虚拟仪器教学辅助传统教学之实践研究

[摘要]本文探讨了虚拟仪器在教学中的实践意义。结合传统方式教学,研究了二者之间的相互关系。提出基于网络的虚拟仪器教学的发展方向。发现并解决了虚拟仪器教学中存在的疑难问题。表明虚拟仪器教学在实践教学中是一种切实可行且行之有效的教学方法。
[关键词]虚拟仪器 教学改革 传统的方式教学 实践意义

传统的教学方式及手段已经无法适应新世纪对人才培养模式的要求，因此研究探讨新的教学理念、方法及手段，已经是摆在每一位教育工作者面前的研究课题[1]。随着新时期教育改革的不断完善，以及教学的多样性、全面性和实践性的要求，学校要根据科技进步的前沿不断更新最新的实验仪器，这不可避免的要造成学校教学成本的增加，但在国家教育形势的要求下，怎样在不增加教学成本的基础上，既能让学生很好的完成教学需要，又能不断地紧随科技发展的变化，成为了每一个学校和教师都不能逃避的教学障碍，本文结合虚拟仪器的发展研究成果，提出基于网络的虚拟仪器教学这一研究方向，来解决这一疑难问题，并提出改进建议，希望能为虚拟仪器的教学做出一些指导作用。
一、虚拟仪器在教学实践中的重要作用
虚拟仪器最早是1986年有美国国家公司开发出的一种辅助仪器[2～3]，随着科学技术的不断进步和计算机技术的不断创新，它也随之有了一些新的变化和功能，不但能够模拟物理和化学的反应过程和机理，而且仪器与仪器之间能够互相进行通信，实现信息共享，便于针对被测结果完成对各系统的综合分析、评估，得到准确判断。
虚拟仪器还可以实现对硬件功能的仿真[4]，从而可以摆脱硬件的制约，将虚拟仪器创造性的直接引入课堂，极大地提高了课堂教学的灵活性和多样性。显而易见，这些功能的实现，对课程内容的理解将具有重要的现实意义。在教学过程中概念的本质、实现原理不仅仅是死板的公式定理，而变为较为直观形象的图片和声音，它还可以让学生亲自参与到虚拟仪器的设计实践中去。因此，采用虚拟仪器教学既能形象、直观、易于理解，还能激发学生对课程的兴趣，培养学生的创新能力。
二、教学过程的虚拟仪器实现
虚拟仪器能否引入课程教学的关键是实现教学过程的虚拟仿真。传统方式教学过程中，为了将一个概念讲清楚，通常是从概念的产生、原理及物理意义等方面进行讲解，而这些基础原理和公式在现实中并没有或者很少有实际参照，有些体现基础原理的仪器要么价格昂贵要么体积巨大难以及时进行现场了解。而对于抽象的概念如何用浅显、直观、形象的方式表达清楚，是任课教师必须要面对的难题。这些问题都可以通过采用虚拟仪器技术得到较好的解决。
如何实现教学过程的虚拟仪器是需要教师灵动掌握的过程，当然在授课中传统方式授课还是占主流地位，此时引入虚拟仪器可以对其进行很好的补充，它不仅能够实现对抽象概念，反应现象以及事物内部过程的演变进行形象的在线，还能够省去老师一遍遍解释时间，便于教学过程的进行，所以实现虚拟仪器教学需要教师进行灵活多变的掌握。三、虚拟仪器教学中存在的问题
虚拟仪器教学是一个正在逐步发展的新型课题，在未来的发展和应用实施方面还有很多问题需要解决，本文主要对在现实教学中容易出现的几个问题进行列举分析：
1.虚拟网络平台建立的标准化和通用化问题
目前的虚拟仪器硬件平台,已经有了标准化和通用化趋势,但是各个学校之间并没有统一协调的通用标准，这就造成了一些共同性学科的重复作业性高及教学资源的浪费, 而且在虚拟仪器方面国家并没有一个统一的标准，每个学校只是个人的开发行为这些都将影响虚拟仪器教学的标准化和通用化,也将影响相同的教学内容在不同平台上的互换性和移植性。所以与现实中的课本化教学的标准化统一化发展趋势一样,虚拟仪器教学的标准化也是其发展的一个重要方向[5～6]。该方面的需求态势已非常明显。
2.虚拟仪器教学与传统教学的主属性问题
虚拟仪器教学只是传统教学领域的一个辅助手段，而部分教师把虚拟仪器教学作为主要的教学方法来取代传统教学是不对的，传统教学方法是一种实际的师生语言，神情以及精神的主观交流，它经过不断地发展改变，被证明了是一种很好的教学方法，虚拟仪器教学只是一种为了更好的实现传统教学方法的一种补充，所以作为老师应该分清它们的主次关系，充分利用现有的虚拟教学手段来完善教学，切不可本末倒置邯郸学步。
3.虚拟仪器教学与传统教学方法的链接性问题
虚拟仪器是随着科学的发展应运而生的一种高科技的教学手段[7]，它不是剥离传统之外的一种教学方法而是与之紧密相连的一种辅助工具，有些教师往往在教学中直接嫁接虚拟仪器，不考虑学生的实际接受能力，在一些学科的基础性实验，现象中引入复杂的图像操作分析，是学生如坐云里雾里。这是一种复杂了简单东西的教学实不可取的。
在实际的教学过程中，其目的是为了让学生能更好的理解科学内容和科学精神，在教学中应先从简单入手，从实践开始在循序渐进的过程中走向复杂，如果学校中有显示的操作仪器就尽量先进行实际操作，然后在进行虚拟仪器验证，在一步步的印证操作中即使没有了现实仪器也能够熟练想象，这样更能加深学生的学习印象，培养学生的创新视为能力。

4.虚拟仪器教学与教材的适应性问题
教学过程的进行教材是很关键的环节，而随着科技的发展更新时间的缩短，教材的更新速度也在不断加快，虚拟仪器教学如何适应快速发展更新的教材是一个至关重要的问题，当前各个高校的教材不尽相同，虽然根据各自不同的情况因材施教，但是虚拟仪器平台的发展完善受到了局限，因为每个学校所需要虚拟仪器的内容，重点各不相同，如果要上马虚拟仪器都要从头开始，这样会造成虚拟仪器教学与现实教材的脱节。
教材的编写现在一般由国家组织编写完成，而虚拟仪器由于投入成本大，更新速度慢很容易脱离实际的教学需要，所以教师在使用虚拟仪器教学的过程中要把握好关键环节，使之与教材环环相扣，不可千篇一律的不顾教材而为了追求方便生搬硬套已经过时的教学内容。
5.教师对虚拟仪器教学适应性问题
虚拟仪器教学需要教师具有一定的计算机程序基础，这一问题对一些年龄较大的教师是一个不小的考验，而具有经验的教学名师往往是从教多年的老教师，而有些不是从事计算机方向的老师对虚拟仪器教学也是一知半解，某些高校教师出于保守教学思想束缚，不主动去探知虚拟仪器教学，如果学校强制要求就会应付了事，这就对虚拟仪器教学效果打了折扣，所以加强师资培训是每一个想要搞好虚拟仪器教学的学校迫切要解决的问题。
四、虚拟仪器教学的改进建议
通过对多媒体教学中存在问题的分析，如果要想在实践中搞好虚拟仪器教学，为高校教学走出一条新路就要从以下方面抓起：
在建设虚拟仪器教学平台时要注意，采众家所长加强横向沟通，注重平台的标准化通用化建设，做到做之能用，用之能好；并且在虚拟仪器教学的发展上不能敝帚自珍，要做到敢于拿出自己的成果，也要做到学好别人的东西。
1.要协调好虚拟仪器教学与传统教学的关系，做到由传统规划虚拟，由虚拟促进传统的良性循环，同时做好两者之间的链接性和补充性，多做一些使之顺畅结合的研究，少做本末倒置生拉硬拽的强制性划分。
2.做好教材与虚拟仪器教学的良性结合，要做到在教材的基础上完善虚拟仪器，在虚拟仪器教学的促进下发展教材，使二者相得益彰。
3.根据本校的实际情况，逐步完善师资力量的培训和发展，不可在没有成熟的条件下硬上虚拟仪器教学，要做到有多少米就下多大锅，不片面最求大、全、先。在完善虚拟仪器教学的同时注意本校教师的教学特点，做好教师与虚拟仪器教学，虚拟仪器教学与学生，学生与教师的适应性互动。
五、结束语
虚拟仪器技术的引入课堂对目前的传统方式教学是一种巨大的教学改革，只要对其加以完善发展必能促进教育事业的快速发展。在虚拟仪器技术教学过程中，采用虚拟仪器技术可以轻松地实现抽象的概念形象化、直观化等，不但可使学生更好理解和掌握课程内容，也激发了学生对课程的兴趣，对传统方式教学进行了很好的补充。
实践表明，使虚拟仪器教学与传统方式教学进行和谐的统一，以传统方式教学为主辅以虚拟仪器教学，两者相互补充，参照发展共同实现教学手段改革，使其向多样性，趣味性和形象性不断增强，一定能实现我国教育事业的快速良性发展。
[参考文献]
[1]蔡共宣. 虚拟仪器技术引入测试技术教学的研究与实践[J].装备制造技术，2009（2）：170～183
[2]舒悌翔.虚拟仪器———仪器的新概念[J].宇航计测技术,1999(5): 46～49
[3]Christian J.Carleton,Randy A.Dahlgren,Kenneth W.Tate.A relational database for the monitoring and analysis of watershed hydrologic functions: Data manipulation and retrieval programs[J]. Computer&Geosciences.2005. Vol.31, No.4:393-402.
[4]徐祖哲.网络条件下的实验室数据处理机应用[J].现代科学仪器,2001,(2):14～16
[5]冯金辉.数字实验室[J]现代科学仪器,2002，(2):10～13
[6]赖欣.虚拟现实技术在教学中的应用[J].四川工业学院学报, 2003, 22(2): 50～52.
[7]孙美香.基于Internet的远程虚拟仪器[J].电子技术,2000(12):39～41.
（作者单位：东北农业大学 食品学院 黑龙江哈尔滨）