時間：2022-02-24 10:50:01
序論：在您撰寫虛擬化學論文時，參考他人的優秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發您的創作熱情，引導您走向新的創作高度。
（一）實驗分析
高錳酸鉀制取氧氣是利用酒精燈、試管、鐵架臺、導管、集氣瓶、水槽等儀器，通過加熱高錳酸鉀制取氧氣，利用排水法來收集氧氣。學生不僅要掌握實驗原理、目的，實驗儀器和藥品的使用方法及注意事項，實驗步驟、化學方程式的書寫等內容，還要培養觀察、分析能力和實踐操作能力。
（二）《高錳酸鉀制取氧氣》的實驗目的
（1）通過虛擬實驗中的文本展示工具，使學習者了解實驗目的、原理和方法。
（2）通過對虛擬實驗的操作，掌握藥品的選擇以及儀器連接的先后順序，能夠動手制取氧氣。
（3）通過對實驗過程、現象的觀察、分析實驗反應機制，加深對實驗的認知和理解。
（三）《高錳酸鉀制取氧氣》的虛擬實驗活動設計
學生要完成虛擬實驗首先需要安裝Secondlife客戶端，進入Secondlife虛擬環境，通過以下流程完成整個虛擬實驗。
（1）準備階段：學習者通過Secondlife提供的地圖工具搜索到虛擬實驗室地標并通過瞬間移動工具進入虛擬實驗室。
（2）實驗階段：學習者通過人-機交互選擇事先通過3D建模工具創建好的虛擬實驗儀器、藥品并通過資源工具查詢相關儀器的使用方法及實驗裝置圖，完成實驗儀器的裝置；點擊各個實驗儀器、添加藥品來完成實驗。
（3）評價反饋階段：教師根據學生提交的實驗報告和學習者的學習記錄對學習者本次實驗進行一個綜合評價，并將評價結果通過評價反饋系統及時反饋給學習者。
二、《高錳酸鉀制取氧氣》的虛擬實驗環境設計
本研究以《高錳酸鉀制取氧氣》為例設計的虛擬實驗環境。以實驗過程的設計為理論基礎從場景及模型設計、交互設計、支持工具設計、特效設計、評價設計這幾方面設計三維虛擬實驗環境。
（一）實驗環境的場景及模型主要虛擬教室、虛擬實驗室和儀器設備組成
虛擬教室由講臺、桌椅、多媒體系統、音響設備、電子白板、書柜、書、電腦組成，供學習者實驗后進行交流、報告、探究、形成實驗結論。虛擬實驗室主要由實驗環境、實驗操作臺、水池、藥品柜、滅火設備為為學習者完成實驗并獲取實驗數據。儀器設備主要是酒精燈、試管、鐵架臺、導管、集氣瓶、水槽、鐵夾、燒杯。藥品耗材主要是高錳酸鉀等。
（二）交互系統設計
（1）人機交互設計：在實驗中通過操作交互，學習者能夠感受到實驗設備的控制感和體驗感。在Secondlife中，利用創建工具可以實現簡單的“點擊”“移動”“坐在上面”等操作，Secondlife提供的林登腳本語言可以設置改變物體的性質、運動方式、運動軌跡、對外力的反應等等，能夠較好地支持學習者的操作交互。
（2）交流工具：學習者在實驗過程中和老師、同伴交流的方式主要有在線的同步交流和異步交流。
（三）支持工具設計
實驗支持工具是指支持學習者完成實驗的所有工具，本研究的支持工具主要包括搜索工具、資源工具、實驗認知工具、評價反饋工具等。搜索工具主要是地圖工具和瞬間移動工具通過它們是搜索定位各種學習場所、用戶，并瞬間移動到目的地。資源工具包含Secondlife內部資源和外部資源。內部資源主要是3D瀏覽器；外部資源包括各大搜索引擎。這些工具可以搜索Secondlife內部和外部各種信息資源實驗認知工具主要包括3D建模工具、拍攝工具、記事本工具主要為為實驗過程中學習者觀察記錄實驗現象、采集數據提供支持。評價反饋工具主要包括問卷系統（choicer、Quizchair）、學習記錄系統（Tracker）、Web-Intercom，為實驗后學習者自評、反思以及教師評價反饋提供支持。
（四）特效設計
在Secondlife中，通過粒子系統結合林登腳本語言可以營造煙霧、火焰、氣體、雪花等各種現象。在本實驗中酒精燈加熱的火焰、水槽里面的氣泡、集氣瓶中的氧氣、反應過程中的煙霧、藥品晶體的狀態變化等效果都可以通過粒子系統來實現。
三、結論
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
（一）實驗分析
高錳酸鉀制取氧氣是利用酒精燈、試管、鐵架臺、導管、集氣瓶、水槽等儀器，通過加熱高錳酸鉀制取氧氣，利用排水法來收集氧氣。學生不僅要掌握實驗原理、目的，實驗儀器和藥品的使用方法及注意事項，實驗步驟、化學方程式的書寫等內容，還要培養觀察、分析能力和實踐操作能力。
（二）《高錳酸鉀制取氧氣》的實驗目的
（1）通過虛擬實驗中的文本展示工具，使學習者了解實驗目的、原理和方法。
（2）通過對虛擬實驗的操作，掌握藥品的選擇以及儀器連接的先后順序，能夠動手制取氧氣。
（3）通過對實驗過程、現象的觀察、分析實驗反應機制，加深對實驗的認知和理解。
（三）《高錳酸鉀制取氧氣》的虛擬實驗活動設計
學生要完成虛擬實驗首先需要安裝Secondlife客戶端，進入Secondlife虛擬環境，通過以下流程完成整個虛擬實驗。
（1）準備階段：學習者通過Secondlife提供的地圖工具搜索到虛擬實驗室地標并通過瞬間移動工具進入虛擬實驗室。
（2）實驗階段：學習者通過人-機交互選擇事先通過3D建模工具創建好的虛擬實驗儀器、藥品并通過資源工具查詢相關儀器的使用方法及實驗裝置圖，完成實驗儀器的裝置；點擊各個實驗儀器、添加藥品來完成實驗。
（3）評價反饋階段：教師根據學生提交的實驗報告和學習者的學習記錄對學習者本次實驗進行一個綜合評價，并將評價結果通過評價反饋系統及時反饋給學習者。
二、《高錳酸鉀制取氧氣》的虛擬實驗環境設計
本研究以《高錳酸鉀制取氧氣》為例設計的虛擬實驗環境。以實驗過程的設計為理論基礎從場景及模型設計、交互設計、支持工具設計、特效設計、評價設計這幾方面設計三維虛擬實驗環境。
（一）實驗環境的場景及模型主要虛擬教室、虛擬實驗室和儀器設備組成
虛擬教室由講臺、桌椅、多媒體系統、音響設備、電子白板、書柜、書、電腦組成，供學習者實驗后進行交流、報告、探究、形成實驗結論。虛擬實驗室主要由實驗環境、實驗操作臺、水池、藥品柜、滅火設備為為學習者完成實驗并獲取實驗數據。儀器設備主要是酒精燈、試管、鐵架臺、導管、集氣瓶、水槽、鐵夾、燒杯。藥品耗材主要是高錳酸鉀等。
（二）交互系統設計
（1）人機交互設計：在實驗中通過操作交互，學習者能夠感受到實驗設備的控制感和體驗感。在Secondlife中，利用創建工具可以實現簡單的“點擊”“移動”“坐在上面”等操作，Secondlife提供的林登腳本語言可以設置改變物體的性質、運動方式、運動軌跡、對外力的反應等等，能夠較好地支持學習者的操作交互。
（2）交流工具：學習者在實驗過程中和老師、同伴交流的方式主要有在線的同步交流和異步交流。
（三）支持工具設計
實驗支持工具是指支持學習者完成實驗的所有工具，本研究的支持工具主要包括搜索工具、資源工具、實驗認知工具、評價反饋工具等。搜索工具主要是地圖工具和瞬間移動工具通過它們是搜索定位各種學習場所、用戶，并瞬間移動到目的地。資源工具包含Secondlife內部資源和外部資源。內部資源主要是3D瀏覽器；外部資源包括各大搜索引擎。這些工具可以搜索Secondlife內部和外部各種信息資源實驗認知工具主要包括3D建模工具、拍攝工具、記事本工具主要為為實驗過程中學習者觀察記錄實驗現象、采集數據提供支持。評價反饋工具主要包括問卷系統（choicer、Quizchair）、學習記錄系統（Tracker）、Web-Intercom，為實驗后學習者自評、反思以及教師評價反饋提供支持。
（四）特效設計
在Secondlife中，通過粒子系統結合林登腳本語言可以營造煙霧、火焰、氣體、雪花等各種現象。在本實驗中酒精燈加熱的火焰、水槽里面的氣泡、集氣瓶中的氧氣、反應過程中的煙霧、藥品晶體的狀態變化等效果都可以通過粒子系統來實現。
三、結論
虛擬機可以通過軟件來模擬完整的硬件系統，在一臺物理計算機上可以利用虛擬機同時安裝、運行多個虛擬的操作系統（以下簡稱GuestOS，即安裝在虛擬機中的操作系統），如WinXP、Win7、WindowServer2008、Linux等，各系統間可以同時運行且互不干擾，也可以組建成一個網絡，多系統間也可以進行靈活切換，從而在節約資源的情況下方便地完成各種測試與開發。目前在信息化教學中比較常用的虛擬機軟件主要有VirtualPC、VMware。兩種虛擬機均能支持Dos、Windows、Unix、Linux等GuestOS，安裝GuestOS時均可采用物理光盤或使用ISO鏡像文件，GuestOS均有bridged(橋接模式)、NAT(網絡地址轉換模式)和host-only(僅主機模式)三種網絡工作模式，安裝后的GuestOS和HostOS（即物理計算機上安裝的操作系統）是相互隔離的，但鼠標指針均可以在二者之間隨意移動、拖放文件，而且GuestOS均具有磁盤還原功能。VirtualPC是微軟開發的虛擬機，對Windows操作系統具有較強的兼容性；最新版本VirtualPC2007漢化安裝包僅27MB左右，安裝快速，約90秒即可完成安裝；GuestOS的硬盤和內存大小按實際使用動態增減，VirutalPC虛擬了一個通用的顯卡：S3Trio32/64(4M)，還虛擬了串口和并口。而VMwareWorkStaion6.0之后的各版本安裝包均在400MB以上，安裝時間較長、較繁；GuestOS的硬盤容量在設定后不可調整，但可增加硬盤數量；分配多少內存，即使不用，也占用著，不可被其他地方調用，因而基于VMware的GuestOS比較耗資源。但VMware更新最快，支持最新的各種操作系統，可以虛擬出除串口、并口外的USB、打印機等，而且VMwareWorkStation自9.0起具有更出色的3D圖形技術。VMwareWorkstation具有更快的3D圖形處理能力，支持在Windows和最新Linux虛擬機中使用DirectX9.0cShaderModel3和OpenGL2.13D圖形技術，因此可以輕松地滿足AutoCAD、Solidworks和許多最新游戲等3D應用的嚴苛要求[1]。對比VirtualPC和VMware，如果要安裝Windows系統，且所要使用的軟件對顯存要求不高，對GuestOS的設置也比較簡單，則建議使用輕巧型的VirutalPC；若是需要安裝非Windows系統，或體驗最新的各種操作系統，或軟件對顯存要求較高，或需要更多的硬件虛擬時，建議使用VMware。
2虛擬機在中職信息化教學中應用
2.1應用一：教學環境隨身帶
GuestOS在HostOS中只是一個虛擬硬盤文件，文件大小即GuestOS實際消耗的硬盤空間，如GuestOS為純凈的WindowsXP或WindowsServer2003，虛擬硬盤文件大小一般不超過2GB，便于存儲在U盤或移動硬盤隨身攜帶。由于VirtualPC和VMware都可以直接使用虛擬硬盤文件打開相應的GuestOS，所以對于一些特殊的教學環境，教師可以事先在GuestOS中配置好，或直接將實訓室的實訓環境通過鏡像方式Ghost安裝到GuestOS中，然后將虛擬硬盤文件存放在U盤或移動硬盤中，隨身攜帶，這樣只要所用計算機上安裝了相應的虛擬機就可以把虛擬硬盤文件拷到計算機上使用，這樣既方便了備課，又方便了上課。當然，經實踐證明，如果是存放在USB3.0的U盤或移動硬盤上，則可在USB3.0的移動設備上直接運行GuestOS，這樣省去了拷貝虛擬硬盤文件時間，大大提高使用效率和便靈活性。VirutalPC安裝快速，操作簡單，相對于VirutalPC，VMware的硬件虛擬更強大，磁盤使用效率更高，更突出優勢，若某些軟件在VirtualPC無法運行時，不妨使用VMware。但由于VMware安裝較繁瑣、耗時，若要使用VMware，則建議先在常用的多媒體教室或實訓室安裝好VMware，以免影響課堂進度。
2.2應用二：節省設備投入，提高實訓教學效果
2.2.1方便教師搭建服務器，提高實訓教學效果
在實訓教學中，將用于考試或文件共享等專門用途的ServerOS安裝在教師機的虛擬機上，則每間實訓室可節省1臺服務器計算機。在虛擬機上安裝ServerOS后，教師可方便地實現在WindowServer2003的GuestOS中搭建各種服務器，如文件服務器。在建好文件服務器后，可以通過特定軟件實現為每個學生機建立一塊相互隔離的個人空間，這樣既方便了學生提交作業，也方便每次課將上次未完成的作業對應地發送給學生。
2.2.2方便學生搭建實訓平臺，進行實訓、測試，強化技能
（1）在計算機實訓中，每個學生均可利用一臺計算機同時操作多個GuestOS，進行完整的實訓測試，不僅提高了實訓設備的使用效率，還可以讓每個學生系統、全面地掌握相關技能，而不局限于分工合作后的局部技能，如網站建設與測試、網絡攻防測試等。（2）由于HostOS與GuestOS是隔離的，所以在GuestOS中不管是分區、中病毒、死機，還是安裝各種軟件，都不會影響HostOS。在HostOS中，GuestOS僅表現為一個或多個數據文件，所以諸如系統安裝、磁盤操作、分區調整、數據刪除與恢復測試、病毒防治、網絡安全攻防測試之類會損壞HostOS的實訓，就可以放心地讓學生在GuestOS中進行反復實訓，這樣學生的專業技能也能得到更好的強化。
2.2.3方便準備不固定實訓場所的實訓環境
（1）對于臨時調整實訓室時，經常會遇到學生機缺少實訓環境，教師可以利用如凌波多媒體網絡教室軟件、飛鴿傳書等局域網文件傳送軟件，快速地將配置好實訓環境的虛擬硬盤文件傳送給學生，學生就能在虛擬機的實訓環境中正常完成實訓。（2）對于一些非正常教學的培訓，學生機中缺少培訓所需軟件，或軟件版本不同，則可將培訓所要的軟件安裝到GuestOS中，傳送到學生機上，從而減少了對所有學生機因不同需求反復安裝的麻煩。
2.3應用三：錄制實訓教學視頻
合理搭配實驗內容。要想在有限的學時內,完成更多的實驗內容,以實現免費師范生知識與經驗的沉淀,就必須要盡可能合理安排每個實驗的時間,以實現實驗效益最大化。例如某些實驗需要等較長時間,那么可以適當地在這個實驗間隙,合理地安排一些時間短的實驗充實這段時間。像“聚丙烯酰胺凝膠電泳”這一常規實驗。其實驗步驟及需要時間大約為:教師講解實驗所需時間大致為30分鐘、灌制分離膠需要1小時左右、灌制濃縮膠大致需1小時、點樣大致需30分鐘、電泳時間為2.5小時、卸膠約需要10分鐘左右、洗膠約需30分鐘、染色大致需要30分鐘,實驗總共耗時大約7小時左右。其中像在灌制分離膠與濃縮膠、電泳時,學生其實是在等待。如果在等待的這段時間中合理安排一些時間較短的實驗內容,如:酶的特性檢驗或糖類性質測定實驗,就可以在有限的學時內,完成更多的實驗內容,從而增加了免費師范生實踐操作時間,鍛煉了他們的技能。
2虛擬實驗
視頻虛擬生物化學實驗視頻其實質就是通過錄制教師示范試驗或者在教師指導下一些學生所做實驗。做實驗時,教師通過視頻給學生講解需要哪些儀器、詳細說明操作過程以及實驗要點。這樣可帶給學生對于實驗的直觀認識。并可結合視頻,讓學生分組討論實驗過程中易錯之處,以及對實驗結果進行分析。虛擬生物化學實驗視頻優勢之一,在于對一些價格昂貴的大型精密儀器,諸如透射電鏡、流式細胞儀、核磁共振等,可以在虛擬實驗中得到全面展現。優勢之二在于學生通過虛擬生物化學實驗視頻,可以掌握一些先進的在生物化學中屬于前沿的一些技術實驗技術,例如蛋白質雙向電泳技術等。優勢之三在于通過虛擬生物化學實驗視頻,在做實驗時學生可以不受場地以及時間限制,就幾乎可以完成所有的傳統實驗,還可以在教師的帶領下模擬一些綜合性和探究性實驗,從而可加深學生對實驗的認識,開拓了他們的視野,增強學生的動手能力。優勢之四在于通過虛擬生物化學實驗視頻,還可以讓學生獨立進行模擬和設計實驗,既節省試劑,又可免除了實驗中的一些意外傷害2深化教學方式。只有站的高才能看得遠,作為培養免費師范生的教師只有不斷更新自身知識結構,提高自己的科研水平,才有可能開闊學生的知識視野、激活學生的思維。作為培養免費師范生的教師應海納百川,不僅要不斷創新教學內容,而且要不斷地把自己的、他人的、以及世界的最新科研成果融進生物化學實驗課中,這樣才能形成以培養學生做學問做研究為主的新模式。
論文關鍵詞：數字圖書館 虛擬學習環境 整合
論文摘 要：虛擬學習環境和數字圖書館的整合是近幾年高校圖書館推行的新型服務模式。本文探討了利用圖書館現有數字資源，實現數字圖書館與虛擬學習環境的整合。分析了數字圖書館與虛擬學習環境整合后對圖書館服務所起的作用和存在的問題，以及如何完善這些問題等。
1 數字圖書館與虛擬學習環境整合概述
數字圖書館與虛擬學習環境的整合是將學生的學習資源、教師的課件資源和圖書館的數字資源融合在一起。學生通過教學過程獲取知識的方式和通過圖書館獲取信息的方式均發生了巨大變化，導致了圖書館服務從傳統服務向虛擬服務的擴展。
1.1 有利于圖書館服務角色的改變
圖書館的服務從傳統對圖書資料的開發利用，重視對教師課件資源和考卷資源的開發，到承擔起利用元數據對其組織、描述、加工和整理的任務，將學生的學習資源、教師的課件資源和圖書館資源與服務融合在一起，并建立一個統一的信息訪問平臺。對來源各異、不同媒體的信息資源進行整合，利用統一的界面為讀者提供一個一站式學習、無縫檢索的數字化學習環境。
1.2 拓展了圖書館的服務模式
數字圖書館的建設是為了高效率利用圖書館資源，解決傳統圖書館信息搜集、整理、加工服務過程中的局限性和低效率，以滿足讀者對圖書館信息資源的需求。與傳統圖書館的服務相比，數字圖書館與虛擬學習環境的整合建立起了以數字圖書館為平臺發展起來的虛擬服務、個性化服務、虛擬參考服務、網絡導航服務。它包括：館際互借與電子文獻的傳播、公共書目查詢、數字資源全文的獲取、在線閱讀、用戶培訓課件等等。如：一個讀者想續借、預約、館際互借圖書，這些都可以在網上通過圖書館網頁得以完成。
1.3 有利于培養學生的學習能力
虛擬學習環境是在網絡條件下產生的，它具有明顯的特征：技術性、開放性、學習資源的豐富性及共享性、學習的自主性等等。數字圖書館與虛擬學習環境的整合可以滿足不同讀者的不同的學習需求。數字圖書館具有的便于儲存、組織、檢索、復制和傳輸等特點，使讀者可以按照自己的意愿來進行，沒有了條條框框的束縛。通過網絡虛擬學習調動讀者的感官認識，使其產生學習興趣，并能變被動為主動。借助網絡這個平臺，大家在這種學習環境中，可以借助于各種先進的學習軟件、工具和平臺，對共同感興趣的東西和學習過程中遇到的難題，進行自由交流、互動、討論和協作，共享彼此的觀點、思想、資源、知識、學習經驗和集體智慧。不僅學習到了知識，而且獲得了學習能力的提升。
1.4 有利于同學之間，學生與教師之間的交流
傳統的教育方式是受教育者與施教者，兩者之間根本不可能實現所有學生與教師之間的互動。虛擬學習環境下，教育不再是單純的只在校園或者在教室內的行為模式，學生對教師的依賴性減少了。雖然虛擬學習環境中學生與教師在空間上是分離的，但他們通過電子郵件、語音聊天等諸多形式相互聯系，甚至可以在網上組織學習小組。在這個學習環境中，他們可以很自由的和老師、同學進行在線交流，相互學習。學生可以向老師提出問題，尋求老師的幫助。老師也可以隨時抽查學生作業，并對作業提出意見和要求。所以說虛擬學習環境更能啟發學生的創造性、互動性。
2 數字圖書館與虛擬學習環境整合中存在的問題
2.1 技術層次低
虛擬學習環境依托于數字圖書館的發展，但數字圖書館涉及到圖書館本身結構的數字化以及管理程序、信息傳遞過程的數字化。它的形成必須依靠館藏信息資源的信息數字化。數字圖書館是以數字化的形式，將文字、圖像、聲音、動畫等多種形式的信息存儲在光、磁等非紙質載體上，通過計算機和其它外部設備再現的信息資源。在發展過程中一些技術問題還不夠完善。如：信息編碼技術、通訊技術、服務器技術和用戶接口技術等。這些技術問題涉及到資源的內容、結構，造成了讀者下載資料困難。可獲取的資源太少，因而不能真正提供“一站式”的服務。
2.2 資源有限
數字圖書館與虛擬學習環境的整合是為了讓讀者獲取更多圖書館資源，為讀者提供經數字化處理的多樣化、全球共享的學習材料和學習對象。而在具體使用過程中，由于受到各種因素的制約，如：圖書館經費制約、傳統圖書館的制約、知識產權等等，造成向讀者提供資源有限。目前，高校館藏數字化主要集中在學位論文、會議論文等電子資源(電子期刊、電子圖書等)，對多媒體資源及網絡資源收集加工比較少，對圖片、音頻、視頻、光盤等類型的資源提供的檢索途徑比較少。
2.3 讀者利用的效率不高
在虛擬學習環境中，數字化學習平臺與圖書館管理系統的整合面臨較大困難，如果不對他們進行整合，或者整合不合理，都會給讀者造成極大的不便。目前國內許多圖書館資源與服務分布較散，一站式信息服務未能實現。一方面高校數字圖書館在資源整合過程中普遍存著數據缺乏規范，造成用戶獲取資料困難；另一方面圖書館資源內容采集不全，有些數據庫的期刊在整合系統中沒有收集。這些都是造成讀者利用效率不高的重要原因。
3 加強數字圖書館與虛擬學習環境整合的舉措
3.1 提高整合技術，完善整合后的系統功能
3.1.1 信息資源整合
信息資源的整合應以館藏書目資源為核心，選擇本校特色主題制作成獨具特色的文獻數據庫或者專題數據庫，對數目數據庫、全文數據庫和一些免費提供短期服務的數據庫、自建數據庫等多種載體進行全方位的提示與整合。對讀者比較常用的資源，如電子期刊、電子圖書、學位論文、會議論文等數字資源通過圖書館主頁提供給讀者。
3.1.2教師課件的整合
對全校優秀教師的教學方法、課程需要的資源等加以整合，以充實到虛擬學習環境中。
3.1.3 建立信息資源導航庫
根據讀者需求，搜索、選擇、挖掘Internet中的信息資源，下載到本館或本地網絡中，經過分類、標引、組織，通過網絡或其他方式提供給用戶。
圖書館將這些整合出來的數字資源，通過一定的檢索方法，如關鍵詞、題名以及學科分類等檢索點提供給讀者。對數據庫的檢索界面應遵循簡單、友好的原則。對于教師課件參考文獻及教學參考書目與圖書館目錄建立技術上的鏈接，達到虛擬學習環境和數字圖書館相融合的結合體。
3.2 加強讀者信息檢索技能的培訓
對讀者群的培訓。從低年級的入館教育到高年級的文獻檢索課的教育要分層次逐步開展，以達到即對學生進行培訓，又對圖書館資源起到宣傳作用。目前高校文獻檢索課還不普及，而且大都是選修課，參加的人數不多。為拓展圖書館的宣傳力度，培養學生利用文獻信息資源的主動性，應在全校范圍內提高文獻檢索課教學力度，將文獻檢索課納入必修的范疇，讓文獻信息檢索知識成為學生走向社會后必不可少的知識點。
加強對讀者檢索能力的培訓。培訓內容包括具體的操作，如計算機檢索、網絡查詢及網絡通訊方法等方面。使光盤數據庫、多媒體網絡資源成為讀者獲取信息的主要渠道。
3.3 對讀者信息需求的分析
3.3.1依賴心理
隨著圖書館服務的更新，讀者可以通過計算機、網絡等技術查找他所需要資料。但讀者還是希望通過一個界面能方便快捷的查找資料以及教學課件等。
3.3.2 求便心里
讀者在利用虛擬學習環境時，傾向于手續簡便、網絡搜索引擎與入口提供單一的檢索點。
3.3.3 求新心里
由于信息量大，更新快，讀者在利用時希望獲取的是最新的、經過篩選、具有高質量的資源與環境。
對讀者信息需求的分析，是了解讀者在虛擬學習環境中學習過程的一般需要，以便在虛擬學習環境的創建中更好地整合各種數字資源、教學資源，做到有的放矢。
3.4 館員素質能力的提高
數字圖書館與虛擬學習環境的整合，改變了圖書館員原有的服務模式。如何改變傳統的工作方法，需要進行一定的嘗試。
3.4.1 改變工作模式
圖書館原有的工作主要是對圖書館購買的資源進行整理加工，然后提供給讀者使用。現在要重視對教師的課件資源、學校優秀論文、學術動態進行收集、整理、描述和加工。使讀者能夠像利用圖書館資源一樣很方便利用網絡資源、教師的課件資源和與課程相關的參考資料。
3.4.2 改變服務模式
在虛擬學習環境中，學生的學習方式跨出了傳統的課堂授課模式，學生的學習能力在這一環境中得到了培養和鍛煉。圖書館的服務模式也由過去通過圖書流通、閱覽、咨詢等實體服務而轉向通過網絡向讀者提供形式多樣的虛擬服務，圖書館員要主動參與，發揮圖書館信息資源優勢。
虛擬學習環境是新興的、不斷發展的信息服務體系，教師、圖書館員和學生在這一學習環境過程中，將對數字圖書館和虛擬學習環境提出更多、更高的要求。
參考文獻
［1］ 薛調等.一體化學習環境下的高校圖書館用戶需求分析研究［J］.圖書館工作與研究，2005（2）.
國務院學位委員會于1998年修訂研究生專業目錄時，特別設立了材料物理和化學專業。材料物理和材料化學是材料科學的重要基礎。現代材料科學的發展已經由過去的宏觀研究和發展進入到微觀分析和研究，用電子、原子、分子的尺度來研究改變物質的性質，發展新興的材料。特別是當今以服務于高科技，現代工業和國防為主的現代材料或新材料的需求量越來越大，新材料的研制與開發速度也越來越快，因而涌現出的新概念、新理論、新技術、新方法、新工藝、新產品和新問題越來越需要材料學家和物理學家等共同努力來歸納、整理、總結及創新。由此產生的材料化學新專業無疑是多學科知識交叉、滲透的結果。它給現代材料的研究、開發和應用以及相關科學的發展帶來了新的空間，為新材料的可持續發展提供完善而系統的理論指導和技術保障。因為材料化學專業是技能性、實踐性極強的學科領域。如何通過材料化學各實驗課程的改革，深化學生對課堂知識的理解，培養學生的科學思維方式和實踐能力，從而提高學生創新能力和綜合能力，是我們面臨的一個重要問題。如何通過實驗培養學生多層次、多方向的掌握材料物理性能與材料的制備、工藝和測試手段的關系。并且通過獨立操作和控制實驗進程，培養學生的研究精神和創造能力是我們材料化學專業需要迫切解決的問題。我們通過分層次實驗教學，取得了良好的教學效果。
分層次實驗教學法研究
通過分層次開設實驗，培養學生的合理的思維方式和實踐能力，從而提高學生研究精神和創造性能力。具體過程分為以下三個步驟：
1.加強有關材料化學專業基礎性實驗
在材料化學專業本科生具有了初步的化學和物理實驗能力的基礎上，首先將材料化學專業實驗課程從相關理論課程剝離，綜合成材料化學專業專門的基礎實驗課程，集中訓練學生的材料制備和材料性能檢測技能，并以此為實驗室的開發重點，使學生的實驗基本技能得以鞏固和提高。
2.開展綜合性實驗并結合本專業開展遠程網絡虛擬實驗教學
在材料化學專業本科生已經具有初步的材料制備和性能檢測的實驗技能基礎上，第二步開設綜合性實驗并結合遠程網絡虛擬實驗教學。綜合性實驗的開設是為了適應社會的發展和需求，在綜合實驗新體系中，要求開設的綜合性實驗盡可能反映材料、生命、環境、信息等學科的內容；了解和學習材料化學研究方法與現代實驗技術在高新科技學科中的應用成為我們新的建設目標。因此，不僅要打破專業的界限，還要打破學科的界限，使綜合性實驗成為跨學科、多技能的綜合訓練。在我們材料化學專業開設的綜合性實驗中，與材料、信息相關的實驗有新型能源材料的合成，SDC（固體氧化物燃料電池電解質材料）的合成和表征，壓電陶瓷的制備和表征等等；與生物相關的實驗是天然物或中草藥物的提取及指紋圖譜等。這樣可以使學生掌握無機非金屬材料的制備方法和相關性能測試方法，掌握天然生成物質的提取方法和結構確定的手段，從而有效地提高學生的專業知識并擴展了知識面。為今后學生進行主導型研究性實驗奠定基礎。
目前，網絡建設日益完善，網絡速度和寬帶不再成為制約網絡虛擬實驗教學的瓶頸。計算機軟、硬件的飛速發展無疑使得虛擬實驗環境更加逼真、智能。當然，虛擬實驗在培養學生的動手能力、培養學生的誤差分析能力等方面還不可能取代傳統的實物實驗教學方式。但是開設遠程網絡虛擬實驗教學可以使接受遠程教育的學生獲得與在校生一樣的從感知到理解的過程。有利于培養學生網絡學習的能力，為終身學習打下良好基礎。對我們專業來說，因為是新開的專業，很多實驗還缺乏必要的實驗器材，很多綜合性實驗課程無法開出。但借助遠程教育平臺，可以與兄弟院校和我校其他院系的實驗教學資源實現共享，從而使相關實驗得以進行，實現了學生對相關實驗的認知。
3.開展學生主導型研究性實驗的模式
學生主導型研究性實驗是在綜合性實驗的基礎上由學生自己選題、查閱文獻和設計實驗，在教師指導下完成研究性實驗論文并進行論文答辯。該模式的主要目的是全方位地鍛煉學生實驗研究的能力，充分調動學生的主動性和積極性，激發他們從事材料科學研究的興趣和熱情，為其今后的畢業設計和將來從事科研工作打下良好的基礎。同時這種新的實驗模式也提高了實驗室在學生學習中所占的地位，建立了進實驗室學習的意識。設計性實驗對開發學生智力和創新能力有著重要作用。但在具體實施時，對學生的培養要有一個由淺入深的過程，我們材料化學專業的主導型研究性實驗采取在大學中后期開設，在學生已經完成材料化學基礎性實驗和綜合性實驗的基礎上結合指導教師的課題或相關專業后開設（可參考材料化學實驗教程中的設計性實驗）。具體過程一般為以下幾個步驟：（1）選題； （2）查閱文獻收集資料； （3）研究方案。學生設計實驗原理，方法和步驟，擬定實驗所需藥品、儀器，探討實驗時可能產生的現象和容易發生的失誤以及安全等應注意的問題，最后獨立設計實驗方案。實驗方案包括：實驗題目、儀器、藥品、操作步驟和實驗表征儀器等。然后將審閱實驗設計方案交給教師，教師在尊重學生創造精神的原則下選出幾種最佳方法，同時糾正某些實驗方案的錯誤指出某些實驗方案的缺陷，再將設計方案反饋給學生，將教師選中的方案交由全班同學討論、完善。然后采取論文答辯的方式檢驗實驗效果。在整個形式上基本是本科生畢業設計的模型，通過這樣的實驗為學生的畢業設計和將來的進一步深造奠定基礎。
最后，在整個分層次法實驗教學中，我們的實驗室采取的是開放式實驗管理模式，在時間方面，我們安排了中午、晚上和雙休日對學生開放，讓學生對實驗結果進行一些探索，對實驗基本技能進行鞏固和掌握。同時，有2~3周開展專門的實驗時間。在人員配備方面，采用專業課教師和實驗室教師結合的方式，使每個實驗都有專業教師進行指導，以保證實驗的順利進行。
