虚拟仿真教学范例

摘要:医学检验是一门注重实践性和操作性的专业，注重学生专业实验能力和操作水平的培养。传统医学检验实验教学存在弊端，采用虚拟仿真技术（virtualreality，VR）建立医学检验虚拟仿真实验教学平台可完善并提高教学质量。通过对医学检验虚拟仿真实验教学平台建设进行初步探索，对目前存在的困难进行剖析，为响应教育部建立国家级虚拟仿真实验教学中心，促进医学检验教育信息化建设提供新思路。

关键词:医学检验；虚拟仿真；实验教学

医学检验是一门注重实践性和操作性的专业，尤其2012年教育部将培养目标由五年制培养“从事医学检验及医学类实验室工作的医学高等专门人才”改为四年制培养“从事医学检验及医学类实验室工作的医学技术高级专门人才”[1]，着重强调了专业实验能力和操作水平。现医学进入精准医疗的大数据时代，传统的“规定动作”教学已不能满足技术日新月异的变化，各类因素极大程度的制约着教学效果，借助虚拟仿真技术（virtualreality，VR）可有效改善这些问题。VR技术是一种以计算机为核心的新型认知工具和知识载体，利用高科技生成虚拟环境，使操作者具有视、听、触觉一体化的沉浸感[2]，可借助特殊设备与虚拟环境交互，达到身临其境的感受和体验。本文对医学检验虚拟仿真实验教学平台建设现状进行分析，为建设医学检验虚拟平台提供新思路。

1传统医学检验实验教学存在的弊端及VR解决方案

1.1验证实验占比大，学生操作机会少

传统实验教学一般由实验技术人员备好实验项目所需仪器、试剂和样品，在讲授实验目的、原理、方法步骤和注意事项后，学生“依葫芦画瓢”进行实验。通过VR平台，可实现“实验准备→预实验→实验操作→结果分析”等流程操作。为培养学生的专业思维和创新素质，可在平台中设计开放式、研究式的实验教学[3]。目前临床在用的医学检验仪器多为全自动化操作，价格昂贵，且实验场地有限，加上招生规模扩大，无法做到人手一台进行操作，大大制约了学生的动手操作能力。VR通过一台计算机或一套虚拟设备即可模拟整套医学检验虚拟实验室，容纳检验科相关仪器设备，学生通过模拟实验过程，可反复进行操作练习，分析实验步骤，注意操作细节，熟练后再实际动手操作，虚实结合可有效避免因实验某一步骤出错而导致实验无法继续进行。

1.2生物安全隐患大，形态教学难度大

摘要：随着信息技术的迅猛发展和应用，我国在教育教学中涌现出了许多的先进技术和科学仪器。而化学教学中虚拟仿真实验软件的使用，不仅有效的提升了教学效果，还使化学实验教学更高效。虚拟仿真实验软件在化学教学过程中突显出不可替代的作用。

关键词：虚拟仿真实验软件；教学

随着中国特色社会主义新时代的到来，国家教育事业也要紧跟时代的步伐，与时俱进。当今，我们的课堂教学也迎来了新的变化，各种教育教学资源不断涌现，把这些信息技术应用在化学课堂上，无疑会大大提高课堂教学效果。而在如此多的教育教学资源中，笔者认为化学虚拟仿真实验软件在化学实验教学中有重要作用，[1]并对虚拟实验软件在化学教学实践中的运用进行了探讨。

一、虚拟仿真实验软件有效辅助教学，解决实验耗材问题

教师在化学课堂上经常会演示一些实验，而有些实验的演示会造成仪器的损坏。对有些实验，教师只在课堂上给学生强调正确的操作方法，不会真实进行演示。因些，有的学生只能被迫记忆实验现象。这种教学方式带来的效果不明显，学生学习积极性不高。有了化学虚拟仿真实验软件，可以通过视频直观演示此类实验。如，实验室用氯酸钾制取氧气时，如果用排水法收集，实验结束时，应先从水槽中移出导管，再熄灭酒精灯。如果实验结束时，两个实验操作顺序反了，会造成试管炸裂。这个知识点也是中考考试中经常考到的重点。而教师在课堂上只给学生讲解理论，不去真正演示。如果学生实验时操作顺序弄反了，会产生严重的后果。此时，教师可以利用化学虚拟仿真软件去演示反之操作的现象。这样，既直观、不损耗实验仪器，还能让学生操作软件体会过程，加深他们对这一知识点的理解，增加学生的课堂参与度。

二、虚拟仿真实验软件有效辅助教学，解决了一些危险隐患

教师在教学“分子在不断的运动”这一性质时，通常会用浓氨水和酚酞进行实验。而浓氨水容易挥发出刺鼻的氨气，让整个教室的空气不清新，而且这一实验用时较长。这时，教师可以用虚拟仿真软件做这个实验，学生就不会被氨水挥发出来的刺激性气味伤害身体，减少等待的时间。还可以让全班学生在大屏幕上清楚看到颜色变红的过程。在稀释浓硫酸时，教师一再强调要“酸入水”。因为，浓硫酸的密度比水大，在稀释过程中会释放出热量。如果把水加入酸中，水在上层，稀释过程中的热量会使水沸腾。这时，四处飞溅出来的就不只是水了，而是具有强腐蚀性的硫酸溶液。但有些学生记不住操作流程。这个实验教师进行实际操作演示也具有危险。因此，用虚拟仿真实验软件演示不正规的操作，可以起到加深学生记忆理解的作用。

摘要:本文通过在分析商业银行综合业务虚拟仿真平台建设的意义、作用的基础上，提出了商业银行虚拟仿真教学的设想和思路，并给出了虚拟仿真教学平台建设的重点、难点以及建设内容。

关键词:商业银行;综合业务;虚拟仿真;模拟教学

随着计算机和互联网技术的普及和应用，教育信息化在国家层面上得到了持续关注。虚拟仿真教学模式的推广和应用满足了各学科教育信息化的现实需要，推动了高校实践教学改革和创新。商业银行业务的实践教学是金融专业课程建设的重要内容，它不仅仅是将虚拟仿真技术引入商业银行实务、实训和实践教学中，更强调的是运用将虚拟仿真思想搭建虚拟真实场景、模拟商业银行业务平台及后台数据库、模拟金融的现实问题作为实验项目，注重让学生在实践中学习，获得知识，提高技能，有效地弥补了金融专业实践教学不足和实操性差的缺陷。

一、商业银行综合业务虚拟仿真平台建设的意义

(一)培养创新型人才和应用型人才的需要

高等院校的学科建设和专业建设面临创新性要求的挑战。教学研究要思考的重要内容就是如何构建学生合理的知识结构、综合素养和创新精神。商业银行是金融、会计、管理等专业毕业生就业的重要去向和优先选择，该行业实践技能的培养和训练是经管学科的重要教学任务。完成实践教学的人才培养目标，迫切需要建立与实际相结合的教学体系和教学平台，在实践教学中锻炼学生的实操技能，促进本学科建设并提升高素质创新人才的培养水平。商业银行综合业务虚拟仿真模拟教学无疑是满足这一需要的重要手段和教学方法。

(二)创新经管学科教学手段，使教学模式不断适合社会经济发展的需要

摘要:目的：探讨虚拟仿真教学系统在外科护理课程中的应用效果。方法：此次研究的对象为2019年9月期间我校录取的80名外科护理专业学生，将其随机分为常规组（实施常规外科护理课程教学）和实验组（采用虚拟仿真教学系统进行外科护理课程教学），每组40名。比较两组教学后的实际操作成绩、理论知识成绩、实际操作成绩和理论知识成绩差值以及对教学方法的满意度。结果：经过教学，实验组的实际操作成绩、理论知识成绩、实际操作成绩和理论知识成绩差值均高于常规组，差异具有统计学意义（P＜0.05）；实验组的教学满意度为97.50%，显著高于常规组的85.00%，差异具有统计学意义（P＜0.05）。结论：通过虚拟仿真教学系统进行外科护理课程教学，能显著提升学生的实际操作水平和专业理论知识水平，且学生对该教学方法的满意度非常高，应用效果理想。

关键词:虚拟仿真教学系统;外科护理;实际操作;理论知识;教学满意度

1资料与方法

1.1一般资料。此次研究的对象为2019年9月期间我校录取的80名外科护理专业学生，将其随机分为常规组（实施常规外科护理课程教学）和实验组（采用虚拟仿真教学系统进行外科护理课程教学），每组40名。常规组有男学生12名，女学生28名；年龄为18~20岁，平均年龄为（18.96±0.26）岁；入学综合成绩为90~95分，平均成绩为（92.85±0.59）分。实验组有男学生14名，女学生26名；年龄为18~20岁，平均年龄为（18.74±0.36）岁；入学综合成绩为90~95分，平均成绩为（92.90±0.38）分。两组的年龄、性别比例、综合成绩等相比无统计学差异（P＞0.05）。此次研究的开展已严格遵循医学伦理委员会制定的相关标准，均告知所有学生此次研究情况，学生同意参与研究。

1.2方法。常规组实施常规外科护理课程教学，即由授课老师进行相关专业知识课堂讲授，为学生解答各种疑惑；根据课程要求适当开展实际操作演练，但还是以老师示范为主；利用多媒体播放相关手术操作内容，供学生观看、学习；积极开展案例分析，帮助学生梳理外科护理知识等。实验组采用虚拟仿真教学系统进行外科护理课程教学，方法为：（1）构建全面的学习系统框架，根据岗位需要、外科护理专业教材内容重构课程体系，同时，虚拟仿真教学系统中还要完善相关的练习、测试、作业、讨论、评价等功能，让学生在系统平台上能随时查看教学资源、提问、练习、讨论等，而授课老师也能根据系统平台实时了解学生的学习进度、评价反馈，或进行作业批改、在线指导等。（2）课堂上根据教材内容搭建相应的情境进行教学，或者让学生根据自身的学习进度、知识掌握程度等搭建相关学习情境，给学生更多的实际模拟操作演练，以此提高学生的理论知识水平和实际动手操作能力。（3）课后给予学生更多的操作练习时间，让其通过虚拟仿真教学系统不断巩固外科护理知识和相关技能操作，老师再给予相应的指导即可。（4）授课老师进行相关技能、知识考核时，利用虚拟仿真教学系统记录学生考核数据，并综合评定学生平时操作情况，给予公平、科学、真实的学习评价。

1.3观察指标。比较两组教学后的实际操作成绩、理论知识成绩、实际操作成绩和理论知识成绩差值以及对教学方法的满意度。教学满意度：采用我校自拟的问卷调查表评定，内容包括学习体会、教学时间、动手操作次数、实操频率等，总分100分，非常满意：大于90分；满意：80~90分；不满意：低于80分；教学满意度等于非常满意率与满意率的总和。

1.4统计学处理。通过SPSS19.0统计学软件包处理所有数据，用计数资料（％)表示教学满意度，用计量资料（）表示实际操作成绩、理论知识成绩、实际操作成绩和理论知识成绩差值，若P＜0.05则差异具有统计学意义。

摘要：提出融合虚拟仿真技术的服装设计与工艺专业课程体系改革方案，分析虚拟仿真技术在不同类专业课程中的应用优势，期望通过该途径解决专业课程教学中的典型难点问题，提高课堂教学效率，培养学生的综合实践能力和创新能力。

关键词：虚拟仿真技术；教学改革；服装

1基于虚拟仿真进行教学改革的必要性

服装设计与工艺专业（以下简称“服工专业”）是艺术和生产共存的交叉型学科，虽然包含艺术类教育，但更具工科教育的特点，其培养目标是为服装企业相关岗位输送技术技能型人才，因此服工专业的核心课程，大多设置成理实一体化课程，注重知行合一，但在实际教学中，却出现了理论教学和实践教学脱节、教学容量受限、课程之间衔接不到位、技术训练不充分、实训过程不可逆等问题，造成学生即使在学习了系统的理论知识后仍不能较好地进行实践，在学校培养的技能远远跟不上服装产业的发展速度，这是一个普遍存在、具有一定难度并且亟待解决的问题。虚拟仿真技术以其交互性、真实性和多感知性等特点，在推进现代信息技术与实验教学项目深度融合、拓展实验教学内容广度和深度、延伸实验教学时间和空间、提升实验教学质量和水平、培养卓越拔尖人才等方面都能起到积极的作用，其在教育领域的应用已逐渐得到国家重视。2018年，教育部在全国大力推动虚拟仿真实验教学项目建设，在备受关注的《国家职业教育改革实施方案》中，提出职业院校应“运用现代信息技术改进教学方式方法，推进虚拟工厂等网络学习空间建设和普遍应用”的要求。国内的众多专家和学者已经开始基于虚拟仿真技术进行一系列服装专业课程的改革研究，均获得了较好的成果，这些案例给了我们开展课程教学改革的信心和启发［1－4］。

2基于虚拟仿真的课程体系改革构思

2.1立足生产过程，组建实训课程群

我校服装专业创建于1984年，专业设置包含服装与服饰设计、服装设计与工艺、服装陈列与展示设计、艺术设计、形象设计5大类，覆盖服装的完整产业链，服装设计与工艺专业前身为“服装制版与工艺专业”，2015年教育部更名后，明确了该专业培养“技艺结合”复合型人才的新要求，经过不断探索实践，我校服工专业逐步形成了基于“形成技术”培养目标的具有技艺结合特点的人才培养体系。依据服装企业生产过程，以“基础能力训练—核心能力训练—综合能力训练—创新能力训练”循序渐进形成“技术能力”，结合设计类课程、结构类课程、工艺类课程、展示类课程四大板块，以及综合项目组建专业课程群，如图1所示。

摘要：在新工科背景下，数字电子技术教学模式的转变与开发在电子信息工程本科教学中显得尤为重要，虚拟仿真技术在数字电子技术教学模式开发中具有独特优势。本文分析了虚拟仿真技术的教学优势，结合建构主义和教学心理学教学方法，开发了基于虚拟仿真的数字电子技术教学模式，与传统教学模式相比，该教学模式具有提高学生探索积极性、扩展学生知识面、提高学习成绩以及降低教学成本等优势。

关键词：新工科；数字电子技术；虚拟仿真技术；教学模式

2016年1月18日，在十八届五中全会中指出了“创新、协调、绿色、开放、共享”五大发展理念[1]，并在一带一路合作高峰论坛中强调：“我们要促进科技同产业、科技同金融深度融合，优化创新环境，集聚创新资源。我们要为互联网时代的各国青年打造创业空间、创业工场，成就未来一代的青春梦想。”而新工科的内涵正是为主动应对新一轮科技革命与产业变革，支撑服务创新驱动发展、《中国制造2025》等一系列国家战略[2]。绥化学院作为地方应用型本科院校，具有服务地方，立足于地方性、应用型、开放式、国际化的办学定位，同时制定厚基础、强应用、养德性、善创新、高素质的培养规格[3]，均符合新工科人才培养理念，“数字电子技术”是电子信息工程专业的核心基础课程，为后续的“单片机原理与接口技术”“DSP及传感器原理”等课程的基础，而传统的数字电子技术教学模式具有知识面固定、教学内容老化、教学方法单一以及实验教学成本高等弊端，无法满足我国新时期新工科建设的具体实际教学要求，即同时适应当前行业产业发展的变化和满足未来行业产业发展的需求。基于此，本文为了响应“新工科”的教学背景，设计并开发了基于虚拟仿真的数字电子技术教学新模式。

1虚拟仿真技术的优势分析

为提高新时代背景下高等学校实验教学质量和实践育人水平，教育部从2017年起开展示范性虚拟仿真教学项目，利用线上+线下相结合的教学模式扩展学生的知识层面、增加学生的学习资源、提升学生与教师的互动能力，虚拟仿真技术可以依赖于网络云端的教学资源，有利于教学资源协调建设、高效管理与应用[4]。在资源共享的平台上，有助于提高教学质量，促进高校之间、校企之间协调发展，实现“产出导向”的培养模式，数字电子技术中涉及成本较高的耗材时，学生可采用仿真平台，通过模型建立、参数选择以及仿真计算等过程，在了解芯片电路工作机理的同时，还了解了软件和平台的应用，润物细无声中拓展了学生的知识，激发了学生的学习兴趣。

2教学模式的开发

在经典的建构主义中，教师的讲解并不是学生学习知识的有效渠道，通过学生在错综复杂的政治、社会、经济及文化背景下，教师作为学生学习的辅助资源，学生自主有效地借助社会中的学习资料和资源，通过意义建构的方法捕获工作中所需的知识与能力[5]。而虚拟仿真教学技术的特性和优势恰好有利于实现建构主义学习理论中的四要素，即“情境”“协作”“会话”“意义建构”，其中情境对于理工科数字电子技术中抽象的学习显得尤为重要，集成芯片由上万个甚至上亿个电子元器件构成，结构相对机械零部件更加复杂，不同集成芯片的工作原理更是各不相同，且在工作上存在较为复杂的连带关系，为此如何运用虚拟仿真技术开发和实现有效的教学情境可以增进学生数字电子技术的理解非常重要。为真实体现复杂芯片结构在工作过程中情境的真实有效性，在教学设计中需规范情境所包含的知识，同时更应该增加知识在生产生活中的运用场合，增加其与应用型本科教学的契合度，虚拟仿真技术兼有技术实现的真实存在感和良好交互特性，将其结合三维动画技术、先进的生活性、发展性教育理念，鼓励学生在虚拟仿真学习情境中进行探究、训练和体验，通过人机交互的方式加深对数字电子技术中抽象复杂知识的应用理解[6]。在认知心理学的教学范畴内，将学生所学的知识分为陈述性和程序性，对于大量内容为陈述性知识的数字电子技术而言，需要虚拟仿真平台具有较高的拟合度，因此基于虚拟仿真技术的数字电子技术教学中更应完全遵循科学的客观规律因素，即应该合理运用物理引擎、选用合理的仿真平台，针对性地模拟数字电子技术在现实中的客观规律，从而准确、高效地把知识在真实中运用的方式呈现给学习者。基于以上对虚拟仿真技术与教学方法的研究，本课题小组所设计的教学策略如图1所示。

摘要：阐述Lab VIEW和Multisim软件建立虚拟仿真实验平台，对控制工程基础课程教学方法和运行机制进行改革。此平台操作灵活，易于扩展，可有效链接理论教学和实验教学。

关键词：控制工程，虚拟仿真，实验教学。

0  引言

我校测控技术与仪器专业2019  年获批国家级一流本科专业建设点，《控制工程基础》作为该专业的一门核心专业课，其主要任务是使学生获得控制系统的概念、系统的数学模型、特性分析等方面的专业技能。通过搭建模拟电路，讨论电路参数对系统特性的影响，然而控制系统特征参数和电路参数之间又存在复杂的数学推导，在短短的两学时实验中，学生很难从实验现象映射到理论知识中，依托第二批新工科研究与实践项目对该课程从教学方法与运行机制等方面进行了深入改革。

1  教学方法改革

基于数学模型设计虚拟仿真实验。测控技术与仪器是光学、机械、电子、计算机、控制等多学科交叉而形成的一门高新技术密集型专业。测控专业必须顺应形势，融合信息和物联网元素，重构专业知识课程体系。在教学改革的过程中，引入现代化教学手段，将虚拟仿真实验演示与课堂教学相结合，与传统的硬件操作实验相结合，建设了与传统实验教学体系优势互补的虚拟仿真实验教学内容。运用Lab VIEW强大的图形化编辑语言G编写程序，根据控制工程课程的函数模型，建立程序框图开发基于数学模型分析的虚拟实验系统，大尺度的依据学生的要求调整结构参数来观察实验想象，成为课堂教学中教师理论教学的得力助手，可将虚拟仿真教程嵌套在授课PPT中，教师可结合实际的教学需求，最大限度地发挥虚拟元器件资源的优势，课堂上教师只需要选择相应的模块，改变参数实现实验现象的连续观测，教学课件更加灵活多变，增强课堂教学的趣味性，让同学们更加直观地理解所学内容，从而提高整体教学质量。基于模拟电路设计虚拟仿真实验。随着一流课程改革的推进，线上实验教学也随之以更多元化的形式孕育而生。传统的实验随着设备元器件的更新速度太多，经常跟不上社会发展的节奏，所学的知识脱离实际应用，然而Multisim可虚拟电子元器件以及各类电子电工仪表，通过软件将元器件和仪器融为一体，能满足中小规模的模拟、数字逻辑以及混合电路的仿真需要[1]。根据控制工程系统模型的多样性，设计不同形式的模拟电路，追求数学模型到模拟电路的转型，利用其便利的虚拟示波器完成波形的观察，数据的记录和分析，与实际硬件实验相比，暂时回避学生在线上实验中示波器、信号源使用难的问题，电路复杂接线错误烧坏芯片的问题，把知识先掌握，在仿真电路可以任意的改变电路参数，分析系统性能的变化，得出正确的结论，在线下硬件实验中我们再来解决信号源、示波器与实验电路连接使用的技巧，解决目前再实验中经常因为不知道实验想象，盲目的调整的过程，往往不知道学生到底是知识点没掌握，还是仪器设备不会使用。实现虚实结合，既是对课堂教学的补充，也为下线实验奠定基础，而后在进行下线实验时，更能得心应手，降低实验设备的损坏率的同时提高实验教学效果。图1为虚拟仿真与课程教学结构图。以Lab VIEW虚拟仿真平台建设促理论教学，以Multisim虚拟平台建设促实验教学的改革模式，体现了现代技术与传统经典理论课程的信息融合。将虚拟仿真引入课程教学过程是控制工程课程的必要教学改革手段。

2  实验改革方案设计

摘要：目的：在5G技术的推动下，为了丰富教学，弥补教学和练习条件不足、教学形式单一等问题。方法：通过无线实时动作捕捉系统与足球专项课堂教学相结合，将24名学生随机分成实验组和对照组进行实验研究。结果：虚拟仿真技术进入足球专项课堂教学，对提高学生绕杆射门速度、运球稳定性与射门落点准确性具有明显的效果，且较实验前后、对照组的差异均具有显著性（p<0.01）。结论：虚拟仿真技术进入高校体育专业术科课堂教学具有一定的必要性，既有利于改善教学方式枯燥、教学效果不理想的状况，又能达到增强学习兴趣、提高运动技能的目的。

关键词：虚拟仿真；体育专业；课堂教学；足球

虚拟仿真是以计算机技术为核心生成的具有视、听、触等多种感知的虚拟环境，使用者利用匹配的设备进行人机交互联系，使人产生身临其境的体验。虚拟仿真技术作为教学现代信息化技术应用到教育教学的有效载体，以其主题鲜明、问题聚焦以及交互性强等特征，正在被普遍应用到诸多学科的教育教学中。在5G技术的推动下，本研究主要采用实验法，以高校体育专业学生创新创业能力为出发点，将现有大学生培养模式进行扩展，以学生的创新能力培养为重点，以虚拟仿真实践教学为载体，从多层次和多方面设计体育专业技术教学实验方案，将虚拟仿真技术与体育专业术科课堂教学相结合，改变多媒体课件制作目的不明确、教学方式枯燥、教学效果不理想的状况，以弥补教学和训练条件不足，解决教学形式单一等问题，让学生能更亲密地接触和体验体育运动带来的乐趣，达到提高学生运动技能、增强学生学习兴趣、改善课堂教学效果的目的。

1相关概念简介

1.1虚拟仿真相关介绍。随着5G技术的诞生，加大了网络速度要求较高技术领域发展的空间。虚拟仿真是以计算机技术为核心制成的具有多种感知的虚拟世界，使人产生真实的体验。该技术集合了计算机仿真、计算机图形、人工智能、数字图像处理、多媒体技术、传感、网络及显示等多个领域技术的综合性信息技术。[1]虚拟仿真技术被引入实训教学环境中，打破了传统枯燥乏味的教学方式，且以有效提高学生发展创新思维为目标。

1.2课堂教学课堂教学是在各种教学模式中普遍使用的一种教学手段。它是指在法定的一次课中，按照教学大纲和教学计划规定的内容，由教师给学生传授知识和技能的全过程，它主要包括讲解、示范、问答、解惑等教学活动以及所使用的各种教具。通常把年龄或知识程度相近的人群，聚集在固定的班级，按统一的教学大纲内容，选择适当的教学方法，并在固定的时间内，向学生教授教学内容的组织形式。[2]

2实验对象与方法