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虚拟仿真实验:高校实验教学的新变革,90%学生点赞其高效
赛场猎手
2025-05-24 09:25:29

虚拟仿真实验成高校新宠:90% 学生称 “比传统实验更高效”

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在科技飞速发展的当下,教育领域也在不断迎来创新与变革。虚拟仿真实验作为一种新兴的实验教学方式,正逐渐成为高校的新宠。一项调查显示,高达 90% 的学生认为虚拟仿真实验比传统实验更高效,这一数据无疑凸显了虚拟仿真实验在高校教学中的重要地位与显著优势。

虚拟仿真实验在高校的广泛应用

如今,众多高校纷纷引入虚拟仿真实验教学项目,涵盖了理工科、医学、人文社科等多个领域。在理工科方面,如清华大学的机械工程专业,学生借助虚拟仿真实验平台,能够模拟复杂机械系统的运行与调试过程,深入理解机械原理与设计方法。在医学领域,许多医学院校采用虚拟仿真手术训练系统,让医学生在虚拟环境中反复练习手术操作,既避免了在真实患者身上操作的风险,又能提升学生的实践技能。而在人文社科领域,如中国人民大学的经济学专业,通过虚拟仿真实验模拟经济市场环境,让学生在虚拟交易中掌握经济规律和市场运作机制。这些例子只是冰山一角,虚拟
仿真实验在高校中遍地开花。

高效性的具体体现

节省时间与资源

传统实验往往需要耗费大量时间在实验准备、仪器调试以及材料采购等环节上。例如,在化学实验中,准备实验试剂可能需要数小时,且一些贵重试剂成本高昂。而虚拟仿真实验则能一键开启,瞬间构建出所需实验环境,学生无需等待繁琐准备,随时开始实验操作。同时,避免了实验材料的浪费和仪器设备的损耗,为高校节省了大量资源。以工业 CT 成像虚拟仿真实验为例,现实操作中需长时间采集数据,至少 4 - 6 小时才能获得较清晰图示结果,且其中 3 - 5 小时学生处于等待状态,效率极低。采用虚拟实验后,可 “快进” 采集过程,极大缩短实验时间,提高了效率。

突破空间与安全限制

传统实验受实验室空间大小限制,无法同时容纳大量学生进行实验。一些具有危险性的实验,如涉及高压、强辐射、易燃易爆物质的实验,出于安全考虑,学生难以亲身体验操作全过程。虚拟仿真实验则打破了这些限制,学生无论身处何地,只要有网络和终端设备,就能接入虚拟实验室开展实验。像核技术应用实验,因仪器复杂、精密、昂贵且有危险性,传统教学中不能让学生随意设计实验参数、反复调整仪器。虚拟仿真实验可免除接受额外辐射剂量的风险,还能解决实验台套数少、无法同时开展批量实验的难题,让学生充分探索实验内容。

个性化学习与即时反馈

每个学生的学习进度和理解能力不同,虚拟仿真实验能够满足学生个性化学习需求。学生可根据自身情况,自主选择实验难度、调整实验步骤,重复进行薄弱环节的练习。而且,虚拟仿真实验系统能对学生操作进行实时监测,即时给出反馈与评价。比如在虚拟仿真手术训练中,系统会指出学生操作的失误之处,并给出改进建议,帮助学生快速提升技能水平。苏州大学金螳螂建筑学院的学生通过虚拟仿真实验搭建苏州江南古典建筑,实验将书本内容三维展现,学生亲手搭建过程中,能得到游戏式学习过程的实时反馈,感受到挑战与成就感,更好地理解知识。

受宠原因剖析

满足人才培养需求

高校肩负着为社会培养高素质创新型人才的重任。虚拟仿真实验能够培养学生的实践能力、创新思维和解决问题的能力,使学生更好地适应未来职业发展需求。例如,在计算机科学与技术专业中,虚拟仿真实验可模拟大型软件开发项目流程,让学生在虚拟团队协作中提升编程能力和项目管理能力,为进入企业工作奠定坚实基础。

顺应教育技术发展趋势

随着信息技术的飞速发展,教育信息化成为必然趋势。虚拟仿真实验作为教育与技术深度融合的产物,代表了未来实验教学的发展方向。高校积极引入虚拟仿真实验,有助于提升自身教学水平和竞争力,跟上时代发展步伐。如北京理工大学利用虚拟仿真技术将 “内燃机性能测试实验” 搬到云端,在疫情期间保障了教学工作有序开展,体现了高校对教育技术发展趋势的敏锐把握。

提升教学质量与效果

从学生反馈来看,90% 学生认为虚拟仿真实验更高效,这直接反映出其对教学质量与效果的积极影响。教师也能借助虚拟仿真实验丰富教学手段,将抽象知识具象化,提高学生学习兴趣和参与度。例如在物理教学中,一些微观物理现象难以通过传统实验展示,虚拟仿真实验则能生动呈现,帮助学生理解抽象物理概念,提升教学效果。

面临的挑战与发展方向

尽管虚拟仿真实验优势显著,但在推广应用过程中也面临一些挑战。一方面,虚拟仿真实验平台建设需要大量资金投入,包括软件研发、硬件设备购置以及后期维护等,这对于一些经费有限的高校来说是一个较大负担。另一方面,部分教师对虚拟仿真技术的掌握程度不够,在教学中难以充分发挥其优势,需要加强教师培训。
展望未来,虚拟仿真实验将朝着更加智能化、沉浸式方向发展。人工智能技术将融入虚拟仿真实验系统,实现更精准的个性化学习指导和智能评价。同时,虚拟现实(VR)、增强现实(AR)等技术的进一步发展,将为学生带来更加逼真、沉浸式的实验体验。高校也将不断完善虚拟仿真实验教学体系,加强与企业合作,开发更多贴合实际应用的实验项目,为学生提供更优质的实践教学资源。
虚拟仿真实验凭借其高效性和独特优势,已成为高校实验教学的重要组成部分,深受学生喜爱。随着技术的不断进步和教育工作者的积极探索,虚拟仿真实验必将在高校教育中发挥更为重要的作用,为培养更多优秀人才贡献力量。


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