仿真實驗教學范文10篇

摘要：文章從開設虛擬仿真實驗教學的優勢，教學平臺的建設與應用、開放共享、教學成果、示范推廣等角度，介紹了藥學虛擬仿真實驗教學平臺的建設過程，闡述了藥學虛擬仿真實驗教學平臺的特色。該平臺突出了以培養藥學創新人才為目標的改革理念，促進了學生創新和實踐能力培養。

關鍵詞：藥學；虛擬仿真；實驗教學平臺

藥學是一門實踐性很強的學科，實驗教學是藥學人才培養中必不可少的環節，其主要任務是讓學生掌握必要的藥學實驗知識和實驗操作技能，為相應理論知識的掌握和藥學創新研究工作的開展打下基礎。根據教育部有關文件[1-3]，借鑒其他藥學類院校的建設經驗[4-5]，以培養藥學創新人才為目標，結合我校藥學實驗教學的實際需要，在前期建設基礎上，藥學實驗教學中心對原有各學科虛擬實驗教學資源進行了整合，打破了實驗教學內容的學科、課程限制，形成了基于藥學系統研究的整體教學體系，面向各學科學生提供了一個資源共享的平臺，2015年獲批為廣東省藥學虛擬仿真實驗教學示范中心。在三年多的建設期中，以培養綜合創新性藥學人才為目標，秉承“能實不虛、虛實結合”的建設理念，將藥學類基礎性、綜合創新性以及示范性虛擬仿真實驗教學項目有機結合，構建了藥學創新人才培養的虛擬仿真實驗教學平臺，并在實驗教學體系建設、人才培養、成果推廣等方面取得了明顯成效。

1藥學實驗教學的不足

近年來，各藥學類院校在專業實驗課程教學方式、教學內容、教學手段等多方面加大了改革力度，取得了很多教學改革成果。但在實驗教學過程中，由于多種客觀條件的限制，也為實驗教學帶來了諸多困難。（1）時間和空間的限制增大了系統完成實驗的難度。藥學相關實驗具有相當程度的連續性，尤其是血藥濃度測定、藥物合成、天然產物提取分離和結構鑒定、體內/外抗腫瘤活性測定、藥物-靶蛋白相互作用分析等綜合創新性實驗，需要較多的時間保證，使在單位時間連續完成實驗的難度增大。（2）實驗的安全性風險限制了部分實驗課的開設。受特殊條件限制，部分實驗內容的開展受到制約。因藥學類相關實驗廣泛涉及有毒試劑、易燃易爆試劑、細胞、細菌、病毒，增加了實驗操作過程中的安全性風險，如果操作不當將直接對人體產生不可估量的損傷，相應的實驗廢棄物回收與無害化處理也大大增加了教學成本，這些都限制了部分實驗內容的開展。（3）教學成本與設備條件限制了學生動手操作的機會。藥學類相關實驗所涉及的部分耗材，如SPF級實驗動物飼養，其條件嚴格且數量有限，部分細胞、細菌株極其珍貴，試劑、藥品的消耗也不容小覷，這些因素限制了課程的開設。對于一些綜合性實驗，受設備臺套數的限制，無法使每個學生都動手操作，學生實驗參與率大大降低。

2開設虛擬仿真實驗教學的優勢

摘要:醫學檢驗是一門注重實踐性和操作性的專業，注重學生專業實驗能力和操作水平的培養。傳統醫學檢驗實驗教學存在弊端，采用虛擬仿真技術（virtualreality，VR）建立醫學檢驗虛擬仿真實驗教學平臺可完善并提高教學質量。通過對醫學檢驗虛擬仿真實驗教學平臺建設進行初步探索，對目前存在的困難進行剖析，為響應教育部建立國家級虛擬仿真實驗教學中心，促進醫學檢驗教育信息化建設提供新思路。

關鍵詞：醫學檢驗；虛擬仿真；實驗教學

醫學檢驗是一門注重實踐性和操作性的專業，尤其2012年教育部將培養目標由五年制培養“從事醫學檢驗及醫學類實驗室工作的醫學高等專門人才”改為四年制培養“從事醫學檢驗及醫學類實驗室工作的醫學技術高級專門人才”[1]，著重強調了專業實驗能力和操作水平。現醫學進入精準醫療的大數據時代，傳統的“規定動作”教學已不能滿足技術日新月異的變化，各類因素極大程度的制約著教學效果，借助虛擬仿真技術（virtualreality，VR）可有效改善這些問題。VR技術是一種以計算機為核心的新型認知工具和知識載體，利用高科技生成虛擬環境，使操作者具有視、聽、觸覺一體化的沉浸感[2]，可借助特殊設備與虛擬環境交互，達到身臨其境的感受和體驗。本文對醫學檢驗虛擬仿真實驗教學平臺建設現狀進行分析，為建設醫學檢驗虛擬平臺提供新思路。

1傳統醫學檢驗實驗教學存在的弊端及VR解決方案

1.1驗證實驗占比大，學生操作機會少傳統實驗教學一般由實驗技術人員備好實驗項目所需儀器、試劑和樣品，在講授實驗目的、原理、方法步驟和注意事項后，學生“依葫蘆畫瓢”進行實驗。通過VR平臺，可實現“實驗準備→預實驗→實驗操作→結果分析”等流程操作。為培養學生的專業思維和創新素質，可在平臺中設計開放式、研究式的實驗教學[3]。目前臨床在用的醫學檢驗儀器多為全自動化操作，價格昂貴，且實驗場地有限，加上招生規模擴大，無法做到人手一臺進行操作，大大制約了學生的動手操作能力。VR通過一臺計算機或一套虛擬設備即可模擬整套醫學檢驗虛擬實驗室，容納檢驗科相關儀器設備，學生通過模擬實驗過程，可反復進行操作練習，分析實驗步驟，注意操作細節，熟練后再實際動手操作，虛實結合可有效避免因實驗某一步驟出錯而導致實驗無法繼續進行。1.2生物安全隱患大，形態教學難度大醫學檢驗實驗課多以臨床病人的血樣、尿樣等為操作樣本，可能存在病原體等安全隱患[4]，檢測正常人樣本又限制了學生對患病標本的認知。通過VR，可減少學生對于患者標本的接觸[5]。教學使用的標本片通常有使用期限，對于罕見病的標本來源相當不易[6]，采用虛擬構建標本庫，如以臨床血液學檢查教學課程為目錄，建立骨髓形態涂庫，可對正常血細胞、紅細胞疾病和急性白血病等涂片進行形態學觀察，教師可通過在涂片中設計添加指引箭頭、標識區域和文字等方便學生課前預習和課后復習。1.3運行維護成本高，實驗耗材用量大醫學檢驗儀器設備和實驗耗材是實驗教學的物質基礎，而儀器價格昂貴，折舊率高，更新換代快[7]，VR可及時更新最新儀器和相關知識，使學生及時掌握前沿技術操作。儀器的維護成本高，如顯微鏡燈泡壽命短，學生缺乏儀器保養相關常識等，通過VR儀器內部結構，學生可了解儀器管路的走向，光路的構成，掌握儀器維護和保養，設置簡單、常見的電路故障引導學生排除故障等。傳統教學使用耗材用量大，回收再利用率低，部分實驗耗材還存在污染處理等問題，VR可模擬實驗操作，節省資源。1.4知識擴展能力差，課程分隔不系統傳統的“三段式”教學已經無法跟上科學技術發展的腳步。例如我國醫學檢驗專業基本都是按照大型醫院檢驗科所需崗位進行培養，實驗室配置基本與醫院檢驗科相符。但隨著快速檢測技術發展，應急檢驗醫學應運而生，其檢測以干式為主，與常規儀器操作及原理均存在差異，設備更新換代快，采用VR可使學生及時掌握最新技術[8]。傳統的醫學檢驗實驗教學是以課程為單位，但在臨床工作中面對各種標本，可能存在復雜的病變，需要檢測后對實驗結果綜合分析，這就要求建立醫學檢驗虛擬仿真實驗教學系統，將知識糅合并融會貫通，才能靈活應變臨床工作中的各類標本。

2醫學檢驗虛擬仿真實驗教學平臺的探索

摘要：在物理實驗教學中，傳統的教學模式是教師單純進行口頭講解，然后完成一些基本的實驗，導致學生不能徹底掌握實驗的過程，無法有效提升學生的思維能力和動手能力。文章主要探討虛擬仿真實驗技術在物理實驗教學中的應用，指出虛擬仿真實驗技術不僅能夠提高物理實驗教學質量，而且能夠提高學生的自主探究能力。

關鍵詞：物理實驗教學；虛擬仿真實驗技術；動手能力；創新能力

隨著現代科技的快速發展，計算機和互聯網等技術在教育領域得到了廣泛推廣、普及和應用，這就為傳統的物理實驗教學注入了新鮮的血液，增強了物理實驗教學的效果。虛擬仿真實驗技術是前沿技術，可以突破實驗儀器和設備不足等限制，幫助學生直觀、形象地模擬各種物理實驗的操作過程，有利于促進學生積極投入到物理實驗教學中，不斷提升物理實驗教學效率。本文以虛擬仿真實驗技術為例，對虛擬仿真實驗技術在物理實驗教學中的應用進行探討。

一、傳統物理實驗教學的弊端

1.完成實驗的模式比較單一。在完成物理實驗之前，教師一般會對實驗目的、實驗原理以及實驗過程進行詳細的講解，甚至每個學生都有分發的實驗詳解材料，材料包括了操作實驗的所有步驟和實驗連接圖，然后學生根據教師的講解和實驗材料完成實驗。在這樣的實驗過程中，雖然每個學生都能夠得出準確的實驗結果，但是沒有注重學生自主探究的過程，他們只是照本宣科地按照教師的指導和材料的要求來完成實驗。因此，這種傳統的物理實驗教學模式沒有充分發揮學生的主體作用，學生只是根據資料進行操作，不能培養自主探究能力和創新能力。2.學生對物理實驗課的重視程度不高。通過調查發現，學生對實驗課的重視程度遠不如對理論課的重視程度高。而且教師在講解實驗時，有的學生基本不聽，導致他們在完成實驗的過程中也是流于形式，沒有親身去探究。而且由于實驗課需要學生通過合作的方式進行學習，因此課堂比較混亂，一些學生會在其中插科打諢。3.考核方式不合理。傳統的物理實驗考核方式主要是教師檢查學生的實驗結果和實驗結論是否正確，如果實驗結果正確，教師簽字后就可以離開了，因而教師不能檢查到每個學生的實驗操作過程是否正確。在做物理實驗的過程中，有的學生甚至抄襲其他同學的數據，因為實驗室的儀器配置一樣，并且實驗原理和操作過程一樣，這就使得每個學生得出的實驗數據很接近，如果學生根據正確結果進行略微的改動，教師是很難發現的。在完成物理實驗的過程中，教師需要指導和解決學生在實驗過程中遇到的問題，只能觀察和監督個別學生，而不能注意到每一個學生，所以有的學生就濫竽充數，等著抄襲其他同學的實驗數據。

二、虛擬仿真實驗技術應用于物理實驗教學中的優勢

摘要:以“大黃中游離蒽醌的提取與分離分析3D虛擬仿真實驗”為例，從天然藥物化學實驗教學現狀、虛擬仿真實驗教學項目的特點與優勢、系統開發、資源建設等方面介紹了天然藥物化學虛擬仿真實驗的建設思路與方法，旨在為天然藥物化學等相關課程開展虛擬仿真實驗積累經驗，在一定程度上彌補了傳統天然藥物化學實驗教學的不足，構建了以學生為主導的立體化、綜合性、混合式的實驗教學模式，有助于綜合性創新型人才的培養。

關鍵詞:天然藥物化學;虛擬仿真;建設;思考

虛擬仿真實驗教學是課程建設與信息技術深度融合的產物，在很大程度上可彌補客觀實驗條件的不足，為學生模擬接近真實的訓練環境，在提高學生實驗操作技能方面發揮著重要作用［1－3］。虛擬仿真可以根據不同需求創建各種形式的實驗教學場景，供學生完成多種類型的實驗項目，達到優化實驗教學環境、延伸實驗教學內容、提升實驗教學水平的目的［4－5］。到目前為止，教育部認定了400多個國家虛擬仿真實驗教學項目，以推動“虛實結合”的個性化、智能化的實驗教學新模式，其目標是形成專業布局合理、教學效果優良、開放共享有效的高等教育信息化實驗教學項目示范新體系，支撐高等教育教學質量的全面提高［6－8］。

1天然藥物化學實驗教學現狀

天然藥物化學實驗是天然藥物化學教學的重要組成部分，其教學目的就是要讓學生掌握天然藥物化學的基本理論和操作技能，注重理論與實踐結合。傳統的天然藥物化學實驗課是以老師利用PPT等現場講授并結合示教、學生再動手操作進行驗證性實驗為主的教學模式。目前天然藥物化學實驗教學的現狀如下:

1．1實驗教學學時不足

摘要：航空動力系統由于結構復雜，運行過程常處于高溫、高壓、高危環境，因此給實驗教學活動的開展帶來了諸多困難。文章定位于“突出航空動力專業特色，強調理論實踐協調發展，虛擬現實相輔相成”，利用虛擬現實、計算機網絡、多媒體等技術構建了適應學科特點的實驗教學體系。實踐表明，該體系能使學生不受時間、不受地點通過仿真實驗真實的認識航空動力系統，強化相關專業實踐教學效果，激發學生自主創新和創業精神，有效的提高了學生的工程素養，取得了一系列教學成果。

關鍵詞：實驗教學；虛擬仿真；教學體系；航空動力系統

一、航空動力系統實驗教學面臨的困境及虛擬仿真實

驗教學體系建設的必要性黨的十八屆五中全會提出：創新的事業呼喚創新的人才，培育創新人才是人才培養的首要任務[1]。建設教育強國是中華民族偉大復興的基礎工程，必須把教育事業放在優先位置，加快教育現代化，辦好人民滿意的教育[2]。實踐教學是高素質工程科技人才培養過程中的重要組成環節，是激發學生探索未知、培養學生實踐能力與創新精神的必要途徑。航空動力系統結構復雜，運行過程中對電源、液源、氣源等要求嚴格。以常見的某型軍用發動機為例，其壓氣機出口壓力為20-30×105Pa，燃燒室出口溫度為1800-2000K，渦輪部件葉尖線速度超音，部分達到500m/s，部件或整機實驗過程中峰值噪聲達150dB噪音，實驗過程常處于高溫、高壓、高危環境，運行環境之危險，實驗過程之困難可見一斑。鑒于實驗現狀和安全性考慮，學生只能通過觀看演示性實驗進行學習，實際動手參與程度低。自主設計、創新型實驗教學活動難以開展，未能切實貫徹提出的“著力培養學生的創新精神和實踐能力”這一人才培養要求[3]。《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》指出：“信息技術對教育發展具有革命行動影響，必須予以高度重視”[4-5]。通過虛擬仿真實驗教學體系的構建，不但可以實現學生自主設計實驗流程、修改實驗參數、進行實驗配置等實物實驗中不宜開放的高危險、高成本性實驗功能。還可以通過虛擬實驗和真實實驗相結合，使學生在“虛”中了解并掌握復雜大系統的工作原理與測試方法，在“實”中親自動手調試這一系統的部分功能單元，促進知識的轉化與拓展，加深對航空動力系統結構及工作原理的理解。進而，有效的培養學生自主實驗設計能力、實驗分析能力、獨立創新能力和“研學一體化”技能。綜上所述，建設虛擬仿真實驗教學體系意義重大，勢在必行。

二、虛擬仿真實驗教學體系的特色與創新

虛擬仿真實驗教學體系的特色與創新主要體現在以下幾點：（一）強化學生實踐能力，建立了以解決工程問題為核心的創新人才培養新模式。航空動力系統虛擬仿真實驗教學體系以培養基礎理論扎實、動手能力強、創新能力突出的高素質專業型人才為根本，以適應國家航空航天動力、新能源等領域人才需求為目標，以遵循學科發展規律為宗旨，進行了實驗內容和管理模式的改革，如圖1所示。改變了傳統的“一門課程、一門實驗、一人管理”的非系統性實驗方式，建立了新型的“基礎性實驗-綜合性實驗-研究性實驗-創新性實驗”的多層次化、多模塊化實驗教學體系，形成了適應學科特點及航空發動機特點的系統、科學、完整的課程體系。教學團隊不僅通過專業基礎和專業核心知識的實驗講授來提高學生工程實踐技能以及發現問題、綜合分析、解決問題的能力，還邀請行業內科研院所、國內大型企業、世界著名發動機企業、國內外院校的著名專家學者參與虛擬仿真線上教學活動，將最先進最前沿的科學技術進展情況和企事業科技發展需求分析引入教學，提高學生創新精神，激發學生創新創業熱情。（二）以航空發動機為對象，充分利用科研資源，實驗教學內容豐富。航空動力系統虛擬仿真實驗教學體系結合了飛行器動力工程、能源與動力工程、自動化（動力方向）等幾個專業科研和教學的需求，始終定位于“突出航空動力專業特色，強調理論實踐協調發展”，突出本科生寬口徑、厚基礎、重實踐的培養模式，讓學生不受時間、不受地點地“通過仿真實驗真實的認識發動機”，并將課堂教學有效的延伸，建立了“航空發動機總體及原理”、“航空發動機結構動力學”、“流體力學/氣體動力學”、“航空發動機控制綜合”四個相互交叉、相互支撐的虛擬仿真實驗教學平臺。其中包含26個實驗教學模塊，75個實驗項目，實驗教學內容豐富。（三）注重學生創新能力培養，立足實踐教學研究，實現遠程終端實驗教學，效益顯著。航空動力系統虛擬仿真實驗教學團隊擁有獨具特色的情景式、多維度、高互動、全開放的虛擬實驗室核心技術，真正構建了“虛實結合”的教學新模式。學生可根據自身興趣特點和個性化需求，通過使用臺式計算機、平板電腦、手機等實現線上學習。即學生可通過手機等無線終端登陸“教學平臺”，預約實驗，教學團隊教師可實時觀測到預約頁面，通過審核學生并授權后，學生即可進入平臺，進行多項實驗內容，如圖2。通過開放性實驗和多媒體遠程虛擬仿真實驗項目建設，促進了學生對課堂理論知識的理解；降低了學生在真實實驗過程中操作誤差的風險；避免了昂貴設備裝置由于操作失誤而發生的故障；彌補了單一設備昂貴以至于學生無法全部參與操作的缺陷；解決了多校區運行學生實驗難以開展的困局，使得實驗教學更具有主動性、創新性、系統性和高效性。（四）校校、校所、校企合作關系密切，構建了“多學科交叉、分層次任務、開放共享式、本研一體化”的實驗教學新模式航空動力系統虛擬仿真實驗教學體系的教學項目不僅與理論教學緊密結合，而且與工程實踐密不可分。一方面，該教學體系通過“內部聯合”建設，鼓勵學生積極參與國家“973”、國家“863”等國家級項目以及其他科研院所合作的項目，以全面培養學生的科研能力。同時，教師及時將本學科（專業）的科研成果進行轉化，更新實驗教學內容，并積極鼓勵學生參與實驗臺的更新或新建，強化學生的動手能力和綜合技能。另一方面，該教學體系通過“外部聯合”建設，與沈陽發動機設計研究所、中國航空動力機械研究所、中國燃氣渦輪研究院、沈陽黎明航空發動機公司、成都發動機公司、西安航空發動機公司等聯合成立了實踐教學基地，以全面提升學生的創新創業精神和實踐創新能力。通過上述全方位、多形式的教學體系建設，團隊已形成了適應行業技術發展，總體布局結構合理，多學科交叉，實驗功能齊全的高水平、高效益、共享式的實驗教學新模式。綜上所述，航空動力系統虛擬仿真實驗教學體系解決了實驗教學中普遍存在的“想做做不成”、“能做不愿做”、“只看不能做”等教學難題，有效的調動了學生學習的積極性，提升了實驗教學的質量，探索出了一條適用于航空動力系統高端精英人才培養的新途徑。

摘要：為了適應創新型應用人才培養目標，對數字媒體技術類課程進行仿真實驗教學改革是非常必要的。本文提出了仿真實驗教學改革的具體思路和方法，包括實驗課程設計、教學模式及智能評測手段等。教學效果表明，學生在數字媒體技術專業核心課程學習成績方面取得較大提高，同時社會研學能力和創新能力也得到較大增強。

關鍵詞：數字媒體技術；仿真實驗教學；課程設計；教學模式

1引言

近年來，4G/5G智能終端的發展使得數字媒體內容的制作、編輯與傳播日益便利，數字媒體技術專業成為新興熱門專業之一。各院校越來越注重培養掌握數字媒體內容設計制作及相關軟硬件開發原理和方法的應用型專門人才[1-2]。作為應用型本科院校，湖北經濟學院數字媒體技術專業立足于創新型應用技術人才培養目標，注重以“基礎知識扎實、開發技術過硬、創新能力突出”為主旨的應用系統開發和科研創新能力培養等兩個層次，要求學生必須精學多練，注重開發能力訓練，成為適應數字媒體軟件開發需求的技術人才[3-4]。在這種教學背景下，實驗教學在數字媒體技術類課程中具有十分重要的地位。正如羅吉爾•培根所言：“沒有實驗，任何新的東西都不能深知”[5]。數字媒體技術類課程不僅要求熟悉和掌握融合技術與藝術領域相關理論知識的各類現代媒體設計開發技巧，還要求熟悉和運用人工智能技術解決實際應用問題。目前，數字媒體技術類課程實驗面臨課程體系統籌兼顧不足、技術新鮮度不夠、教學方式僵硬、評測難度大等問題[6]。因此，本文提出數字媒體類課程仿真實驗改革方案，從實驗內容設計入手，將數字媒體技術領域新理論、新技術構建成仿真程序設計任務，在不同的教學階段以不同的教學模式融入日常教學，并采用智能評測手段實現部分實驗項目的自評自測，從而提高了實驗教學的力度和實效。最終實踐表明，學生取得了較好的課業成績，大大增強了社會研學能力。

2數媒技術實驗教學問題分析

目前，數字媒體類課程實驗教學還處在探索階段，來自于實驗內容、實驗環境、實驗內容設計、評測方法等方面的挑戰不斷出現。其存在的主要問題如下：（1）對數字媒體技術類課程的實驗體系設計欠缺統籌考慮。各門課程之間實驗內容重復、脫節遺漏、不系統。實驗課一般由各任課教師根據理論課要求安排教學內容，知識體系、教學難度和目標要求上缺乏統籌安排，導致教學效果不明顯和資源浪費嚴重。（2）缺乏規范和及時更新的具有數字媒體技術鮮明特色的實驗內容。現有的數字媒體課程實驗教材不是偏重藝術設計，就是偏重程序開發，不適合應用本科型院校的培養目標。應該在實驗教學內容設計上融合藝術和技術兩大總體需求，才能有效鍛煉學生的應用開發能力。（3）實驗教學方式僵化機械，不利于激發學習積極性。受傳統實驗教學模式的影響，現有的實驗教學內容不僅包含完整實驗步驟，還包括詳細的操作演示。在這種情況下，學生基本上不查閱資料，僅需簡單地重復實驗步驟，無需積極思考就可以獲得實驗結果，無法有效鍛煉思維能力。（4）數字媒體實驗作業評測困難，主觀偏差大，任務重。有些數字媒體實驗作業純粹就是效果圖檢查，實驗成績評判單純依賴教師主觀評判，工作量繁重，無法實現學生自評自測的目的。

[摘要]計算機仿真是指通過實驗模型去研究一個已經存在的或者正在設計的系統的過程。仿真實驗不僅是對實驗原型的再現，而且是按照實驗的側重點對模型進行研究，最終建立在模型系統上的實驗技術。

[關鍵詞]仿真實驗實驗教學

一、計算機仿真

計算機仿真就是將一個描述實際系統的數學模型通過第二次模型化，變成一個能夠采用計算機運算求解的仿真模型，并在計算機內進行運轉的過程，以此獲得有關實際系統的定量信息、數據或資料，深化對實際系統的認識和研究。

計算機仿真的全過程：①建立描述實際系統的數學模型。②經二次模型化建立仿真模型。③仿真模型在計算機內運行，有必要再根據技術要求修改仿真模型并校驗。④分析仿真運行結果，為研究、分析，設計和調整所研究的實際系統提供可靠的信息、數據。

根據仿真中所采用的計算機類型的不同，計算機仿真可分為模擬仿真和數字仿真。

摘要：文章從傳統移動通信實驗教學中存在的限制因素出發，分析了將虛擬仿真軟件引入課程的必要之處。通過分析得出，將移動通信虛擬仿真實驗引入教學之中，使枯燥的通信原理知識更加形象，既利于教師進行課堂內容展示，也便于激發學生的學習熱情，拓展學生的創新思維，進而提高移動通信課程的教學效果。

關鍵詞：移動通信；虛擬仿真實驗；QPSK調制

1移動通信實驗教學現狀

移動通信課程的教學內容比較復雜，除了要求學生要學會相關的專業知識，比如通信系統的組成原理、應用原理之外，還要求學生要有實踐操作能力，也就是能將掌握的原理應用到通信課程實驗中[1]。在我國移動通信技術不斷發展的大背景下，職業院校的學生更要提高學習的積極主動性，主動學習并掌握新的知識，并將知識可以應用到實踐中。高等教育的核心是培養學生的綜合能力，而實驗教學就是重要的方式。實驗教學不僅可以培養學生的專業技術能力，而且可以拓展學生的綜合分析和創新能力，培養出符合社會需要的具有創新思維和高技術水平的專業移動通信人才[2]。傳統的移動通信技術教學存在很多不足之處，主要體現在以下4個方面：首先，課程的教學重點多集中在理論知識的教學上，忽視了實驗教學的作用。實驗教學作為檢驗學生是否充分理解并掌握理論知識的方式，應該與理論教學相輔相成；其次，有些職業院校缺乏新型的實驗設備以及最新的移動通信器件和裝置，這導致不能滿足學生開展實驗的需要；再次，學校開展的實驗教學采取的多數是驗證性實驗，學生只需要根據已有的實驗步驟進行模仿訓練即可，無法激發學生學習的熱情和拓展學生的創新思維[3]。

2移動通信虛擬仿真實驗引入教學的效果

2.1方便學生理解課堂知識。在以前的移動通信課程理論教學中，教師一般會將教學重點放在對通信課程中某種技術或者算法原理進行講解，讓學生逐步了解并能夠掌握調制解調器的相關原理以及無線電波是通過何種方式進行變換[4]。學生在了解這些知識點之后，再學習后面課程中的信源編碼、無線電波發射等知識點時會更加容易接受。教師在以往的實驗課上，一般會選擇按部就班、循規蹈矩的方式對實驗原理進行說明，多數情況下會采用傳統板書的形式，這樣的教學方法雖然有利于教師方便快捷地完成知識點的講解，但卻不容易讓學生直觀清楚地理解教學內容。而且實驗課的內容中會有很多波形分析的知識點，教師僅僅憑借板書的形式，很難達到理想的教學效果[5]。而將移動通信虛擬仿真實驗引入教學之后，有利于學生對枯燥的技術、信號原理有更為直觀的認識，也更容易讓學生牢牢把握相關的知識點。教師在移動通信實驗課程的教學準備過程中，應該從高職學生的理解能力、分析能力出發，為學生構建更便于理解教學內容的情境，這樣有利于達到比較好的教學效果。在進行移動通信虛擬仿真實驗的過程中，通過使用SystemView軟件，可以為學生創設清晰明確、一目了然的可視化平臺，并根據實驗需求構造相應系統，然后讓學生積極主動地參與到實驗過程中，通過調整不同的參數，觀察波形、功率譜的變化，并由此得出相應結果。在這個實驗過程中，學生就切實體驗到真實電路工作的流程，更有助于學生理解課堂知識，并將課堂上掌握的理論知識運用到實踐中去[6]。2.2引導學生主動探索知識。以往職業院校組織學生進行的多數是驗證性實驗，這種實驗方式會讓學生根據固定的實驗設備和步驟來完成實驗過程，學生在實驗過程中，只能按照既定的實驗思路進行實驗，不能將自己的一些想法運用到實驗中去，這樣不但使學生對參與實驗的興趣不高，而且在電路調試過程中也非常容易損壞元器件及實驗設備，實驗效果必然不理想。所以，將移動通信虛擬仿真實驗引入教學是非常必要和及時的。虛擬仿真實驗軟件具有非常強大的功能，如數據的收集、分析及傳輸等。學生通過進行虛擬仿真實驗，可以更多參與到實驗過程中，比如可以通過改變實驗參數來觀察電路的不同，并通過總結分析實驗過程中存在的問題，經過推理、論證，最后設計出較好的電路；或者學生可通過觀測輸出電路的波形變化，通過記錄分析，對如何進行真實電路調試有更為直觀的認識。同時，通過虛擬仿真實驗，可以實現以往一些課堂上無法實現的創新性實驗，大大增加了實驗教學的廣度[7]。由此可見，通過將移動通信虛擬仿真實驗引入教學，不僅能夠擴展學生對原理知識的理解程度，而且可以通過實驗讓學生對實際電路的運行情況有更清晰的認識，有利于學生將理論知識運用到實踐中去。同時，將移動通信領域的新技術引入到課堂中來，可以大大提高學生的學習熱情，推動學生更積極地探索新知識，培養學生的創新思維，為學生以后更加靈活地調試電路奠定良好基礎。

摘要:隨著虛擬仿真技術和人工智能技術的日趨成熟，人們逐漸意識到虛擬仿真實驗在教育領域中具有巨大應用價值。如何在實驗教學中合理運用虛擬仿真實驗成為教育者們關注的熱點之一。文章概述了我國虛擬仿真實驗項目的建設情況，虛擬仿真實驗與傳統實驗的特征以及虛實結合實驗教學方法的優勢，并探討虛實結合教學模式在醫學研究生分子生物學實驗教學中的應用。這將為提升分子生物學實驗教學質量和培養具有科研創新能力的醫學研究生提供重要參考。

關鍵詞:分子生物學;虛擬仿真;實驗教學

分子生物學實驗技術是推動生命科學發展的關鍵技術［1］。因此，分子生物學實驗教學對于醫學研究生科研能力培養至關重要。然而，目前我國研究生實驗教學普遍存在以下問題:①研究生持續擴招。據國家統計局2022年2月發布的《中華人民共和國2021年國民經濟和社會發展統計公報》顯示，我國2021年研究生招生人數為117．7萬，較2020年的110．6萬人增長了7．1萬，增幅為6．42%。據統計，我國近十年研究生平均擴招增幅在7%左右［2］。②實驗平臺和師資等資源相對不足。實驗平臺建設難以跟上研究生人數的擴張速度，實驗教學師資與研究生比例失調。③傳統實驗教學存在諸多弊端，例如，教學模式固化，實驗項目單調，實驗內容過于陳舊等［3］。以上因素在一定程度上制約了研究生科研素質的培養。因此，我國的研究生實驗教學條件有待改善，教學模式亟須深度變革。隨著人工智能、虛擬現實和多媒體等技術的發展，產生了大量以電子學習為目的的數字交互學習資源，其中虛擬仿真實驗被廣泛地運用在實踐教學中。虛擬仿真實驗為學習者提供了一個具有高質量學習資源的開放平臺，以進行研究型學習、自主實驗和創新實踐。它提高了人才培養質量，為實踐教學和實驗室建設的改革注入新活力。目前，虛擬仿真實驗也開始被我國教育中心重視起來，而且它在普通高等學校本科生實驗教學中占比也越來越高。然而，研究生與本科生的實驗教學目標并不完全一樣，不能簡單地套用。因此，合理運用虛擬仿真實驗，對研究生科研素質培養具有非常重要的意義。本文以醫學研究生分子生物學實驗教學課程為例，對虛實結合實驗教學模式進行探討，提出切實可行的實驗教學方案，為提升醫學研究生分子生物學實驗教學質量提供參考。

1我國虛擬仿真實驗項目的建設情況

虛擬仿真實驗是借助于網絡技術、計算機技術、虛擬仿真技術和人工智能技術等，構建虛擬實驗場景、實驗內容和操作對象的實驗平臺，使學生通過人機交互的方式，可以像在真實環境中一樣完成各種實驗項目。它是現代信息技術與教育的深度融合，是教育信息化的產物。它極大地促進教學模式的改革，豐富教學手段，提升教學質量。2017年，我國教育部下發的《教育部辦公廳關于2017－2020年開展示范性虛擬仿真實驗教學項目建設的通知》明確提出在普通本科高等學校開展示范性虛擬仿真實驗教學項目建設工作。2018年，教育部在發布的《教育部關于狠抓新時代全國高等學校本科教育工作會議精神落實的通知》中首次提出金課概念，同時也將虛擬仿真實驗項目列為五大金課之一。自此，國內各大高校掀起了虛擬仿真實驗教學課程建設的熱潮。我們從國家虛擬仿真實驗教學課程共享平臺網站查閱到的最新信息顯示，自2017年以來，我國的虛擬仿真實驗項目建設已經覆蓋經濟學、法學、教育學、文學、歷史學、理學、工學、農學、醫學、管理學和藝術學等12個學科大類，61個學科類別。截至2021年底，在iLAB平臺上申報的虛擬仿真教學實驗項目共3250項，其中728項已通過國家認定。在所有學科類別虛擬仿真實驗項目數量排名中，基礎醫學類以124項位列第四(前三名依次為:管理類221項，機械類175項，藝術學類169項)。這說明虛擬仿真實驗在基礎醫學教學領域也得到廣泛應用。

2虛擬仿真實驗與傳統實驗的特征

快速發展的現代化信息技術促進了高等教育教學的改革、加速了教學模式的多元化發展。虛擬仿真實驗室是一種基于Web技術、虛擬現實技術（VR）構建的開放式網絡化的虛擬實驗教學系統［1］，是高等教育信息化建設和實驗教學示范中心建設的重要內容，是學科專業與信息技術深度融合的產物。隨著虛擬仿真技術的成熟，虛擬仿真實驗在科學研究、實驗教學中得到了越來越廣泛的應用［2］。自2013年教育部開展了國家虛擬仿真實驗教學項目建設工作以來，虛擬實驗室建設成為高校實驗教學改革的新方向，虛擬仿真實驗室的開發與應用將會對醫學檢驗技術專業的實驗教學改革產生變革性的影響。

1醫學檢驗技術專業實驗教學的現狀

實驗教學是醫學院校非常重要的實踐性教學環節，在培養學生實際動手能力和創新能力方面有著不可取代的作用。醫學檢驗技術屬于實驗室醫學，十分強調學生的實踐操作能力和儀器操控能力，尤其是隨著科技的進步，檢驗技術及檢驗儀器更是發生著日新月異的變化，這對醫學檢驗技術專業的人才培養提出了更高的要求。而本校醫學檢驗技術專業的實驗教學受儀器設備、實驗內容、場地、師資等多個因素約束、限制，使得本專業的在校生無法得到像臨床檢驗科一樣真實的實踐操作機會［3］。1．1檢驗儀器設備滯后。檢驗科常規使用的全自動分析儀器，由于價格昂貴，使用及維護成本高，因此本校的全自動分析儀器不僅數量少，而且規格陳舊，元器件老化，無法滿足日常實驗，大多數情況僅作為示教使用，使得實驗教學的檢驗儀器設備滯后于臨床，很多的新方法、新技術無法在實驗中展開，實驗項目多以傳統經典、驗證性實驗為主，缺乏對學生創新性思維和能力的培養［4－5］。1．2實驗內容受限。臨床樣本獲取困難，尤其是臨床基礎檢驗學、臨床血液學的形態學資源缺乏，臨床病原微生物學的疑難罕見樣本短缺［6］，導致實驗內容單一、項目陳舊，與臨床實際應用存在明顯的脫節。1．3影響實驗室安全。實驗教學中使用的檢驗標本多來源于人體體液的生物樣品，具有極大的感染性，實驗室存在很大的污染隱患。1．4實驗經費和場地限制。近年來本校醫學檢驗技術專業的招生人數逐年增加，實驗教室少，實驗教師缺乏，即使實驗課采用小班教學，學生也分成4人一組，無法保證每個學生都有操作的機會，學生難免生出偷懶、坐享其成的行為，難以保障教學效果。且常規實驗所需耗材量大，從而造成學校對本專業實驗教學的經費投入巨大。1．5實驗課時不足。醫學檢驗本科由五年制改為四年制，各課程的學時數都在減少，包括實驗學時，勢必造成教學內容減少、教學進度加快、實驗項目壓縮、學生學的不全、學得不精，教學質量難以保證。

2醫學檢驗技術專業構建虛擬仿真實驗室的意義

教育教學改革的著眼點是提升專業人才培養質量。在醫學檢驗教育“五改四”的背景下，傳統的教學方法和教學條件已明顯滯后于當前的人才培養需求，不僅直接影響學校的教學質量，更影響學生未來在社會及行業領域的競爭力。虛擬仿真實驗室的建設和應用，充分發揮學科專業優勢，改造實驗教學手段、革新實驗教學內容、突破實驗教學模式，是探索醫學檢驗技術實驗教學改革的有效途徑。2．1改善實驗教學條件。尤其是價格昂貴、結構復雜的大型、新型儀器可以在虛擬實驗室中全面展現，避免儀器設備的巨額投資和重復添置［7］，降低實驗室儀器設備建設、管理和運行成本，減輕保養維護的工作量［8］，保證了實驗開出率及使用率。有效緩解了實驗教學在經費、場地、器材等方面面臨的困難和壓力，解決了實驗室儀器設備落后、配置不足、試劑耗材浪費、生物安全隱患等傳統實驗教學的不足。2．2改革實驗教學模式。虛擬仿真實驗室開放共享的實驗環境，形象逼真的學習場景，直觀生動的實驗對象，靈活的學習方式，可再現的教學模式［9］，極大地調動學生學習的主動性和積極性，激發學生的學習興趣［10］。虛擬儀器在組建上具有高效性與靈活性，能夠適應測試功能的多樣化，可用表格、圖形快速準確顯示結果，方便教師與學生、學生與學生之間進行互動學習，從而改變了實驗教學模式，有效地提高教學效率和教學質量。2．3培養高素質創新人才。構建具有醫學檢驗特色的虛擬仿真實驗室，模擬檢驗科的工作環境、工作性質和工作方式，讓學生猶如身臨檢驗科，真實地體會到檢驗科的工作模式，能有效地培養學生將所學知識融入臨床工作，促進學生臨床思維能力、臨床操作能力的訓練［11］，實現與臨床無縫對接。教師可利用虛擬仿真系統搭建綜合性、設計性實驗或案例，極大地促進了綜合性、設計性、創新性實驗的開設，活躍學生思維，增強學生動手能力，鍛煉學生獨立思考和設計能力，對培養學生的創新思維及開拓精神起到積極的引導作用，促進醫學檢驗技術專業高素質、創新性人才的培養［12］。

3醫學檢驗虛擬仿真實驗室建設思路與規劃