（山东师范学院，河北石家庄）文章阐述了数学虚拟仿真实验室的功能与设计思路，并对虚拟仿真实验室的系统结构、开发技术的选择和开发流程等做了详尽说明，最后结合实例阐述了数学虚拟仿真实验室的开发。关键词：实验教学虚拟仿真实验室中图分类号：G434文献标示码：B文章编号：1673-8454（2009）13-0022-03目前物模式。学习者根据班主任的安排来完成实验，实验以小组的方式进行一节课内不可能使每一位学习中学生只有定时间范围化学实验教战，随着计算机技术、网络技术和虚拟现实技术的发展，虚拟实验室应运而生，它的出现主要是针对传统实验教学中存在的弊病而设计和开发的，目的在于尽可能地减少客观条件对学习者的限制，合理有效地解决传统实验教学中存在的问题，为进一步强化实验教学环节提供强有力的手段。我们觉得一个有效的化学虚拟仿真实验室的构建了应具备网路特点的基本要求外，还应当达到以下几方面的要求：（1）才能为学习者提供逼真的虚拟实验场景；（2）才能让学习者任意操作虚拟实验场景中的仪器设备；（3）才能对实验过程、实验现象进行实时模拟和重现；（4）具有与实验教学要求相适应的辅助功能。
如明晰实验目的的功能、掌握实验原理的功能、实验指导和演示的功能、练习测试的功能以及填写实验报告的功能等。一、物理虚拟仿真实验室的设计1.虚拟仿真实验室的结构模型该虚拟仿真实验室采用的是基于Web模式。在服务器端：是服务器端的基础模块，它还能接收顾客端的恳求并响应，返回虚拟的实验场景。虚拟实验是服务器端最主要的部份，包括虚拟实验仪器、实验步骤等单元模块；在浏览器端：浏览器是学习者进行虚拟实验的窗口，虚拟实验所有的操作都是在浏览器中进行的。学习者可以通过键盘、键盘等输入输出设备在虚拟实验场景中漫游物理虚拟实验教学案例，任意操作虚拟的实验仪器，获得愈发真实、、插件等等，它们是嵌入到浏览器中的插件，是完成虚拟实验的基础，所有的虚拟场景都通过插件进行解释并渲染在浏览器之中。2.虚拟仿真实验室的内容结构该虚拟仿真实验室覆盖了化学实验教学大纲所规定的所有内容，在内容设置上采用了教学大纲中的实验模式，即主要内容分为：实验目的、实验原理、实验步骤、数据处理、练习测试和实验报告等几个主要部份。在结构中将虚拟仿真实验室界定为基本模块和附加模块两部份以及它们的子单元模块，如图所示。
（1）基本模块在基本模块中，包含了以下几个子单元模块：实验目的、实验原理、实验仪器、实验步骤以及数据处理等。“实验仪器”、“实验步骤”和“数据处理”子模块为例，说明各子单元模块的功能。*山东师范学院校级质量工程项目———现代教育技术课程组项目支持（项目编号：-05）。22中国教育信息化／2009.13(高教职教)1）实验仪器模块：为了让学习者在做实验后掌握各类实验仪器的性能和使用方式，本模块给出了整个实验中用到的所有仪器设备，而且呈现的方法可以使学习者360度全方位的观察；为了便捷学习者的学习，可以对三维立体的实验仪器进行任意的缩放、移动和旋转甚至是步入到实验仪器的内部。2）实验步骤模块：因为实验步骤模块关系到学习者力迁移，所以对实验步骤模块设计的要求是尽可能提供一个与真实实验相仿的虚拟实验环境，学习者可以自由操作和调试实验仪器，同时系统依照学习者的操作情况给出丰富的视觉反馈信息。在虚拟实验室中，学习者可以反复进行实验。另外，学习者的学习不仅仅是在用鼻子观察而是一个自主操作一体的过程。3）数据处理模块：实验数据是对实验定量剖析的根据，是探求、验证数学规律的第一手资料。
在系统偏差一定的情况下，实验数据处理得恰当与否，会直接影响碰巧偏差的大小，所以对实验数据的处理是实验过程的重要内容之一。为此，在该虚拟实验室中，须要考虑设置数据处理模块。当学习者完成实验操作并记录下实验数据后，能通过该模块对实验数据进行处理和剖析。因为学习者初始能力、接受能力以及各自特征不同，系统提供了两种呈现形式供学习者选择：一种形式是动漫演示模式。在演示过程中，详尽地向学习者展示对实验数据处理的来龙另一种方法是自主探求模式。学习者在使用过程中，可以自主输入参数，在系统辅助条件下，独立地推断出实验结果、总结出实验规律。（2）附加模块虚拟实验室中的一些附加模块，如课程简介单元模块可以向学习者提供例如教学大纲、学习要点、教学施行方案等有关举办实验教学活动的基本信息；练习测试模块可以向学习者提供确诊性练习、测试评价等内容物理虚拟实验教学案例，通过练习和测试，让学习者及时加强所学的知识，而且提高学习者与虚拟实验室之间的交互，提高学习者的参与感；仿真实验室模块：可以向学习者提供一个虚拟实验环境，这样除了保持了实验的完整性，并且注意了真实实验场景中的实验情况。在加入场景诱因的基础上，保持了学习者自由度与高交互的特点，大大提高了学习者的沉溺感。
单元模块完全模拟了实验的操作、过程、现象，才能反映出实验的本质。二、物理虚拟仿真实验室的开发1.虚拟仿真实验室的技术选择（1）各类开发技术的比较（如表开发虚拟仿真实验室的各类技术比较开发工具/表现形式3d2d、仿、3d交互性技术难度较高网页运行VR播放器Flash播放器播放器（2）选用作为主要开发工具本虚拟实验室选用的主要是这两种开发工具，这是由它们各自的特性以及系统本身的要求所决定的。从目前网路条件来看，在二维表现层面系统选Flash作为开发工具，在三维表现层面系统选用作为开发工具。在有些地方为了愈加便捷学习者的使用，本实验通过通讯。2.虚拟仿真实验室的开发流程虚拟仿真实验室的整个开发流程可以分为以下三个过程：（1）制做素材素材的制做主要是针对实验仪器的建模，它是开发的基础。它可通过3DMAX工具来完成。因为制做出来的素材分别要导出环境中，因而须要将其导入为两种格式：*.c3d*.png。因为在其后的Flash*.png静止的图象时，须要注意在3DMAX上将实验中涉及的所有物件都最好置于同一个摄像机下，以保证其统一的视角。
（2）添加交互交互的添加是开发过程中的重点和难点，按照实现疗效的不同，可以将其分为两种形式：一种是添加三维交互，可通过工具来实现；另一种是添加二维交互，可通过Flash工具来实现。（3）集成发布以通过工具来完成，在其中还可以添加一特效。所有工作都完成后，最后发布试运行。3.虚拟仿真实验室各单元模块的实现选定“实验仪器”单元模块为例，描述其开发过程：验仪器”单元模块重点在于实验仪器的三维演示，它采用Flash、三种技术进行联合开发。为了让学习者更好地感遭到虚拟实验界面的整体性，决定采用如图所示的界面结构，将要整个界面分为Chinanfo23两部份，左部分用技术实现仪器模型的三维展示，右部份用Flash技术给出其一维文字介绍，但是可以通过为中介对中的模型进行相关操作，以方便学习者的观察和学习。动漫与Flash动漫均采用相同的背景颜色，以保持界面风格的一致性。下边以“滑线变阻器”为例介绍实验仪器模块的实现过程。
界面如图所示。主要的制做过程如下：（1）3Dmax建模三维模型的制做非常重要，直接关系到虚拟实验室中三维模型的逼真程度和最后成品数据量的大小，所以在导入前，应当尽量对其进行优化处理。另外，制做3D时侯应当非常注（如旋转、平移），什么部件是固定的。假如可以运动，就需要将其单独弄成一个零部件，这是为了之后可以为它单独设置运动动作。最好将具有相同运动规律（静止或则能够同时联通、旋转）的部件归为一组，这样易于管理，也可以相应减少在后续开发步骤中的工作量。（2）导出3Dmax文件导入能导入为*.c3d文件，因而须要安装安装此插件后可以把3D建模软件制做的模型导入*.c3d格式。（3）添加交互中，SceneGraph窗口内可以见到该模型中的各个组成部份，3Dmax上面有的节点就会出现，其下方是含了所有可以执行作，其中最常用的有联通、旋转、放大、缩小等。除此之外，还可以播放在建模软件中制做好的动漫、添加声音、改变摄像机视角、设置键盘形状、隐藏或显示某个组件、改变场景背景等。
充分、合理地运用这种动作，可以设计开具，它提供了触发风波，以触发窗口中列举的动作，比如可以单击一个物体以联通它。敲打鼠标键盘等。一个典型的交互动漫的实验步骤为：风波动作三维模型的某个部件，也就是用风波去触发个别部件的某个动作。三、物理虚拟仿真实验室的运行情况选定“数据处理”和“虚拟实验室”单元模块为例，说