时间：2022-04-24 23:07:58
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇虚拟实验设计论文，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
（一）实验分析
高锰酸钾制取氧气是利用酒精灯、试管、铁架台、导管、集气瓶、水槽等仪器，通过加热高锰酸钾制取氧气，利用排水法来收集氧气。学生不仅要掌握实验原理、目的，实验仪器和药品的使用方法及注意事项，实验步骤、化学方程式的书写等内容，还要培养观察、分析能力和实践操作能力。
（二）《高锰酸钾制取氧气》的实验目的
（1）通过虚拟实验中的文本展示工具，使学习者了解实验目的、原理和方法。
（2）通过对虚拟实验的操作，掌握药品的选择以及仪器连接的先后顺序，能够动手制取氧气。
（3）通过对实验过程、现象的观察、分析实验反应机制，加深对实验的认知和理解。
（三）《高锰酸钾制取氧气》的虚拟实验活动设计
学生要完成虚拟实验首先需要安装Secondlife客户端，进入Secondlife虚拟环境，通过以下流程完成整个虚拟实验。
（1）准备阶段：学习者通过Secondlife提供的地图工具搜索到虚拟实验室地标并通过瞬间移动工具进入虚拟实验室。
（2）实验阶段：学习者通过人-机交互选择事先通过3D建模工具创建好的虚拟实验仪器、药品并通过资源工具查询相关仪器的使用方法及实验装置图，完成实验仪器的装置；点击各个实验仪器、添加药品来完成实验。
（3）评价反馈阶段：教师根据学生提交的实验报告和学习者的学习记录对学习者本次实验进行一个综合评价，并将评价结果通过评价反馈系统及时反馈给学习者。
二、《高锰酸钾制取氧气》的虚拟实验环境设计
本研究以《高锰酸钾制取氧气》为例设计的虚拟实验环境。以实验过程的设计为理论基础从场景及模型设计、交互设计、支持工具设计、特效设计、评价设计这几方面设计三维虚拟实验环境。
（一）实验环境的场景及模型主要虚拟教室、虚拟实验室和仪器设备组成
虚拟教室由讲台、桌椅、多媒体系统、音响设备、电子白板、书柜、书、电脑组成，供学习者实验后进行交流、报告、探究、形成实验结论。虚拟实验室主要由实验环境、实验操作台、水池、药品柜、灭火设备为为学习者完成实验并获取实验数据。仪器设备主要是酒精灯、试管、铁架台、导管、集气瓶、水槽、铁夹、烧杯。药品耗材主要是高锰酸钾等。
（二）交互系统设计
（1）人机交互设计：在实验中通过操作交互，学习者能够感受到实验设备的控制感和体验感。在Secondlife中，利用创建工具可以实现简单的“点击”“移动”“坐在上面”等操作，Secondlife提供的林登脚本语言可以设置改变物体的性质、运动方式、运动轨迹、对外力的反应等等，能够较好地支持学习者的操作交互。
（2）交流工具：学习者在实验过程中和老师、同伴交流的方式主要有在线的同步交流和异步交流。
（三）支持工具设计
实验支持工具是指支持学习者完成实验的所有工具，本研究的支持工具主要包括搜索工具、资源工具、实验认知工具、评价反馈工具等。搜索工具主要是地图工具和瞬间移动工具通过它们是搜索定位各种学习场所、用户，并瞬间移动到目的地。资源工具包含Secondlife内部资源和外部资源。内部资源主要是3D浏览器；外部资源包括各大搜索引擎。这些工具可以搜索Secondlife内部和外部各种信息资源实验认知工具主要包括3D建模工具、拍摄工具、记事本工具主要为为实验过程中学习者观察记录实验现象、采集数据提供支持。评价反馈工具主要包括问卷系统（choicer、Quizchair）、学习记录系统（Tracker）、Web-Intercom，为实验后学习者自评、反思以及教师评价反馈提供支持。
（四）特效设计
在Secondlife中，通过粒子系统结合林登脚本语言可以营造烟雾、火焰、气体、雪花等各种现象。在本实验中酒精灯加热的火焰、水槽里面的气泡、集气瓶中的氧气、反应过程中的烟雾、药品晶体的状态变化等效果都可以通过粒子系统来实现。
三、结论
【关键词】虚拟实验;弹药检测;
【中图分类号】G40-057 【文献标识码】A 【论文编号】1009―8097(2009)07―0130―02
引言
在弹药检测技术和传感器技术等课程教学中,为了使学员理解讲授内容,需要进行一些必要的实验操作。由于弹药检测实验具有一定的危险性、过程短暂、过程细节不易观察、实验费用高等特点,而虚拟实验作为一种先进的教学手段,以其直观性、灵活性、实时性、形象化的优势,通过创建动画,细化过程细节,可比较轻松地解决传统授课方式无法解决的问题,把抽象的问题变得很直观,使学员能置身于现场实验氛围之中,对突破教学难点起到了较好的作用。教学实践证明,在现有条件下开展虚拟实验与现场实验相结合的实验方法,是一种行之有效的教学方法。
一 虚拟实验的概念和特点
虚拟实验通常是指借助于借助计算机技术,利用文字、图形、图像、声音等在微机屏幕上形成的可部分或全部代替传统实验过程的实验操作环境,实验者利用鼠标和键盘的操作完成实验,使实验者感受到与真实实验相似的过程。我们按照教学要求组成的虚拟实验软件,为学员提供一个虚拟实验环境和过程的操作平台,它包括系统结构组成、实验设计、工作原理、操作过程、实验状态、步骤提示、结论分析等。通过虚拟实验软件把实验设备和教学内容有机地融为一体,加深了学员对实验目的、原理、过程、方法、设备结构、注意事项等的理解,达到现场实验难以实现的效果,培养了学员动手和思维能力,丰富了实验技能,深化了对知识的理解,同时增强了学员对实验的兴趣,提高了教学效果。
二 弹药检测虚拟实验的优点分析
1 保证实验者的安全:在真实的弹药实验中,由于弹药特有的危险性,容易发生安全事故,产生一定的心理负担,而采用虚拟实验由于不使用真枪实弹,可以避免事故发生,杜绝真实弹药实验的风险。
2 降低实验成本:弹药实验的费用较高,少则几十元,多则上万元,而且一旦损坏设备,往往还会伴随人员的伤亡,后果十分严重;采用虚拟实验的投资费用比较低,可以长期使用,并可以不断改进和优化实验内容,近似达到零成本的效果。
3 提高学习效果:虚拟实验软件可以直接安装在微机上,摆脱了传统实验受时间、场合的限制,学员通过调用不同的实验模块,可以自行选择实验项目,实验结果可以通过文字、图形、图像、声音等形式显示给学员,来判断操作是否正确,激发学员的学习兴趣;它还具有重复性的特点,通过多次重复使用,加深学员对实验的理解,使学员熟悉实验设备的应用,锻炼他们观察实验过程和分析实验现象的能力。
4 强化学员对实验细节的认识:弹药实验具有“三高一短”(高温、高速、高压、过程短暂)的特点,其过程复杂而短暂,很难从感官上得到深刻的认识,即使参加了实际的试验过程,如果不采用相应的设备,也很难获得实验结果。弹药发射实验过程通常在数十毫秒内结束,实验结果单凭人的感官是无法得出结论的。而采用虚拟实验的方法,可以将实验过程速度放慢,结合声光效果,细化实验过程,观察细微环节,加深了对实验内容的理解。
三 弹药检测虚拟实验的实现手段[2] [3]
制作实验课件首先要进行总体规划,制定系统总体目标、模块功能和实验流程图,绘制设备或零件图,完成脚本编写。
选择合适的软件是制作虚拟实验课件的基础,我们根据虚拟实验的特点,由flash、3D Max完成二、三维动画等基本素材的制作,利用它们具有的多媒体编辑、声光效果和控制功能,实现了实验项目的虚拟实验设计功能;课件的部分复杂设备零部件由SolidWorks软件制作,再以图形方式代入flash或3D Max中,充分发挥各自的特点,最后以Authorware为平台进行模块的链接合成及调试,完成课件的,它们最终都可以在Powerpoint下,以超动态链接被调用。
四 虚拟实验的应用范例[1]
在弹药检测技术课程教学中,我们制作了多个虚拟实验模块,经过在课堂应用后,学员们普遍反映教学内容易于理解、印象深刻,通常完成一次虚拟实验后,就可以基本叙述出工作原理和实验过程,而这是教员用语言表述很难达到的效果。在此例举几个虚拟实验的应用范例:
1 初速、膛压虚拟实验
弹药的初速、膛压实验是弹药检测技术课程的重要实验,但是由于现有实验条件的限制,不可能也没有必要每人都进行一次实验,即使实验者亲自参加了实验,也只是在现场听到一声发射的巨响,看到一团火光,从实验设备上得到了一组数据,而对实验中的细节是无法体会的,我们在课堂教学中采用了虚拟实验软件,把实验过程以“慢镜头”的方式,将火药燃烧、弹丸运动、传感器接收测试信号等过程展现给学员,使学员清晰的看到了实验的细节和结果,仿佛亲身经历了现场实验。膛压和初速虚拟实验的部分画面见图1和图2。
2 传感器原理虚拟实验[4]
传感器是新型弹药和检测设备的关键部件之一,掌握传感器的知识对理解教学内容十分重要,由于它们的结构通常精密小巧,理论推导复杂,有时很难用语言讲述清楚。在讲解时通过虚拟实验演示,将结构原理、实验曲线、工作过程等动态地展示给学员,可以取得较好的效果。例如,在讲解热释电传感器和光电二极管时,通过虚拟实验,将传感器的结构组成、工作原理、光谱和阶跃响应、灵敏度等特性形象清晰地表现出来,其部分画面见图3和图4。
五 结束语
由于虚拟实验可以生动形象地反映教学实验内容,教员讲得轻松,学员学得透彻,节约了大量的时间和精力。通过多期的教学实践证明,虚拟实验已经成为弹药检测技术和传感器技术等课程教学的有效教学方法之一,取得了良好的效果,受到了广大师生的青睐。但是虚拟实验毕竟是实验教学的辅助手段,决不能完全取代实际实验,必要时要采用虚实结合的方式,通过个别现场实验、(高速)录像片回放等方法,才能达到更好的教学效果。虚拟实验不是万能的,我们需要把它和传统的实验方法相结合,具体问题具体分析,充分发挥它们各自的优势,才能提高教学效果和质量。
参考文献
[1] 陈雷等.弹药检测技术[M].石家庄:军械工程学院出版社,2007.
[2] 李永等.Flash多媒体课件制作范例导航[M].北京:清华大学出版社, 2006.
该成果坚持“理论与实践、创意与技术、传承与超越”并重，以行业需求为导向，以提高学生实践创新能力为目标，着力提升服装纺织人才培养质量和就业创业能力。以自主研发的实践教学信息管理系统为支撑，以本科生科研训练、实验室开放及学科竞赛等实践项目为拓展，按照服装产业链和产品开发流程构建实践教学体系，搭建创新能力培养和学生展示创意成果的“大实践”平台，构建服装纺织人才培养新模式。该项目的主要内容包括以下 5 部分。
（1）创建艺工结合开放式实践教学网络管理模式。以实践创新能力培养为核心，以现代教育技术为手段，以计算机网络为支撑，自主研发实验室与实践教学综合管理系统。系统包含三大模块：包含实验项目、实验队伍、实验室数据上报和报表汇总、成果管理等 8 项内容的实验室综合管理模块；贯穿于毕业设计（论文）全部流程的管理子系统；包含本科生科研训练管理、实验室开放项目管理、学科竞赛项目管理 3 个子系统的大学生创新计划管理模块。
（2）构建“三层次、五模块”的实践教学体系。建立基于网络管理的“基础实验技能训练”“专业综合能力训练”和“设计创新能力训练”三层次和“验证性实验设计性与创新性实验跨课程综合性实验艺术创作（工程设计）能力实训集成创新实践（创作、研究开发）”五模块的实践教学体系。
（3）夯实基础，强化创新，多方位拓展和丰富实践教学内容，重塑学生知识结构。创建本科生科研训练、实验室开放和学科竞赛项目，并将其作为实践教学的重要内容。积极开展项目教学，推进产学研合作。将三类项目与相关课程相结合，突破传统内容局限，实现理论与实践的紧密融合。
（4）搭建贯穿人才培养全过程，多方协同、资源共享、产学研合作的“大实践”平台。将相关实验室和工作室、大学生创意工厂、市级实验教学示范中心、校级科研和学科竞赛基地等校内资源与校外人才培养基地等资源进行有机整合。
（5）建立实践教学项目的评审、管理和奖励等长效机制。制定各类项目管理办法，建立教务处、各教学部门、项目负责人的三级项目管理制度。每年以网络为平台，开展项目的立项工作，并强化网上过程管理，定期进行项目验收与总结。
该项目实现了学习环境、管理手段、教学体系以及教学模式等 4 个方面的创新：充分利用网络技术、计算机技术和信息技术，开展和探索虚拟、仿真实验教学，为学生创建一个全新的学习环境；结合学校实验教学特色和项目管理要求自主研发“实验室与实践教学综合管理系统”，提高实践教学的管理效率和水平；建立了“三层次”训练和“五模块”逐级递进的实践教学体系；采用“课堂教学与创作实践相结合，以创作提升教学、以实践再现创新”模式，以课内实验内容为基础，以本科生创新实践项目为延伸，以产学研合作项目为升华，全方位拓展和丰富实践教学内容。
据项目负责人北京服装学院教授周永凯介绍，该研究成果在实践中得到了丰富和完善，在推广中取得了显著的成效。本系统将虚拟实验平台与学校网络教学平台（EOL）相结合，为学生搭建自主学习平台，将多媒体课件、实验教学大纲、实验课程教学视频等作为网络服务内容，并实时网上信息，为学生提供了丰富的网络学习资源。通过实验室综合管理系统、毕业设计（论文）管理系统和大学生创新计划管理系统的建设，提高了管理效率和水平，实现了实验室和实践教学的网络化和信息化。以网络管理平台为支撑，科研训练和学科竞赛屡创佳绩，学生实践创新能力显著提升。培养的学生更加适应纺织服装行业需求，赢得了社会的普遍赞誉。项目组成员在项目研究与实践过程中，围绕服装纺织人才实践创新能力培养，进行了大量的理论和实践研究，取得了丰硕成果。同时本项目的成功经验多次应邀在全国纺织服装类院校教学管理经验交流会上进行了分享。
[关键词]虚拟实验；整合情境；轻游戏；沉浸理论；整合教学法
[中图分类号]G40-057 [文献标识码]A [论文编号]1009—8097（2013）11—0109—06
一 引言
虚拟实验注重的是实验操作的交互性和实验结果的仿真性，主要是借助于图像/图形、仿真和虚拟现实等技术在计算机上所营造的可辅助、部分替代甚至全部替代传统实验各操作环节的相关软硬件操作环节。通过研究发现，现在的虚拟实验普遍存在以下几个问题：第一，虚拟实验缺乏趣味性，枯燥乏味，不能引起学生的兴趣，学生很难主动投入学习并维持学习兴趣。第二，虚拟实验缺乏与学生的互动，基本上虚拟实验是由教师控制界面，学生处于聆听模式。第三，教学理论陈旧无力，学习者缺少自主探宄，合作分享的机会。以上这些问题容易导致学习者对虚拟实验缺乏兴趣，产生厌烦、急躁甚至排斥的情绪，学习效果大打折扣。归根到底，出现这些问题的原因是与现代教育理念相悖，现代教育理论倡导教师应由处于中心位置的知识权威转变为学生学习的指导者和合作伙伴、设计者、教育的研究者，学生应由被动的知识容器和只是受体转变为知识的主宰、学习的主体，学习环境应由简单的背景化信息转变为具有吸引力和复杂情境的功能性教学载体。由此可见，虚拟实验的设计面临着改进需求。
按照2002年麻省理工学院和微软公司提出“现代教学法+艺术化游戏环境=下一代教育媒体”的观点，虚拟实验要实现吸引、促进学习者沉浸其中，使学习者深度体验实验过程，探究实验结果，那么有先进并恰当的教学理论为设计依据，加上具有强烈感官刺激、心理挑战的游戏化环境设计，实现教学、心理、艺术效果的完美结合。据此，我们认为虚拟实验应创设为能吸引并使学习者沉浸其中的虚拟学习环境，这个虚拟环境具有较强的现实感、交互性、艺术性、娱乐性等特点。基于以上考虑，此本文提出创设整合情境，将“轻游戏”元素增设到虚拟实验中，设计了基于整合情境的游戏化虚拟实验模式，并将此设计模式应用到开发的虚拟实验案例中。
二 整合情境及沉浸理论概述
1 整合情境
（1）整合情境的概念。20世纪80年代，比利时、瑞士、法国等欧洲国家提出整合教学法（Integrative Pedagogy），该教学法是训练学生联合调动若干知识和技能，来解决复杂的情境。开始时整合教学法被应用在大学教育、职业培训中，逐渐应用到中小学教育。整合情境（Situation Integration）是整合教学法的核心，学者有些称之为靶向情境（SituationCible）或重新投入的情境（Situation Reinvestissement）。德·克特勒等认为，整合情境是“一个包括主要信息、干扰信息，并运用先前学习的一个复杂情境”，它有三个构成要素：物质支持工具、若干任务和若干命令。在物质支持工具中呈现出来的实物、背景、信息、功能等都可能是复杂、凌乱无序的。
（2）整合情境与问题情境。上述的整合情境与我们常提到教学论中的问题情境（Problem Situation）较为相似，为了更好地理解整合情境，在此有必要对两者做一个比较分析。学者对问题情境的界定不统一，布鲁纳认为“学习者在一定的问题情境中，经历对学习材料的亲身体验和发展过程，才是学习者最有价值的东西。”他指的问题情境可以理解为一种具有特殊意义的教学环境，既是教学背景，也可以是本学科的问题，还可以是其他学科的相关内容等。埃纳尔和尤尼尔认为问题情境是“教育者为了以下目的所设计的情境：为学生们创造一个围绕某个有待解决的问题进行思考和分析的空间；帮助学生们从这一“空间—问题”出发，对关于某个明确主题的新的表现加以概念化。”它包含三个因素：背景、信息和有待完成的任务。从上述概念来看，整合情境与问题情境确实有很大相似之处，都是为了教与学活动，完成某些教学任务的具象化背景，但两者的内涵和侧重点并不相同。两者的比较如表1所示。
从表1不难看出，整合情境和与我们一般所指的问题情境有很大区别，第一，功能性，整合情境更具明确的目标，教师应考虑如何利用支持工具，也就是情境的利用，而不像问题情境更重视的是情境本身。第二，情境的类型，整合情境倾向于自然情境，需要学习者在真实的环境中辨别、分析，适合学习者个体探究学习，而问题情境更多的是建构的情境，是教师为了教学目的而设计出来的情境，使学习者个体或小组获得知识和技能。第三，设计整合情境的初衷是为了整个学业的提升或学习评估，相对问题情境的目标要广泛和深远。按照达蒂夫¨2J的说法，问题情境是“任务来源”，而整合情境是“任务靶向”，可以理解为一个偏重于问题本身，一个偏重于通过问题来探究的目标。一言蔽之，整合情境是“被瞄准”的问题情境，为了更明确的方向和目的所设计的问题情境，整合情境相对于问题情境更具复杂性和真实性，更适合学习者探索和建构知识和技能。
2 沉浸理论
沉浸理论（Flow Theory）于1975年由Csikszentmihalyi首次提出，解释当人们在进行某些日常活动时为何会完全投入情境当中，集中注意力，并且过滤掉所有不相关的知觉，进入一种沉浸的状态，这种状态被描述为“流”（flow）。Wigand和Nilan将沉浸感分为三个阶段：沉浸的先前准备阶段、沉浸体验阶段、沉浸体验的结果。沉浸的先前准备阶段所考虑的要素包括注意力的集中、明确的目标、与玩家技能相平衡的挑战、活动的趣味性、简单快速的上手；沉浸体验阶段的体验包括行动与意识的统一、高度专注、对活动的控制感、时间感的变化、远程监控感；沉浸体验所带来的结果是促进学习、激发学习者的探索行为、信息技术的接受及使用、行为控制的认知。从文献可以看出，国内外游戏的设计和开发基本都与沉浸理论相关，游戏化的学习的设计和开发也当如此。有研究表明，“深度沉浸的学习相对于浅度沉浸的学生而言.在虚拟实验的环境中更容易获得满足”。据此我们认为追求流体验是游戏化虚拟实验设计的重要目标和依据。
三 基于整合情境的游戏化虚拟实验的设计
基于以上的理论讨论和实践研究，本文提出基于整合情境的游戏化虚拟实验模式，这种虚拟实验模式以创设整合情境为手段，以“轻游戏”元素为设计元素，目的在于增加学习者虚拟实验的沉浸感，激发学习动机，维持学习体验，从而达到提高虚拟实验学习的效果。
1 基于整合情境的游戏化虚拟实验的设计机理
根据心理学研究表明，要真正达到教学效果，必须从吸引学习者，维持学习者注意力着手，实现虚拟实验的沉浸体现。然而内部的心理活动是由外部的刺激，反复强化才能影响。所以外部的教学设计成为虚拟实验的关键，笔者认为可以从创设整合情境入手，给学习者营造一个逼真复杂的情境，这个情境即包括教学情境，还包括现场情境，避免枯燥无味又不具备现实意义的学习环境。本文提出，虚拟实验过程应是一个“三层”体系结构：教学层、行为层、心理层，实现一个由外至内的心理过程，由教学活动至实验过程，再到达到学习者沉浸体验的过程，从而提高学习者学习兴趣，维持注意力。具体见图1。
从图1可见，教学层、行为层和心理层都包括技术和学习两个方面，教学层处在基础的地位，也是最重要的层面，它是引领学习者进行虚拟实验的关键手段和方法，包括创设整合情境，设计实验界面，教学设计等；行为层是学习者完成虚拟实验的过程，探究实验结果；心理层是虚拟实验的最高层面，实现心理沉浸，保持学习注意力，从而完成虚拟实验的体验活动。这三层体系结构是一个从下到上，从外到内，从教学到心理一个完整的过程。
2 基于整合情境的游戏化虚拟实验设计模式
根据上述基于教学层、行为层、心理层的“三层”游戏化虚拟实验的设计机理来设计虚拟实验学习模式。虚拟实验主要分为：演示实验、验证试验和探索实验三种，它们一般的实验流程为激发兴趣、获取知识和经验、验证、应用和控制。为了体现实验的特点本文称实验操作为行为层，而每一个实验行为都对应着教学层的教学活动以及心理层的沉浸过程，它们的相互关系及内涵是学习模式的核心内容，见图2。
（1）教学层：创设整合情境、设计游戏化元素。为了能吸引学习者全身心地投入到虚拟实验中，首先可以从教学设计层面设计具有整合情境的虚拟实验环境，使学习者被生动、自然、复杂的情境所吸引，目标直指虚拟实验的核心知识：然后重点设计具有游戏化元素的虚拟实验，包括人物、场景、情节、任务和音效等，以声音、图形、视频等多媒体表现实验内容；最后通过设计的交互活动达到知识巩固、反思和激励的作用。
（2）行为层：操作游戏化虚拟实验。虚拟实验教学设计的目的是使学习者能按既定的设计步骤达到相应的实验目标，虚拟实验一般分为演示实验、验证试验和探究实验，一般都有以下几个步骤：激发兴趣、获取知识和经验、验证实验、实验的应用和控制等。实验过程是学习者在教学设计下完成的是可见、可控制的行为活动。
（3）心理层：实现沉浸体现。为了使学习者达到知识的内化，可以通过设计游戏化虚拟实验吸引并维持学习者达到长时间的心理沉浸感，可以分成沉浸准备阶段（吸引）、沉浸体验阶段（维持）、沉浸反馈阶段（迁移）三个过程，每个过程都需要和相应的教学设计和实验操作阶段配合发生，整合情境的创设就是为了激发学习者的兴趣，达到学习者沉浸体验的准备阶段。游戏化虚拟实验的设计就是为了使学习者在实验过程中获取相应知识和经验，达到学习者沉浸体验阶段。而教学反思和巩固为的是使学习者很好的应用实验知识，达到沉浸反馈阶段，实现知识的迁移。
3 基于整合情境的游戏化虚拟实验的特征
（1）强调自然情境的学习意义。从社会学的视角来看，“情境”指一个人正在进行某种行为时所处的社会环境，是人们社会行为产生的条件；从心理学的视角来看，“情境”指的是事物发生并对机体行为产生影响的环境条件；学习论的视角来看，“情境”则是学生从事学习活动、产生某种学习行为的一种环境和背景。基于整合情境的游戏化虚拟实验所指的“情境”在学习环境中一般并不存在，它是被建构出来的，任务的结果也不是一目了然，信息复杂，表述曲折，难以理解，具有障碍和隐蔽性，更趋向于真实的自然情境，但它的功能明确，即为了服务教学目标。
（2）强调游戏对学习兴趣的激发。布鲁纳等认为学习是学习者内部动机驱动的积极主动的建构过程，激发学习者的学习动机尤为重要。基于整合情境的游戏化虚拟实验强调利用“轻游戏”的设计，给学习者创造“流体验”，使学习者更容易沉浸，达到深层次的参与。虚拟实验的激发兴趣、获取知识和经验、验证、应用和控制等一般步骤，都可以在游戏化虚拟环境中完成。我们认为，游戏不是虚拟实验的目的和重点，游戏化的环境设计是让学习者能沉浸虚拟实验学习的手段，完成心理层面的沉浸体验的三个阶段，最终实现虚拟实验的知识获得或迁移。
（3）强调教师对学习者或学习小组的支持。建构主义学习理论强调学习者积极主动地建构知识，教师的地位发生了变化，从原来的灌输知识主导教学活动。基于整合情境的游戏化虚拟实验“情境”的设计者一般是教师，当然也可以是其他成员，情境的发起者和解决者之间形成合约的关系，教师可以让学习者选择是否进入学习情境，学习者可以自由选择学习方式，教师可以提供帮助，督促学习者学习，直到评估合格。整个教学过程的设计十分重要，关系到整个学习过程的展开。学生或者学习小组成了主体，而教师的地位退居其后，成为中介者、支持者，负责情境的建议和发起，更多的学习主动权交给了学生。
（4）强调探宄学习对虚拟实验的作用。虚拟实验可充分发挥其优点，根据实验的特点和学习者的特征，控制实验的条件，设计、开发具有较强交互的探究性虚拟实验。基十整合情境的游戏化虚拟实验由于其具有较强的现实性、趣味性，更适合也更容易探究学习。学习者或学习小组从整合情境中的复杂信息或自身具体经验出发，通过观察和反思概念或认知，设计或验证试验方案，这样的学习过程往往不能一次性完美完成，学习者或学习小组得反复探宄，不断完善和修正。如此一来，可以发展学习者的积极主动性和探索精神。
综上，基于整合情境的游戏化虚拟实验实质上是创建了以学习者为中心，教师为支持的整合学习环境，这个学习环境具有一般虚拟实验特点的同时还具有情境性、艺术性、娱乐性，吸引并使学习者沉浸其中，完成虚拟实验的演示、验证或探究活动。
四 基于整合情境的游戏化虚拟实验的应用案例设计
近年来食品卫生和安全成为备受关注的热门话题，为了加强青少年对食品添加剂方面的知识，提高选购安全食品的能力。本研究基于以上提出的基于整合情境的游戏化虚拟实验的设计理论，设计开发了能进行虚拟实验和检测的食品添加剂虚拟实验室。
1 教学设计。根据“食品安全学”教学大纲和实验要求，为了学习者能融入并沉浸到虚拟实验.达到主动探究学习，获取实验知识和经验的目的，本文设计并开发了“添U加C”游戏化虚拟实验，以下将介绍该虚拟实验的设计和实现研究。
（1）整合情境创设与游戏化学习活动设计，如表2。
（2）游戏化虚拟实验。根据以上游戏化学习活动设计，我们可以将游戏化虚拟游戏过程主要分为三个阶段：整合学习活动、轻游戏化探究学习、反思分享。
①整合学习活动阶段。依照整合教学法的理论，学习是一些展开局部学习2、使用整合情境和评估情境所构成的一个连续体。整合学习活动是本案例的设计重点，主要是从其三要素：物质支持工具、信息、命令来展开设计，该案例将物质支持工具和信息整合在资料中，即物体、背景、信息、功能、信息等。
虚拟实验教学目标：为了了解食品添加剂知识，学习者进入了一个三维虚拟的超市进行选购食品，学习者可以根据以下资料，了解食品中含有哪些添加剂？推断食品添加剂对人身体有哪些影响？以及计算出人一天食品添加剂最高剂量是多少？
资料1：选购商品情境，如图4。
资料2：介绍食品添加剂情境，如图5。
命令1：完成购物报告，如图6。
命令2：完成虚拟实验，如图7。
命令3：完成实验报告，如图8。
命令4：完成添加剂重新选购，如图9。
通过以上整合学习活动后，学习者将传统学习而来或自有的经验知识整合到复杂的情境中，进行自主学习，该虚拟实验提供了物质的支持工具和信息，教师处于支持或辅导的地位，学习者被生动、自然、复杂的情境所吸引，目标指向虚拟实验的核心知识，完成指定的命令任务。
②“轻游戏”化探究学习阶段
尚俊杰等【22】对“轻游戏”的界定为“轻游戏=教育软件+主流游戏”，认为它首先是一个教育软件，并追求主流游戏的内在特征，如挑战、好奇、控制、目标、竞争、合作等，以此平衡游戏的教育性和游戏性。本虚拟实验的设计遵循“轻游戏”的设计思想，将虚拟实验设计成模拟类游戏。第一，本游戏化虚拟实验具有模拟仿真性，学习者进入的“添u加C”食品超市，其中的人物、货物、货架、标签、背景、音效等完全仿真现实超市。第二，本游戏化虚拟实验具有“轻游戏”元素设计，如情境、系统帮助、导航、虚拟实验关卡逐级递增等。第三，本游戏化虚拟实验具有真实并可完成的任务，学习者在挑选自己喜欢食品时，会出现该商品包括添加剂的情况等信息，这时适时对学习者进行添加剂知识的介绍，而学习者在离开超市前得完成添加剂知识的实验报告和虚拟实验，之后会让学习者重新选择食品的数量和种类。这样的设计是让学习者在知道、了解、掌握、应用食品添加剂的学习过程中，完成探究学习活动，教师或本虚拟实验设计者自始至终处于整合情境的发起地位，学习者主动思考、积极参与、探索食品添加剂知识成为本虚拟实验的重点。
③总结分享阶段
总结分享是一般虚拟实验的应用阶段，本虚拟实验要求学生在完成整合学习活动和“轻游戏”化探究学习后，完成食品添加剂的知识巩固练习，并在退出虚拟实验前在工艺宣传栏中填写自己对食品添加剂的宣传语，分享游戏化虚拟实验的学习心得体会，效果如图10、11所示。
2 模块设计与实现
本虚拟实验仿照了现代超市模式，按照功能进行区分，主要有购物中心、服务中心、支付中心、帮助中心。依次是对食品添加剂的了解、学习、反馈和巩固四个阶段。
（1）购物中心：是对食品添加剂的初步了解阶段。它模拟现代超市购物环境，通过键盘方向键来控制购物车的运动，按照食品的分类主要有五大区域：生鲜蔬果区、休闲食品区、粮油调味区、酒饮冲调区、营养健康区，选购时能显示食品名称、所含添加剂、原料、保质期、生产日期等信息，购物中显示购物清单，结束购物时得出购物报告，告知是否购买的食品添加剂超出国家标准。
（2）服务中心：是以食品添加剂学习和实验阶段，主要分为添加剂原理实验、剂量对比实验、添加剂案例三个部分。通过这样的实验，一方面深刻理解添加剂的功能与副作用，另一方面加强青少年动手能力。离开服务中心时，得出实验报告，告知在该中心做了哪些实验，并得出实验结论。
（3）支付中心：是以对食晶添加剂学习的反馈和巩固阶段。由于之前在服务中心的学习，会对食品添加剂有了一些队识，因此在支付报告中，学习者可以再次决定哪些食品是否要购买，以及购买的数量，还包括有奖测验和公益宣传两个模块。
（4）帮助中心：主要包括课件导航地图和添加剂知以帮助，主要是帮助青少年更好地了解该虚拟实验室的结构及操作及其对各种添加剂的认识。
本虚拟实验经过反复的调试，实现了在整个超市各个中心的数据传递，用Asp连接Access数据库，按照数据结构来组织、存储和管理数据，完善地管理各种数据库对象.实现登录注册页而、购物清单和公益宣传等数据的传递。
五 结束语
本文通过文献调研、设计机理与模式的提炼、案例的设计开发等研究，提出了基于整合情境的游戏化虚拟实验模式，并将此模式进行了初步的应用。实践证明该虚拟实验模式具有很好的艺术性、娱乐性，能很好地将虚拟实验与轻游戏化体验结合起来，能吸引学习者进入虚拟实验过程，有一定的保持吸引的作用，并能保持沉浸效果，对于学习者探究能力和合作能力的培养有一定促进效果。但是，由于研究条件和时间的限制，本研究还存在很多的局限，如案例设计和开发内容有待进一步深入，设计策略不详尽，交互设计何待改进等。我们将在后续研究中，将对该模式进行实验研究，通过数据统计和分析出该模式在维持学习者动机、学习效果、探究认知等方面的情况，为实现吸引学习者并保持沉浸感的虚拟实验进行更深入研究。
光通信技术是当今信息技术领域的前沿与支撑技术之一。2013年，国务院颁布“宽带中国”计划，进一步提升了光通信技术在国家发展战略中的地位。简言之，光通信技术是光纤技术与通信技术的综合体，它具有高速、大容量的优点，但亦存在高成本、高复杂度和多学科交叉的特点。这成为该门课程实践教学开展的主要困难。而且，对于省属地方高等院校，同时面临生源基数大、实验教学经费短缺、设备更新缓慢等难题，使得该问题更加凸显。为缓解这一问题所带来的影响，基于专业光通信仿真软件，引入虚拟实验教学时必然趋势。
一、虚拟实验教学改革的背景与意义
作者所在的黑龙江大学电子工程学院，《光通信技术》实验需为两个本科专业（光电子技术系和通信工程系）学生（约180人/年）提供课程资源。原有《光通信技术》包含“光纤低损耗熔接”“光纤纤芯分布测量”“光纤微弯损耗测量”“光时域分布反射测量”和“可视光通信传输系统演示”5个基础专业实验，仅能覆盖《光纤技术》和《光通信技术》两门专业必修课程的实验教学任务，学生缺乏对“光电子器件”应用的认知。而且，光纤与光通信技术是本专业最重要的两个研究方向之一，是专业学生就业与求学的主要支撑技术。近10年来，光通信技术在“光传输”“光交换”“光接入”和“可见光电力线通信”等领域高速发展。然而，现有实验教学设备多购置于2001年，部分已陈旧、老化。与此同时，面临教学经费不足，设备台套数有限，仪器价格昂贵，由于普通高校扩招导致生源剧增的双重压力，对应的实验内容无法得到更新，课程讲授内容与实验教学脱节，学生学习兴趣低下。
图1 原有专业基础实验方案
与之相比，专业仿真软件具有价格低廉，覆盖领域广，专业性强，灵活性、操作性好等系列优点，可实现光放大器设计，光电转换器件测试，多光通信系统实时在线模拟等功能，与本专业光纤技术、光电器件与检测、光通信技术课程内容吻合。鉴于此，将虚拟实验与原有的专业实验相结合，以专业实验为基础，虚拟实验为进阶，二者相互补充、取长补短，将可有效缓解专业实验教学中所面临的困难。
二、虚拟实验教学改革的具体实施方法
（一）方案设计与实验室建设
1.保留原有的“光纤低损耗熔接”“光纤纤芯分布测量”“光纤微弯损耗测量”作为基础实验，删除“光时域分布反射测量”和“可视光通信传输系统演示”两个实验，节省6学时的课程资源。
2.开设“光通信仿真设计”课程设计，以虚拟实验教学方式提高学生对于“光通信系统架构”“光纤放大器设计”“光电子器件工作特性”的掌握能力。课程设计采用机房集中教学模式，包含“光发射机/光接收机的实现”，“误码率与质量因子评价”“色散补偿特性测试”“光放大器性能优化”“格式生成与转换”五个模块，共计32学时。其中，讲授学时8学时，实验学时24学时，第一、二模块为必选，后三个模块至少任选其一。
3.将原有机房进行升级与改造，新购置计算机50台套，服务器1台套，投影教学设备1台套。更新原有网络布线与系统，实现教师与学生互动能力，提升学生间的交互学习能力，改善学生个人的实验学习平台环境。购置专业光通信仿真软件OptiSystem（12.0版）1套，可同时满足30人在线仿真需求。
图2 虚拟实验设计方案
（二）虚拟实验教学实施方法
在实际的教学过程中，该门课程对于光电子技术专业学生（年均60人）为必修课程，分成2个教学班级循环教学；对于通信工程专业学生为选修课程，根据以往统计，选修课程人员约60―80人，亦分成2个教学班级循环教学。除讲授8学时外，学生需在2周内完成24实验学时，教学资源采用开放模式提供，学生可自行安排学习时间，学时计算由智能管理系统完成。教学模式除课上教学、实验外，还包括师生在线交流与在线答疑。课程考试采用报告模式提交，3人一组，需分工明确，格式统一，数据与分析清楚有效。
图3 虚拟实验教学的实施与执行
三、效果与评价
对于通信工程专业，该门课程设置在第六学期，需学习前期的光纤基础实验。对于光电子技术专业，该门课程设置在第七学期。作为中间环节，他是专业实验的进阶，同时作为本科毕业设计的前期训练，起到承上启下作用。运行一年来，效果显著。主要体现在：（1）增加了实验教学资源，缓解了实验设备台套数少的困难，提升了学生的实践实训能力；（2）完成了课堂教学与实验教学的完整对接，教学内容与深度得到进一步提升；（3）激发学生学习兴趣，为教师的科学研究提供有效辅助。截至2014年12月，已有11名专业学生参与到教师的科研团队中，并在光通信设计领域发表EI检索科研论文3篇，申报发明专利1项，获授权实用新型专利2项，获批省级、校级创新创业课题2项。
1.1改革实验内容，增加综合性、创新性实验，激发学习兴趣
仪器分析实验主要分为：验证性、设计性和综合性三大类．原先我们开设的实验主要偏重于验证性，内容也比较陈旧，我们根据现实情况做了以下改进．
1.1.1压缩验证性实验
为了培养学生的创造思维，打破传统的重理论轻实践的观念，充分调动学生学习积极性，本着强化动手、动脑能力及学生创新能力的培养，压缩了验证性实验的学时数，现开出验证性实验12学时，综合性实验14学时，设计创新性实验项目6学时．
1.1.2增加贴近生活的实验
增加了密切联系实际、贴近生活的实验项目，如奶粉中三聚氰胺含量的测定、地沟油中脂肪酸类的测定、湖泊水样中重金属铜、镉含量的测定等与健康、环境密切相关的问题．如我们让学生检测长江水样中重金属铜的含量，并让其进行评价，从采样、样品的保存和处理及测定全程让学生亲自参与，并要求学生将测定结果与国家标准对照，让其分析评价所采水样是否达标，从好奇心出发激发学生对实验的兴趣，让学生充分发挥主观能动性，增强学生动手能力和操作技能，培育学生的社会责任心和创新能力．
1.2利用现代教学手段，提高实验教学效果
由于分析仪器存在原理抽象、结构复杂、课堂教学与实验脱节等问题，在仪器分析实验的教学中借助多媒体技术可以降低学习难度，突破教学难点，加深学生对基本理论、仪器结构和微观过程的理解，使抽象的内容具体化，复杂的内容简单化．在光学分析实验中，我们比较了紫外—可见吸收分光光度计和荧光光谱仪的结构，将这两种仪器的结构流程图、各元件内部结构和测试原理通过多媒体图片向同学们讲解，使学生掌握了荧光光谱仪的光源与检测器成直角型，而紫外—可见吸收分光光度计的光源与检测器成直线型，同时还比较了它们在单色器方面的差异．又比如质谱仪、核磁共振波谱仪和毛细管电泳等学校暂时没有的仪器，采用虚拟仿真实验的方式，通过多媒体课件让学生观看了解这些仪器的结构流程、各部件的作用、操作规程等，弥补了大型仪器不足的问题．多媒体技术图、文、声、像并茂，生动活泼，可以化静为动、化虚为实、化抽象为直观，具有表现形式多样化、感染力和吸引力强等优点，能激发学生兴趣，活跃思维，显著提高了实验教学效果．
1.3完善考核办法，激发学生学习积极性
实验考核是研讨教学规律、检查教学质量、改革教学内容及方法的重要依据，是实验教学成功的有力保障．科学的考核手段可以提高学生学习的积极性和主动性，引导学生向良好的方向发展．为此，我们根据仪器分析实验课程特点，制定了能客观反映学生综合素质的多元实验考核办法：平时成绩与期末考试成绩相结合的方法，期末考试包括理论笔试和实验操作技能．具体办法如下：
（1）平时成绩为60%，主要包括：实验预习、实验操作、原始数据记录、实验作风、数据结果处理及误差等．实验报告强调实验步骤描述的准确性、书写的规范性；实验结果和数据要与原始实验记录的一致性；
（2）理论考试为20%，对实验涉及的分析仪器的原理、结构、使用对象及条件进行考核；
（3）操作考试为20%，在事先出好的10套操作测试题中由学生抽签决定实验项目，在给定时间内独立完成实验，改变传统“照方抓药”的实验方式，培养学生分析、解决问题和综合运用知识的能力，以考代学，有效提高了学习效果．
1.4加大实验室开放力度，培养学生的创新思维和科研素养
为适应新的人才培养目标要求，激活学生创新潜能，强化学生创新思维、创新能力的发展，我们加大了实验室大型仪器向不同层次学生开放的力度，完善了开放实验室管理条例．其中，开放实验主要分为两种形式．
1.4.1设计型实验
鼓励学生在掌握基本实验技能的基础上，完成自己感兴趣的设计型实验．设计型实验一般由老师列出相应实验题目供学生选择，学生根据自己兴趣选定一个题目后查阅资料．以“三峡库区水样中有机污染物荧光光谱特性”这一实验为例，实验老师首先向同学们讲解实验设计的基本原则和要求，培养学生查阅资料能力．学生根据老师提出的实验设计理念查阅相关文献写出实验方案，经与指导老师讨论并经指导老师审查和验收合格后利用课余时间进行实验．学生可通过自由组合的方式成立实验团队，统筹安排好实验仪器和试剂，实验过程中尽量体现学生的自主性，对实验中所产生的问题要求及时记录并想办法解决，最后写出实验报告．实验完成后，指导老师及时的组织同学们进行交流总结，升华同学们的研究性学习成果．
1.4.2科研型实验
让专业知识扎实、操作技能娴熟的同学参与相关教师的科研课题和课外科技活动项目（如大学生创新性实验项目，“挑战杯”等），整个实验以学生为主，教师为辅．实验室在时间和空间上为学生提供宽松的学术环境和氛围，目的是让学生了解本学科的科学前沿，引导学生去思考问题，以增强学生求知欲，培养他们的创新能力和科研素养．如教师结合其研究成果，开设了科研型实验项目“磁性四氧化三铁用于环境水样中亚甲基蓝的吸附研究”．实验需应用共沉淀法制备纳米材料，并研究其对水样中亚甲基蓝的吸附等．要求学生通过文献查阅了解纳米材料的主要化学制备技术，重点掌握共沉淀法；研究纳米材料对染料亚甲基蓝的吸附性能并熟悉紫外—可见分光光度计、红外光谱仪等仪器的原理和操作技能．学生通过查阅文献，设计方案，独立实验及论文写作，把所学的理论、实践及相关知识综合运用，使学生的知识、能力和素质三者融合发展，充分发挥学生的创造性和积极性；加强师生间的沟通，培养了学生提出问题、分析问题、解决问题的能力和创新思维及科研素养．学期末教学质量调查结果显示学生普遍对此类实验具有浓厚兴趣，学生的实验研究兴趣和动手能力均得到了提高．
2结语
关键词： 药理学 实验教学 综合性改革
提高学生素质，增强学生综合运用知识解决实际问题的能力、动手能力及创新能力是高校教学永恒的命题。将学生创新能力培养纳入实验教学中是适应国家创新型人才培养的需要[1]，实验教学是学生接受实践锻炼和提高实践能力的良好途径，在素质教育和能力培养中具有不可替代的作用。
1.对药理学实验教学进行综合性改革的背景及意义
《药理学》是高等医学的主干学科，是医学与药学、临床医学与基础医学的桥梁，对医学生和药学生均是关键的专业基础课程。《药理学》是一门以实验为基础的学科，药理学理论的任何进展均要以严谨的基础与临床实验证实，因此《药理学》实验课教学对于促进医药类本科生深入地理解药理学理论知识，从而在以后的临床工作和药学服务工作中更好地运用药理学知识是十分重要的。同时，由于医药类各学科的科学研究几乎均用到《药理学》实验设计和实验技能，因此良好的训练对于医药类本科生进一步深造的科研工作是十分重要的。
不少院校同仁对《药理学》实验教学改革进行了多种有益的探索与实践。广州中医药大学将药理学实验教学整个过程分五个阶段进行，由浅入深、由简渐繁，进行“渐进性、探索性药理学实验课程”教学改革，不同层次学生均自第一阶段起始，终止于不同阶段，从而满足不同层次教学的需要[2]。内蒙古医学院在实验教学中引入科研设计性实验，将选题立项工作也交给学生自主完成[3]。有些院校强调采用现代教学手段例如多媒体教学、虚拟实验教学等进行实验教学改革[4]。北京中医药大学在本科生药理学实验教学中增加SCI论文的实验设计，增强学生的自由探索科研意识，帮助学生掌握科研设计的基本原则与思路，结合采用实验方案讨论会等培养学生的创新思维，进行药理学实验综合性、设计性实验的教学改革与创新[5]。
2.我院《药理学》实验教学改革的探索与实践
目前我校《药理学》实验教学方法仍主要采用传统教学方法。课前实验师准备好所有实验所用药品、试剂及仪器，实验课堂上先由带教老师讲授实验目的、原理、实验材料、实验方法，然后示教，最后学生在老师的引导下进行整个实验，取得实验结果，提交实验报告。实验项目基本为验证性实验，强调通过实验教学加深对理论知识的理解和巩固。应该肯定，现有的《药理学》实验内容及教学方法基本满足教学需要，对本科生实验技能的训练和理论教学的巩固作用基本符合大纲要求。但是由于《药理学》实验教学内容已经采用多年，实验内容陈旧、单一，缺少综合性、设计性实验内容的安排，无法适应新形势下对医药类人才培养的要求。因此，笔者对实验教学进行了综合性改革的探索与实践。
2.1对现有实验项目进行渐进性安排
现有的八个实验项目，由易入难，每个实验着重训练不同的药理实验技术。第一次实验组织学生分组观看“药理实验基本技术”教学录像，促使学生对药理实验技术建立一种初步感性认识。然后考察硫酸镁不同给药途径的不同药理作用，帮助学生深入理解给药途径对于药效的影响，同时训练学生灌胃及腹腔注射两个最基本的实验技术。第二次测定某药物的LD50，该实验为经典的药理总论部分实验，学生既可以复习上次训练的技术，又可以深入理解药物的安全性。第三次实验进行有机磷农药中毒与解救，训练学生的家兔静脉给药技术，中毒及解救实验结果的观察能力，并对拟胆碱药及抗胆碱药的药理作用及不良反应进行复习及深入理解。第四次考察巴比妥类药物的中枢抑制作用，训练学生对于中枢抑制药筛选方法的掌握。第五次考察呋塞米的利尿作用，训练学生对家兔的灌胃操作技术及静脉注射技术。第六次考察糖皮质激素的抗炎作用，训练学生肌肉注射操作。原有的家兔离体平滑肌运动实验及家兔血压实验整合进新研发的药理学综合性、设计性实验内。整个药理学实验课程安排在第七周开始进行，以配合《药理学》理论课教学进度。
2.2《药理学》综合性、设计性实验的开发
选择“β-受体阻断药（普萘洛尔）对高血压、心律失常及呼吸道平滑肌运动的影响”作为实验项目，训练学生独立自主完成实验的能力，包括查询文献、设计实验方案、分组讨论、优化方案、准备药品及仪器、进行预实验、正式实验、结果观察与分析及总结等各项能力。由此，我校医药本科生将获得有关药效学实验全程的严谨训练，从根本上提升我校学生的培养素质。
2.2.1普萘洛尔对高血压的降压作用。家兔麻醉后，固定，颈动脉插管测定血压，通过RPMI6240生物机能实验系统描记血压曲线。先分别给予肾上腺素、去甲肾上腺素造成高血压动物模型，然后耳缘静脉注射给予普萘洛尔，观察普萘洛尔对血压的影响。
2.2.2普萘洛尔对心律失常的作用。大鼠麻醉后，固定，针型电极插入大鼠四肢皮下，连接RPMI6240生物机能实验系统，选用II导联，描记正常心电曲线。颈外静脉插管，给予氯化钡至心律失常，记录心律失常持续时间。取另一大鼠重复上述操作，诱发心律失常后给予普萘洛尔，考察心律失常发生时间或持续时间变化，评价普萘洛尔的抗心律失常作用。
2.2.3普萘洛尔对呼吸道的作用。豚鼠处死后取出气管，制备气管螺旋条，放入盛有克氏液的麦氏浴管中，张力换能器连接于RPMI6240生物机能实验系统，描记豚鼠离体气管的收缩曲线，观察给药前后收缩幅度、张力及收缩频率的变化。
3.结语
本研究通过对现有药理学实验项目进行重新整合与修订，强化对本科生的基本实验技能及操作技术的训练，保证学生通过认真完成药理学经典验证性实验，熟练掌握基本实验技能，并具有必要的观察能力。在此基础上，增加综合性、设计性实验，并采用PBL教学法引导学生自主设计实验方案，自己准备试剂、仪器，自行完成实验并对结果进行处理、分析。通过本实验教学改革的探索与实践可以调动学生的学习积极性，促进学生更好地理解与掌握药理学知识与技能，培养学生独立思考、解决实际问题的能力，从而增强教学效果，培养适应科研、临床、药学服务工作需要的本科毕业生。
参考文献：
[1]教育部、财政部关于“十二五”期间实施“高等学校本科教学质量与教学改革工程”的意见[R].2011，教高[2011]6号.
[2]蒋苏贞.渐进性探索性药理学实验课程设计与分析[J].中国中医药现代远程教育，2012，10（20）：55-56.
[3]韩瑞兰，范蕾，常福厚，龚延平.药理学实验教学中开设科研设计性实验研究[J].北方药学，2012，9（1）：78-79.
[4]方欢乐，卫华，马怀芬，张飒乐，李英.药学本科专业药理学实验教学改革探讨[J].现代医药卫生，2015，（S1）：96-97.
工程教学和实践环节是工业工程人才培养极其重要的必修环节。通过实验室建设为加强教学实验和项目训练提供基本条件，通过大量的实践训练，使工业工程专业的学生能够加深对基础理论和工程基础知识的理解提高综合运用多种工业工程手段（工程的或管理的）解决实际问题的能力，以适应培养高层次应用型、复合型人才的要求。
1.工业工程专业实验室的规划
为了建设高水平的工业工程专业教学实验室，我们进行了精心的规划和反复论证。我们对国内外多所名校的工业工程系实验室进行了调查和网上查询，此外还重点请教了多位国际知名的工业工程专家。目前，各学校工业工程系由于各自的研究侧重点不同，实验室建设侧重情况都有所不同。考虑到我系学生的培养需求以及今后的学科发展方向，以及我们现有的情况，发挥工科背景的后发优势，取其它学校之长，制定了比较符合时展要求和我校特点的建设方案。
我们决定重点建设3个专业实验室：先进制造及数字化企业实验室，人因工程实验室，物流工程实验室。此外，我们不可能将工业工程面临的各种系统都在实验室建立物理模型，因此利用信息技术和现代展示技术弥补这一不足是一个重要解决方法。因此，我们建设一个全面支持系统仿真与展示的综合体验演示中心。利用信息技术将仿真结果更加逼真地展示出来，便于学生理解复杂企业大系统的运行情况，同时可支持各类系统的远程体验和演示，演示中心与三个分实验室用内部高速网络连接起来。
这些专业实验室总面积约600m2，特点在于：一是着重于企业生产服务活动的整体；二是立足于教学，每个实验室都考虑教学实验和案例的建设；三是可为全校学生进行工业工程方面知识的教学和实践培训；四是可为工业工程系学科的发展提供基本平台，服务于长远科研基本需求。
2.工业工程专业实验室的建设情况
2.1 先进制造及数字化企业实验室
“先进制造及数字化企业实验室”在国家211和清华大学985有关经费资助下已经具备相当规模。设有先进制造实验分室和数字化企业实验分室，面积约30cm2。目的在于全面培养学生对工厂、企业车间层的有关工程知识和实践技能。为工业工程系学生开设制造、生产系统方面的专业课以及为全校学生开设制造系统方面选修课，并支持有关课题研究。
实验室目前拥有一套教学用微型CIMS系统（包括车中心、铣中心、立体仓库、自动导引小车、三坐标测量机、机器人、物料传输线）7台教学型数控机床以及40台微机。拥有CAD/CAM软件和数字化企业建模与仿真软件，如Pro/E、I-DEAS、AutoCAD、FACTO-RY、Flexsim等。全部计算机、设备联网，并与校园网相连，实现资源共享，形成协同学习的环境。
利用实验室条件，学生可以进行CAD/CAM技术、CNC技术、NC编程、物流系统控制、FMS技术、CIMS技术、仿真技术、虚拟产品开发技术等内容的学习，可以进行实际操作的训练，实现理论与实践的统一，教与学一体化。
2.2 人因工程实验室
人因工程是工业工程主要的专业方向之一。建设人因工程实验室的目的在于综合运用人因工程方面的设备和技术，教学上支持人因工程、虚拟现实应用。协同设计与制造等方面的工业工程和制造工程课程实验，提供学生创新能力培养的基本环境和设备技术实施手段，同时支持在虚拟设计制造、产品快速开发、劳动作业安全、人机系统设计与仿真等方面的研究。
人因工程实验室面积约156m2，分为4部分：人因工程基础教学实验室、人体测量与生物力学实验室、可用性评测与人机交互实验室和虚拟现实与人机界面技术实验室。
1）人因工程基础实验室建设
此实验室主要应用是人体和环境基本测量与分析，工作地设计等。
主要满足人因工程基础实验教学要求。主要实验内容包括人体基本测量（形体尺寸、生理参数、认知特性等）、环境基本测量（温度、湿度、光照、噪声、辐射、空气等）以及工作地基本测量（几何、物理测量等）等。目的是让学生掌握基本的人因学测量手段和测量概念，强化人因工程的概念，并且能在今后的实际工作中自觉地考虑“人-机-环境”的互动关系，提高工程设计的人性化水平。结合这些实验，本实验室建设内容主要包括人体生理计测仪器、环境计测仪器等仪器的购置以及设计基础实验。
2）人体测量与生物力学实验室建设
此实验室主要应用是三维人体测量、建模、应用与分析等。
主要针对现代三维无接触人体测量技术及应用，满足人因工程高等专题实验教学项目要求。建设内容主要包括三维无接触人体测量设备的购置、配套硬件建设和数据处理及应用软件的研究与开发等。目的是让学生掌握先进的人体测量手段，了解三维人体数据的应用，结合专题设计实验或项目充分领会人因工程在工程设计中的重要性。
3）可用性评测与人机交互实验室建设
此实验室主要应用是用户研究、心理测试、计算机人机交互评测等。
主要针对以下3个方面的内容，产品的可用性（易用性）、用户需求分析及用户研究以及计算机人机交互测评等实验内容。重点针对现代信息产品的可用性测评；如何运用工程手段把握用户的特征和需求（显性需求和隐性需求）以保证产品开发的成功率；针对软件的界面设计以及移动商务、移动设备进行实验研究。通过这3个方面的实验，希望能培养学生运用技术手段把握客户需求，特别是针对当前流行的电子商务、软件和移动设备进行人性化设计的综合能力。建设内容包括：用户测试室和研究观察室的监控设备集成、人机交互设备、移动电子产品评测样本以及相应的记录和分析软硬件。
4）虚拟现实与人机界面技术实验室建设
此实验室主要应用是多通道复杂人机交互系统仿真与分析、虚拟体验教学实验、操作行为测评与分析、人体运动跟踪与仿真等。
主要针对以虚拟现实技术为基础的复杂“人-机-环境”交互系统进行模拟、仿真、测评和研究，立足于构建各种人机界面进行近似真实场景的测评，并运用多通道人机界面技术开展部分虚拟体验教学研究，通过“视觉、听觉、触觉”的集成体验来加深理论知识的学习并“感知”复杂的系统或理论。本实验将作为高等人因工程专题实验和一系列研究类专题实验的重要部分，培养学生运用新技术解决复杂问题的思路和基本能力，特别是自己动手进行研究类实验的设计、运行、总结、提高的能力。同时本实验室还作为工业工程系其他专业方向教学和研究用实验平台，开展体验类教学实验和成果展示。主要建设内容包括三通道虚拟现实立体投影系统、触觉人机交互装置研制、虚拟现实软件平台购置、驾驶行为仿真测试系统研究以及专题实验设计。
2.3 物流工程实验室
物流（广义包括企业内部物资流动和企业外部供应链管理）在现代企业生产和服务活动中占据日益重要的地位，并已经引起政府和工业界的高度重视。物流实验室建设的目的在于培养学生对复杂的物流系统进行设施规划、设计、过程优化以及流程管理的实际能力。满足相关的教学和科研的需求。利用计算机网络技术，虚拟现实技术、仿真技术、信息管理与决策技术等多种技术手段，使实验室充分体现和展示现代物流技术。物流实验室面积约9cm2，硬件设备主要是二个方面：混流装配生产线（企业内部物流）物流实验室商业物流。
1）混流装配生产线（企业内部物流）
该生产线是装配生产线，有8个工位，传送带可以连续移动或节拍移动。在生产实验过程中教师可以生产指令、监控生产状态、控制装配线的运转，让学生直观地看到企业实际加工的装配生产线，让学生了解和熟悉企业内物流。同时可以进行产品的功能结构分析与装配流程规划、装配线配置与布局、装配线平衡、装配作业动作分析时间研究、在线库存管理与生产现场物流、MRP与JIT生产模式对比、JIT方式下停线实验、装配质量控制、基于MES实时计划调度等实验。
2）物流实验室商业物流部分
物流实验室商业物流部分主要由40个货位的自动仓库、货柜、电子标签系统、电动传输带、条形码系统组成。学生根据老师提出的物流系统的需求，自行设计、分析、建立一个配送中心（仓储、分拣、搬运、进出库等）规划物流系统。提高其运用理论解决实际问题能力，同时，对于现代物流配送有基本认识，了解和熟悉库存管理。对于可以进行实验室实验、设计、实施的配送中心部分，在实验室进行，对于不便进行实验室分析、实施的送货线路部分，采用规划及仿真软件进行。
3.工业工程专业实验室的建设成果
目前，先进制造及数字化企业实验室中的先进制造实验分室在原有的基础上继续完善，开发实验网络教学课件，増加新的实验内容，扩大效益。学生可在实验室里进行数控编程及加工，CAD/CAPP/CAM、FMS、机器人、CIMS、生产调度及仿真优化等反映先进制造技术的单元或系统的学习和实践训练。除为我校学生提供教学实践服务外，每年都有其他院校（北京农业大学、北京林业大学、北方交通大学等）来我系实验室做实验和实习。数字化企业实验分室已经实现从零件设计、工艺分析、工厂设计、企业管理到企业运作仿真的系统集成。学生可以在实验室学习数字化时代与企业生产经营有关的几乎所有软件系统，进行企业知识的全方位训练。
已经建成的人因工程实验室，是国内高校中建设比较完备的一个人因工程教学实验室，而且建设内容突出反映了国际上人因工程专业方向的发展趋势，融入了较多的新技术和新思路，如信息产品的可用性及用户研究、虚拟现实技术在复杂人机界面方面的应用、虚拟现实体验与展示等。实验室建设规划内容被许多国内兄弟院校的工业工程系索取和参考，为国内工业工程系人因工程方向的教学改革提供了先例。
物流工程实验室各个部分设备已基本建成。物流实验室的软件建设正在进行，软件建设主要以科研成果为基础进行开发，形成与实验设备配套的软件，如仓储管理系统、运输管理系统、供应链管理系统等。这些软件补充物流实验室的教学功能，通过该系统的应用不仅能够使学生了解先进的物流管理信息技术，而且通过模拟操作，能够培养学生的实际操作能力。同时把实验内容同企业的实际需要相结合，能够大大提高学生参与实验的积极性。
通过实验室建设，培养和锻炼了一批研究生和有关实验技术人员。实验技术人员结合实践教学基地建设，包括软硬件建设和教学实验建设，熟悉了工业工程新的学科方向，主动参与了所有实验教学内容的准备。研究生通过参与开发教学实验，特别是研制实验系统，不仅为学校节省了巨额的资金，而且也培养了独立从事科学研究的能力。同时，实验室的建设也推动了国际交流与合作，目前承担了六项大型国际合作项目，总经费约300多万元。
4.工业工程专业实验室的运行和管理
目前，年轻教师和实验技术人员共同参与管理专业实验室，以教学与研究互动的原则运行和发展实验室。在教学实验的设计阶段是教师、研究生和实验技术人员共同策划开发，一旦成熟就完全交给实验技术人员负责运行。
利用现有的专业实验室，以教学计划为依据，对学生进行实践动手能力、协同合作能力、分析和解决问题的能力、创新能力等全面素质的培养。针对不同的实验对象，我们精心设计实验内容，包括基础实验和提高实验，单元实验和系统实验，以及研究类专题实验和新技术含量的专题实验。采用多种实验教学方式，比如看录相、现场操作演示、学生动手实践、计算机仿真等。与此同时，也将新研究成果引入教学，不断更新和丰富教学实验内容，使实验教学始终能够紧跟学科的发展，具有一定的先进性和代表性。针对19门课程，我们已新开设实验40多个，年接纳学生人数1000多人次。
配合专业课程和教学实验，实验室还开发制作了丰富的多媒体课件和网络课件，供学生自学。同时实验室接纳本科生的生产认识实习，毕业设计（综合论文训练）SRT项目和研究专业技术的研究生论文工作。此外，还对工厂企业工程技术人员、大学、大中专教师进行工业工程专业相关技术的继续教育培训。
关键字：应用性本科高校；实践教学体系；国际经济与贸易专业
中图分类号：F752 文献标志码：A 文章编号：1000-8772（2013）12-0227-03
引言
应用型本科院与学术型本科院校在教学方法上有本质的差异，学术型高校往往以讲授为主，辅之以实验，而应用型高校强调的是实践教学，重在培养实践动手能力和学生创新创业能力。国际经济与贸易专业具有涉外性、实践性和应用性的特点，要求培养具有较强的国际商务沟通、外贸实务操作等专业能力，有较强的创新精神和创业能力的高级应用型专门人才，这就迫切要求应用型本科高校加强实践教学体系建设。
一、安徽科技学院国贸专业实践教学的现状
为了适应社会对国际经济与贸易专业应用型、创新创业型专门人才的需求，安徽科技学院国际经济与贸易专业在借鉴国内外实践教学经验的基础上，积极探索实践教学改革，实践教学的课时比重正在进一步增加，实践教学形式、内容等都有了更新和发展。
根据《安徽科技学院国际经济与贸易专业人才培养方案》（2012年），目前安徽科技学院国际经济与贸易专业的实践教学内容包括入学教育及专业导论、军训（含军事理论教育）、社会实践、认知实习、外贸基本技能实训、公关与礼仪实训、毕业实习、毕业论文（设计）以及一些理论课程的实验教学内容等。在实践形式上主要包括三种：一是独立设置的专业实践课程，如外贸基本技能实训、公关与礼仪实训；二是依托公共基础课程和专业课程的课内实践教学环节，此类实践教学既包含课内实验课时、也包含课内案例教学、实地考察等教学形式；三是主要依托于本专业知识的公共实践环节，包含军训与军事理论教育、社会调查及报告、学年论文、就业指导与实践、毕业实习、毕业论文（设计）等。
虽然安徽科技学院国贸专业实验教学在不断的探索中取得了一定的成绩，但也存在较多的问题，距离培养应用型的创新创业人才还有一定的差距，为此需要进一步的探索和改革。
二、安徽科技学院国贸专业实践教学体系构建的目标定位
实践教学体系是指从大学一年级到大学四年级由所有实践教学环节组成的一个与理论教学相对独立而又密切联系的教学体系。我们将国际经济与贸易专业实践教学培养目标定位为：
1.总体目标。掌握国际贸易的基本技能，具有较强的国际商务沟通、外贸实务操作等专业能力，能在国际贸易部门、涉外企业等从事报关、报检，国际结算，国际商务谈判等工作，具有创新意识和创业精神。
2.基本素质目标。掌握经济学、管理学学科基础理论知识，具备经济现象的认知与分析能力、组织管理能力、统计分析能力、会计核算技能等。掌握一门外国语，具有较强的听、说、读、写、译的能力，能较熟练地阅读本专业的外文书刊。至少达到“大学英语等级考试”四级水平。
3.职业能力目标。掌握国际结算、报关、外贸单证、外贸函电、国际货物运输与保险等专业知识和技能。了解主要国家和地区的经济发展及其贸易政策和中国的经济政策和法规；掌握计算机的基本知识和应用方法，具有熟练操作相关国际贸易应用软件的能力；具有较强的语言文字表达、人际沟通、团结协作等社会适应和发展能力。
三、安徽科技学院国贸专业实践教学体系的构建
笔者根据国际经济与贸易专业应用型人才的培养目标，充分体现应用型本科院校办学优势和特色，在基本技能、综合实践能力和创新创业实践能力三个层次上，构建“平台+模块”国贸专业实践教学体系（见下图）。
根据学生实践技能循序渐进的培养规律，我们构建了三个彼此联系、相互促进和提高的实践教学平台：国贸基础实验教学平台、国贸综合实践教学平台、创新创业实践平台。每个平台对学生外贸专业能力培养的侧重点不同，并逐步扩大学生知识领域、知识层次，开阔学生视野，使学生实践动手能力和创新创业能力、社会竞争能力得到逐步提升。
1 国贸基础实验教学平台。该平台包括经济学科基础演示验证实验、国贸专业性综合设计实验，以及科研创新实验，以培养学生基本实践能力。根据国贸专业实验教学特点和内在联系，我们把国贸基础实验教学平台划分为经济学科基础教学实验模块、国贸专业综合实验模块、科研创新实验模块，逐步增强学生国贸专业基本实验能力和动手能力。（1）经济学科基础教学实验模块包括经济学科基础课程的演示性、验证性实验，如在《宏观经济学》、《管理学》、《统计学》、《会计学》《市场营销》等课程中增加演示性、验证性实验内容，使学生能够初步掌握经济科学的基本实验方法和实验设计思想；（2）国贸专业综合实验模块包括《国际贸易实务》、《商务英语》等专业基础课程、《国际结算》、《报关实务》、《外贸函电与谈判》等核心课程、以及《农产品储运与加工》、《商务礼仪》、《公共关系》等专业方向课程的综合性实验教学内容，主要培养学生对国贸专业知识综合运用的能力以及实验项目设计和操作能力；（3）科研创新实验模块包括大学生科研创新课题研究，重点培养学生的创新意识和创新能力。
2 国贸综合实践教学平台。该平台包括各种实习实训、社会实践、毕业论文（设计）等实践教学环节，采用校企、校地等合作形式，提高学生综合实践能力。由于实践能力培养是一个渐进过程，把国贸综合实践教学平台划分为认知性实践训练模块、国贸专业技能实践训练模块、综合性实践训练模块，从模拟到真实、逐步提高学生实践能力。（1）认知性实践训练模块包括认知实习、课程设计、课程综合实习、课程实习等模拟实践环节，锻炼学生实践动手能力和社会认知能力；（2）国贸专业技能实践训练模块包括外贸基本技能实训、公关与礼仪实训、国际贸易实务模拟等各种仿真实训环节，通过模拟外贸实践活动，缩短学校与外贸企业之间的差距，培养学生外贸基本职业技能。其中，在校内实训环节中，《国际贸易实务模拟》是本专业所开设的大型综合型、设计性实训课程，为学生提供模拟外贸进出口业务的演练机会。学生在模拟实训课程中，通过进出口模拟软件、外贸单证等，对所学的知识进行仿真演练，内容包括交易前准备、交易磋商、合同的签订、信用证审核与修改、出口托运、租船定舱、投保、出口货物报验、报关、出口制单结汇等一系列外贸业务流程，大大提高了学生的实际动手能力，使理论知识与实践得以结合；（3）综合性实践训练模块包括毕业实习、毕业论文（设计）、社会实践、顶岗实习等真实实践环节，通过校企合作、校地合作和社会实践活动，强化学生自主能力和创造意识。
3 创新创业实践平台。该平台包括校内创新创业模拟实践、外贸行业竞赛活动，科技创业实践等活动，鼓励大学生勇于创新、勤于实践，全面提高学生创新创业能力。我们把创新创业实践平台划分为创新创业模拟实践模块、行业竞赛活动模块、创新创业实践模块，逐步强化并提升学生社会竞争能力和创新创业能力。（1）创新创业模拟实践模块包括校内创业模拟课堂、大学生创业教育、创业之星实践等活动，激发和培育学生创新意识和创业精神，进一步提高学生综合动手能力。（2）外贸行业竞赛活动包括参加各种校外比赛，像英语口语竞赛、职业规划设计大赛、数学建模比赛、创业设计大赛、课外科技作品竞赛等，增强学生团队协作能力，培养学生社会竞争能力。（3）创新创业实践模块包括学生论文、创新实践、创业实践、专利发明等，锻炼学生的综合实践能力和动手能力，又可以提升学生的创新创业意识和能力。
四、实践教学体系的保障措施
1.提高师资队伍的实践教学能力。培养应用型的人才关键在于师资队伍建设，因此要不断丰富教师的实践经验，提高教师的教学素质。一方面要培养校内的“双师型”教师队伍，鼓励教师报考报关员、单证员等相关业务的国家从业资格证书，有计划地派遣国贸专业教师到外贸企业挂职学习、锻炼。另一方面要聘请企业的业务骨干担任的专职实践教师，邀请企业老总定期来学校进行业务专题讲座等。
论文摘要： 混合式学习理念从学生需求的角度考虑教学组织形式，既体现教育的人本化，又突出信息时代的特征。作者从主导作用与主体地位的混合、传统媒体与现代媒体的混合、课堂学习与网络学习的混合等方面在物理教学中尝试混合式学习，旨在改变学生的学习方式，提高学习效率。
1.混合式学习背景
20世纪90年代以后，随着现代信息技术，特别是多媒体与网络技术的快速发展，网络数字化学习（e-learning）作为一件新生事物蓬勃发展起来。e-learning在培养学生基本学习技能、创新能力、信息素养等方面有着突出的优势，它能彻底改变传统的教学模式，开辟出利用网络进行学习的一种全新的学习方式。然而，进入20世纪之后，这种缺乏教师深度参与，完全依靠学生自学，忽视教师的主导作用发挥的e-learning，效果令人感到沮丧，人们逐渐体会到它不尽人意之处。2002年12月，《美国教育技术白皮书》明确提出“e-learning能很好地完成某些教育目标，但不能完全代替传统的课堂教学”、“e-learning不会取代学校教育，但能改变课堂教学目的和功能”等观点。显然，怎样体现学生在线学习的主动参与性，如何发挥教师的引导作用、学习和研究方法、人格影响的渗透优势，已经成为国内外教育界共同关注的问题。在此大背景下，混合式学习（blendedlearning）的概念应运而生。
2.混合式学习理念
混合式学习（blended learning）是把传统的面对面的课堂学习方式的优势和网络数字化学习（e-learning）的优势结合起来，既要体现学生作为学习主体的积极性、创造性和主动性，又要合理发挥教师启发、引导、监控教学过程的主导作用，只有将二者有机结合、优势互补，方能取得最佳学习效果。在对e-learning反思基础上诞生的blended learning，其学习过程吻合学生主体和教师主导的“双主模式”教学理论，体现教师面授和在线学习的完美结合，既展示了信息时代的特点，又正视了学习的传统本源对教育技术的变革产生深远的影响。
究其实质，混合式学习（blended learning）是在传统教学过程中恰当运用计算机网络技术，是一种在师生二元论思想指导下的课堂教学与计算机网络的整合，既强调学习伙伴间的协同作用、教师的指导作用，又倡导学习者知识的自我建构。从其内涵看，混合式学习是各种学习内容、学习方法、学习媒体及学生支持服务和学习环境的混合。当然，各种元素不是随意地混合，关键是如何优化各种学习资源，如何把各种学习资源有机整合，达到1+1＞2的效果。
3.混合式理念在物理教学中应用尝试
在中学物理教学中，面对面学习仍是课堂教学的主要形式，在线学习是对面对面学习的补充。物理新课改的理念就是要改变学生的学习方式，我对混合式学习在物理教学中的应用进行了尝试。
3.1主导作用与主体地位的混合
回顾教育发展历史，20世纪90年代前，以中国“师道尊严”为代表“教师中心”论，片面强调教师“如何教”而很少涉及学生如何学。90年代后，西方建构主义学习理论侧重强调学生是信息加工的主体，是知识的主动建构者，突出“学生为中心”的思想。两者都过于偏颇，让教与学不能和谐统一。混合式学习理念提倡把“教为中心”和“学为中心”两种观点有机混合，既不侧重“教师中心”，又不夸大“学生中心”，而是既彰显教师的主导作用，又突出学生学习的主体地位，让教师与学生、教与学和谐统一。教师在混合式学习中，通过组织课堂教学、指导学生学习、参与网络讨论、控制教学过程，保障学习的有序性和高效性，起到主导作用；学生通过解决教师设计的问题，协作交流，自主探究，建构知识体系，提高学习和创新能力。
3.2传统媒体与现代媒体的混合
为激发学生的学习兴趣，提高学生的学习效率，混合式学习要求在物理课堂上，采用传统黑板板书与多媒体cai课件相结合，恰当引入eda技术等辅助的教学方法，将黑板的板书模式与信息技术相结合，创造一个虽是低结构化的，但能便利地引入数字化信息资源的教学环境。采用多媒体课件，将物理教材中的基本原理、概念、复杂的图形或波形用动画的形式在投影上显示出来，能弥补黑板板书单调且浪费时间的弊端。运用eda技术仿真虚拟物理实验，直观的现象有利于培养学生的观察能力、分析问题和解决问题的能力；有利于教师把教学重点和教学难点向学生讲清楚，可活跃课堂气氛，激发学生学习物理的兴趣。这样，既能让学生动脑思考，又能让学生动手参与物理仿真实验设计。另外，必要的黑板板书，可避免过多的无效信息干扰学生的有效注意力，防止学生因长时间“电灌”而“疲劳”。
3.3课堂学习与网络学习的混合
俗话说：教无定法，教学有法。教师应根据具体教学内容，选择恰当的教学组织形式。传统面对面的课堂教学，教师以板书、肢体语言、教学语言和个人魅力等成为学生注意的中心，在师生双边活动、信息交流中占有优势，而在线学习不受地点、时间、空间约束，自主性和人机互动性强，有些教学内容要在教师面授方式下才能获得好的效果，而有些内容通过网络教学方能提高学习效率。
譬如，高一物理《牛顿运动定律》编排了“超重和失重”内容，传统讲授运用牛顿运动定律推出超重与失重的概念，学生往往对超重与失重的内涵似懂非懂，更无法亲身体验超重与失重的感觉。为此，我设计了一个网络环境下的混合式学习，利用现代信息技术平台在教学上的优势，运用eda技术仿真虚拟物理实验，让学生进行探究性实验学习，体验物理的探究过程，用探究的方法研究“超重和失重”。同时，设计了一定量的学生活动与协作学习，让学生在合作与交流的基础上探讨结论。为了解学生对知识的掌握情况，我根据信息技术平台互动的特点，设计知识自评和在线交流网页，实现“人机对话”与学生间的交流互动。
4.结语
混合式学习理念把“以教为主”和“以学为主”的教学设计恰当结合起来，吸取这两种教学模式的优点，建构一个较为理想的学习平台，能够发挥教师的主导作用，方便教师监控课堂教学活动有序进行，顺利完成既定教学目标，保证传授学科知识的系统性；同时能够激发学生学习物理知识的积极性，发挥其主观能动性和创造性，便于学生对创新能力和知识技能的训练，有利于学生价值观和健康情感的培养，能够将传统教学的优势和网络数字化教学的优势结合起来，获得最佳学习效果。
参考文献：
论文摘 要：实验室担负着向学生传播知识与技术、培养学生动手的能力和创新能力的重要使命。随着社会经济的发展及教学改革地不断深入， 实验教学在整个教学体系中的地位越来越突出，实验教学模式的改革已经迫在眉睫。本文主要分析了实验教学的传统模式与存在的问题，并提出了提高电子信息类专业实验教学质量的方法[1]。
0 引 言
实验教学是学校教学活动的重要组成，教学质量的好坏是对学校人才培养层次与质量的直接体现。实验作为实验教学活动的主要内容， 在改善教学质量方面发挥着不可替代的作用。实验室在传播知识的同时，更重要的作用体现在对学生的创造性思维与想象力的培养上。通过实验教学，学生分析解决问题以及动手能力明显提高。伴随教学改革的日益深入， 实验教学的改革也越来越引起人们的关注，以往的教师灌输式的理论教授方式，学生被动接受的教学模式，已无法满足社会经济发展的要求。当前，社会需要的是主动型、能力为主的人才培养。加强学生创新能力的培养，必须切实转变以往重理论教学轻实验教学的错误观念，重新认识实验教学在学校教学活动中的地位与作用，根据当前社会经济对人才的要求， 改革传统的实验教学模式，改革实验教学手段，优化更新实验教学的内容，切实提高实验教学质量。
1 实验教学的传统模式与存在的问题
国内高校工科教育当中，实验教学存在着硬件条件不足、硬件实验条件的发展与技术要求不相符[2]，加上近几年高校扩招，实验教学的硬件条件更是供不应求。进一步加大对教学硬件条件的投入，丰富实践教学的内容、加强实验条件的改革及建设，在目看来具有特殊的重要性。面对这种情况，我国的教育主管部门采取了一些推进实践教学改革及建设的措施。如：在全国高校本科的教学水平评估中，实验室基地建设与建设投资及其实验教学改革被列为一项重要的指标。并且，各高校也逐渐开始响应教育部的的这一举动，纷纷实行了“双基”型实验室[2]，与此同时，建设了“实验教学示范中心”。当前，传统实验教学模式的缺点主要有以下几点：验证性的实验所占比例较大，与综合性、设计性、创新性实验之间的比例失调；实验模式单一、实验室设备陈旧；实验教学中缺乏先进的实验教学手段。
2 提高电子信息类专业实验教学质量的方法
2.1 实验中引入相应的仿真技术来进行虚拟实验
在实验教学中引入计算机仿真技术，能够充分调动学生主动学习的积极性，培养学生的学习兴趣。同时，教师能够通过计算机技术对学生的实验操作的全过程进行观察，对学生进行良好的跟踪与指导，更好地进行学生实验结果的采集工作，先进科学的教学理念与教学手段对于提升实验教学效果，提高实验教学水平具有重要作用。引入计算机技术后，理论与实验教学，教师教学指导与学生操作、思考融合成一个有机整体。以往传统实验教学中课堂、课时以及实验设备因素的限制作用得到了解决，实验教学更加灵活化，教学内容在时空上得到进一步的延伸，更好地激发了学生进行实验的热情。
将计算机仿真技术引入到实验教学中，通过相应技术进行的虚拟实验，为学生提供了更为灵活开放的实验环境，能够更好地培养学生在实验过程中独立思考能力，增强学生的的学习创新意识。对于实验教学内容，仿真技术的应用，将虚拟性实验与真实的电路实验整合成有机整体，实验的能动性与趣味性明显提高，同时实验内容的充实，有利于学生综合实践以及探索创新能力的培养。当前，已经有越来越多的高校重新进行了实验室的规划建设，通过计算机仿真技术进行虚拟实验是实验教学改革发展的新方向。将与实验教学相关的计算机软件技术引入到高校实验室中，为实验科研提供了良好的平台，对于激发学生学习的主动性与积极性，培养创新能力具有重要作用。计算机仿真技术的应用，一方面能够改善实验教学条件、充实实验教学的内容，另一方面，还能够明显降低实验成本，提高实验教学的效率。通过单片机的实验教学，能够发现，教学过程中引入proteus仿真软，通过该软件对单片机的硬件系统进行模拟，克服了实际实验过程中硬件电路固定以及实验内容不易改动等因素的限制。实验设计全过程，除计算机外不用再进行任何硬件的添加即可实验，这有力地推动了实验课程教学改革，更有利于学生创新能力的培养。仿真技术的另一重要应用主要表现在学生的业余爱好上，如挑战杯、电子设计大赛等等，学生就能够用计算机来实现仿真，首先用计算机仿真出实验的模型，再在计算机上进行相应的模拟调试，最终用硬件来实现。在整个仿真的过程中，学生可以自由发挥自己的潜能，通过大量的仿真对比，来达到设计目的，也可大胆反复地调试，避免了器件的损坏。电子设计竞赛中，由于proteus开发环的运用，培训过程中不需投入任何硬件的条件下，学生却普遍反映，对于单片机的学习比单纯理论知识的学习更易接受也更易得到提高。事实证明，运用proteus进行系统仿真成功后进行的实际制作，可明显的提高单片机系统的设计效率。此外，远程教学中仿真教学的运用具体重要的意义，对于教学改革是一种很好的尝试[2]。
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2.2 实验中引入Matlab软件内建的Simulink组件技术
目前，我国开设了电子信息类专业的高校中，大部分都将Matlab软件作为重要的实验教学平台，对定理以及算法进行仿真和验证实验。Simulink组件作为Matlab的重要组成，能够为用户提供一个仿真分析与动态建模的集成系统环境。该环境下，只需利用鼠标进行简单直观的操作，就能够完成复杂系统模型的构建，在此过程中避免了大量繁杂的书写程序。由于 Simulink组件具有适应性强、效率高，结构仿真精细、流程清晰且贴近实际、效率高、使用灵活等诸多优点，Simulink组件技术已经被广泛地运用于处理数字信号与控制理论等复杂的仿真设计之中。同时Simulink能够通过连续、离散采样时间以及两种采样时间混合的的方式进行建模，该组件还可支持多速率系统，不同的系统组成部分的采样速率不同。此外，Simulink为动态系统模型的创建，提供的图形用户接口(GUI) ，使在进行模型方块图的创建时只需通过鼠标单击与拖动鼠等简单操作即可完成，为用户提供了一种更便捷、更直接的创建方式，同时能够立即获得系统仿真结果。
该组件的这一特性，一方面可以使算法的验证更为简单，减少学生投入在验证性实验中所用的时间，而将大部分精力投入到设计性、综合性试验中；另一方面，可以使学生更快捷的验证新思路、新算法，而不会由于代码调试方面的问题影响了创新实验的开展。以自适应滤波中的经典RLS 算法为例，如果直接采用Matlab编程方式，在进行代码调试时，就会消耗掉大量的精力，代码长度将达到200 行以上。而如果采用Simulink组件模块化设计的思想，只需要鼠标对模型的拖拽，就能以流程图的形式将滤波器搭建起来。由于Simulink提供了丰富的元件库，采用图形化的表示方法，学生在进行算法验证的时候只需调用成熟的模块进行参数设计即可。这样的实验方法事半功倍，思路清晰，参数的调整也十分便捷，广受学生欢迎。由此可见，引入Simulink组件后的实验，既不会影响实验效果，又能够提高实验效率，对学生模块化编程的思想也有较好的促进作用。
3 结 语
当前，社会对人才综合素质的要求不断提高，进行实验教学改革已经迫在眉睫，而大学实验教学的改革又直接影响到学生的动手和创新能力。实验教学必须能够跟得上时代的脚步，把计算机仿真技术与Simulink组件技术应用到实验教学中可以充分调动学生主动学习的积极性，充分发掘学生的创造能力，在学习到先进技术的同时，提高学生对社会的适应能力。
参考文献
【关键词】Algodoo；课堂教学；案例分析；信息技术与课程整合；物理
【中图分类号】G434 【文献标识码】A
【论文编号】1671-7384（2017）01-0070-04
2001年颁布的《基础教育课程改革纲要（试行）》中明确提出要全面推进素质教育；教育部从2003 年启动了普通高中新课程改革，将技术课程（包括信息技术和通用技术）列为普通高中学生的的必修课；《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》中强调提高学生勇于探索的创新精神和善于解决问题的实践能力；《2015地平线报告（初等教育版）》提到，未来1～2年运用STEAM教育推行信息技术在教育中的整合，提倡混合式学习。很多学校在推行信息技术与课程整合的过程中，存在教学资源不足、硬件设备不完善等问题，大部分选修模块无法开设。在这样的背景下，Algodoo 这一趣味仿真实验平台走进了我们的视野，为更好地开展通用技术课程提供了有力的技术支持。
Algodoo的发展
1. 国外发展
Algodoo（译名“爱乐多”）是一款2D仿真虚拟物理实验软件，其英文名称是“2D Physics SandboxAlgodoo”，即“二维物理沙盒”，开发目的是使物理教学和研究更直观有效。Algodoo适用范围广，鼓励学生发挥创造力，并能够突破收费和编程知识缺乏等障碍。
以“Algodoo”为关键词在外文文献数据库、谷歌学术等平台检索，得到的文献资料大部分为对Algodoo及其他物理仿真实验软件的新闻报道类资料，仅有少部分是针对Algodoo进行探究的。斯坦福大学的Tamar等人在第12届互动设计与儿童国际会议（International Conference on Interaction Design and Children，2013）的论文中提出，在利用Algodoo等虚拟建模工具进行教学活动时，学生参与建模会提高其元表征能力。巴西维多利亚大学的Samir L. da Silva等人利用Algodoo设计了物理的抛体实验教学活动，教师引导学生通过控制角度和速度来观察小球的运动轨迹，通过模拟实验让学生对平抛有更形象的理解，同时锻炼其分析归纳能力。Samir L. da Silva还介绍了其团队利用Algodoo进行布朗运动实验的模拟和数据计算过程，并提出Algodoo可以作为教师向学生展示物理实验的教学工具，也可以作为高年级学生分析物理实验数据的学习工具。斯洛文尼亚的卢布尔雅那大学的Bor Gregorcic（2015）利用交互式电子白板设计课堂活动，通过让学生在电子白板上用手操作Algodoo来模拟天体运动。
2. 国内发展
目前，Algodoo在中国大学以及中小学物理教学中的应用正在起步。淮阴师范学院的陈乐老师利用Algodoo进行了拱桥受力的物理模拟实验，设计对照实验活动，帮助学生了解拱桥设计原理。北京师范大学的韩蔚、项华老师与北京景山学校的吴俊杰老师将Algodoo软件应用在“数字科学家”课程中，以介绍伽利略斜面实验和天体运动实验，进行了物理、数学、信息技术学科相结合的游戏化学习设计。江苏省海安中学的黄伟老师（2012）利用Algodoo进行小球抛体、数学摆线、弹簧运动等物理实验模拟和数据分析。江苏省南通大学附属中学的沈军老师将Algodoo应用在气体的模拟实验中。湖北省武钢三中的朱广林老师对Algodoo在物理学中的应用进行了示例列举。贵州师范大学的张觉老师（2015）将Algodoo用于抛体运动的课堂教学。山东省章丘一中的王清老师利用Algodoo模拟牛顿第二定律和动量守恒定律的实验，以趣味性的视觉效果展现物理原理。
Algodoo的教学功能
1. 基本功能
Algodoo软件界面如图1所示，主要由场景工具面板、属性面板、工具面板、工具选项面板、模拟仿真控制面板构成。Algodoo可以作为教学演示工具、建模工具、分析解释工具、在线交流和反思工具。
Algodoo具有丰富的场景和仿真实验控制、演示等功能；能够精确形象地模拟实验，可以直观地观察到实验现象，有助于学习由感性认识上升到理性认识，实现知识的迁移；能够创建各种物理元件，如固体、液体、齿轮、弹簧、光线与透镜等；可以设置其材质及相关参数，如质量、密度、摩擦因素、弹性、折射率等；模拟各元件在重力、摩擦力、弹力、浮力、空气阻力的作用下相互影响，实现精度很高的物理仿真实验；Algodoo还可以实时显示物体运行轨迹、受力和速度等物理特征量，使数据分析动态可视化。
2. 应用领域
Algodoo适用于8岁到大学阶段的学生，基于真实的物理模拟以最有效的方式激励学生记住所学的知识，使枯燥的课程变得有趣且易学，增强了学生的学习积极性。它的内置课程以简洁的形式表示抽象概念，方便教师教学，适合专注于STEM的政府机构或教学组织使用。它主要可应用于物理学科几何光学、力学、电磁学、热学等知识的教学，如可以呈现光通过界面发生的反射、折射等物理现象，通过设计来模拟多种受力实验以及模拟液体分子的布朗运动等。
课堂教学应用案例
1. Algodoo作为教学技术与课程整合
将Algodoo应用于课堂教学之中，体现了将信息技术与课程整合的理念，即信息技术主要作为一种工具、媒介和方法融入教学的各个层面中，包括教学准备、课堂教学过程等。目前，各位教师和研究人员都是将Algodoo作为教学技术与课程整合起来。斯洛文尼亚的卢布尔雅那大学的Bor Gregorcic利用交互式电子白板设计高中物理教学活动，通过让学生在电子白板上动手操作Algodoo来模拟天体运动，从而验证开普勒定律。
首先，教师根据开普勒三大定律进行实验设计，在课前建立太阳系模型并绘制天体运行轨道。在课程的一开始，利用电子白板向学生展示太阳系模型，引起学生们的注意和兴趣。接下来，教师邀请学生在电子白板上绘制天体，并辅助学生设置天体的参数（如天体质量、速度等），引导学生进行天体的操作，使其能够围绕太阳运动。之后，教师绘制多个天体，使其围绕太阳运动，带领学生观察实验，帮助学生利用Algodoo提供的数据分析功能，引导学生讨论天体运行的规律。最后，教师对实验过程进行总结，结合实验现象归纳开普勒三大定律，进行知识点的巩固。
2. 建构主义教学理论下Algodoo的应用
Algodoo在构建情境性学习方面也有较多的应用。陈乐将Algodoo引入主题为“赵州桥”的高中通用技术课堂，创设一定的情境，具体实施过程包含以下几个阶段：（1）提出问题。师生共同讨论后确定研究的切入点。（2）制作模型。学生在教师的指导下设计方案，并制作仿真模型。（3）归纳解释。学生对仿真实验结果做出合理的解释。（4）最后进行模型的优化改进，从中总结拱桥受力原理。
在传统教学中，教师一般在教学之初先讲解所要学习的概念和原理，而后再让学生去做一定的练习，尝试着去解答有关的习题。建构主义认为，学和做、知识的获得和知识的应用是可以合二为一的，学习者可以在“做中学”，“通过问题解决来学习”。探究式学习就是学习者通过发现问题和解决问题而建构知识的过程，以问题为中心进行学习是各种探究式学习活动的核心思路，有利于帮助学生提高灵活应用知识的能力，形成有效的问题解决和推理策略，并发展他们的自主学习技能。
已有不少教师将Algodoo应用于探究式学习。例如，巴西维多利亚大学的Samir L. da Silva等人利用Algodoo设计了高中物理的抛体实验教学活动，引导学生通过控制角度和速度来观察小球的运动轨迹，使学生探究并发现平抛运动的规律。
Algodoo与其他教学软件的对比与借鉴
1. Algodoo与WISE
WISE 是Bell 和Marcia Linn 教授在美国国家教学基金会的资助下主持的“知识整合环境”研究计划的主要成果。WISE的整个平台建设得很完善，按照用户角色的不同而有不同的功能模块。表1是Algodoo与WISE的比较分析。
2. Algodoo与几何画板
几何画板是适用于数学、平面几何、物理的矢量分析、作图的动态几何工具。总体来说，几何画板在我国的使用范围要比Algodoo广，经过分析得出了以下三个可能的原因：（1）教育部门的大力推广，几何画板是全国中小学计算机教育研究中心推广使用的软件之一；（2）几何画板比Algodoo操作更加简单，不会给广大的教育工作者造成较大的负担；（3）在当前应试教育体制下，数学作为一门主要学科，受学校和教师重视的程度较高。表2是Algodoo与几何画板的比较。
3. Algodoo与Scratch
Scratch是由麻省理工学院（MIT） 设计开发的一款面向少年的简易编程工具。如表3所示，Algodoo相比于Scratch在国内尚未广泛流行的原因有以下几点：（1）操作难度高：Algodoo元件有不同的属性和参数，需要设置才能够实现模拟实验，而Scratch元件设置简单，重在培养学生的逻辑思维能力；（2）应用领域窄：Algodoo主要适用于物理领域，而Scratch则因具有丰富的多媒体功能和便利的操作而适用于数学、音乐、艺术等多个领域；（3）教学活动设计难度高：Algodoo应用于教学活动中，需要教师进行大量的准备工作，在设计教学活动尤其是情境创设这类活动时难度较大，而Scratch则可以设计有趣的小故事引导学生进行参与，通过丰富简单的功能实现有趣的效果。
小 结
1. Algodoo的优势
第一，实验模拟促进高效教学。 Algodoo可以对物理、数学等领域进行实验的模拟，在熟悉软件使用后，可以为教师节约实验准备的时间，将更多时间投入到教学活动设计中。
第二，动手搭建培养学生探索能力。Algodoo中的虚拟实验环境可以由学生自己来搭建、改进，有利于培养学生的动手能力和探索能力。
第三，能够激发学生对实验操作和知识探究的兴趣。Algodoo无论是界面还是功能设计，都能够激发学生对实验操作和持续进行知识的兴趣，能够有效地提高课堂效率，同时把课堂延伸到学生的课余时间。
2. Algodoo的局限
一是技能要求较高。Algodoo虽然包含丰富的功能，但对大部分物理教师而言，设计出符合物理实验要求的仿真实验，需要一定的操作能力。
二是教学活动设计难度高。在设计教学活动时，需要综合考虑Algodoo在教学中的应用，不能只把其作为实验演示工具，还应作为合作建模工具，让学生参与实验模型的搭建。
三是国内缺乏讨论和共享的平台。国内受限于语言、网络等因素，无法充分利用国外这一社区平台，同时又缺乏国内的社区平台。
