【UR77页】硕士论文：基于自主学习的虚拟实验设计及应用研究.doc文档定稿

同时，随着计算机和网络等先进技术的发展，越来越多先进技术应用到 实验教学中，虚拟实验也就应运而生了。

如何将自主学习和虚拟实验相结合，如 何构建支持自主学习的虚拟实验，如何将虚拟实验以自主学习模式应用到实验教 学中，目前已成为虚拟实验的研究热点之，也正是本文所要探讨的。

本章所阐 述的内容是此项目研究和论文撰写的重要基础。

小四号 ， ， 部分内容简介部分内容简介 ， ， ， 小四号 二号基于自主学习的虚拟实验设计及应用研究 摘要 第章绪论 第节研究背景 第二节研究目的与内容 第三节研究方法 第四节论文的组织结构 第二章自主学习与虚拟实验 第节自主学习概述 第二节自主学习的理论基础 第三节虚拟实验概述 第四节基于自主学习的虚拟实验 第五节本章小结 第三章基于自主学习的虚拟实验系统的设计 第节教学设计前期分析 第二节基于自主学习的虚拟实验构建策略 第三节虚拟实验系统的设计 第四章基于自主学习的虚拟实验的实现 第节技术路线 第二节虚拟实验开发的基础技术及实现 第三节关键功能的实现 第四节本章小结 第五章基于自主学习的虚拟实验应用研究 第节应用方案 第二节问卷设计及信度分析 第三节结果分析 第四节应用研究结论 第五节本章小结基于自主学习的虚拟实验设计及应用研究 第六章总结与展望 第节研究内容总结 第二节研究展望 参考文献 附录 致谢 攻读硕士学位期间的研究成果 基于自主学习的虚拟实验设计及应用研究 第章绪论 本文的研究内容是基于自主学习的虚拟实验的设计及应用研究。

本章主要论 述了此研究背景，研究目的和内容和研究方法，以及论文的总体结构。

本章所阐 述的内容是此项目研究和论文撰写的重要基础。

第节研究背景 问题的提出 在倡导素质教育，个性教育和创新教育的今天，为了使教育更好的满足社会 发展的需要，教育工作者们探索了多种教学方式和学习方式，如自主学习和网络 学习等。

同时，随着计算机和网络等先进技术的发展，越来越多先进技术应用到 实验教学中，虚拟实验也就应运而生了。

如何将自主学习和虚拟实验相结合，如 何构建支持自主学习的虚拟实验，如何将虚拟实验以自主学习模式应用到实验教 学中，目前已成为虚拟实验的研究热点之，也正是本文所要探讨的。

本文所进 行的研究是考虑以下几个方面而提出的。

实验教学的重要性 实验在教学中占有十分重要的地位，特别是在理工科教学中，实验更是教学 活动中不可或缺的环节。

实验可以提高学生的学习兴趣，加深学生对知识的理解， 培养学生的实验操作能力，还可以培养学生发现问题分析问题解决问题的能 力。

同时社会的发展需要动手能力强，素质高的人才，这对学校的实验教学提 出了更高的要求。

为满足社会发展的现实需要，学校应当加强实验教学。

总之， 对于提倡素质教育的世纪而言，实验教学是相当重要的。

真实实验教学的局限性 随着高校的扩招，在校学生人数迅速膨胀，我国高校普遍存在实验室供不应 求的情况，主要表现为硬件条件不足，不足以满足教学需求实验教室安排较 紧张教学时空受限，实验教学受制于实验室安排的时间与空间。

且实验教学教 学方法和教学内容未能与时俱进，与现实社会发展的需要存在定的差距等。

同 时，真实实验自身有着定的局限性，如对于存在危险的实验而言，真实实验的 安全性不高对于实验成实验教学的经济型和安全性，改善实验教学条件，缓解实验教学压力，提高 实验教学质量。

基于以上的几个方面的分析，我们不难发现虚拟实验的出现是有社会背景 教育背景和技术背景的。

在这样的背景下，解决上述问题可以有多种方法和途径， 如改革实验教学教学体制，更新实验教学内容和教学方法，加大实验教学的资金 投入与技术投入等。

本文从构建虚拟实验这个角度入手，进行基于自主学习的 虚拟实验设计及应用研究的研究，构建支持学习者自主学习的虚拟实验，辅助 真实实验教学，以期解决或缓解上述实验教学中所存在的问题。

二研究现状 对虚拟实验的研究有着多种角度，如计算机科学，电子科学与技术和教育应 用等角度。

本文从教育应用这个角度，对虚拟实验进行探讨。

下面是国外和国内 两个方面的研究情况。

国外研究现状 国外虚拟实验的研究起步比较早，当前国外有很多组织结构和著名大学的实 验室都在开展虚拟实验的研究工作。

所开展研究的虚拟实验，按照沉浸性的不同， 辛允东虚拟实验和真实实验的比较研究中国科技信息 基于自主学习的虚拟实验设计及应用研究 虚拟实验可以分为桌面式的虚拟实验和沉浸式的虚拟实验。

从技术层面而言，其 实现技术主要有和等。

从应用领域而 言，目前在军事化学物理虚拟工程教育科学信息技术等领域都积极开 展着虚拟实验的研究。

在教育科学和信息技术领域比较典型的研究项目有 实验室，由大学和航天中心联合建立。

该 实验室主要致力于虚拟现实技术在教育培训和军事训练的研究和开发。

开发了多 个基于虚拟现实技术的宇航员技能培训系统，如哈勃太空望远镜维修训练系统 等开发了军事培训系统，该系统已被成功地用于国际维持和平部队的训练研 究虚拟现实技术在科学教育领域的应用，该项研究的最终目标是确定虚拟现实教 育系统的设计原则。

实验室，由美国大学大学和 大学共同创建。

实验室的主要目标有确定适合于教育和训练领域的虚拟 现实应用原则尽可能的收集虚拟现实技术在教育领域的应用信息考察虚拟现 实技术对教育和训练的影响尽可能广泛地发布信息。

是美国俄勒冈大学物理系主办的物理实验网站。

该网站包含了天 体物理能量与环境力学热学等方面的几十种虚拟实验。

该系统采用 语言开发，实验程序需要从服务器端下载，并运行在客户机上。

美国约翰霍普金斯大学教育资源中心于年发起了虚拟物理实验室 项目。

这个项目是基于技术的，该实验室的实验程序基于技术 实现实验界面与仿真算法，将其内嵌到网页中，客户端只需个集成虚拟 机的浏览器就可以运行仿真实验，学生可以通过调节虚拟实验中的实验参数来观 察各种实验现象和实验结果。

实验室，是由德国大学开发的，该学习系统以控制工程为 学习主题。

它通过直观的三维实验场景视觉效果，依赖各虚拟实验设备的仿真特 性，实现了对该虚拟实验的交互式操作。

通过和插件利用强大的 计算引擎来生成控制工程实验中的模拟和交互式动画，可以使 用本地和远程两种方式发布实验内容。

单美贤虚拟实验原理与教学应用北京教育科学出版社， 基于自主学习的虚拟实验设计及应用研究 的虚拟实验室，是由美国霍华德休斯医学研究会简称 建立的，是完全交互式的生物医学的实验室模拟。

的虚拟实验室包括辨别 细菌实验室神经生理学实验室心脏病实验室虚拟的酶连接的免疫吸收剂化 验实验室基因改造昆虫实验室。

每个虚拟实验室都有特定的学习目 标，帮助学生学习不同的课程。

虚拟实验室使用技术构建三维实验场景， 当用户在场景中操作虚拟实验时，系统将给出相关指令帮助他们学习，以帮助学 习者达成学习目标。

新加坡国立大学电子工程系开发的用于工程教育的虚拟实验室，目前已 经包含了如和示波镜实验带耦合的水槽设备控制实验等六个实验。

使 用者通过网络操作真实的实验设备等控制方法来操作和完成实验。

这类实验具有 视频与音频反馈，通过视频会话系统，使用者可以在调整实验界面的实验参数的 同时，观看远程设备运行后的实验结果。

由于是通过网络操作真实实验仪器，所 以次只能允许个学习者进行实验操作，其他学习者不能同时参与到具体实验 操作，但是可以观察其实验过程实验现象和实验结果。

物理实验室，由美国北卡罗 来那大学分校研制。

项目目标是建立个开放的自由的网上的 物理课程实验室，倡导随时随地学习物理。

系统通过模拟各种实验 设备，如测量设备与被测对象等通过教师进行指导问答评判，学习伙伴讨 论等形式，实现与虚拟教师和虚拟学习伙伴的交流具有聊天室和，便于授 课教师同班学生的交流，具有评分系统，可以通过数据库对学生操作的记录进 行评判。

该系统有版本和版本，适用范围较广，适用性较强。

虚拟实验室。

该产品是美国公司于年推 出的