聯(lián)合雨課堂的虛擬仿真機能實驗教學模式設計與實踐

趙宏靜 李維礁

摘要：研究目的：探究如何利用虛擬仿真技術改善機能實驗教學的質(zhì)量和效果，提高學生的學習效率和教師的教學效率。研究方法：提出聯(lián)合雨課堂虛擬仿真機能實驗教學模式的設計方案，并通過實踐案例進行驗證和評估。研究結論：聯(lián)合雨課堂虛擬仿真機能實驗教學模式能幫助學生更好地理解機能實驗的原理和操作過程。

關鍵詞：聯(lián)合雨課堂；虛擬仿真技術；機能實驗教學

一、研究概述

（一）研究背景和研究意義

在虛擬仿真技術中，虛擬仿真機能實驗是一種重要的實驗形式，可以幫助學生在不依賴真實設備和場地的情況下，進行與真實機能實驗類似的學習和探索。因此，開展虛擬仿真機能實驗教學已經(jīng)成為提高高校工程類專業(yè)教學質(zhì)量的必要手段。

然而，目前高校虛擬仿真機能實驗教學仍存在一些問題。比如，教師掌握虛擬仿真技術和虛擬仿真機能實驗教學理念的能力不足，虛擬仿真機能實驗教學資源缺乏，學生對虛擬仿真機能實驗教學的積極性、主動性不高等。因此，如何設計和實踐一種有效的虛擬仿真機能實驗教學模式，已經(jīng)成為高校工程類專業(yè)亟待解決的問題。

（二）研究目的和內(nèi)容

本研究的目的是通過聯(lián)合雨課堂，設計和實踐一種虛擬仿真機能實驗教學模式，提高高校工程類專業(yè)學生的學習效果。為達到這個目的，本研究將從四個方面進行探討：第一，了解虛擬仿真技術和虛擬仿真機能實驗教學的相關理論與研究現(xiàn)狀，分析虛擬仿真機能實驗教學模式設計的原則和方法。第二，探究聯(lián)合雨課堂的虛擬仿真機能實驗教學功能和特點，分析其優(yōu)點和不足。第三，基于虛擬仿真機能實驗教學理念，聯(lián)合雨課堂的功能特點，設計一種虛擬仿真機能實驗教學模式，并制訂相應的教學方案和實施步驟。第四，在實踐中運用虛擬仿真機能實驗教學模式進行教學，收集學生的學習情況和反饋意見，分析教學效果和改進空間。

本研究旨在為高校工程類專業(yè)虛擬仿真機能實驗教學提供一種創(chuàng)新、有效的教學模式，提高高校工程類專業(yè)教學質(zhì)量和教學水平。同時，本研究可以為其他學科領域的虛擬仿真機能實驗教學提供借鑒和參考。

二、虛擬仿真技術在機能實驗教學中的應用

（一）虛擬仿真技術的定義和特點

虛擬仿真技術是指利用計算機技術對現(xiàn)實世界進行數(shù)字化、可視化、交互化處理，將現(xiàn)實世界的物理和運動特性表現(xiàn)在計算機中，從而在虛擬環(huán)境中進行實驗、探索、體驗。虛擬仿真技術具有如下特點：第一，可視化。虛擬仿真技術可以將復雜的物理過程以可視化的方式呈現(xiàn)，幫助學生更好地理解和掌握。第二，實時性。虛擬仿真技術可以在計算機中模擬出現(xiàn)實世界中的物理過程，提供實時的反饋。第三，安全性。虛擬仿真技術可以避免真實實驗中可能出現(xiàn)的安全問題，如危險化學品、高壓電等。第四，重復性。虛擬仿真技術可以讓學生重復實驗過程，切實掌握實驗方法和操作技能。

（二）虛擬仿真技術在機能實驗教學中的應用優(yōu)勢

機能實驗是高校工科類專業(yè)的重要課程，其目的是幫助學生掌握實驗方法和實驗技能，提高學生的綜合素質(zhì)和實踐能力。目前，機能實驗存在設備昂貴、場地限制、實驗時間有限等問題，而虛擬仿真技術的應用可以很好地解決這些問題，具有以下優(yōu)勢：第一，提高學生的學習效果。教師通過虛擬仿真技術，可以將復雜的機能實驗過程可視化，幫助學生更好地理解和掌握實驗內(nèi)容。第二，提高學生的實驗操作技能。教師通過虛擬仿真技術，可以模擬出各種實驗情況，幫助學生反復進行實驗操作。第三，降低實驗成本。教師通過虛擬仿真技術，可以避免因?qū)嶒炘O備和場地等原因造成的實驗成本高昂的問題。第四，增加實驗次數(shù)。教師通過虛擬仿真技術，可以讓學生在虛擬環(huán)境下進行多次實驗，加深對實驗過程的理解和記憶。第五，提高學生的安全意識。教師通過虛擬仿真技術，可以演示真實實驗中可能出現(xiàn)的安全問題。第六，提高教學的靈活性和自由度。教師通過虛擬仿真技術，可以根據(jù)不同的教學目的進行定制，也可以根據(jù)學生的實際情況進行針對性的教學。第七，提高教學的互動性和趣味性。教師通過虛擬仿真技術，可以用交互式的方式增加學生和教師之間的互動。

（三）國內(nèi)外虛擬仿真技術在機能實驗教學中的應用現(xiàn)狀

虛擬仿真技術在機能實驗教學中的應用已經(jīng)比較廣泛。國內(nèi)外許多高校和教育機構都開始引入虛擬仿真技術輔助機能實驗教學。

在國內(nèi)方面，目前大部分高校已經(jīng)開始使用虛擬仿真技術輔助機能實驗教學。如清華大學利用虛擬仿真技術建立模型，模擬飛機起飛和降落過程，使學生可以更好地掌握飛行器的基本原理和操作技能；北京航空航天大學則在力學實驗中引入虛擬仿真技術，通過模擬物體在重力場中的運動過程，幫助學生更好地理解和掌握力學基礎知識。

在國外方面，虛擬仿真技術在機能實驗教學中也得到了廣泛應用。例如，美國賓夕法尼亞州立大學開發(fā)了一款名為“飛行實驗室”的虛擬仿真軟件，通過該軟件，學生可以模擬駕駛飛機，包括起飛、飛行和降落等過程。學生還可以在虛擬環(huán)境中體驗各種不同的機械和氣動部件的運作模式，以及模擬各種不同的飛行情況，提高操作技能和判斷能力。

三、聯(lián)合雨課堂虛擬仿真機能實驗教學模式的設計

（一）聯(lián)合雨課堂虛擬仿真機能實驗教學模式的概述

聯(lián)合雨課堂虛擬仿真機能實驗教學模式是一種利用虛擬仿真技術與在線教育平臺相結合的教學模式，旨在提高機能實驗教學效果。該模式將虛擬仿真技術應用于機能實驗教學中，通過模擬真實的實驗場景和過程，使學生可以在虛擬環(huán)境中進行實驗，提高實驗安全性和有效性的同時，增強學生的實踐能力和創(chuàng)新思維能力。

（二）聯(lián)合雨課堂虛擬仿真機能實驗教學模式的設計原則

第一，以學生為中心原則。教師應該以學生的學習需求和興趣為中心，通過虛擬仿真技術和在線教育平臺，提供個性化、定制化的教學資源和服務。第二，突出實踐和創(chuàng)新。教師應該注重學生實踐能力和創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)，通過模擬真實的實驗場景和過程，使學生能在虛擬環(huán)境中進行實驗。第三，提高教學效果。教師應該通過虛擬仿真技術和在線教育平臺提供更加直觀、生動、靈活的教學資源與服務。第四，加強教學管理。教師應該注重教學管理的規(guī)范性和有效性，通過聯(lián)合雨課堂平臺的教學管理功能，對學生的學習情況、教學效果進行監(jiān)控和評估，及時調(diào)整教學策略。

（三）聯(lián)合雨課堂虛擬仿真機能實驗教學模式的設計方案

1.虛擬仿真實驗設計

首先，教師可以在虛擬仿真平臺上設計和布置實驗任務，根據(jù)實驗的重點和難點，分為不同的階段和模塊，確保學生能夠逐步掌握實驗的相關知識和技能。同時，教師可以為學生提供不同的實驗選項，滿足不同學生的學習需求。

2.實驗環(huán)境模擬

在虛擬仿真平臺上，教師可以根據(jù)實驗的真實環(huán)境和過程進行模擬，包括實驗器材的布局、操作流程的演示、實驗數(shù)據(jù)的采集和分析等，確保學生可以在虛擬環(huán)境中進行實驗，獲得與真實實驗相似的學習體驗。

3.實驗數(shù)據(jù)分析

在虛擬仿真平臺上，學生可以通過實驗器材模擬實驗操作，獲取實驗數(shù)據(jù)并進行分析。同時，教師可以通過虛擬仿真平臺監(jiān)控學生的實驗數(shù)據(jù)和實驗結果，及時了解學生的實驗情況，并根據(jù)實驗數(shù)據(jù)提供個性化的教學指導。

4.在線教學服務

通過聯(lián)合雨課堂平臺，教師可以為學生提供在線教學服務，包括學習資源的分享、學習進度的跟蹤、實驗報告的提交和評估等。同時，學生可以通過聯(lián)合雨課堂平臺與教師和同學進行互動交流，分享學習心得和實驗經(jīng)驗。

四、聯(lián)合雨課堂的虛擬仿真機能實驗教學模式的實踐與效果評價

（一）實踐的情況

聯(lián)合雨課堂的虛擬仿真機能實驗教學模式是一種結合虛擬仿真技術和在線教育平臺的教學模式，能為學生提供全新的實驗體驗，讓學生在虛擬環(huán)境中進行實驗操作，從而更好地掌握實驗相關的知識和技能。因此，教師可以通過聯(lián)合雨課堂，設計和布置實驗任務，并根據(jù)實驗的難度和重要程度分為不同的階段與模塊，確保學生能夠逐步掌握實驗的相關知識和技能。學生可以在虛擬仿真平臺上進行實驗操作，獲取實驗數(shù)據(jù)并進行分析。教師則可以通過虛擬仿真平臺監(jiān)控學生的實驗數(shù)據(jù)和實驗結果，及時了解學生的實驗情況，并根據(jù)實驗數(shù)據(jù)提供個性化的教學指導。

（二）效果評價的方法和指標

為了評價聯(lián)合雨課堂的虛擬仿真機能實驗教學模式的效果，教師可以采用多種方法和指標，包括問卷調(diào)查、實驗報告評估和學生成績分析等。第一，教師可以通過問卷調(diào)查了解學生對該教學模式的認知和評價。調(diào)查包括模式的可行性、實驗操作的真實感和學習效果等方面，以及對該模式的優(yōu)化建議等。第二，教師可以通過對學生的實驗報告進行評估，了解學生在虛擬仿真平臺上的實驗操作情況和實驗數(shù)據(jù)分析能力。評估指標包括實驗報告的完整性、數(shù)據(jù)分析的準確性和分析的深度等方面。第三，教師可以通過分析學生的成績，了解該教學模式對學生成績的影響。

（三）效果評價的結果和分析

通過對學生的問卷調(diào)查，教師了解到大部分學生對聯(lián)合雨課堂虛擬仿真機能實驗教學模式持肯定態(tài)度，認為該模式可行性高，實驗操作的真實感較好，且能提高學習效果。同時，學生提出了一些優(yōu)化建議，如加強學習資源的分享。

通過評估學生的實驗報告，教師發(fā)現(xiàn)學生在虛擬仿真平臺上的實驗操作和數(shù)據(jù)分析能力得到了顯著提高。這表明聯(lián)合雨課堂的虛擬仿真機能實驗教學模式能夠幫助學生更好地掌握實驗操作和數(shù)據(jù)分析技能。

通過分析學生成績，教師發(fā)現(xiàn)應用聯(lián)合雨課堂的虛擬仿真機能實驗教學模式的學生成績普遍高于應用傳統(tǒng)實驗教學模式的學生成績。統(tǒng)計學分析顯示，兩種教學模式下的學生成績差異顯著，應用聯(lián)合雨課堂的虛擬仿真機能實驗教學模式能夠顯著提高學生的成績水平。

綜上所述，聯(lián)合雨課堂的虛擬仿真機能實驗教學模式具有廣泛的應用前景和實際價值。該教學模式通過虛擬仿真技術的應用，為學生提供更加安全、全面和深入的實驗體驗，提高學生的實驗操作技能和數(shù)據(jù)分析能力。

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（作者單位：昆明醫(yī)科大學海源學院）