虚拟实验的教学与实践
摘 要：实验教学是高等教育的重要组成部分，但是由于场地、设备等因素的限制，传统实验教学模式具有很大局限性。虚拟实验采用数字化编程，通过计算机接口设备，能够灵活实现各种仪器的功能，是现代实验教学发展的重要方向。课题组结合热物性测量实验教学，探索了虚拟实验技术和应用，总结了虚拟实验教学的优势，同时指出了教学活动中可能出现的问题，从而为进一步教学改革积累了一定的经验。
关键词：教学改革；实验教学；虚拟实验
一、引言
随着科技的不断发展，特别是计算机网络的普及，大学生的知识体系在广度上有了很大提升。为了进一步拓展大学生知识结构的深度，在理论教学构建了完整知识体系的基础上，实验教学显得尤为重要。但是由于各方面条件的限制，实验室的设备和规模都难以满足广大学生的实验需求，目前很多还是以小组或者演示的形式让学生熟悉具体实验过程，学生能独立参与实验的机会非常少，特别是很难接触到国际前沿的实验技术和方法。
虚拟实验是以虚拟仪器为基础，采用计算机数字化实验仪器编程来实现，通过接口设备，完成传统实验设备的功能，因此在教学活动中应用日益广泛。常用的虚拟仪器的开发软件包括美国国家仪器公司的Labview和LabWindows/CVI，美国Tektronis公司的Tek-TNS软件等，其中Labview和LabWindows/CVI软件采用图形化编程，学习操作简单，应用最为广泛，非常适合于本科生教学。目前虚拟实验系统已经在国内外高校的机械、电子、生物、物理等教学科研领域中发挥了重要作用。国外麻省理工学院微电子系的Alamo教授开发的Weblab虚拟实验系统较早投入教学使用，取得了很大成功。国内包括清华大学、上海交通大学等院校都开设了相关讨论课程。
通过虚拟实验教学，在有限的教学资源条件下，最大限度地发挥学生的创造力和能动性，培养科学研究兴趣。课题组结合热物性测量实验，探索了虚拟实验技术和应用，从而为今后的教学改革积累了一定的经验。
二、实验系统的主要内容
1.传统测量系统
图1（a）显示了该套系统的主要组成，包括样品、信号发生器、数字万用表、锁相放大器等仪器。传统实验条件下，学生操作顺序见图2所示。先调整信...
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