（一）运用“阶梯式”的培养模式，拓展不同年级学生的能力为了鼓励学生参加物流沙盘模拟训练，成立物流沙盘协会，采取团队的方式参与。具体组队的方法采用的是“阶梯式”，即由不同年级的学生参与进来。在专业教师的指导下，通过“阶梯式”的组队方式，高年级的学生由于很早就接触，有丰富的经验和专业知识，帮助低年级的学生，其组织协调能力、领导能力和表达能力都能得到锻炼，而低年级的学生能够很早就接触到专业知识，大大提高了学习的兴趣。
（二）通过沙盘模拟系统学习专业知识并拓展学生的知识体系物流系统是一个庞大而复杂的系统，学生在学习的过程中理解起来比较抽象，怎样能够让枯燥的专业知识更加生动地深入到每个学生的心里，是每一位专业教师在教学的过程中需要不断摸索的。通过物流沙盘的模拟，教师在指导的过程中结合物流沙盘中的角色和各环节阐述相应的理论知识，能够让物流系统的专业知识连贯的串通起来，深刻理解物流管理中的各个角色，涉及的各个环节。不仅如此，传统教育将知识体系划分成不同的专业方向，学生只能择其一而修，产生的专业壁垒严重地禁锢了学生的思维方式和发展空间，而沙盘模拟是对企业经营与运作管理的全方位重现，通过模拟实战，可以使学生在战略管理、财务管理、营销管理、生产与运作管理、物流管理、人力资源管理以及信息管理等方面的管理知识体系得到一次全面的、系统的梳理与总结。
（三）通过小组间对抗，调动学生积极性，提高学习的趣味性物流沙盘模拟跟现实世界是一样的，同样存在企业间的激烈竞争。通常将学生分为6~12个组代表不同的企业，每个企业5~6个人担任企业运营过程中的各个角色。整个物流市场上的业务量是一定的，每个企业怎样运作来尽可能地争取市场份额，使得本企业的利润最大化是每个企业运营的目标。为了达成这一目标，每个企业相互对抗和竞争，通过物流网点的设施、运输路线的选择进行科学的决策，充分调动学习的积极性，即使企业在运营的过程中遇到瓶颈也不轻易放弃，而是积极寻求解决的办法。
（四）培养团队合作精神沙盘模拟涉及到企业运营过程中的各个环节，不同环节间需要密切地配合。比如，对市场上业务需求量的预测，关系到怎样规划物流的设施设备以及提供服务的价格等。另外，由于物流系统在运作的过程中存在效益背反现象，当不同环节的利益发生冲突时，企业的管理者要站在战略的角度统筹规划，使物流系统的整体达到最优。因此，在模拟实训的过程中能够培养学生的团队合作精神，在团队中各司其职，相互沟通协调解决问题。
（五）提高了学生自我认识和自我定位的能力绝大多数学生在学校期间缺乏对自己的正确认识，不能进行正确地职业生涯规划。看似不起眼的沙盘模拟对抗赛，不仅展示出每个学生的专业技能，而且使每个学生的性格真实地呈现出来。从组建团队，到人员分工，是根据每个人能力的不同采取学生自愿自发竞聘上岗的形式。在经营的过程中，如果发现某个成员不称职或者不适合某一岗位，团队可以民主地进行重新调整和定位，使得每个人都能够找到最合适自己的岗位。通过沙盘模拟对抗，在老师的指导下，学生们学会了如何自我定位，对自己的性格和能力都有了正确的认识，可以少走弯路，制定出适合自己的职业生涯规划。
二、沙盘模拟的实训课程的教学创新
（一）教学方法创新沙盘模拟实训课程真正体现了体验式创新教学法，即在老师的帮助和指导下，学生自主地进行体验式和研究式的学习，进而提高自身的创新能力，最终形成创新人才的教学方法。其特点包括：第一，相互支持的学习环境。实训课程所创造的学习环境能够让学生互相帮助，相互信任。学生不仅能在过程中正确地认识自己，同时也同他人建立了彼此支持和帮助的良性互动关系；第二，以学生为中心，自主学习，并使之内化成为一种习惯，带到以后的生活和工作中去；第三，快速学习。在实训的过程中在快乐中学习，在错误中反思，不断强化记忆并且记忆深刻；第四，自我认识和肯定，在实训的过程中遇到困难的时候，学生们自己想办法克服和解决，在自己的岗位上尽最大的努力去完成任务。学生们会体会到前所未有的成就感和自我肯定，同时也学会了如何自我定位，对自己的性格和能力都有了正确的认识，迎接未来真正的挑战。
（二）教学手段创新沙盘模拟实训课程采用传统教学手段和现代教学手段相结合，形成一套融角色实训、情景式教学、自主学习和互动学习为一体的教学体系。例如，市场竞单时，每个企业为了以尽可能少的广告投入获得大批量的市场订单，抢占市场份额，市场营销总监必须准确地预测市场发展趋势，并利用商业间谍想办法了解竞争对手的动向，制定本企业的市场开拓和产品研发计划，确立并维护企业的市场地位，在必要时可能还会做退出某个市场的决策。
（三）教学内容创新首先，教学活动从以“教”为主体转变成以“学”为主体；其次，学生获取知识的内容从仅仅来自课堂和教师转变成既来自课堂和教师，同时也来自于课外和其他学生；最后，沙盘模拟实训的教学内容在非常注重对学生理论知识的传授同时还注重其与实践能力的紧密结合。
二、任务驱动型物流管理教学方法的应用
任务驱动式教学方法主要通过老师指定既定的目标而学生在学习过程中一切活动围绕目标而展开，带有强烈的目的性。让学生在自主学习的过程中不在盲目，学生因为有目标的存在而为了目标而努力和探索，而在这个探索的过程中又获得强烈的认同感以及成就感，这样的管理教学方式能够有效的激发学生的学习热情，让学生在学习过程中有一个发现问题、思考分析、问题解决的过程中，从而真正的提高学生自主学习以及创新学习的开拓精神。任务驱动的教学方式主要步骤为：任务设计——学生自主学习探索——结果评估——课后思考与拓展，四个步骤为和新的，老师通过科学合理的任务布置来控制课堂的教学节奏并激发学生的学习探索兴趣。在设计任务的过程中，首先要考虑到学生的认知能力以及学习特点，然后有针对性的设计具体的教学内容，难度不能太高，使学生遥不可及而失去兴趣，又不能太低，使学生简简单单就完成任务，这样又失去了应有的教学效果。只有难度适中，才能充分激发学生的钻研精神以及创造力。在实际教学过程中，可以首先将班级内的学生分为几组，每组成员最好少于5人，然后老师根据教学大纲设定相应的教学任务，但是不同组之间的教学任务也要进行一定的区分。比如，5人小组可以给予5个小任务，或者是2两个大任务，这些都可以根据实际教学情况进行适当的调整，但是务必要求学生全员参与，并且讨论的过程也要制定适当的规则，防止课堂教学过程中出现偏离主题的讨论，浪费教学时间，降低教学质量，但是规则的制定也不能够太死板，使得学生的讨论内容毫无新意，无法激发学生的学习热情，应该根据实际的教学情况来制定，避免教学进程过于死板。
材料的计算模拟研究是近年来飞速发展的一门新兴学科和交叉学科．它综合凝聚态物理学、理论化学、材料物理学和计算机算法等多个相关学科．它的目的是利用现代高速计算机，模拟材料的各种物理化学性质，深入理解材料从微观到宏观多个尺度的各类现象与性能，并对材料的结构和物性进行理论预言，从而达到设计和开发新材料的目的．材料的多尺度计算模拟方法主要有以下几种:
(1)第一性原理计算方法(First－principlesMethods)基于密度泛函理论的第一性原理计算方法是目前研究微观电子结构最主要的理论方法．第一性原理计算方法只用到普朗克常数(h)，玻尔兹曼常数(kB)，光速(c)，电子静态质量(m0)和电子电荷电量(e)这5个基本物理变量和研究体系的基本结构．从量子力学出发，通过数值求解薛定谔方程，计算材料的物理性质．在密度泛函理论，局域密度近似(LDA)和广义梯度近似(GGA)框架下的计算已广泛应用于第一性原理的电子结构研究中，并已经取得很大的成功．结合一些能带结构计算的方法，对于半导体和一些金属基态性质，如晶格常数，晶体结合能，晶体力学性质都能够给出与实验符合得很好的结果，同时能够比较精确地描述很多体系的电子结构(如能带结构、电子态密度、电荷密度、差分电荷密度和键布局等)、光学性质(介电函数、复折射率、光吸收系数、反射光谱及光电导等)和磁性质，从微观理论角度分析和揭示材料物理性质的起源，使实验者主动对材料进行结构和功能的控制，以便按照需求制备新材料．
(2)分子动力学方法(MolecularDynamicsMethods)分子动力学是一种确定性方法，是按照该体系内部的内禀动力学规律来确定位形的转变，跟踪系统中每个粒子的个体运动，然后根据统计物理规律，给出微观量(分子的坐标、速度)与宏观可观测量(压力、温度、比热容、弹性模量等)的关系来研究材料性能的一种方法[5]．分子动力学方法首先需要建立系统内一组分子的运动方程，通过求解所有分子的运动方程，来研究该体系与微观量相关的基本过程．对于这种多体问题的严格求解，需要建立并求解体系的薛定谔方程．根据波恩－奥本海默近似，将电子的运动与原子核的运动分开来处理，电子的运动利用量子力学的方法处理，而原子核的运动则使用经典动力学方法处理．此时原子核的运动满足经典力学规律，用牛顿定律来描述，这对于大多数材料来说是一个很好的近似．只有处理一些较轻的原子和分子的平动、转动或振动频率γ满足hγ＞kBT时，才需要考虑量子效应．
(3)蒙特卡洛方法(MonteCarloMethods)蒙特卡洛方法是在简单的理论准则基础上(如简单的物质与物质或者物质与环境相互作用)，采用反复随机抽样的手段，解决复杂系统的问题．该方法采用随机抽样的手法，可以模拟对象的概率与统计的问题．通过设计适当的概率模型，该方法还可以解决确定性问题，如定积分等．随着计算机的迅速发展，蒙特卡洛方法已在材料、固体物理、应用物理、化学等领域得到广泛的应用[6]．蒙特卡洛方法可以通过随机抽样的方法模拟材料构成基本粒子原子和分子的状态，省去量子力学和分子动力学的复杂计算，可以模拟很大的体系．结合统计物理的方法，蒙特卡洛方法能够建立基本粒子的状态与材料宏观性能的关系，是研究材料性能及其影响因素的本质的重要手段．
材料专业引入计算模拟教学的探索
材料计算的目的在于理解和发现新的材料性能及其物理本质．计算已经与实验和形式理论一样成为材料研究的3大支柱之一．为学生将来能够有更高的起点研究材料科学，适应新形势下材料研究方法，培养具有宽广材料科学基础，掌握材料现代研究手段的“宽口径、厚基础、强能力、高素质”的材料科学专业人才．我们在本科教学阶段就应该有计划的引入和加强计算模拟方法的教学．采用的教学形式可以结合实际情况，灵活的应用．近年来我们采取的教学方式主要有以下3种方式:(1)开设计算材料学类课程在2006年物理与电子信息学院材料物理与化学专业培养方案中已经确定《计算机在材料科学中的应用》和《计算物理》课程为专业选修课程，学时分别为36学时和54学时．《计算机在材料科学中的应用》课程偏重实践教学，通过上机操作学习计算软件的基本原理和使用方法．主要教学内容包括:材料学的发展现状及计算机在材料科学与工程中的应用;材料科学研究中的数学模型;材料科学研究中常用的数值分析方法;材料科学研究中主要物理场的数值模拟;材料科学与行为工艺的计算机模拟;材料数据库和新材料、新合金的设计;材料加工过程的计算机控制;计算机在材料检测中的应用;材料研究科学中的数据和图像处理;互联网在材料科学研究中的应用等9部分内容，基本涵盖当今计算机技术在材料科学研究中应用的各个方面．《计算物理》课程则以理论教学为主，偏重物理基本原理的介绍．主要教学内容包括:计算物理学发展的最新状况;蒙特卡洛方法及其若干应用;有限差分方法;分子动力学方法;密度泛函理论;计算机代数;高性能计算和并行算法等8部分内容．计算材料类课程的开设注重理论和实践并重的原则，在讲解基本原理的同时加强学生动手上机实践能力的培养，因此，经过课程的学习，学生已经初步具备利用计算机进行材料模拟的能力．部分选修计算材料类课程的同学在学习中对计算模拟产生了极大的兴趣，在大四时选择材料计算相关课题作为本科毕业论文选题．例如，08届学生的毕业论文《ZnS掺杂Cu光学性质的第一性原理研究》和《布朗运动的蒙特卡洛模拟》，09届学生的毕业论文《ZnO电子结构和光学性质的研究》，11届学生的毕业论文《晶格热容的理论计算》和《简立方晶体结构能量分布的理论模拟》等均为材料计算和模拟相关课题，并且有多人的毕业论文被评为优秀毕业论文．个别优秀的学生读研后继续从事材料的计算模拟相关研究．通过几年的教学实践，计算材料相关课程的开设对于扩大学生的知识面，提高学生的理论分析能力有极大地帮助．(2)在材料相关的理论课程中加入计算模拟方法介绍虽然已经在材料专业开设《计算机在材料科学中的应用》和《计算物理》等材料计算相关的课程，但这两门课均为专业选修课，只有选修相关课程的学生才能得到相应的计算模拟培训，受众面还比较窄．因此，为使更多的学生了解到材料模拟计算的相关理论和知识，在材料专业主干课的教学中也适时地加入相关的计算模拟方法的介绍，从而扩大计算模拟知识的普及面．例如，在《固体物理》课程中，当讲解到能带理论一章时，我们会在本章结束时，加入一次课，着重介绍基于第一性原理的平面波赝势计算方法计算材料的能带结构、电子态密度等以及第一性原理计算的常用软件(CASTEP、VASP等)．一方面，对学生学习的理论知识加以直观化和适度的扩展，另一方面也进一步普及第一性原理计算的相关知识．在《材料科学基础》教学中讲解到相平衡与相图一章时，我们会在本章内容结束后介绍相图计算近年来的发展现状，包括CALPHAD(CalculationofPhaseDiagram)计算方法、热力学与动力学的结合、第一性原理与相图计算方法的结合，并简要介绍今后相图计算可能的发展方向[7]．在晶体缺陷内容的教学中，穿插介绍利用分子动力学计算面心立方金属空位和间隙原子点缺陷的形成能的方法．通过在课程教学中穿插入计算模拟方法的介绍，一方面也加深了学生对所学内容的理解，另一方面开阔了学生的眼界．(3)举办计算模拟相关的学术讲座．自从2009年以来，物理与电子信息学院从事计算模拟研究的教师每学期都结合自身的科研情况举办面向全院学生的学术讲座．例如在2011至2012学年第二学期，我们举办两场学术讲座，分别是《氧化锌晶体及其掺杂的第一性原理研究》以及《可见光响应半导体光催化材料的结构和能带设计》，教师在讲座中介绍自己的科研情况，同时也使学生了解到如何把学到的计算模拟知识应用到科研实践中去，让学生体会到如何利用计算模拟预测材料的物理性质以及指导材料设计的研究方式，提高学生自觉学习计算模拟方法的积极性．
物理模型试验实际上就是在实验体内放置基于实际比例缩放的模型，如实验装置、水槽、风洞及模型架等，其将相似理论作为其基础，在对诸如单值条件、动力、运动及几何等基本的相似条件予以满足的情况下，通过基于模型所开展的试验，获取一些量之间所存在的客观规律，然后再向原型上进行回推，最终便可获取针对原型规律的更加深入的了解与认识，以此对真实过程所存在的各种特征进行模拟的实验方法。
一、物理模型实验概述
对于物理模型试验而言，其依据模型材料及模型加载可划分为如下四种，即底摩擦模拟试验、离心模拟试验、原型材料模拟试验及相似材料模拟试验;而依据模型受力状态及相应空间形态又可划分为三种，即平面应力模型、平面应变模型及立体模型;如若依据相似条件可划分为两种，分别为多因素模型与单因素模型;依据实验目的可划分为三种类型，如矿山模型、土工结构模型及水工结构模型。对于相似材料模型试验而言，此乃整个物理模型试验的关键性且广泛性方式，此种模型试验所运用的力学，与原型材料的人工材料较为相似，在实验体内依据相应比例，构建一个与原型较为相似的力学结构系统，然后给予其与原型相似的工程及载荷活动，用此对原型的力学过程及其后续的结果开展研究工作。相似材料模型试验最早理论乃为原苏联学者库兹涅佐夫所提出的相似理论，基于此而构建的一整套从原本理论性的模型测试、力学分析及物理试验，转变成为现今的针对工程实践所开展的试验性的研究方法。20世纪40年代，全苏矿山研究院通过利用平面模型试验技术，对煤矿开采具体的岩层破断所具有的相应活动规律开展研究，至此，推动了相似材料模型试验的不断发展以及在定量研究方面的得以深入发展。我国在上个世纪60年代初首次建立了相似模拟实验架，建立地点为中国矿业大学矿压实验室，且逐渐向诸多部门拓展，如地质、水利、建筑、狂野及各煤炭高校及科学研究院等。而当到了现在，伴随科学技术的日趋发展，比如岩土边坡坝基稳定性问题、复杂环境下采矿与采动岩体力学问题及矿山开采与当地环境保护等问题，均利用物理模型实验方法得以解决与完善。
二、理模型试验类型及测试方法分析
物理模型试验主要包含有四种类型，即底摩擦模拟试验、离心模拟试验、原型材料模拟试验及相似材料模拟试验。无论是原型材料模型还是相似材料模拟，均将模型材质作为着眼点，依据各种模型相应建造过程，依据所选择模型材料的不同而进行相应分类。在模型实验过程中，底摩擦模拟及离心模拟则依据不同的荷载施加方式而进行分类，离心模拟在上个世纪60年代出现，乃是运用离心机的离心力模拟重力，依据相似准则，通过对具有物理性状相同的土体予以运用，最终制作出对应的模型，促使其在离心力场当中的原型及应力状态一致于原型重力场，用此对工程性状开展全面、系统化研究的测试技术。对于底摩擦模拟而言，其乃是在可定向平移的底盘上放置结构模型，利用模型与底盘之间所形成的相应摩擦力，开展具体的重力模拟，以此对工程岩体在整个重力场当中所存有的准确破坏机制开展研究。据相关数据统计可知，共对620篇论文开展统计工作，其中395篇为相似材料模拟试验，所占比例为63.8%，因此，此方面的应用乃为最多。在对煤炭行业所开展的统计结果当中，相似材料模拟试验在整个统计结果中所占比例达88.6%，10.9%原型材料模拟试验;而对于那些非煤行业当中，离心模拟试验所占比例为17.5%，原型材料模拟试验为31.2%，相似材料模拟试验为50.8%，由此可知，所采用模型实验方法具有多样性。较少运用底摩擦模拟试验。
三、应用行业分析
物理模型试验乃是一种基于实验室对现场难以直接实施观测的各种工程现象实施模拟的实验手段，在适用性上比较强。据相关统计结果可知，物理模型试验方法除了在非煤矿山的或煤矿学研究与设计当中得以应用之外，还在诸如地下工程、地质工程、水利水电工程及土木工程等行业当中予以运用。据最新数据统计可知，在不同行业当中，物理模型试验方法的应用中，矿占占比达45%，土木工程、建筑及地下工程所占比例达36%，非煤矿山为2%，地质工程为8%，水利水电工程占比为9%，由此可知，应用多为煤矿行业，土木工程及建筑则位列其次。
【中图分类号】G633.91 【文献标志码】A 【文章编号】1005-6009（2016）38-0050-02
【作者简介】高雁，江苏省连云港市海州实验中学（江苏连云港，222000）教师，高级教师。
著名实验物理学家丁肇中说过：“自然科学理论不能离开实验的基础。”生物学是自然科学的一门基础学科。实验既是生物教学不可或缺的组成部分，也是一种有效的教学手段。2011年版的《生物学课程标准》（以下简称“标准”）将实验教学提到了前所未有的高度。然而，由于受到多种条件限制，很多实验无法实质性地开展。因此，模拟实验在初中生物教学中受到一定的重视。但根据笔者的课堂观察发现以及问卷调查结果分析，初中生物模拟实验的实施状况不容乐观，甚至还存在着不少误区，具体表现为：实验目标设置不清晰，活动开展层次模糊，教学实施忽视学生好奇的天性，模拟实验的指导不得当，忽视类比的重要性，实验评价方式单一等。因此，厘清初中生物模拟实验的内涵，挖掘模拟实验的教学价值，提出模拟实验的实施建议就显得十分必要。
一、模拟实验的内涵
关于模拟实验内涵的认识，尚未有统一的说法。有的偏重操作性[1]，有的偏重方法性认识[2]，虽然对模拟实验内涵认识的视角不同，但都反映了模拟实验具有科学性、替代性、可视性、可操作性和类比性等五个特征。[3]笔者认为初中生物模拟实验的内涵理应包含以下几个方面：①初中生物模拟实验原型包括生物学基本事实、概念、原理和规律等；②实验以原型为基础设计模型，在与原型相似的条件下，通过对模型的实验和研究，间接地研究原型的性质和规律性；③模拟实验不是真实实验，实验的直接结论并不是模拟实验的最终结论，以类比推理为逻辑基础，实现直接结论到原型的类推是实验成功的关键；④模拟实验的开展应遵循科学原理，以提升学生的生物核心素养为最终目标。
二、模拟实验的教学价值
1.模拟实验以直观为基础，利于学生理解概念。
列宁在《哲学笔记》中有一个著名的论断：“由生动的直观到抽象的思维，再由抽象的思维到实践，这是认识真理、认识客观实在的辩证的途径。”[4]模拟实验属于生物直观教学手段之一，它直观地展示了生物学基本事实、概念、原理和规律等。学生通过操作、观察实验积累了大量的感性认知，而大量的感性认知是形成观念和理解概念的基础。
2.模拟实验以类比为形式，利于学生建构知识。
学生在操作实验的基础上，通过比较、综合、概括、假设、联想，把握模拟实验所传达的本质特征。模拟实验为学生创造了“做中学”的契机，激发了学生的内在兴趣、认知需求，以类比为形式，锻炼了学生的高级思维力，有助于学生“手”“脑”结合主动建构知识。
3.模拟实验以发现为追求，利于学生素养提升。
模拟实验是一种具有问题性、探索性和发现性的学习活动。模拟实验教学注重学生知识过程与方法的获得，关注学生思维的生长，有助于学生科学素养的提升。学生在操作模拟实验的过程中会主动发现、发展和求新，而素养的提升，必然离不开这一过程。
例如，在“探究酸雨对种子萌发的影响”的模拟实验中，学生用不同浓度的醋酸替代pH值不同的酸雨，每天对不同编号的小麦种子喷洒相应pH值的“酸雨”，并对种子的萌发及生长状况进行观察、记录和分析，最终得出结论。在观察酸雨对自然界破坏的图片或视频中，学生提出探究问题“酸雨对种子萌发产生什么影响”；在对实验设计的尝试中，开展探究；在观察和对实验记录的理性分析中得出结论。学生在操作模拟实验的过程中，经历“观察―探究―发现”的过程，习得了科学探究的技能，锻炼了理性思维的能力，还产生了保护环境人人有责的环境意识，提升了生物学核心素养。
三、初中生物教学中模拟实验的实施建议
1.模拟实验的目标指向，要合理有度。
具有明确、合理的教学目标既是完成模拟实验教学任务的前提，也是教学评价的依据。实验目标的确立应严格依据课程标准，从学生已有的基础和生物学知识原理出发，指向全体学生。只有确定了合理、具体、可行的实验目标，才能实现有效的实验教学。模拟实验的教学目标也应涉及三个维度：知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观。
例如，在“模拟池塘生态系统”的教学目标制定之前，笔者对标准、学生和教材进行了分析。标准要求，在本节课的教学中，教师应帮助学生形成的重要概念有：一个生态系统包括一定区域内所有的植物、动物、微生物以及非生物环境；依据生物在生态系统中的不同作用，一般可分为生产者、消费者和分解者。[5]七年级的学生好奇心强、好表现，应创设条件让他们积极主动地参与学习。学生虽然有观察池塘的生活经验，但是对于生态系统中各成分之间的关系了解较少，缺乏对生态系统概念的整体认识。苏科版生物学教材中本节内容的安排是让学生在观察池塘生态系统图的基础上，说出生态系统的组成成分并分析各成分的作用。基于以上的分析，实验目标可以这样确定：一是通过制作、观察和分析模拟池塘生态系统，了解生态系统的成分及作用；二是通过分析、比较模拟池塘与现实池塘，建构生态系统概念；三是尝试通过设计、开展实验，培养学生观察分析能力、动手操作能力以及分工协作的能力；四是通过对模拟生态系统的严谨分析，形成严谨、实事求是的科学态度。以上的目标设计具体、合理且可达成。
2.模拟实验的活动开展，要层次分明。
模拟实验活动的开展，应符合学生的认知规律，体现层次性原则。实验活动的层次性指的是以学生的差异性为基础，由浅入深、循序渐进地开展模拟实验。实验活动一般分为实验前、实验中、实验后三个层次。实验前，教师应先了解学生，找准学生开展实验的起点，包括能力起点、知识起点以及态度起点，然后对学生进行合理的分组。实验中，首先要创设情境，模拟实验更需要教师创设情境，让学生进入到“真实”的状态。其次，建立或者认识模型，模拟实验的模型可以由教师提供，也可以由学生自制，后者当然更有利于学生认识模型。再次，创造类似条件，开展实验，模拟实验的实验条件替代了现实环境，但实验仍需要在与现实环境相似的条件下开展。最后，与原型比较，进行类推，在此基础上，学生进行综合、概括，这是学生从感性到理性思维的提升过程。实验后，教师应要求学生认真撰写实验报告，对实验情况进行总结、反思和交流。
3.模拟实验的方法指导，要针对实际。
模拟实验的顺利开展，需要有针对性的方法指导。教师的有效指导方法包括有针对性的讲授、倾听、演示、提问等。按照指导对象的多少，指导可以分为群体指导与个体指导。对全体学生进行方法指导时，教师应围绕模拟实验的操作重、难点开展有针对性的指导。对学生个体进行指导时，教师要做好指导预案，让学生扬长“补”短，比如对基础知识薄弱的学生开展知识辅导、对动手能力差的学生进行操作示范、对观察不细致的学生辅以观察方法、对分析不到位的学生点拨思维等。
4.模拟实验的结论获取，要突出类比。
模拟实验的直接结论并不是最终结论，实验的最终结论是通过类比实现的。类比思维是一种高级的思维方式，如何能帮助学生实现类比呢？首先，教师应尽可能提供原型的实物、图片、视频、动画和学生亲身感受的机会，便于学生直观地进行比较，通过比较实现实验结论的类推。其次，教师应重视引导和点拨学生思维。引导和点拨的主要途径是语言，语言包括口头语言和体态语言。口头语言要具有准确性、启发性、针对性等特征，体态语言则有利于形象地展示原型的结构特点及动态生理过程。最后，教师还应帮助学生明确原型与模型的异同点。只有学生明确原型与模型的相同点，才能有效地实现结果的类推；只有明晰不同，才能加深对于现象、概念和原理的理解，实现思维的提升。
5.模拟实验的评价实施，要体现多元。
评价具有诊断、导向、改进等功能，是生物模拟实验教学的重要组成部分。美国心理学家加德纳认为，每一个人的智力都有多种表现形式。因此，我们不可能找到一个统一的标准来评价主体实施模拟实验的情况。模拟实验评价方式应体现多元性，可以有评价目标的多元性，如应兼顾知识、能力、情感态度价值观的三维目标；评价主体的多元性，如教师、组长、组员、学习者、家长等都可以参与评价；评价方法的多元性，如安置性评价、过程性评价和总结性评价相结合。在教学初始，教师为了了解学生的已有基础，可以使用安置性评价获取相关信息；在教学过程中，可以采用形成性评价，以便随时调整课堂节奏、方向；在教学结束时，可以采取总结性评价，如用学生的实验报告、模拟实验操作展示、试题、总结等方式，来检测学生是否达成模拟实验的教学目标。
模拟实验教学既是初中生物学教学的重要内容，也是有效的教学手段。美国教育学家苏娜・丹戴克说过：“告诉我，我会忘记；做给我看，我会记得；让我去做，我才会懂！”模拟实验解决了各种现实因素的束缚，还学生自由、自主、主动的学习空间，让学生手脑结合地主动地学习生物科学知识。当然，在实际的教学操作过程中，我们发现模拟实验体现的往往是设计者所关注的原型部分的特征、生理过程，它不是尽善尽美的。模拟实验教学应结合多样化的学习活动才能实现更好的教学效果。
【参考文献】
[1]高畅.模拟实验在高中生物教学中的探索[D].长春：东北师范大学，2006.
[2]刘水明.模拟实验及其在生物教学中的应用[J].中学生物教学，2005（1-2）：46.
[3]唐晓春.“类比”在高中生物教学中的应用[J].中学生物学，2016（03）.
【中图分类号】G40-057 【文献标识码】B 【论文编号】1009―8097 (2008) 12―0107―04
目前，多数中学采用以传统教学论为基本教学模式的普通物理实验教材及教学活动，其教学过程一般为：先由教师介绍实验目的、实验原理、仪器设备、注意事项等，学生再按教师或教材所讲步骤重复实验，获取数据，验证规律、定理或公式等。这种教学模式既不符合以学生为中心的教育原则，又不利于学生能力素质的培养。另外实验教学地位重视不足，教学资源贫乏；教学方法不利于培养学生的实验能力；实验教学评价方法不科学及学生自主学习重视不足等也是普遍存在的问题。尤其中学物理实验作为基础教学体系的一个重要组成部分，它不仅是培养学生独立获取知识、培养实验能力的活动；是学生手与眼，知识与能力，获得综合基本训练的重要环节；是培养和锻炼学生应用知识独立解决问题的过程；也是培养和提高学生综合素质与创新能力的有效途径。因此改进传统中学物理实验教学势在必行。本文从信息技术与教育结合入手，以设计和开发真三维的虚拟物理实验为解决途径。在综合分析了中学物理实验教学目标及其与虚拟技术的结合核心后，首先提出了针对虚拟物理实验的分类方法，并在此方法的基础上结合加涅的“学习条件理论”提出了“两级式中学物理虚拟实验模式（TPVM）”并对此模式进行了理论探讨和技术实践。
一 中学物理虚拟实验的分类方法
实验教学目标对实验教学起到导向、反馈和调节作用。它有利于实验教学目的明确化，实验能力培养的具体化。因此要提高中学物理实验教学的质量，首先需要明确其实验的教学目标。
1 中学物理实验教学目标
根据我国中学目前的实际情况，依据制定教学目标的科学方法，本文将从认知、操作、情感三大领域来分类提出中学物理实验的教学目标：
（1） 认知领域的实验教学目标
知道──指的是能记住学习过的实验内容。它是对实验内容、实验过程的回忆和识别。
理解──指的是能初步理解实验的原理、步骤、方法、操作规程、注意事项以及要点。
掌握──指的是能运用学过的实验知识和方法，去解决新情况下的简单问题。
评价──是指对有关的重要实验，掌握其设计思想，提出改进的方法，并能设计一些新的实验。
（2） 操作领域的实验教学目标
模仿操作──是指能在教师讲解或示范下进行的动作。这一层次的动作机械，协调性差，意识参与程度不深。
意识操作──是指学生完全在独立意识控制下进行的操作。这一层次的操作，动作不够熟练，但能独立地完成操作过程，并在规定时间内完成实验任务。
定型操作──是指对重要的实验仪器和重要的实验经过，通过多次练习，已经达到比较熟练程度的操作。这一层次的操作，动作比较熟练，且操作过程的时间短，质量高。
创新──是指在提高学生实验探索能力的基础上，要求他们有创新的意识。
（3） 情感领域的实验教学目标
包括有关实验中的动机、态度、习惯、兴趣等。
前两个领域的目标要求水平是逐层提高的，从形象、表象到逻辑、抽象层次，因此在这样结构的实验教学目标的指导下的中学虚拟物理实验的分类也应是层层递进结构，同时也需注重情感领域实验教学目标的影响。
2 虚拟现实与物理实验的结合
要在虚拟现实的环境中实现上文所述的实验教学目标是虚拟现实与物理实验结合的核心问题。随着实验教学目标的层层提高，虚拟现实中物理实验所要提供的交互友好性，系统智能化也需有的放矢，相应提高。在基本的识别、记忆、理解阶段，虚拟实验需要提供诸如三维展示、播放，简单交互等功能。若到了逻辑、抽象阶段如需要学生通过实验验证物理规律或根据现象抽象出规律等，则虚拟实验需要提供更复杂的交互，甚至人工智能等功能。
3 中学物理虚拟实验的分类方法
目前基础物理实验已有多种分类方法。比如按科分类：按照力学实验、热学实验、电磁学实验和光学实验进行分类的。或者按照实验的侧重面不同进行分类，如有的实验主要是测量物理量（测量性实验），有的是用实验方法来总结或者验证物理规律（验证性实验），还有的则较偏重于仪器的使用，专门学习实验技术的实验等。但是对于结合了信息技术的虚拟物理实验，在这方面的研究还处于起步阶段。
经过以上的分析，本文将中学物理虚拟实验分为由低到高，从基础到前沿，从传授知识到培养综合能力的四类：
（1） 基本实验：这类实验通过实验装置及过程的演示，观察实验现象并能根据实验现象得出结论。如单摆实验、气体液体实验等。同时也包括基本仪器和工具使用的介绍如游标卡尺、天平、量筒等。
（2） 科学小实验：这类实验注重联系实际，将知识点设计入一个趣味小实验中，帮助学生认识和理解物理知识，降低学习难度，能激发学习者学习兴趣，扩大知识视野。
（3） 验证性实验：这类实验一般在学完某一物理知识后进行，通过对实验现象的观察，对实验数据的分析来验证某一物理现象和规律，巩固所学知识，进一步掌握研究方法。
（4） 探究性实验：这类实验主要靠学生自己分析观察到的物理现象，实验数据和图像，从中发现基本特征，抽象出规律。这类实验更注重学生总结探索物理规律的能力。
二 两级式中学物理虚拟实验模式的提出
以上这种递进的分法，不仅体现了中学物理实验教学目标三大领域的需求，抓住了虚拟现实技术与物理实验结合的核心要素。也与加涅的学习条件理论中关于不同学习结果学习顺序的论述不谋而合。加涅在他的《学习的条件和教学论》中提出了一个关于知识与技能的描述性理论，认为学校学习的知识与技能可以分为五种类型：言语信息、智慧技能、认知策略、动作技能和态度。这在前文提出的中学物理实验教学目标中得到了充分的体现。对应此教学目标层次提出的四类实验，根据加涅教学系统设计理论的基本观点：不同的学习结果需要不同的学习条件即教学事件，因此在虚拟教学中也需要不同的虚拟教学事件。
加涅认为，人类的学习是复杂而多样的，简单的低级学习是复杂高级学习的基础。他把学习分为八个层次（以An标识），即：① 信号学习；A1 ② 刺激―反应学习；A2 ③ 连锁学习；A3 ④ 词语联想学习；A4 ⑤ 辨别学习；A5 ⑥ 概念学习；A6 ⑦ 原理的（规则的）学习；A7 ⑧ 解决问题的学习； A8 。他指出每一类学习中蕴藏着前一类的学习。同时加涅也提出构成一个人学习行为的八个有机联系系统（动机领会习得保持回忆概括操作反馈），并指出每一阶段有其各自的内部心理过程和影响它的外部事件。教学就是遵循学习者学习过程的这些特点，安排适当的外部学习条件。
在学习条件理论所论述的八个学习层次中，本文认为都能归类对应着相似学习层次的一种物理实验类型（以Bn标识）。①A1 A2 以感知地学为主，对应基本实验类型；B1 ②A3 A4 A5 以联想、辨别地学为主，对应科学小实验类型；B2 ③A6 A7 以逻辑、直观地学为主，对应验证性实验类型；B3 ④A8 以抽象、研究地学为主，对应探究性实验类型；B4。一个阶段到下一个阶段，思维层次也在相应地提高。
从思维的角度来观察此种分类方法，前两类实验更注重“形象”思维的训练，而后两类实验更注重“抽象”思维的训练；从认知的角度来看，前两类实验更关注物理规律的“个性”，而后两类实验更关注物理规律的“共性”；从教学目标来看，前两类实验更注重“知识”的接受，而后两类实验更注重“能力”的培养。因此将前两类实验和后两类实验分别合并，即提出了两级式中学物理虚拟实验模式（TPVM）。所谓两级（以Cn标识），即：从思维、认知、教学目标等方面观察、分析，抓住几类重要评价标准，总结出需要分别对待的实验类型，并将它们合并归为两类，为后面分类研究对应的虚拟实验理论和开发方法提供模式支持。在理论分析和定性建模方法的层层推演下两级式中学物理虚拟实验模式（TPVM）的逻辑结构如图：
三 两级式中学物理虚拟实验模式(TPVM)的理论探讨
两级式中学物理虚拟实验模式（TPVM）的提出，着重在认知理论的指导下为有效地设计中学物理虚拟实验提供了一种科学的方法。以它作为中介能更好地促进虚拟技术和教学实践的结合，从而开发出优秀的虚拟实验系统。
1 两级式中学物理虚拟实验模式（TPVM）的优势
在进行了大量理论实践的分析推理后构建的TPVM模式具有多维度的优势。
（1） 技术角度看，一级实验的技术实现多以演示和简单交互为主，而二级实验由于需以学习者为中心，进行研究性学习，因此涉及到较复杂的交互及算法设计。上文所提出的分类方法和模式使虚拟实验的技术框架可以从脚本的构造上采用不同的方式，形成不同的两个技术平台，方便以后更多虚拟实验资源的分类加入。
（2） 思维角度看，一级实验多以训练形象思维为主，依靠虚拟实验中具体物体如实验仪器、实验现象等的信息加工来对知识点进行记忆和理解。这种思维具有形象性、非逻辑性、粗略性、想象性等特点。而二级实验多以抽象思维为主，在整个实验过程中，学习者多运用概念、判断、推理的思维形式对事物的属性进行分析、综合、比较的基础上，抽取物理实验的规律和本质。这种思维具有抽象性、逻辑性等特点。在虚拟物理教学中可以有针对性地训练学习者在物理实验中的两种思维，发展学生认知能力和提高物理学习效率。
（3） 趣味性角度看，一级实验的基本实验和科学小实验较之二级实验的验证性实验和探究性实验更贴近生活，更能激发学生的学习兴趣，培养学生的新思维；能让一些枯燥的物理规律和知识点以更生动的形式表现出来。两级实验综合交替使用，能使虚拟物理教学变化多样，内容丰富充实。学生既能在一级实验中培养兴趣和掌握基本知识，又能在二级实验中应用实践，发展创新，使学生真正成为学习的主体。
2 两级式中学物理虚拟实验模式（TPVM）的应用原则
在TPVM模式的逻辑框架下，充分发挥其多维度的优势达到最优的教学效果，既是应用TPVM模式的重要目标，也是教育开发的实际要求。因此提炼目前先进的教育理论如建构主义、分布式认知理论等科学观点提出的以下几点原则，将为此提供有效保障。
（1） 情境真实性原则 根据建构主义理论，学习是一种真实情境的体验，只有在真实世界的情境中才能使学习变得更为有效。现代教育中学习的目的，不仅仅是懂得某些知识，而且还要能真正运用所学知识去解决现实中的问题。在一些真实的情境中，学习者能否运用自身的知识结构解决实际问题才是衡量学习是否成功的关键。因此虚拟实验环境的设计一定要贴近真实环境，即应采用虚拟现实技术构建真三维的实验环境。
（2） 分别对待原则 在TPVM模式中，由于一、二级实验针对的实验教学目标思维训练和能力培养等都不相同，因此对一、二级虚拟实验的功能设计，技术实现，情感因素等都需要分别对待，才能有效保证教学质量。在功能设计上，对注重形象、表象思维的一级实验应将设计重点倾斜于演示，简单交互帮助记忆和理解。而对注重抽象、逻辑思维的二级实验应将设计重点倾斜于引导学生亲自动手，自主思维的小组实验，智能化交互帮助和研究性学习。在技术实现上，一级实验可以更注重视觉设计和强化印象等方面的技术实现。而二级实验需要更复杂的技术深入开发智能化的交互，繁杂的数据处理，人性化的导航，出错监控和纠错机制等方面。在情感因素上，兴趣是一级实验的中心线索。而二级实验更倾向于培养学生坚忍不拔，一丝不苟的科学态度。
（3） 网络共享性原则 分布式认知理论指出，认知是分布于个体内和个体间的，或者说分布于媒介、方法、社会和时间等环境中的。信息技术在分布式认知中的作用是十分明显的。网络技术的发展进一步强化了分布式认知的可能性。因此虚拟实验结合网络实现共享功能，可以使教师、学生和学习内容处于不同的非集中性的地方，从而使学习不受时间与地点的限制，既可作为传统实验教学的有益补充，又可作为远程实验教学的主要手段。
四 两级式中学物理虚拟实验模式（TPVM）的具体实践
在两级式中学物理虚拟实验模式（TPVM）及其应用原则的指导下实际开发了一个TPVM的实例。本实例为真三维的实验环境。一级实验为一个热学趣味实验――固体导热性。二级实验选用了一个中学的经典实验――伏安法测电阻。
1 实例的设计思想
作为一级实验的趣味实验主要学习了固体导热性和不同金属导热能力不同这两个知识点。从教学目标的角度来分析，在认知领域这两个知识点属于知道和理解的层次。在操作领域，属于观察演示和简单的模拟操作层次。而情感领域正如原则中分析的，更偏重于激发学生兴趣这个因素。因此整个实验设计上注重了视觉吸引和强化印象如设计了颜色抢眼的火柴作为实验器材之一。交互功能上设计较为简单。主要是有学生任意选择两个知识点学习的切换如添加一根或多根火柴，金属材质的任意选择，以及观察出现的不同实验现象等。由于这个实验取材贴进生活，构思新奇，能将枯燥的知识点生动地表现出来。相信通过这些操作和观察，这两个知识点将被学习者理解和掌握。
作为经典实验的二级实验――伏安法测电阻，在对学生实验操作能力和思维培养上都具有较高的要求。从教学目标角度来分析，在认知领域，不仅需要对基本实验器材能识别和选用，会读取安培表和伏特表的读数等知道、理解层次的知识点，更重要的是能掌握此实验能测出电阻的设计思想和规律，会通过现象判断实验过程是否正确，会自主纠正错误，会采用实验收集的数据计算出电阻阻值，掌握多种不同的电路接法，甚至还能提出改进方法等属于掌握评价层次的认识目标。在操作领域除了能动手使用导线连接电路等基本操作，还要会判断电流的流向，排除实验过程中的故障，探索操作的意义和目的，改进方法等完成定型、创新层次的任务。在情感领域更偏重于一丝不苟的科学态度和积极探索的精神。因此整个实验设计上注重实验逻辑推理思维的培养，交互功能的设计更加人性化和智能化。如设有实时纠错提示，移动、缩放、旋转等工具按钮，实现现象的真实对应，不同的连线方式将对应不同的实验现象如滑动变阻器、伏特表在电路中有多种连法，对应灯泡亮度和两表指针读数都有所不同等。
2 实例的技术实现
本实例在技术实现上采取了一种新方法，即用3DMAX构建三维场景，用VIRTOOLS进行数据处理和交互控制。3DMAX是大家所熟悉的三维建模和动画软件。方法中的VIRTOOLS是由法国全球交互三维开发解决方案公司VIRTOOLS所开发一套具备丰富互动行为模组的即时3D环境虚拟实境与多媒体互动编辑软件。它可以将现有的3D模型、2D图形或影音等档案格式整合在一起。VIRTOOLS制作优势在于可以利用拖放的方式，将Building Blocks（行为交互模块，简称BB）赋予在适当的Object（对象）或是Character（虚拟角色）上，以流程图的方式决定BB行为交互模块的前后处理顺序，从而实现了可视化的交互脚本设计，逐渐编辑成完整的交互式虚拟世界。还可以通过自带的一个软件开发工具包（SDK）或编写VC++代码来制作新的模组BBs，以满足扩展设计的需要。3DMAX与VIRTOOLS结合开发虚拟实验室，既能使程序部分的开发象使用应用软件一样直观、易实现，又能实现全三维场景，开发出交互功能强大，界面友好的作品。
用此方法开发的流程主要有三个步骤，分别是模型的构建―>模型的控制―>虚拟实验的。技术实现即使用3DMAX建构虚拟实验的场景和实验器材，利用MaxExporter插件将其导出为NMO文件格式，并导入VIRTOOLS，再用VIRTOOLS内置行为模块实现交互控制和数据处理，完成后将作品成基于WEB的网页形式或用一个制作EXE文件的安装包，将其制作成单机版运行的EXE文件。
结语
两级式中学物理虚拟实验模式（TPVM）是先进教育理论与虚拟现实技术结合的产物，是现代教育技术的前沿成果。将它应用于教育实践，不仅是对传统教学手段的改革，也是对一种全新教学模式的探索。TPVM模式符合中学学生的认知规律，在它指导下设计开发虚拟实验以其优良的教学性，高度的沉浸性和交互性，能广泛地应用于各种课堂、远程教育，甚至各类培训，应用前景十分巨大。本文针对它的技术实现采用的3D/VIRTOOLS新方法，使虚拟实验的开发简单方便，技术难度小，容易掌握，还能够实现良好的全三维动态交互。TPVM模式的应用推广，必将引起教学手段、教学效果、教学质量的巨大变化。
参考文献
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通过虚拟仿真实验的开展，利用数值模拟分析影响云雾微物理的各个因子的作用，从而让学生在探索过程中加深对理论知识的理解，提升对云降水物理的学习和科研兴趣[1]。
本课程包含云雾微物理的虚拟仿真实验和相关理论知识的讲解，因此可以独立作为一门课程。通过图片和动画，学生深入理解气溶胶、垂直上升速度、湍流和夹卷对云微物理的影响。本课程也可以作为《云降水物理学》[2]这门理论课的一部分，进一步完善理论课的教学方式，活跃课堂气氛。例如可以在课堂上让学生用手机登录虚拟仿真实验的网站，现场做部分虚拟实验，剩下的作为课后作业完成。本课程可以让学生更深入理解寇拉曲线、云雾滴的凝结增长方程等理论知识。本教学中，应要求学生根据自己的想法，改变模式的初始条件，分析云雾微物理的变化。让学生学会探索、学会尝试，培养学生的科研兴趣，提高本科生的科研能力，在教学过程中寻找科研好苗子。
1.模块一：核化和凝结增长理论知识
（1）模块的设计目的
系统介绍同质核化、异质核化、寇拉曲线（温度效应、溶质效应、曲率效应）。
（2）模块的设计方案和功能
通过视频阐述水汽和热量的扩散规律（水汽的扩散、热量的扩散）、单个液滴的扩散增长过程（扩散增长基本方程、通风因子的作用、动力学效应）和云滴群的扩散增长。
实验报告要求：总结核化的分类、寇拉曲线峰值的含义、凝结增长的过程（100分）。
2.模块二：气溶胶对云微物理的影响
（1）模块的设计目的
帮助学生理解寇拉理论和云滴的凝结增长理论。
（2）模块的设计方案和功能
设置垂直上升速度为一个固定值，如2ms-1，进行如下数值实验。
设置若干组气溶胶数浓度、若干组谱型参数和若干组化学成分，让学生自由选择一个数浓度、谱型参数和化学成分，然后运行气泡模式，做出云滴谱随高度变化的动画，以及云滴数浓度、平均半径和含水量等随高度的变化图。
要求学生保持气溶胶数浓度、谱型参数和化学成分中的两个参数不变，只改变另外一个参数，然后运行气泡模式，做出与前一步骤中相同的动画和图，分析改变一个参数后对云微物理量的影响。重复进行，让学生在探索中学习气溶胶是如何影响云微物理的，最重要的参数是什么？
实验报告要求：描述不同参数改变后，云微物理量的变化特征（占80分）；根据寇拉理论，给出云微物理量变化的内在原因（占20分）。
3.模块三：从微观角度分析雾霾区分的难点
（1）模块的设计目的
帮助学生深入理解寇拉理论，并了解从微观角度区分雾霾的困难所在。
（2）模块的设计方案和功能
设置模式所允许的最小垂直上升速度，如0.1ms-1，此时过饱和度较小，接近雾过程，重复2.2中的实验，分析雾中活化的气溶胶和未活化的气溶胶所占的比例，让学生思考雾霾是否可分。这是目前的热点问题，也是云降水物理教学的一个重点和难点。
目前气象行业标准中区分雾霾的标准都是宏观上的，其实从微观角度区分雾霾更准确，因为寇拉曲线可以明确地说明是雾滴还是霾粒子。假如规定未活化的气溶胶所占比例达到80%以上时，称为典型霾；未活化的气溶胶所占比例不到20%时，称为典型雾；如果介于20%到80%之间，则称为不可分的雾霾。让学生做数值实验，分析气溶胶的数浓度、谱型参数和化学成分是如何影响雾霾的区分的。
实验报告要求：给出典型霾、典型雾和“不可分的雾霾”这三种天气现象发生时气溶胶数浓度、谱型参数和化学成分的组合，每一种类型的天气现象至少给出一种组合（占100分）。
4.模块四：垂直上升速度对云微物理的影响
（1）模块的设计目的
帮助学生理解云群滴凝结增长理论。
（2）模块的设计方案和功能
在气溶胶三个参数都保持不变的情况下，让学生改变垂直上升的速度、运行模式，做出不同垂直上升速度条件下，过饱和度、云微物理量和谱分布随高度变化的动画。
实验报告要求：根据不同的模拟结果，做出动画或者图形，解释垂直上升速度对云微物理量的影响（占80分）；根据云群滴凝结增长理论，给出云微物理量变化的内在原因（占20分）。
5.模块五：湍流对云微物理的影响
（1）模块的设计目的
帮助学生理解湍流起伏增长理论。
（2）模块的设计方案和功能
将利用犹他大学的夹卷混合气泡模式设计该模块。考虑到学生对夹卷混合气泡模式不熟悉，将用图形和文字说明该模式的功能。
传统的气泡模式的模拟区域是一个气泡，相当于三维模式的一个网格点。夹卷混合气泡模式的模拟区域不再是一个网格点，而是具有一定宽度、长度和高度的立方体，可以用来模拟云中的湍流过程，比传统的气泡模式先进。
让学生在夹卷混合气泡模式中设置一个湍流耗散率，把模拟区域分成若干小立方体，做出每一个小立方体内云微物理量和谱分布随高度变化的动画，要求学生对不同小立方体内的结果进行比较。
让学生改变湍流耗散率的值，做出类似的动画，对比不同耗散率条件下，不同小立方体内结果的差异。
在每一个湍流耗散率条件下，作出整个模拟区域内的云微物理量和谱分布随高度变化的动画。
实验报告要求：根据不同的模拟结果，画出动画或者图形，解释湍流耗散率对云微物理量的影响（占80分）；根据起伏增长理论，给出云微物理量变化的内在原因（占20分）。
6.模块六：夹卷对云微物理的影响
（1）模块的设计目的
帮助学生理解夹卷混合过程。
（2）模块的设计方案和功能
设置三个参数（夹卷率、夹卷发生的高度和环境空气中的相对湿度），让学生保持两个参数不变，只改变第三个参数，画出谱分布随高度变化的动画，分析第三个参数的影响。
让学生探索夹卷混合过程对云滴谱增宽的影响。观测到的谱分布比理论计算的谱要宽，这是一个悬而未决的科学问题。要求学生画出不同夹卷率、夹卷高度、相对湿度条件下，云滴谱的标准差和离散度随高度的变化图。
实验报告要求：利用模拟结果，分析夹卷率、夹卷发生的高度和环境空气中的相对湿度对云滴谱分布及谱宽等的影响（占80分），并探讨内在机理（占20分）。
参考文献：
虚拟物流的概念最初是由美国的Stuart等人于1996年提出的。Stuart认为虚拟物流是利用日益完善的通讯網络技术及手段，将分布于全球的企业仓库虚拟整合为一个大型物流支持系统，以完成快速、精确、稳定的物资保障任务，满足物流市场的多频度、小批量订货需求。Miles和Gregory认为虚拟物流本质上是“即时制”在全球范围内的应用，是小批量、多频度物资配送过程。它能使企业在世界任何地方以最低的成本跨国生产产品，以及获得所需物资，以赢得市场竞争速度和优势。其后国内的学者也开始研究虚拟物流，GB／T18354—2001物流术语将其定义为以计算机网络技术进行物流运作与管理，实现企业间物流资源共享和优化配置的物流模式。
通过对虚拟物流概念的论述，可知虚拟物流是指多个具有互补资源和技术的成员企业，为了实现资源共享、风险共担、优势互补等特点的战略目标，在保持自身独立性的条件下，建立的较为稳定的合作伙伴关系。虚拟物流管理模式的最大好处之一就是可以在较短的时间内，通过外部资源的有效整合，实现对市场机遇的快速响应。但由于虚拟物流并没有改变各节点企业在市场中的独立法人属性，也没有消除其潜在的利益冲突。因此，虚拟物流也给各联盟企业带来了一些新的风险问题。
风险是损失发生的不确定性，也即人们对未来行为的决策及客观条件的不确定性而可能引起的后果与预定目标发生多种负偏离的综合。虚拟物流风险是指由于虚拟物流组织系统内部和外部环境的不确定性因素，导致合作联盟的成员企业发生损失的可能性。虚拟物流组织中的风险可以分为两大类：一类是来自于虚拟物流组织外部的风险，包括市场风险、金融风险、政治风险、自然灾害风险等；另一类是来自于虚拟物流组织内部的风险，包括能力风险、协作风险、投资风险、运行流程风险等。
虚拟物流作为一种现代物流管理模式，在其酝酿、组建、运行及解体等不同阶段都存在一定的风险，尤其是在市场／法律环境还不完善的情况下，虚拟物流的联盟成员间容易出现互不信任和不规范的行为，从而导致虚拟物流管理模式的中途失败，给企业带来不可挽回的损失。因此，虚拟物流的风险问题及由此带来的负面影响不容忽视，需要加强对虚拟物流风险管理方面的理论研究。所谓风险管理是指风险承受主体对可能遇到的风险进行预测、识别、评估、分析，并在此基础上有效处置风险，以最低成本实现最大安全保障的科学管理方法。为此，虚拟物流风险管理就是以最小的成本，在分析虚拟物流风险的基础上，选择最优的风险处理技术，确保虚拟物流组织安全的一系列活动。
2虚拟物流风险管理研究现状
物流服务业的蓬勃发展，与物流事故频频发生的矛盾日趋尖锐，已经因扰和威胁着一些物流企业的生存和发展，物流风险管理已引起人们的普遍关注。近年来，物流风险管理的研究主要集中在以下领域。
(1)物流服务商。国内学者对物流风险管理的研究，主要是站在物流服务商的角度考虑的。最近几十年来现代物流业在取得突飞猛进发展的同时，也给现代物流服务带来了一系列新的风险，如投资风险、物流方案风险、金融服务风险、商品特性风险、责任范围加大风险等。我国目前还没有关于物流服务的专门法律，国际上也没有相应的公约，因而国内学者从企业管理、合同管理、分包方管理、保险等4个方面对物流服务商的法律责任进行了研究，并在此基础上指出通过注重物流服务质量、实施ISO9000标准认证，实行相关保险，以及严格选择和管理使用好外协单位等措施来提高风险防范能力。
(2)第三方物流。尽管第三方物流这种物流运作模式具有很高的经济效益和广阔的发展前景，但是第三方物流运作具有很高的风险。如运作系统的战略柔性丧失、潜在的信息不对称、企业的道德行为及不能满足企业对物流资源的需求等，为此应通过建立第三方物流运作的绩效评价机制、完善激励机制、设计有效的运行策略和实施客户关系管理等来进行有效的风险防范。
(3)动态联盟。动态联盟实际上是一种对市场环境变化做出快速反应的企业间的动态合同，一方面可以帮助企业获得相应市场灵活性，同时也带来了一些风险因素。目前，国内学者通过对动态联盟建立过程进行分析研究，对其存在的内、外部风险做了具体的识别归纳，建立了动态联盟风险评估方法和风险防范体系框架，并制定了风险预控粗对策表，对动态联盟中的风险进行分类预控。此外，国内的学者根据动态联盟风险特征，给出了基于Internet／Web的企业动态联盟风险防范系统设计初步方案，建立了项目风险优化模型，采用遗传算法来求解模型，通过计算结果证明了算法的有效性和模型的实用价值。目前国际上的研究课题，都力图提供一套完整的支撑企业动态联盟运作与管理的工具系统，但对动态联盟的风险防范还要做大量开发工作。
(4)战略联盟。目前国内学者通过分析战略联盟内、外部环境，认为联盟内的风险主要来源于失去核心竞争优势、被收购与兼并、盟友间不可避免的矛盾和文化差异导致联盟失败等，提出通过建立AHP层次结构模型来选择伙伴的方法；联盟外的风险主要由突发事件造成联盟“猝死”，以及外部竞争的挑战造成联盟失败。采取的防范措施主要有选择合适的联盟伙伴、建立战略联盟的信任机制、协调战略联盟的利益分配和强化战略联盟的责任约束机制等。国外的研究认为战略联盟组织中存在着两类显著和同等重要的风险，即协作风险和绩效风险，并深入分析了两类风险的形成机理和表现形式。
(5)供应链。供应链作为各独立企业组成的合作组织，在其组建和运行过程中，也存在很大风险。目前，国内学者从系统结构、管理模式与运行机制等方面对供应链风险的形成机理进行了深入的分析，指出供应链联盟中主要有7个关键风险因素。在此基础上，提出运用模糊评价方法和风险因素分析方法相结合的模糊风险因素分析法，以及SWOT风险分析法对供应链风险进行评估，指出运用动态合同体系和增加敏捷信任的方法来实现对供应链风险的防范，并进一步建立跨国供应链联盟风险管理的战略规划框架。除此之外，还对供应链的风险及分配模型做了深入的研究，提出降低供应链风险的方法，并在此基础上根据Holmstrom的团队理论提出了供应链产出分配模型。国外研究认为，网络给供应链上各节点带来效益和费用节省的同时，也带来了同样的危机和风险，并在此基础上具体分析了风险的来源；通过对国际供应链风险的形成因素进行分析，提出处理这些风险的战略措施。
(6)虚拟企业。虚拟企业又称虚拟组织、扩展企业、网络企业等，它是一些相互独立的商业过程或企业的暂时联合，这种管理模式的好处是可以实现风险合理分担，但这并不意味着虚拟企业的风险不存在或总体风险减少，因此虚拟企业的风险问题及由此带来的负面影响不容忽视。目前，国内已有人对虚拟企业的风险进行了比较深入细致的分析，提出了一种面向生命周期的虚拟企业风险管理概念框架图，识别并分析了虚拟企业联盟内、外部的风险因素，列举了几种虚拟企业风险的定性与定量评估方法。在此基础上，提出通过运用预控粗对策表来实现对虚拟企业风险问题的分类预控，以及设计运用风险核对表来实现对虚拟企业风险进行监控，进一步给出利用风险传递算法来实现风险评价、识别、调整和优化的模型，实现对虚拟企业风险问题的控制。此外，还提出虚拟企业中的利益／风险分配机制的基本原则及分配比例的计算方法，实现对虚拟企业的利益／风险合理分配／分担。
3虚拟物流风险管理需要进一步研究的问题
目前，由于虚拟物流风险管理研究属于现代物流研究领域中的前沿课题，对该问题研究仍处于初步了解和探索阶段，大量的问题需要进行系统的深入研究。不仅要求虚拟物流组织风险管理者提出一系列针对现实虚拟物流风险问题的对策，也要求经济管理科学工作者提出一整套于理解现实有补、对解决现实问题有益，且适合国情的虚拟物流风险管理理论，同时还要对各种历史和现实问题进行细致的实证分析，用丰富详实的经验材料，对各种理论的科学性和各种方法的有效性做出检验，并不断地拓展应用范围。
借鉴已有的研究，对虚拟物流风险管理应从以下4个方面进行重点研究。
(1)利用风险管理基本原理，参考第三方物流、动态联盟、战略联盟、供应链及虚拟企业等的风险管理理论，尤其要深入研究虚拟物流组织的特点，找出各种风险因素，建立虚拟物流风险管理理论框架模型，并依据模型从风险识别、风险分析(风险估计和评价)、风险规划及风险控制4个方面对虚拟物流的风险管理进行详细阐述。
(2)综合现代物流理论、虚拟企业理论、运筹学理论、模糊数学理论、灰色系统理论、遗传算法理论及计算机科学等相关学科理论，提出解决虚拟物流运行管理过程中的风险识别、风险分析、风险规划、风险控制，以及联盟伙伴间的风险分担与利益分配等问题的途径及策略，并建立解决这些问题的数学模型，进一步指出解决方案或措施，这是虚拟物流风险管理的核心内容，也是运作过程中必须解决的重要问题。
(3)对虚拟物流风险管理的研究，不但需要进行具体理论、具体方法的研究，同时需要分析虚拟物流组织实际运作过程中的风险问题和具体解决措施，从而科学、合理的设置虚拟物流风险管理的组织机构。
(4)针对虚拟物流合作伙伴间的投资额大小及各自承担风险的大小，确定合理的收益分配比例，形成新的利益／风险分配格局，确定分配机制的基本原则，这是决定虚拟物流组织成败的关键。
对虚拟物流风险管理问题进行深入、细致、系统的研究，无论对于风险管理理论研究人员还是实际管理人员，都是一项艰巨的工作。然而，虚拟物流作为在新的全球经济竞争形势下，随着信息技术的迅速发展而逐渐形成的一种新的物流模式，伴随着虚拟物流理论的不断成熟、虚拟物流应用实践的不断探索和创新，以及现代风险管理理论的不断发展，其风险管理研究理论必将取得丰硕成果。
参考文献：
[1]姜大立，王丰，赵新光．军事虚拟物流系统发展研究[J]．后勤工程学院学报，2002，(10)：17-20．
关键词：分子模拟 教学效果 教学策略
理论分析、实验测定及模拟计算已成为现代科学研究的三种主要方法。分子模拟即是模拟计算方法中的一种，它是指利用理论方法与计算技术，模拟或仿真分子运动的微观行为[1]。它广泛的应用于物理、化学、生物、材料等领域，小至单个化学分子，大至复杂生物体系或材料体系都可以是它用来研究的对象[1]。因而对科学与技术研究，尤其是基础理论研究，是一门得力而又必备的工具。由于计算机科学和技术的飞速发展，分子模拟研究与预测的地位日渐突显。在新材料的研究和开发中，采用分子模拟技术，从分子的微观性质推算及预测产品材料的介观、宏观性质，已成为新兴发展方向[2]。各大高校和研究机构纷纷开设相应课程。作为这个领域的教学者，面临着特殊的挑战，我们必须培养既具有艰深化学理论基础又有较强数学基础、还要有很强计算机操作能力的学生，以满足能运用理论分析，借助分子模拟软件工具来对基础理论研究进行分析和提供指导的要求。为了顺应课程教学发展的需要，笔者结合教学实践，针对非分子模拟课程教学中出现的问题，提出几点建议，旨在提高教学效果和质量。
一、刻苦专研课程，打好扎实基础
分子模拟技术涉及量子化学、统计力学、数值分析、数理统计、计算机科学等一系列非常难学的课程，此外它还集现代计算化学之大成，包括蒙特卡洛法、分子力学法、量子力学法及分子动态法，还有众多的不同方向的应用包含的学科[2]。知识范围非常大，理论层次非常深，学习难度相当大。对学习的人来说，是一个很大的挑战。这就给老师提出特殊要求，首先老师要先自己学好这些课程，然后还要做到深入浅出，这样才有可能去教学生，使学生能够接受。而要达到更好的教学效果，老师必需刻苦专研课程，打好扎实基础，打铁先要自身硬，才能游刃有余。
二、紧跟学科前沿，丰富教学内容
分子模拟的迅猛发展要求我们不断学习新的理论和实践知识，更新教学内容以拓宽学生的视野。近年来分子模拟技术发展迅速并在多个学科领域得到了广泛的应用[2]。在化学领域，可用于研究表面催化及机理等；在药物设计领域，可用于研究药物、病毒的作用机理等；在生物科学领域，可用于预测蛋白质的多级结构与性质[3]；在材料学领域，可用于研究材料的力学性能与结构、优化设计等；在石油化工领域，可用于催化剂合成设计、结构表征、扩散吸附等。此外，随着研究水平的提高，相应的新信息、新要求及网络资源都在不断更新，很多教材中的概念、讲解实例都已经不再是当前最普遍、最实用的了，因此很多学生在查阅文献时发现课堂所学的内容与最新研究有出入，从而产生了迷茫和困惑。这就要求我们教师要紧跟学科发展前沿，了解最新研究进展，及时更新并丰富教学内容，以适应学习的要求。
三、经典案例操作，改善教学策略
分子模拟的很多基础知识和理论非常抽象，老师在教学过程中一味推演复杂公式，学生学起来可能会非常乏味，也很难学好。分子模拟的工作可分为两类：预测型和解释型。预测型工作是对物质或材料进行性能预测、对过程进行优化筛选，进而为实验提供可行性方案设计。解释型工作即通过模拟解释现象、建立理论、探讨机理，从而为实验奠定理论基础。人们在从事这些工作的长期过程中，已积累了很多经典案例，这为教学提供了很好的素材。而这些都是随着计算机在科研中的应用而发展起来的，是基础科学与计算机科学相结合的产物。他们的工作，通常在计算机上借助分子模拟软件工具实现，通常可重复操作演示[2，4]。因此在教学的过程中可先利用这些经典案例，利用计算机进行演示，使学生先得到感性认识，然后在此基础再对所涉及的抽象知识和概念进行解释，这样可减少学习的难度，提高学生的兴趣，达到好的教学效果。
上述是本人在分子模拟课程教学实践的一些粗浅经验。分子模拟是一门较难学习的课程，但又是一门重要且处于快速发展中的交叉学科。教师要提高实际教学效果，必须降低学习过程的难度。而紧跟学科发展前沿，完善知识体系，采用灵活多样、切实有效地教学策略，不断丰富教学内容，进一步提高分子模拟教学质量，还有很多方面有待探索。
参考文献：
[1]陈敏伯. 计算化学-从理论化学到分子模拟 [M]. 北京： 科学出版社， 2009.3.
0 引言
工程图学课程教学理论与实践相结合是非常重要的特别是学生的动手及创新能力的培养，是理论性和实践性都较强的课程，因此实验教学环节对学好这门课程至关重要。通过加强实践教学环节，才能使学生真正理解和掌握该学科的理论知识。
工程图学课程的教学是很具体形象的，它注重机构的运动及动作 ，在理论教学中由于缺乏真实感受，学生听课时常会感到枯燥乏味、内容很难理解；机械类课程 中的实验设备大多很昂贵，有些情况下，不能完全满足相应的实验要求，尤其是对每个学生而言，学生实验通常是分组 ，对有些实验，实验设备很少时，分组的人数会很多，这样学生在做实验时会没有很多机会熟练掌握 ；因此，如果能在教学中进行虚拟仿真实验教学，不但在一定程度上可以弥补实验资源的匮乏 ，而且可以提高学生观察问题、分析问题和解决问题的能力，以求达到掌握一门专业技术技能。
1 虚拟仿真实验应用于教学中的现实意义
目前国内大多数高校的实验还是采用传统方式，即老师讲解、演示，再由学生自己动手。而国外已经从传统实验转为实物实验与虚拟实验相结合，充分利用先进的计算机设备进行虚拟仿真实验教学，取得了较好的效果。
传统的教学模式以教师为中心，知识的传递主要靠教师对学生的灌输，作为认知主体的学生在教学过程中自始至终处于被动状态，其主动性和积极性难以发挥，不利于培养学生的发散性思维、批判性思维和创造性思维，也不利于创造性人才的培养。虚拟仿真实验突破了传统教学手段上的局限。学生自己动手操作，亲身参与整个实验过程的操作，通过将实际生产的工艺过程以影像、动画等生动的形式表示，从而增强学生的感性认识和学习兴趣，提高教学效果，使其实践能力、观察能力及归纳能力等都得到很好的锻炼。虚拟实验技术创设了一个人性化的学习环境 ，使学生能够在自然、互动的气氛中进行学习。基于以上思考 ，尝试在《工程图学》教学中应用“虚拟仿真实验教学”进行教学改革的探索。
2 虚拟仿真实验设计目标
虚拟实验的开发工具主要是网络虚拟现实建模语言(VRML)和三维建模软件。VRML是一种用于建立真实世界的场景模型或人们虚构三维世界的场景建模语言。VRML的基本目标是建立因特网上的交互式虚拟对象、场景、三维模型，基本特征包括分布式、三维、交互性 、多媒体集成、境界逼真性等，是 目前 Intenet上基于“www”的三维互动网站制作的主流语言。
虚拟现实系统的设计要达到以下目标 ：
a)要使参与者有“真实”的体验。这种体验就是“沉浸”或“投入”，即全心地进入，简单地说就是产生在虚拟世界中的幻觉。理想的虚拟环境应达到用户难以分辩真假的程度，甚至比真的还“真”。这种沉浸感的意义在于可以使用户集中注意力。为了达到这个 目标，就必须具有多感知的能力，理想的虚拟现实系统应具备人类所具有的一切感知能力，包括视觉 、听觉、触觉 ，甚至味觉和嗅觉。
b)系统要能提供方便的、丰富的、主要是基于自然技能的人机交互手段。这些手段使得参与者能够对虚拟环境进行实时的操纵，能从虚拟环境中得到反馈信息 ，也能便系统了解参与者的关键部位的位置、状态、变形等各种系统需要知道的数据。实时性是非常重要的，如果在交互时存在较大的延迟，与人的心理经验不一致 ，就谈不上以自然技能的交互，也很难获得沉浸感。
3 零、部件测绘实践虚拟辅助教学
《工程图学》课程为机械类专业一门主要技术基础课，是一门理论性和实践性都较强的课程，因此实验教学环节对学好这门课程至关重要。通过加强实践教学环节，才能使学生真正理解和掌握该学科的理论知识。本项目的实施内容主要是采用 inventor 2008，3D max，AutoCAD及 vrml软件系统设计虚拟实验系统，使之能够对齿轮油泵(图1)、减速器(图2)、虎钳 (图 3)的装配进行动态模拟 ，通过影像、动画等生动的形式对装配过程进行动态模拟 ，可以充分发挥学生的主观能动性，有利于学生获得丰富的感性认识，激发学生进一步提出问题与寻求解决问题的兴趣 ，有助于拓宽学生的知识面，有效地支持理论学习。
零部件测绘实践虚拟辅助教学技术的做法是，以实物模型为基本要素、以实物模型测绘为主线，用计算机虚拟现实的方法，制作图画和动画形式为主的直观形象，去解析零部件的形状结构和测绘过程。
将虚拟辅助教学融于测绘实践教学的过程是：布置测绘任务；观测分析实物模型；教师依据实物模型通过虚拟辅助教学课件集中指导；学生依据实物模型，参照虚拟辅助教学课件自主测绘；教师集中讲评。
虚拟辅助教学主要构件是以虚拟图象为主，配有少量文字说明的电子文档。分别是：以动画为主去表达零部件形状结构的图画集，以对零部件形状结构分析和视图分析为主的图画集，以对零部件测绘方法和过程指导为主的图画集，以对尺寸、技术要求、图样、作业要求指导为主的图画集。
4 零、部件测绘实践虚拟辅助教学技术的特点
a)基于实体的虚拟。计算机虚拟现实、虚拟三维图与构形思维和视觉及视觉心理密切相关。实践表明：没有实体模型做基准没有构形思维和视觉及视觉心理的支持，计算机虚拟现实、虚拟三维图就会成为没有意义的作品；另一方面，没有构形思维和视觉及视觉心理知识去指导计算机虚拟现实、虚拟三维图的创作，也不能获得效果良好的作品。
b)基于图学素质对测绘对象 (零、部件)的选择。选择好测绘对象是保障零、部件测绘实践教学效果的首要条件。简单化和过度复杂化都不可取，都可能给大学总体教学带来损害。选择测绘对象 (零、部件)的第一因素是考虑对学生图学素质培养的要求，其次是考虑后续课的需求。阀类、泵类、夹具类(虎钳)、减速器类是常选测绘对象，其主要原因是便于教学。按图学素质培养的要求考虑，所选零、部件的测绘内容应当尽量多的涵盖图学主要的核心内容。例如，表达方法典型、全面，结构具有代表性。按后续课的需求考虑，所选零、部件的测绘内容要含有后续课的主要要素。
5 结语
开发零、部件虚拟测绘装配实验是为了拓宽实验教学平台，改进测绘方法，提高测绘效率和品质，减轻教学负担。这一教学技术的核心涉及到传统测绘的方方面面，也涉及到现代教育技术的深层理论和技术问题。当然虚拟仿真实验不能完全替代实物实验，但可以探索将其作为实物实验及课堂理论教学的补充。
【关键词】 模拟教学;麻醉药理学;教学改革
作者简介：吴章怀，从事药理学教学、研究工作。 麻醉药理学主要阐明在实施麻醉过程中所应用的各种药物相互作用及其机制，教学目的是为学生进一步学习临床麻醉学及疼痛诊疗学提供基础理论知识，为顺利参与和开展临床麻醉工作奠定基础[1]。由于涉及药物在药动学、药效学方面不同于其他药物，应用环境亦比较特殊(麻醉生理状态下，对麻醉过程中的变化情况联系密切)，因此要学好麻醉药理学比较困难。随着计算机技术的快速发展，医学教育模式发生了巨大的改变，计算机模拟教学的开展是临床医学教育的发展趋势，也是临床教学的客观要求。本文就麻醉药理学中应用模拟系统进行教学的问题进行探讨。
1 计算机模拟教学的类型
模拟教学即在规范的技术路线和参数的控制下模仿(仿真)实时情景进行教学的一种方法。最早运用于军事领域，如军事演习就是典型的模拟教学过程。医学领域应用模拟教学最早是用于解剖教学，随着计算机技术的日益强大，模拟教学已从当初的实体模拟转变为计算机交互式模拟以及虚拟系统模拟。通过计算机虚拟系统，可以利用视、听、触等感受模拟病人、实验室、病房、手术室、医院等系统，甚至模拟技能训练考核，完全改变了传统教学及考核方式，对医学生的临床诊断能力和临床操作水平有全面提高[2]。
计算机模拟系统包括视频模拟系统(Screenbased computer simulators)和虚拟触觉系统(Virtual reality and haptic systerms)。视频模拟系统是通过计算机模拟出人体生理学或者药理学变化特征，或模拟所担当的工作及其环境，并通过电脑屏幕演示出来，人们通过键盘和鼠标达到人机交换，控制计算机。比如anesoft公司开发的Thevirtual anesthesia machine模拟系统、The anesoft anesthesia simulator模拟系统、The anesoft hemodvnamics simulator模拟系统等。美国METI 模拟系统、Gas man模拟系统等也比较常用[3]。
虚拟触觉模拟系统是通过计算机从视觉和触觉两方面模拟出正常人能感知到的物体或环境，因而其自由度更大。从理论上讲，虚拟现实的人机界面更为真实，它是通过头盔上高清晰度的显示屏给出三维立体物体或者环境，以触觉模拟手套模拟出手摸物体的感觉，受训者头部位置的移动可造成受训者在虚拟环境中的相对位移，而手上的传感器将手部操作传入计算机，计算机将所有信息组合起来，受训者本人也是虚拟互动系统中的一个组成部分[4]。如1998年开发的cathsim模拟系统是静脉穿刺模拟模型，当你抓住一个手柄状的附件时，就象抓住患者的手臂一样，此时传感器就会将你的每一个动作记录下来。当穿刺针慢慢插人时，计算机会提供即时的视觉和触觉信息，从显示器上可以看到穿插针在虚拟手臂中的位置，模型内部一套由计算机控制的机电装置则会通过穿插针使操作者感受到穿插过程中所遇到的阻力，包括开始很容易穿过患者的皮肤， 在到达血管壁时遇到较大的阻力以及当用力穿过血管壁时的落空感。同时从计算机的扬声器中你甚至可以听到病人发出“哎呀”的叫声，更使人产生身临其境的感觉[5]。
2计算机模拟教学在麻醉药理学教学中的必要性
2.1 模拟教学具有无可比拟的安全性和真实性 医学是一门经验性很强的学科，如果医学生在没有实践经验下贸然在病人身上学习，必定会给病人带来不便甚至危害。而且病人数量有限也不能完全满足学习的要求，加上为了减少医疗纠纷和保证医疗质量， 有的教学医院可能会在某种程度上忽视甚至牺牲临床见习和实习教学，于是医学理论和技术的结合与提高便一直是困扰医学生学习的难题。因此通过在理论课学习过程中运用计算机模拟系统，提供一个近似于真实但是又安全的人体环境，既可以不损害病人利益，又可以在没有任何危险的前提下为医学生观察药物的作用和不良反应提供平台，提高医学水平。比如美国METI 模拟系统对“模拟人”治疗的演练过程既不存在治疗失误的危险性，又可反复为各种病例的诊断与治疗演示出准确的效果[6]。
2.2 模拟教学溶知识性、趣味性、场景性于一体，有利于学生多方面能力的培养。麻醉药理学涉及的药物种类繁多，作用机制复杂，多数学生认为难学难记。模拟教学运用声音、图象、触觉等多种教学手段，在理论学习和临床实践之间架起了一座桥梁，情景的逼真和角色的进入，不仅使学生的思维能力、组织能力以及运用知识解决实际问题的能力得到提高， 而且使学生的心理素质得到锻炼， 增加了其心理承受能力，这对其尽快地适应临床、走向临床是十分有益的。
2.3 模拟疾病情况全面详细，有利于增加学生知识范围和对药物的理解。对于一些偶发而严重的事件， 比如麻醉过程中发生的过敏性休克、恶性高热、心力衰竭、心搏骤停等， 医学生在见习和实习阶段都可能遇不到，因此到临床后缺乏及时正确识别和处理能力。模拟教学可以模拟出各种临床事件，学生可以在老师的指导下在模拟器上反复地进行训练直至掌握该事件的处理，也可以有意识地进行错误的操作或治疗以观察其后果，从而加深对该事件正确处理的理解。比如The anesoft anesthesia simulator模拟系统预存了各种病人在进行全麻、局麻、心血管、神经外科、儿科、产科等麻醉时的不同情况， 并预存了正常人群和并发各种常见疾病的人群对100多种药物的药代、药效反应，还可以模拟出恶性高热、空气栓塞等特殊病例[7]。该系统通过电脑屏幕显示出麻醉病人及麻醉机和监护仪的参数、数据，受训者通过鼠标和菜单检查病人情况，控制病人的呼吸道和通气，并给予相应的液体和药物，系统自动记录受训者诊断和治疗的全过程。受训者可以通过查看帮助菜单了解最佳处理方案。
3 计算机模拟教学在麻醉药理学教学中的应用
3.1 模拟教学的课程安排 麻醉药理学模拟教学课程应该可以集中安排在基础理论课结束后(即集中见习)，也可以在每一章节授课过程中(即分散见习) 进行，两种方式的安排都各有优点。
3.2 模拟教学内容的安排 麻醉药理学涵盖12个章节，涉及数十种药物。计算机模拟教学可以应用于麻醉药理教学的各个方面。(1)内容上可以将一些具有共同特点和内在联系的药物放在一起进行，如镇静催眠药、阿片类镇痛药、某些局麻药都能通过静脉途径给药，将这几类药捆绑式地“组装”起来，构成特定的场景，通过启用视屏模拟系统，使学生能对这几种药的药效动力学和药代动力学进行比较，发现它们的不同之处，寻找共同点，达到强化理论知识的目的。(2)可以利用模拟系统中的特定数据模拟成临床病例展开用药讨论。比如要了解吸入麻醉药在肺泡及体内其他组织中的分布情况，可以通过Gas man模拟系统软件， 模拟吸入麻醉药的溶解度、挥发性等物理特性对其麻醉效能的影响， 还可以通过视屏形象地体会出低流量、循环紧闭式麻醉方式对吸人麻醉药药效动力学和药代动力学的影响[8]。relax模拟系统则可以模拟肌松药在临床上的使用， 它结合实例介绍肌松药使用和监测的重要原则，显示肌松监测仪的连接方式， 而且以动画的方式演示肌松药在神经肌肉接头处的作用原理以及肌松药在体内分布、降解、排泄等药代动力学方面的内容[9]。The anesoft sedation simulator模拟系统可以指导受训者如何在特殊环境下正确使用镇静药物、进行必要的监测和处理常见的问题[4]。
3.3 在麻醉药理学考试中的应用 模拟系统具有可重复性和可标准化性，因此通过模拟系统将以知识记忆为评分标准的传统考试改成以检测临床能力为主要目标的现代考试模式，即Stillman等学者所倡导的以临床模拟问题为基础的模拟考试模型。模拟系统不但可以考察学生对知识的理解程度和实际动手能力，还可以考察学生在具体场景中组织管理、沟通交流、观察和应变的能力。比如通过以一个病人整个麻醉处理过程中的问题让学生参与回答，按照模拟系统显示的正确与否评分。
4 模拟教学在麻醉药理学教学中应用注意事项
4.1 应坚持实事求是， 从实践出发的原则。由于模拟教学软件系统昂贵，我国国情决定不可能每个科室都配备模拟教学系统，可以采用共用资源，与CAI教学有机结合等办法解决资源不足的问题。比如在以培养思维能力为主时结合授课可以使用CAI，辅以标准化模拟体或模拟人，而在演练操作技能时则以模拟化教学辅以CAI。而对那些含实践内容较多的章节则就直接实行模拟教学， 融理论与实践于一炉。
4.2 编辑时注意修正数据：由于模拟系统软件是依照美国临床病人的生理和病理生理特点设计的，有些数据不符合国人状态，因此在病例编辑时对某些数据要进行修正。另外“模拟人”毕竟不是真人，不能完全反映出真实人体的复杂性以及无法互动实时交流，虚拟技术还需进一步完善和提高。
总之，计算机模拟教学能够很好模拟麻醉药物在应用中的情况，值得推广应用，虽然目前麻醉药理学模拟教学尚处于起步阶段，落后与国外，但由于模拟教学显而易见的优点，肯定今后教学的必然手段。相信随着模拟教育的不断深入发展，将更大地发挥教学的优势，提高教学质量，并将取得更满意的教学效果，为社会培养出综合素质更高的麻醉学人才。
参考文献
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