数字实验
实验教学在对学生科学素质、创新能力与研究能力的培养方面起着非常重要
的作用，是理论教学所不能替代的。但是长期以来由于实验课教学的单一性、实
验课开课不足、教学设备陈旧、教育资金不足、危险性大、实验难以在实验室开
展等原因，学生在做实验时缺乏个性和创造力，仅仅是按照实验指导书上的要求，
按部就班地完成，不主动解决问题，机械地填写数据。更有甚者，缺乏实验兴趣，
抱着敷衍了事的心理，认为实验只不过是对书本上的理论知识进行验证。
计算机的性价比和易用性的提高，使得虚拟实验室在教学、科普教育和技术
研究领域的应用成为可能。虚拟实验室，是指由虚拟现实技术生成的一类适于进
行虚拟实验的实验系统，其包括相应实验室环境、有关的实验仪器设备、实验对
象及实验信息资源等。虚拟实验室可以是虚拟构想成的实验室，也可以是某一现
实实验室的真实实现。多媒体计算机技术与仪器技术的结合构成了虚拟实验室的
基础，学生可以在计算机屏幕上通过场景式图形界面拥有自己的实验室，也可以
利用虚拟仪器技术与认知模拟方法赋予实验室智能化特征，使学生可以不受时空
限制，身临其境地观察实验现象。在虚拟实验室中，实验者有逼真的感觉，他的
感觉是真正地在现实实验室里近距离地进行现场操作。
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国外许多大学早期就开展对虚拟实验室的研究工作，美国佛罗里达中央大学
已开发出用于公众教育的、低成本的网络虚拟环境。美国密歇根州立大学的通
信技术实验室同工业界合作，开发SIZE机，这个虚拟环境支持环境搜索。美国
巴尔的摩约翰鹤健斯大学的化学工程系的卡尔威教授在电脑网络上建立了一个
虚拟实验室。
国内的许多大学也对虚拟实验室进行了研究，北京邮电大学、北京工业大学、
清华大学等共同建设了网络虚拟实验室，即在首都信息发展股份有限公司总部所
在地建立主实验室，并创造条件在合作单位所在地逐步建立分实验室，各地实验
室通过网络连接成为网上虚拟大型实验室。北京航空航天大学与浙江省病理质控
中心合作开设有“虚拟免疫组化实验室”。实现了通过图像分析系统定义免疫组
化染色、对免疫染色肉眼视觉上的强度量化，以增加可重复性，找出定义免疫染
色物质质量的最佳参数。中国农业大学进行了虚拟植物研究，应用计算机模拟植
物在三维空间中的生长发育状况，其主要特征为以植物个体为研究中心，以植物
的形态结构为研究重点。
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铁路货车是不断运输的，所以停靠的时间较少，这就给检车员所练习的时间
较少。从而造成在检车时会出现一些纰漏。铁路货车虚拟仿真检修，用VR虚拟
的场景来最大限度的还原现实场景，让检车员能在此虚拟的操作下了解相应的故
障问题，对于一些常见的问题，可以更加熟练，一些重大问题也可进行学习，能
有效的提高检车员的技术能力。
虚拟化学实验也给教学带来了极大地方便。
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虚拟现实技术在教学实验中发挥了不可或缺的作用。在仿真实验及教学过程
中应用先进的虚拟现实技术，有利于显现模拟那些客观存在，而在课堂教学环境
中难以实现的事物，从而大幅缩减仿真实验教学的成本，保障仿真实验教学的质
量。
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