虚拟实验的教学应用举例

2．3．1　虚拟实验的教学应用举例

随着虚拟实验技术的逐步发展，虚拟实验在教学中的应用也越来越深入和广泛，涉及多个学科和多种应用类别。很多国内外著名的高校、科研院所以及远程教育机构等都积极投入到虚拟实验系统构建，开展虚拟实验教学研究。本书将选取国内外具有代表性虚拟实验教学的应用实例进行详细的介绍。

在国外，麻省理工学院的电子工程与计算机科学学院是较早开始虚拟实验教学应用的院系^[10]。该系的Jesus A．del Alamo教授早在1988年就创立了微电子在线实验室（Microelectronics WebLab）。1998年秋天，这个微电子在线实验室投入教学应用测试。目前该在线实验室的使用版本已从最初的WebLab 1．0经过WebLab 2．0、3．0、3．1发展到现在的WebLab 4．0。最新版本的虚拟实验系统包括HP4155B半导体参数分析仪和装有Windows NT Server的作为系统控制器和网络服务器的计算机，HPE5250A转换矩阵提供的多路复用技术使得系统能够同时连接8个外接设备。这个虚拟实验系统在投入教学使用测试之后，收到了许多来自学生的反映：“我认为这是一个非常有益的体验，学习这门课程的难处在于我们需要在没有任何真实数据的情况下学习关于显微的原理。微电子在线实验室解决了这个问题，我们可以得到一些真实的数据并进行计算。”“由于能够坐在自己的电脑前处理问题，我更易于切实地思考实验的进行和发展状况，而不是仅仅为了拿到数据以便尽早回家。”

在国内，上海交通大学国家工科物理教学基地物理实验中心的数据采集实验室是正在建立和完善的面向大学物理实验教学的虚拟实验系统，笔者也正在学习和参与这个虚拟实验系统的构建。这个虚拟实验系统是以美国国家仪器公司（National Instrument，NI）的虚拟开发软件LabVIEW为开发平台，利用先进的数据采集技术将实际实验中的实验数据等经过模／数转换采集到计算机中进行分析和处理。作为服务器端的计算机将实验任务、实验数据等分担和分配到各个网络客户端，实现虚拟实验的网络化。利用相关技术，笔者成功开发了“温度传感器特性研究”实验项目的虚拟实验系统，得到了很多大学物理实验授课教师的认可。针对这个虚拟实验项目的教学应用情况，笔者随机挑选了来自各个专业的参与大学物理实验课程的100多位学生进行了该虚拟实验项目的测试。学生们普遍反映良好：“我们希望这个虚拟实验系统能够尽早完善并投入到教学应用中来。”“这个虚拟实验系统避免了很多机械性的简单操作，提高了兴趣，让我们有时间和精力去认真思考实验原理，增加对实验内涵的了解。”“这个虚拟实验系统提高了实验资源的重复利用率，实现了课堂和网络两种形式的教学，避免了实验课程安排的拥挤和密集，为跨学科、跨校区选课提供了方便。”

另外，国内外还有很多组织机构都在开展虚拟实验的相关研究和建设。例如，加拿大卡尔加里大学的植物学算法虚拟实验室、美国密西根大学的虚拟工程／科学实验系统、中国浙江大学基于Web的虚拟化学实验系统、中国科学技术大学研制开发了智能型“几何光学实验室”，实现了光学虚拟实验室的设计等。