導語：如何才能寫好一篇虛擬化學論文，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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虛擬技術是使相關工作在計算機上實現或通過計算機模擬實現的技術[1]，早在20世紀70年代便開始將其應用于宇航員培訓。由于這是一種消耗低、安全有效的培訓方法，現今已被推廣到各行各業的培訓中，并已在科研、教育、商業、醫療、生物制藥、環境保護、農業生產、娛樂等多個領域得到廣泛應用。在此，只簡單介紹它們在教育、生物制藥和醫療領域的應用狀況。

1.1教育領域

隨著虛擬技術的發展和教學要求的不斷提高，虛擬技術已進入教育領域，并且已成為完成教育工作的一種有效方式。例如利用化學教育軟件，展示化學實驗的流程和結果。學生可以通過使用該軟件，了解和掌握整個實驗過程，然后再進行實踐操作。這樣，既可以減少實驗的危險性，又可以提高學生的學習興趣和效率，減少不必要的浪費。再如利用物理教學軟件，開展“歐姆定律”的講解，其效果生動，且學生便于理解。

1.2生物制藥領域

虛擬技術在生物制藥方面的應用主要是在藥物的設計階段：采用相關的分子設計軟件，設計藥物小分子，模擬小分子與受體的相互作用，預測小分子的生物活性、毒性、排泄、吸收、代謝途徑、代謝物及其各類性質。目前，這種藥物設計模式已被國際專業制藥公司在研發新藥時采用，并與實驗相結合，以達到減少研發消耗，提高研發成功率的目標。1.3醫療領域虛擬技術在醫療領域的應用主要有：手術培訓、手術模擬、醫學影像檢查和臨床診斷。已經報道的“上海交通大學附屬第九人民醫院骨科專家成功完成真正意義上的3D打印骨盆重建手術”，是虛擬技術在醫療領域成功應用的又一案例。

2、化學信息學

化學信息學的研究領域并未經過刻意界定，很多化學家在各自不同的研究領域中力爭發展和采用計算機的方法來處理大量涌現的化學信息，建立化合物的結構與性質的關系。在20世紀60年代，化學信息學的發展已初見端倪，到了70年代開始出現了颶風式的發展。因此，相關的化學信息學的定義有多種。

比較典型的有以下一些論述。

（1）采用分子模擬和數據分析技術與高分辨圖形顯示組合，得到了令人驚訝的結果。因此，化學信息學是通過應用信息技術幫助化學家研究新問題、組織并分析科學數據，以研發新化合物、新材料的過程。

（2）很多人認為化學信息學是化學信息的擴展，它涵蓋了與化學結構、數據存儲和計算方法相關的領域，如化合物登記系統、在線化學文獻、結構-活性關系分析和分子性質計算[3]。化學信息學作為一個學科名稱來說是很新的，但我們可以體會到，它存在于我們周圍已經有了一段時間。不同的階段常會給出不同的化學信息學的定義。

所以，在討論這些不同觀點的時候，我們認為“化學信息學是一門應用信息學方法和計算機技術來輔助解決化學問題的學科”[4]這個論述更具有普適性。

化學信息學方法主要有三種，即基于數據、基于邏輯和基于原理。

（1）基于數據的方法建立和利用多種化學數據庫管理系統和化學數據庫中的數據。該方法主要的作用是在數據庫中獲得已記錄的相關信息。

（2）基于邏輯的方法利用已有的化學數據庫中的數據，并在此基礎上，利用歸納、推理和分類等方法將數據轉化為知識，并對知識實施有效的管理，以便于知識得到廣泛的應用。最終，能用于解決實際的化學問題。該方法適用于大量數據的處理，對象具有比較強的規律性。同時，它能解決數據庫系統不能解決的問題。

（3）基于原理的方法利用已有的量子化學的理論，對化學對象作相關的量化計算，并根據計算結果，研究對應的化學問題。該方法能從原理上解釋化學問題，但不適用于大批數據和大的體系的處理。在化學研究中，這三種方法相輔相成。對于不同的研究對象或不同的研究階段，采用對應的方法組合。

3、化學研究

化學是研究物質的組成、結構、性質和變化規律的科學。有機化學是研究有機化合物的來源、制備、結構、性質、用途和有關理論的一門學科，由于有機化合物都含有碳，同時以碳、氫化合物為母體，因此這門學科又可稱為“碳化合物的化學”或“碳氫化合物及其衍生物的化學”，隨著這門學科的發展，誕生出了高分子化學、元素有機化學等新學科，為合成染料、橡膠、纖維、藥物、塑料等有機化學工業建立了理論基礎。化學的研究內容主要可歸納為三部分：分子設計、合成設計和結構確定。利用相關技術設計具有特定功能的化合物即為分子設計[5]；利用相關技術設計特定化合物的合成路線即是合成設計；結構確定包括兩部分：結構解析和譜圖模擬。結構解析是根據已有的化學譜圖，推測對應的化學結構。譜圖模擬是基于化合物的化學結構，預測其化學譜圖。化學是重要的基礎科學之一，它也是一門建立在實驗基礎上的科學。在化學研究中實驗和理論這兩方面一直是相互依賴、彼此促進的。化學是一門古老而歷史悠久的科學，它的研究模式為靈感、經驗和實驗（見圖1）。長期實驗數據的積累，為現在和今后的化學研究提供了寶貴的財富。截至2013年12月，已有記載的小分子化合物達7600多萬個，化學反應約5580萬個。要有效應用如此大量的研究和實驗數據，只有采用信息技術才能實現。在此，我們提出了化學研究的現代模式，即在化學研究的傳統模式中融入虛擬技術（見圖2）。分子設計是化學研究的內容之一。傳統模式的分子設計流程如圖3所示，某種化合物的性質，通常是在得到化合物之后，經過實驗測試才可獲得對應的性質。現代模式的分子設計流程如圖4所示，化合物的性質，可以用相關軟件預測獲得。根據獲得的預測結果和經驗，決定是否要合成該化合物。圖3和圖4中的分子設計流程顯示，兩者的差異主要在合成之前。傳統模式在合成之前的分析工作僅以文獻信息作為判斷依據。而現代模式，既以文獻信息作為判斷依據，又以軟件預測結果作為分析判斷依據。從原理上講，采用現代模式合成的化合物，其符合需求的成功率要高于傳統模式，研究過程中產生污染的幾率要比傳統模式的低。

4、結論

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關鍵詞:生物化學;教學改革;自主設計實驗課堂

生物化學是一門醫藥學的必修課程，是研究生命物質的化學組成、結構及生命活動過程中各種化學變化的基礎生命科學。所以生物化學課程應盡量提前，但應在有機化學課程之后，或與有機化學課并進;是病原生物學、內科學、人體解剖與組織胚胎學等專業的必修課程，因此應先打下較牢固的生物化學基礎，并盡量加重生化課的分量，同時避免后繼課程相關內容的重復。生物化學以其理論性強、概念抽象、名詞繁多，各種代謝過程復雜繁瑣，堪稱生物學科中最抽象、最難懂的學科之一。如何激發學生的興趣，寓教于樂，使學生喜歡聽課，樂于參與，積極討論，學到知識，解決實際問題，這是我們在生物化學教學中始終關注的問題。在教師指導下，學生要學會主動培養自己發現、吸收新信息和提出新問題的能力，積極主動學習，在學習中發展個性和創造力。為此，我們在教學方法和手段等方面作了一些有益的嘗試，收到良好的效果。

1案例引起興趣，穿插前沿科研

長期以來，我國的基礎教育受應試教育的影響，使得進入本科醫學院校學習的學生大多數學習被動，學習自主性差，學習方法機械、呆板，對所學知識不求甚解，知識基礎不扎實、牢固［1］。首先我們的第一堂課，就要充分發揮教師的引導力，增加學生的興趣，提高同學們的主觀能動性。一些和生活相關案例可以引起學生較大興趣，可以通過課前提問或課后留問方式引起學生注意力。如血清中肌酸激酶同工酶的電泳圖譜用于診斷冠心病、轉氨酶用于肝病診斷、淀粉酶用于胰腺炎診斷等的原因是什么?乙酰膽堿酯酶抑制藥可以治療阿爾茨海默病的原因?講到DNA的二級結構模型時，可由雙螺旋模型的提出者Watson和Crick講起，設問他們由此發現獲得了什么重要科學獎項，并可以借機講一下當時諾貝爾評獎時的小插曲:因論文太短致使評委間產生分歧，最終獲獎說明了科學發現主要在于其價值而非論文長短。教學效果取決于任課教師的水平，也與任課教師的嚴格要求密切相關［2］。本課程結合最新進展，涵蓋動態與前沿知識。介紹國內外最新研究成果及歷年與生物化學發展相關的諾貝爾獎成果，適度地超越教材，查找教材以外的重大事件等必要教學資源并合理組織教學。比如我校老師研究的命運分子cNumb在原腸期胚胎中的表達情況及其基因和編碼蛋白的基本生物學特征，就是利用原位雜交技術檢測cNumb基因在原腸期雞胚中的表達情況，同時應用生物學軟件和在線平臺對cNumb基因及其編碼蛋白進行生物信息學分析［3］。以及碘－淀粉法、Bernfeld法和ESP－G7速率法3種方法檢測酸刺激前后唾液淀粉酶(SAA)活性及其活性比值的差異［4］，結合實驗課題讓學生對酶的特性有更好的理解。組織學生對研究熱點進行查找資料，了解基礎點，分組討論，解決教師預先給出的問題，或者讓學生自己發現問題，通過討論甚至爭論，學會分析問題并最終解決問題。鼓勵學生參加本科、研究生校內外的學術活動，擴大知識面，開闊視野。

2重復重點內容，引入PBL教學促進師生互動

生物化學分為三部分內容，第一部分主要講述各種生物分子的結構、功能以及相互作用，包括蛋白質、核酸、糖復合物、酶、生物膜、真核生物基因組及線粒體基因組等;第二部分講述分子生物學部分，如基因信息的傳遞、基因工程的四大要素及實施要點、基因相關技術;第三部分講述細胞信號轉導技術原理及應用等。對于生物化學內容繁多的特點，我們對于重難點內容要重復教學，在同學腦中達到耳熟能詳，舉一反三，而基礎知識點到為止。為了達到這樣的效果，需要改變傳統課堂填鴨式教學的呆板模式，老師的角色要發生變化，從直接教給學生知識的“灌輸式”到教給學生如何學習的“自我學習式”，讓學生主動吸收知識、能獨立思考、分析問題。PBL(problem-basedlearning)教學模式即通過“提出問題建立假設自學解疑論證假設”的邏輯過程來讓學生主動獲取知識，學生為主體、教師為導向的小組討論式教學法，主要培養學生以解決問題為核心的發散性思維和主動學習意識，進而達到提高學生靈活運用知識的能力的目的［5］。通過互動式課堂教學充分利用學生的好奇心理，在對問題的好奇與求知欲中，增加學生對生物化學的興趣，在此過程中，學生由被動旁觀者變為主動參與者。如設計一些關注點引發學生參與互動，如燙發的生化基礎是什么?磺胺類藥物的治病機理是由于酶的抑制作用嗎?課堂上運用PBL教學法，可以設置專題講座，把學生分為幾個小組，給出一個主題，每組成員分工合作，任務明確，每個人都是責任人。老師通過對每一環節的設定讓每個學生都參與其中，減少了“南郭先生”和渾水摸魚情況的發生。

3重點章節小結，設計思維導圖

糖代謝設定為動態部分的重點;酶促反應動力學中Km值和Vmax的計算與應用、生物氧化(生物能學)、物質代謝的相互聯系和調控機制等設定為難點。每章重難點都組織學生自己小結，老師評定和總結，幫助學生建立完整的知識框架系統。生物化學眾多的動態反應記憶比較困難，如6－磷酸葡萄糖、ATP、乙酰CoA、NADH+H+、NAD-PH+H+等物質的來源和去路，全酶、酶的活性中心、酶原的激活、氧化磷酸化、底物水平磷酸化、三羧酸循環、脂肪酸的β-氧化、半保留復制、不對稱轉錄。老師課堂上可以通過引導學生設計思維導圖，先把總的章節框架勾畫出來，再補充具體內容，引領學生的思維，整理歸納，聯系整體，通過Flas或板書直觀表示。老師應當盡量在每次課、每一章，乃至整學期內容都繪制出相應的思維導圖，以突出教學的重點、難點，理清知識脈絡，幫助學生有效地回顧和復習。可以課前預習讓學生設計學習內容的思維導圖，小結也可以用課堂考試形式，讓學生自己繪出內容圖，或者布置課后作業讓學生自己選擇動態反應，如三羧酸循環制作Flas，并進行課堂展示，考查學生歸納記憶、理解掌握知識的能力。每章都進行小結，但每一部分的小結書寫的思路、側重點各不同，單元小結和課程小結在知識點的把握及知識體系的梳理及運用也有所不同，能較全面、客觀、公正反映學生的學習態度及綜合素質和創新能力。部分學生平時不認真學習，習慣于期末突擊應付考試，而小結模式可以較好預防這種現象的發生。

4虛擬實驗課堂的設計與實踐

所謂“自主設計式教學”，就是以自主設計為主的教學。具體說它是指教學過程是在教師的啟發誘導下，以學生獨立自主學習和合作討論為前提，以現行教材為基本探究內容，以學生周圍世界和生活實際為參照對象，為學生提供自由探究、討論、研究問題的一種教學形式。生物化學探究式虛擬實驗課堂教學的思路是以生物化學經典實驗為主線進行發散性拓展，根據課程理論內容，給出學生一些和實際生活相關的小課題，由學生自主學習、小組研討及班級交流等方式，培養學生的自主學習能力、創新能力、文獻閱讀能力、交流能力和團隊合作精神。在教師層面，教師根據實驗內容，引導設計虛擬實驗題目，指導學生研讀文獻、制作實驗流程并進行全班交流。在學生層面，學生根據興趣選擇實驗專題，自由組合成學習小組，在充分研讀文獻的基礎上，進行小組討論，制作PPT。允許學生自己組織課題小組、自主設計小課題，教師只作方向指導，給予一定經費支持。學生設計實驗流程，并給出具體實施過程，并在全班進行演講、答疑和討論［6］。自主設計實驗課堂，能夠提高學生學習能力、實踐能力、創新能力及一定的科學研究能力，有利于創新型人才的培養，可以改變傳統的實驗教學在學生能力培養方面只強調共性的發展而忽視個性發展的情況。通過設計虛擬實驗課堂，學生對實驗設計及原理有了更深刻的理解，養成獨立思考的習慣，首先對自己設計的實驗課堂進行展示，進而走進實驗室，從試劑配置到實驗操作，從設計實驗到進行具體實踐的過程，從理論到實踐，從各方面使自身得到鍛煉。老師在其中進行一些必要的指導，允許學生出現一定的錯誤，讓他們在實踐中成長更快。我們將生物化學實驗探究式教學按照預設計、設計階段、具體化、實驗階段、競賽階段等五個階段進行實施。①預設計:在任課老師理論課后，可以給出相應的與課堂內容有關的思路或者題目，讓學生課后思考。②設計:通過網絡圖書館等輔助查找資料，然后讓學生設計實驗，給出具體思路和實施過程。③具體化:通過設計虛擬實驗課堂，讓學生對實驗設計及原理有更深刻的理解，使其養成獨立思考的習慣、并對自己設計的實驗課堂進行展示。④實驗階段:虛擬課堂結束后，部分學生的課題經過導師指導可以繼續深入，讓學生進入實驗室進行實施，體會到自主學習的樂趣。⑤競賽階段:以此為依托組織一個專業的班級間進行比賽，乃至擴展到全校及其他學校進行，提高積極性，并給予獎勵。這期間教師需要引導、鼓勵同學申報省級乃至全國的創新項目實驗，不但參加課題研究，還要挖掘學生潛能，讓他們把實驗結果整理成論文。我校生物化學系已獲得部分成果。目前已有多人次獲得挑戰杯立項，以及國家及省級大學生創新創業項目，并順利完成本科畢業論文，還有部分學生的實驗正在進行中。在廣東省大學生挑戰杯比賽中，其中由多名學生共同完成的“近海紅樹林環境抗腫瘤細菌的篩選和鑒定”獲得廣東省大學生挑戰杯二等獎。由系老師指導同學的“一種快速、低成本的葉酸代謝障礙遺傳檢測方法的建立”以及“藥物代謝酶CYP2C19兩個主要突變等位基因聯合分型方法的建立”等課題獲得國家級、省級大學生創新創業訓練計劃項目。由學生撰寫的論文“一株抗腫瘤活性的紅樹林細菌的篩選及鑒定”在《河南科技大學自然科學學報》發表。這些實踐活動培養了學生的創新意識及團隊精神，促進其綜合實驗設計、分析能力的提高，使大學生動手能力和實踐技能得以提升。

5多元化考核

“一考定終身”的評價模式忽視平時學習的考核和能力的培養，既不能準確反映教學質量和效果，也無法測試學生真實的學習能力，更抹殺了學生主動的學習精神和創造能力［7］。適當的考核機制不僅可以科學地檢驗教學效果，同時也能強化學生的學習動機。課程考核不應只注重期末考試，而是應貫穿學習全過程。考核內容應充分體現所學知識和技能及運用這些知識和技能的能力，更重要的是考核分析問題、解決問題的能力和實事求是的科學態度。因此我們將生物化學課程的考核分為平時成績、章節小結、實驗考查和期末考試四部分，從上課出勤態度、課程預習情況、課程小結成績、課堂發言、任務完成表現、實驗動手、創新能力多方面進行考查，最后給出每個學生的綜合評價成績。

參考文獻:

［1］潘虹，呂紅，吳立連．一般本科醫學院校PBL教學模式的思考

［J］．中國高等醫學教育，2009，(5):105－106．

［2］李月英，胡海濤，王唯析，等．加強綜合管理提高留學生教學質量［J］．西北醫學教育，2005，13(6):681．

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［4］楊澤民，林靜，楊小蓉，等．3種方法對酸刺激前后唾液淀粉酶活性及其活性比值檢測的影響［J］．國際檢驗醫學雜志，2015，36(11):1488－1490．

［5］黃亞玲，鄭孝清，金潤銘，等．PBL教學模式探索［J］．醫學與社會，2005，18(6):56－57．

［6］楊志偉，張瑋瑋，陳志玲，等．生物化學探究式教學的設計和實施［J］．生命的化學，2013，33(1):105－108．

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[關鍵詞]計算機 材料科學 虛擬課題 教改方案

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2014）18-0159-02一、引言

在當今社會中，計算機在社會發展中顯示了其強有力的推動作用。隨著計算機技術的不斷發展壯大，計算機在材料科學中的應用也越發普遍和顯著，如信息檢索、數據分析和圖像處理、計算模擬、材料組分和結構分析等等。對大學高等教育而言，開設計算機在材料科學中的應用課程是為了讓學生初步掌握計算機在材料科學應用中的方法、步驟和應用領域等，從而促進專業課的學習。

結合我校高分子材料與工程專業的特點以及畢業生需進行的畢業設計環節，在高分子材料科學的學習研究過程中需要涉及多種軟件的應用，最基本的包括文獻檢索、實驗方案的設計、數據分析、圖形處理等等，而這些都離不開計算機技術。在書本式教育和多媒體PPT教育為基礎的理論教學模式下，教學效果并不是十分理想。在往屆的教學質量反饋中，多數學生反映單純的理論教學形式枯燥、效果不良，一旦涉及實際應用往往束手無策，其原因是眾多軟件的學了需要了解基本的理論知識外，更重要的是要反復的上機練習以熟悉各種軟件的操作，形成更為扎實的操作意識，而很多學生做不到這一點。因而如何更好的讓學生理解、吸收、掌握眾多軟件的基本操作并活用到今后的學習、科研或工作中，這是大學教育所要思考的地方。

教育部頒布的新課程標準明確提出了“提高科學素養，在課堂中開展探索性學習的理念，提倡通過探索式教學，培養學生的自主科學探索能力，加強學生對科學本質的認識”。

二、教學方案的設計

（一）教學方法設計

為提高教學效果，在計算機在材料科學中的應用這門課程中，首先將課堂搬到備有多媒體設備的機房。多媒體技術具有良好的直觀性、形象性和趣味性等特點，是教學的一大幫手，能進一步將課堂內容的理論教學與實際操作同步進行，更好的讓學生學習、吸收課程內容。在課程設計中，引入虛擬課題作為教學方案，將多種軟件的使用和課題的研究思路結合起來，以課題研究思路為教學的基本大綱路線，按步驟在各個環節中引入所需的常用軟件，從而將計算機作為理論教學和實際應用的緩沖結合點，通過虛擬課題的方法將學生在課堂所學的理論知識融會貫通，為實際課題研究以及論文寫作奠定基礎。

（二）教學內容設計

課程規劃上主要以虛擬課題的相關文獻為案例，通過探討課題的研究思路和方法，研究過程中所需要處理的問題等，循序漸進，逐漸介紹文獻檢索、實驗設計（chemical office）、數據分析（IR，NMR）、圖形處理（Origin，Adobe Photoshop）等等，為畢業論文的展開做鋪墊。教學內容具體如下：

1.首先確立學生所感興趣的研究方向或課題，并以此對學生進行簡單的分組，以方便后期進行更多的教學互動。在此過程中向學生介紹常見搜索引擎，如Google，Yahoo，百度等，這些常用搜索引擎可以較為方便的提供一定的信息。而常用數據庫，如中國知網（CNKI），萬方數據庫，ScienceDirect，RSC，ACS，Wiley-Blackwell等，借助簡單的檢索字段，包括Any Field（全文）、Title（篇名）、Abstract（文摘）、Author's Name（作者姓名）、Journal Title（期刊名稱）等可以檢索到相關研究論文文獻，讓學生帶著自身目的去學習、掌握、運用諸多數據庫進行文獻檢索。

2.當課題資料的收集結束之后，設想課題如何進行，設計一定的實驗方案。該過程中利用chemical office是較為普遍的一款應用軟件、可以滿足各種分子結構的設計、反應方程式的設計、基本示意圖的設計以及核磁結構的模擬分析。具體教學內容以虛擬課題中的文獻相關圖譜為案例，通過對文獻圖譜的剖析，讓教學更為直觀，同時上機模擬作圖，加深印象和增強操作熟練度，并且鼓勵設計新的設計路線，如反應合成路線、實驗基本示意圖等。

3.隨著課題探討的深入，課堂內容會不斷涉及結構分析表征，如IR，NMR等。在此，IR，NMR軟件的常規使用與分析，包括常見結構的特征峰和化學位移、峰值面積的積分比較等等都將成為基本的教學內容，讓學生盡可能的認識到在材料科學研究中結構分析的重要性。

4.在眾多的數據處理中，Origin由于功能強大，被公認為是最快、最靈活、使用最容易的工程繪圖軟件。因此教學中需要重點介紹Origin在數據處理中的應用。著重介紹各種圖譜，包括數據的調整、排序、計算，統計和曲線擬合，以及直線圖、散點圖、餅圖、柱狀圖、三維圖表的繪制。以虛擬課題中出現的文獻案例為教學案例，循序漸進，讓學生由簡入難，由粗到細。

5.隨著文獻的閱讀和自我作圖的實踐，學生會發現優秀文獻中的圖譜總是讓人賞心悅目。教學中通過與優秀文獻中圖片處理效果的對比，逐漸提高學生對數據處理的要求。Adobe Photoshop簡稱PS，使用其眾多的編修與繪圖工具，可以有效地進行圖片編輯工作。因而學會將PS的圖片處理功能運用到材料科學研究領域中則會使圖片效果大大提升，做到科學嚴謹又不失觀賞性。

6.當有了出色的研究成果之后，需要的便是如何更好的呈現自身的工作。為此，如何運用PPT技術制作一份精美的論文報告是展現成果的關鍵。鑒于計算機課程的普遍性，相信學生對簡單的PPT制作并不陌生，因而課程內容中轉為更高層次的PPT技術講解，包括論文報告型PPT的一般邏輯思路、PPT中的圖形制作、模板的設計、PPT的美化等等，讓學生能體會到PPT制作對論文結果報告的重要性，提高學生在PPT的制作上的布局和美化意識，為畢業設計環節的PPT制作提前做準備。

（三）實驗內容設計

針對常用化學軟件學習的實踐性、應用性較強的特點，我們將理論教學和實際上機操作設計成同步進行。而同步進行的教學模式能讓學生加深課堂印象，也更有利于學生及時發現自身在軟件操作應用上的盲區，因而能更好的將知識講解和動手操作相結合，起到以點帶面、強化應用的作用。如在講解chemical office作圖時，首先可以讓學生學習模仿，而后鼓勵學生自行設計，更深一步的讓學生去體驗挖掘chemical office中的作圖技巧。

三、教學方案特色

通過虛擬課題的引入，使得本文所提出的教學方案的特色在于：1.課程內容的確立有學生的參與，虛擬課題的選定由學生自主分組確定，逐漸讓學生主導課堂，教師則成為擺渡護航的角色；2.教學內容符合學生所需，為畢業設環節做鋪墊，課題內容設計上更有針對性；3.教學過程中時時刻刻充滿師生的互動，學生在自我的求知欲望下能更好的投入課程學習中，從而營造更好的教學氛圍，以便獲得更優的教學成果。

四、小結

本文結合自身專業特色，提出了基于虛擬課題的教學方案，目的在于讓教學更好的觸及學生所需要和學生所感興趣的領域，從而提高學生學習的興趣、專注度，同時將理論多媒體教學與實際上機操作同步進行，進一步提高課程教學的直觀性和趣味性，以期獲得更好的教學成果。總的來說，改善計算機在材料科學的應用課程的教學是一個系統的工程，對于高分子材料專業的學生來說，如何將計算機知識和高分子專業知識，以及自身所需有機地結合起來具有更加重要的意義。只有將三者有機結合，才能使學校教育真正滿足學生的需求，讓老師教得舒心，學生學得開心。再者，除去教學內容的不斷改善之外，教師對教學的投入度，對學生的關愛度也是教學成功的一個重大因素所在，因而不論是教學內容還是教學態度都將是我們應改善的地方。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 胡，楊明波.計算機在材料科學中應用課程教學設計[J].鑄造技術，2007（7）：991-993.

[2] 韓強，李濤，趙鳴，等.《計算機在材料科學中的應用》課程改革探討[J].內蒙古教育，2011：20-21.

[3] 竇立巖，汪麗梅.《高分子材料計算機應用基礎》課程改革和探索[J].科技信息，2011（23）：34-35.

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一課堂教學學時有限，不利于知識的拓展與掌握

1實驗課程學時有限，基本操作掌握困難

“藥物合成反應”課程由于課時壓縮等原因，是只有3個學分的一門課程，其中，平均30%的學時用于實驗教學，因此只有16學時的實驗學時，使得任課教師在安排實驗時，為了盡可能的多給學生創造動手機會，讓學生接觸更多的操作，只能安排3個比較系統的實驗，盡量使這3個實驗能包涵盡可能多的對藥物合成來說是必須的單元操作，如：蒸餾、回流、萃取、過濾，結晶等等。但是由于實驗課時有限，這些單元操作的注意事項和細節，教師沒有時間一一講授，因此需要學生在實驗課前做好預習工作，并要求在課后能有機會進一步鞏固。

2多媒體教學，學生忽略記筆記

目前，高等教育的人才培養質量越來越受到社會的廣泛關注，高校教師們也在不斷學習先進的教學理念、教學思想，希望能在教學活動中，充分調動學生的學習積極性，活躍課堂氣氛，拓寬學生思維等。因此在當今高校課堂教學中，多媒體的應用越來越廣泛，教學講義采用ppt，實驗操作采用影音資料，另外，網絡資源、flas等等普遍被用于課堂教學，這些高科技產品使現今的課堂氣氛不一樣了，學生也能更直觀更輕松的了解相關的知識點。但是，這些新的教學手段也有其不足之處，就是上課很輕松，但復習很困難。因為這些多媒體手段的應用學生容易理解，但短時間內很難掌握并牢記，而當學生同時接受視覺上、聽覺上的沖擊時，往往忽略了做筆記，或是注解，課后復習時就缺乏有效的資源和依據。

3立體化學知識要求較強的空間想象能力，難以掌握

“藥物合成反應”課程詳細講解了各種藥物在合成時涉及的各類反應，其中相當一部分是手性藥物，另外，即使是沒有手性的原料在進行反應時也很有可能內涉及立體化學的知識，因此，這要求學生具有一定的空間想象能力。為了使學生更好的掌握這些立體化學反應，便于學生掌握，教師往往采用flas為手段，用于描述反應的整個過程。這些動畫學生咋一看固然有趣易懂，但離真正的掌握甚至要能舉一反三，這在有限的課堂教學靠放一兩遍動畫是做不到的。

4重視課程知識點講解，缺乏基本技能的傳授

作為工科學生，創新思維的培養和動手能力的提高至關重要，對于生物工程、制藥工程這兩個專業的學生，化學知識是這兩個專業的基礎課程，而“藥物合成反應”課程就是一門以有機化學為基礎的專業課，其中涉及了數百個化學方程式，而對于如今這個計算機已經相當普及的年代，無論是學生要撰寫畢業論文也好，還是畢業后從事相關的專業崗位，撰寫論文、報告等等都需要他們能掌握方程式、結構式繪畫的專業軟件。另外，學生要更全面地掌握本專業的知識，除了學好課本中的內容以外，還應多看國內外本專業的研究論文、參考文獻等，因此如何查閱文獻也是工科學生必須掌握的一門技術。

5大學教學的特殊模式，缺乏師生交流平臺

剛進大學校門的一年級學生，往往不適應大學的教學方式，因為在大學里，教室不固定了，一門課程一星期只上1～2次課，教師或是班主任更是很少有機會能見面。許多教師也反映，與學生接觸的機會很少，雖然教師們很希望能有機會與學生交流，也做了很多努力，比如上課早些去教室，留下辦公室地址、電話方便學生聯系，組織召開學生座談會……但是老師們卻發現效果不明星，學生很少來答疑，座談會上也不愿說心里話。而如今網絡這個虛擬的世界卻可以提供一個可以讓人放下戒備的絕佳場所，比如：QQ群，博客，論壇等等，學生可以根據自己的情況選擇實名或是匿名，可以敞開心扉大膽地向老師提出自己心里的想法、意見和建議，這對于提高教師教學水平，加強師生交流，提升師生之間的感情是十分有利的，甚至可以緩解師生矛盾，增進相互理解。

上述情況，導致兩個專業的學生紛紛反映“藥物合成反應”課程難學難掌握，許多學生知道這門課程的重要性，迫切希望能掌握它，卻苦于沒有好的學習方法。因此，授課教師對“藥物合成反應”網絡課程進行了設計和建設，搭建了一個虛擬平臺，使之作為“藥物合成反應”課堂教學的延伸，在時間上、空間上拓展學生的學習機會，達到“教與學”雙贏的目的。

二網絡課程欄目設計

根據“藥物合成反應”的教學要求，同時考慮到該課程教與學方面存在的問題，在設計其網絡課程時包含了以下欄目：歡迎頁面，通知，課程簡介，教學大綱，教師簡介，授課教案，教學講義，演示實驗，作業，參考書目，課程輔助工具，討論版。具體為：

歡迎頁面：包括課程首頁、課程導航和課程首語。

課程通知：用于本課程日常運行過程中的各項事務性工作的公告和通知，如：上課地點，實驗室地點，預習、復習范圍，作業上交時間，考試時間地點等。

課程簡介：總體介紹本課程的教學目標、講授范圍、課程對象、應用范圍、學習基礎與方法以及教學指導。

教學大綱：分層次介紹本課程中每一章節要求學生了解、熟悉、掌握的不同知識點。

教師隊伍：主要介紹教學團隊的整體情況，課程負責人、主講教師的基本情況、專業方向，提供教師的個人信息、聯系方式，以便學生遇到學習問題時能及時聯系。

授課教案：電子教案是按照教學大綱要求編寫的，包括本課程每一節課時教師講授的教學目的、要求、課堂教學內容、學時數分配和教學方法等，為學生提供了明確的學習目標和必要的自學建議與指導。

授課講義：包括本課程所有教師上課時采用的多媒體課件，該課件是采用Powerpoint軟件編寫的，內容緊扣教學大綱和教學教案要求，突出重點和難點，學生可以在線點擊閱讀，也提供下載復習。特別是針對“藥物合成反應”課程特點，將抽象和難以理解的反應機理等采用Flash軟件制作成動畫的形式，有利于加強學生對反應過程的理解和對立體化學的空間想象力，非常適合學生復習掌握。

演示實驗：將本課程涉及的但學生沒有機會操作的一些單元操作制作成視頻作為演示實驗，將藥物合成系統實驗或是工業大規模生產的情況以虛擬實驗的形式進行模擬，以便學生有直觀的印象更容易掌握有關實驗操作和注意事項。

課程作業：主要針對課程教學過程中存在的重點、難點及教學特點進行構建，布置在網絡上并支持學生在線上交和提問，內容包括預習、復習內容、練習題、模擬卷等。以上內容學生均可下載到個人電腦，隨時隨地進行學習。

參考書目：列出與本課程相關的書目，促使學生多多借閱以便更系統地掌握課程內容。

課程輔助工具：向學生提供課程學習過程中需要用到的一些學習工具，如：文獻閱讀、播放Flash、播放演示實驗、畫結構圖的軟件等等；

討論版：用于學生和教師之間、學生與學生之間的在線交流、溝通和對話，是實現師生互動的最重要的欄目。此欄目包括教學專題論壇、問題在線答疑、學習難點分析、學習方法交流等。學生在這里可以匿名或實名發帖，互相之間交流學習心得，也可以向任課老師提出問題、進行咨詢，更可以提出對教師在本課程講授方面的意見和建議等，要求任課老師定期上線回復學生問題。

除此之外，該平臺還可實現和學院生物與制藥工程實驗示范中心的實驗教學與實驗室管理信息平臺的超鏈接，通過此平臺，學生可申請參與教師科研，也可為自行設計的實驗尋求指導老師，有利于培養學生的科研思維和動手能力。

總之，網絡課程的建設，彌補了由于課堂教學學時有限等引起的種種問題，打破了時間和空間的限制，使學生能在更輕松、更自由的環境下學習，更能吸引他們的視線，極大地激發了學生學習的興趣。學生在主動參與網絡課程學習的同時，在網絡虛擬技術、人文熏陶和文化氛圍等方面的培養也得到了更好的提高。

參考文獻

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[2]徐肖邢，翟春，尹凡，等.“儀器分析”網絡課程的建設及實踐應用[J].中國電力教育，2011，14：96-97.

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[6]劉名卓，劉名海.網絡課程可用性質量的衡量與評估[J].中國遠程教育，2011，4：27-31.

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[關鍵詞]游戲性；游戲性元素；系統動力學；虛擬實驗

[中圖分類號]G40-057　[文獻標識碼]A　[論文編號]1009－8097(2012)05－0116-05引言

電腦游戲與網絡游戲的不斷發展并被應用于企業、教育、軍事、科學以及醫學領域。目前的虛擬實驗無論是設計方面還是開發方面，大多數都只是將實驗器材遷移至計算機中來實現，單純地追求實驗的仿真，而不是從學習者的角度考慮其學習效果。建構主義學習理論指出：“清境”、“協作”、“會話”和“意義建構”是學習環境中的四大要素，一個自由而充滿趣味性的虛擬環境對學習者的學習效果有著至關重要的影響，而游戲性虛擬實驗的構建則是實現這一效果的一個有效途徑。游戲性元素的融入對于學習者學習環境的改善以及知識建構、深層次理解都起著促進的作用，并且吸引著學習者愉悅地解決問題。由此可見，游戲性元素的注入需要運用游戲策劃、設計方法和實現的技術的結合來表現一個完整實驗環境的設計，這并不是簡單的添加，構建模型可以把復雜的問題清晰的表達出來，使理論的各組成部分可視化并得到檢驗。利用模型構建的方法不僅幫助學習者理解形成問題的影響因素之間復雜的相互關系，還給指導者提供了評估學生們理解問題的外在表征。系統動力學建模工具Stella軟件具備強大的建模環境和簡便的操作方法，以此技術建模可以清晰的揭示出游戲性與虛擬實驗二者之間的融合，為虛擬實驗設計研究提供一種新的方法。一　相關理論

1　游戲性的內涵

“游戲性”來源于英文“Gameplay”，在中文中，“游戲性”可以被籠統地理解為“游戲的核心性質”；但在英文中，“游戲性”(Gameplay)可以指“游戲的具體操作方法”和“游戲的抽象趣味整體”等雙重含義。游戲性并不等同于“游戲的性質”，游戲具有極為多樣的屬性，游戲性就是當排除畫面、聲音、劇情等因素的刺激所帶給玩家的樂趣。游戲性元素包括沉浸、情節、扮演、競爭、任務、動作、益智、成長、管理、創造、探索以及群聚元素，然而虛擬實驗的宗旨是教學，它不同于游戲的宗旨，因此在引入這些游戲性元素時，必然有所刪減。融入游戲性元素的根本目的在于增強和提高學習者操作、探索和挖掘的樂趣以及研究和練習的樂趣。

在游戲性虛擬實驗中各游戲性元素的概念內涵包括以下八個方面的內容：①沉浸元素，通過物理方式或者想象進入到一個與通常環境不同的場景。②情節元素，按照因果邏輯或意義邏輯組織起來的一系列事件。③扮演元素，有意識地假扮某一特定角色，并從該角色的處境和場合出發，進行思考、表達和活動的方式。④任務元素，某個需要被完成的既定目標。⑤動作元素，實時付出行動的身體運動。⑥成長元素，成長是指由低級或簡單形態向較高級或復雜形態發展，或者在數量、價值或力量上的增長。在角色扮演游戲中多表現為升級和裝備提升。⑦管理元素，管理元素包含兩個層面的意義：第一是促進游戲者的管理性思維的發展，鼓勵游戲者運用策略和部署來游戲；第二是將游戲者處于一種較高的管理位置，讓游戲者體驗擁有權勢和掌控大局的樂趣。⑧群聚元素，“把兩個及其以上的玩家聚集在一起的狀態就是群聚的形式”。

2　游戲性虛擬實驗的特點

在游戲業初見端倪的歐美自上世紀80年代初，最早全面論述游戲動機的學者是Malone，通過對已有游戲的一系列的觀察，對大量玩家訪談，Malone(1980年)總結出三個主要的讓視頻游戲使人更快樂的因素：挑戰、幻想和好奇。在2002年，Garris等人認為：幻想、規則、目的、感官刺激、挑戰、神秘和控制是游戲的六個動機特征組件。Asgari與Kaufman(2004年)在前人研究的基礎上，認為游戲的動機組件是：交互、競爭、控制、幻想、好奇、挑戰與反饋。

游戲既有行為層面的游戲，也有心理層面的游戲。將游戲的內在品質融入虛擬實驗中來，更能提高和豐富學習者的學習興趣和學習效率，有更廣泛的意義。游戲性虛擬實驗設計應著重從學習者的心理層面和行為層面兩個方面考慮：

(1)心理層面包括愉悅性和自由性，解決這一層面的問題，可以考慮將游戲中沉浸元素、情節元素、任務元素加入到虛擬實驗的設計中來，以解決這一層面學習者學習的愉悅性和自由性等問題。

(2)行為層面包括規則性、表演性、體驗性和對話性。在行為層面中，將管理、扮演、動作元素加入游戲性虛擬實驗的設計中，解決學習者行為層面的需求。游戲性虛擬實驗的開發要以學習者為主導，其目的是提高和優化學習者學習的學習興趣和學習效率，促進學生對實驗中的理論知識的深入理解，鍛煉學生主動探索和學習的能力。

總之，游戲性虛擬實驗不是虛擬實驗與游戲的簡單融合，需要虛擬實驗開發與設計人員接納游戲的本質理念與相關元素，掌握虛擬實驗的技術開發工具，發揮自身的實踐智慧，運用游戲策劃和設計的方法與技術表達虛擬實驗設計，然后，讓學習者主動投入到學習活動中，在參與“游戲”的過程中完成學習。二　游戲性虛擬實驗系統動力學的模型結構

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【關鍵詞】 高職; 會計電算化專業; 人才培養模式

針對高職會計類專業學生不同程度地存在著學歷證書與職業證書培養“兩張皮”、實踐能力和綜合素養欠缺的現象,山東商業職業技術學院于2004年開始研究和實踐“課證深度融合、四環雙軌遞進”工學結合人才培養模式,取得了顯著的成效。

一、“課證深度融合、四環雙軌遞進”人才培養模式的內涵

“課證深度融合”是指把會計人員國家職業標準所對應的知識、技能和素質要求貫穿于會計電算化專業核心課程中,系統地形成基于會計核算與財務管理工作過程的課證融合課程體系,將職業證書考試大綱與專業教學大綱相銜接,做到課程與工作過程融合,課程與職業證書融合,實現教學與職業能力要求“零距離”。

“四環雙軌遞進”是指建立系統化的實踐教學體系,通過“基礎技能實訓崗位虛擬實訓會計綜合實訓企業頂崗實習(含畢業論文)”四個主要實踐教學環節,采取會計手工處理能力訓練和計算機網絡環境下信息化處理能力訓練“雙軌”并行方式,“遞進”式全面提高學生綜合職業能力。

二、“課證深度融合、四環雙軌遞進”人才培養模式實施框架

(一)創建工作過程系統化的課程體系

通過多次深入企業調研,召開實踐專家研討會,根據會計核算與財務管理崗位群的工作過程進行工作任務分析,明確了各工作過程中典型工作任務,并明確了完成這些工作任務需具備的職業素質和職業能力,形成了會計職業崗位群工作任務分析表。根據能力復雜程度整合典型工作任務形成綜合能力領域(行動領域),根據認知及職業成長規律遞進重構行動領域轉換為學習領域課程,整個課程體系由基礎學習領域、專業學習領域、拓展學習領域和綜合素質培養四部分組成。專業學習領域采用行動導向教學模式,理論與實踐教學一體化,如圖1。

(二)課程教學內容與會計職業證書深度融合,職業證書計入學分

會計電算化專業通過相關專業課程學習應同時取得珠算證書、會計從業資格證書、助理會計師證書、會計電算化證書等職業資格證書,并通過校內外實踐取得學校和企業共同頒發的會計崗位技能鑒定證書、企業工作經歷證書,學生通過努力可拓展取得會計師證書、注冊會計師證書、信息化工程師證書。職業證書計入學分,實現與相關課程學分互認,如圖2。

(三)建立系統化的實踐教學體系和實踐教學平臺,手工與計算機模擬雙軌并行,改進畢業論文撰寫方式

構建了“基礎技能實訓崗位虛擬實訓會計綜合實訓企業頂崗實習(含畢業論文)”系統化的實踐教學體系,搭建了與實踐教學方式相適應的實踐教學平臺,模擬企業內外部職業環境分崗位角色進行混崗、輪崗實訓。在實踐組織方式上采取手工和計算機模擬雙軌并行的方式,強化實踐能力、學習能力、溝通協調能力和創新能力培養。

改進畢業論文撰寫方式,將畢業論文融入校外頂崗實習過程中。論文分“企業簡介、實習崗位流程、存在的問題、改進辦法”四部分,有效地改進了畢業論文質量不高、抄襲現象嚴重的問題。由專業教師擔任畢業班班主任,將企業頂崗實習、畢業論文、就業指導和班主任工作完全結合起來,實行一條線包干管理,教導合一,責任明確,便于學生實習就業,如圖3。

(四)將齊魯文化和魯商精神滲透到學生綜合素質培養的全過程

構建一個計劃,優化兩個環境,連續三年不斷線,建設四個平臺,形成以齊魯文化為底蘊的職業素質教育體系,強化學生綜合素質的培養,如圖4。

三、實施效果

“課證深度融合、四環雙軌遞進”人才培養模式已在我校會計電算化及相關專業4 000多名學生中實施,學生滿意度和就業能力明顯增強,近四年畢業生雙證書率達99%,畢業生初次就業率高達99%以上,每屆畢業生都被山東銀座和建設銀行等企事業單位提前一年預訂300多人,專業招生報到率高達170%以上,錄取最低分數達濟南市本科三批線,學生在全國大賽中屢獲佳績。

我校會計電算化專業也取得了系列化成果,先后被確定為山東省教學改革試點專業、國家示范院校中央財政重點建設專業、山東省品牌專業。該專業有2門課程被評為國家精品課程,3門課程被評為山東省精品課程,主編國家“十一五”規劃教材3部,主編國家精品教材1部,獲山東省教學成果獎1項。

【參考文獻】

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關鍵詞:環境工程;虛擬仿真;平臺建設

為加快提高本科教育質量，2019年底教育部辦公廳公布了2019年度國家級和省級一流本科專業建設點名單，認定首批4054個國家級一流本科專業建設點和6210個省級一流本科專業建設點［1］。作為進入榜單的省級一流環境工程專業建設點，需要進一步加強專業建設，持續提升本專業內涵和建設水平，發揮一流專業的示范領跑作用，培養本專業一流人才，為學校“雙一流”建設奠定堅實基礎。

1虛擬仿真實驗平臺建設意義

國家《教育信息化十年發展規劃(2011—2020)年》提出深入推進信息技術與高等教育實驗的深度融合，將實驗信息化作為高等教育系統性變革的內生變量［2］，以高質量實驗助推高等教育質量變軌超車，對培養高素質人才，建設高等教育強國，具有十分重要的意義［3］。虛擬仿真實驗平臺依托虛擬現實和人機交互等技術，使學生在虛擬場景中開展實驗和實踐［4］。虛擬仿真實驗中心建設任務是實現真實實驗不具備或難以完成的功能，在涉及高危或極端的環境、不可逆的操作，高消耗、高成本、大型訓練等情況時，提供可靠、安全和經濟的實驗項目［5］。虛擬仿真實驗中心建設應充分體現虛實結合、能實不虛的原則［6］。

2建設思路

以環境工程省一流專業建設為契機，武漢工商學院環境與生物工程虛擬仿真實驗中心以開源共享、在線學習的信息化方式推進我校化學和污水處理類改革，以實驗、開放的思想推動化學和污水處理類教育更新;充分利用新媒體技術和互聯網平臺，創建開放共享平臺，回應全媒體大數據時代對于“終身學習”的需求［8］。虛擬仿真實驗平臺建設以學生為中心，平臺全天候開放，以線上線下交互學習的模式，將化學和污水處理類相關理論課、實驗課、課程設計和污水處理廠生產實習等環節，與仿真實驗互通交叉進行。在傳統課堂中，學生學習的知識理論性強，理解扁平化，通過在直觀、可視的虛擬仿真實驗項目中實施設計實踐、構思實現、運行操作、問題解決過程，增加學習的趣味性，學生對理論知識的感性認識不斷增強，對設計理念的掌握運用逐步熟練，對知識結構的建立形成持續完善，實現對專業知識體系理解的“理性—感性—理性”螺旋提升，強化學生的問題分析解決能力、綜合設計能力、實踐創新能力。

3建設措施

3．1開發與利用實驗資源

依托虛擬仿真技術研發公司提供的虛擬仿真產品及相關技術支持，項目用于學校虛擬仿真實驗，并持續開發拓展項目內容及功能;充分發揮工程技術企業和信息技術企業在虛擬仿真實驗項目中的積極作用，創新才人培養模式，強化大學生綜合能力訓練，培養適合創新性國家建設的應用型創新人才。湖北君集水處理公司是學校合作企業，為實驗項目提供了大量的專業實驗設備、技術支持和經費支持。持續開發獨立自主知識產權《污水處理工藝虛擬仿真實驗》軟件作為課程推進的新動力。虛擬仿真實驗平臺建設涵蓋四個模塊:化學水質檢測仿真實驗室(含COD、BOD、總磷、總氮和污泥的仿真實驗，包含演示，可用于預習，見圖1)，污水處理廠3D仿真培訓(可用于學生認知仿真實習或企業入職培訓，見圖2)，污水處理工藝設計(見圖3)和仿真污水處理廠運行(見圖4)。每個模塊化單元有其參數設置和設計計算等。

3．2建設化學和污水處理虛擬仿真實驗網絡共享平臺

3．2．1建設門戶網站實現網絡共享門戶網站作為虛擬仿真實驗網絡平臺數據庫系統的網絡入口，各模塊包括首頁，項目描述，項目團隊，網絡相關要求等，首頁涵蓋通知公告、相關視頻、虛擬仿真平臺和仿真軟件展示等。通知公告便于師生及時掌握本行業相關賽事和講座信息;相關視頻有實驗室安全知識講座、科技治污、各種宣傳片等;網絡平臺支持學生開展專業討論、在線共享學習資料等，承擔隨時學習等功能［7］。污水處理仿真實驗是在線開放共享的，進入實驗時可以選擇不同的角色，實現對用戶的分級管理，主要包括專家、教師和學生，不同級別用戶享有不同的使用權限，用以提高網絡的安全性［8］。3．2．2實現虛擬仿真實驗管理平臺功能虛擬仿真實驗項目構架及研發技術:通過3D仿真技術實現虛擬仿真。3D引擎在Windows平臺下通過DirectX技術實現3D渲染。通過骨骼動畫、關鍵幀和序列幀動畫制作3D動畫。通過計算機圖形學(實時陰影，光照貼圖，凹凸貼圖等)和計算幾何學(碰撞檢測、射線檢測、剛體、流體模擬等)等實現現象仿真。通過后臺模塊化模型的搭建和鏈接實現數據仿真。開發工具采用Unity3d作為3D引擎，采用C#語言并通過VisualStudio工具進行程序開發。通過SVN，MicrosoftProject等工具進行程序版本控制和項目管理。虛擬仿真管理平臺的開發語言是JAVA，開發工具是Eclipse跨平臺的自由集成開發環境(IDE)。服務器硬件設有專人專管，部署在實驗室核心機房;制定了虛擬仿真平臺維護流程要求及維護記錄，安排專人與歐倍爾公司對接并將軟件持續改進。虛擬仿真實驗平臺涵蓋對實驗平臺的后臺維護人員和各類基礎信息進行初始化、數據維護和功能設置，具體包括仿真程序教師端和仿真程序管理平臺，仿真程序教師端包括學員管理和考試管理，仿真程序管理平臺包括運維管理和部署管理。學員管理包括設置教師和學生的基本信息，包括實驗安排、實驗結果存儲上傳與數據分析、實驗操作評價、實驗報告成績、實驗課程成績管理等功能;部署管理包括資料庫、實驗交流、實驗過程管理、和在線答疑等部分［7］。

3．3建立和完善實驗與科研隊伍的培養制度

著力規范和加強教職工培訓管理工作，明確按照學校建設發展的需要，“統籌規劃、合理安排”的基本原則，采用校內與校外、國內與國外培訓相結合，形式多樣、有針對性、注重實效的方式來加強培訓工作，確保建立起一支高水平的實驗與科研隊伍。大力支持從事實驗與科研隊伍人員相互學習、相互促進、共同提高，研究成果和發表的相關論文及編寫的實驗教材與同類科研成果一樣享受各種獎勵。擔任有實驗教學課程的新教師和實驗技術人員上崗前必須經過培訓，過好實踐教學關，熟悉實驗室環境，了解掌握儀器設備性能和操作使用方法，掌握實驗教學軟件的運用，認真備課，撰寫指導實驗的教案。同時，在指導實驗前必須完成預備實驗，進行試講、試做，提供講稿、試做記錄，經系、實驗中心負責人組織審查確認后可進行實驗教學和指導實驗。

4應用情況

4．1學科競賽

2020年第46屆世界技能大賽水處理技術項目交流賽(武漢)由武漢工商學院承辦［9］，結合疫情防控相關要求，虛擬仿真平臺模塊是其中5個考試模塊之一，占總成績的10%，每個模塊的設置充分考驗選手設備安裝能力、操作熟練程度、實驗進程把握能力，以及界定、探索、解決不確定性問題的能力;2020年第46屆世界技能大賽水處理技術項目湖北省線上集訓也采用了虛擬仿真平臺，并且向參加的14所院校52名學生和10余名教練介紹和推薦了本校自主開發的虛擬仿真軟件;2020年第46屆世界技能大賽湖北省選拔賽水處理技術項目正式比賽中［10］，武漢工商學院學子分別取得了第一名和第二名的好成績。

4．2實驗和實踐教學

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驗證性實驗強調證明科學事實、概念、理論的活動，通過完整的實驗框架和實驗過程的完成，重新驗證實驗結果是否達到原理所描述，目的重在使學生理解和掌握這個實驗，以達到熟悉生物相關原理的目的。一般常規是通過介紹相關原理，回顧重要的概念，再介紹實驗步驟分析實驗結果，提出注意事項，或針對學生普遍容易出現錯誤的實驗操作進行示范，最后引導學生科學結論驗證。

驗證性虛擬實驗教學過程

(1)驗證性虛擬實驗網頁組成驗證性虛擬生物化學實驗室的網頁頁面由圖1所示。(2)實驗例證基因體外擴增技術(PCR實驗)①原理:先圖示或動畫PCR原理、過程和應用，并解釋相關概念，包括引物、DNA聚合酶、核苷酸、模板等基本概念。②樣品、材料準備:包括相關試劑、PCR儀、手套、無菌操作臺、槍、槍頭等，并配上相關圖片。③PCR擴增:包含PCR過程、結果，用動畫和圖片，充分讓學生了解其原理和過程。④PCR結果檢測:對出現的結果分別進行分析。有單一條帶是表明PCR是特異性擴增，無條帶可能是什么原因，條帶不單一可能是什么原因，每一結果都用不同的圖片來顯示給實驗者，讓學生在虛擬情況下就能分析實驗結果。用虛擬PCR儀代替傳統儀器來進行數據處理，觀察和分析實驗結果，結合實驗圖片或動畫將每個步驟的過程展現給實驗者，把每個步驟中容易出錯的部分給標記出來，并對實驗的不同結果進行分析，這樣能有效地幫助學生理解問題并對錯誤操作有感性認識。

綜合性虛擬實驗教學組成

虛擬實驗室也可增加綜合性實驗。在虛擬實驗室中，嘗試用已有的報道的研究資料作為綜合實驗的來源。將生物實驗研究的學習置于探究的背景下，將綜合性實驗已有報道看成“問題是什么”，“用何種實驗能回答這個問題”，“如何設計實驗進行驗證”，也就是“What?How?Why?”從而重視在探究過程中獲得綜合素質的提高，使科學知識能在不斷的設問中得到升華。(1)綜合性虛擬實驗網頁組成本實驗室所作的綜合性實驗網頁如圖2所示。其中研究文獻包括本實驗的研究報告及相關文獻。綜合性實驗還可通過讓學生自由選題，設定實驗方案后，利用虛擬儀器進行實驗，并作出結果預測，從而來提高學生的創新和科研能力。(2)實驗例證研究干旱對植物抗氧化酶的影響［6］。①寫出本實驗的研究背景，研究目的。首先闡明植物受不良外因影響后，會出現的各種現象。研究干旱地方植物抗旱生理生化狀況，對干旱地方植被恢復奠定良好的理論基礎。開展植物抗旱的生理抗(耐)性機理能為植物物種栽培提供依據。②列出實驗的假設，并據此設計實驗過程。植物在不良環境，會出現相應生理生化變化，測定相應氣體交換參數，測定相關的抗氧化酶的活性變化。各種抗氧化酶在生物體中的作用，并分別寫出相關酶的測定方法。③結果分析。對不同狀態下的結果進行分析。④后續實驗的進一步完善。對實驗證明不完善的地方加以分析，并提出完善的方法，運用多種實驗方法加以改進研究。本實驗則可以在測定生理生化變化后，進一步進行基因表達的研究，檢測不同條件下基因表達的變化。再將相關的文獻附上［7－9］，即可讓學生明白研究具體課題的一個基本步驟，為其今后的科研打下良好的實驗基礎。本實驗室的綜合性實驗包括植物的抗氧化酶研究、內生菌的抗菌物質提取、多糖的抗腫瘤研究等8個實驗。這些實驗，通過選取不同的實驗材料，采用不同的實驗方法，讓學生對科學研究的過程有一個深入的了解，能彌補簡單的獨立實驗不足，對學生今后的更進一步的深造打下堅實基礎，效果顯著。學生普遍反映對其生物化學知識有了深入的了解，并對科研論文有了基本認識，提高了學生畢業設計的實驗設計能力與實際動手能力。

虛擬實驗視頻

實驗視頻是通過現場錄制，展示實驗所需儀器、操作過程、實驗要點。通過視頻，教師進行詳細講解并作出示范，可給學生直觀認識，并在視頻中詳細指出實驗過程中易錯之處，對出現的不同結果進行分析實驗。大型精密儀器也可以在虛擬實驗室中全面展現，諸如基因測序儀、細胞流式儀、核磁共振等。學生還可掌握生物醫學中前沿實驗技術如酵母雙雜交技術和蛋白質雙向電泳。通過虛擬的過程了解其原理、操作條件、操作過程，在無消耗的情況下可節省資源、節約時間、節省場地，并可加深實驗認識，開拓視野，增強學生的動手能力。

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教師終身學習能力是指各級教師能夠有意識地、不斷地更新自己的知識體系和能力結構，不斷地學習各種最新的教育理論和技能，并能完成知識重新建構的過程，從而保證自己在飛速發展的社會環境中具有較強的職業能力的適應性。終身學習的能力既是社會發展對教師個人的要求，也是教育變革對教師職業角色提出的要求。終生學習的能力通常應包括: 終身學習的觀念、在職學習的能力、職業發展的設計與規劃的能力、自我評估能力等。終身學習的過程中有很多途徑和方法，既可以間斷地回到學校繼續學習，也可以求師訪友，還可以利用數字化學習環境進行自主學習，但由于現在生活工作節奏的加快，使得有些學習方式在現實中無法實現，數字化學習環境為終身學習提供了可能，如何順利地利用數字化學習環境開展數字化終身學習，也不是一件容易的事，學習者首先得具有在這種環境中進行終身學習的能力。本文主要探討在數字化學習環境下終身學習能力的培養問題。

1 數字化學習環境

1.1 什么是數字化學習環境通常來講，數字化學習環境就是包括數字化圖書館、互聯網網頁、各種數字化光盤和多媒體資料、網絡討論區 BBS 等在內的一種教育資源信息化的學習環境。信息技術教學應用環境的基礎是多媒體計算機和網絡化環境，其最基礎的是數字化的信息處理。因此，所謂信息化學習環境，也就是數字化的學習環境。這種學習環境，經過數字化信息處理具有信息顯示多媒體化、信息傳輸網絡化、信息處理智能化和教學環境虛擬化的特征。而信息技術的核心是計算機技術、通訊技術和網絡技術，所以整個數字化學習環境一般由設施、資源、平臺、通訊和工具等信息處理智能化，管理人性化，現實場景虛擬化組成。在這個學習環境中，知識的表征借助于計算機多媒體技術傾向于多媒體化。

1. 2 數字化學習環境的特點與相對傳統學習活動相比較，數字化學習環境有三個特點: 一是以協作學習和個體的自主學習為主要的學習形式; 二是共享的且豐富的網絡化學習資源，如電子百科、網上出版物、虛擬圖書館、網上數據庫、教育網站和電子論壇等; 三是在時間和空間上學習具有較大的自由性，突破了傳統學習的時空限制。

1. 2. 1 有豐富的網絡學習資源 數字化學習環境中信息量巨大，既有學習資源方面的，也有財經、新聞、軍事等，還有娛樂消遣方面的。在學習資源方面，各種專業、學科的各種課程學習資源也相當豐富。數字化學習環境是開放的，自由的。盡管在互聯網上信息繁雜，但都是分類設計存放的，并且各自有各自的數據庫，在網絡中搜索資料時，還會有多種功能強大的搜索引擎能幫助我們很快找到自己所需要的信息，不同的搜索引擎具有不同的特點，比如: 檢索學術論文，有中國期刊網、中國優秀博碩士學位論文全文數據庫等具有權威性的數據庫; 檢索某個問題的答案，可用百度、soso 等等。

1. 2. 2 以自主學習和協作學習為主 在數字化學習環境中學習，學習者的學習方式很大程度上是網絡環境下的自主學習，面對海量的學習資源，獲得知識方便快捷，根據自身學習的需要，選擇合適的內容進行自主學習。幾乎各個高校的教學質量工程中都了各種各樣的精品課程和教學資源，尤其是微課的出現與應用，為自主學習提供了更便利的條件。同時，還有很多大學在網絡平臺上建立了教學互動平臺，把現代數字化學習和傳統課堂教學以新的方式整合，為學習者提供了一個交流的空間，以利于學習者開展協作學習。

1. 2. 3 學習不受時空限制 因在數字化學習環境中網絡是開放的，資源是共享的，學習者的學習不像傳統學習那樣受這樣那樣的時空限制，學習者可以根據自己的時間和學習需求，自己安排學習規劃、學習地點和作息時間。他們可以利用博客、QQ、論壇、移動學習工具等介紹進度、交流心得、討論問題。盡管山川阻隔，時光飛逝，但在網絡上能搜索到不同地區、不同國家的不同時期的文化知識，真正的突破了時空限制。

2 終身學習能力終身學習是通過一個不斷的支持過程來發揮人類的潛能，它激勵并使人們有權利去獲得他們終身所需要的全部知識、價值、技能與理念。并在任何任務、情況和環境中有信心、有創造性和愉快地應用它們。終身學習能力的構成要素包括:

3 數字化環境中教師終身學習能力的培養策略通過以上分析數字化學習環境的特點及終身學習能力的構成要素可知，在開放的數字化學習環境中，學習是自由的、開放的，數字化學習的媒體具有網絡化的分布特性、形式的多樣性、獲取的便捷性、時效性等特點，數字化學習環境非常有利于終身學習的進行，同時對學習者也提出了更高要求。在數字化學習環境中進行終身學習，學習者的終身學習能力尤其重要。

3. 1 樹立終身學習的學習理念，培養學習者自主學習的能力終身學習已經改變了傳統學習中某個時期學習而終生受益的觀念，它強調人在一生中要不斷地學習，一直到老。需要每個人在知識、能力、思維、情感、價值、身體等各方面的協調一致，統一發展，從而實現人的全面發展的教育理念。自主學習能力要求學習者有主動學習的習慣，把學習看作是自己的一種需要和愿望，持之以恒地進行自主學習，并能夠進行自我監督、自我調節以使學習的效率更高、效果更好。相應的培養策略:1) 終身學習理念策略。通過網絡等媒體途徑，讓學習者感覺到面對各種競爭終身學習的重要性和迫切性，同時讓學習者知道學習是自己的事情，要把學習當作一種發自內心的、反映個體需要的活動，自覺地通過數字化學習環境等多種途徑培養鍛煉自己。2) 超越性策略。一個人只有意識到自己的不足，并且決心克服這些缺點，才可能產生學習的欲望和動力。而在科技、社會、經濟和人類都處于高速發展的今天任何人都不可能是完美無缺的。3) 主動性策略。培養學習者主動學習的習慣，并能主動調節自己的學習行為，以適應不同的學習需要。4) 毅力策略。學習是持之以恒的事情，培養學習者在遇到困難時不能放棄，多數人在自主終身學習時，不會很順利，會遇到各種各樣的困難和疑惑，遇到困難時能堅持不懈達到目的，完成學習任務。

3. 2 改變學習方式，培養學習者的適應數字化學習環境的能力隨著信息技術在生活、工作、教育教學各方面都得到了廣泛的應用，學習者的學習環境也在發生著巨大變化，各級各類教師們要想在實際工作中不斷地更新知識，就需要改變過去的學習方式，適應數字化學習環境。相應的培養策略:1) 全面發展策略。在學習者終身學習能力的培養過程中，要遵循全面發展的策略，知識的掌握不是教學的最終目的，要根據社會需要，以塑造學習者完美的人格為出發點，做到獲取能力與人格塑造同軌。2) 適應性策略。學習適應性策略是學習者改變學習方式，超越學習情境中的一些障礙或者克服困難與學習環境相吻合( 適應) 從而提高學習效果的能力，即學習的適應能力。數字化學習環境給學習者提供了大量的學習方式和方法，學習者可以結合自身的特點，選擇適合自己的方式方法。

3. 3 探求協作創新，培養學習者分析和解決問題的能力分析和解決問題的能力是指學習者對問題的想象、思維、判斷和解決等能力的綜合體現。相應的培養策略:1) 篩選策略。數字學習環境中各種信息量較大，既有正面的也有負面的，既有精辟的也有粗略的，這就要求學習者有辨別能力和篩選能力，做到去粗取精，去偽存真。2) 方法性策略。在終身學習中，知識的獲取和積累要求學習者不僅要學會，更重要的是要會學。在自主學習中尋求適合自己的學習方法，做到學前制定學習計劃、學中做好學習筆記、學后搞好復習小結并要反復練習鞏固等，并要有意識地把所學知識應用到實際工作和生活中。3) 探究性學習策略。在數字化學習環境下，學習者改變以往的學習方式，以解決問題為學習中心，通過多種途徑激發學習興趣，在學習知識的同時，讓學習者體驗參與探索研究，在體驗樂趣中學習知識、培養能力，了解學習與科研的相似過程，掌握科研的方法，領悟科研的精神。使學習活動成為一種自主的、愉快的、探索的創造過程。

3. 4 提高學習者的信息素養，培養學習者利用現代化學習工具的能力利用現代化學習工具進行學習是現代人學習時的必備能力。學習善于使用數字化環境學習。數字化環境中信息量大，選擇學習內容和方式，以及使用媒體進行學習都需要一定的信息技術技能。相應的培養措施:1) 技術策略。學習技術能力培養，包括應用網絡的能力和學習網絡的能力，網上的知識既有理論知識，也有操作方法，學生在學習的時候還要結合實踐，在實踐中去檢驗，然后消化變成自己的知識;2) 選擇策略。學習選擇能力培養，由于網絡資源非常豐富，但也有魚龍混雜、良莠不齊的現象，這就要求學生具有對信息判斷的能力，熟練運用學術數據資源庫和公共信息庫，并在網絡中尋找關鍵他人和關鍵群體，了解他們的知識動態，解決問題的思路，并適時同他們溝通。

3. 5 培養學習者組織管理能力在數字化環境下自主學習，人與人之間沒有直接的面對面的交流，要想讓學習更有趣味，還可以采用協作學習，在網絡中尋找同類學習者，或在虛擬學習社區、網絡研修平臺等與其他人一起開展一系列的學習活動。這就需要學習者要有較強的團體意識和人格魅力，能夠維持良好的人際關系，一定要重視培養自己的組織管理能力。相應的培養措施:1) 自我管理策略。管理別人，先要管好自己，提高自我管理能力，在學習中能抵制各種垃圾網絡信息，尋找優秀網絡教育資源。學會處理好學習的細節問題，做好自我管理。2)分享策略。在學習中及時與其他學習者共享優秀教育資源，分享學習心得，交流學習體會，在時間上要合理調配，及時處理學習者之間的同步與異步信息。

3. 6 加強實踐動手訓練，培養學習者的實際操作能力在數字化學習環境中要善于利用各種虛擬實驗條件進行實踐訓練，培養學習者實踐操作能力。在虛擬實驗環境中，學習者可以像在真實的環境中一樣借助于虛擬現實、仿真和多媒體等技術來實現實驗目的，所獲取的實驗數據及效果與在真實的實驗操作中一致，甚至更好。

3. 7 培養學習者的表達能力在數字化環境下進行自主學習或協作學習，學習者需借助各種平臺 QQ、BBS 等聊天工具或可張貼工具，采用文本、圖形、圖像、圖表、甚至是視音頻等媒體形式自己的學習結果、心得體會和實踐報告等，與其他學習者交流信息、表達思想感情，學習中的這些活動既是學習活動一個重要部分，同時它也提高了學習者的寫作能力、語言表達能力、圖形圖像處理能力、圖表數據表達能力等。

3. 8 培養學習者的創造能力創造和研究能力的培養需要學習者根據自己的實際情況及對知識的探究，自主地利用數字化學習環境尋找相應的知識，學習掌握新知識，進行更深層次的研究，利用數字化學習環境中豐富的教學資源，進行學習和實踐。總之，在培養學習者的終身學習能力時，要著眼于學生的未來，將學習放置在數字化學習環境中，因人而異，培養以適應每個人的暫時的和永久的學習需要。

篇10

關鍵詞：傳感器，發展，新趨勢

 

作為模擬人體感官的“電五官”（傳感器）是獵取所研究對象信息的“窗口”，它為系統提供賴以進行處理和決策所必須的對象信息，它是高度自動化系統乃至現代尖端技術必不可少的關鍵組成部分。未來的社會，將是充滿傳感器的世界。有人認為支配了傳感器技術，就能把握住新時代。因此，傳感器技術是21世紀人們在高新技術發展方面爭奪的一個制高點，各發達國家都將傳感器技術視為現代高新技術發展的關鍵。從20世紀80年代起，日本就將傳感器技術列為優先發展的高新技術之首，美國等西方國家也將此技術列為國家科技和國防技術發展的重點內容，我國從20世紀80年代以來也已將傳感器技術列入國家高新技術發展的重點。21世紀是人類全面進入信息化的時代，作為現代信息技術的三大支柱之一的傳感器技術必將有長足的發展。

“電五官”落后于“電腦”的現狀，已成為新型計算機的進一步開發和應用的一大障礙，傳感器的發展遠遠不能滿足計算機應用和開發的需要；許多有競爭力的新產品開發和卓有成效的技術改造，都離不開傳感器。如：工廠自動化中的柔性制造系統（FMS）、計算機集成制造系統（CIMS）、幾十萬千瓦的大型發電機組、連續生產的軋鋼生產線、無人駕駛的自動化汽車、多功能裝備指揮系統、直至宇宙飛船或各種探測器等等，其開發與傳感器密不可分；傳感器的應用提高了機器設備的自動化程度，提高了產量和質量，產生了巨大的經濟效應。同時，推動了科學技術的進步，促進了生產力的發展，產生了巨大的社會效應；傳感器普及于社會各個領域，從茫茫太空到浩瀚海洋、從各種復雜的工程系統到日常生活的衣食住行，將造成良好的銷售前景。這些都是傳感器技術發展的強大動力，隨著現代科學技術，特別是大規模集成電路技術的飛速發展和電腦的普及，傳感器在新的技術革命中的地位和作用將更為突出，一股競相開發和應用傳感器的熱潮已在世界范圍內掀起。

目前的傳感器，無論在數量上、質量上和功能上，遠遠不適應社會多方面發展的需要。當前，人們在充分利用先進的電子技術條件，研究和采用合適的外部電路以及最大限度地提高現有傳感器的性能價格比的同時，正在尋求傳感器技術發展的新途徑。特別是電子設計自動化（EDA）、計算機輔助制造（CAM）、計算機輔助測試（CAT）、數字信號處理（DSP）、專用集成電路（ASIC）及表面貼裝技術（SMT）等技術的發展，極大地加速了傳感器技術的發展。下面探討傳感器發展的新趨勢：

1．開發新型傳感器

鑒于傳感器的工作機理是基于物理學、化學等各種效應和定律，由此啟發人們進一步探索具有新效應的敏感材料，并以此研制出具有新原理的新型物性型傳感器，這是發展高性能、多功能、低成本和小型化傳感器的重要途徑。目前發展最迅速的新材料是半導體、陶瓷、光導纖維、磁性材料以及所謂的“智能材料”（如形狀記憶合金，具有自增殖功能的生物體材料等）。如日本夏普公司利用超導技術研制成功高溫超導磁傳感器，是傳感器技術的重大突破。其靈敏度比霍爾器件高，僅次于超導量子干涉器件，而其制造工藝遠比超導量子干涉器件簡單。它可用于磁成像技術，具有廣泛推廣價值。此外，當前控制材料性能的技術已取得長足的進步，不久的將來人們將可按照傳感要求來合成所需的材料。其中，利用量子力學諸效應研制的高靈敏閾傳感器，用來檢測極微信號，是傳感器發展的新方向之一。

2．結構型傳感器的發展

結構型傳感器主要向高穩定性、高可靠性和高精度方向發展。論文參考。目前，結構型傳感器在國防和工業控制等領域還大量使用，但其在原理、材料和結構形式等方面都不斷發生變化，并且向有源化方向發展，即將敏感元件和電路組裝在一起,減小裝置體積,提高信噪比和精度。結構型傳感器由于采用新結構、新材料和新工藝，可大幅提高傳感器的性能。如采用微細加工技術（半導體技術中氧化、光刻、擴散、沉積、平面電子工藝、各向異性腐蝕以及蒸鍍、濺射薄膜等加工工藝），可制造出各式各樣的新型傳感器。

3．傳感器的集成化和多功能化

傳感器的集成化分為傳感器本身的集成化和傳感器與后續電路的集成化。前者是在同一芯片上，或將眾多同一類型的單個傳感器件集成為一維線型、二維陣列（面）型傳感器，使傳感器的檢測參數由點到面到體多維圖像化，甚至能加上時序，變單參數檢測為多參數檢測；后者是將傳感器與調理、補償等電路集成一體化，使傳感器由單一的信號變換功能，擴展為兼有放大、運算、干擾補償等多功能——實現了橫向和縱向的多功能。如日本豐田研究所開發出同時檢測Na+、K+和H+等多種離子的傳感器。這種傳感器的芯片尺寸為2.5mm×0.5mm，僅用一滴液體，如一滴血液，即可同時快速檢測出其中Na+、K+和H+的濃度，對醫院臨床非常方便實用。

目前集成化傳感主要使用硅材料，它可以制作電路，又可制作磁敏、力敏、溫敏、光敏和離子敏器件。在制作敏感元件時要采用單硅的各向同性和各向異性腐蝕、等離子刻蝕 、離子注入等工藝，利用微機械加工技術在單晶硅上加工出各種彈性元件。當今，發達國家正在把傳感器與電路集成在一起進行研究。

4．傳感器的智能化

將傳統的傳感器和微處理器及相關電路組成一體化的結構，就是傳感器的智能化。智能傳感器具有自校準、自補償、自診斷、數據處理、雙向通信、信息存儲和記憶、數字信號輸出等功能。智能傳感器按其結構分為模塊式、混合式和集成式三種。模塊式智能傳感器是初級的，是由許多互相獨立的模塊組成，其集成度不高、體積較大，但比較實用；混合式智能傳感器是將傳感器、微處理器和信號處理電路制作在不同的芯片上。目前，其作為智能傳感器的主要類型而被廣泛應用；集成式智能傳感器是將一個或多個敏感元件與微處理器、信號處理電路集成在同一芯片上，其結構一般是三維器件（立體器件），具有類似于人的五官與大腦相結合的功能，并且智能化程度隨著集成化程度的提高而不斷提高。如美國圖尼爾公司的ST—3000型智能傳感器，采用半導體工藝，在同一芯片上制作CPU，EPROM和靜壓、壓差、溫度等三種敏感元件。論文參考。另外還有MEMS，MEMS通常是由傳感器、信息單元、執行器和通信/接口單元等組成。它可從需要觀測與控制的對象中獲取光、聲、壓力、溫度等信息，轉換成電信號并要求處理、提取信息，通過執行器對目標實施控制或顯示；同時，系統通過通信/接口單元以光、電或磁的形式與其它微系統保持信息聯系。

今后,隨著傳感器技術的發展,還將研制出更高級的集成式智能傳感器,它完全可以做到將檢測、邏輯和記憶等功能集成在一塊半導體芯片上。同時，冷卻部分也可以制作在立體電路中，利用帕耳帖效應使電路進行冷卻。目前，集成式智能傳感技術正在起飛，它勢必在未來的傳感器技術中發揮重要的作用。

5．傳感器的虛擬化和網絡化

5．1虛擬化。自20世紀90年代以來，一種全新概念“虛擬化”正獲得愈來愈廣泛的應用。虛擬傳感器是傳感器、計算機和軟件這三者的有機結合，構成軟硬結合、實虛共體的新一代傳感器。這種傳感器是基于計算機平臺并且完全通過軟件開發而成，利用軟件來建立傳感器模型、標定參數及標定模型，以實現最佳性能指標。如美國B＆K公司最近已開發一種基于軟件設置的TEDS型虛擬傳感器，其主要特點是每只傳感器都有唯一的產品序列號并附帶一張軟盤，軟盤上存儲著該傳感器進行標定的有關數據。使用時，傳感器通過數據采集器接至計算機，首先從計算機輸入該傳感器的產品序列號，再從軟盤上讀出有關數據，然后自動完成對傳感器的檢查，傳感器參數的讀取、傳感器設置和記錄工作。此外，專供開發虛擬傳感器產品的軟件工具也已面市了。

5．2網絡化。網絡傳感器是包含數字化傳感器、網絡接口和處理單元的新一代智能傳感器。這里講的網絡已不限于傳感器總線，還應包括現場總線、局域網和因特網。數字傳感器首先將被測參數轉換成數字量，再送給微處理器做數據處理，最后將測量結果傳輸給網絡，以便實現各傳感器之間、傳感器與執行器之間，傳感器與系統之間的數據交換及資源共享。

6．研究生物感官，開發仿生傳感器

大自然是生物傳感器的優秀設計師。它通過漫長的歲月，不僅造就了集多種感官于一身的人類本身，而且還設計了許許多多的功能奇特、性能高超的生物傳感器。如狗的嗅覺（靈敏閾為人的10 倍）；鳥的視覺（視力為人的8～50倍）；蝙蝠、海豚的聽覺（主動型生物雷達——超聲波傳感器）；蛇的接近覺（分辯率達0.001℃的紅外測溫傳感器）等等.這些生物的感官性能,是當今傳感器技術所望塵莫及的.研究它們的機理,開發仿生傳感器（包括視覺、聽覺、嗅覺、味覺、觸覺傳感器等）,也是引人注目的方向。目前只有視覺與觸覺傳感器得到了比較好的發展。

傳感器技術在廣泛應用于工業自動化、軍事國防和以宇宙開發為代表的尖端科學與工程等重要領域的同時，正以自己的巨大 力，向著與人們生活密切相關的方面滲透。論文參考。現代科學技術的飛速發展以及社會對高性能、高適用性傳感器的迫切需要，極大地推動了傳感器技術的發展。生物工程、醫療衛生、環境保護、安全防范、家用電器等方面的傳感器已層出不窮，并在日新月異地發展。我們有理由相信，傳感器這顆璀璨的明珠，必將放射出更加耀眼的光芒。

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