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仿真實(shí)驗(yàn)范文1

關(guān)鍵詞：虛擬仿真實(shí)驗(yàn)；真實(shí)實(shí)驗(yàn)；儀器

高中生物學(xué)科中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求學(xué)生在教材及教師的指導(dǎo)下自主完成實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)在課堂中的扎實(shí)展開，能夠有效地培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力和操作能力，促進(jìn)學(xué)生在掌握生物原理和操作技能的基礎(chǔ)上，更加全面地認(rèn)識(shí)和學(xué)習(xí)生物科學(xué)。在高中生物課堂中，學(xué)生可以通過實(shí)驗(yàn)簡單快捷地了解和掌握所學(xué)的生物知識(shí)及原理，感受生物這門特殊的自然科學(xué)。

一、當(dāng)前高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題

然而，在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，許多方面存在不足，如實(shí)驗(yàn)教學(xué)中所需要的材料過少或者缺少其中某一樣實(shí)驗(yàn)器材都將導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)無法正常開展。而有些則是因?yàn)樗M(jìn)行的實(shí)驗(yàn)本身存在一定的危險(xiǎn)性而無法真正開展，以至于實(shí)驗(yàn)教學(xué)在生物課堂中成為一種擺設(shè)，也就無法發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)本身的輔助作用。這不僅嚴(yán)重影響著教師的教學(xué)活動(dòng)，還減少了學(xué)生全面學(xué)習(xí)生物知識(shí)的方法和途徑。當(dāng)然不免有些教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中為了節(jié)省時(shí)間而演示生物實(shí)驗(yàn)，也就是通常所說的教師做、學(xué)生看。這樣一來，學(xué)生也就不會(huì)積極主動(dòng)地參與到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，這不僅不利于培養(yǎng)他們的動(dòng)手實(shí)踐和操作能力，還降低了他們運(yùn)用生物知識(shí)去分析和解決實(shí)際問題的意識(shí)與能力。由此可見，高中生物教學(xué)中實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展存在許多的問題，而作為高中生物教師，我們在教學(xué)過程中要善于科學(xué)合理地運(yùn)用適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，對于存在危險(xiǎn)性及實(shí)驗(yàn)器材缺乏的實(shí)驗(yàn)，我們可以利用計(jì)算機(jī)、多媒體技術(shù)模擬實(shí)驗(yàn)儀器及實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行模擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，以此突破生物實(shí)驗(yàn)的局限性，實(shí)現(xiàn)生物虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)的相互交融與

互補(bǔ)。

二、高中生物虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)的整合

（一）虛擬儀器及虛擬仿真實(shí)驗(yàn)

高中生物虛擬仿真實(shí)驗(yàn)即利用全新的、先進(jìn)的且富有生命力的虛擬儀器和多媒體計(jì)算機(jī)，對教材數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，在虛擬操作中為學(xué)生展示其中的實(shí)驗(yàn)步驟和結(jié)果。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)綜合運(yùn)用了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、圖像處理與智能技術(shù)及音響技術(shù)等多方面的功能，給學(xué)生以直觀形象的感受，促進(jìn)他們更加簡單快捷地學(xué)習(xí)和掌握生物實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)及操作。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)主要通過虛擬儀器進(jìn)行，虛擬儀器就是在多媒體計(jì)算機(jī)上配上相應(yīng)的專用軟件和硬件，并設(shè)定和設(shè)計(jì)好的測試功能，從而實(shí)現(xiàn)真實(shí)儀器所具備及缺乏的特殊實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

1.虛擬儀器的特點(diǎn)

相比于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)儀器，虛擬儀器更加智能，處理能力更強(qiáng)，且使用起來更加方便靈活，它的開放性和功能軟件的模塊化有利于提高資源的重復(fù)利用率，并縮短系統(tǒng)組建時(shí)間。運(yùn)用計(jì)算機(jī)對生物實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行分析、存儲(chǔ)、顯示及打印，能夠有效地完善數(shù)據(jù)的傳輸和交換等性能，使得組建系統(tǒng)更加簡單快捷。

2.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)使抽象的生物知識(shí)更加形象和具體，運(yùn)用多媒體為學(xué)生提供聲音、圖像、文字等多方面的內(nèi)容，其信息量大且應(yīng)用范圍廣，能夠在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的基礎(chǔ)上，提高他們對生物知識(shí)的表達(dá)和運(yùn)用能力。在進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)之前，教師可以利用多媒體計(jì)算機(jī)對實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃瓦^程進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，從不同的角度和層次為學(xué)生加以演示和講解，促進(jìn)他們形象化思維的形成。高中生物教學(xué)中進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)對實(shí)驗(yàn)教學(xué)尤為重要，不僅有利于提高生物教與學(xué)的質(zhì)量和效果，還能夠保障實(shí)驗(yàn)設(shè)備及教師的安全，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的高效開展。相對于傳統(tǒng)的生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)給學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程增加了許多樂趣，使他們更加熱愛生物實(shí)驗(yàn)，樂于學(xué)習(xí)生物知識(shí)。

例如，人教版高一生物必修2第三章《基因的本質(zhì)》中，DNA分子的結(jié)構(gòu)和復(fù)制過程微觀、抽象，學(xué)生即使制作出DNA物理模型，也難以在不斷犯錯(cuò)和糾正過程中，準(zhǔn)確模擬整個(gè)復(fù)制過程。借助虛擬仿真系統(tǒng)，利用計(jì)算機(jī)對DNA分子的復(fù)制步驟進(jìn)行分析整合，使學(xué)生能夠展開思維的翅膀，自由模擬想象中的復(fù)制過程。在各種史料和事實(shí)的支撐下，構(gòu)建、完善DNA復(fù)制模型。在手腦并用操作實(shí)驗(yàn)的過程中直觀地感受和理解DNA復(fù)制的方式、特點(diǎn)，大大提高了生物教學(xué)的效率。

（二）真實(shí)實(shí)驗(yàn)

真實(shí)實(shí)驗(yàn)是教師在生物教學(xué)過程中運(yùn)用實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行實(shí)際操作的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，它給學(xué)生以真實(shí)的感受，消除他們對抽象知識(shí)點(diǎn)及虛擬實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)障礙，并在這樣的實(shí)驗(yàn)過程中對生物產(chǎn)生新的認(rèn)識(shí)和看法，這對高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)起著重要的作用。

（三）高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)的關(guān)系

高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的真實(shí)實(shí)驗(yàn)是虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，即虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是對真實(shí)實(shí)驗(yàn)的模擬，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛴行У貜浹a(bǔ)真實(shí)實(shí)驗(yàn)的缺點(diǎn)和局限性，二者相輔相成。因此，教師在教學(xué)過程中結(jié)合它們各自的優(yōu)勢，對生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，可以取得良好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

1.能真勿虛

對于生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中那些過程簡單且易于操作的實(shí)驗(yàn)，且在現(xiàn)有條件下能夠運(yùn)用真實(shí)實(shí)驗(yàn)完成并達(dá)到預(yù)期教學(xué)效果的，教師在教學(xué)時(shí)就要運(yùn)用簡單的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)儀器完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

2.虛實(shí)互補(bǔ)

在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，有的主要是觀察試驗(yàn)中所產(chǎn)生的現(xiàn)象，而有的是以得出結(jié)論為主，也有以理解生物規(guī)律和實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)儀器使用為主的。這就要求教師在實(shí)際教學(xué)中根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)的不同，準(zhǔn)確無誤地確定是要采用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)還是真實(shí)實(shí)驗(yàn)。

對于實(shí)驗(yàn)室的條件限制，需要采用先進(jìn)技術(shù)或是稀缺儀器的實(shí)驗(yàn)，或?qū)嶒?yàn)現(xiàn)象不太明顯的實(shí)驗(yàn)，一般采用仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。當(dāng)然，在學(xué)習(xí)新知時(shí)，教師可以先安排相關(guān)的簡單、易于操作的真實(shí)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生在對主要實(shí)驗(yàn)儀器有了一定的真實(shí)感受之后，再輔之以虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，這樣能夠有效地提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。

總而言之，在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師要學(xué)會(huì)綜合運(yùn)用和發(fā)揮虛擬仿真實(shí)驗(yàn)和真實(shí)實(shí)驗(yàn)的作用，并充分結(jié)合這兩者的優(yōu)勢，以此，在培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手操作能力的基礎(chǔ)上，利用先進(jìn)而高效的現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)手段，鍛煉理性思維能力。只有這樣，才能更好地達(dá)到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)，并培養(yǎng)出具有扎實(shí)生物實(shí)驗(yàn)?zāi)芰酮?dú)立思維能力的創(chuàng)新型人才。

參考文獻(xiàn)：

仿真實(shí)驗(yàn)范文2

關(guān)鍵詞 初中物理；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；虛擬實(shí)驗(yàn)；仿真物理實(shí)驗(yàn)室

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號：1671-489X（2015）11-0158-02

仿真物理實(shí)驗(yàn)室是一款面向中學(xué)物理課堂開發(fā)的一款軟件，內(nèi)容包含了電學(xué)、力學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)等所有實(shí)驗(yàn)的仿真演示，具有集成化程度高、操作簡單等特點(diǎn)。這種軟件有利于師生在使用中根據(jù)自己的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)把精力放在實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臉?gòu)建上而不是操作上。這款軟件為物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了極大的方便。

1 在初中物理教學(xué)中使用虛擬實(shí)驗(yàn)的意義

可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器不足的現(xiàn)狀 實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的靈魂，但在傳統(tǒng)物理教學(xué)中，由于現(xiàn)實(shí)條件和教學(xué)理念等原因，只注重知識(shí)的口頭講解，不重視實(shí)驗(yàn)操作，或在教學(xué)中只做比較簡單的實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)儀器嚴(yán)重不足。加之國家實(shí)施新課改以來，物理實(shí)驗(yàn)發(fā)生很大變化，很多原來舊的實(shí)驗(yàn)儀器被淘汰，雖然學(xué)校增添了很多新實(shí)驗(yàn)儀器，但仍不能滿足物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)實(shí)需要。現(xiàn)在學(xué)校安裝的仿真物理實(shí)驗(yàn)室軟件，包括了中學(xué)物理的所有實(shí)驗(yàn)，原來很多做不了或因儀器不足不能做的實(shí)驗(yàn)都可以用虛擬實(shí)驗(yàn)來代替，解決了實(shí)驗(yàn)課上不足或因場地儀器數(shù)量不足，實(shí)驗(yàn)跟不上教學(xué)進(jìn)度的現(xiàn)象。

本身具有傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)無可比擬的優(yōu)越性 虛擬實(shí)驗(yàn)是根據(jù)實(shí)驗(yàn)的相似性原理，運(yùn)用軟件提供的虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)備來搭建自己的實(shí)驗(yàn)。這樣不僅可以做一些因自然條件限制在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中無法做的實(shí)驗(yàn)，如真空狀態(tài)下的物體自由落體運(yùn)動(dòng)；還可以隨時(shí)控制實(shí)驗(yàn)進(jìn)程、節(jié)奏，讓實(shí)驗(yàn)結(jié)果更理想，讓實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯清晰可見。同時(shí)，避免在物理實(shí)驗(yàn)中因?qū)W生操作的不規(guī)范而產(chǎn)生的危險(xiǎn)性，避免實(shí)驗(yàn)儀器在實(shí)驗(yàn)過程中的損耗和損壞。

2 在初中物理各類型實(shí)驗(yàn)中哪些實(shí)驗(yàn)需要虛擬實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的靈魂。在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中會(huì)碰到五大類實(shí)驗(yàn)，分別是測量型、探究性、演示型、操作型、設(shè)計(jì)型。在這幾類物理實(shí)驗(yàn)中，籠統(tǒng)地來說，筆者認(rèn)為比較適合運(yùn)用虛擬實(shí)驗(yàn)的有演示型、探究型、設(shè)計(jì)型。因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)教學(xué)條件的限制，都實(shí)行大班教學(xué)，演示型實(shí)驗(yàn)如果運(yùn)用傳統(tǒng)方法去做，不能保證每個(gè)學(xué)生都能清晰地觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。而虛擬實(shí)驗(yàn)可以很好地解決這個(gè)問題。探究型、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)需要學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，虛擬實(shí)驗(yàn)可以方便地幫助學(xué)生檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)方案的正確性，既節(jié)省了時(shí)間，又避免了因?qū)W生設(shè)計(jì)方案錯(cuò)誤導(dǎo)致的實(shí)驗(yàn)儀器的損耗。但也不是絕對的，其他類型的實(shí)驗(yàn)也有的非常適合運(yùn)用虛擬實(shí)驗(yàn)，所以在現(xiàn)實(shí)教學(xué)中要具體問題具體分析。

虛擬實(shí)驗(yàn)在測量實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用 測量實(shí)驗(yàn)是物理實(shí)驗(yàn)中比較簡單的實(shí)驗(yàn)，操作簡單，實(shí)驗(yàn)儀器易得，一般無需用虛擬實(shí)驗(yàn)。但也有一些測量實(shí)驗(yàn)比較復(fù)雜，在正常的環(huán)境下實(shí)驗(yàn)很難完成。如初中二年級物理“伏安法測小燈泡電阻”，這個(gè)實(shí)驗(yàn)如果用傳統(tǒng)的儀器進(jìn)行，學(xué)生很難獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果，且容易造成儀器的損壞。這個(gè)實(shí)驗(yàn)需要用虛擬實(shí)驗(yàn)來輔助教學(xué)，操作步驟如下：

第一步，由于這個(gè)實(shí)驗(yàn)比較抽象，需要教師講解實(shí)驗(yàn)原理；

第二步，學(xué)生根據(jù)原理，利用虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，連接電路圖；

第三步，教師根據(jù)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中遇到的問題進(jìn)行輔導(dǎo)答疑；

第四步，學(xué)生在對這個(gè)實(shí)驗(yàn)理解的基礎(chǔ)上進(jìn)行真實(shí)實(shí)驗(yàn)，彌補(bǔ)虛擬實(shí)驗(yàn)之不足，取得良好的教學(xué)效果。

虛擬實(shí)驗(yàn)在探究實(shí)驗(yàn)中的運(yùn)用 探究實(shí)驗(yàn)的目的就是培養(yǎng)學(xué)生透過現(xiàn)象看到本質(zhì)的能力和發(fā)現(xiàn)問題的意識(shí)，所以實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象是很重要的。但在真實(shí)試驗(yàn)中，許多事物的現(xiàn)象會(huì)受外界因素的影響，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)方案無法實(shí)施，這就需要借助虛擬實(shí)驗(yàn)。如初中二年級“探究凸透鏡成像的規(guī)律實(shí)驗(yàn)”，此實(shí)驗(yàn)會(huì)受室內(nèi)光線強(qiáng)弱的影響，室內(nèi)光線控制不好，就得不到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，更談不上規(guī)律的總結(jié)。虛擬實(shí)驗(yàn)則很好地解決了這個(gè)問題。

虛擬實(shí)驗(yàn)在演示實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用 在物理實(shí)驗(yàn)中最常見、最普通的實(shí)驗(yàn)就是演示實(shí)驗(yàn)。物理教師在講解概念的時(shí)候，因班級太大，導(dǎo)致很多學(xué)生對物理現(xiàn)象觀察不清晰，影響了對物理的學(xué)習(xí)興趣。虛擬實(shí)驗(yàn)則很好地解決了這個(gè)問題。如初二年級“光的反射實(shí)驗(yàn)”，學(xué)生既可能因室內(nèi)光線的影響，也可能因在班內(nèi)位置的影響，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)效果觀察不明顯，這就需要借助虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

虛擬實(shí)驗(yàn)在設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用 設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)重在培養(yǎng)學(xué)生自主解決問題的能力。在實(shí)驗(yàn)中學(xué)生要根據(jù)自己要解決的問題來選擇實(shí)驗(yàn)儀器，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，構(gòu)建實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停瑫r(shí)還要把自己不理解的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象去弄清楚。這就需要虛擬實(shí)驗(yàn)來幫助。一方面，虛擬實(shí)驗(yàn)可以檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是否合理；另一方面，虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)軒椭鷮W(xué)生理解實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，同時(shí)避免因?qū)嶒?yàn)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤而造成的儀器損失。如“理解并表述牛頓第一定律實(shí)驗(yàn)”，在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，摩擦力是理解牛頓第一定律的關(guān)鍵，摩擦力的大小直接影響了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。但是摩擦力大小參數(shù)的設(shè)置在真實(shí)實(shí)驗(yàn)中不好控制，虛擬實(shí)驗(yàn)很好地解決了這一問題。

虛擬實(shí)驗(yàn)在操作實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用 操作實(shí)驗(yàn)是為了培養(yǎng)學(xué)生自己的動(dòng)手能力和理論聯(lián)系實(shí)際的能力，一般在操作實(shí)驗(yàn)中不主張運(yùn)用虛擬實(shí)驗(yàn)代替真實(shí)實(shí)驗(yàn)。在初中物理教學(xué)中，很多的操作實(shí)驗(yàn)都是電學(xué)實(shí)驗(yàn)。電學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器較貴重且容易因錯(cuò)誤操作而被損壞。所以在教學(xué)中要讓學(xué)生借助虛擬實(shí)驗(yàn)清晰觀察學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)過程，鍛煉正確的實(shí)驗(yàn)操作能力，避免在真實(shí)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)過失，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)儀器損壞。如初三年級“串并聯(lián)電阻實(shí)驗(yàn)”，如果不事先加以練習(xí)，在實(shí)驗(yàn)中接線錯(cuò)誤的話，很容易燒壞實(shí)驗(yàn)儀器。但操作實(shí)驗(yàn)一定要在虛擬實(shí)驗(yàn)后進(jìn)行真實(shí)實(shí)驗(yàn)，畢竟虛擬實(shí)驗(yàn)只是一個(gè)仿真實(shí)驗(yàn)，起不到鍛煉學(xué)生動(dòng)手能力的目的。在操作實(shí)驗(yàn)中要把真實(shí)實(shí)驗(yàn)與虛擬實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，這樣既解決了真實(shí)實(shí)驗(yàn)的困難，也解決了虛擬實(shí)驗(yàn)的不足。

3 結(jié)束語

總之，在新課改注重實(shí)驗(yàn)的今天，虛擬實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中確實(shí)起到很大的作用。但是不宜夸大虛擬實(shí)驗(yàn)的作用，虛擬實(shí)驗(yàn)帶來巨大方便的同時(shí)，也有很大的缺點(diǎn)。如果過多運(yùn)用虛擬模擬實(shí)驗(yàn)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)實(shí)驗(yàn)，就會(huì)缺乏實(shí)驗(yàn)的真實(shí)感，不利于培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、合作能力和創(chuàng)新能力，因?yàn)閷W(xué)生親手實(shí)驗(yàn)的經(jīng)歷是虛擬實(shí)驗(yàn)代替不了的。此外，虛擬實(shí)驗(yàn)，如果使用不規(guī)范，很可能會(huì)生成一個(gè)假的結(jié)果。但像這幾種實(shí)驗(yàn)是可以用虛擬模擬實(shí)驗(yàn)代替的，如危險(xiǎn)性比較大的實(shí)驗(yàn)、現(xiàn)象不明顯的實(shí)驗(yàn)、現(xiàn)有條件做不了的實(shí)驗(yàn)。因此，教師應(yīng)該在實(shí)際教學(xué)中，根據(jù)教學(xué)實(shí)際，結(jié)合運(yùn)用虛擬實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，只有這樣才能發(fā)揮虛擬實(shí)驗(yàn)的最大效能。

參考文獻(xiàn)

[1]李春艷，易燁.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革[J].中國管理信息化，2014（12）.

仿真實(shí)驗(yàn)范文3

關(guān)鍵詞：虛擬仿真實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；土木工程；實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

1土木工程專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)特點(diǎn)

土木工程專業(yè)的實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教學(xué)具有行業(yè)的特殊性。

（1）空間體量巨大。土木工程的服務(wù)對象是建筑物、橋梁、隧道，一般體量巨大。現(xiàn)在世界最高的建筑物高度超過800m，橋梁的最大跨度達(dá)1991m，超高層建筑物的單根柱子、單根樁基的承載能力上萬噸。進(jìn)行這些結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的實(shí)體實(shí)驗(yàn)幾乎是不可能的，即使是縮尺實(shí)驗(yàn)，也存在實(shí)驗(yàn)構(gòu)件及加載設(shè)備體量大、實(shí)驗(yàn)環(huán)境惡劣、實(shí)驗(yàn)費(fèi)用高的問題，限制了學(xué)生的參與。

（2）施工周期長。土木工程的建設(shè)周期一般比較長，世界最高建筑物———迪拜塔的建設(shè)歷時(shí)6年，通常一幢普通的住宅樓施工工期也需要1年以上。由于時(shí)間的限制，學(xué)生的認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)無法得到工程建設(shè)全過程的體驗(yàn)。

（3）工程參與方多。土木工程存在不同的建設(shè)參與方（建設(shè)方、設(shè)計(jì)方、施工方、監(jiān)理方等），在學(xué)生認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)過程中，往往只能體驗(yàn)其中某一方的工作，無法從不同參與方的視角去感受和經(jīng)歷工程。

（4）危險(xiǎn)性高。土木工程實(shí)驗(yàn)很多是破壞性試驗(yàn)，并且是脆性破壞，具有一定的突然性，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中的安全問題十分突出。同時(shí)，由于施工現(xiàn)場工序復(fù)雜、人員眾多，而很多學(xué)生又缺乏施工經(jīng)驗(yàn)和對危險(xiǎn)源的判別能力，這使得很多施工單位在安排學(xué)生的認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)時(shí)存在顧慮。

（5）實(shí)驗(yàn)難度大。在土木工程的實(shí)驗(yàn)中，災(zāi)害環(huán)境（如臺(tái)風(fēng)、火災(zāi)、地震、滑坡和泥石流等）的模擬設(shè)備造價(jià)高（大型地震模擬振動(dòng)臺(tái)的造價(jià)上億元、大型風(fēng)洞的造價(jià)幾千萬元）。災(zāi)害環(huán)境實(shí)驗(yàn)難度大、危險(xiǎn)性大、費(fèi)用高。為解決土木工程傳統(tǒng)理論教學(xué)與學(xué)生工程化培養(yǎng)之間的矛盾，拓展實(shí)驗(yàn)及實(shí)踐教學(xué)的深度和廣度，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)效，實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的緊密結(jié)合，特別是進(jìn)行災(zāi)害環(huán)境對土木工程影響的分析、解決重大工程的防災(zāi)問題，盡可能減少實(shí)驗(yàn)成本和潛在危害，東南大學(xué)在課堂理論教學(xué)、原有實(shí)體實(shí)驗(yàn)、認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)的基礎(chǔ)上，利用專業(yè)的仿真軟件，采用多媒體技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)，構(gòu)建了具有高度真實(shí)感、直觀性和精確性的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，作為實(shí)體實(shí)驗(yàn)及實(shí)踐教學(xué)的有益補(bǔ)充和創(chuàng)新［1－5］。

2實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源建設(shè)

早在2005年“工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”與2006年“建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”國家精品課程建設(shè)期間，東南大學(xué)就開始組建土木工程計(jì)算機(jī)輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室，此后結(jié)合“土木工程施工”、“工程合同管理”、“結(jié)構(gòu)力學(xué)”及“工程結(jié)構(gòu)抗震與防災(zāi)”幾門國家精品課程和其他相關(guān)課程的建設(shè)，又相繼成立了土木工程施工虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室、土木工程管理信息化等實(shí)驗(yàn)室。2013年通過資源整合，依托國家級土木工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，成立了東南大學(xué)土木工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心。中心面向土木工程、建筑學(xué)、交通工程及其他相關(guān)專業(yè)，形成了“三層次、四模塊、五結(jié)合”的教學(xué)體系。（1）三層次：按照人才培養(yǎng)需求與教學(xué)規(guī)律，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容劃分為基礎(chǔ)訓(xùn)練、提高訓(xùn)練和創(chuàng)新訓(xùn)練；（2）四模塊：按專業(yè)知識(shí)體系與工程實(shí)踐規(guī)律，搭建土木工程設(shè)計(jì)、施工、管理、創(chuàng)新實(shí)踐4個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；（3）五結(jié)合：與理論課程相結(jié)合、與實(shí)體實(shí)驗(yàn)相結(jié)合、與科研項(xiàng)目相結(jié)合、與實(shí)際工程相結(jié)合、與企業(yè)實(shí)踐相結(jié)合。其中，四模塊的18門實(shí)驗(yàn)課程支撐8門專業(yè)主干課程與12門實(shí)體實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程，輻射其他16門專業(yè)課程，基本覆蓋了土木工程專業(yè)的主要專業(yè)課。

2．1土木工程結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)虛擬仿真模塊

模塊主要包括：（1）基本構(gòu)件虛擬仿真、樓蓋設(shè)計(jì)虛擬仿真及單層工業(yè)廠房設(shè)計(jì)虛擬仿真等基礎(chǔ)訓(xùn)練層次的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；（2）建筑結(jié)構(gòu)抗震虛擬仿真、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)虛擬仿真、大跨空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)虛擬仿真及橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)虛擬仿真等提高訓(xùn)練層次的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；（3）復(fù)雜結(jié)構(gòu)虛擬仿真、基于MTS混合實(shí)驗(yàn)、大跨橋梁抗風(fēng)虛擬仿真、結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗火虛擬仿真等創(chuàng)新訓(xùn)練層次的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，是“工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”、“建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”與“工程結(jié)構(gòu)抗震與防災(zāi)”這3門國家級精品資源共享課的重要建設(shè)內(nèi)容。結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目充分體現(xiàn)了CDIO（conceive－design－implement－operate）的工程教育理念［6－7］，是從工程的構(gòu)思到概念設(shè)計(jì)，再進(jìn)行仿真分析，根據(jù)仿真分析結(jié)果對概念設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，最后按優(yōu)化后結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工圖設(shè)計(jì)的全過程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)虛實(shí)結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)。以特色實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目“基于MTS系統(tǒng)混合模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”為例，傳統(tǒng)的建筑物抗震防災(zāi)實(shí)驗(yàn)大多數(shù)是對整個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行的，由于整體實(shí)驗(yàn)成本較高且實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目較多，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)場地和實(shí)驗(yàn)時(shí)間安排緊張。為了提高實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)際效果和設(shè)備的有效利用，將結(jié)構(gòu)的大部分替換為數(shù)值子結(jié)構(gòu)并采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行仿真，而只有小部分結(jié)構(gòu)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行足尺實(shí)驗(yàn)（見圖1）。仿真實(shí)驗(yàn)具有參數(shù)可調(diào)、實(shí)驗(yàn)方案可擴(kuò)展、不存在硬件損耗的特點(diǎn)，能夠加深學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的理解；實(shí)體實(shí)驗(yàn)具有真實(shí)可靠、直觀性強(qiáng)的特點(diǎn)，能夠提高學(xué)生的動(dòng)手能力和觀察能力。采用計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)與實(shí)體實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的手段，可以有效提高學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的能力。同時(shí)，實(shí)時(shí)混合實(shí)驗(yàn)作為目前最先進(jìn)的抗震防災(zāi)實(shí)驗(yàn)手段之一，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，提高學(xué)術(shù)水平。

2．2土木工程施工虛擬仿真模塊

該模塊主要包含基本施工技術(shù)虛擬仿真、復(fù)雜工程施工技術(shù)虛擬仿真及關(guān)鍵施工技術(shù)仿真分析3部分。基本施工技術(shù)虛擬仿真主要包括土方、樁基礎(chǔ)、模板、鋼筋工程等施工過程的虛擬仿真，是模塊的基礎(chǔ)訓(xùn)練部分；復(fù)雜工程施工技術(shù)虛擬仿真主要是針對超高層建筑結(jié)構(gòu)、大跨空間結(jié)構(gòu)、大跨橋梁結(jié)構(gòu)等典型工程施工全過程的虛擬仿真，向?qū)W生介紹最新的施工技術(shù)和復(fù)雜工程的施工組織，它是模塊的提高訓(xùn)練部分；關(guān)鍵施工技術(shù)仿真分析部分主要針對全新的施工技術(shù)，通過對施工過程中關(guān)鍵部分的仿真分析，確保施工的順利和安全，它是模塊的創(chuàng)新訓(xùn)練部分。以典型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目“大跨橋梁結(jié)構(gòu)施工虛擬仿真”為例，該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以銅陵長江大橋工程為案例，與中鐵大橋局集團(tuán)和柳州歐維姆機(jī)械股份有限公司合作完成。對該工程的施工全過程進(jìn)行了虛擬仿真，包含樁基礎(chǔ)施工、沉井施工、主塔施工、鋼桁梁吊裝施工、斜拉索施工等子系統(tǒng)（見圖2）。通過該項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以了解大跨斜拉橋施工的主要步驟、施工工藝、技術(shù)措施等。

2．3土木工程管理虛擬仿真模塊

該模塊包含工程項(xiàng)目管理、工程造價(jià)管理、工程合同管理和工程管理BIM綜合4個(gè)部分。傳統(tǒng)的信息技術(shù)類課程教學(xué)模式比較注重信息系統(tǒng)管理知識(shí)的介紹和基礎(chǔ)軟件操作，但是存在信息技術(shù)類知識(shí)體系在不同部分之間的割裂問題，使學(xué)生難以形成結(jié)構(gòu)化、模塊化的專業(yè)信息技術(shù)能力和素質(zhì)。土木工程管理虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對傳統(tǒng)課程設(shè)置模式進(jìn)行了改革，根據(jù)多學(xué)科對信息技術(shù)的應(yīng)用需求，注重學(xué)生專業(yè)核心能力的培養(yǎng)，形成信息技術(shù)類實(shí)驗(yàn)課程平臺(tái)。以典型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目“工程管理BIM綜合虛擬仿真”為例，該項(xiàng)目根據(jù)給定的工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)（包括建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備等）方案、相應(yīng)的城市規(guī)劃條件以及有關(guān)的地理環(huán)境數(shù)據(jù)，從施工單位、設(shè)計(jì)單位或咨詢單位的角度進(jìn)行項(xiàng)目建筑設(shè)計(jì)方案的多維可視化仿真（見圖3），并利用BIM模型進(jìn)行輔助施工管理，包括項(xiàng)目的日照分析、建筑能耗分析、綠色建筑評價(jià)、建筑體量計(jì)算等。

2．4土木工程創(chuàng)新實(shí)踐虛擬仿真模塊

本模塊主要分為基于創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃的虛擬仿真和基于學(xué)生參加科技競賽的虛擬仿真兩部分，以滿足學(xué)生課外研學(xué)課程的需要，在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)上充分體現(xiàn)CDIO的工程教育理念。學(xué)生根據(jù)項(xiàng)目的要求，利用已學(xué)的專業(yè)知識(shí)，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行概念設(shè)計(jì)，然后運(yùn)用仿真分析軟件進(jìn)行模型計(jì)算分析，根據(jù)仿真分析結(jié)果對模型設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，完成實(shí)體模型的制作，將制作好的模型進(jìn)行加載或讓其完成特定功能。通過本模塊實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的訓(xùn)練，可以加深學(xué)生對各類結(jié)構(gòu)體系、設(shè)計(jì)分析的理解和認(rèn)識(shí)，使學(xué)生在知識(shí)運(yùn)用能力、創(chuàng)新能力、動(dòng)手能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神等方面得到全面提升［8－9］。以典型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目“創(chuàng)新結(jié)構(gòu)體系虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”為例（見圖4），要求學(xué)生設(shè)計(jì)并制作創(chuàng)新結(jié)構(gòu)模型，以反映學(xué)生的力學(xué)概念、結(jié)構(gòu)概念和創(chuàng)新思維。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目鼓勵(lì)節(jié)能減排、循環(huán)經(jīng)濟(jì)的創(chuàng)新思路，旨在通過指導(dǎo)學(xué)生對結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)、基本構(gòu)件受力狀態(tài)、空間結(jié)構(gòu)體系及特點(diǎn)、典型工程案例分析等內(nèi)容的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生勤于觀察與思考，并動(dòng)手制作結(jié)構(gòu)模型的能力，使學(xué)生能夠從結(jié)構(gòu)整體上把握建筑物的結(jié)構(gòu)體系及受力特點(diǎn)，并通過學(xué)習(xí)報(bào)告、制作模型及加載體驗(yàn)的方式提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)。

3教學(xué)特色

3．1依托優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

土木工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心長期堅(jiān)持實(shí)體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目建設(shè)和虛擬仿真項(xiàng)目建設(shè)相結(jié)合，通過國家級教學(xué)團(tuán)隊(duì)的規(guī)劃，完善了實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，并將學(xué)生實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練的學(xué)時(shí)數(shù)比例由總學(xué)時(shí)的19％增加到25％。中心依托國家級土木工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，與理論教學(xué)緊密結(jié)合，進(jìn)行虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源建設(shè)，有力地支撐了6門國家精品課程、5門國家級精品資源共享課程和1門國家級視頻公開課的建設(shè)，提升了課程建設(shè)和專業(yè)建設(shè)的水平。2013年，土木工程專業(yè)以優(yōu)秀成績第4次通過住建部高等教育土木工程專業(yè)評估委員會(huì)的評估，在2012年的全國學(xué)科評估中，東南大學(xué)土木工程學(xué)科名列全國第三。

3．2來源于科研項(xiàng)目，面向創(chuàng)新能力培養(yǎng)

中心依托“國家預(yù)應(yīng)力工程技術(shù)中心”、“混凝土與預(yù)應(yīng)力混凝土教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”等國家和部省級科研基地，不斷地將最新科研成果轉(zhuǎn)化為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。通過把科研成果轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，把科研方法融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)，向?qū)W生傳授科研理念、科研文化、科研價(jià)值，使學(xué)生了解科技最新發(fā)展和學(xué)術(shù)前沿動(dòng)態(tài)，激發(fā)科研興趣，啟發(fā)科研思維，培養(yǎng)科研道德，提升學(xué)生科學(xué)研究和科技創(chuàng)新能力。

3．3來源于工程實(shí)踐，面向工程實(shí)踐能力培養(yǎng)

中心的大量虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目來自于真實(shí)的工程實(shí)例，是以實(shí)際工程為背景，解決工程實(shí)際問題為目標(biāo)的“實(shí)戰(zhàn)型”項(xiàng)目。通過真實(shí)項(xiàng)目的演練，指導(dǎo)學(xué)生綜合運(yùn)用專業(yè)知識(shí)，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)和實(shí)踐能力，為社會(huì)輸送合格的“來之能戰(zhàn)”的畢業(yè)生。已將典型重大工程轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)例有：（1）山東博物館屋蓋薄壁箱型結(jié)構(gòu)虛擬仿真；（2）廣州南站大跨空間結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力虛擬仿真；（3）廣州白云機(jī)場復(fù)雜鑄鋼節(jié)點(diǎn)虛擬仿真；（4）潤揚(yáng)長江大橋大跨橋梁抗風(fēng)虛擬仿真；（5）深圳大運(yùn)會(huì)體育館鋼結(jié)構(gòu)安裝施工虛擬仿真；（6）滬通長江大橋橋梁沉井施工全過程虛擬仿真。

3．4面向防災(zāi)減災(zāi)，開展災(zāi)害虛擬仿真

現(xiàn)代土木工程的最大威脅來自于各種自然災(zāi)害和人為災(zāi)害———地震、臺(tái)風(fēng)、海嘯、火災(zāi)、爆炸、泥石流等。各種災(zāi)害因其巨大的時(shí)空尺度而難以再現(xiàn)，因其復(fù)雜的生成原因而無法重復(fù)，所以要借助現(xiàn)代虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行演示。中心依托云計(jì)算中心每秒37萬億次峰值浮點(diǎn)計(jì)算能力，運(yùn)用大型虛擬仿真分析軟件，開展地震、臺(tái)風(fēng)、火災(zāi)及爆炸等災(zāi)害的模擬，提升學(xué)生防災(zāi)意識(shí)和減災(zāi)水平。

4結(jié)束語

通過多年的建設(shè)，東南大學(xué)土木工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心已經(jīng)成為由國家級教學(xué)團(tuán)隊(duì)及國家級教學(xué)名師負(fù)責(zé)規(guī)劃和建設(shè)，面向土木工程、工程管理2個(gè)國家級高等教育特色專業(yè)和其他相關(guān)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)基地，為“結(jié)構(gòu)力學(xué)”、“工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”、“建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”、“工程結(jié)構(gòu)抗震與防災(zāi)”、“土木工程施工”、“工程合同管理”等6門國家級精品課程和其他相關(guān)課程開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，面向7個(gè)專業(yè)的學(xué)生開展創(chuàng)新訓(xùn)練。2014年，該中心獲批為國家級土木工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心。

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仿真實(shí)驗(yàn)范文4

20世紀(jì)80年代后期，美國等一些國家認(rèn)識(shí)到重講課、做題目這種公式化、呆板的方式已經(jīng)落伍，強(qiáng)調(diào)應(yīng)重視學(xué)生的學(xué)習(xí)技巧，并鼓勵(lì)學(xué)生積極參與到教學(xué)活動(dòng)中，因此提出了仿真模擬等新的教學(xué)方法。仿真實(shí)驗(yàn)即虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)，是指在科學(xué)研究中，有時(shí)不能對研究對象直接進(jìn)行控制或干預(yù)性的操作，為了取得對研究對象的認(rèn)識(shí)，而利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開發(fā)的最富真實(shí)感的實(shí)驗(yàn)，可直接在電腦上在線模擬操作。

學(xué)生通過自主操作仿真實(shí)驗(yàn)，掌握理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)技能，提高動(dòng)手操作能力，培養(yǎng)科學(xué)探究能力。因?yàn)樵诜抡鎸?shí)驗(yàn)中，學(xué)生可以通過鼠標(biāo)輕松操作整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，例如實(shí)驗(yàn)儀器的組裝、操作，實(shí)驗(yàn)物品的取出和放置，實(shí)驗(yàn)過程的控制等；同時(shí)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象逼真且有趣味性，不但讓學(xué)生做實(shí)驗(yàn)有若身臨其境，而且還集娛樂與探索科學(xué)知識(shí)于一體，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。作為傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的必要補(bǔ)充和延伸，仿真實(shí)驗(yàn)這一全新的教學(xué)方式越來越受到教育工作者的重視。

2　仿真實(shí)驗(yàn)在生物教學(xué)中的運(yùn)用

2.1　生物仿真實(shí)驗(yàn)的必要性

生物學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，實(shí)驗(yàn)是生物學(xué)研究的主要方法，因此如何讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行探究學(xué)習(xí)、培養(yǎng)探究精神、提高探究能力就成了生物教學(xué)的一大課題。然而生物實(shí)驗(yàn)需要充足的時(shí)間和必要的實(shí)驗(yàn)設(shè)備、材料和場地，有些實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)儀器昂貴，有些實(shí)驗(yàn)過程危險(xiǎn)，甚至不可干預(yù)，這時(shí)進(jìn)行生物仿真實(shí)驗(yàn)則是最佳選擇。

在生物仿真實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可以使用各種仿真器材和元器件(包含各種危險(xiǎn)的或貴重儀器)，設(shè)置各項(xiàng)與實(shí)際實(shí)驗(yàn)相符的操作，滿足學(xué)生對生物實(shí)驗(yàn)的正確操作、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察和探究性學(xué)習(xí)的需求。學(xué)生在生物仿真實(shí)驗(yàn)的操作過程中，通過親自動(dòng)手、親眼觀察和不斷探究了解生物世界的奧妙、培養(yǎng)生物科學(xué)探究能力和科學(xué)實(shí)踐能力。

2.2　生物仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)例

生物教材中有些重點(diǎn)知識(shí)或生命現(xiàn)象學(xué)生不易理解，教師用其他手段難以解釋，又很難用實(shí)際實(shí)驗(yàn)來揭示時(shí)，仿真實(shí)驗(yàn)就成了不可缺少的手段。例如北師大版《生物學(xué)》七年級上冊第5章第1節(jié)“光合作用”的教學(xué)內(nèi)容2：--是探索光合作用，這個(gè)探索內(nèi)容如果只是角講授法進(jìn)行講解顯得枯燥乏味、抽象難懂，所以要由四個(gè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)活動(dòng)來完成。這四個(gè)實(shí)驗(yàn)分別是驗(yàn)證綠葉在光下合成淀粉、檢驗(yàn)光合作用釋放氧氣、驗(yàn)證植物光合作用需要葉綠素和檢驗(yàn)光合作用吸收二氧化碳。其中第一個(gè)實(shí)驗(yàn)“驗(yàn)證綠葉在光下合成淀粉”需要的時(shí)間很長(2～3d)，還受天氣條件的限制(雖可用100-200 w的燈光代替陽光，但照射效果不明顯)，而且在用酒精溶解葉片中的葉綠素時(shí)，因?yàn)榫凭姆悬c(diǎn)比水低、蒸發(fā)又快，極易造成燃燒危險(xiǎn)，甚至對學(xué)生造成傷害。由此可見，實(shí)際實(shí)驗(yàn)費(fèi)時(shí)且不可干預(yù)，并有著一定的危險(xiǎn)性，不便于操作。而仿真實(shí)驗(yàn)則可以很好地解決這些難題，避免可能的危險(xiǎn)與傷害，所以可采用仿真實(shí)驗(yàn)代替實(shí)際實(shí)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué)。

2.2.1　實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)名稱：驗(yàn)證綠葉在光下合成淀粉。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模孩衮?yàn)證綠葉在光下制造的有機(jī)物是淀粉；②探究光是綠葉制造有機(jī)物不可缺少的條件；③培養(yǎng)觀察能力、分析能力和科學(xué)探究的能力。

材料用具：盆栽的天竺葵、黑紙片、曲別針、酒精、小燒杯、大燒杯、火柴、試管夾、鑷子、清水、碘液、培養(yǎng)皿、石棉網(wǎng)、三角架、酒精燈(在作圖軟件里選取上述3D儀器)。

實(shí)驗(yàn)過程：①檢查實(shí)驗(yàn)儀器、物品。

②暗處理讓葉片內(nèi)原有的淀粉耗盡(一個(gè)設(shè)置好的圖像時(shí)鐘轉(zhuǎn)動(dòng)2圈，1 rain輕松完成實(shí)際實(shí)驗(yàn)中需要2～3 d的暗處理過程)。

③光照。進(jìn)行對照實(shí)驗(yàn)，一部分葉片接受光照，一部分葉片進(jìn)行遮光處理(依然是用轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)鐘快速完成實(shí)際實(shí)驗(yàn)需幾個(gè)小時(shí)的光照過程)。

④驗(yàn)證綠葉產(chǎn)生淀粉(通過鼠標(biāo)拖動(dòng)桌面上的器皿完成驗(yàn)證過程，避免儀器的損壞和酒精燃燒的危險(xiǎn))。

⑤探究問題(操作實(shí)驗(yàn)后，學(xué)生進(jìn)行合作學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí))：

a.盆栽天竺葵若不在黑暗處放一晝夜，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如何?為什么?(學(xué)生可返回再操作該步驟予以探究)

b.在同等條件下，種在向陽地方的玉米與種在不向陽地方的玉米產(chǎn)量很不相同，這是為什么?

2.2.2　實(shí)驗(yàn)小結(jié)

“綠葉在光下合成淀粉”的仿真實(shí)驗(yàn)快速形象地驗(yàn)證了綠葉在光下合成的有機(jī)物是淀粉，證明了光是綠葉合成有機(jī)物不可缺少的條件。該仿真實(shí)驗(yàn)快速地呈現(xiàn)了極慢的實(shí)際實(shí)驗(yàn)過程，提高了實(shí)驗(yàn)效率，且避免了實(shí)際實(shí)驗(yàn)中可能的危險(xiǎn)。學(xué)生對實(shí)驗(yàn)過程可進(jìn)行重復(fù)操作，達(dá)到對實(shí)驗(yàn)過程的熟悉、對光合作用相關(guān)知識(shí)的認(rèn)識(shí)、理解與掌握。而實(shí)驗(yàn)后的探究問題，有助于學(xué)生對知識(shí)進(jìn)行提升，培養(yǎng)其探究思維與探究精神。

3　結(jié)語

仿真實(shí)驗(yàn)范文5

關(guān)鍵詞：虛擬仿真 實(shí)驗(yàn)教學(xué) 項(xiàng)目管理

《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》對高校教育數(shù)字信息化建設(shè)提出要求。《教育部關(guān)于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見》要求重點(diǎn)建設(shè)一批國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，并加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)管理。高校教育數(shù)字信息化和實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)的重要內(nèi)容非虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)莫屬。中國石油大學(xué)（華東）石油工業(yè)訓(xùn)練中心，作為第一批國家級虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，高度重視虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)建設(shè)，在大力建設(shè)和完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)硬件條件的同時(shí)，也抓好實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理，提高教學(xué)質(zhì)量和效果，作為建設(shè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的軟實(shí)力的總要求。

一、項(xiàng)目化管理的必要性

項(xiàng)目化管理的實(shí)質(zhì)就是將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為一個(gè)項(xiàng)目，按照項(xiàng)目的進(jìn)程進(jìn)行管理。將該實(shí)訓(xùn)課程按照項(xiàng)目的生命周期從計(jì)劃、實(shí)施、評價(jià)這幾個(gè)方面進(jìn)行質(zhì)量管理，規(guī)范教學(xué)過程中的各個(gè)環(huán)節(jié)，能夠明確實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)、避免實(shí)驗(yàn)教師在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)設(shè)備的使用中的隨意性，也大大提高設(shè)備資源的利用率；能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)和反饋實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中存在的問題，并作出相應(yīng)調(diào)整，保證項(xiàng)目有效地按照計(jì)劃進(jìn)行；便于進(jìn)行科學(xué)的量化考核，有利于教學(xué)師資隊(duì)伍質(zhì)量的提高，也有利于提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，確保實(shí)踐課程目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。因此，對虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施項(xiàng)目化管理是提高教學(xué)質(zhì)量的重要途徑。

二、項(xiàng)目化管理主要措施

（一）項(xiàng)目計(jì)劃：制定合理的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

制定有效的項(xiàng)目質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是項(xiàng)目計(jì)劃階段取得成功的保證，規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的教學(xué)文件是實(shí)現(xiàn)教學(xué)質(zhì)量的基本保證。應(yīng)用到虛擬仿真實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目中，一方面要建立健全虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的各項(xiàng)管理規(guī)章制度。在教務(wù)處統(tǒng)一的基本制度下，根據(jù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)，圍繞實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的目標(biāo)制定各項(xiàng)管理實(shí)施細(xì)則。包括對學(xué)生、指導(dǎo)老師、設(shè)備資源的管理制度以及實(shí)踐活動(dòng)中的行為管理制度等。另一方面要編制合理的教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容。根據(jù)各專業(yè)不同的教學(xué)計(jì)劃及教學(xué)大綱編寫配套的實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱、訓(xùn)練指導(dǎo)書、實(shí)訓(xùn)設(shè)備與器材單等，并制定詳細(xì)的教學(xué)教案和考核內(nèi)容、方法、標(biāo)準(zhǔn)。具體來說，虛擬仿真實(shí)訓(xùn)課程的內(nèi)容應(yīng)結(jié)合不同專業(yè)不同的教學(xué)計(jì)劃和實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備、軟件等資源。即根據(jù)不同專業(yè)合理安排實(shí)訓(xùn)課程內(nèi)容的深度與廣度，同時(shí)要充分利用并合理配置現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源。另外在制定人才培養(yǎng)計(jì)劃時(shí)，應(yīng)與其專業(yè)的行業(yè)需求接軌。

（二）項(xiàng)目實(shí)施：落實(shí)過程質(zhì)量監(jiān)控

對項(xiàng)目的實(shí)施過程進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控，有利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目執(zhí)行過程中出現(xiàn)的問題并及時(shí)糾偏，保證項(xiàng)目完成的質(zhì)量。對虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程的質(zhì)量監(jiān)控，一方面需要檢查實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的準(zhǔn)備情況。教師應(yīng)充分準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)教學(xué)文件，如教案或?qū)嶒?yàn)指導(dǎo)文件，滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱要求，達(dá)到實(shí)踐目標(biāo)。另一方面需要檢查實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目執(zhí)行情況。成立教學(xué)督察組監(jiān)督實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程，可通過隨堂聽課、問卷調(diào)查或座談會(huì)等方式聽取學(xué)生對老師及課程內(nèi)容的評價(jià)、對教學(xué)方法、資源利用情況等方面進(jìn)行評估，及時(shí)反饋相關(guān)意見。最后還需要檢查實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的考核情況。除了檢查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告質(zhì)量以及理論知識(shí)、現(xiàn)場實(shí)操的考核情況，還可鼓勵(lì)學(xué)生改進(jìn)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容甚至自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新思想是衡量實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的重要指標(biāo)。

（三）項(xiàng)目評價(jià)：構(gòu)建完善的質(zhì)量評價(jià)體系

對虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目進(jìn)行評價(jià)，項(xiàng)目準(zhǔn)備階段側(cè)重對教學(xué)目標(biāo)及教學(xué)條件的評價(jià)，如人才培養(yǎng)目標(biāo)、師資隊(duì)伍、教學(xué)資源、經(jīng)費(fèi)投入、教學(xué)環(huán)境等方面；項(xiàng)目實(shí)施過程中側(cè)重對教學(xué)質(zhì)量保障措施的評價(jià)，如管理運(yùn)行機(jī)制、教學(xué)內(nèi)容、方法、考核方式等方面；項(xiàng)目結(jié)束后側(cè)重于對學(xué)生的能力評價(jià)和社會(huì)評價(jià)，考察學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和綜合能力以及社會(huì)滿意度。還可通過在網(wǎng)上開通實(shí)驗(yàn)教學(xué)留言板的方式，收集學(xué)生反饋信息及用人單位對學(xué)生實(shí)踐能力的評價(jià)，及時(shí)調(diào)整、更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容、方法和考核方式，深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革。質(zhì)量評價(jià)體系如下圖所示。

三、提高虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的保障措施

如今，不僅各大高校，甚至中小學(xué)也在大力建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)已經(jīng)成為教師非常重要的授課方式。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)有其不可取代的優(yōu)勢，以中心石油工業(yè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)訓(xùn)課程來說，借助虛擬仿真手段，使不可及、不可逆、高風(fēng)險(xiǎn)、高污染等操作過程變得直觀、形象、更具可操作性，并且增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)趣味，提高了教學(xué)效果。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是現(xiàn)今乃至未來的發(fā)展趨勢，因此，無論是學(xué)校、教師還是學(xué)生都必須高度重視，加強(qiáng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)建設(shè)，保障教學(xué)質(zhì)量。

（一）加強(qiáng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源建設(shè)

學(xué)校要加大資金投入，加強(qiáng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源建設(shè)。開啟校企合作模式，借助企業(yè)的技術(shù)、服務(wù)，合作開發(fā)實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目。教師應(yīng)重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，改變以講為主的授課方式，課程內(nèi)容也不能停留在演示性、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)上，多研發(fā)一些綜合實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)的趣味性，提高學(xué)生的積極性和實(shí)踐操作能力。

（二）加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)師資隊(duì)伍建設(shè)

要提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，必須建設(shè)一支高水平的實(shí)驗(yàn)教學(xué)師資隊(duì)伍。學(xué)習(xí)發(fā)達(dá)國家高校“理論教學(xué)、實(shí)踐指導(dǎo)、科學(xué)研究”于一體的教師建設(shè)機(jī)制，一方面鼓勵(lì)、引導(dǎo)高水平的理論課程教師參加實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作，也可從企業(yè)、研究所聘請有相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的工程師來學(xué)校兼職授課，充實(shí)實(shí)驗(yàn)師資隊(duì)伍，促進(jìn)“產(chǎn)、學(xué)、研”結(jié)合。另一方面制定相關(guān)政策，支持年輕老師去企業(yè)學(xué)習(xí)鍛煉，提高實(shí)踐技術(shù)水平，并參與科研，實(shí)現(xiàn)教學(xué)與科研的結(jié)合。

（三）加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源建設(shè)，搭建資源共享平臺(tái)

要加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)數(shù)字、設(shè)備一體化建設(shè)，能夠通過配置和連接，真正實(shí)現(xiàn)虛實(shí)結(jié)合的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，并能夠自行設(shè)計(jì)、搭建實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。另外要進(jìn)一步探索資源開放共享機(jī)制，搭建資源共享平臺(tái)，能夠?qū)崿F(xiàn)項(xiàng)目共享、信息共享、設(shè)備資源共享，還能互動(dòng)交流、展示成果、考評成績等。

四、結(jié)語

上述內(nèi)容，是筆者在從事虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，針對教學(xué)管理提出的一些想法。當(dāng)然，只有在制度上完善、各教學(xué)部門、教學(xué)主體及管理人員達(dá)成共識(shí)，協(xié)調(diào)配合，才能將實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目化管理落到實(shí)處，規(guī)范教學(xué)項(xiàng)目的計(jì)劃、組織、實(shí)施、監(jiān)控、評價(jià)，提高虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)高綜合能力、高創(chuàng)新能力的人才。

參考文獻(xiàn)：

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[3]劉福華，閆景麗.實(shí)施實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目化管理提高實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量[J].China after School Education，2007，（02）.

[4]施俏春.構(gòu)建實(shí)踐教學(xué)體系 對實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行全程質(zhì)量監(jiān)控[J].教育教學(xué)論壇，2012，（13）.

仿真實(shí)驗(yàn)范文6

為了便于開展基因芯片課堂教學(xué)，使學(xué)生能夠更深刻地了解基因芯片技術(shù)原理及操作流程，設(shè)計(jì)并制作了一套仿真基因芯片系統(tǒng)。可以全真模擬芯片雜交、芯片掃描、結(jié)果判定等實(shí)驗(yàn)步驟。實(shí)驗(yàn)室僅需配備普通移液器即可進(jìn)行基因芯片的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使學(xué)生可以切身體驗(yàn)基因芯片的操作過程，有助于學(xué)生深刻理解基因芯片的原理與方法，教學(xué)效果大大提高。

關(guān)鍵詞:

基因芯片;仿真實(shí)驗(yàn)

基因芯片技術(shù)是現(xiàn)代生物學(xué)研究中一個(gè)非常重要的工具［1－2］，廣泛應(yīng)用于基因表達(dá)譜分析［3－4］、基因測序［5］、疾病診斷［6－7］、遺傳圖譜構(gòu)建［8］等許多領(lǐng)域。因其前沿性、依賴于大型儀器設(shè)備、耗材昂貴等原因，對于普通學(xué)校而言，相應(yīng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)非常難以進(jìn)行［9－10］。因此學(xué)生不易理解其原理與方法，教學(xué)效果不佳。Campbell等［11］設(shè)計(jì)了一套仿真基因芯片教學(xué)系統(tǒng)，有助于學(xué)生對基因芯片產(chǎn)生直觀的了解，但其操作過程與真實(shí)基因芯片實(shí)驗(yàn)還有很多不一致。因此本文作者設(shè)計(jì)了一套仿真度高、操作性強(qiáng)且成本低廉的基因芯片教學(xué)方法和設(shè)備。采用本套系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)室僅需配備普通移液器即可進(jìn)行基因芯片的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使學(xué)生能直觀體驗(yàn)基因芯片操作過程，加深理解其原理與方法，教學(xué)效果大大提高。基因芯片技術(shù)主要包括以下步驟:芯片的制作、樣品制備、分子雜交、信號檢測和結(jié)果分析。目前制備芯片主要以玻璃片或硅片為載體，采用原位合成和微矩陣的方法將寡核苷酸片段或cDNA作為探針按順序排列在載體上。生物樣品往往是從復(fù)雜的生物分子混合體中提取、擴(kuò)增的DNA、RNA，然后用熒光標(biāo)記，以提高檢測的靈敏度。之后將熒光標(biāo)記的樣品與芯片上的探針進(jìn)行雜交反應(yīng)，反應(yīng)后芯片上各個(gè)反應(yīng)點(diǎn)的熒光位置、熒光強(qiáng)弱經(jīng)過芯片掃描儀和相關(guān)軟件分析圖像，轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)，即可獲得有關(guān)生物信息。

1基因芯片仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的組成

基因芯片仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由以下模塊組成:仿真基因芯片，仿真芯片雜交儀，仿真激光掃描儀以及模擬DNA試劑。

1.1仿真基因芯片

基因芯片是一塊表面固定了序列已知的靶核苷酸探針的基片。在仿真基因芯片中，以載玻片作為載體，將有8個(gè)圓孔的PVC貼紙貼在載玻片上，最后配制2%的瓊脂糖溶液，再按表1的配方配制7種由百里香酚酞、酚酞、瓊脂糖不同比例組成的溶液。在40℃～60℃條件下，將上述7種不同比例的溶液用移液器點(diǎn)入PVC圓孔貼紙中的圓孔中即制成完整的基因芯片，制備好的仿真基因芯片如圖1所示。

1.2仿真芯片雜交儀

芯片雜交儀的作用是控制芯片雜交的溫度及時(shí)間。仿真芯片雜交儀由紙盒制成，盒蓋可以打開，內(nèi)部設(shè)卡槽，可供放入模擬的基因芯片，如圖2所示。

1.3仿真芯片掃描儀

芯片掃描儀通過激光掃描芯片，將信號存入電腦，由電腦合成圖像，并進(jìn)行結(jié)果分析。仿真激光掃描儀外部開口，可放入雜交后的仿真芯片，內(nèi)置一瓶5%的NaOH溶液。按動(dòng)按鈕，NaOH溶液呈霧狀噴灑到仿真芯片上，使芯片很快顯色，如圖3所示。

1.4模擬DNA試劑

熒光標(biāo)記的DNA試劑視覺上與水無異，雜交后肉眼也看不出任何變化，因此用純凈水即可模擬DNA試劑，本套系統(tǒng)設(shè)置兩支模擬DNA試劑，分別為紅色熒光標(biāo)記的正常細(xì)胞DNA和藍(lán)色熒光標(biāo)記的癌細(xì)胞DNA。

2實(shí)驗(yàn)流程

2.1芯片制作

真實(shí)的基因芯片一般由專業(yè)的公司制作，絕大多數(shù)研究者只需購買即可。所以本仿真實(shí)驗(yàn)流程設(shè)計(jì)的仿真芯片亦由教師在課外做好。課堂實(shí)驗(yàn)流程從芯片雜交開始。

2.2芯片雜交

如圖4所示，將模擬DNA試劑滴加到仿真芯片上，然后將仿真芯片置于仿真芯片雜交儀，置于室溫下10min。

2.3芯片掃描

從仿真芯片雜交儀中取出芯片，插入仿真掃描儀的卡槽中，按動(dòng)掃描按鈕2次，模擬激光掃描。等待數(shù)秒后取出芯片進(jìn)行結(jié)果分析。

2.4結(jié)果分析

如圖5所示，芯片從仿真掃描儀中取出后呈現(xiàn)出多種顏色，其中1為藍(lán)色、2為紅色、3為紫色、4為淺藍(lán)色、5為淺紅色、6為淺紫色、7和8無色。顯色原理是存在于凝膠中的顯色劑與仿真掃描儀中噴出的霧狀NaOH溶液發(fā)生了顏色反應(yīng)，不同配比的顯色劑呈現(xiàn)不同色彩。這個(gè)結(jié)果模擬了基因芯片的實(shí)驗(yàn)結(jié)果:芯片上的每個(gè)點(diǎn)固定著代表一個(gè)基因的探針，能夠與樣品中的DNA雜交。1號點(diǎn)呈現(xiàn)藍(lán)色，表明相應(yīng)的基因在癌細(xì)胞中轉(zhuǎn)錄，以其為模板制備的藍(lán)色熒光標(biāo)記的DNA被1號點(diǎn)的探針捕獲。經(jīng)激光掃描，1號位發(fā)出藍(lán)色熒光信號。2號點(diǎn)呈現(xiàn)紅色，表明相應(yīng)的基因在正常細(xì)胞中轉(zhuǎn)錄，以其為模板制備的紅色熒光標(biāo)記的DNA被2號點(diǎn)的探針捕獲。經(jīng)激光掃描，2號位發(fā)出紅色熒光信號。同理，紫色的信號表明相應(yīng)基因在2種細(xì)胞中都有轉(zhuǎn)錄，而無色的信號表明相應(yīng)基因在兩種細(xì)胞中都沒有轉(zhuǎn)錄。因?yàn)樾盘柕膹?qiáng)度與探針捕獲的DNA量呈正相關(guān)關(guān)系，因此顏色的深淺就可以顯示基因轉(zhuǎn)錄的水平高低。

2.5注意事項(xiàng)

NaOH溶液有一定腐蝕性，因此從仿真掃描儀中拿出后手持芯片末端，不可觸碰其他地方，實(shí)驗(yàn)完后用自來水輕輕沖洗芯片即可。

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