联合雨课堂的虚拟仿真机能实验教学模式设计与实践

赵宏静 李维礁

摘要：研究目的：探究如何利用虚拟仿真技术改善机能实验教学的质量和效果，提高学生的学习效率和教师的教学效率。研究方法：提出联合雨课堂虚拟仿真机能实验教学模式的设计方案，并通过实践案例进行验证和评估。研究结论：联合雨课堂虚拟仿真机能实验教学模式能帮助学生更好地理解机能实验的原理和操作过程。

关键词：联合雨课堂；虚拟仿真技术；机能实验教学

一、研究概述

（一）研究背景和研究意义

在虚拟仿真技术中，虚拟仿真机能实验是一种重要的实验形式，可以帮助学生在不依赖真实设备和场地的情况下，进行与真实机能实验类似的学习和探索。因此，开展虚拟仿真机能实验教学已经成为提高高校工程类专业教学质量的必要手段。

然而，目前高校虚拟仿真机能实验教学仍存在一些问题。比如，教师掌握虚拟仿真技术和虚拟仿真机能实验教学理念的能力不足，虚拟仿真机能实验教学资源缺乏，学生对虚拟仿真机能实验教学的积极性、主动性不高等。因此，如何设计和实践一种有效的虚拟仿真机能实验教学模式，已经成为高校工程类专业亟待解决的问题。

（二）研究目的和内容

本研究的目的是通过联合雨课堂，设计和实践一种虚拟仿真机能实验教学模式，提高高校工程类专业学生的学习效果。为达到这个目的，本研究将从四个方面进行探讨：第一，了解虚拟仿真技术和虚拟仿真机能实验教学的相关理论与研究现状，分析虚拟仿真机能实验教学模式设计的原则和方法。第二，探究联合雨课堂的虚拟仿真机能实验教学功能和特点，分析其优点和不足。第三，基于虚拟仿真机能实验教学理念，联合雨课堂的功能特点，设计一种虚拟仿真机能实验教学模式，并制订相应的教学方案和实施步骤。第四，在实践中运用虚拟仿真机能实验教学模式进行教学，收集学生的学习情况和反馈意见，分析教学效果和改进空间。

本研究旨在为高校工程类专业虚拟仿真机能实验教学提供一种创新、有效的教学模式，提高高校工程类专业教学质量和教学水平。同时，本研究可以为其他学科领域的虚拟仿真机能实验教学提供借鉴和参考。

二、虚拟仿真技术在机能实验教学中的应用

（一）虚拟仿真技术的定义和特点

虚拟仿真技术是指利用计算机技术对现实世界进行数字化、可视化、交互化处理，将现实世界的物理和运动特性表现在计算机中，从而在虚拟环境中进行实验、探索、体验。虚拟仿真技术具有如下特点：第一，可视化。虚拟仿真技术可以将复杂的物理过程以可视化的方式呈现，帮助学生更好地理解和掌握。第二，实时性。虚拟仿真技术可以在計算机中模拟出现实世界中的物理过程，提供实时的反馈。第三，安全性。虚拟仿真技术可以避免真实实验中可能出现的安全问题，如危险化学品、高压电等。第四，重复性。虚拟仿真技术可以让学生重复实验过程，切实掌握实验方法和操作技能。

（二）虚拟仿真技术在机能实验教学中的应用优势

机能实验是高校工科类专业的重要课程，其目的是帮助学生掌握实验方法和实验技能，提高学生的综合素质和实践能力。目前，机能实验存在设备昂贵、场地限制、实验时间有限等问题，而虚拟仿真技术的应用可以很好地解决这些问题，具有以下优势：第一，提高学生的学习效果。教师通过虚拟仿真技术，可以将复杂的机能实验过程可视化，帮助学生更好地理解和掌握实验内容。第二，提高学生的实验操作技能。教师通过虚拟仿真技术，可以模拟出各种实验情况，帮助学生反复进行实验操作。第三，降低实验成本。教师通过虚拟仿真技术，可以避免因实验设备和场地等原因造成的实验成本高昂的问题。第四，增加实验次数。教师通过虚拟仿真技术，可以让学生在虚拟环境下进行多次实验，加深对实验过程的理解和记忆。第五，提高学生的安全意识。教师通过虚拟仿真技术，可以演示真实实验中可能出现的安全问题。第六，提高教学的灵活性和自由度。教师通过虚拟仿真技术，可以根据不同的教学目的进行定制，也可以根据学生的实际情况进行针对性的教学。第七，提高教学的互动性和趣味性。教师通过虚拟仿真技术，可以用交互式的方式增加学生和教师之间的互动。

（三）国内外虚拟仿真技术在机能实验教学中的应用现状

虚拟仿真技术在机能实验教学中的应用已经比较广泛。国内外许多高校和教育机构都开始引入虚拟仿真技术辅助机能实验教学。

在国内方面，目前大部分高校已经开始使用虚拟仿真技术辅助机能实验教学。如清华大学利用虚拟仿真技术建立模型，模拟飞机起飞和降落过程，使学生可以更好地掌握飞行器的基本原理和操作技能；北京航空航天大学则在力学实验中引入虚拟仿真技术，通过模拟物体在重力场中的运动过程，帮助学生更好地理解和掌握力学基础知识。

在国外方面，虚拟仿真技术在机能实验教学中也得到了广泛应用。例如，美国宾夕法尼亚州立大学开发了一款名为“飞行实验室”的虚拟仿真软件，通过该软件，学生可以模拟驾驶飞机，包括起飞、飞行和降落等过程。学生还可以在虚拟环境中体验各种不同的机械和气动部件的运作模式，以及模拟各种不同的飞行情况，提高操作技能和判断能力。

三、联合雨课堂虚拟仿真机能实验教学模式的设计

（一）联合雨课堂虚拟仿真机能实验教学模式的概述

联合雨课堂虚拟仿真机能实验教学模式是一种利用虚拟仿真技术与在线教育平台相结合的教学模式，旨在提高机能实验教学效果。该模式将虚拟仿真技术应用于机能实验教学中，通过模拟真实的实验场景和过程，使学生可以在虚拟环境中进行实验，提高实验安全性和有效性的同时，增强学生的实践能力和创新思维能力。

（二）联合雨课堂虚拟仿真机能实验教学模式的设计原则

第一，以学生为中心原则。教师应该以学生的学习需求和兴趣为中心，通过虚拟仿真技术和在线教育平台，提供个性化、定制化的教学资源和服务。第二，突出实践和创新。教师应该注重学生实践能力和创新思维能力的培养，通过模拟真实的实验场景和过程，使学生能在虚拟环境中进行实验。第三，提高教学效果。教师应该通过虚拟仿真技术和在线教育平台提供更加直观、生动、灵活的教学资源与服务。第四，加强教学管理。教师应该注重教学管理的规范性和有效性，通过联合雨课堂平台的教学管理功能，对学生的学习情况、教学效果进行监控和评估，及时调整教学策略。

（三）联合雨课堂虚拟仿真机能实验教学模式的设计方案

1.虚拟仿真实验设计

首先，教师可以在虚拟仿真平台上设计和布置实验任务，根据实验的重点和难点，分为不同的阶段和模块，确保学生能够逐步掌握實验的相关知识和技能。同时，教师可以为学生提供不同的实验选项，满足不同学生的学习需求。

2.实验环境模拟

在虚拟仿真平台上，教师可以根据实验的真实环境和过程进行模拟，包括实验器材的布局、操作流程的演示、实验数据的采集和分析等，确保学生可以在虚拟环境中进行实验，获得与真实实验相似的学习体验。

3.实验数据分析

在虚拟仿真平台上，学生可以通过实验器材模拟实验操作，获取实验数据并进行分析。同时，教师可以通过虚拟仿真平台监控学生的实验数据和实验结果，及时了解学生的实验情况，并根据实验数据提供个性化的教学指导。

4.在线教学服务

通过联合雨课堂平台，教师可以为学生提供在线教学服务，包括学习资源的分享、学习进度的跟踪、实验报告的提交和评估等。同时，学生可以通过联合雨课堂平台与教师和同学进行互动交流，分享学习心得和实验经验。

四、联合雨课堂的虚拟仿真机能实验教学模式的实践与效果评价

（一）实践的情况

联合雨课堂的虚拟仿真机能实验教学模式是一种结合虚拟仿真技术和在线教育平台的教学模式，能为学生提供全新的实验体验，让学生在虚拟环境中进行实验操作，从而更好地掌握实验相关的知识和技能。因此，教师可以通过联合雨课堂，设计和布置实验任务，并根据实验的难度和重要程度分为不同的阶段与模块，确保学生能够逐步掌握实验的相关知识和技能。学生可以在虚拟仿真平台上进行实验操作，获取实验数据并进行分析。教师则可以通过虚拟仿真平台监控学生的实验数据和实验结果，及时了解学生的实验情况，并根据实验数据提供个性化的教学指导。

（二）效果评价的方法和指标

为了评价联合雨课堂的虚拟仿真机能实验教学模式的效果，教师可以采用多种方法和指标，包括问卷调查、实验报告评估和学生成绩分析等。第一，教师可以通过问卷调查了解学生对该教学模式的认知和评价。调查包括模式的可行性、实验操作的真实感和学习效果等方面，以及对该模式的优化建议等。第二，教师可以通过对学生的实验报告进行评估，了解学生在虚拟仿真平台上的实验操作情况和实验数据分析能力。评估指标包括实验报告的完整性、数据分析的准确性和分析的深度等方面。第三，教师可以通过分析学生的成绩，了解该教学模式对学生成绩的影响。

（三）效果评价的结果和分析

通过对学生的问卷调查，教师了解到大部分学生对联合雨课堂虚拟仿真机能实验教学模式持肯定态度，认为该模式可行性高，实验操作的真实感较好，且能提高学习效果。同时，学生提出了一些优化建议，如加强学习资源的分享。

通过评估学生的实验报告，教师发现学生在虚拟仿真平台上的实验操作和数据分析能力得到了显著提高。这表明联合雨课堂的虚拟仿真机能实验教学模式能够帮助学生更好地掌握实验操作和数据分析技能。

通过分析学生成绩，教师发现应用联合雨课堂的虚拟仿真机能实验教学模式的学生成绩普遍高于应用传统实验教学模式的学生成绩。统计学分析显示，两种教学模式下的学生成绩差异显著，应用联合雨课堂的虚拟仿真机能实验教学模式能够显著提高学生的成绩水平。

综上所述，联合雨课堂的虚拟仿真机能实验教学模式具有广泛的应用前景和实际价值。该教学模式通过虚拟仿真技术的应用，为学生提供更加安全、全面和深入的实验体验，提高学生的实验操作技能和数据分析能力。

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（作者单位：昆明医科大学海源学院）