仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)范文10篇

時(shí)間:2024-05-22 17:20:17

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仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)

藥學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)研究

摘要:文章從開設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)勢,教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)與應(yīng)用、開放共享、教學(xué)成果、示范推廣等角度,介紹了藥學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)過程,闡述了藥學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的特色。該平臺(tái)突出了以培養(yǎng)藥學(xué)創(chuàng)新人才為目標(biāo)的改革理念,促進(jìn)了學(xué)生創(chuàng)新和實(shí)踐能力培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞:藥學(xué);虛擬仿真;實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)

藥學(xué)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科,實(shí)驗(yàn)教學(xué)是藥學(xué)人才培養(yǎng)中必不可少的環(huán)節(jié),其主要任務(wù)是讓學(xué)生掌握必要的藥學(xué)實(shí)驗(yàn)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)操作技能,為相應(yīng)理論知識(shí)的掌握和藥學(xué)創(chuàng)新研究工作的開展打下基礎(chǔ)。根據(jù)教育部有關(guān)文件[1-3],借鑒其他藥學(xué)類院校的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)[4-5],以培養(yǎng)藥學(xué)創(chuàng)新人才為目標(biāo),結(jié)合我校藥學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)際需要,在前期建設(shè)基礎(chǔ)上,藥學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心對原有各學(xué)科虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源進(jìn)行了整合,打破了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的學(xué)科、課程限制,形成了基于藥學(xué)系統(tǒng)研究的整體教學(xué)體系,面向各學(xué)科學(xué)生提供了一個(gè)資源共享的平臺(tái),2015年獲批為廣東省藥學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心。在三年多的建設(shè)期中,以培養(yǎng)綜合創(chuàng)新性藥學(xué)人才為目標(biāo),秉承“能實(shí)不虛、虛實(shí)結(jié)合”的建設(shè)理念,將藥學(xué)類基礎(chǔ)性、綜合創(chuàng)新性以及示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目有機(jī)結(jié)合,構(gòu)建了藥學(xué)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái),并在實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系建設(shè)、人才培養(yǎng)、成果推廣等方面取得了明顯成效。

1藥學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足

近年來,各藥學(xué)類院校在專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)方式、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段等多方面加大了改革力度,取得了很多教學(xué)改革成果。但在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中,由于多種客觀條件的限制,也為實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來了諸多困難。(1)時(shí)間和空間的限制增大了系統(tǒng)完成實(shí)驗(yàn)的難度。藥學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)具有相當(dāng)程度的連續(xù)性,尤其是血藥濃度測定、藥物合成、天然產(chǎn)物提取分離和結(jié)構(gòu)鑒定、體內(nèi)/外抗腫瘤活性測定、藥物-靶蛋白相互作用分析等綜合創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn),需要較多的時(shí)間保證,使在單位時(shí)間連續(xù)完成實(shí)驗(yàn)的難度增大。(2)實(shí)驗(yàn)的安全性風(fēng)險(xiǎn)限制了部分實(shí)驗(yàn)課的開設(shè)。受特殊條件限制,部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的開展受到制約。因藥學(xué)類相關(guān)實(shí)驗(yàn)廣泛涉及有毒試劑、易燃易爆試劑、細(xì)胞、細(xì)菌、病毒,增加了實(shí)驗(yàn)操作過程中的安全性風(fēng)險(xiǎn),如果操作不當(dāng)將直接對人體產(chǎn)生不可估量的損傷,相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)廢棄物回收與無害化處理也大大增加了教學(xué)成本,這些都限制了部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的開展。(3)教學(xué)成本與設(shè)備條件限制了學(xué)生動(dòng)手操作的機(jī)會(huì)。藥學(xué)類相關(guān)實(shí)驗(yàn)所涉及的部分耗材,如SPF級(jí)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物飼養(yǎng),其條件嚴(yán)格且數(shù)量有限,部分細(xì)胞、細(xì)菌株極其珍貴,試劑、藥品的消耗也不容小覷,這些因素限制了課程的開設(shè)。對于一些綜合性實(shí)驗(yàn),受設(shè)備臺(tái)套數(shù)的限制,無法使每個(gè)學(xué)生都動(dòng)手操作,學(xué)生實(shí)驗(yàn)參與率大大降低。

2開設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)勢

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醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)初探

摘要:醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)是一門注重實(shí)踐性和操作性的專業(yè),注重學(xué)生專業(yè)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰筒僮魉降呐囵B(yǎng)。傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在弊端,采用虛擬仿真技術(shù)(virtualreality,VR)建立醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)可完善并提高教學(xué)質(zhì)量。通過對醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)進(jìn)行初步探索,對目前存在的困難進(jìn)行剖析,為響應(yīng)教育部建立國家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心,促進(jìn)醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)教育信息化建設(shè)提供新思路。

關(guān)鍵詞:醫(yī)學(xué)檢驗(yàn);虛擬仿真;實(shí)驗(yàn)教學(xué)

醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)是一門注重實(shí)踐性和操作性的專業(yè),尤其2012年教育部將培養(yǎng)目標(biāo)由五年制培養(yǎng)“從事醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)及醫(yī)學(xué)類實(shí)驗(yàn)室工作的醫(yī)學(xué)高等專門人才”改為四年制培養(yǎng)“從事醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)及醫(yī)學(xué)類實(shí)驗(yàn)室工作的醫(yī)學(xué)技術(shù)高級(jí)專門人才”[1],著重強(qiáng)調(diào)了專業(yè)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰筒僮魉健,F(xiàn)醫(yī)學(xué)進(jìn)入精準(zhǔn)醫(yī)療的大數(shù)據(jù)時(shí)代,傳統(tǒng)的“規(guī)定動(dòng)作”教學(xué)已不能滿足技術(shù)日新月異的變化,各類因素極大程度的制約著教學(xué)效果,借助虛擬仿真技術(shù)(virtualreality,VR)可有效改善這些問題。VR技術(shù)是一種以計(jì)算機(jī)為核心的新型認(rèn)知工具和知識(shí)載體,利用高科技生成虛擬環(huán)境,使操作者具有視、聽、觸覺一體化的沉浸感[2],可借助特殊設(shè)備與虛擬環(huán)境交互,達(dá)到身臨其境的感受和體驗(yàn)。本文對醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)現(xiàn)狀進(jìn)行分析,為建設(shè)醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)虛擬平臺(tái)提供新思路。

1傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的弊端及VR解決方案

1.1驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)占比大,學(xué)生操作機(jī)會(huì)少傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)一般由實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員備好實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目所需儀器、試劑和樣品,在講授實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃怼⒎椒ú襟E和注意事項(xiàng)后,學(xué)生“依葫蘆畫瓢”進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。通過VR平臺(tái),可實(shí)現(xiàn)“實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備→預(yù)實(shí)驗(yàn)→實(shí)驗(yàn)操作→結(jié)果分析”等流程操作。為培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)思維和創(chuàng)新素質(zhì),可在平臺(tái)中設(shè)計(jì)開放式、研究式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)[3]。目前臨床在用的醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)儀器多為全自動(dòng)化操作,價(jià)格昂貴,且實(shí)驗(yàn)場地有限,加上招生規(guī)模擴(kuò)大,無法做到人手一臺(tái)進(jìn)行操作,大大制約了學(xué)生的動(dòng)手操作能力。VR通過一臺(tái)計(jì)算機(jī)或一套虛擬設(shè)備即可模擬整套醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)虛擬實(shí)驗(yàn)室,容納檢驗(yàn)科相關(guān)儀器設(shè)備,學(xué)生通過模擬實(shí)驗(yàn)過程,可反復(fù)進(jìn)行操作練習(xí),分析實(shí)驗(yàn)步驟,注意操作細(xì)節(jié),熟練后再實(shí)際動(dòng)手操作,虛實(shí)結(jié)合可有效避免因?qū)嶒?yàn)?zāi)骋徊襟E出錯(cuò)而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)無法繼續(xù)進(jìn)行。1.2生物安全隱患大,形態(tài)教學(xué)難度大醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)課多以臨床病人的血樣、尿樣等為操作樣本,可能存在病原體等安全隱患[4],檢測正常人樣本又限制了學(xué)生對患病標(biāo)本的認(rèn)知。通過VR,可減少學(xué)生對于患者標(biāo)本的接觸[5]。教學(xué)使用的標(biāo)本片通常有使用期限,對于罕見病的標(biāo)本來源相當(dāng)不易[6],采用虛擬構(gòu)建標(biāo)本庫,如以臨床血液學(xué)檢查教學(xué)課程為目錄,建立骨髓形態(tài)涂庫,可對正常血細(xì)胞、紅細(xì)胞疾病和急性白血病等涂片進(jìn)行形態(tài)學(xué)觀察,教師可通過在涂片中設(shè)計(jì)添加指引箭頭、標(biāo)識(shí)區(qū)域和文字等方便學(xué)生課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)。1.3運(yùn)行維護(hù)成本高,實(shí)驗(yàn)耗材用量大醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)儀器設(shè)備和實(shí)驗(yàn)耗材是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的物質(zhì)基礎(chǔ),而儀器價(jià)格昂貴,折舊率高,更新?lián)Q代快[7],VR可及時(shí)更新最新儀器和相關(guān)知識(shí),使學(xué)生及時(shí)掌握前沿技術(shù)操作。儀器的維護(hù)成本高,如顯微鏡燈泡壽命短,學(xué)生缺乏儀器保養(yǎng)相關(guān)常識(shí)等,通過VR儀器內(nèi)部結(jié)構(gòu),學(xué)生可了解儀器管路的走向,光路的構(gòu)成,掌握儀器維護(hù)和保養(yǎng),設(shè)置簡單、常見的電路故障引導(dǎo)學(xué)生排除故障等。傳統(tǒng)教學(xué)使用耗材用量大,回收再利用率低,部分實(shí)驗(yàn)耗材還存在污染處理等問題,VR可模擬實(shí)驗(yàn)操作,節(jié)省資源。1.4知識(shí)擴(kuò)展能力差,課程分隔不系統(tǒng)傳統(tǒng)的“三段式”教學(xué)已經(jīng)無法跟上科學(xué)技術(shù)發(fā)展的腳步。例如我國醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)專業(yè)基本都是按照大型醫(yī)院檢驗(yàn)科所需崗位進(jìn)行培養(yǎng),實(shí)驗(yàn)室配置基本與醫(yī)院檢驗(yàn)科相符。但隨著快速檢測技術(shù)發(fā)展,應(yīng)急檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)應(yīng)運(yùn)而生,其檢測以干式為主,與常規(guī)儀器操作及原理均存在差異,設(shè)備更新?lián)Q代快,采用VR可使學(xué)生及時(shí)掌握最新技術(shù)[8]。傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是以課程為單位,但在臨床工作中面對各種標(biāo)本,可能存在復(fù)雜的病變,需要檢測后對實(shí)驗(yàn)結(jié)果綜合分析,這就要求建立醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng),將知識(shí)糅合并融會(huì)貫通,才能靈活應(yīng)變臨床工作中的各類標(biāo)本。

2醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的探索

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虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)用

摘要:在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,傳統(tǒng)的教學(xué)模式是教師單純進(jìn)行口頭講解,然后完成一些基本的實(shí)驗(yàn),導(dǎo)致學(xué)生不能徹底掌握實(shí)驗(yàn)的過程,無法有效提升學(xué)生的思維能力和動(dòng)手能力。文章主要探討虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用,指出虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)不僅能夠提高物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量,而且能夠提高學(xué)生的自主探究能力。

關(guān)鍵詞:物理實(shí)驗(yàn)教學(xué);虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù);動(dòng)手能力;創(chuàng)新能力

隨著現(xiàn)代科技的快速發(fā)展,計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)在教育領(lǐng)域得到了廣泛推廣、普及和應(yīng)用,這就為傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)注入了新鮮的血液,增強(qiáng)了物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)是前沿技術(shù),可以突破實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備不足等限制,幫助學(xué)生直觀、形象地模擬各種物理實(shí)驗(yàn)的操作過程,有利于促進(jìn)學(xué)生積極投入到物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,不斷提升物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率。本文以虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)為例,對虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

一、傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的弊端

1.完成實(shí)驗(yàn)的模式比較單一。在完成物理實(shí)驗(yàn)之前,教師一般會(huì)對實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理以及實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行詳細(xì)的講解,甚至每個(gè)學(xué)生都有分發(fā)的實(shí)驗(yàn)詳解材料,材料包括了操作實(shí)驗(yàn)的所有步驟和實(shí)驗(yàn)連接圖,然后學(xué)生根據(jù)教師的講解和實(shí)驗(yàn)材料完成實(shí)驗(yàn)。在這樣的實(shí)驗(yàn)過程中,雖然每個(gè)學(xué)生都能夠得出準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,但是沒有注重學(xué)生自主探究的過程,他們只是照本宣科地按照教師的指導(dǎo)和材料的要求來完成實(shí)驗(yàn)。因此,這種傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式?jīng)]有充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用,學(xué)生只是根據(jù)資料進(jìn)行操作,不能培養(yǎng)自主探究能力和創(chuàng)新能力。2.學(xué)生對物理實(shí)驗(yàn)課的重視程度不高。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn),學(xué)生對實(shí)驗(yàn)課的重視程度遠(yuǎn)不如對理論課的重視程度高。而且教師在講解實(shí)驗(yàn)時(shí),有的學(xué)生基本不聽,導(dǎo)致他們在完成實(shí)驗(yàn)的過程中也是流于形式,沒有親身去探究。而且由于實(shí)驗(yàn)課需要學(xué)生通過合作的方式進(jìn)行學(xué)習(xí),因此課堂比較混亂,一些學(xué)生會(huì)在其中插科打諢。3.考核方式不合理。傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)考核方式主要是教師檢查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)論是否正確,如果實(shí)驗(yàn)結(jié)果正確,教師簽字后就可以離開了,因而教師不能檢查到每個(gè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作過程是否正確。在做物理實(shí)驗(yàn)的過程中,有的學(xué)生甚至抄襲其他同學(xué)的數(shù)據(jù),因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室的儀器配置一樣,并且實(shí)驗(yàn)原理和操作過程一樣,這就使得每個(gè)學(xué)生得出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)很接近,如果學(xué)生根據(jù)正確結(jié)果進(jìn)行略微的改動(dòng),教師是很難發(fā)現(xiàn)的。在完成物理實(shí)驗(yàn)的過程中,教師需要指導(dǎo)和解決學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題,只能觀察和監(jiān)督個(gè)別學(xué)生,而不能注意到每一個(gè)學(xué)生,所以有的學(xué)生就濫竽充數(shù),等著抄襲其他同學(xué)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

二、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用于物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的優(yōu)勢

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天然藥物化學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究

摘要:以“大黃中游離蒽醌的提取與分離分析3D虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”為例,從天然藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的特點(diǎn)與優(yōu)勢、系統(tǒng)開發(fā)、資源建設(shè)等方面介紹了天然藥物化學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的建設(shè)思路與方法,旨在為天然藥物化學(xué)等相關(guān)課程開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)積累經(jīng)驗(yàn),在一定程度上彌補(bǔ)了傳統(tǒng)天然藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足,構(gòu)建了以學(xué)生為主導(dǎo)的立體化、綜合性、混合式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式,有助于綜合性創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞:天然藥物化學(xué);虛擬仿真;建設(shè);思考

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是課程建設(shè)與信息技術(shù)深度融合的產(chǎn)物,在很大程度上可彌補(bǔ)客觀實(shí)驗(yàn)條件的不足,為學(xué)生模擬接近真實(shí)的訓(xùn)練環(huán)境,在提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作技能方面發(fā)揮著重要作用[1-3]。虛擬仿真可以根據(jù)不同需求創(chuàng)建各種形式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)場景,供學(xué)生完成多種類型的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,達(dá)到優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境、延伸實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平的目的[4-5]。到目前為止,教育部認(rèn)定了400多個(gè)國家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目,以推動(dòng)“虛實(shí)結(jié)合”的個(gè)性化、智能化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式,其目標(biāo)是形成專業(yè)布局合理、教學(xué)效果優(yōu)良、開放共享有效的高等教育信息化實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目示范新體系,支撐高等教育教學(xué)質(zhì)量的全面提高[6-8]。

1天然藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

天然藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)是天然藥物化學(xué)教學(xué)的重要組成部分,其教學(xué)目的就是要讓學(xué)生掌握天然藥物化學(xué)的基本理論和操作技能,注重理論與實(shí)踐結(jié)合。傳統(tǒng)的天然藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課是以老師利用PPT等現(xiàn)場講授并結(jié)合示教、學(xué)生再動(dòng)手操作進(jìn)行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主的教學(xué)模式。目前天然藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀如下:

1.1實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)不足

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虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系建設(shè)探索

摘要:航空動(dòng)力系統(tǒng)由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜,運(yùn)行過程常處于高溫、高壓、高危環(huán)境,因此給實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)的開展帶來了諸多困難。文章定位于“突出航空動(dòng)力專業(yè)特色,強(qiáng)調(diào)理論實(shí)踐協(xié)調(diào)發(fā)展,虛擬現(xiàn)實(shí)相輔相成”,利用虛擬現(xiàn)實(shí)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、多媒體等技術(shù)構(gòu)建了適應(yīng)學(xué)科特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。實(shí)踐表明,該體系能使學(xué)生不受時(shí)間、不受地點(diǎn)通過仿真實(shí)驗(yàn)真實(shí)的認(rèn)識(shí)航空動(dòng)力系統(tǒng),強(qiáng)化相關(guān)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)效果,激發(fā)學(xué)生自主創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)精神,有效的提高了學(xué)生的工程素養(yǎng),取得了一系列教學(xué)成果。

關(guān)鍵詞:實(shí)驗(yàn)教學(xué);虛擬仿真;教學(xué)體系;航空動(dòng)力系統(tǒng)

一、航空動(dòng)力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)面臨的困境及虛擬仿真實(shí)

驗(yàn)教學(xué)體系建設(shè)的必要性黨的十八屆五中全會(huì)提出:創(chuàng)新的事業(yè)呼喚創(chuàng)新的人才,培育創(chuàng)新人才是人才培養(yǎng)的首要任務(wù)[1]。建設(shè)教育強(qiáng)國是中華民族偉大復(fù)興的基礎(chǔ)工程,必須把教育事業(yè)放在優(yōu)先位置,加快教育現(xiàn)代化,辦好人民滿意的教育[2]。實(shí)踐教學(xué)是高素質(zhì)工程科技人才培養(yǎng)過程中的重要組成環(huán)節(jié),是激發(fā)學(xué)生探索未知、培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力與創(chuàng)新精神的必要途徑。航空動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,運(yùn)行過程中對電源、液源、氣源等要求嚴(yán)格。以常見的某型軍用發(fā)動(dòng)機(jī)為例,其壓氣機(jī)出口壓力為20-30×105Pa,燃燒室出口溫度為1800-2000K,渦輪部件葉尖線速度超音,部分達(dá)到500m/s,部件或整機(jī)實(shí)驗(yàn)過程中峰值噪聲達(dá)150dB噪音,實(shí)驗(yàn)過程常處于高溫、高壓、高危環(huán)境,運(yùn)行環(huán)境之危險(xiǎn),實(shí)驗(yàn)過程之困難可見一斑。鑒于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)狀和安全性考慮,學(xué)生只能通過觀看演示性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行學(xué)習(xí),實(shí)際動(dòng)手參與程度低。自主設(shè)計(jì)、創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)難以開展,未能切實(shí)貫徹提出的“著力培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力”這一人才培養(yǎng)要求[3]。《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)》指出:“信息技術(shù)對教育發(fā)展具有革命行動(dòng)影響,必須予以高度重視”[4-5]。通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的構(gòu)建,不但可以實(shí)現(xiàn)學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)流程、修改實(shí)驗(yàn)參數(shù)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)配置等實(shí)物實(shí)驗(yàn)中不宜開放的高危險(xiǎn)、高成本性實(shí)驗(yàn)功能。還可以通過虛擬實(shí)驗(yàn)和真實(shí)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合,使學(xué)生在“虛”中了解并掌握復(fù)雜大系統(tǒng)的工作原理與測試方法,在“實(shí)”中親自動(dòng)手調(diào)試這一系統(tǒng)的部分功能單元,促進(jìn)知識(shí)的轉(zhuǎn)化與拓展,加深對航空動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理的理解。進(jìn)而,有效的培養(yǎng)學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、實(shí)驗(yàn)分析能力、獨(dú)立創(chuàng)新能力和“研學(xué)一體化”技能。綜上所述,建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系意義重大,勢在必行。

二、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的特色與創(chuàng)新

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的特色與創(chuàng)新主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn):(一)強(qiáng)化學(xué)生實(shí)踐能力,建立了以解決工程問題為核心的創(chuàng)新人才培養(yǎng)新模式。航空動(dòng)力系統(tǒng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系以培養(yǎng)基礎(chǔ)理論扎實(shí)、動(dòng)手能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力突出的高素質(zhì)專業(yè)型人才為根本,以適應(yīng)國家航空航天動(dòng)力、新能源等領(lǐng)域人才需求為目標(biāo),以遵循學(xué)科發(fā)展規(guī)律為宗旨,進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和管理模式的改革,如圖1所示。改變了傳統(tǒng)的“一門課程、一門實(shí)驗(yàn)、一人管理”的非系統(tǒng)性實(shí)驗(yàn)方式,建立了新型的“基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)-綜合性實(shí)驗(yàn)-研究性實(shí)驗(yàn)-創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)”的多層次化、多模塊化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系,形成了適應(yīng)學(xué)科特點(diǎn)及航空發(fā)動(dòng)機(jī)特點(diǎn)的系統(tǒng)、科學(xué)、完整的課程體系。教學(xué)團(tuán)隊(duì)不僅通過專業(yè)基礎(chǔ)和專業(yè)核心知識(shí)的實(shí)驗(yàn)講授來提高學(xué)生工程實(shí)踐技能以及發(fā)現(xiàn)問題、綜合分析、解決問題的能力,還邀請行業(yè)內(nèi)科研院所、國內(nèi)大型企業(yè)、世界著名發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)、國內(nèi)外院校的著名專家學(xué)者參與虛擬仿真線上教學(xué)活動(dòng),將最先進(jìn)最前沿的科學(xué)技術(shù)進(jìn)展情況和企事業(yè)科技發(fā)展需求分析引入教學(xué),提高學(xué)生創(chuàng)新精神,激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)熱情。(二)以航空發(fā)動(dòng)機(jī)為對象,充分利用科研資源,實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容豐富。航空動(dòng)力系統(tǒng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系結(jié)合了飛行器動(dòng)力工程、能源與動(dòng)力工程、自動(dòng)化(動(dòng)力方向)等幾個(gè)專業(yè)科研和教學(xué)的需求,始終定位于“突出航空動(dòng)力專業(yè)特色,強(qiáng)調(diào)理論實(shí)踐協(xié)調(diào)發(fā)展”,突出本科生寬口徑、厚基礎(chǔ)、重實(shí)踐的培養(yǎng)模式,讓學(xué)生不受時(shí)間、不受地點(diǎn)地“通過仿真實(shí)驗(yàn)真實(shí)的認(rèn)識(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)”,并將課堂教學(xué)有效的延伸,建立了“航空發(fā)動(dòng)機(jī)總體及原理”、“航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)”、“流體力學(xué)/氣體動(dòng)力學(xué)”、“航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制綜合”四個(gè)相互交叉、相互支撐的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。其中包含26個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊,75個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容豐富。(三)注重學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng),立足實(shí)踐教學(xué)研究,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程終端實(shí)驗(yàn)教學(xué),效益顯著。航空動(dòng)力系統(tǒng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)擁有獨(dú)具特色的情景式、多維度、高互動(dòng)、全開放的虛擬實(shí)驗(yàn)室核心技術(shù),真正構(gòu)建了“虛實(shí)結(jié)合”的教學(xué)新模式。學(xué)生可根據(jù)自身興趣特點(diǎn)和個(gè)性化需求,通過使用臺(tái)式計(jì)算機(jī)、平板電腦、手機(jī)等實(shí)現(xiàn)線上學(xué)習(xí)。即學(xué)生可通過手機(jī)等無線終端登陸“教學(xué)平臺(tái)”,預(yù)約實(shí)驗(yàn),教學(xué)團(tuán)隊(duì)教師可實(shí)時(shí)觀測到預(yù)約頁面,通過審核學(xué)生并授權(quán)后,學(xué)生即可進(jìn)入平臺(tái),進(jìn)行多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,如圖2。通過開放性實(shí)驗(yàn)和多媒體遠(yuǎn)程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目建設(shè),促進(jìn)了學(xué)生對課堂理論知識(shí)的理解;降低了學(xué)生在真實(shí)實(shí)驗(yàn)過程中操作誤差的風(fēng)險(xiǎn);避免了昂貴設(shè)備裝置由于操作失誤而發(fā)生的故障;彌補(bǔ)了單一設(shè)備昂貴以至于學(xué)生無法全部參與操作的缺陷;解決了多校區(qū)運(yùn)行學(xué)生實(shí)驗(yàn)難以開展的困局,使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)更具有主動(dòng)性、創(chuàng)新性、系統(tǒng)性和高效性。(四)校校、校所、校企合作關(guān)系密切,構(gòu)建了“多學(xué)科交叉、分層次任務(wù)、開放共享式、本研一體化”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式航空動(dòng)力系統(tǒng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的教學(xué)項(xiàng)目不僅與理論教學(xué)緊密結(jié)合,而且與工程實(shí)踐密不可分。一方面,該教學(xué)體系通過“內(nèi)部聯(lián)合”建設(shè),鼓勵(lì)學(xué)生積極參與國家“973”、國家“863”等國家級(jí)項(xiàng)目以及其他科研院所合作的項(xiàng)目,以全面培養(yǎng)學(xué)生的科研能力。同時(shí),教師及時(shí)將本學(xué)科(專業(yè))的科研成果進(jìn)行轉(zhuǎn)化,更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容,并積極鼓勵(lì)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)臺(tái)的更新或新建,強(qiáng)化學(xué)生的動(dòng)手能力和綜合技能。另一方面,該教學(xué)體系通過“外部聯(lián)合”建設(shè),與沈陽發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)研究所、中國航空動(dòng)力機(jī)械研究所、中國燃?xì)鉁u輪研究院、沈陽黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司、成都發(fā)動(dòng)機(jī)公司、西安航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司等聯(lián)合成立了實(shí)踐教學(xué)基地,以全面提升學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神和實(shí)踐創(chuàng)新能力。通過上述全方位、多形式的教學(xué)體系建設(shè),團(tuán)隊(duì)已形成了適應(yīng)行業(yè)技術(shù)發(fā)展,總體布局結(jié)構(gòu)合理,多學(xué)科交叉,實(shí)驗(yàn)功能齊全的高水平、高效益、共享式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式。綜上所述,航空動(dòng)力系統(tǒng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系解決了實(shí)驗(yàn)教學(xué)中普遍存在的“想做做不成”、“能做不愿做”、“只看不能做”等教學(xué)難題,有效的調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,提升了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量,探索出了一條適用于航空動(dòng)力系統(tǒng)高端精英人才培養(yǎng)的新途徑。

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數(shù)字媒體技術(shù)仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐

摘要:為了適應(yīng)創(chuàng)新型應(yīng)用人才培養(yǎng)目標(biāo),對數(shù)字媒體技術(shù)類課程進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革是非常必要的。本文提出了仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的具體思路和方法,包括實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)、教學(xué)模式及智能評(píng)測手段等。教學(xué)效果表明,學(xué)生在數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)核心課程學(xué)習(xí)成績方面取得較大提高,同時(shí)社會(huì)研學(xué)能力和創(chuàng)新能力也得到較大增強(qiáng)。

關(guān)鍵詞:數(shù)字媒體技術(shù);仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué);課程設(shè)計(jì);教學(xué)模式

1引言

近年來,4G/5G智能終端的發(fā)展使得數(shù)字媒體內(nèi)容的制作、編輯與傳播日益便利,數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)成為新興熱門專業(yè)之一。各院校越來越注重培養(yǎng)掌握數(shù)字媒體內(nèi)容設(shè)計(jì)制作及相關(guān)軟硬件開發(fā)原理和方法的應(yīng)用型專門人才[1-2]。作為應(yīng)用型本科院校,湖北經(jīng)濟(jì)學(xué)院數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)立足于創(chuàng)新型應(yīng)用技術(shù)人才培養(yǎng)目標(biāo),注重以“基礎(chǔ)知識(shí)扎實(shí)、開發(fā)技術(shù)過硬、創(chuàng)新能力突出”為主旨的應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)和科研創(chuàng)新能力培養(yǎng)等兩個(gè)層次,要求學(xué)生必須精學(xué)多練,注重開發(fā)能力訓(xùn)練,成為適應(yīng)數(shù)字媒體軟件開發(fā)需求的技術(shù)人才[3-4]。在這種教學(xué)背景下,實(shí)驗(yàn)教學(xué)在數(shù)字媒體技術(shù)類課程中具有十分重要的地位。正如羅吉爾•培根所言:“沒有實(shí)驗(yàn),任何新的東西都不能深知”[5]。數(shù)字媒體技術(shù)類課程不僅要求熟悉和掌握融合技術(shù)與藝術(shù)領(lǐng)域相關(guān)理論知識(shí)的各類現(xiàn)代媒體設(shè)計(jì)開發(fā)技巧,還要求熟悉和運(yùn)用人工智能技術(shù)解決實(shí)際應(yīng)用問題。目前,數(shù)字媒體技術(shù)類課程實(shí)驗(yàn)面臨課程體系統(tǒng)籌兼顧不足、技術(shù)新鮮度不夠、教學(xué)方式僵硬、評(píng)測難度大等問題[6]。因此,本文提出數(shù)字媒體類課程仿真實(shí)驗(yàn)改革方案,從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)入手,將數(shù)字媒體技術(shù)領(lǐng)域新理論、新技術(shù)構(gòu)建成仿真程序設(shè)計(jì)任務(wù),在不同的教學(xué)階段以不同的教學(xué)模式融入日常教學(xué),并采用智能評(píng)測手段實(shí)現(xiàn)部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的自評(píng)自測,從而提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的力度和實(shí)效。最終實(shí)踐表明,學(xué)生取得了較好的課業(yè)成績,大大增強(qiáng)了社會(huì)研學(xué)能力。

2數(shù)媒技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)問題分析

目前,數(shù)字媒體類課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)還處在探索階段,來自于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)環(huán)境、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)、評(píng)測方法等方面的挑戰(zhàn)不斷出現(xiàn)。其存在的主要問題如下:(1)對數(shù)字媒體技術(shù)類課程的實(shí)驗(yàn)體系設(shè)計(jì)欠缺統(tǒng)籌考慮。各門課程之間實(shí)驗(yàn)內(nèi)容重復(fù)、脫節(jié)遺漏、不系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)課一般由各任課教師根據(jù)理論課要求安排教學(xué)內(nèi)容,知識(shí)體系、教學(xué)難度和目標(biāo)要求上缺乏統(tǒng)籌安排,導(dǎo)致教學(xué)效果不明顯和資源浪費(fèi)嚴(yán)重。(2)缺乏規(guī)范和及時(shí)更新的具有數(shù)字媒體技術(shù)鮮明特色的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。現(xiàn)有的數(shù)字媒體課程實(shí)驗(yàn)教材不是偏重藝術(shù)設(shè)計(jì),就是偏重程序開發(fā),不適合應(yīng)用本科型院校的培養(yǎng)目標(biāo)。應(yīng)該在實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)上融合藝術(shù)和技術(shù)兩大總體需求,才能有效鍛煉學(xué)生的應(yīng)用開發(fā)能力。(3)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式僵化機(jī)械,不利于激發(fā)學(xué)習(xí)積極性。受傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的影響,現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容不僅包含完整實(shí)驗(yàn)步驟,還包括詳細(xì)的操作演示。在這種情況下,學(xué)生基本上不查閱資料,僅需簡單地重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟,無需積極思考就可以獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果,無法有效鍛煉思維能力。(4)數(shù)字媒體實(shí)驗(yàn)作業(yè)評(píng)測困難,主觀偏差大,任務(wù)重。有些數(shù)字媒體實(shí)驗(yàn)作業(yè)純粹就是效果圖檢查,實(shí)驗(yàn)成績評(píng)判單純依賴教師主觀評(píng)判,工作量繁重,無法實(shí)現(xiàn)學(xué)生自評(píng)自測的目的。

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試論計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)法特點(diǎn)

[摘要]計(jì)算機(jī)仿真是指通過實(shí)驗(yàn)?zāi)P腿パ芯恳粋€(gè)已經(jīng)存在的或者正在設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的過程。仿真實(shí)驗(yàn)不僅是對實(shí)驗(yàn)原型的再現(xiàn),而且是按照實(shí)驗(yàn)的側(cè)重點(diǎn)對模型進(jìn)行研究,最終建立在模型系統(tǒng)上的實(shí)驗(yàn)技術(shù)。

[關(guān)鍵詞]仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

一、計(jì)算機(jī)仿真

計(jì)算機(jī)仿真就是將一個(gè)描述實(shí)際系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型通過第二次模型化,變成一個(gè)能夠采用計(jì)算機(jī)運(yùn)算求解的仿真模型,并在計(jì)算機(jī)內(nèi)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)的過程,以此獲得有關(guān)實(shí)際系統(tǒng)的定量信息、數(shù)據(jù)或資料,深化對實(shí)際系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和研究。

計(jì)算機(jī)仿真的全過程:①建立描述實(shí)際系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。②經(jīng)二次模型化建立仿真模型。③仿真模型在計(jì)算機(jī)內(nèi)運(yùn)行,有必要再根據(jù)技術(shù)要求修改仿真模型并校驗(yàn)。④分析仿真運(yùn)行結(jié)果,為研究、分析,設(shè)計(jì)和調(diào)整所研究的實(shí)際系統(tǒng)提供可靠的信息、數(shù)據(jù)。

根據(jù)仿真中所采用的計(jì)算機(jī)類型的不同,計(jì)算機(jī)仿真可分為模擬仿真和數(shù)字仿真。

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移動(dòng)通信虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)論文

摘要:文章從傳統(tǒng)移動(dòng)通信實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的限制因素出發(fā),分析了將虛擬仿真軟件引入課程的必要之處。通過分析得出,將移動(dòng)通信虛擬仿真實(shí)驗(yàn)引入教學(xué)之中,使枯燥的通信原理知識(shí)更加形象,既利于教師進(jìn)行課堂內(nèi)容展示,也便于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,拓展學(xué)生的創(chuàng)新思維,進(jìn)而提高移動(dòng)通信課程的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞:移動(dòng)通信;虛擬仿真實(shí)驗(yàn);QPSK調(diào)制

1移動(dòng)通信實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

移動(dòng)通信課程的教學(xué)內(nèi)容比較復(fù)雜,除了要求學(xué)生要學(xué)會(huì)相關(guān)的專業(yè)知識(shí),比如通信系統(tǒng)的組成原理、應(yīng)用原理之外,還要求學(xué)生要有實(shí)踐操作能力,也就是能將掌握的原理應(yīng)用到通信課程實(shí)驗(yàn)中[1]。在我國移動(dòng)通信技術(shù)不斷發(fā)展的大背景下,職業(yè)院校的學(xué)生更要提高學(xué)習(xí)的積極主動(dòng)性,主動(dòng)學(xué)習(xí)并掌握新的知識(shí),并將知識(shí)可以應(yīng)用到實(shí)踐中。高等教育的核心是培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力,而實(shí)驗(yàn)教學(xué)就是重要的方式。實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅可以培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)技術(shù)能力,而且可以拓展學(xué)生的綜合分析和創(chuàng)新能力,培養(yǎng)出符合社會(huì)需要的具有創(chuàng)新思維和高技術(shù)水平的專業(yè)移動(dòng)通信人才[2]。傳統(tǒng)的移動(dòng)通信技術(shù)教學(xué)存在很多不足之處,主要體現(xiàn)在以下4個(gè)方面:首先,課程的教學(xué)重點(diǎn)多集中在理論知識(shí)的教學(xué)上,忽視了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的作用。實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為檢驗(yàn)學(xué)生是否充分理解并掌握理論知識(shí)的方式,應(yīng)該與理論教學(xué)相輔相成;其次,有些職業(yè)院校缺乏新型的實(shí)驗(yàn)設(shè)備以及最新的移動(dòng)通信器件和裝置,這導(dǎo)致不能滿足學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)的需要;再次,學(xué)校開展的實(shí)驗(yàn)教學(xué)采取的多數(shù)是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),學(xué)生只需要根據(jù)已有的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行模仿訓(xùn)練即可,無法激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情和拓展學(xué)生的創(chuàng)新思維[3]。

2移動(dòng)通信虛擬仿真實(shí)驗(yàn)引入教學(xué)的效果

2.1方便學(xué)生理解課堂知識(shí)。在以前的移動(dòng)通信課程理論教學(xué)中,教師一般會(huì)將教學(xué)重點(diǎn)放在對通信課程中某種技術(shù)或者算法原理進(jìn)行講解,讓學(xué)生逐步了解并能夠掌握調(diào)制解調(diào)器的相關(guān)原理以及無線電波是通過何種方式進(jìn)行變換[4]。學(xué)生在了解這些知識(shí)點(diǎn)之后,再學(xué)習(xí)后面課程中的信源編碼、無線電波發(fā)射等知識(shí)點(diǎn)時(shí)會(huì)更加容易接受。教師在以往的實(shí)驗(yàn)課上,一般會(huì)選擇按部就班、循規(guī)蹈矩的方式對實(shí)驗(yàn)原理進(jìn)行說明,多數(shù)情況下會(huì)采用傳統(tǒng)板書的形式,這樣的教學(xué)方法雖然有利于教師方便快捷地完成知識(shí)點(diǎn)的講解,但卻不容易讓學(xué)生直觀清楚地理解教學(xué)內(nèi)容。而且實(shí)驗(yàn)課的內(nèi)容中會(huì)有很多波形分析的知識(shí)點(diǎn),教師僅僅憑借板書的形式,很難達(dá)到理想的教學(xué)效果[5]。而將移動(dòng)通信虛擬仿真實(shí)驗(yàn)引入教學(xué)之后,有利于學(xué)生對枯燥的技術(shù)、信號(hào)原理有更為直觀的認(rèn)識(shí),也更容易讓學(xué)生牢牢把握相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)。教師在移動(dòng)通信實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)準(zhǔn)備過程中,應(yīng)該從高職學(xué)生的理解能力、分析能力出發(fā),為學(xué)生構(gòu)建更便于理解教學(xué)內(nèi)容的情境,這樣有利于達(dá)到比較好的教學(xué)效果。在進(jìn)行移動(dòng)通信虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的過程中,通過使用SystemView軟件,可以為學(xué)生創(chuàng)設(shè)清晰明確、一目了然的可視化平臺(tái),并根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求構(gòu)造相應(yīng)系統(tǒng),然后讓學(xué)生積極主動(dòng)地參與到實(shí)驗(yàn)過程中,通過調(diào)整不同的參數(shù),觀察波形、功率譜的變化,并由此得出相應(yīng)結(jié)果。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中,學(xué)生就切實(shí)體驗(yàn)到真實(shí)電路工作的流程,更有助于學(xué)生理解課堂知識(shí),并將課堂上掌握的理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中去[6]。2.2引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)探索知識(shí)。以往職業(yè)院校組織學(xué)生進(jìn)行的多數(shù)是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),這種實(shí)驗(yàn)方式會(huì)讓學(xué)生根據(jù)固定的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和步驟來完成實(shí)驗(yàn)過程,學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中,只能按照既定的實(shí)驗(yàn)思路進(jìn)行實(shí)驗(yàn),不能將自己的一些想法運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)中去,這樣不但使學(xué)生對參與實(shí)驗(yàn)的興趣不高,而且在電路調(diào)試過程中也非常容易損壞元器件及實(shí)驗(yàn)設(shè)備,實(shí)驗(yàn)效果必然不理想。所以,將移動(dòng)通信虛擬仿真實(shí)驗(yàn)引入教學(xué)是非常必要和及時(shí)的。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件具有非常強(qiáng)大的功能,如數(shù)據(jù)的收集、分析及傳輸?shù)取W(xué)生通過進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn),可以更多參與到實(shí)驗(yàn)過程中,比如可以通過改變實(shí)驗(yàn)參數(shù)來觀察電路的不同,并通過總結(jié)分析實(shí)驗(yàn)過程中存在的問題,經(jīng)過推理、論證,最后設(shè)計(jì)出較好的電路;或者學(xué)生可通過觀測輸出電路的波形變化,通過記錄分析,對如何進(jìn)行真實(shí)電路調(diào)試有更為直觀的認(rèn)識(shí)。同時(shí),通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn),可以實(shí)現(xiàn)以往一些課堂上無法實(shí)現(xiàn)的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn),大大增加了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的廣度[7]。由此可見,通過將移動(dòng)通信虛擬仿真實(shí)驗(yàn)引入教學(xué),不僅能夠擴(kuò)展學(xué)生對原理知識(shí)的理解程度,而且可以通過實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生對實(shí)際電路的運(yùn)行情況有更清晰的認(rèn)識(shí),有利于學(xué)生將理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中去。同時(shí),將移動(dòng)通信領(lǐng)域的新技術(shù)引入到課堂中來,可以大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,推動(dòng)學(xué)生更積極地探索新知識(shí),培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維,為學(xué)生以后更加靈活地調(diào)試電路奠定良好基礎(chǔ)。

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醫(yī)學(xué)研究生分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究

摘要:隨著虛擬仿真技術(shù)和人工智能技術(shù)的日趨成熟,人們逐漸意識(shí)到虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在教育領(lǐng)域中具有巨大應(yīng)用價(jià)值。如何在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中合理運(yùn)用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)成為教育者們關(guān)注的熱點(diǎn)之一。文章概述了我國虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的建設(shè)情況,虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的特征以及虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的優(yōu)勢,并探討虛實(shí)結(jié)合教學(xué)模式在醫(yī)學(xué)研究生分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用。這將為提升分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和培養(yǎng)具有科研創(chuàng)新能力的醫(yī)學(xué)研究生提供重要參考。

關(guān)鍵詞:分子生物學(xué);虛擬仿真;實(shí)驗(yàn)教學(xué)

分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)是推動(dòng)生命科學(xué)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)[1]。因此,分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)對于醫(yī)學(xué)研究生科研能力培養(yǎng)至關(guān)重要。然而,目前我國研究生實(shí)驗(yàn)教學(xué)普遍存在以下問題:①研究生持續(xù)擴(kuò)招。據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局2022年2月發(fā)布的《中華人民共和國2021年國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》顯示,我國2021年研究生招生人數(shù)為117.7萬,較2020年的110.6萬人增長了7.1萬,增幅為6.42%。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國近十年研究生平均擴(kuò)招增幅在7%左右[2]。②實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和師資等資源相對不足。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)難以跟上研究生人數(shù)的擴(kuò)張速度,實(shí)驗(yàn)教學(xué)師資與研究生比例失調(diào)。③傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在諸多弊端,例如,教學(xué)模式固化,實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目單調(diào),實(shí)驗(yàn)內(nèi)容過于陳舊等[3]。以上因素在一定程度上制約了研究生科研素質(zhì)的培養(yǎng)。因此,我國的研究生實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件有待改善,教學(xué)模式亟須深度變革。隨著人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)和多媒體等技術(shù)的發(fā)展,產(chǎn)生了大量以電子學(xué)習(xí)為目的的數(shù)字交互學(xué)習(xí)資源,其中虛擬仿真實(shí)驗(yàn)被廣泛地運(yùn)用在實(shí)踐教學(xué)中。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)為學(xué)習(xí)者提供了一個(gè)具有高質(zhì)量學(xué)習(xí)資源的開放平臺(tái),以進(jìn)行研究型學(xué)習(xí)、自主實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)踐。它提高了人才培養(yǎng)質(zhì)量,為實(shí)踐教學(xué)和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的改革注入新活力。目前,虛擬仿真實(shí)驗(yàn)也開始被我國教育中心重視起來,而且它在普通高等學(xué)校本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)中占比也越來越高。然而,研究生與本科生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)并不完全一樣,不能簡單地套用。因此,合理運(yùn)用虛擬仿真實(shí)驗(yàn),對研究生科研素質(zhì)培養(yǎng)具有非常重要的意義。本文以醫(yī)學(xué)研究生分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程為例,對虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式進(jìn)行探討,提出切實(shí)可行的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案,為提升醫(yī)學(xué)研究生分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量提供參考。

1我國虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的建設(shè)情況

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是借助于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、虛擬仿真技術(shù)和人工智能技術(shù)等,構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)場景、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和操作對象的實(shí)驗(yàn)平臺(tái),使學(xué)生通過人機(jī)交互的方式,可以像在真實(shí)環(huán)境中一樣完成各種實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。它是現(xiàn)代信息技術(shù)與教育的深度融合,是教育信息化的產(chǎn)物。它極大地促進(jìn)教學(xué)模式的改革,豐富教學(xué)手段,提升教學(xué)質(zhì)量。2017年,我國教育部下發(fā)的《教育部辦公廳關(guān)于2017-2020年開展示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)的通知》明確提出在普通本科高等學(xué)校開展示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)工作。2018年,教育部在發(fā)布的《教育部關(guān)于狠抓新時(shí)代全國高等學(xué)校本科教育工作會(huì)議精神落實(shí)的通知》中首次提出金課概念,同時(shí)也將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目列為五大金課之一。自此,國內(nèi)各大高校掀起了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程建設(shè)的熱潮。我們從國家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程共享平臺(tái)網(wǎng)站查閱到的最新信息顯示,自2017年以來,我國的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目建設(shè)已經(jīng)覆蓋經(jīng)濟(jì)學(xué)、法學(xué)、教育學(xué)、文學(xué)、歷史學(xué)、理學(xué)、工學(xué)、農(nóng)學(xué)、醫(yī)學(xué)、管理學(xué)和藝術(shù)學(xué)等12個(gè)學(xué)科大類,61個(gè)學(xué)科類別。截至2021年底,在iLAB平臺(tái)上申報(bào)的虛擬仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目共3250項(xiàng),其中728項(xiàng)已通過國家認(rèn)定。在所有學(xué)科類別虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)量排名中,基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)類以124項(xiàng)位列第四(前三名依次為:管理類221項(xiàng),機(jī)械類175項(xiàng),藝術(shù)學(xué)類169項(xiàng))。這說明虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教學(xué)領(lǐng)域也得到廣泛應(yīng)用。

2虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的特征

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醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)思考

快速發(fā)展的現(xiàn)代化信息技術(shù)促進(jìn)了高等教育教學(xué)的改革、加速了教學(xué)模式的多元化發(fā)展。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室是一種基于Web技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(VR)構(gòu)建的開放式網(wǎng)絡(luò)化的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)[1],是高等教育信息化建設(shè)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)的重要內(nèi)容,是學(xué)科專業(yè)與信息技術(shù)深度融合的產(chǎn)物。隨著虛擬仿真技術(shù)的成熟,虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在科學(xué)研究、實(shí)驗(yàn)教學(xué)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用[2]。自2013年教育部開展了國家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)工作以來,虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)成為高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的新方向,虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的開發(fā)與應(yīng)用將會(huì)對醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革產(chǎn)生變革性的影響。

1醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是醫(yī)學(xué)院校非常重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié),在培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力方面有著不可取代的作用。醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)屬于實(shí)驗(yàn)室醫(yī)學(xué),十分強(qiáng)調(diào)學(xué)生的實(shí)踐操作能力和儀器操控能力,尤其是隨著科技的進(jìn)步,檢驗(yàn)技術(shù)及檢驗(yàn)儀器更是發(fā)生著日新月異的變化,這對醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)專業(yè)的人才培養(yǎng)提出了更高的要求。而本校醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)受儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、場地、師資等多個(gè)因素約束、限制,使得本專業(yè)的在校生無法得到像臨床檢驗(yàn)科一樣真實(shí)的實(shí)踐操作機(jī)會(huì)[3]。1.1檢驗(yàn)儀器設(shè)備滯后。檢驗(yàn)科常規(guī)使用的全自動(dòng)分析儀器,由于價(jià)格昂貴,使用及維護(hù)成本高,因此本校的全自動(dòng)分析儀器不僅數(shù)量少,而且規(guī)格陳舊,元器件老化,無法滿足日常實(shí)驗(yàn),大多數(shù)情況僅作為示教使用,使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)的檢驗(yàn)儀器設(shè)備滯后于臨床,很多的新方法、新技術(shù)無法在實(shí)驗(yàn)中展開,實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目多以傳統(tǒng)經(jīng)典、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主,缺乏對學(xué)生創(chuàng)新性思維和能力的培養(yǎng)[4-5]。1.2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容受限。臨床樣本獲取困難,尤其是臨床基礎(chǔ)檢驗(yàn)學(xué)、臨床血液學(xué)的形態(tài)學(xué)資源缺乏,臨床病原微生物學(xué)的疑難罕見樣本短缺[6],導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一、項(xiàng)目陳舊,與臨床實(shí)際應(yīng)用存在明顯的脫節(jié)。1.3影響實(shí)驗(yàn)室安全。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中使用的檢驗(yàn)標(biāo)本多來源于人體體液的生物樣品,具有極大的感染性,實(shí)驗(yàn)室存在很大的污染隱患。1.4實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)和場地限制。近年來本校醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)專業(yè)的招生人數(shù)逐年增加,實(shí)驗(yàn)教室少,實(shí)驗(yàn)教師缺乏,即使實(shí)驗(yàn)課采用小班教學(xué),學(xué)生也分成4人一組,無法保證每個(gè)學(xué)生都有操作的機(jī)會(huì),學(xué)生難免生出偷懶、坐享其成的行為,難以保障教學(xué)效果。且常規(guī)實(shí)驗(yàn)所需耗材量大,從而造成學(xué)校對本專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的經(jīng)費(fèi)投入巨大。1.5實(shí)驗(yàn)課時(shí)不足。醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)本科由五年制改為四年制,各課程的學(xué)時(shí)數(shù)都在減少,包括實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí),勢必造成教學(xué)內(nèi)容減少、教學(xué)進(jìn)度加快、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目壓縮、學(xué)生學(xué)的不全、學(xué)得不精,教學(xué)質(zhì)量難以保證。

2醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)專業(yè)構(gòu)建虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的意義

教育教學(xué)改革的著眼點(diǎn)是提升專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量。在醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)教育“五改四”的背景下,傳統(tǒng)的教學(xué)方法和教學(xué)條件已明顯滯后于當(dāng)前的人才培養(yǎng)需求,不僅直接影響學(xué)校的教學(xué)質(zhì)量,更影響學(xué)生未來在社會(huì)及行業(yè)領(lǐng)域的競爭力。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)和應(yīng)用,充分發(fā)揮學(xué)科專業(yè)優(yōu)勢,改造實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段、革新實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、突破實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式,是探索醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的有效途徑。2.1改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件。尤其是價(jià)格昂貴、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大型、新型儀器可以在虛擬實(shí)驗(yàn)室中全面展現(xiàn),避免儀器設(shè)備的巨額投資和重復(fù)添置[7],降低實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備建設(shè)、管理和運(yùn)行成本,減輕保養(yǎng)維護(hù)的工作量[8],保證了實(shí)驗(yàn)開出率及使用率。有效緩解了實(shí)驗(yàn)教學(xué)在經(jīng)費(fèi)、場地、器材等方面面臨的困難和壓力,解決了實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備落后、配置不足、試劑耗材浪費(fèi)、生物安全隱患等傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足。2.2改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室開放共享的實(shí)驗(yàn)環(huán)境,形象逼真的學(xué)習(xí)場景,直觀生動(dòng)的實(shí)驗(yàn)對象,靈活的學(xué)習(xí)方式,可再現(xiàn)的教學(xué)模式[9],極大地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[10]。虛擬儀器在組建上具有高效性與靈活性,能夠適應(yīng)測試功能的多樣化,可用表格、圖形快速準(zhǔn)確顯示結(jié)果,方便教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生之間進(jìn)行互動(dòng)學(xué)習(xí),從而改變了實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式,有效地提高教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量。2.3培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新人才。構(gòu)建具有醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)特色的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室,模擬檢驗(yàn)科的工作環(huán)境、工作性質(zhì)和工作方式,讓學(xué)生猶如身臨檢驗(yàn)科,真實(shí)地體會(huì)到檢驗(yàn)科的工作模式,能有效地培養(yǎng)學(xué)生將所學(xué)知識(shí)融入臨床工作,促進(jìn)學(xué)生臨床思維能力、臨床操作能力的訓(xùn)練[11],實(shí)現(xiàn)與臨床無縫對接。教師可利用虛擬仿真系統(tǒng)搭建綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)或案例,極大地促進(jìn)了綜合性、設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的開設(shè),活躍學(xué)生思維,增強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手能力,鍛煉學(xué)生獨(dú)立思考和設(shè)計(jì)能力,對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維及開拓精神起到積極的引導(dǎo)作用,促進(jìn)醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)專業(yè)高素質(zhì)、創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)[12]。

3醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)思路與規(guī)劃

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