(xué)中引入計算機仿真技術(shù)，能夠充分調(diào)動學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時，教師能夠通過計算機技術(shù)對學(xué)生的實驗操作的全過程進行觀察，對學(xué)生進行良好的跟蹤與指導(dǎo)，更好地進行學(xué)生實驗結(jié)果的采集工作，先進科學(xué)的教學(xué)理念與教學(xué)手段對于提升實驗教學(xué)效果，提高實驗教學(xué)水平具有重要作用。引入計算機技術(shù)后，理論與實驗教學(xué)，教師教學(xué)指導(dǎo)與學(xué)生操作、思考融合成一個有機整體。以往傳統(tǒng)實驗教學(xué)中課堂、課時以及實驗設(shè)備因素的限制作用得到了解決，實驗教學(xué)更加靈活化，教學(xué)內(nèi)容在時空上得到進一步的延伸，更好地激發(fā)了學(xué)生進行實驗的熱情。
將計算機仿真技術(shù)引入到實驗教學(xué)中，通過相應(yīng)技術(shù)進行的虛擬實驗，為學(xué)生提供了更為靈活開放的實驗環(huán)境，能夠更好地培養(yǎng)學(xué)生在實驗過程中獨立思考能力，增強學(xué)生的的學(xué)習(xí)創(chuàng)新意識。對于實驗教學(xué)內(nèi)容，仿真技術(shù)的應(yīng)用，將虛擬性實驗與真實的電路實驗整合成有機整體，實驗的能動性與趣味性明顯提高，同時實驗內(nèi)容的充實，有利于學(xué)生綜合實踐以及探索創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。當(dāng)前，已經(jīng)有越來越多的高校重新進行了實驗室的規(guī)劃建設(shè)，通過計算機仿真技術(shù)進行虛擬實驗是實驗教學(xué)改革發(fā)展的新方向。將與實驗教學(xué)相關(guān)的計算機軟件技術(shù)引入到高校實驗室中，為實驗科研提供了良好的平臺，對于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性與積極性，培養(yǎng)創(chuàng)新能力具有重要作用。計算機仿真技術(shù)的應(yīng)用，一方面能夠改善實驗教學(xué)條件、充實實驗教學(xué)的內(nèi)容，另一方面，還能夠明顯降低實驗成本，提高實驗教學(xué)的效率。通過單片機的實驗教學(xué)，能夠發(fā)現(xiàn)，教學(xué)過程中引入proteus仿真軟，通過該軟件對單片機的硬件系統(tǒng)進行模擬，克服了實際實驗過程中硬件電路固定以及實驗內(nèi)容不易改動等因素的限制。實驗設(shè)計全過程，除計算機外不用再進行任何硬件的添加即可實驗，這有力地推動了實驗課程教學(xué)改革，更有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。仿真技術(shù)的另一重要應(yīng)用主要表現(xiàn)在學(xué)生的業(yè)余愛好上，如挑戰(zhàn)杯、電子設(shè)計大賽等等，學(xué)生就能夠用計算機來實現(xiàn)仿真，首先用計算機仿真出實驗的模型，再在計算機上進行相應(yīng)的模擬調(diào)試，最終用硬件來實現(xiàn)。在整個仿真的過程中，學(xué)生可以自由發(fā)揮自己的潛能，通過大量的仿真對比，來達到設(shè)計目的，也可大膽反復(fù)地調(diào)試，避免了器件的損壞。電子設(shè)計競賽中，由于proteus開發(fā)環(huán)的運用，培訓(xùn)過程中不需投入任何硬件的條件下，學(xué)生卻普遍反映，對于單片機的學(xué)習(xí)比單純理論知識的學(xué)習(xí)更易接受也更易得到提高。事實證明，運用proteus進行系統(tǒng)仿真成功后進行的實際制作，可明顯的提高單片機系統(tǒng)的設(shè)計效率。此外，遠程教學(xué)中仿真教學(xué)的運用具體重要的意義，對于教學(xué)改革是一種很好的嘗試[2]。
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2.2 實驗中引入Matlab軟件內(nèi)建的Simulink組件技術(shù)
目前，我國開設(shè)了電子信息類專業(yè)的高校中，大部分都將Matlab軟件作為重要的實驗教學(xué)平臺，對定理以及算法進行仿真和驗證實驗。Simulink組件作為Matlab的重要組成，能夠為用戶提供一個仿真分析與動態(tài)建模的集成系統(tǒng)環(huán)境。該環(huán)境下，只需利用鼠標(biāo)進行簡單直觀的操作，就能夠完成復(fù)雜系統(tǒng)模型的構(gòu)建，在此過程中避免了大量繁雜的書寫程序。由于 Simulink組件具有適應(yīng)性強、效率高，結(jié)構(gòu)仿真精細、流程清晰且貼近實際、效率高、使用靈活等諸多優(yōu)點，Simulink組件技術(shù)已經(jīng)被廣泛地運用于處理數(shù)字信號與控制理論等復(fù)雜的仿真設(shè)計之中。同時Simulink能夠通過連續(xù)、離散采樣時間以及兩種采樣時間混合的的方式進行建模，該組件還可支持多速率系統(tǒng)，不同的系統(tǒng)組成部分的采樣速率不同。此外，Simulink為動態(tài)系統(tǒng)模型的創(chuàng)建，提供的圖形用戶接口(GUI) ，使在進行模型方塊圖的創(chuàng)建時只需通過鼠標(biāo)單擊與拖動鼠等簡單操作即可完成，為用戶提供了一種更便捷、更直接的創(chuàng)建方式，同時能夠立即獲得系統(tǒng)仿真結(jié)果。
該組件的這一特性，一方面可以使算法的驗證更為簡單，減少學(xué)生投入在驗證性實驗中所用的時間，而將大部分精力投入到設(shè)計性、綜合性試驗中；另一方面，可以使學(xué)生更快捷的驗證新思路、新算法，而不會由于代碼調(diào)試方面的問題影響了創(chuàng)新實驗的開展。以自適應(yīng)濾波中的經(jīng)典RLS 算法為例，如果直接采用Matlab編程方式，在進行代碼調(diào)試時，就會消耗掉大量的精力，代碼長度將達到200 行以上。而如果采用Simulink組件模塊化設(shè)計的思想，只需要鼠標(biāo)對模型的拖拽，就能以流程圖的形式將濾波器搭建起來。由于Simulink提供了豐富的元件庫，采用圖形化的表示方法，學(xué)生在進行算法驗證的時候只需調(diào)用成熟的模塊進行參數(shù)設(shè)計即可。這樣的實驗方法事半功倍，思路清晰，參數(shù)的調(diào)整也十分便捷，廣受學(xué)生歡迎。由此可見，引入Simulink組件后的實驗，既不會影響實驗效果，又能夠提高實驗效率，對學(xué)生模塊化編程的思想也有較好的促進作用。
3 結(jié) 語
當(dāng)前，社會對人才綜合素質(zhì)的要求不斷提高，進行實驗教學(xué)改革已經(jīng)迫在眉睫，而大學(xué)實驗教學(xué)的改革又直接影響到學(xué)生的動手和創(chuàng)新能力。實驗教學(xué)必須能夠跟得上時代的腳步，把計算機仿真技術(shù)與Simulink組件技術(shù)應(yīng)用到實驗教學(xué)中可以充分調(diào)動學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性，充分發(fā)掘?qū)W生的創(chuàng)造能力，在學(xué)習(xí)到先進技術(shù)的同時，提高學(xué)生對社會的適應(yīng)能力。
參考文獻
【關(guān)鍵詞】Algodoo；課堂教學(xué)；案例分析；信息技術(shù)與課程整合；物理
【中圖分類號】G434 【文獻標(biāo)識碼】A
【論文編號】1671-7384（2017）01-0070-04
2001年頒布的《基礎(chǔ)教育課程改革綱要（試行）》中明確提出要全面推進素質(zhì)教育；教育部從2003 年啟動了普通高中新課程改革，將技術(shù)課程（包括信息技術(shù)和通用技術(shù)）列為普通高中學(xué)生的的必修課；《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》中強調(diào)提高學(xué)生勇于探索的創(chuàng)新精神和善于解決問題的實踐能力；《2015地平線報告（初等教育版）》提到，未來1～2年運用STEAM教育推行信息技術(shù)在教育中的整合，提倡混合式學(xué)習(xí)。很多學(xué)校在推行信息技術(shù)與課程整合的過程中，存在教學(xué)資源不足、硬件設(shè)備不完善等問題，大部分選修模塊無法開設(shè)。在這樣的背景下，Algodoo 這一趣味仿真實驗平臺走進了我們的視野，為更好地開展通用技術(shù)課程提供了有力的技術(shù)支持。
Algodoo的發(fā)展
1. 國外發(fā)展
Algodoo（譯名“愛樂多”）是一款2D仿真虛擬物理實驗軟件，其英文名稱是“2D Physics SandboxAlgodoo”，即“二維物理沙盒”，開發(fā)目的是使物理教學(xué)和研究更直觀有效。Algodoo適用范圍廣，鼓勵學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)造力，并能夠突破收費和編程知識缺乏等障礙。
以“Algodoo”為關(guān)鍵詞在外文文獻數(shù)據(jù)庫、谷歌學(xué)術(shù)等平臺檢索，得到的文獻資料大部分為對Algodoo及其他物理仿真實驗軟件的新聞報道類資料，僅有少部分是針對Algodoo進行探究的。斯坦福大學(xué)的Tamar等人在第12屆互動設(shè)計與兒童國際會議（International Conference on Interaction Design and Children，2013）的論文中提出，在利用Algodoo等虛擬建模工具進行教學(xué)活動時，學(xué)生參與建模會提高其元表征能力。巴西維多利亞大學(xué)的Samir L. da Silva等人利用Algodoo設(shè)計了物理的拋體實驗教學(xué)活動，教師引導(dǎo)學(xué)生通過控制角度和速度來觀察小球的運動軌跡，通過模擬實驗讓學(xué)生對平拋有更形象的理解，同時鍛煉其分析歸納能力。Samir L. da Silva還介紹了其團隊利用Algodoo進行布朗運動實驗的模擬和數(shù)據(jù)計算過程，并提出Algodoo可以作為教師向?qū)W生展示物理實驗的教學(xué)工具，也可以作為高年級學(xué)生分析物理實驗數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)工具。斯洛文尼亞的盧布爾雅那大學(xué)的Bor Gregorcic（2015）利用交互式電子白板設(shè)計課堂活動，通過讓學(xué)生在電子白板上用手操作Algodoo來模擬天體運動。
2. 國內(nèi)發(fā)展
目前，Algodoo在中國大學(xué)以及中小學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用正在起步。淮陰師范學(xué)院的陳樂老師利用Algodoo進行了拱橋受力的物理模擬實驗，設(shè)計對照實驗活動，幫助學(xué)生了解拱橋設(shè)計原理。北京師范大學(xué)的韓蔚、項華老師與北京景山學(xué)校的吳俊杰老師將Algodoo軟件應(yīng)用在“數(shù)字科學(xué)家”課程中，以介紹伽利略斜面實驗和天體運動實驗，進行了物理、數(shù)學(xué)、信息技術(shù)學(xué)科相結(jié)合的游戲化學(xué)習(xí)設(shè)計。江蘇省海安中學(xué)的黃偉老師（2012）利用Algodoo進行小球拋體、數(shù)學(xué)擺線、彈簧運動等物理實驗?zāi)M和數(shù)據(jù)分析。江蘇省南通大學(xué)附屬中學(xué)的沈軍老師將Algodoo應(yīng)用在氣體的模擬實驗中。湖北省武鋼三中的朱廣林老師對Algodoo在物理學(xué)中的應(yīng)用進行了示例列舉。貴州師范大學(xué)的張覺老師（2015）將Algodoo用于拋體運動的課堂教學(xué)。山東省章丘一中的王清老師利用Algodoo模擬牛頓第二定律和動量守恒定律的實驗，以趣味性的視覺效果展現(xiàn)物理原理。
Algodoo的教學(xué)功能
1. 基本功能
Algodoo軟件界面如圖1所示，主要由場景工具面板、屬性面板、工具面板、工具選項面板、模擬仿真控制面板構(gòu)成。Algodoo可以作為教學(xué)演示工具、建模工具、分析解釋工具、在線交流和反思工具。
Algodoo具有豐富的場景和仿真實驗控制、演示等功能；能夠精確形象地模擬實驗，可以直觀地觀察到實驗現(xiàn)象，有助于學(xué)習(xí)由感性認識上升到理性認識，實現(xiàn)知識的遷移；能夠創(chuàng)建各種物理元件，如固體、液體、齒輪、彈簧、光線與透鏡等；可以設(shè)置其材質(zhì)及相關(guān)參數(shù)，如質(zhì)量、密度、摩擦因素、彈性、折射率等；模擬各元件在重力、摩擦力、彈力、浮力、空氣阻力的作用下相互影響，實現(xiàn)精度很高的物理仿真實驗；Algodoo還可以實時顯示物體運行軌跡、受力和速度等物理特征量，使數(shù)據(jù)分析動態(tài)可視化。
2. 應(yīng)用領(lǐng)域
Algodoo適用于8歲到大學(xué)階段的學(xué)生，基于真實的物理模擬以最有效的方式激勵學(xué)生記住所學(xué)的知識，使枯燥的課程變得有趣且易學(xué)，增強了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。它的內(nèi)置課程以簡潔的形式表示抽象概念，方便教師教學(xué)，適合專注于STEM的政府機構(gòu)或教學(xué)組織使用。它主要可應(yīng)用于物理學(xué)科幾何光學(xué)、力學(xué)、電磁學(xué)、熱學(xué)等知識的教學(xué)，如可以呈現(xiàn)光通過界面發(fā)生的反射、折射等物理現(xiàn)象，通過設(shè)計來模擬多種受力實驗以及模擬液體分子的布朗運動等。
課堂教學(xué)應(yīng)用案例
1. Algodoo作為教學(xué)技術(shù)與課程整合
將Algodoo應(yīng)用于課堂教學(xué)之中，體現(xiàn)了將信息技術(shù)與課程整合的理念，即信息技術(shù)主要作為一種工具、媒介和方法融入教學(xué)的各個層面中，包括教學(xué)準(zhǔn)備、課堂教學(xué)過程等。目前，各位教師和研究人員都是將Algodoo作為教學(xué)技術(shù)與課程整合起來。斯洛文尼亞的盧布爾雅那大學(xué)的Bor Gregorcic利用交互式電子白板設(shè)計高中物理教學(xué)活動，通過讓學(xué)生在電子白板上動手操作Algodoo來模擬天體運動，從而驗證開普勒定律。
首先，教師根據(jù)開普勒三大定律進行實驗設(shè)計，在課前建立太陽系模型并繪制天體運行軌道。在課程的一開始，利用電子白板向?qū)W生展示太陽系模型，引起學(xué)生們的注意和興趣。接下來，教師邀請學(xué)生在電子白板上繪制天體，并輔助學(xué)生設(shè)置天體的參數(shù)（如天體質(zhì)量、速度等），引導(dǎo)學(xué)生進行天體的操作，使其能夠圍繞太陽運動。之后，教師繪制多個天體，使其圍繞太陽運動，帶領(lǐng)學(xué)生觀察實驗，幫助學(xué)生利用Algodoo提供的數(shù)據(jù)分析功能，引導(dǎo)學(xué)生討論天體運行的規(guī)律。最后，教師對實驗過程進行總結(jié)，結(jié)合實驗現(xiàn)象歸納開普勒三大定律，進行知識點的鞏固。
2. 建構(gòu)主義教學(xué)理論下Algodoo的應(yīng)用
Algodoo在構(gòu)建情境性學(xué)習(xí)方面也有較多的應(yīng)用。陳樂將Algodoo引入主題為“趙州橋”的高中通用技術(shù)課堂，創(chuàng)設(shè)一定的情境，具體實施過程包含以下幾個階段：（1）提出問題。師生共同討論后確定研究的切入點。（2）制作模型。學(xué)生在教師的指導(dǎo)下設(shè)計方案，并制作仿真模型。（3）歸納解釋。學(xué)生對仿真實驗結(jié)果做出合理的解釋。（4）最后進行模型的優(yōu)化改進，從中總結(jié)拱橋受力原理。
在傳統(tǒng)教學(xué)中，教師一般在教學(xué)之初先講解所要學(xué)習(xí)的概念和原理，而后再讓學(xué)生去做一定的練習(xí)，嘗試著去解答有關(guān)的習(xí)題。建構(gòu)主義認為，學(xué)和做、知識的獲得和知識的應(yīng)用是可以合二為一的，學(xué)習(xí)者可以在“做中學(xué)”，“通過問題解決來學(xué)習(xí)”。探究式學(xué)習(xí)就是學(xué)習(xí)者通過發(fā)現(xiàn)問題和解決問題而建構(gòu)知識的過程，以問題為中心進行學(xué)習(xí)是各種探究式學(xué)習(xí)活動的核心思路，有利于幫助學(xué)生提高靈活應(yīng)用知識的能力，形成有效的問題解決和推理策略，并發(fā)展他們的自主學(xué)習(xí)技能。
已有不少教師將Algodoo應(yīng)用于探究式學(xué)習(xí)。例如，巴西維多利亞大學(xué)的Samir L. da Silva等人利用Algodoo設(shè)計了高中物理的拋體實驗教學(xué)活動，引導(dǎo)學(xué)生通過控制角度和速度來觀察小球的運動軌跡，使學(xué)生探究并發(fā)現(xiàn)平拋運動的規(guī)律。
Algodoo與其他教學(xué)軟件的對比與借鑒
1. Algodoo與WISE
WISE 是Bell 和Marcia Linn 教授在美國國家教學(xué)基金會的資助下主持的“知識整合環(huán)境”研究計劃的主要成果。WISE的整個平臺建設(shè)得很完善，按照用戶角色的不同而有不同的功能模塊。表1是Algodoo與WISE的比較分析。
2. Algodoo與幾何畫板
幾何畫板是適用于數(shù)學(xué)、平面幾何、物理的矢量分析、作圖的動態(tài)幾何工具。總體來說，幾何畫板在我國的使用范圍要比Algodoo廣，經(jīng)過分析得出了以下三個可能的原因：（1）教育部門的大力推廣，幾何畫板是全國中小學(xué)計算機教育研究中心推廣使用的軟件之一；（2）幾何畫板比Algodoo操作更加簡單，不會給廣大的教育工作者造成較大的負擔(dān)；（3）在當(dāng)前應(yīng)試教育體制下，數(shù)學(xué)作為一門主要學(xué)科，受學(xué)校和教師重視的程度較高。表2是Algodoo與幾何畫板的比較。
3. Algodoo與Scratch
Scratch是由麻省理工學(xué)院（MIT） 設(shè)計開發(fā)的一款面向少年的簡易編程工具。如表3所示，Algodoo相比于Scratch在國內(nèi)尚未廣泛流行的原因有以下幾點：（1）操作難度高：Algodoo元件有不同的屬性和參數(shù)，需要設(shè)置才能夠?qū)崿F(xiàn)模擬實驗，而Scratch元件設(shè)置簡單，重在培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力；（2）應(yīng)用領(lǐng)域窄：Algodoo主要適用于物理領(lǐng)域，而Scratch則因具有豐富的多媒體功能和便利的操作而適用于數(shù)學(xué)、音樂、藝術(shù)等多個領(lǐng)域；（3）教學(xué)活動設(shè)計難度高：Algodoo應(yīng)用于教學(xué)活動中，需要教師進行大量的準(zhǔn)備工作，在設(shè)計教學(xué)活動尤其是情境創(chuàng)設(shè)這類活動時難度較大，而Scratch則可以設(shè)計有趣的小故事引導(dǎo)學(xué)生進行參與，通過豐富簡單的功能實現(xiàn)有趣的效果。
小 結(jié)
1. Algodoo的優(yōu)勢
第一，實驗?zāi)M促進高效教學(xué)。 Algodoo可以對物理、數(shù)學(xué)等領(lǐng)域進行實驗的模擬，在熟悉軟件使用后，可以為教師節(jié)約實驗準(zhǔn)備的時間，將更多時間投入到教學(xué)活動設(shè)計中。
第二，動手搭建培養(yǎng)學(xué)生探索能力。Algodoo中的虛擬實驗環(huán)境可以由學(xué)生自己來搭建、改進，有利于培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和探索能力。
第三，能夠激發(fā)學(xué)生對實驗操作和知識探究的興趣。Algodoo無論是界面還是功能設(shè)計，都能夠激發(fā)學(xué)生對實驗操作和持續(xù)進行知識的興趣，能夠有效地提高課堂效率，同時把課堂延伸到學(xué)生的課余時間。
2. Algodoo的局限
一是技能要求較高。Algodoo雖然包含豐富的功能，但對大部分物理教師而言，設(shè)計出符合物理實驗要求的仿真實驗，需要一定的操作能力。
二是教學(xué)活動設(shè)計難度高。在設(shè)計教學(xué)活動時，需要綜合考慮Algodoo在教學(xué)中的應(yīng)用，不能只把其作為實驗演示工具，還應(yīng)作為合作建模工具，讓學(xué)生參與實驗?zāi)Ｐ偷拇罱ā?/p>
三是國內(nèi)缺乏討論和共享的平臺。國內(nèi)受限于語言、網(wǎng)絡(luò)等因素，無法充分利用國外這一社區(qū)平臺，同時又缺乏國內(nèi)的社區(qū)平臺。
