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論網(wǎng)絡(luò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心建設(shè)研究與實(shí)踐
通過虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理系統(tǒng)，教師既可搭建典型實(shí)驗(yàn)或調(diào)取實(shí)驗(yàn)案例，網(wǎng)絡(luò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心建設(shè)研究與實(shí)踐該如何進(jìn)行?
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，人們已無時(shí)無刻離不開網(wǎng)絡(luò)。[1]在國內(nèi)已有部分院校的實(shí)驗(yàn)室引入了虛擬儀器系統(tǒng)，如上海復(fù)旦大學(xué)、上海交通大學(xué)、華中理工大學(xué)、廣州暨南大學(xué)等。未來的幾年內(nèi)，我國將有50%的儀器為虛擬儀器。隨著微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展，虛擬儀器將會(huì)逐步取代傳統(tǒng)的測(cè)試儀器而成為測(cè)試儀器的主流。
1 技術(shù)路線
隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，信息、消費(fèi)、生產(chǎn)和智慧互聯(lián)，它給我們提供一種偉大精神，這種精神叫作合作共贏、共建共享。2016年某日，筆者在自助銀行遇見幾個(gè)外國人在那里按來按去，不時(shí)發(fā)出各種疑問的聲音，似乎完不成他們想要的操作。想到他們一定是不會(huì)使用自動(dòng)取款機(jī)，筆者便主動(dòng)關(guān)切地問“Can I help you(需要幫忙嗎)?”，沒想到他們的回答讓筆者感到意外：“We are looking for restaurant(我們正在找飯店)。”幫他們找到想要的飯店后，筆者禁不住反思：既然自動(dòng)取款機(jī)是聯(lián)網(wǎng)的，是不是也可以充分利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，進(jìn)一步延伸其功能，查詢到附近的飯店、賓館等。甚至可以查詢到附近的學(xué)校，登錄它們的實(shí)驗(yàn)中心。圖1為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心登錄頁面。
通過虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理系統(tǒng)，教師既可搭建典型實(shí)驗(yàn)或調(diào)取實(shí)驗(yàn)案例。方便地向?qū)W生布置實(shí)驗(yàn)任務(wù)，還可在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后查看學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，給出實(shí)驗(yàn)成績和評(píng)價(jià)。[2]
虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)，將部分單純演示性、驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容以學(xué)生開展虛擬實(shí)驗(yàn)為主;基本技能訓(xùn)練和基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以虛擬實(shí)驗(yàn)輔助實(shí)體實(shí)驗(yàn)的開展，壓縮實(shí)體實(shí)驗(yàn)室中有關(guān)實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟、儀器設(shè)備使用、注意事項(xiàng)等的講授時(shí)間，進(jìn)一步節(jié)約有限的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，將更多的時(shí)間給學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐，節(jié)省下來的學(xué)時(shí)可以用來開設(shè)一些綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和研究性實(shí)驗(yàn)。典型實(shí)驗(yàn)通常是由精通相關(guān)課程的教師設(shè)計(jì)的。要求學(xué)生在此基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。可滿足教師對(duì)各層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需求。實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)也為學(xué)生自由搭建實(shí)驗(yàn)?zāi)M提供了可能。學(xué)生既可通過實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)動(dòng)手操作，又可自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，有利于培養(yǎng)設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新意識(shí)。與器材庫(或儀器、設(shè)備、材料庫)類似，虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)通常擁有一個(gè)器材欄。用于各類虛擬實(shí)驗(yàn)器材的管理。學(xué)生可以把器材從器材欄中移到實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，或者從實(shí)驗(yàn)臺(tái)上把器材收回到器材欄。
2 研究方法
行動(dòng)研究法。嚴(yán)格地說，行動(dòng)研究并不是一種獨(dú)立的研究方法，而是一種教育研究活動(dòng)，是一種教師和教育管理人員密切結(jié)合本職工作綜合運(yùn)用各種有效研究的方法，以直接推動(dòng)教育工作的改進(jìn)為目的的教育研究活動(dòng)。課題組的成員來自學(xué)校一線工作者和學(xué)校的管理者，研究做到了學(xué)習(xí)、實(shí)踐、反思三者的結(jié)合，增強(qiáng)了課題成果的實(shí)際意義。[3]
調(diào)查研究法。調(diào)查國內(nèi)外虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的建立和使用情況，從中學(xué)習(xí)先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，避免在研究過程中走彎路。撰寫了調(diào)查研究報(bào)告。
文獻(xiàn)研究法。研究過程中，查閱大量文獻(xiàn)，借鑒同類課題的經(jīng)驗(yàn)和做法，為實(shí)驗(yàn)得出定性結(jié)論起到重要作用。
比較研究法。本課題研究過程中，對(duì)資料的收集和分析進(jìn)行了多方面的比較。一是學(xué)校的比較，各學(xué)段的比較等;二是類型的比較，智力與創(chuàng)造力的比較等;三是實(shí)驗(yàn)效果的比較，例如在篩選材料過程中取舍的比較，同類統(tǒng)計(jì)資料在數(shù)據(jù)上的對(duì)比、推斷等。
個(gè)案研究法。科學(xué)地確定和研究典型個(gè)案進(jìn)行研究是課題研究的捷徑，研究中，課題組提供多個(gè)成功的個(gè)案，比較各種優(yōu)缺點(diǎn)，用以應(yīng)用到本課題。[4]
3 仿真實(shí)例
單片機(jī)是電子信息類專業(yè)的必修課，其應(yīng)用已涉及生活的方方面面。要想真正學(xué)以致用，需多學(xué)多練，掌握其編程技巧。以AT89C52單片機(jī)實(shí)現(xiàn)模擬電子琴為例，單片機(jī)擴(kuò)展無源蜂鳴器實(shí)現(xiàn)電子琴功能。7個(gè)按鍵KEY1、KEY2、KEY3、KEY4、KEY5、KEY6和KEY7，分別對(duì)應(yīng)7個(gè)音符，圖2為單片機(jī)模擬電子琴硬件電路。按下時(shí)蜂鳴器發(fā)出對(duì)應(yīng)音調(diào);還可以設(shè)計(jì)一個(gè)音樂自動(dòng)播放功能，根據(jù)存入的樂譜進(jìn)行循環(huán)播放。
4 結(jié) 論
建立開放式網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)室，運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬真實(shí)實(shí)驗(yàn)。采用多媒體技術(shù)在計(jì)算機(jī)上建立虛擬實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，提供可操作的虛擬實(shí)驗(yàn)儀器，使學(xué)生在互聯(lián)網(wǎng)上通過接近真實(shí)的人機(jī)交互界面完成實(shí)驗(yàn)，同時(shí)提供網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)一體化的管理功能。這將是未來實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新方式。
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