（山東師范學院，河北石家莊）文章闡述了數學虛擬仿真實驗室的功能與設計思路，并對虛擬仿真實驗室的系統結構、開發技術的選擇和開發流程等做了詳盡說明，最后結合實例闡述了數學虛擬仿真實驗室的開發。關鍵詞：實驗教學虛擬仿真實驗室中圖分類號：G434文獻標示碼：B文章編號：1673-8454（2009）13-0022-03目前物模式。學習者根據班主任的安排來完成實驗，實驗以小組的方式進行一節課內不可能使每一位學習中學生只有定時間范圍化學實驗教戰，隨著計算機技術、網絡技術和虛擬現實技術的發展，虛擬實驗室應運而生，它的出現主要是針對傳統實驗教學中存在的弊病而設計和開發的，目的在于盡可能地減少客觀條件對學習者的限制，合理有效地解決傳統實驗教學中存在的問題，為進一步強化實驗教學環節提供強有力的手段。我們覺得一個有效的化學虛擬仿真實驗室的構建了應具備網路特點的基本要求外，還應當達到以下幾方面的要求：（1）才能為學習者提供逼真的虛擬實驗場景；（2）才能讓學習者任意操作虛擬實驗場景中的儀器設備；（3）才能對實驗過程、實驗現象進行實時模擬和重現；（4）具有與實驗教學要求相適應的輔助功能。
如明晰實驗目的的功能、掌握實驗原理的功能、實驗指導和演示的功能、練習測試的功能以及填寫實驗報告的功能等。一、物理虛擬仿真實驗室的設計1.虛擬仿真實驗室的結構模型該虛擬仿真實驗室采用的是基于Web模式。在服務器端：是服務器端的基礎模塊，它還能接收顧客端的懇求并響應，返回虛擬的實驗場景。虛擬實驗是服務器端最主要的部份，包括虛擬實驗儀器、實驗步驟等單元模塊；在瀏覽器端：瀏覽器是學習者進行虛擬實驗的窗口，虛擬實驗所有的操作都是在瀏覽器中進行的。學習者可以通過鍵盤、鍵盤等輸入輸出設備在虛擬實驗場景中漫游物理虛擬實驗教學案例，任意操作虛擬的實驗儀器，獲得愈發真實、、插件等等，它們是嵌入到瀏覽器中的插件，是完成虛擬實驗的基礎，所有的虛擬場景都通過插件進行解釋并渲染在瀏覽器之中。2.虛擬仿真實驗室的內容結構該虛擬仿真實驗室覆蓋了化學實驗教學大綱所規定的所有內容，在內容設置上采用了教學大綱中的實驗模式，即主要內容分為：實驗目的、實驗原理、實驗步驟、數據處理、練習測試和實驗報告等幾個主要部份。在結構中將虛擬仿真實驗室界定為基本模塊和附加模塊兩部份以及它們的子單元模塊，如圖所示。
（1）基本模塊在基本模塊中，包含了以下幾個子單元模塊：實驗目的、實驗原理、實驗儀器、實驗步驟以及數據處理等。“實驗儀器”、“實驗步驟”和“數據處理”子模塊為例，說明各子單元模塊的功能。*山東師范學院校級質量工程項目———現代教育技術課程組項目支持（項目編號：-05）。22中國教育信息化／2009.13(高教職教)1）實驗儀器模塊：為了讓學習者在做實驗后掌握各類實驗儀器的性能和使用方式，本模塊給出了整個實驗中用到的所有儀器設備，而且呈現的方法可以使學習者360度全方位的觀察；為了便捷學習者的學習，可以對三維立體的實驗儀器進行任意的縮放、移動和旋轉甚至是步入到實驗儀器的內部。2）實驗步驟模塊：因為實驗步驟模塊關系到學習者力遷移，所以對實驗步驟模塊設計的要求是盡可能提供一個與真實實驗相仿的虛擬實驗環境，學習者可以自由操作和調試實驗儀器，同時系統依照學習者的操作情況給出豐富的視覺反饋信息。在虛擬實驗室中，學習者可以反復進行實驗。另外，學習者的學習不僅僅是在用鼻子觀察而是一個自主操作一體的過程。3）數據處理模塊：實驗數據是對實驗定量剖析的根據，是探求、驗證數學規律的第一手資料。
在系統偏差一定的情況下，實驗數據處理得恰當與否，會直接影響碰巧偏差的大小，所以對實驗數據的處理是實驗過程的重要內容之一。為此，在該虛擬實驗室中，須要考慮設置數據處理模塊。當學習者完成實驗操作并記錄下實驗數據后，能通過該模塊對實驗數據進行處理和剖析。因為學習者初始能力、接受能力以及各自特征不同，系統提供了兩種呈現形式供學習者選擇：一種形式是動漫演示模式。在演示過程中，詳盡地向學習者展示對實驗數據處理的來龍另一種方法是自主探求模式。學習者在使用過程中，可以自主輸入參數，在系統輔助條件下，獨立地推斷出實驗結果、總結出實驗規律。（2）附加模塊虛擬實驗室中的一些附加模塊，如課程簡介單元模塊可以向學習者提供例如教學大綱、學習要點、教學施行方案等有關舉辦實驗教學活動的基本信息；練習測試模塊可以向學習者提供確診性練習、測試評價等內容物理虛擬實驗教學案例，通過練習和測試，讓學習者及時加強所學的知識，而且提高學習者與虛擬實驗室之間的交互，提高學習者的參與感；仿真實驗室模塊：可以向學習者提供一個虛擬實驗環境，這樣除了保持了實驗的完整性，并且注意了真實實驗場景中的實驗情況。在加入場景誘因的基礎上，保持了學習者自由度與高交互的特點，大大提高了學習者的沉溺感。
單元模塊完全模擬了實驗的操作、過程、現象，才能反映出實驗的本質。二、物理虛擬仿真實驗室的開發1.虛擬仿真實驗室的技術選擇（1）各類開發技術的比較（如表開發虛擬仿真實驗室的各類技術比較開發工具/表現形式3d2d、仿、3d交互性技術難度較高網頁運行VR播放器Flash播放器播放器（2）選用作為主要開發工具本虛擬實驗室選用的主要是這兩種開發工具，這是由它們各自的特性以及系統本身的要求所決定的。從目前網路條件來看，在二維表現層面系統選Flash作為開發工具，在三維表現層面系統選用作為開發工具。在有些地方為了愈加便捷學習者的使用，本實驗通過通訊。2.虛擬仿真實驗室的開發流程虛擬仿真實驗室的整個開發流程可以分為以下三個過程：（1）制做素材素材的制做主要是針對實驗儀器的建模，它是開發的基礎。它可通過3DMAX工具來完成。因為制做出來的素材分別要導出環境中，因而須要將其導入為兩種格式：*.c3d*.png。因為在其后的Flash*.png靜止的圖象時，須要注意在3DMAX上將實驗中涉及的所有物件都最好置于同一個攝像機下，以保證其統一的視角。
（2）添加交互交互的添加是開發過程中的重點和難點，按照實現療效的不同，可以將其分為兩種形式：一種是添加三維交互，可通過工具來實現；另一種是添加二維交互，可通過Flash工具來實現。（3）集成發布以通過工具來完成，在其中還可以添加一特效。所有工作都完成后，最后發布試運行。3.虛擬仿真實驗室各單元模塊的實現選定“實驗儀器”單元模塊為例，描述其開發過程：驗儀器”單元模塊重點在于實驗儀器的三維演示，它采用Flash、三種技術進行聯合開發。為了讓學習者更好地感遭到虛擬實驗界面的整體性，決定采用如圖所示的界面結構，將要整個界面分為Chinanfo23兩部份，左部分用技術實現儀器模型的三維展示，右部份用Flash技術給出其一維文字介紹，但是可以通過為中介對中的模型進行相關操作，以方便學習者的觀察和學習。動漫與Flash動漫均采用相同的背景顏色，以保持界面風格的一致性。下邊以“滑線變阻器”為例介紹實驗儀器模塊的實現過程。
界面如圖所示。主要的制做過程如下：（1）3Dmax建模三維模型的制做非常重要，直接關系到虛擬實驗室中三維模型的逼真程度和最后成品數據量的大小，所以在導入前，應當盡量對其進行優化處理。另外，制做3D時侯應當非常注（如旋轉、平移），什么部件是固定的。假如可以運動，就需要將其單獨弄成一個零部件，這是為了之后可以為它單獨設置運動動作。最好將具有相同運動規律（靜止或則能夠同時聯通、旋轉）的部件歸為一組，這樣易于管理，也可以相應減少在后續開發步驟中的工作量。（2）導出3Dmax文件導入能導入為*.c3d文件，因而須要安裝安裝此插件后可以把3D建模軟件制做的模型導入*.c3d格式。（3）添加交互中，SceneGraph窗口內可以見到該模型中的各個組成部份，3Dmax上面有的節點就會出現，其下方是含了所有可以執行作，其中最常用的有聯通、旋轉、放大、縮小等。除此之外，還可以播放在建模軟件中制做好的動漫、添加聲音、改變攝像機視角、設置鍵盤形狀、隱藏或顯示某個組件、改變場景背景等。
充分、合理地運用這種動作，可以設計開具，它提供了觸發風波，以觸發窗口中列舉的動作，比如可以單擊一個物體以聯通它。敲打鼠標鍵盤等。一個典型的交互動漫的實驗步驟為：風波動作三維模型的某個部件，也就是用風波去觸發個別部件的某個動作。三、物理虛擬仿真實驗室的運行情況選定“數據處理”和“虛擬實驗室”單元模塊為例，說