在过去的几十年中，教育领域发生了巨大变化。我们已经从经典的黑板和粉笔到Microsoft®PowerPoint®演示文稿和视频学习工具。现在，我们正处于大学课堂的另一个进步：通过虚拟实验室进行实验。
使用模拟应用程序构建虚拟实验室
虚拟实验室正是该名称所暗示的：可以通过屏幕访问和使用的实验室。它们充当现实世界过程和环境的模拟器，使您的触手可及的复杂科学现象可访问。
现在，模拟提供的灵活性与物理实验一样多，甚至更大。一个易于及时的实验过程意味着积极学习现在可以成为学生常规学习程序的一部分。
这反应平衡 - 乙烯向乙醇演示应用的气相转化在行动中。该应用程序旨在用作教学工具，它是您可以在ComsolMultiphysics®软件中的应用程序构建器中构建的应用程序的示例。
尽管可访问性是可见的优势，但虚拟实验室在增强STEM学科中学生的课堂学习经验方面也扮演了更大的作用。现在可以看到由复杂数学公式定义的抽象概念，使学生能够在基本层面上更好地了解这些概念。通过将注意力从复杂的数学开始，学生现在可以专注于实际的物理现象本身，同时相对容易地解决问题。
ComsolMultiphysics®软件提供了一个强大的平台，可在虚拟实验室的背景下模拟各种物理现象，工程过程，设计和设备。您还可以将COMSOL多物理模型转换为易于使用的仿真应用程序，学生可以使用Comsol Server™或用Comsol Compiler™编译的独立应用程序访问该应用程序。
将模拟纳入课程
基于查询的学习
当今全球大学意识到的重要性基于查询的学习（IBL），一种动手的方法，可以鼓励学生发展和回答自己的研究问题。
哈特福德大学机械工程教授伊万娜·米兰诺维奇博士分享了一个有趣的观察结果介绍她在流体和传热课程中包括模拟的方法。她指出，学生“是动手的人，他们想做一些令人兴奋的事情。”她补充说：“他们在那个阶段不了解令人兴奋的实际上是数学！”
Milanovic通过将多物理学模拟和应用程序整合到流体力学和传热课程中，作为课程所需的一部分，使她的初中学生的兴趣引起了人们的兴趣。在她的教室中，模拟应用程序是视觉效果，可以激发学生并吸引学生在学生为分级作业的应用程序构建工作时。
Hartford大学用于基于查询的学习的仿真应用程序。
在将多物理模拟纳入流体和传热课程中之前，米拉诺维奇建立了一个学生经营的涡轮机械实验室，以促进机械工程专业的学生基于询问的学习。但是，这些活动是课外活动，通常仅限于具有既定动力的学生对茎场的兴趣。
目前，在课程的初始阶段，应用程序构建家庭作业涉及简单的2D模型。随着课程的发展，任务逐渐成为更高级的仿真项目。
目前的课程分级方案包括一部分基于查询的学习，在没有指令帮助的情况下，学生使用COMSOL多物理学解决了问题。随着课程的进展，基于传热或流体流动的实际物理学，问题发展成为更加苛刻的问题。米拉诺维奇的尝试导致学生进行模拟和开发由NASA Connecticut太空资助资助的应用程序。米拉诺维奇的两名学生继续在NASA实习，并进入了NASA Pathways计划。一名学生甚至收到了他们的主管的激光建议，他们说他们不能要求一个更好的学生来帮助研究，另一个学生获得了超过20,500美元的资金他们的基于模拟的研究超过两年。
可视化概念
电气工程的学生有一个具有挑战性的课程：电磁学。弗吉尼亚联邦大学电气工程教授Nate Kinsey博士观察到，即使对于那些倾向于电气工程的学生来说，电磁学也趋于挑战。他解释说：“像Wi-Fi和电话塔之类的现象都不可见或互动；[他们]看起来像是某种黑魔法包裹在许多复杂的数学方程式中。”
没有视觉效果，学生将被迫通过复杂的数学和物理学来可视化概念，许多人首次学习和结合。结果，他们倾向于陷入复杂的数学中，而不会清楚地了解要解决的实际问题。
为了解决这个可视化问题，Kinsey在2017年完全重新设计了电气工程课程，并结合了两周的模拟实验室和动手实验。在周期的第一周，学生探讨了从数字模拟讲座的关键主题，在周期的第二周，他们进行了实际的实验，这些实验旨在证明这些概念是真正的物理效果。
Kinsey和他的Tas建造模拟应用显示电磁概念以及使用Comsol多物理学中使用应用程序构建器的问题。学生可以使用EM领域来玩耍，更改与他们正在使用的字段的参数。当学生对这些领域的性质有很强的直观掌握时，金西说：“数学是有道理的。这不是抽象的。实际上，它可能是描述正在发生的事情的最简单，最紧凑的方法。”
为VCU电气工程专业学生构建的仿真应用程序。
研究运输现象
在代顿大学，埃里克·S·瓦斯克斯（Erick S.该调查试图评估课堂上使用模拟对学生学习深度的影响。它还调查了学生使用comsol多物理学的经验要将数学模型与实际实验相关联，请将理论与实际应用联系起来，并轻松理解和操纵结果。大多数学生对整个调查都有积极的回应。
根据结果，决定在将来的课程中，模拟应用程序将被用作学习工具。同样，模拟和数学结果都将同时涵盖，以将数学和实验结果与仿真值进行比较。
伍斯特理工大学和Birla技术学院在运输现象和传热课程中类似地实施了模拟应用程序。
将高质量的STEM教育带给有限设施有限的大学
除了通过通过虚拟实验补充常规的实验室会话来增强学习的增强功能外，虚拟实验室还提供了崇高的原因。在印度，在线模拟工具改变了许多不具备学习必要资源（包括实验室或设备）的机构的教育面貌。
2012年，印度政府推出了91个虚拟实验室，其中包含9个科学和工程学科中的数百个实验。印度政府已与该国顶级机构合作开发这些基于模拟的虚拟实验室，任何具有互联网连接的人都可以远程访问。
基于仿真的虚拟实验室涉及使用数学方程式建模的实验，这些实验是在高端服务器上远程进行的。结果通过互联网传达给学生。这些实验室旨在大规模运行并迎合大量同时用户。
该项目旨在确保有限的资源或缺乏复杂的乐器不会阻碍学生的教育经验。除了工程和科学的本科生和研究生外，虚拟实验室还旨在触发高中生的好奇心，并激励他们从事高等教育和研究。
总结思想
COMSOL®软件使教授可以轻松地将虚拟实验室实施到其课程中。使用应用程序构建器可以轻松地将Comsol多物理学内置的模型转换为仿真应用。这些应用程序是通过Comsol Server™或用Comsol Compiler™编译的独立应用程序分发给学生的。然后，学生可以随时随地进行虚拟实验，利用在功能强大的数学建模工具上构建的专业用户界面。
下一步
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