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仿真实验范文1
高中生物学科中的实验教学要求学生在教材及教师的指导下自主完成实验。实验教学在课堂中的扎实展开，能够有效地培养学生的动手实践能力和操作能力，促进学生在掌握生物原理和操作技能的基础上，更加全面地认识和学习生物科学。在高中生物课堂中，学生可以通过实验简单快捷地了解和掌握所学的生物知识及原理，感受生物这门特殊的自然科学。
一、当前高中生物实验教学中存在的问题
然而，在实际的实验教学中，许多方面存在不足，如实验教学中所需要的材料过少或者缺少其中某一样实验器材都将导致实验无法正常开展。而有些则是因为所要进行的实验本身存在一定的危险性而无法真正开展，以至于实验教学在生物课堂中成为一种摆设，也就无法发挥实验教学本身的辅助作用。这不仅严重影响着教师的教学活动，还减少了学生全面学习生物知识的方法和途径。当然不免有些教师在实验教学中为了节省时间而演示生物实验，也就是通常所说的教师做、学生看。这样一来，学生也就不会积极主动地参与到实验教学中，这不仅不利于培养他们的动手实践和操作能力，还降低了他们运用生物知识去分析和解决实际问题的意识与能力。由此可见，高中生物教学中实验教学的开展存在许多的问题，而作为高中生物教师，我们在教学过程中要善于科学合理地运用适当的教学方法进行实验教学，对于存在危险性及实验器材缺乏的实验，我们可以利用计算机、多媒体技术模拟实验仪器及实验操作进行模拟仿真实验教学，以此突破生物实验的局限性，实现生物虚拟仿真实验与真实实验的相互交融与
互补。
二、高中生物虚拟仿真实验与真实实验的整合
（一）虚拟仪器及虚拟仿真实验
高中生物虚拟仿真实验即利用全新的、先进的且富有生命力的虚拟仪器和多媒体计算机，对教材数据进行分析和处理，在虚拟操作中为学生展示其中的实验步骤和结果。虚拟仿真实验综合运用了计算机图形学、图像处理与智能技术及音响技术等多方面的功能，给学生以直观形象的感受，促进他们更加简单快捷地学习和掌握生物实验的设计及操作。虚拟仿真实验主要通过虚拟仪器进行，虚拟仪器就是在多媒体计算机上配上相应的专用软件和硬件，并设定和设计好的测试功能，从而实现真实仪器所具备及缺乏的特殊实验教学。
1.虚拟仪器的特点
相比于传统的实验仪器，虚拟仪器更加智能，处理能力更强，且使用起来更加方便灵活，它的开放性和功能软件的模块化有利于提高资源的重复利用率，并缩短系统组建时间。运用计算机对生物实验内容进行分析、存储、显示及打印，能够有效地完善数据的传输和交换等性能，使得组建系统更加简单快捷。
2.虚拟仿真实验的特点
虚拟仿真实验使抽象的生物知识更加形象和具体，运用多媒体为学生提供声音、图像、文字等多方面的内容，其信息量大且应用范围广，能够在激发学生学习兴趣的基础上，提高他们对生物知识的表达和运用能力。在进行虚拟实验教学之前，教师可以利用多媒体计算机对实验模型和过程进行精心设计，从不同的角度和层次为学生加以演示和讲解，促进他们形象化思维的形成。高中生物教学中进行虚拟仿真实验对实验教学尤为重要，不仅有利于提高生物教与学的质量和效果，还能够保障实验设备及教师的安全，促进实验教学的高效开展。相对于传统的生物实验教学，虚拟仿真实验给学生的实验过程增加了许多乐趣，使他们更加热爱生物实验，乐于学习生物知识。
例如，人教版高一生物必修2第三章《基因的本质》中，DNA分子的结构和复制过程微观、抽象，学生即使制作出DNA物理模型，也难以在不断犯错和纠正过程中，准确模拟整个复制过程。借助虚拟仿真系统，利用计算机对DNA分子的复制步骤进行分析整合，使学生能够展开思维的翅膀，自由模拟想象中的复制过程。在各种史料和事实的支撑下，构建、完善DNA复制模型。在手脑并用操作实验的过程中直观地感受和理解DNA复制的方式、特点，大大提高了生物教学的效率。
（二）真实实验
真实实验是教师在生物教学过程中运用实验仪器进行实际操作的实验活动，它给学生以真实的感受，消除他们对抽象知识点及虚拟实验的学习障碍，并在这样的实验过程中对生物产生新的认识和看法，这对高中生物实验教学起着重要的作用。
（三）高中生物实验教学中虚拟仿真实验与真实实验的关系
高中生物实验教学中的真实实验是虚拟仿真实验的基础，即虚拟仿真实验是对真实实验的模拟，虚拟仿真实验能够有效地弥补真实实验的缺点和局限性，二者相辅相成。因此，教师在教学过程中结合它们各自的优势，对生物实验教学进行精心设计，可以取得良好的实验教学效果。
1.能真勿虚
对于生物实验教学中那些过程简单且易于操作的实验，且在现有条件下能够运用真实实验完成并达到预期教学效果的，教师在教学时就要运用简单的基础性实验仪器完成实验教学。
2.虚实互补
在高中生物实验教学中，有的主要是观察试验中所产生的现象，而有的是以得出结论为主，也有以理解生物规律和实验原理及实验仪器使用为主的。这就要求教师在实际教学中根据实验教学目标的不同，准确无误地确定是要采用虚拟仿真实验还是真实实验。
对于实验室的条件限制，需要采用先进技术或是稀缺仪器的实验，或实验现象不太明显的实验，一般采用仿真实验平台进行虚拟仿真实验。当然，在学习新知时，教师可以先安排相关的简单、易于操作的真实实验，使学生在对主要实验仪器有了一定的真实感受之后，再辅之以虚拟仿真实验，这样能够有效地提高实验教学的效果。
总而言之，在高中生物实验教学中，教师要学会综合运用和发挥虚拟仿真实验和真实实验的作用，并充分结合这两者的优势，以此，在培养学生动手操作能力的基础上，利用先进而高效的现代化实验手段，锻炼理性思维能力。只有这样，才能更好地达到预期的实验教学目标，并培养出具有扎实生物实验能力和独立思维能力的创新型人才。
参考文献：
仿真实验范文2
关键词 初中物理；实验教学；虚拟实验；仿真物理实验室
中图分类号：G633.7 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2015）11-0158-02
仿真物理实验室是一款面向中学物理课堂开发的一款软件，内容包含了电学、力学、声学、光学等所有实验的仿真演示，具有集成化程度高、操作简单等特点。这种软件有利于师生在使用中根据自己的实验设计把精力放在实验模型的构建上而不是操作上。这款软件为物理实验教学提供了极大的方便。
1 在初中物理教学中使用虚拟实验的意义
可以弥补传统实验仪器不足的现状 实验是物理教学的灵魂，但在传统物理教学中，由于现实条件和教学理念等原因，只注重知识的口头讲解，不重视实验操作，或在教学中只做比较简单的实验，导致实验仪器严重不足。加之国家实施新课改以来，物理实验发生很大变化，很多原来旧的实验仪器被淘汰，虽然学校增添了很多新实验仪器，但仍不能满足物理实验教学的现实需要。现在学校安装的仿真物理实验室软件，包括了中学物理的所有实验，原来很多做不了或因仪器不足不能做的实验都可以用虚拟实验来代替，解决了实验课上不足或因场地仪器数量不足，实验跟不上教学进度的现象。
本身具有传统实验无可比拟的优越性 虚拟实验是根据实验的相似性原理，运用软件提供的虚拟实验设备来搭建自己的实验。这样不仅可以做一些因自然条件限制在传统实验教学中无法做的实验，如真空状态下的物体自由落体运动；还可以随时控制实验进程、节奏，让实验结果更理想，让实验现象更明显清晰可见。同时，避免在物理实验中因学生操作的不规范而产生的危险性，避免实验仪器在实验过程中的损耗和损坏。
2 在初中物理各类型实验中哪些实验需要虚拟实验
实验是物理教学的灵魂。在初中物理实验教学中会碰到五大类实验，分别是测量型、探究性、演示型、操作型、设计型。在这几类物理实验中，笼统地来说，笔者认为比较适合运用虚拟实验的有演示型、探究型、设计型。因为现实教学条件的限制，都实行大班教学，演示型实验如果运用传统方法去做，不能保证每个学生都能清晰地观察到实验现象。而虚拟实验可以很好地解决这个问题。探究型、设计型实验需要学生自主设计实验方案，虚拟实验可以方便地帮助学生检验实验方案的正确性，既节省了时间，又避免了因学生设计方案错误导致的实验仪器的损耗。但也不是绝对的，其他类型的实验也有的非常适合运用虚拟实验，所以在现实教学中要具体问题具体分析。
虚拟实验在测量实验中的应用 测量实验是物理实验中比较简单的实验，操作简单，实验仪器易得，一般无需用虚拟实验。但也有一些测量实验比较复杂，在正常的环境下实验很难完成。如初中二年级物理“伏安法测小灯泡电阻”，这个实验如果用传统的仪器进行，学生很难获得实验结果，且容易造成仪器的损坏。这个实验需要用虚拟实验来辅助教学，操作步骤如下：
第一步，由于这个实验比较抽象，需要教师讲解实验原理；
第二步，学生根据原理，利用虚拟实验室进行实验，连接电路图；
第三步，教师根据学生在实验中遇到的问题进行辅导答疑；
第四步，学生在对这个实验理解的基础上进行真实实验，弥补虚拟实验之不足，取得良好的教学效果。
虚拟实验在探究实验中的运用 探究实验的目的就是培养学生透过现象看到本质的能力和发现问题的意识，所以实验的现象是很重要的。但在真实试验中，许多事物的现象会受外界因素的影响，导致实验方案无法实施，这就需要借助虚拟实验。如初中二年级“探究凸透镜成像的规律实验”，此实验会受室内光线强弱的影响，室内光线控制不好，就得不到实验现象，更谈不上规律的总结。虚拟实验则很好地解决了这个问题。
虚拟实验在演示实验中的应用 在物理实验中最常见、最普通的实验就是演示实验。物理教师在讲解概念的时候，因班级太大，导致很多学生对物理现象观察不清晰，影响了对物理的学习兴趣。虚拟实验则很好地解决了这个问题。如初二年级“光的反射实验”，学生既可能因室内光线的影响，也可能因在班内位置的影响，导致实验效果观察不明显，这就需要借助虚拟实验平台进行实验。
虚拟实验在设计型实验中的应用 设计型实验重在培养学生自主解决问题的能力。在实验中学生要根据自己要解决的问题来选择实验仪器，设计实验，构建实验模型，同时还要把自己不理解的实验现象去弄清楚。这就需要虚拟实验来帮助。一方面，虚拟实验可以检验实验设计是否合理；另一方面，虚拟实验能帮助学生理解实验现象，同时避免因实验设计错误而造成的仪器损失。如“理解并表述牛顿第一定律实验”，在这个实验中，摩擦力是理解牛顿第一定律的关键，摩擦力的大小直接影响了实验现象。但是摩擦力大小参数的设置在真实实验中不好控制，虚拟实验很好地解决了这一问题。
虚拟实验在操作实验中的应用 操作实验是为了培养学生自己的动手能力和理论联系实际的能力，一般在操作实验中不主张运用虚拟实验代替真实实验。在初中物理教学中，很多的操作实验都是电学实验。电学实验仪器较贵重且容易因错误操作而被损坏。所以在教学中要让学生借助虚拟实验清晰观察学习实验过程，锻炼正确的实验操作能力，避免在真实实验中出现过失，导致实验仪器损坏。如初三年级“串并联电阻实验”，如果不事先加以练习，在实验中接线错误的话，很容易烧坏实验仪器。但操作实验一定要在虚拟实验后进行真实实验，毕竟虚拟实验只是一个仿真实验，起不到锻炼学生动手能力的目的。在操作实验中要把真实实验与虚拟实验相结合，这样既解决了真实实验的困难，也解决了虚拟实验的不足。
3 结束语
总之，在新课改注重实验的今天，虚拟实验在实验教学中确实起到很大的作用。但是不宜夸大虚拟实验的作用，虚拟实验带来巨大方便的同时，也有很大的缺点。如果过多运用虚拟模拟实验来代替传统实验，就会缺乏实验的真实感，不利于培养学生动手能力、合作能力和创新能力，因为学生亲手实验的经历是虚拟实验代替不了的。此外，虚拟实验，如果使用不规范，很可能会生成一个假的结果。但像这几种实验是可以用虚拟模拟实验代替的，如危险性比较大的实验、现象不明显的实验、现有条件做不了的实验。因此，教师应该在实际教学中，根据教学实际，结合运用虚拟实验与传统实验，只有这样才能发挥虚拟实验的最大效能。
参考文献
[1]李春艳，易烨.虚拟仿真实验室的建设与实验教学的改革[J].中国管理信息化，2014（12）.
仿真实验范文3
关键词：虚拟仿真实验；实验教学；土木工程；实验室建设
1土木工程专业的实验教学特点
土木工程专业的实验与实践教学具有行业的特殊性。
（1）空间体量巨大。土木工程的服务对象是建筑物、桥梁、隧道，一般体量巨大。现在世界最高的建筑物高度超过800m，桥梁的最大跨度达1991m，超高层建筑物的单根柱子、单根桩基的承载能力上万吨。进行这些结构或构件的实体实验几乎是不可能的，即使是缩尺实验，也存在实验构件及加载设备体量大、实验环境恶劣、实验费用高的问题，限制了学生的参与。
（2）施工周期长。土木工程的建设周期一般比较长，世界最高建筑物———迪拜塔的建设历时6年，通常一幢普通的住宅楼施工工期也需要1年以上。由于时间的限制，学生的认识实习和生产实习无法得到工程建设全过程的体验。
（3）工程参与方多。土木工程存在不同的建设参与方（建设方、设计方、施工方、监理方等），在学生认识实习和生产实习过程中，往往只能体验其中某一方的工作，无法从不同参与方的视角去感受和经历工程。
（4）危险性高。土木工程实验很多是破坏性试验，并且是脆性破坏，具有一定的突然性，学生在实验过程中的安全问题十分突出。同时，由于施工现场工序复杂、人员众多，而很多学生又缺乏施工经验和对危险源的判别能力，这使得很多施工单位在安排学生的认识实习和生产实习时存在顾虑。
（5）实验难度大。在土木工程的实验中，灾害环境（如台风、火灾、地震、滑坡和泥石流等）的模拟设备造价高（大型地震模拟振动台的造价上亿元、大型风洞的造价几千万元）。灾害环境实验难度大、危险性大、费用高。为解决土木工程传统理论教学与学生工程化培养之间的矛盾，拓展实验及实践教学的深度和广度，提高实验教学的实效，实现理论教学与实践教学的紧密结合，特别是进行灾害环境对土木工程影响的分析、解决重大工程的防灾问题，尽可能减少实验成本和潜在危害，东南大学在课堂理论教学、原有实体实验、认识实习和生产实习的基础上，利用专业的仿真软件，采用多媒体技术以及网络通信平台，构建了具有高度真实感、直观性和精确性的虚拟仿真实验教学平台，作为实体实验及实践教学的有益补充和创新［1－5］。
2实验教学资源建设
早在2005年“工程结构设计原理”与2006年“建筑结构设计”国家精品课程建设期间，东南大学就开始组建土木工程计算机辅助结构设计实验室，此后结合“土木工程施工”、“工程合同管理”、“结构力学”及“工程结构抗震与防灾”几门国家精品课程和其他相关课程的建设，又相继成立了土木工程施工虚拟仿真实验室、土木工程管理信息化等实验室。2013年通过资源整合，依托国家级土木工程实验教学示范中心，成立了东南大学土木工程虚拟仿真实验教学中心。中心面向土木工程、建筑学、交通工程及其他相关专业，形成了“三层次、四模块、五结合”的教学体系。（1）三层次：按照人才培养需求与教学规律，将实验教学内容划分为基础训练、提高训练和创新训练；（2）四模块：按专业知识体系与工程实践规律，搭建土木工程设计、施工、管理、创新实践4个虚拟仿真实验平台；（3）五结合：与理论课程相结合、与实体实验相结合、与科研项目相结合、与实际工程相结合、与企业实践相结合。其中，四模块的18门实验课程支撑8门专业主干课程与12门实体实验实践课程，辐射其他16门专业课程，基本覆盖了土木工程专业的主要专业课。
2．1土木工程结构分析与设计虚拟仿真模块
模块主要包括：（1）基本构件虚拟仿真、楼盖设计虚拟仿真及单层工业厂房设计虚拟仿真等基础训练层次的虚拟仿真实验项目；（2）建筑结构抗震虚拟仿真、高层建筑结构设计虚拟仿真、大跨空间结构设计虚拟仿真及桥梁结构设计虚拟仿真等提高训练层次的虚拟仿真实验项目；（3）复杂结构虚拟仿真、基于MTS混合实验、大跨桥梁抗风虚拟仿真、结构构件抗火虚拟仿真等创新训练层次的虚拟仿真实验项目，是“工程结构设计原理”、“建筑结构设计”与“工程结构抗震与防灾”这3门国家级精品资源共享课的重要建设内容。结构分析与设计虚拟仿真实验项目充分体现了CDIO（conceive－design－implement－operate）的工程教育理念［6－7］，是从工程的构思到概念设计，再进行仿真分析，根据仿真分析结果对概念设计进行优化调整，最后按优化后结构进行施工图设计的全过程虚拟仿真实验，实现虚实结合的实践教学。以特色实验项目“基于MTS系统混合模拟实验平台”为例，传统的建筑物抗震防灾实验大多数是对整个结构进行的，由于整体实验成本较高且实验项目较多，导致实验场地和实验时间安排紧张。为了提高实验项目的实际效果和设备的有效利用，将结构的大部分替换为数值子结构并采用计算机进行仿真，而只有小部分结构在实验室进行足尺实验（见图1）。仿真实验具有参数可调、实验方案可扩展、不存在硬件损耗的特点，能够加深学生对实验的理解；实体实验具有真实可靠、直观性强的特点，能够提高学生的动手能力和观察能力。采用计算机仿真实验与实体实验相结合的手段，可以有效提高学生综合应用所学知识的能力。同时，实时混合实验作为目前最先进的抗震防灾实验手段之一，有助于培养学生的创新意识，提高学术水平。
2．2土木工程施工虚拟仿真模块
该模块主要包含基本施工技术虚拟仿真、复杂工程施工技术虚拟仿真及关键施工技术仿真分析3部分。基本施工技术虚拟仿真主要包括土方、桩基础、模板、钢筋工程等施工过程的虚拟仿真，是模块的基础训练部分；复杂工程施工技术虚拟仿真主要是针对超高层建筑结构、大跨空间结构、大跨桥梁结构等典型工程施工全过程的虚拟仿真，向学生介绍最新的施工技术和复杂工程的施工组织，它是模块的提高训练部分；关键施工技术仿真分析部分主要针对全新的施工技术，通过对施工过程中关键部分的仿真分析，确保施工的顺利和安全，它是模块的创新训练部分。以典型实验项目“大跨桥梁结构施工虚拟仿真”为例，该实验项目以铜陵长江大桥工程为案例，与中铁大桥局集团和柳州欧维姆机械股份有限公司合作完成。对该工程的施工全过程进行了虚拟仿真，包含桩基础施工、沉井施工、主塔施工、钢桁梁吊装施工、斜拉索施工等子系统（见图2）。通过该项目的学习，学生可以了解大跨斜拉桥施工的主要步骤、施工工艺、技术措施等。
2．3土木工程管理虚拟仿真模块
该模块包含工程项目管理、工程造价管理、工程合同管理和工程管理BIM综合4个部分。传统的信息技术类课程教学模式比较注重信息系统管理知识的介绍和基础软件操作，但是存在信息技术类知识体系在不同部分之间的割裂问题，使学生难以形成结构化、模块化的专业信息技术能力和素质。土木工程管理虚拟仿真实验平台对传统课程设置模式进行了改革，根据多学科对信息技术的应用需求，注重学生专业核心能力的培养，形成信息技术类实验课程平台。以典型实验项目“工程管理BIM综合虚拟仿真”为例，该项目根据给定的工程项目设计（包括建筑、结构、设备等）方案、相应的城市规划条件以及有关的地理环境数据，从施工单位、设计单位或咨询单位的角度进行项目建筑设计方案的多维可视化仿真（见图3），并利用BIM模型进行辅助施工管理，包括项目的日照分析、建筑能耗分析、绿色建筑评价、建筑体量计算等。
2．4土木工程创新实践虚拟仿真模块
本模块主要分为基于创新训练计划的虚拟仿真和基于学生参加科技竞赛的虚拟仿真两部分，以满足学生课外研学课程的需要，在实验项目的设计上充分体现CDIO的工程教育理念。学生根据项目的要求，利用已学的专业知识，对结构进行概念设计，然后运用仿真分析软件进行模型计算分析，根据仿真分析结果对模型设计进行优化，完成实体模型的制作，将制作好的模型进行加载或让其完成特定功能。通过本模块实验项目的训练，可以加深学生对各类结构体系、设计分析的理解和认识，使学生在知识运用能力、创新能力、动手能力、团队协作精神等方面得到全面提升［8－9］。以典型实验项目“创新结构体系虚拟仿真实验”为例（见图4），要求学生设计并制作创新结构模型，以反映学生的力学概念、结构概念和创新思维。实验项目鼓励节能减排、循环经济的创新思路，旨在通过指导学生对结构概念设计、基本构件受力状态、空间结构体系及特点、典型工程案例分析等内容的学习，培养学生勤于观察与思考，并动手制作结构模型的能力，使学生能够从结构整体上把握建筑物的结构体系及受力特点，并通过学习报告、制作模型及加载体验的方式提高学生的动手实践能力和创新意识。
3教学特色
3．1依托优质教学资源建设虚拟仿真实验平台
土木工程虚拟仿真实验教学中心长期坚持实体实验项目建设和虚拟仿真项目建设相结合，通过国家级教学团队的规划，完善了实验教学体系，并将学生实验训练的学时数比例由总学时的19％增加到25％。中心依托国家级土木工程实验教学示范中心，与理论教学紧密结合，进行虚实结合的实验教学资源建设，有力地支撑了6门国家精品课程、5门国家级精品资源共享课程和1门国家级视频公开课的建设，提升了课程建设和专业建设的水平。2013年，土木工程专业以优秀成绩第4次通过住建部高等教育土木工程专业评估委员会的评估，在2012年的全国学科评估中，东南大学土木工程学科名列全国第三。
3．2来源于科研项目，面向创新能力培养
中心依托“国家预应力工程技术中心”、“混凝土与预应力混凝土教育部重点实验室”等国家和部省级科研基地，不断地将最新科研成果转化为虚拟仿真实验项目。通过把科研成果转化为实验教学内容，把科研方法融入实验教学活动，向学生传授科研理念、科研文化、科研价值，使学生了解科技最新发展和学术前沿动态，激发科研兴趣，启发科研思维，培养科研道德，提升学生科学研究和科技创新能力。
3．3来源于工程实践，面向工程实践能力培养
中心的大量虚拟仿真实验项目来自于真实的工程实例，是以实际工程为背景，解决工程实际问题为目标的“实战型”项目。通过真实项目的演练，指导学生综合运用专业知识，进一步培养学生的工程素质和实践能力，为社会输送合格的“来之能战”的毕业生。已将典型重大工程转化为实验项目的实例有：（1）山东博物馆屋盖薄壁箱型结构虚拟仿真；（2）广州南站大跨空间结构温度应力虚拟仿真；（3）广州白云机场复杂铸钢节点虚拟仿真；（4）润扬长江大桥大跨桥梁抗风虚拟仿真；（5）深圳大运会体育馆钢结构安装施工虚拟仿真；（6）沪通长江大桥桥梁沉井施工全过程虚拟仿真。
3．4面向防灾减灾，开展灾害虚拟仿真
现代土木工程的最大威胁来自于各种自然灾害和人为灾害———地震、台风、海啸、火灾、爆炸、泥石流等。各种灾害因其巨大的时空尺度而难以再现，因其复杂的生成原因而无法重复，所以要借助现代虚拟仿真技术进行演示。中心依托云计算中心每秒37万亿次峰值浮点计算能力，运用大型虚拟仿真分析软件，开展地震、台风、火灾及爆炸等灾害的模拟，提升学生防灾意识和减灾水平。
4结束语
通过多年的建设，东南大学土木工程虚拟仿真实验教学中心已经成为由国家级教学团队及国家级教学名师负责规划和建设，面向土木工程、工程管理2个国家级高等教育特色专业和其他相关专业的实验实践教学基地，为“结构力学”、“工程结构设计原理”、“建筑结构设计”、“工程结构抗震与防灾”、“土木工程施工”、“工程合同管理”等6门国家级精品课程和其他相关课程开展虚拟仿真实验教学，面向7个专业的学生开展创新训练。2014年，该中心获批为国家级土木工程虚拟仿真实验教学中心。
参考文献（References）
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仿真实验范文4
20世纪80年代后期，美国等一些国家认识到重讲课、做题目这种公式化、呆板的方式已经落伍，强调应重视学生的学习技巧，并鼓励学生积极参与到教学活动中，因此提出了仿真模拟等新的教学方法。仿真实验即虚拟实验教学，是指在科学研究中，有时不能对研究对象直接进行控制或干预性的操作，为了取得对研究对象的认识，而利用虚拟现实技术开发的最富真实感的实验，可直接在电脑上在线模拟操作。
学生通过自主操作仿真实验，掌握理论知识与实验技能，提高动手操作能力，培养科学探究能力。因为在仿真实验中，学生可以通过鼠标轻松操作整个实验过程，例如实验仪器的组装、操作，实验物品的取出和放置，实验过程的控制等；同时，实验现象逼真且有趣味性，不但让学生做实验有若身临其境，而且还集娱乐与探索科学知识于一体，激发学生的学习兴趣、增强学生的学习动机、提高学生的学习效率。作为传统实验的必要补充和延伸，仿真实验这一全新的教学方式越来越受到教育工作者的重视。
2 仿真实验在生物教学中的运用
2.1 生物仿真实验的必要性
生物学是一门实验科学，实验是生物学研究的主要方法，因此如何让学生在实验中进行探究学习、培养探究精神、提高探究能力就成了生物教学的一大课题。然而生物实验需要充足的时间和必要的实验设备、材料和场地，有些实验材料、实验仪器昂贵，有些实验过程危险，甚至不可干预，这时进行生物仿真实验则是最佳选择。
在生物仿真实验中，学生可以使用各种仿真器材和元器件(包含各种危险的或贵重仪器)，设置各项与实际实验相符的操作，满足学生对生物实验的正确操作、实验现象的观察和探究性学习的需求。学生在生物仿真实验的操作过程中，通过亲自动手、亲眼观察和不断探究了解生物世界的奥妙、培养生物科学探究能力和科学实践能力。
2.2 生物仿真实验实例
生物教材中有些重点知识或生命现象学生不易理解，教师用其他手段难以解释，又很难用实际实验来揭示时，仿真实验就成了不可缺少的手段。例如北师大版《生物学》七年级上册第5章第1节“光合作用”的教学内容2：--是探索光合作用，这个探索内容如果只是角讲授法进行讲解显得枯燥乏味、抽象难懂，所以要由四个验证性实验活动来完成。这四个实验分别是验证绿叶在光下合成淀粉、检验光合作用释放氧气、验证植物光合作用需要叶绿素和检验光合作用吸收二氧化碳。其中第一个实验“验证绿叶在光下合成淀粉”需要的时间很长(2～3d)，还受天气条件的限制(虽可用100-200 w的灯光代替阳光，但照射效果不明显)，而且在用酒精溶解叶片中的叶绿素时，因为酒精的沸点比水低、蒸发又快，极易造成燃烧危险，甚至对学生造成伤害。由此可见，实际实验费时且不可干预，并有着一定的危险性，不便于操作。而仿真实验则可以很好地解决这些难题，避免可能的危险与伤害，所以可采用仿真实验代替实际实验进行教学。
2.2.1 实验的设计
实验名称：验证绿叶在光下合成淀粉。
实验目的：①验证绿叶在光下制造的有机物是淀粉；②探究光是绿叶制造有机物不可缺少的条件；③培养观察能力、分析能力和科学探究的能力。
材料用具：盆栽的天竺葵、黑纸片、曲别针、酒精、小烧杯、大烧杯、火柴、试管夹、镊子、清水、碘液、培养皿、石棉网、三角架、酒精灯(在作图软件里选取上述3D仪器)。
实验过程：①检查实验仪器、物品。
②暗处理让叶片内原有的淀粉耗尽(一个设置好的图像时钟转动2圈，1 rain轻松完成实际实验中需要2～3 d的暗处理过程)。
③光照。进行对照实验，一部分叶片接受光照，一部分叶片进行遮光处理(依然是用转动的时钟快速完成实际实验需几个小时的光照过程)。
④验证绿叶产生淀粉(通过鼠标拖动桌面上的器皿完成验证过程，避免仪器的损坏和酒精燃烧的危险)。
⑤探究问题(操作实验后，学生进行合作学习、探究学习)：
a.盆栽天竺葵若不在黑暗处放一昼夜，实验结果如何?为什么?(学生可返回再操作该步骤予以探究)
b.在同等条件下，种在向阳地方的玉米与种在不向阳地方的玉米产量很不相同，这是为什么?
2.2.2 实验小结
“绿叶在光下合成淀粉”的仿真实验快速形象地验证了绿叶在光下合成的有机物是淀粉，证明了光是绿叶合成有机物不可缺少的条件。该仿真实验快速地呈现了极慢的实际实验过程，提高了实验效率，且避免了实际实验中可能的危险。学生对实验过程可进行重复操作，达到对实验过程的熟悉、对光合作用相关知识的认识、理解与掌握。而实验后的探究问题，有助于学生对知识进行提升，培养其探究思维与探究精神。
3 结语
仿真实验范文5
关键词：虚拟仿真 实验教学 项目管理
《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》对高校教育数字信息化建设提出要求。《教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见》要求重点建设一批国家级实验教学示范中心，并加强实践教学管理。高校教育数字信息化和实验教学示范中心建设的重要内容非虚拟仿真实验教学莫属。中国石油大学（华东）石油工业训练中心，作为第一批国家级虚拟仿真实验教学中心，高度重视虚拟仿真实验教学建设，在大力建设和完善实验教学硬件条件的同时，也抓好实验教学管理，提高教学质量和效果，作为建设实验教学的软实力的总要求。
一、项目化管理的必要性
项目化管理的实质就是将虚拟仿真实验教学作为一个项目，按照项目的进程进行管理。将该实训课程按照项目的生命周期从计划、实施、评价这几个方面进行质量管理，规范教学过程中的各个环节，能够明确实验教学目标、避免实验教师在教学内容、教学设备的使用中的随意性，也大大提高设备资源的利用率；能够及时发现和反馈实验教学过程中存在的问题，并作出相应调整，保证项目有效地按照计划进行；便于进行科学的量化考核，有利于教学师资队伍质量的提高，也有利于提高学生的实验教学效果，确保实践课程目标的实现。因此，对虚拟仿真实验教学实施项目化管理是提高教学质量的重要途径。
二、项目化管理主要措施
（一）项目计划：制定合理的质量标准
制定有效的项目质量标准是项目计划阶段取得成功的保证，规范标准的教学文件是实现教学质量的基本保证。应用到虚拟仿真实训项目中，一方面要建立健全虚拟仿真实验教学的各项管理规章制度。在教务处统一的基本制度下，根据虚拟仿真实验教学的特点，围绕实验项目的目标制定各项管理实施细则。包括对学生、指导老师、设备资源的管理制度以及实践活动中的行为管理制度等。另一方面要编制合理的教学目标和教学内容。根据各专业不同的教学计划及教学大纲编写配套的实验教学大纲、训练指导书、实训设备与器材单等，并制定详细的教学教案和考核内容、方法、标准。具体来说，虚拟仿真实训课程的内容应结合不同专业不同的教学计划和实验教学设备、软件等资源。即根据不同专业合理安排实训课程内容的深度与广度，同时要充分利用并合理配置现有的实验教学资源。另外在制定人才培养计划时，应与其专业的行业需求接轨。
（二）项目实施：落实过程质量监控
对项目的实施过程进行质量监控，有利于及时发现项目执行过程中出现的问题并及时纠偏，保证项目完成的质量。对虚拟仿真实验教学过程的质量监控，一方面需要检查实验教学项目的准备情况。教师应充分准备实验教学文件，如教案或实验指导文件，满足实验教学大纲要求，达到实践目标。另一方面需要检查实验教学项目执行情况。成立教学督察组监督实验教学过程，可通过随堂听课、问卷调查或座谈会等方式听取学生对老师及课程内容的评价、对教学方法、资源利用情况等方面进行评估，及时反馈相关意见。最后还需要检查实验教学项目的考核情况。除了检查学生的实验报告质量以及理论知识、现场实操的考核情况，还可鼓励学生改进现有实验内容甚至自行设计实验，增强学生的实践动手能力和创新思想是衡量实验教学质量的重要指标。
（三）项目评价：构建完善的质量评价体系
对虚拟仿真实验教学项目进行评价，项目准备阶段侧重对教学目标及教学条件的评价，如人才培养目标、师资队伍、教学资源、经费投入、教学环境等方面；项目实施过程中侧重对教学质量保障措施的评价，如管理运行机制、教学内容、方法、考核方式等方面；项目结束后侧重于对学生的能力评价和社会评价，考察学生的实践动手能力和综合能力以及社会满意度。还可通过在网上开通实验教学留言板的方式，收集学生反馈信息及用人单位对学生实践能力的评价，及时调整、更新实验教学的内容、方法和考核方式，深化实验教学改革。质量评价体系如下图所示。
三、提高虚拟仿真实验教学质量的保障措施
如今，不仅各大高校，甚至中小学也在大力建设虚拟仿真实验教学中心，虚拟仿真实验教学已经成为教师非常重要的授课方式。虚拟仿真实验教学有其不可取代的优势，以中心石油工业虚拟仿真实验教学实训课程来说，借助虚拟仿真手段，使不可及、不可逆、高风险、高污染等操作过程变得直观、形象、更具可操作性，并且增强了实验趣味，提高了教学效果。虚拟仿真实验教学是现今乃至未来的发展趋势，因此，无论是学校、教师还是学生都必须高度重视，加强虚拟仿真实验教学建设，保障教学质量。
（一）加强虚拟仿真实验教学资源建设
学校要加大资金投入，加强虚拟仿真实验教学资源建设。开启校企合作模式，借助企业的技术、服务，合作开发实验教学项目。教师应重视实验教学，改变以讲为主的授课方式，课程内容也不能停留在演示性、验证性实验上，多研发一些综合实验、设计性实验，让学生自主学习，提高学习的趣味性，提高学生的积极性和实践操作能力。
（二）加强实验师资队伍建设
要提高实验教学质量，必须建设一支高水平的实验教学师资队伍。学习发达国家高校“理论教学、实践指导、科学研究”于一体的教师建设机制，一方面鼓励、引导高水平的理论课程教师参加实验教学工作，也可从企业、研究所聘请有相关实践经验的工程师来学校兼职授课，充实实验师资队伍，促进“产、学、研”结合。另一方面制定相关政策，支持年轻老师去企业学习锻炼，提高实践技术水平，并参与科研，实现教学与科研的结合。
（三）加强实验教学资源建设，搭建资源共享平台
要加强实验教学数字、设备一体化建设，能够通过配置和连接，真正实现虚实结合的虚拟仿真实验教学平台，并能够自行设计、搭建实验项目。另外要进一步探索资源开放共享机制，搭建资源共享平台，能够实现项目共享、信息共享、设备资源共享，还能互动交流、展示成果、考评成绩等。
四、结语
上述内容，是笔者在从事虚拟仿真实验教学过程中，针对教学管理提出的一些想法。当然，只有在制度上完善、各教学部门、教学主体及管理人员达成共识，协调配合，才能将实验教学项目化管理落到实处，规范教学项目的计划、组织、实施、监控、评价，提高虚拟仿真实验教学质量，培养高综合能力、高创新能力的人才。
参考文献：
[1]中华人民共和国教育部.教育信息化十年发展规划（2011-2020年）[EB/OL].2012-03-13.
[2]中华人民共和国教育部.教育部关于全面提高高等教育|量的若干意见[EB/OL].2012-03-16.
[3]刘福华，闫景丽.实施实践教学项目化管理提高实践教学质量[J].China after School Education，2007，（02）.
[4]施俏春.构建实践教学体系 对实践教学进行全程质量监控[J].教育教学论坛，2012，（13）.
仿真实验范文6
为了便于开展基因芯片课堂教学，使学生能够更深刻地了解基因芯片技术原理及操作流程，设计并制作了一套仿真基因芯片系统。可以全真模拟芯片杂交、芯片扫描、结果判定等实验步骤。实验室仅需配备普通移液器即可进行基因芯片的实验教学，使学生可以切身体验基因芯片的操作过程，有助于学生深刻理解基因芯片的原理与方法，教学效果大大提高。
关键词:
基因芯片;仿真实验
基因芯片技术是现代生物学研究中一个非常重要的工具［1－2］，广泛应用于基因表达谱分析［3－4］、基因测序［5］、疾病诊断［6－7］、遗传图谱构建［8］等许多领域。因其前沿性、依赖于大型仪器设备、耗材昂贵等原因，对于普通学校而言，相应实验教学非常难以进行［9－10］。因此学生不易理解其原理与方法，教学效果不佳。Campbell等［11］设计了一套仿真基因芯片教学系统，有助于学生对基因芯片产生直观的了解，但其操作过程与真实基因芯片实验还有很多不一致。因此本文作者设计了一套仿真度高、操作性强且成本低廉的基因芯片教学方法和设备。采用本套系统，实验室仅需配备普通移液器即可进行基因芯片的实验教学，使学生能直观体验基因芯片操作过程，加深理解其原理与方法，教学效果大大提高。基因芯片技术主要包括以下步骤:芯片的制作、样品制备、分子杂交、信号检测和结果分析。目前制备芯片主要以玻璃片或硅片为载体，采用原位合成和微矩阵的方法将寡核苷酸片段或cDNA作为探针按顺序排列在载体上。生物样品往往是从复杂的生物分子混合体中提取、扩增的DNA、RNA，然后用荧光标记，以提高检测的灵敏度。之后将荧光标记的样品与芯片上的探针进行杂交反应，反应后芯片上各个反应点的荧光位置、荧光强弱经过芯片扫描仪和相关软件分析图像，转换成数据，即可获得有关生物信息。
1基因芯片仿真实验系统的组成
基因芯片仿真实验系统由以下模块组成:仿真基因芯片，仿真芯片杂交仪，仿真激光扫描仪以及模拟DNA试剂。
1.1仿真基因芯片
基因芯片是一块表面固定了序列已知的靶核苷酸探针的基片。在仿真基因芯片中，以载玻片作为载体，将有8个圆孔的PVC贴纸贴在载玻片上，最后配制2%的琼脂糖溶液，再按表1的配方配制7种由百里香酚酞、酚酞、琼脂糖不同比例组成的溶液。在40℃～60℃条件下，将上述7种不同比例的溶液用移液器点入PVC圆孔贴纸中的圆孔中即制成完整的基因芯片，制备好的仿真基因芯片如图1所示。
1.2仿真芯片杂交仪
芯片杂交仪的作用是控制芯片杂交的温度及时间。仿真芯片杂交仪由纸盒制成，盒盖可以打开，内部设卡槽，可供放入模拟的基因芯片，如图2所示。
1.3仿真芯片扫描仪
芯片扫描仪通过激光扫描芯片，将信号存入电脑，由电脑合成图像，并进行结果分析。仿真激光扫描仪外部开口，可放入杂交后的仿真芯片，内置一瓶5%的NaOH溶液。按动按钮，NaOH溶液呈雾状喷洒到仿真芯片上，使芯片很快显色，如图3所示。
1.4模拟DNA试剂
荧光标记的DNA试剂视觉上与水无异，杂交后肉眼也看不出任何变化，因此用纯净水即可模拟DNA试剂，本套系统设置两支模拟DNA试剂，分别为红色荧光标记的正常细胞DNA和蓝色荧光标记的癌细胞DNA。
2实验流程
2.1芯片制作
真实的基因芯片一般由专业的公司制作，绝大多数研究者只需购买即可。所以本仿真实验流程设计的仿真芯片亦由教师在课外做好。课堂实验流程从芯片杂交开始。
2.2芯片杂交
如图4所示，将模拟DNA试剂滴加到仿真芯片上，然后将仿真芯片置于仿真芯片杂交仪，置于室温下10min。
2.3芯片扫描
从仿真芯片杂交仪中取出芯片，插入仿真扫描仪的卡槽中，按动扫描按钮2次，模拟激光扫描。等待数秒后取出芯片进行结果分析。
2.4结果分析
如图5所示，芯片从仿真扫描仪中取出后呈现出多种颜色，其中1为蓝色、2为红色、3为紫色、4为浅蓝色、5为浅红色、6为浅紫色、7和8无色。显色原理是存在于凝胶中的显色剂与仿真扫描仪中喷出的雾状NaOH溶液发生了颜色反应，不同配比的显色剂呈现不同色彩。这个结果模拟了基因芯片的实验结果:芯片上的每个点固定着代表一个基因的探针，能够与样品中的DNA杂交。1号点呈现蓝色，表明相应的基因在癌细胞中转录，以其为模板制备的蓝色荧光标记的DNA被1号点的探针捕获。经激光扫描，1号位发出蓝色荧光信号。2号点呈现红色，表明相应的基因在正常细胞中转录，以其为模板制备的红色荧光标记的DNA被2号点的探针捕获。经激光扫描，2号位发出红色荧光信号。同理，紫色的信号表明相应基因在2种细胞中都有转录，而无色的信号表明相应基因在两种细胞中都没有转录。因为信号的强度与探针捕获的DNA量呈正相关关系，因此颜色的深浅就可以显示基因转录的水平高低。
2.5注意事项
NaOH溶液有一定腐蚀性，因此从仿真扫描仪中拿出后手持芯片末端，不可触碰其他地方，实验完后用自来水轻轻冲洗芯片即可。
3讨论
