虛擬實驗論文范文

前言：我們精心挑選了數篇優質虛擬實驗論文文章，供您閱讀參考。期待這些文章能為您帶來啟發，助您在寫作的道路上更上一層樓。

第1篇

在傳統的實驗教學中，依賴的是硬件實驗設備，這種實驗設備價格昂貴，建設一個實驗室至少需要30～40萬元，在使用的過程中因為學生不能夠熟練操作實驗設備和儀器，容易造成損壞，維護費用也很高，使得很多實驗教學很難開展。虛擬實驗管理平臺(建設成本大大低于硬件實驗室)放置在學校的網絡服務器中即可，依靠信息技術在計算機上最大程度地模擬出與硬件實驗相同的實驗環境，并且提供實驗教學和管理一體化功能。平臺內可以由教師設計驗證性典型實驗并制定實驗評分標準，平臺會根據學生實際實驗情況并依據評分標準計算出學生實驗成績和學生在實驗過程中出現的錯誤及存在的問題，教師再針對性普遍存在的問題進行講解，做到教學重點突出。虛擬實驗管理平臺內部具有各種電子元器件和儀器儀表用以進行設計、連接、配置和調試，并可以根據需要進行添加，器件庫比硬件實驗室配備更加豐富。只要具備網絡，學生可以利用任何能夠支配的時間反復設計電子技術實驗，即使是多個班級的學生同時做實驗也可以，這樣就解決了實驗時間和實驗場所受限的問題，實驗過程不會造成設備的損耗;平臺內部含有幫助功能，學生在自主實驗過程中遇到問題可以自行查詢解決問題，增強了學生的自學能力。

2采用虛擬實驗管理平臺和虛擬仿真軟件的對比研究

虛擬仿真軟件中元件采用的是元器件符號，儀器儀表采用例化的符號，界面方便整潔、易于調試，但是對于學生認知的能力幫助不大;虛擬實驗管理平臺內部的元器件和儀表儀器，是按照實際器件模型來進行建模。比如對于電阻來說，采用和實際實物相同的色環電阻，這對于學生認識實驗器件和設備具有很大的幫助作用，對于儀器儀表也都是采用和實際儀表相同的操作界面，直觀性強，可操作性高，避免了學生在實際實物操作過程中因為不熟悉實驗設備而產生損失。虛擬實驗管理平臺中，在設計搭建電路之前要考慮元器件在整個區域的排放位置，如果擺放不正確就需要刪除后重新搭建，這類似于在實際面包板中搭建電路，在設計電路之前必須先對整體進行布局思考;在仿真軟件中搭建電路的整體擺放特別方便，如果有錯誤也可以進行整體移動。從這一點來說，采用虛擬實驗管理平臺沒有采用虛擬仿真軟件方便快捷，但是有利于學生提前思考能力的培養，盡量把問題解決在發生之前。對于虛擬實驗管理平臺和虛擬仿真軟件相比，仿真軟件的功能更強大，虛擬實驗管理平臺更加針對學生日常實驗，而仿真軟件更針對學生進行大型設計。在仿真軟件中，如果有兩條導線相連一般通過節點的方式，在虛擬實驗管理平臺中一般通過接到連接的器件管腳的方式，因為在實際中用面包板，不能夠使用裸線，因此它們之間的相連是通過接到對應器件節點的方式。針對模擬電子技術課程中的三極管放大電路分別采用虛擬仿真軟件和虛擬實驗管理平臺進行實驗，并在學生實驗后針對這兩種方法和采用硬件實驗進行了比較，95%以上的學生認為采用虛擬實驗管理平臺的方式比采用虛擬仿真軟件的方式更加接近真實實驗環境，如果能在課程實驗中先進行虛擬平臺實驗，再進行真實實驗互補的實驗的模式能更加有效地促進實驗能力。

3結論

第2篇

（一）實驗分析

高錳酸鉀制取氧氣是利用酒精燈、試管、鐵架臺、導管、集氣瓶、水槽等儀器，通過加熱高錳酸鉀制取氧氣，利用排水法來收集氧氣。學生不僅要掌握實驗原理、目的，實驗儀器和藥品的使用方法及注意事項，實驗步驟、化學方程式的書寫等內容，還要培養觀察、分析能力和實踐操作能力。

（二）《高錳酸鉀制取氧氣》的實驗目的

（1）通過虛擬實驗中的文本展示工具，使學習者了解實驗目的、原理和方法。

（2）通過對虛擬實驗的操作，掌握藥品的選擇以及儀器連接的先后順序，能夠動手制取氧氣。

（3）通過對實驗過程、現象的觀察、分析實驗反應機制，加深對實驗的認知和理解。

（三）《高錳酸鉀制取氧氣》的虛擬實驗活動設計

學生要完成虛擬實驗首先需要安裝Secondlife客戶端，進入Secondlife虛擬環境，通過以下流程完成整個虛擬實驗。

（1）準備階段：學習者通過Secondlife提供的地圖工具搜索到虛擬實驗室地標并通過瞬間移動工具進入虛擬實驗室。

（2）實驗階段：學習者通過人-機交互選擇事先通過3D建模工具創建好的虛擬實驗儀器、藥品并通過資源工具查詢相關儀器的使用方法及實驗裝置圖，完成實驗儀器的裝置；點擊各個實驗儀器、添加藥品來完成實驗。

（3）評價反饋階段：教師根據學生提交的實驗報告和學習者的學習記錄對學習者本次實驗進行一個綜合評價，并將評價結果通過評價反饋系統及時反饋給學習者。

二、《高錳酸鉀制取氧氣》的虛擬實驗環境設計

本研究以《高錳酸鉀制取氧氣》為例設計的虛擬實驗環境。以實驗過程的設計為理論基礎從場景及模型設計、交互設計、支持工具設計、特效設計、評價設計這幾方面設計三維虛擬實驗環境。

（一）實驗環境的場景及模型主要虛擬教室、虛擬實驗室和儀器設備組成

虛擬教室由講臺、桌椅、多媒體系統、音響設備、電子白板、書柜、書、電腦組成，供學習者實驗后進行交流、報告、探究、形成實驗結論。虛擬實驗室主要由實驗環境、實驗操作臺、水池、藥品柜、滅火設備為為學習者完成實驗并獲取實驗數據。儀器設備主要是酒精燈、試管、鐵架臺、導管、集氣瓶、水槽、鐵夾、燒杯。藥品耗材主要是高錳酸鉀等。

（二）交互系統設計

（1）人機交互設計：在實驗中通過操作交互，學習者能夠感受到實驗設備的控制感和體驗感。在Secondlife中，利用創建工具可以實現簡單的“點擊”“移動”“坐在上面”等操作，Secondlife提供的林登腳本語言可以設置改變物體的性質、運動方式、運動軌跡、對外力的反應等等，能夠較好地支持學習者的操作交互。

（2）交流工具：學習者在實驗過程中和老師、同伴交流的方式主要有在線的同步交流和異步交流。

（三）支持工具設計

實驗支持工具是指支持學習者完成實驗的所有工具，本研究的支持工具主要包括搜索工具、資源工具、實驗認知工具、評價反饋工具等。搜索工具主要是地圖工具和瞬間移動工具通過它們是搜索定位各種學習場所、用戶，并瞬間移動到目的地。資源工具包含Secondlife內部資源和外部資源。內部資源主要是3D瀏覽器；外部資源包括各大搜索引擎。這些工具可以搜索Secondlife內部和外部各種信息資源實驗認知工具主要包括3D建模工具、拍攝工具、記事本工具主要為為實驗過程中學習者觀察記錄實驗現象、采集數據提供支持。評價反饋工具主要包括問卷系統（choicer、Quizchair）、學習記錄系統（Tracker）、Web-Intercom，為實驗后學習者自評、反思以及教師評價反饋提供支持。

（四）特效設計

在Secondlife中，通過粒子系統結合林登腳本語言可以營造煙霧、火焰、氣體、雪花等各種現象。在本實驗中酒精燈加熱的火焰、水槽里面的氣泡、集氣瓶中的氧氣、反應過程中的煙霧、藥品晶體的狀態變化等效果都可以通過粒子系統來實現。

三、結論

第3篇

1.1功能設計

（1）實驗信息管理。

實驗信息管理主要包括對實驗室工作人員、實驗室規章制度、實驗室通知以及實驗室辦公文件等信息的集中管理。

（2）實驗課程管理。

實驗課程管理是指面向不同的老師、不同的開設班級，對實驗課程進行編排，以完成實驗課程的統一集中管理，做到實驗課程的時間、教室不沖突。

（3）實驗設備管理。

實驗設備是實驗教學過程中的重要資源，對實驗設備統一進行信息登記和管理，有助于實現對實驗設備的網絡化管理。

（4）實驗教學管理。

實驗教學管理主要包括實驗課程的準備，學生實驗過程視頻的保存，實驗報告的電子化及成績評定，以及實驗教學總結。

1.2模式設計

該設計采用了C/S模式和B/S模式相結合的設計模式。整個實驗室信息管理系統在WEB環境下運行，客戶端與數據庫服務器之間采用B/S模式，從而避免了客戶端專用程序的開發；而數據庫服務器與應用服務器之間采用C/S模式，適宜滿足應用程序和數據庫系統之間的大批量數據訪問和調用，從而提高了數據訪問的靈活性。另一方面，由于數據全部存儲在專用的數據庫服務器上，而應用程序服務器和客戶端只負責發出相應的數據請求指令，這樣在一定程度上也提高了數據的安全性，后期維護也更加趨于合理。

2虛擬現實技術在虛擬實驗中的設計與應用

2.1虛擬現實技術的應用方法

要將傳統的動手實驗演變為基于虛擬現實技術的虛擬實驗，必須要完成三維建模、虛擬場景重建以及動作響應設定等一系列設置，這樣才能夠實現實驗教學的信息化和虛擬化。目前三維建模主要依賴SolidWorks三維軟件完成，而虛擬場景的重新構建，在很大程度上依賴于LabView等圖形化編程軟件的使用。要實現虛擬實驗系統的設計，離不開數據庫系統的應用，因為在虛擬實驗操作過程中，離不開對數據庫的實時動態訪問，因此如何快速訪問數據庫系統成為虛擬技術應用的關鍵。目前應用在虛擬實驗系統中的數據庫訪問技術，主要是依賴于數據的快速存儲方式。對于底層傳遞來的數據，按照數據自身的屬性進行分類，從而將數據自動劃分到不同的數據類中。在同一數據類中，按照所定義的關鍵字對數據進行存儲。采用分類的數據存儲和訪問方式，能夠極大地提高數據庫訪問的效率。

2.2機電一體化實驗的虛擬化設計應用

本研究課題以具體的機電一體化實驗為例探討虛擬實驗系統的設計與應用。機電一體化實驗主要完成傳感器檢測、數據濾波、數據采集、數據顯示、電機控制等一系列任務。針對該實驗的內容，虛擬化和信息化可以按照如下步驟實施：

（1）三維建模。

借助于SolidWorks三維軟件對傳感器、濾波器、數據采集卡、數碼管、CPU控制器、步進電機等進行三維建模，實驗室內的萬用表、示波器等其他實驗儀器也要建模，以增強實驗環境的真實性。

（2）場景重建。

利用LabView圖形化編程軟件，將上述三維模型進行空間布局設置，構建與實驗室完全一致的實驗場景。

（3）界面接口設計。

僅僅有圖形化場景是遠遠不夠的，還必須借助LabView圖形化編程軟件對接口進行設計。比如數據采集卡的接口應當與傳感器的輸出接口保持相同的電平規格；再比如，CPU控制器的輸出脈沖應當跟步進電機的驅動電流保持相同電平規格，以確保電機能夠被驅動。

（4）虛擬動作響應。

設計了界面接口，就能夠利用VRML工具對虛擬動作響應進行設定，通過設定使虛擬實驗系統能夠智能地感知到操作者的意圖，從而順利完成虛擬實驗。

（5）數據庫的快速訪問。

在機電一體化實驗中，需要保存的數據有傳感器采集數據、數據采集卡的采集頻率、CPU控制器的輸出脈沖規格以及步進電機的相關參數。這些參數按照其自身屬性可以劃分為采集數據、控制數據和輸出數據三大類，將上述的數據自動地劃分到這三大類中。當虛擬動作響應需要訪問數據庫系統查詢上述相關數據時，可以首先按照數據所在的大類進行查詢，這樣有助于提高數據庫系統訪問的快速性和準確性。

3結語