時間：2022-02-24 10:50:01
序論：在您撰寫虛擬化學論文時，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導您走向新的創(chuàng)作高度。
（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(nèi)容，還要培養(yǎng)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(xiàn)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(shè)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(huán)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(chuàng)建好的虛擬實驗儀器、藥品并通過資源工具查詢相關(guān)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(jù)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(jié)果通過評價反饋系統(tǒng)及時反饋給學習者。
二、《高錳酸鉀制取氧氣》的虛擬實驗環(huán)境設(shè)計
本研究以《高錳酸鉀制取氧氣》為例設(shè)計的虛擬實驗環(huán)境。以實驗過程的設(shè)計為理論基礎(chǔ)從場景及模型設(shè)計、交互設(shè)計、支持工具設(shè)計、特效設(shè)計、評價設(shè)計這幾方面設(shè)計三維虛擬實驗環(huán)境。
（一）實驗環(huán)境的場景及模型主要虛擬教室、虛擬實驗室和儀器設(shè)備組成
虛擬教室由講臺、桌椅、多媒體系統(tǒng)、音響設(shè)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(jié)論。虛擬實驗室主要由實驗環(huán)境、實驗操作臺、水池、藥品柜、滅火設(shè)備為為學習者完成實驗并獲取實驗數(shù)據(jù)。儀器設(shè)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(tǒng)設(shè)計
（1）人機交互設(shè)計：在實驗中通過操作交互，學習者能夠感受到實驗設(shè)備的控制感和體驗感。在Secondlife中，利用創(chuàng)建工具可以實現(xiàn)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(shè)置改變物體的性質(zhì)、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(shè)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(nèi)部資源和外部資源。內(nèi)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(nèi)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(xiàn)象、采集數(shù)據(jù)提供支持。評價反饋工具主要包括問卷系統(tǒng)（choicer、Quizchair）、學習記錄系統(tǒng)（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(shè)計
在Secondlife中，通過粒子系統(tǒng)結(jié)合林登腳本語言可以營造煙霧、火焰、氣體、雪花等各種現(xiàn)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(tài)變化等效果都可以通過粒子系統(tǒng)來實現(xiàn)。
三、結(jié)論
虛擬技術(shù)是使相關(guān)工作在計算機上實現(xiàn)或通過計算機模擬實現(xiàn)的技術(shù)[1]，早在20世紀70年代便開始將其應用于宇航員培訓。由于這是一種消耗低、安全有效的培訓方法，現(xiàn)今已被推廣到各行各業(yè)的培訓中，并已在科研、教育、商業(yè)、醫(yī)療、生物制藥、環(huán)境保護、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、娛樂等多個領(lǐng)域得到廣泛應用。在此，只簡單介紹它們在教育、生物制藥和醫(yī)療領(lǐng)域的應用狀況。
1.1教育領(lǐng)域
隨著虛擬技術(shù)的發(fā)展和教學要求的不斷提高，虛擬技術(shù)已進入教育領(lǐng)域，并且已成為完成教育工作的一種有效方式。例如利用化學教育軟件，展示化學實驗的流程和結(jié)果。學生可以通過使用該軟件，了解和掌握整個實驗過程，然后再進行實踐操作。這樣，既可以減少實驗的危險性，又可以提高學生的學習興趣和效率，減少不必要的浪費。再如利用物理教學軟件，開展“歐姆定律”的講解，其效果生動，且學生便于理解。
1.2生物制藥領(lǐng)域
虛擬技術(shù)在生物制藥方面的應用主要是在藥物的設(shè)計階段：采用相關(guān)的分子設(shè)計軟件，設(shè)計藥物小分子，模擬小分子與受體的相互作用，預測小分子的生物活性、毒性、排泄、吸收、代謝途徑、代謝物及其各類性質(zhì)。目前，這種藥物設(shè)計模式已被國際專業(yè)制藥公司在研發(fā)新藥時采用，并與實驗相結(jié)合，以達到減少研發(fā)消耗，提高研發(fā)成功率的目標。1.3醫(yī)療領(lǐng)域虛擬技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應用主要有：手術(shù)培訓、手術(shù)模擬、醫(yī)學影像檢查和臨床診斷。已經(jīng)報道的“上海交通大學附屬第九人民醫(yī)院骨科專家成功完成真正意義上的3D打印骨盆重建手術(shù)”，是虛擬技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域成功應用的又一案例。
2、化學信息學
化學信息學的研究領(lǐng)域并未經(jīng)過刻意界定，很多化學家在各自不同的研究領(lǐng)域中力爭發(fā)展和采用計算機的方法來處理大量涌現(xiàn)的化學信息，建立化合物的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系。在20世紀60年代，化學信息學的發(fā)展已初見端倪，到了70年代開始出現(xiàn)了颶風式的發(fā)展。因此，相關(guān)的化學信息學的定義有多種。
比較典型的有以下一些論述。
（1）采用分子模擬和數(shù)據(jù)分析技術(shù)與高分辨圖形顯示組合，得到了令人驚訝的結(jié)果。因此，化學信息學是通過應用信息技術(shù)幫助化學家研究新問題、組織并分析科學數(shù)據(jù)，以研發(fā)新化合物、新材料的過程。
（2）很多人認為化學信息學是化學信息的擴展，它涵蓋了與化學結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)存儲和計算方法相關(guān)的領(lǐng)域，如化合物登記系統(tǒng)、在線化學文獻、結(jié)構(gòu)-活性關(guān)系分析和分子性質(zhì)計算[3]?；瘜W信息學作為一個學科名稱來說是很新的，但我們可以體會到，它存在于我們周圍已經(jīng)有了一段時間。不同的階段常會給出不同的化學信息學的定義。
所以，在討論這些不同觀點的時候，我們認為“化學信息學是一門應用信息學方法和計算機技術(shù)來輔助解決化學問題的學科”[4]這個論述更具有普適性。
化學信息學方法主要有三種，即基于數(shù)據(jù)、基于邏輯和基于原理。
（1）基于數(shù)據(jù)的方法建立和利用多種化學數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和化學數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。該方法主要的作用是在數(shù)據(jù)庫中獲得已記錄的相關(guān)信息。
（2）基于邏輯的方法利用已有的化學數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，并在此基礎(chǔ)上，利用歸納、推理和分類等方法將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為知識，并對知識實施有效的管理，以便于知識得到廣泛的應用。最終，能用于解決實際的化學問題。該方法適用于大量數(shù)據(jù)的處理，對象具有比較強的規(guī)律性。同時，它能解決數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)不能解決的問題。
（3）基于原理的方法利用已有的量子化學的理論，對化學對象作相關(guān)的量化計算，并根據(jù)計算結(jié)果，研究對應的化學問題。該方法能從原理上解釋化學問題，但不適用于大批數(shù)據(jù)和大的體系的處理。在化學研究中，這三種方法相輔相成。對于不同的研究對象或不同的研究階段，采用對應的方法組合。
3、化學研究
化學是研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和變化規(guī)律的科學。有機化學是研究有機化合物的來源、制備、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、用途和有關(guān)理論的一門學科，由于有機化合物都含有碳，同時以碳、氫化合物為母體，因此這門學科又可稱為“碳化合物的化學”或“碳氫化合物及其衍生物的化學”，隨著這門學科的發(fā)展，誕生出了高分子化學、元素有機化學等新學科，為合成染料、橡膠、纖維、藥物、塑料等有機化學工業(yè)建立了理論基礎(chǔ)?；瘜W的研究內(nèi)容主要可歸納為三部分：分子設(shè)計、合成設(shè)計和結(jié)構(gòu)確定。利用相關(guān)技術(shù)設(shè)計具有特定功能的化合物即為分子設(shè)計[5]；利用相關(guān)技術(shù)設(shè)計特定化合物的合成路線即是合成設(shè)計；結(jié)構(gòu)確定包括兩部分：結(jié)構(gòu)解析和譜圖模擬。結(jié)構(gòu)解析是根據(jù)已有的化學譜圖，推測對應的化學結(jié)構(gòu)。譜圖模擬是基于化合物的化學結(jié)構(gòu)，預測其化學譜圖?；瘜W是重要的基礎(chǔ)科學之一，它也是一門建立在實驗基礎(chǔ)上的科學。在化學研究中實驗和理論這兩方面一直是相互依賴、彼此促進的。化學是一門古老而歷史悠久的科學，它的研究模式為靈感、經(jīng)驗和實驗（見圖1）。長期實驗數(shù)據(jù)的積累，為現(xiàn)在和今后的化學研究提供了寶貴的財富。截至2013年12月，已有記載的小分子化合物達7600多萬個，化學反應約5580萬個。要有效應用如此大量的研究和實驗數(shù)據(jù)，只有采用信息技術(shù)才能實現(xiàn)。在此，我們提出了化學研究的現(xiàn)代模式，即在化學研究的傳統(tǒng)模式中融入虛擬技術(shù)（見圖2）。分子設(shè)計是化學研究的內(nèi)容之一。傳統(tǒng)模式的分子設(shè)計流程如圖3所示，某種化合物的性質(zhì)，通常是在得到化合物之后，經(jīng)過實驗測試才可獲得對應的性質(zhì)?，F(xiàn)代模式的分子設(shè)計流程如圖4所示，化合物的性質(zhì)，可以用相關(guān)軟件預測獲得。根據(jù)獲得的預測結(jié)果和經(jīng)驗，決定是否要合成該化合物。圖3和圖4中的分子設(shè)計流程顯示，兩者的差異主要在合成之前。傳統(tǒng)模式在合成之前的分析工作僅以文獻信息作為判斷依據(jù)。而現(xiàn)代模式，既以文獻信息作為判斷依據(jù)，又以軟件預測結(jié)果作為分析判斷依據(jù)。從原理上講，采用現(xiàn)代模式合成的化合物，其符合需求的成功率要高于傳統(tǒng)模式，研究過程中產(chǎn)生污染的幾率要比傳統(tǒng)模式的低。
4、結(jié)論
（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(nèi)容，還要培養(yǎng)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(xiàn)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(shè)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(huán)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(chuàng)建好的虛擬實驗儀器、藥品并通過資源工具查詢相關(guān)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(jù)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(jié)果通過評價反饋系統(tǒng)及時反饋給學習者。
二、《高錳酸鉀制取氧氣》的虛擬實驗環(huán)境設(shè)計
本研究以《高錳酸鉀制取氧氣》為例設(shè)計的虛擬實驗環(huán)境。以實驗過程的設(shè)計為理論基礎(chǔ)從場景及模型設(shè)計、交互設(shè)計、支持工具設(shè)計、特效設(shè)計、評價設(shè)計這幾方面設(shè)計三維虛擬實驗環(huán)境。
（一）實驗環(huán)境的場景及模型主要虛擬教室、虛擬實驗室和儀器設(shè)備組成
虛擬教室由講臺、桌椅、多媒體系統(tǒng)、音響設(shè)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(jié)論。虛擬實驗室主要由實驗環(huán)境、實驗操作臺、水池、藥品柜、滅火設(shè)備為為學習者完成實驗并獲取實驗數(shù)據(jù)。儀器設(shè)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(tǒng)設(shè)計
（1）人機交互設(shè)計：在實驗中通過操作交互，學習者能夠感受到實驗設(shè)備的控制感和體驗感。在Secondlife中，利用創(chuàng)建工具可以實現(xiàn)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(shè)置改變物體的性質(zhì)、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(shè)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(nèi)部資源和外部資源。內(nèi)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(nèi)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(xiàn)象、采集數(shù)據(jù)提供支持。評價反饋工具主要包括問卷系統(tǒng)（choicer、Quizchair）、學習記錄系統(tǒng)（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(shè)計
在Secondlife中，通過粒子系統(tǒng)結(jié)合林登腳本語言可以營造煙霧、火焰、氣體、雪花等各種現(xiàn)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(tài)變化等效果都可以通過粒子系統(tǒng)來實現(xiàn)。
三、結(jié)論
虛擬機可以通過軟件來模擬完整的硬件系統(tǒng)，在一臺物理計算機上可以利用虛擬機同時安裝、運行多個虛擬的操作系統(tǒng)（以下簡稱GuestOS，即安裝在虛擬機中的操作系統(tǒng)），如WinXP、Win7、WindowServer2008、Linux等，各系統(tǒng)間可以同時運行且互不干擾，也可以組建成一個網(wǎng)絡(luò)，多系統(tǒng)間也可以進行靈活切換，從而在節(jié)約資源的情況下方便地完成各種測試與開發(fā)。目前在信息化教學中比較常用的虛擬機軟件主要有VirtualPC、VMware。兩種虛擬機均能支持Dos、Windows、Unix、Linux等GuestOS，安裝GuestOS時均可采用物理光盤或使用ISO鏡像文件，GuestOS均有bridged(橋接模式)、NAT(網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換模式)和host-only(僅主機模式)三種網(wǎng)絡(luò)工作模式，安裝后的GuestOS和HostOS（即物理計算機上安裝的操作系統(tǒng)）是相互隔離的，但鼠標指針均可以在二者之間隨意移動、拖放文件，而且GuestOS均具有磁盤還原功能。VirtualPC是微軟開發(fā)的虛擬機，對Windows操作系統(tǒng)具有較強的兼容性；最新版本VirtualPC2007漢化安裝包僅27MB左右，安裝快速，約90秒即可完成安裝；GuestOS的硬盤和內(nèi)存大小按實際使用動態(tài)增減，VirutalPC虛擬了一個通用的顯卡：S3Trio32/64(4M)，還虛擬了串口和并口。而VMwareWorkStaion6.0之后的各版本安裝包均在400MB以上，安裝時間較長、較繁；GuestOS的硬盤容量在設(shè)定后不可調(diào)整，但可增加硬盤數(shù)量；分配多少內(nèi)存，即使不用，也占用著，不可被其他地方調(diào)用，因而基于VMware的GuestOS比較耗資源。但VMware更新最快，支持最新的各種操作系統(tǒng)，可以虛擬出除串口、并口外的USB、打印機等，而且VMwareWorkStation自9.0起具有更出色的3D圖形技術(shù)。VMwareWorkstation具有更快的3D圖形處理能力，支持在Windows和最新Linux虛擬機中使用DirectX9.0cShaderModel3和OpenGL2.13D圖形技術(shù)，因此可以輕松地滿足AutoCAD、Solidworks和許多最新游戲等3D應用的嚴苛要求[1]。對比VirtualPC和VMware，如果要安裝Windows系統(tǒng)，且所要使用的軟件對顯存要求不高，對GuestOS的設(shè)置也比較簡單，則建議使用輕巧型的VirutalPC；若是需要安裝非Windows系統(tǒng)，或體驗最新的各種操作系統(tǒng)，或軟件對顯存要求較高，或需要更多的硬件虛擬時，建議使用VMware。
2虛擬機在中職信息化教學中應用
2.1應用一：教學環(huán)境隨身帶
GuestOS在HostOS中只是一個虛擬硬盤文件，文件大小即GuestOS實際消耗的硬盤空間，如GuestOS為純凈的WindowsXP或WindowsServer2003，虛擬硬盤文件大小一般不超過2GB，便于存儲在U盤或移動硬盤隨身攜帶。由于VirtualPC和VMware都可以直接使用虛擬硬盤文件打開相應的GuestOS，所以對于一些特殊的教學環(huán)境，教師可以事先在GuestOS中配置好，或直接將實訓室的實訓環(huán)境通過鏡像方式Ghost安裝到GuestOS中，然后將虛擬硬盤文件存放在U盤或移動硬盤中，隨身攜帶，這樣只要所用計算機上安裝了相應的虛擬機就可以把虛擬硬盤文件拷到計算機上使用，這樣既方便了備課，又方便了上課。當然，經(jīng)實踐證明，如果是存放在USB3.0的U盤或移動硬盤上，則可在USB3.0的移動設(shè)備上直接運行GuestOS，這樣省去了拷貝虛擬硬盤文件時間，大大提高使用效率和便靈活性。VirutalPC安裝快速，操作簡單，相對于VirutalPC，VMware的硬件虛擬更強大，磁盤使用效率更高，更突出優(yōu)勢，若某些軟件在VirtualPC無法運行時，不妨使用VMware。但由于VMware安裝較繁瑣、耗時，若要使用VMware，則建議先在常用的多媒體教室或?qū)嵱柺野惭b好VMware，以免影響課堂進度。
2.2應用二：節(jié)省設(shè)備投入，提高實訓教學效果
2.2.1方便教師搭建服務器，提高實訓教學效果
在實訓教學中，將用于考試或文件共享等專門用途的ServerOS安裝在教師機的虛擬機上，則每間實訓室可節(jié)省1臺服務器計算機。在虛擬機上安裝ServerOS后，教師可方便地實現(xiàn)在WindowServer2003的GuestOS中搭建各種服務器，如文件服務器。在建好文件服務器后，可以通過特定軟件實現(xiàn)為每個學生機建立一塊相互隔離的個人空間，這樣既方便了學生提交作業(yè)，也方便每次課將上次未完成的作業(yè)對應地發(fā)送給學生。
2.2.2方便學生搭建實訓平臺，進行實訓、測試，強化技能
（1）在計算機實訓中，每個學生均可利用一臺計算機同時操作多個GuestOS，進行完整的實訓測試，不僅提高了實訓設(shè)備的使用效率，還可以讓每個學生系統(tǒng)、全面地掌握相關(guān)技能，而不局限于分工合作后的局部技能，如網(wǎng)站建設(shè)與測試、網(wǎng)絡(luò)攻防測試等。（2）由于HostOS與GuestOS是隔離的，所以在GuestOS中不管是分區(qū)、中病毒、死機，還是安裝各種軟件，都不會影響HostOS。在HostOS中，GuestOS僅表現(xiàn)為一個或多個數(shù)據(jù)文件，所以諸如系統(tǒng)安裝、磁盤操作、分區(qū)調(diào)整、數(shù)據(jù)刪除與恢復測試、病毒防治、網(wǎng)絡(luò)安全攻防測試之類會損壞HostOS的實訓，就可以放心地讓學生在GuestOS中進行反復實訓，這樣學生的專業(yè)技能也能得到更好的強化。
2.2.3方便準備不固定實訓場所的實訓環(huán)境
（1）對于臨時調(diào)整實訓室時，經(jīng)常會遇到學生機缺少實訓環(huán)境，教師可以利用如凌波多媒體網(wǎng)絡(luò)教室軟件、飛鴿傳書等局域網(wǎng)文件傳送軟件，快速地將配置好實訓環(huán)境的虛擬硬盤文件傳送給學生，學生就能在虛擬機的實訓環(huán)境中正常完成實訓。（2）對于一些非正常教學的培訓，學生機中缺少培訓所需軟件，或軟件版本不同，則可將培訓所要的軟件安裝到GuestOS中，傳送到學生機上，從而減少了對所有學生機因不同需求反復安裝的麻煩。
2.3應用三：錄制實訓教學視頻
合理搭配實驗內(nèi)容。要想在有限的學時內(nèi),完成更多的實驗內(nèi)容,以實現(xiàn)免費師范生知識與經(jīng)驗的沉淀,就必須要盡可能合理安排每個實驗的時間,以實現(xiàn)實驗效益最大化。例如某些實驗需要等較長時間,那么可以適當?shù)卦谶@個實驗間隙,合理地安排一些時間短的實驗充實這段時間。像“聚丙烯酰胺凝膠電泳”這一常規(guī)實驗。其實驗步驟及需要時間大約為:教師講解實驗所需時間大致為30分鐘、灌制分離膠需要1小時左右、灌制濃縮膠大致需1小時、點樣大致需30分鐘、電泳時間為2.5小時、卸膠約需要10分鐘左右、洗膠約需30分鐘、染色大致需要30分鐘,實驗總共耗時大約7小時左右。其中像在灌制分離膠與濃縮膠、電泳時,學生其實是在等待。如果在等待的這段時間中合理安排一些時間較短的實驗內(nèi)容,如:酶的特性檢驗或糖類性質(zhì)測定實驗,就可以在有限的學時內(nèi),完成更多的實驗內(nèi)容,從而增加了免費師范生實踐操作時間,鍛煉了他們的技能。
2虛擬實驗
視頻虛擬生物化學實驗視頻其實質(zhì)就是通過錄制教師示范試驗或者在教師指導下一些學生所做實驗。做實驗時,教師通過視頻給學生講解需要哪些儀器、詳細說明操作過程以及實驗要點。這樣可帶給學生對于實驗的直觀認識。并可結(jié)合視頻,讓學生分組討論實驗過程中易錯之處,以及對實驗結(jié)果進行分析。虛擬生物化學實驗視頻優(yōu)勢之一,在于對一些價格昂貴的大型精密儀器,諸如透射電鏡、流式細胞儀、核磁共振等,可以在虛擬實驗中得到全面展現(xiàn)。優(yōu)勢之二在于學生通過虛擬生物化學實驗視頻,可以掌握一些先進的在生物化學中屬于前沿的一些技術(shù)實驗技術(shù),例如蛋白質(zhì)雙向電泳技術(shù)等。優(yōu)勢之三在于通過虛擬生物化學實驗視頻,在做實驗時學生可以不受場地以及時間限制,就幾乎可以完成所有的傳統(tǒng)實驗,還可以在教師的帶領(lǐng)下模擬一些綜合性和探究性實驗,從而可加深學生對實驗的認識,開拓了他們的視野,增強學生的動手能力。優(yōu)勢之四在于通過虛擬生物化學實驗視頻,還可以讓學生獨立進行模擬和設(shè)計實驗,既節(jié)省試劑,又可免除了實驗中的一些意外傷害2深化教學方式。只有站的高才能看得遠,作為培養(yǎng)免費師范生的教師只有不斷更新自身知識結(jié)構(gòu),提高自己的科研水平,才有可能開闊學生的知識視野、激活學生的思維。作為培養(yǎng)免費師范生的教師應海納百川,不僅要不斷創(chuàng)新教學內(nèi)容,而且要不斷地把自己的、他人的、以及世界的最新科研成果融進生物化學實驗課中,這樣才能形成以培養(yǎng)學生做學問做研究為主的新模式。
論文關(guān)鍵詞：數(shù)字圖書館 虛擬學習環(huán)境 整合
論文摘 要：虛擬學習環(huán)境和數(shù)字圖書館的整合是近幾年高校圖書館推行的新型服務模式。本文探討了利用圖書館現(xiàn)有數(shù)字資源，實現(xiàn)數(shù)字圖書館與虛擬學習環(huán)境的整合。分析了數(shù)字圖書館與虛擬學習環(huán)境整合后對圖書館服務所起的作用和存在的問題，以及如何完善這些問題等。
1 數(shù)字圖書館與虛擬學習環(huán)境整合概述
數(shù)字圖書館與虛擬學習環(huán)境的整合是將學生的學習資源、教師的課件資源和圖書館的數(shù)字資源融合在一起。學生通過教學過程獲取知識的方式和通過圖書館獲取信息的方式均發(fā)生了巨大變化，導致了圖書館服務從傳統(tǒng)服務向虛擬服務的擴展。
1.1 有利于圖書館服務角色的改變
圖書館的服務從傳統(tǒng)對圖書資料的開發(fā)利用，重視對教師課件資源和考卷資源的開發(fā)，到承擔起利用元數(shù)據(jù)對其組織、描述、加工和整理的任務，將學生的學習資源、教師的課件資源和圖書館資源與服務融合在一起，并建立一個統(tǒng)一的信息訪問平臺。對來源各異、不同媒體的信息資源進行整合，利用統(tǒng)一的界面為讀者提供一個一站式學習、無縫檢索的數(shù)字化學習環(huán)境。
1.2 拓展了圖書館的服務模式
數(shù)字圖書館的建設(shè)是為了高效率利用圖書館資源，解決傳統(tǒng)圖書館信息搜集、整理、加工服務過程中的局限性和低效率，以滿足讀者對圖書館信息資源的需求。與傳統(tǒng)圖書館的服務相比，數(shù)字圖書館與虛擬學習環(huán)境的整合建立起了以數(shù)字圖書館為平臺發(fā)展起來的虛擬服務、個性化服務、虛擬參考服務、網(wǎng)絡(luò)導航服務。它包括：館際互借與電子文獻的傳播、公共書目查詢、數(shù)字資源全文的獲取、在線閱讀、用戶培訓課件等等。如：一個讀者想續(xù)借、預約、館際互借圖書，這些都可以在網(wǎng)上通過圖書館網(wǎng)頁得以完成。
1.3 有利于培養(yǎng)學生的學習能力
虛擬學習環(huán)境是在網(wǎng)絡(luò)條件下產(chǎn)生的，它具有明顯的特征：技術(shù)性、開放性、學習資源的豐富性及共享性、學習的自主性等等。數(shù)字圖書館與虛擬學習環(huán)境的整合可以滿足不同讀者的不同的學習需求。數(shù)字圖書館具有的便于儲存、組織、檢索、復制和傳輸?shù)忍攸c，使讀者可以按照自己的意愿來進行，沒有了條條框框的束縛。通過網(wǎng)絡(luò)虛擬學習調(diào)動讀者的感官認識，使其產(chǎn)生學習興趣，并能變被動為主動。借助網(wǎng)絡(luò)這個平臺，大家在這種學習環(huán)境中，可以借助于各種先進的學習軟件、工具和平臺，對共同感興趣的東西和學習過程中遇到的難題，進行自由交流、互動、討論和協(xié)作，共享彼此的觀點、思想、資源、知識、學習經(jīng)驗和集體智慧。不僅學習到了知識，而且獲得了學習能力的提升。
1.4 有利于同學之間，學生與教師之間的交流
傳統(tǒng)的教育方式是受教育者與施教者，兩者之間根本不可能實現(xiàn)所有學生與教師之間的互動。虛擬學習環(huán)境下，教育不再是單純的只在校園或者在教室內(nèi)的行為模式，學生對教師的依賴性減少了。雖然虛擬學習環(huán)境中學生與教師在空間上是分離的，但他們通過電子郵件、語音聊天等諸多形式相互聯(lián)系，甚至可以在網(wǎng)上組織學習小組。在這個學習環(huán)境中，他們可以很自由的和老師、同學進行在線交流，相互學習。學生可以向老師提出問題，尋求老師的幫助。老師也可以隨時抽查學生作業(yè)，并對作業(yè)提出意見和要求。所以說虛擬學習環(huán)境更能啟發(fā)學生的創(chuàng)造性、互動性。
2 數(shù)字圖書館與虛擬學習環(huán)境整合中存在的問題
2.1 技術(shù)層次低
虛擬學習環(huán)境依托于數(shù)字圖書館的發(fā)展，但數(shù)字圖書館涉及到圖書館本身結(jié)構(gòu)的數(shù)字化以及管理程序、信息傳遞過程的數(shù)字化。它的形成必須依靠館藏信息資源的信息數(shù)字化。數(shù)字圖書館是以數(shù)字化的形式，將文字、圖像、聲音、動畫等多種形式的信息存儲在光、磁等非紙質(zhì)載體上，通過計算機和其它外部設(shè)備再現(xiàn)的信息資源。在發(fā)展過程中一些技術(shù)問題還不夠完善。如：信息編碼技術(shù)、通訊技術(shù)、服務器技術(shù)和用戶接口技術(shù)等。這些技術(shù)問題涉及到資源的內(nèi)容、結(jié)構(gòu)，造成了讀者下載資料困難?？色@取的資源太少，因而不能真正提供“一站式”的服務。
2.2 資源有限
數(shù)字圖書館與虛擬學習環(huán)境的整合是為了讓讀者獲取更多圖書館資源，為讀者提供經(jīng)數(shù)字化處理的多樣化、全球共享的學習材料和學習對象。而在具體使用過程中，由于受到各種因素的制約，如：圖書館經(jīng)費制約、傳統(tǒng)圖書館的制約、知識產(chǎn)權(quán)等等，造成向讀者提供資源有限。目前，高校館藏數(shù)字化主要集中在學位論文、會議論文等電子資源(電子期刊、電子圖書等)，對多媒體資源及網(wǎng)絡(luò)資源收集加工比較少，對圖片、音頻、視頻、光盤等類型的資源提供的檢索途徑比較少。
2.3 讀者利用的效率不高
在虛擬學習環(huán)境中，數(shù)字化學習平臺與圖書館管理系統(tǒng)的整合面臨較大困難，如果不對他們進行整合，或者整合不合理，都會給讀者造成極大的不便。目前國內(nèi)許多圖書館資源與服務分布較散，一站式信息服務未能實現(xiàn)。一方面高校數(shù)字圖書館在資源整合過程中普遍存著數(shù)據(jù)缺乏規(guī)范，造成用戶獲取資料困難；另一方面圖書館資源內(nèi)容采集不全，有些數(shù)據(jù)庫的期刊在整合系統(tǒng)中沒有收集。這些都是造成讀者利用效率不高的重要原因。
3 加強數(shù)字圖書館與虛擬學習環(huán)境整合的舉措
3.1 提高整合技術(shù)，完善整合后的系統(tǒng)功能
3.1.1 信息資源整合
信息資源的整合應以館藏書目資源為核心，選擇本校特色主題制作成獨具特色的文獻數(shù)據(jù)庫或者專題數(shù)據(jù)庫，對數(shù)目數(shù)據(jù)庫、全文數(shù)據(jù)庫和一些免費提供短期服務的數(shù)據(jù)庫、自建數(shù)據(jù)庫等多種載體進行全方位的提示與整合。對讀者比較常用的資源，如電子期刊、電子圖書、學位論文、會議論文等數(shù)字資源通過圖書館主頁提供給讀者。
3.1.2教師課件的整合
對全校優(yōu)秀教師的教學方法、課程需要的資源等加以整合，以充實到虛擬學習環(huán)境中。
3.1.3 建立信息資源導航庫
根據(jù)讀者需求，搜索、選擇、挖掘Internet中的信息資源，下載到本館或本地網(wǎng)絡(luò)中，經(jīng)過分類、標引、組織，通過網(wǎng)絡(luò)或其他方式提供給用戶。
圖書館將這些整合出來的數(shù)字資源，通過一定的檢索方法，如關(guān)鍵詞、題名以及學科分類等檢索點提供給讀者。對數(shù)據(jù)庫的檢索界面應遵循簡單、友好的原則。對于教師課件參考文獻及教學參考書目與圖書館目錄建立技術(shù)上的鏈接，達到虛擬學習環(huán)境和數(shù)字圖書館相融合的結(jié)合體。
3.2 加強讀者信息檢索技能的培訓
對讀者群的培訓。從低年級的入館教育到高年級的文獻檢索課的教育要分層次逐步開展，以達到即對學生進行培訓，又對圖書館資源起到宣傳作用。目前高校文獻檢索課還不普及，而且大都是選修課，參加的人數(shù)不多。為拓展圖書館的宣傳力度，培養(yǎng)學生利用文獻信息資源的主動性，應在全校范圍內(nèi)提高文獻檢索課教學力度，將文獻檢索課納入必修的范疇，讓文獻信息檢索知識成為學生走向社會后必不可少的知識點。
加強對讀者檢索能力的培訓。培訓內(nèi)容包括具體的操作，如計算機檢索、網(wǎng)絡(luò)查詢及網(wǎng)絡(luò)通訊方法等方面。使光盤數(shù)據(jù)庫、多媒體網(wǎng)絡(luò)資源成為讀者獲取信息的主要渠道。
3.3 對讀者信息需求的分析
3.3.1依賴心理
隨著圖書館服務的更新，讀者可以通過計算機、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)查找他所需要資料。但讀者還是希望通過一個界面能方便快捷的查找資料以及教學課件等。
3.3.2 求便心里
讀者在利用虛擬學習環(huán)境時，傾向于手續(xù)簡便、網(wǎng)絡(luò)搜索引擎與入口提供單一的檢索點。
3.3.3 求新心里
由于信息量大，更新快，讀者在利用時希望獲取的是最新的、經(jīng)過篩選、具有高質(zhì)量的資源與環(huán)境。
對讀者信息需求的分析，是了解讀者在虛擬學習環(huán)境中學習過程的一般需要，以便在虛擬學習環(huán)境的創(chuàng)建中更好地整合各種數(shù)字資源、教學資源，做到有的放矢。
3.4 館員素質(zhì)能力的提高
數(shù)字圖書館與虛擬學習環(huán)境的整合，改變了圖書館員原有的服務模式。如何改變傳統(tǒng)的工作方法，需要進行一定的嘗試。
3.4.1 改變工作模式
圖書館原有的工作主要是對圖書館購買的資源進行整理加工，然后提供給讀者使用。現(xiàn)在要重視對教師的課件資源、學校優(yōu)秀論文、學術(shù)動態(tài)進行收集、整理、描述和加工。使讀者能夠像利用圖書館資源一樣很方便利用網(wǎng)絡(luò)資源、教師的課件資源和與課程相關(guān)的參考資料。
3.4.2 改變服務模式
在虛擬學習環(huán)境中，學生的學習方式跨出了傳統(tǒng)的課堂授課模式，學生的學習能力在這一環(huán)境中得到了培養(yǎng)和鍛煉。圖書館的服務模式也由過去通過圖書流通、閱覽、咨詢等實體服務而轉(zhuǎn)向通過網(wǎng)絡(luò)向讀者提供形式多樣的虛擬服務，圖書館員要主動參與，發(fā)揮圖書館信息資源優(yōu)勢。
虛擬學習環(huán)境是新興的、不斷發(fā)展的信息服務體系，教師、圖書館員和學生在這一學習環(huán)境過程中，將對數(shù)字圖書館和虛擬學習環(huán)境提出更多、更高的要求。
參考文獻
［1］ 薛調(diào)等.一體化學習環(huán)境下的高校圖書館用戶需求分析研究［J］.圖書館工作與研究，2005（2）.
國務院學位委員會于1998年修訂研究生專業(yè)目錄時，特別設(shè)立了材料物理和化學專業(yè)。材料物理和材料化學是材料科學的重要基礎(chǔ)?，F(xiàn)代材料科學的發(fā)展已經(jīng)由過去的宏觀研究和發(fā)展進入到微觀分析和研究，用電子、原子、分子的尺度來研究改變物質(zhì)的性質(zhì)，發(fā)展新興的材料。特別是當今以服務于高科技，現(xiàn)代工業(yè)和國防為主的現(xiàn)代材料或新材料的需求量越來越大，新材料的研制與開發(fā)速度也越來越快，因而涌現(xiàn)出的新概念、新理論、新技術(shù)、新方法、新工藝、新產(chǎn)品和新問題越來越需要材料學家和物理學家等共同努力來歸納、整理、總結(jié)及創(chuàng)新。由此產(chǎn)生的材料化學新專業(yè)無疑是多學科知識交叉、滲透的結(jié)果。它給現(xiàn)代材料的研究、開發(fā)和應用以及相關(guān)科學的發(fā)展帶來了新的空間，為新材料的可持續(xù)發(fā)展提供完善而系統(tǒng)的理論指導和技術(shù)保障。因為材料化學專業(yè)是技能性、實踐性極強的學科領(lǐng)域。如何通過材料化學各實驗課程的改革，深化學生對課堂知識的理解，培養(yǎng)學生的科學思維方式和實踐能力，從而提高學生創(chuàng)新能力和綜合能力，是我們面臨的一個重要問題。如何通過實驗培養(yǎng)學生多層次、多方向的掌握材料物理性能與材料的制備、工藝和測試手段的關(guān)系。并且通過獨立操作和控制實驗進程，培養(yǎng)學生的研究精神和創(chuàng)造能力是我們材料化學專業(yè)需要迫切解決的問題。我們通過分層次實驗教學，取得了良好的教學效果。
分層次實驗教學法研究
通過分層次開設(shè)實驗，培養(yǎng)學生的合理的思維方式和實踐能力，從而提高學生研究精神和創(chuàng)造性能力。具體過程分為以下三個步驟：
1.加強有關(guān)材料化學專業(yè)基礎(chǔ)性實驗
在材料化學專業(yè)本科生具有了初步的化學和物理實驗能力的基礎(chǔ)上，首先將材料化學專業(yè)實驗課程從相關(guān)理論課程剝離，綜合成材料化學專業(yè)專門的基礎(chǔ)實驗課程，集中訓練學生的材料制備和材料性能檢測技能，并以此為實驗室的開發(fā)重點，使學生的實驗基本技能得以鞏固和提高。
2.開展綜合性實驗并結(jié)合本專業(yè)開展遠程網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗教學
在材料化學專業(yè)本科生已經(jīng)具有初步的材料制備和性能檢測的實驗技能基礎(chǔ)上，第二步開設(shè)綜合性實驗并結(jié)合遠程網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗教學。綜合性實驗的開設(shè)是為了適應社會的發(fā)展和需求，在綜合實驗新體系中，要求開設(shè)的綜合性實驗盡可能反映材料、生命、環(huán)境、信息等學科的內(nèi)容；了解和學習材料化學研究方法與現(xiàn)代實驗技術(shù)在高新科技學科中的應用成為我們新的建設(shè)目標。因此，不僅要打破專業(yè)的界限，還要打破學科的界限，使綜合性實驗成為跨學科、多技能的綜合訓練。在我們材料化學專業(yè)開設(shè)的綜合性實驗中，與材料、信息相關(guān)的實驗有新型能源材料的合成，SDC（固體氧化物燃料電池電解質(zhì)材料）的合成和表征，壓電陶瓷的制備和表征等等；與生物相關(guān)的實驗是天然物或中草藥物的提取及指紋圖譜等。這樣可以使學生掌握無機非金屬材料的制備方法和相關(guān)性能測試方法，掌握天然生成物質(zhì)的提取方法和結(jié)構(gòu)確定的手段，從而有效地提高學生的專業(yè)知識并擴展了知識面。為今后學生進行主導型研究性實驗奠定基礎(chǔ)。
目前，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)日益完善，網(wǎng)絡(luò)速度和寬帶不再成為制約網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗教學的瓶頸。計算機軟、硬件的飛速發(fā)展無疑使得虛擬實驗環(huán)境更加逼真、智能。當然，虛擬實驗在培養(yǎng)學生的動手能力、培養(yǎng)學生的誤差分析能力等方面還不可能取代傳統(tǒng)的實物實驗教學方式。但是開設(shè)遠程網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗教學可以使接受遠程教育的學生獲得與在校生一樣的從感知到理解的過程。有利于培養(yǎng)學生網(wǎng)絡(luò)學習的能力，為終身學習打下良好基礎(chǔ)。對我們專業(yè)來說，因為是新開的專業(yè)，很多實驗還缺乏必要的實驗器材，很多綜合性實驗課程無法開出。但借助遠程教育平臺，可以與兄弟院校和我校其他院系的實驗教學資源實現(xiàn)共享，從而使相關(guān)實驗得以進行，實現(xiàn)了學生對相關(guān)實驗的認知。
3.開展學生主導型研究性實驗的模式
學生主導型研究性實驗是在綜合性實驗的基礎(chǔ)上由學生自己選題、查閱文獻和設(shè)計實驗，在教師指導下完成研究性實驗論文并進行論文答辯。該模式的主要目的是全方位地鍛煉學生實驗研究的能力，充分調(diào)動學生的主動性和積極性，激發(fā)他們從事材料科學研究的興趣和熱情，為其今后的畢業(yè)設(shè)計和將來從事科研工作打下良好的基礎(chǔ)。同時這種新的實驗模式也提高了實驗室在學生學習中所占的地位，建立了進實驗室學習的意識。設(shè)計性實驗對開發(fā)學生智力和創(chuàng)新能力有著重要作用。但在具體實施時，對學生的培養(yǎng)要有一個由淺入深的過程，我們材料化學專業(yè)的主導型研究性實驗采取在大學中后期開設(shè)，在學生已經(jīng)完成材料化學基礎(chǔ)性實驗和綜合性實驗的基礎(chǔ)上結(jié)合指導教師的課題或相關(guān)專業(yè)后開設(shè)（可參考材料化學實驗教程中的設(shè)計性實驗）。具體過程一般為以下幾個步驟：（1）選題； （2）查閱文獻收集資料； （3）研究方案。學生設(shè)計實驗原理，方法和步驟，擬定實驗所需藥品、儀器，探討實驗時可能產(chǎn)生的現(xiàn)象和容易發(fā)生的失誤以及安全等應注意的問題，最后獨立設(shè)計實驗方案。實驗方案包括：實驗題目、儀器、藥品、操作步驟和實驗表征儀器等。然后將審閱實驗設(shè)計方案交給教師，教師在尊重學生創(chuàng)造精神的原則下選出幾種最佳方法，同時糾正某些實驗方案的錯誤指出某些實驗方案的缺陷，再將設(shè)計方案反饋給學生，將教師選中的方案交由全班同學討論、完善。然后采取論文答辯的方式檢驗實驗效果。在整個形式上基本是本科生畢業(yè)設(shè)計的模型，通過這樣的實驗為學生的畢業(yè)設(shè)計和將來的進一步深造奠定基礎(chǔ)。
最后，在整個分層次法實驗教學中，我們的實驗室采取的是開放式實驗管理模式，在時間方面，我們安排了中午、晚上和雙休日對學生開放，讓學生對實驗結(jié)果進行一些探索，對實驗基本技能進行鞏固和掌握。同時，有2~3周開展專門的實驗時間。在人員配備方面，采用專業(yè)課教師和實驗室教師結(jié)合的方式，使每個實驗都有專業(yè)教師進行指導，以保證實驗的順利進行。
