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關(guān)鍵詞：虛擬仿真；學(xué)習(xí)環(huán)境；虛擬攝影

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）30-0070-02

一、概述

虛擬仿真是近年來新興發(fā)展的一項技術(shù)，自出現(xiàn)以來迅猛發(fā)展且一直炙手可熱，利用相關(guān)技術(shù)手段對真實世界物體對象進行模擬，以求在虛擬環(huán)境中達到真實環(huán)境一般的效果。該技術(shù)在軍事、醫(yī)療、物理、化學(xué)、機械、制造、教育等方面均有研究與應(yīng)用，受到眾多行業(yè)研究者的親睞。

仿真技術(shù)特點豐富而多樣，物理效果真實，物體的貼圖、光線、立體顯示效果顯著，可以建立更為逼真的場景，帶給學(xué)習(xí)者更為豐富的體驗，能夠大范圍地進行普及應(yīng)用。這增添了信息資源傳播與共享的渠道，全方位滿足學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)方式的需要。用戶操作使用簡單方便，能夠優(yōu)化學(xué)習(xí)過程，提高學(xué)習(xí)效率，對今后的教育有實際的幫助。

虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)正是當下虛擬教學(xué)、虛擬實驗等教學(xué)手段和方式改革的推動，也是為了適應(yīng)時下信息化教育的大環(huán)境。開發(fā)需要一系列技術(shù)支持：建模技術(shù)、圖片處理技術(shù)、貼圖技術(shù)、編程技術(shù)等。在本文的虛擬攝影平臺實例開發(fā)中，使用的是3Ds Max軟件建模、Photoshop處理圖片、Unity3D游戲引擎、Visual Studio軟件編程。的成品能在PC、Web、Android等多平臺上運行。

現(xiàn)有教學(xué)環(huán)境的缺陷與不足，促使人們將眼光轉(zhuǎn)向虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)，這對教育教學(xué)的提升也不止一星半點，將會全面改觀當下教育教學(xué)面貌。不僅加速推動了教育信息化，為實現(xiàn)信息化教育指明新的方向和開辟新的道路，而且合理安排了教學(xué)資源，實現(xiàn)了教學(xué)信息資源的傳遞與共享，促進了教育公平與平等，又解決了教學(xué)設(shè)備落后與不足的窘境，同時提升了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣，還實現(xiàn)了教育方式和學(xué)習(xí)方式的改革，滿足了教師和學(xué)生的教學(xué)需求。這些都將改善現(xiàn)有的教學(xué)環(huán)境，對教育的未來有實際的幫助。

二、虛擬環(huán)境中的情境認知

情境認知，用于解決學(xué)習(xí)者在記憶、歸納知識時存在的阻礙。通過記憶和歸納，才能完成知識在不同情境下的遷移，讓學(xué)習(xí)者在需要的時候能復(fù)述相關(guān)的信息或是操作有關(guān)的技能。虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境讓學(xué)習(xí)者在虛擬情境中完成知識和技能的學(xué)習(xí)，同時能夠在真實情境中展示在虛擬情境中的所學(xué)。

情境認知尤為在意學(xué)習(xí)的情境性，認為應(yīng)當結(jié)合情境化的行為活動來進行學(xué)習(xí)，知識不能脫離相關(guān)情境而單獨存在的。情境認知給學(xué)習(xí)者體驗現(xiàn)實生活，豐富了學(xué)習(xí)，使得所學(xué)知識能夠在學(xué)習(xí)者日常生活中得以運用，這樣的學(xué)習(xí)才更加具有現(xiàn)實意義。

情境認知的主要作用就是將學(xué)習(xí)者所學(xué)的新知識運用于現(xiàn)實生活中，解決實際問題。因此，人與環(huán)境的聯(lián)系具有很強的重要性。確實，許多學(xué)習(xí)者都有將所學(xué)知識或技能運用于日常生活的體驗，這讓人感到興奮，覺得有意義，這也是情境認知的意義：去做解決某種問題的事情，而不僅僅是談?wù)撃撤N事情。

三、虛擬環(huán)境中的學(xué)習(xí)體驗

虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境下的認知體驗屬于虛擬體驗理論范疇。虛擬體驗理論，于2001年由Li、Daughterty和Biocca提出，意圖說明構(gòu)成認知、廣告、設(shè)計等學(xué)科理論要素之間的相互關(guān)系。該理論闡述了虛擬功效、臨場感、交互性等方面的觀點。

1.虛擬功效。虛擬功效在廣告行業(yè)的體現(xiàn)較為明顯，隨著科學(xué)技術(shù)的進步，消費者檢驗產(chǎn)品的需求不斷提升，產(chǎn)品的互動性需要不斷增強，以前的紙質(zhì)、旗幟、牌匾等平面廣告早已無法滿足消費者的需求，效果得不到多角度的驗證。而在三維廣告中，消費者能夠隨意檢視產(chǎn)品，還可以觀察到實物檢驗時看不到的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和細節(jié)，如汽車發(fā)動機的內(nèi)部構(gòu)造等，而這在檢驗產(chǎn)品實物時是無法實現(xiàn)的。虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境中學(xué)習(xí)者的真實體驗就是虛擬功效，這只能在三維虛擬環(huán)境中才能體會得到。

2.臨場感。臨場感是由傳播媒介的豐富性和交互性觸發(fā)的用戶在傳播媒介環(huán)境中形成的仿佛置身于該環(huán)境中的主觀感受。臨場感存在于用戶和虛擬環(huán)境與虛擬產(chǎn)品的交互過程中，并且隨著交互性增強，產(chǎn)生的臨場感也越強，比如學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)汽車內(nèi)部構(gòu)造時，可以隨心所欲地挑選汽車的品牌和樣式，通過拆解、旋轉(zhuǎn)、縮放等各項操作仔細觀察和檢驗產(chǎn)品，在學(xué)習(xí)者心里就產(chǎn)生了“汽車維修員”的感覺，甚至比真實生活中拆解車輛的感覺還要強烈。在虛擬環(huán)境中的用戶或主體，我們稱之為“虛擬替身”。虛擬替身可以有效地模擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的人們的交流行為。在虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境中，可以選擇替身代替自己去學(xué)習(xí)。

3.交互性。交互性廣泛存在于教育教學(xué)、系統(tǒng)軟件、廣告、游戲等方面，計算機網(wǎng)絡(luò)加速了它的發(fā)展。交互傳播的方式分為三種：（1）人―人模式，即人與人面對面地交流；（2）人―機―人模式，指人與人之間通過手機、電話、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用等第三方工具進行交流；（3）人―機模式，是人們通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽或數(shù)據(jù)庫搜索等與計算機進行交互。虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境中可以同時存在以上三種交互，豐富了學(xué)習(xí)體驗。

四、虛擬攝影平臺的建設(shè)

1.場景。

虛擬攝影平臺為攝影實踐教學(xué)提供虛擬拍攝場地，本例中主場景是一個虛擬簡易版校園，包括一棟行政樓、兩棟教學(xué)樓、兩棟宿舍樓、一個籃球場、一個足球場、一條護校河。模型的創(chuàng)建用3Ds Max軟件，場景的搭建在Unity3D軟件中完成。

創(chuàng)建天空：在Unity中創(chuàng)建一個材質(zhì)球，將材質(zhì)球的著色器改為“天空球”，分別給前、后、左、右、上、下六個面賦上天空切圖。天空貼圖可以使用圖片處理工具制作，也可以利用照相機設(shè)備拍攝完成。最后，要想在場景中顯示天空的效果，必須將主攝像機的攝像機組件的“清除標識”屬性改為“天空球”。

創(chuàng)建地形：在Unity層次面板下創(chuàng)建一個地形，調(diào)整地形在世界坐標系中的位置，一般將地形的中心點與世界坐標系原點對齊。合理設(shè)置地形的長寬，設(shè)置地形的視距、投影和材質(zhì)，設(shè)置樹和細節(jié)物體的顯示，設(shè)置風(fēng)力。升高或降低地形，繪制高度，平滑高度，繪制紋理，栽種樹木，繪制細節(jié)。

建筑模型：場景中的建筑有一棟行政樓、兩棟教學(xué)樓和兩棟學(xué)生宿舍，模型均通過3Ds Max軟件制作完成。在3Ds Max軟件中先在頂視圖中運用頂點捕捉勾勒出建筑模型的輪廓線，然后用擠出工具拉伸出模型，再進行貼圖，最后導(dǎo)出FBX模型，導(dǎo)入Unity3D中調(diào)整位置、方向和大小。

水資源：場景中有一條護校河，環(huán)繞學(xué)校四周，系統(tǒng)采用Unity3D自帶的水資源。首先將水資源包導(dǎo)入場景，在資源菜單下通過導(dǎo)入資源包找到水資源包，彈出的水資源窗口中將資源包導(dǎo)入場景，系統(tǒng)便可使用此資源包。鼠標拖動資源包中水資源預(yù)制物體進場景面板，調(diào)整好位置和水的深度，護校河便制作完成。

2.功能。

第一人稱視角漫游：簡稱“第一視角”?！暗谝灰暯恰蹦M場景中主角的視角觀察場景，更為直觀，也更具沉浸感，可觀察操作者每個細微的動作，但看不見角色的全身。該視角尤其適合人物技巧性強的操作，更利于學(xué)習(xí)者跟蹤學(xué)習(xí)。在虛擬攝影平臺的場景拍攝中，將視角切換至第一人稱視角，利用鍵盤按鍵實現(xiàn)人物的移動。這可以模擬學(xué)習(xí)者的視角瀏覽場景，捕捉到精彩瞬間進行虛擬攝影拍攝。

第三人稱視角漫游：簡稱“第三視角”?！暗谌暯恰笔且詧鼍爸蟹侵鹘堑囊暯怯^察整個場景，觀察較為縱觀，可體現(xiàn)場景的恢宏、人物的絢麗，可看見操作角色的全身。該視角則適合策略技巧性的操作，利于學(xué)習(xí)者對學(xué)習(xí)過程的宏觀把控。在虛擬攝影平臺的場景中，將視角切換至第三人稱視角，可跟隨主角漫游整個場景，更為快速地找到適宜的拍攝地點完成拍攝。

視角切換：此場景中支持用戶的多視角切換。連續(xù)點擊視角切換按鈕可持續(xù)循環(huán)切換鏡頭。提供四個觀察視角：主視角，模擬第二人稱視角，跟隨主角；第三人稱視角，縱觀場景，可以看清楚主角的各種動作；CCTV視角，實時直播，在主角的前側(cè)方，跟隨主角；相機設(shè)置視角，可以對照相機進行相關(guān)的設(shè)置。

相機設(shè)置：視角切換至相機設(shè)置，可對照相機進行基本的設(shè)置：開關(guān)、快門、光圈。將光標移至照相機模型的開關(guān)裝置上，通過滾動鼠標的滾輪，可控制照相機的開和關(guān)。同樣，將光標移至照相機模型的快門或光圈上裝置上，滾動鼠標滾輪，可對照相機的快門或光圈進行設(shè)置。

照片拍攝：打開照相機開關(guān)，設(shè)置好相關(guān)參數(shù)，切換至取景器視角，聚焦拍攝對象，按下快門進行拍攝，完成后切換回原視角。

照片查看：拍攝完照片，由取景器視角返回，在主界面會顯示照片縮略圖，點擊縮略圖可放大照片進行查看，再次點擊縮略圖可返回。

五、總結(jié)與展望

本文探討了利用虛擬仿真技術(shù)結(jié)合情境認知和虛擬體驗理論，對虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境的建設(shè)研究，試圖彌補現(xiàn)有教學(xué)手段的缺陷與不足，脫離實踐教學(xué)課程中設(shè)備匱乏的困境，改善現(xiàn)有教學(xué)環(huán)境，為教學(xué)改革謀求新的出路，更是為虛擬仿真技術(shù)在學(xué)科教學(xué)中的應(yīng)用展開了新的嘗試，為以后的深入研究奠定基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1]伍星華，王旭.國內(nèi)虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用研究現(xiàn)狀及展望[J].現(xiàn)代科學(xué)儀器，2011，（04）：112-116.

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[3]俞蝶瓊.基于Web3D的攝影教學(xué)軟件的設(shè)計與開發(fā)[D].四川：四川師范大學(xué)，2008.

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【關(guān)鍵詞】虛擬仿真；實訓(xùn)教學(xué)；應(yīng)用方法

虛擬仿真技術(shù)在多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等信息科技迅猛發(fā)展的基礎(chǔ)上，將仿真技術(shù)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，虛擬仿真技術(shù)以構(gòu)建全系統(tǒng)統(tǒng)一的完整的虛擬環(huán)境為典型特征，并通過虛擬環(huán)境集成與控制為數(shù)眾多的實體。虛擬仿真技術(shù)逐漸應(yīng)用于教育領(lǐng)域當中，形成一種新的教學(xué)模式——虛擬仿真教學(xué)，即利用實物或計算機創(chuàng)設(shè)相應(yīng)的虛擬環(huán)境或工具，并模擬真實事例進行操作、驗證、設(shè)計、運行等實驗、實訓(xùn)的教學(xué)方式。

1.背景分析

教育部《關(guān)于全面提高高等職業(yè)教育教學(xué)質(zhì)量的若干意見》中指出：高職教育“人才培養(yǎng)模式改革的重點是教學(xué)過程的實踐性、開放性和職業(yè)性，實驗、實訓(xùn)、實習(xí)是三個關(guān)鍵環(huán)節(jié)”，加強實訓(xùn)、實習(xí)基地建設(shè)是高職院校改善辦學(xué)條件、突出辦學(xué)特色、提高教學(xué)質(zhì)量的重點，高職院校在各個專業(yè)教學(xué)計劃中開設(shè)足夠的實訓(xùn)實踐課程是對上述要求的積極響應(yīng)。

傳統(tǒng)的實訓(xùn)教學(xué)過程大多圍繞硬件實物，在實驗室、實訓(xùn)室或企業(yè)車間等場所中實地展開實施，因其直觀易感和接近生產(chǎn)實際，向來都是高職實踐課程的主流教學(xué)方式。然而這種教學(xué)方式存在先天不足，投入大、適應(yīng)性差且難于開放等問題，往往使實踐教學(xué)進程面臨窘境。充分利用計算機技術(shù)和現(xiàn)代信息技術(shù)，開發(fā)虛擬工廠、虛擬車間、虛擬實驗、虛擬工藝，是許多高職院校尋找行之有效的技術(shù)手段來緩解傳統(tǒng)實踐教學(xué)模式所帶來的壓力的努力方向。虛擬仿真教學(xué)技術(shù)具有多感知性、沉浸性、交互性、構(gòu)想性等特點，這些特點有益于教師的實訓(xùn)教學(xué)和學(xué)生專業(yè)技能的訓(xùn)練，為解決高職教育面臨的實訓(xùn)難、實習(xí)難和就業(yè)難等問題開辟了一條新思路，因此迅速發(fā)展起來的虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于實驗實訓(xùn)教學(xué)必然成為高職院校的最佳選擇。

2.虛擬仿真技術(shù)的比較優(yōu)勢

目前高職院校很多專業(yè)，如數(shù)控技術(shù)、焊接技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、應(yīng)用化工技術(shù)等專業(yè)都引入了虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)方式。虛擬仿真技術(shù)非常適合高職院校的人才培養(yǎng)模式，高職教育采用虛擬仿真技術(shù)具有必要性、可行性和優(yōu)越性。虛擬仿真軟件在企業(yè)中也得到了廣泛應(yīng)用，很多企業(yè)都采用虛擬仿真軟件進行產(chǎn)品設(shè)計，如芯片設(shè)計采用的Tanner EDA軟件，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計采用的OPNET、NS2軟件等。因此，學(xué)生在學(xué)校使用虛擬仿真教學(xué)軟件所獲得的實踐技能，同樣可以應(yīng)用到以后的工作之中。

與傳統(tǒng)的實物形態(tài)實踐教學(xué)不同，虛擬仿真技術(shù)教學(xué)是通過計算機軟件實現(xiàn)的。與傳統(tǒng)實踐教學(xué)模式相比，采用虛擬仿真技術(shù)進行實踐課程教學(xué)具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢。主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

2.1 節(jié)約教學(xué)成本，具有高效性

基于計算機軟件的虛擬仿真技術(shù)實訓(xùn)教學(xué)模式與實物教學(xué)模式相比，設(shè)備和資金投入少，更新、維護方便。學(xué)生在虛擬仿真教學(xué)平臺上，無需完成實物教學(xué)中的許多重復(fù)性工作，縮短了學(xué)生完成工作任務(wù)的時間。同時，針對存在的問題還可進行反復(fù)的操作訓(xùn)練，也不用考慮設(shè)備的損壞和材料的消耗，極大地節(jié)約教學(xué)成本，提高了學(xué)習(xí)效率。從教學(xué)資源規(guī)劃、建設(shè)和使用的全過程質(zhì)量管理角度看，虛擬仿真實踐教學(xué)模式的綜合運行成本遠低于傳統(tǒng)的實物操作教學(xué)模式。

2.2 廣泛的適應(yīng)性和適用性

傳統(tǒng)實踐課程教學(xué)模式的適應(yīng)性較差，虛擬仿真技術(shù)不受課程、學(xué)科門類和專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域限制，是一種普遍適用的技術(shù)手段，具有廣泛的適用性。

（1）通用性、兼容性強

虛擬仿真技術(shù)具有極強的教學(xué)功能兼容性，適用于從教學(xué)設(shè)計直到考核測評的實踐教學(xué)全過程。對于工科實踐教學(xué)，多數(shù)通用型應(yīng)用軟件兼具仿真功能，通常一款軟件可以同時支持多門課程的仿真教學(xué)，一門課程的教學(xué)也可以由多款軟件來實現(xiàn)，并且凡能以實物方式展開的實踐教學(xué)內(nèi)容，理論上虛擬仿真技術(shù)都可以做到。比如電類各專業(yè)基礎(chǔ)實驗、實訓(xùn)項目教學(xué)，都能用通用型EDA軟件（如Multisim或Protel等）的仿真功能實現(xiàn)，化工類專業(yè)實訓(xùn)則可用化工仿真DCS操作系統(tǒng)的單元級、工段級仿真軟件實現(xiàn)。

（2）打破時空限制，具有靈活性，易于改進升級

虛擬仿真教學(xué)可以擺脫傳統(tǒng)現(xiàn)場教學(xué)地點固定、時間有限、設(shè)備不足和內(nèi)容難改的局面，學(xué)生只要在計算機中安裝了虛擬仿真軟件，就可以把虛擬仿真教學(xué)延伸到教室、宿舍甚至家庭，隨時隨地的運用虛擬仿真教學(xué)軟件進行學(xué)習(xí)和探索，突破了時間和空間的限制，也不受場地等外界條件的限制，使學(xué)習(xí)變得更加靈活。

虛擬仿真技術(shù)的改進和升級在很大程度上就是軟件的改進與升級，速度快、風(fēng)險小，利用網(wǎng)絡(luò)信息資源能夠緊隨技術(shù)進步，更能切中時需，保證實踐教學(xué)的動態(tài)有效性，也更能彰顯出對實踐類課程教學(xué)的催化作用。

（3）容錯功能強

生源不理想、學(xué)生基礎(chǔ)較差是高職院校中普遍存在的實際問題，學(xué)生對一些偏深的理論知識點常常一知半解，實驗、實訓(xùn)過程中出現(xiàn)操作失誤在所難免。以實物為操作對象的傳統(tǒng)實踐教學(xué)，某些情況下誤操作有可能導(dǎo)致教學(xué)事故，危及儀器設(shè)備甚至是人身安全?；谔摂M仿真技術(shù)的實踐教學(xué)操作對象是計算機軟件，教師盡可設(shè)置各種正常、故障甚至極端故障狀態(tài)以便“虛擬”地歷練學(xué)生，學(xué)生也盡可按部就班地執(zhí)行各種規(guī)范操作去“證明”或者嘗試誤操作去“證偽”，完全沒有損壞儀器設(shè)備或危及人身安全的顧慮。仿真可以通過參數(shù)控制模擬真實設(shè)備的機械性能，實時反饋實驗結(jié)果，檢驗各種指令的正確性，通過反復(fù)練習(xí)達到操作練習(xí)的目的。

3.虛擬仿真技術(shù)在實訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用

3.1 樹立虛實結(jié)合的實訓(xùn)教學(xué)理念

虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)有助于學(xué)生理解實訓(xùn)內(nèi)容，并在一定程度上提高學(xué)生的動手能力。不過虛擬仿真實訓(xùn)只是模擬真實的實訓(xùn)教學(xué)，實訓(xùn)過程缺少“實物感”，并不能完全代替實物實訓(xùn)。因此，應(yīng)該認識到虛擬仿真實訓(xùn)與實操實訓(xùn)各有特點，二者優(yōu)勢互補，不可相互取代。如在網(wǎng)絡(luò)實訓(xùn)教學(xué)項目中，用到的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，包括路由器、交換機等種類、型號很多。采用虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)軟件，學(xué)生雖然也能使用到這些設(shè)備，但仿真設(shè)備與實物還是有一定的區(qū)別，到真正的實操實訓(xùn)中可能會無從下手。因此，應(yīng)該注重將虛擬仿真實訓(xùn)與實物實訓(xùn)結(jié)合起來，相得益彰。在進行虛擬仿真實訓(xùn)的基礎(chǔ)上，有目的地安排一些實訓(xùn)內(nèi)容在真實環(huán)境中操作，這樣學(xué)生會對實訓(xùn)的設(shè)備有親身的體會，更能加深實訓(xùn)的印象，提高實訓(xùn)的效果和質(zhì)量。在實訓(xùn)內(nèi)容的安排上，可以讓低年級學(xué)生先進行虛擬仿真實訓(xùn)，在學(xué)生完全掌握實訓(xùn)的內(nèi)容和流程之后，再進行實物實訓(xùn)，這樣就能夠達到事半功倍的效果。

3.2 根據(jù)實訓(xùn)要求建立仿真模型

仿真模型既包括電子裝備外觀、結(jié)構(gòu)的三維物理模型，也包括揭示其內(nèi)在工作機理及行為的數(shù)學(xué)模型。對三維物理模型的建立，主要依據(jù)裝備本身的物理狀態(tài)，其原則是在盡量減小面數(shù)的同時提高逼真度。對系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立，則需要視系統(tǒng)的復(fù)雜程度進行取舍和優(yōu)化，本著夠用為度的原則，盡量減小運算量。建立數(shù)學(xué)模型時，還應(yīng)考慮到系統(tǒng)運行時的參數(shù)調(diào)整。

3.3 創(chuàng)建仿真裝備的虛擬場景并驅(qū)動

對于虛擬場景的驅(qū)動，應(yīng)根據(jù)使用方式的不同，采用不同的方式。如果進行的僅是裝備外觀、結(jié)構(gòu)的展示，可使用EON進行動作的編輯和驅(qū)動；如果需要對裝備進行虛擬操作仿真，則使用GLStudio軟件先進行操作面板、虛擬儀表的編輯和制作，然后再利用Vega Prime驅(qū)動以實現(xiàn)更復(fù)雜的交互操作。

3.4 整合教學(xué)仿真軟件要素、系統(tǒng)集成

系統(tǒng)集成就是將上述做好的模型、場景按照教學(xué)軟件所需的形式其有機地整合在一起，使之成為一個完整的、規(guī)范的教學(xué)軟件。系統(tǒng)集成可以使用目前常用的軟件開發(fā)平臺（如VB、vc++等）。由于上述虛擬現(xiàn)實驅(qū)動軟件（如EON、GLStudio及VegaPrime等）均以ActiveX控件方式提供了可用于常用軟件開發(fā)平臺的運行插件，因此，系統(tǒng)集成變得十分方便。編寫程序時，只需考慮軟件功能的安排，注意程序間的兼容性即可。在進行系統(tǒng)集成時，還需要將系統(tǒng)行為仿真的結(jié)果通過視景仿真表現(xiàn)出來，即用行為仿真的數(shù)據(jù)來驅(qū)動三維物理模型的動作。由于系統(tǒng)行為仿真采用了專門的運行平臺，與視景仿真處于不同的系統(tǒng)進程中，因此這種驅(qū)動是通過兩進程間的實時通信（需考慮進程間的同步）來完成的。

4.虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)應(yīng)注意的問題

4.1 注重虛擬仿真系統(tǒng)設(shè)計和教學(xué)人才隊伍的建設(shè)

虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)的建設(shè)和發(fā)展，離不開高素質(zhì)高技能人才隊伍的支撐。虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)科學(xué)合理設(shè)計和有效使用，需要教師在教學(xué)理念和教學(xué)能力上都達到一定的水平。目前，國內(nèi)各高職院校都有信息管理中心或者信息類專業(yè)，可以此為依托，培養(yǎng)虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)的開發(fā)隊伍。與此同時，可考慮與企業(yè)合作進行虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)人才隊伍的建設(shè)，聯(lián)合培養(yǎng)虛擬仿真教學(xué)軟件開發(fā)和設(shè)計人才。

4.2 虛擬仿真實訓(xùn)操作與現(xiàn)場操作的區(qū)別

仿真操作是模擬真實的生產(chǎn)裝置，再現(xiàn)真實生產(chǎn)過程的一種教學(xué)方法。其操作的模擬性和程序化與現(xiàn)場操作的靈活性和不可預(yù)見性還有距離。

仿真操作中的參數(shù)控制調(diào)節(jié)反復(fù)訓(xùn)練，與實際生產(chǎn)中的參數(shù)嚴格準確控制相違背。這些問題在學(xué)生訓(xùn)練過程中一定做出正確的指導(dǎo)和說明，以使學(xué)生適應(yīng)實際的工廠現(xiàn)場操作。

4.3 構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化的虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)

虛擬仿真教學(xué)環(huán)境能夠有效利用網(wǎng)絡(luò)信息資源，緊隨技術(shù)進步，保證實訓(xùn)教學(xué)的動態(tài)有效性。如Flash mx等工具可以實現(xiàn)網(wǎng)上虛擬實訓(xùn)，由于可以在網(wǎng)絡(luò)上瀏覽，因此其教學(xué)覆蓋面較廣，是一種具有發(fā)展前景的輔助實訓(xùn)教學(xué)手段之一。采用信息技術(shù)建設(shè)遠程服務(wù)中心，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化的虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)，推進虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)的共享，是虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)建設(shè)的努力方向。

參考文獻

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[2]艾倫.賈納斯?jié)蔀跛够?教育技術(shù)：定義與評析[M].北京：北京大學(xué)出版社，2010.

篇3

關(guān)鍵詞:虛擬仿真技術(shù)；機械工程；實驗教學(xué)

高校工科類專業(yè)中,操作實踐是教學(xué)中重要的組成部分,我國大部分院校都設(shè)立了工科類的專業(yè)操作實驗室,為學(xué)生動手能力和創(chuàng)新能力的提高創(chuàng)造條件。在傳統(tǒng)的機械工程實驗教學(xué)中,使用儀器設(shè)備的密集程度非常的高,使得實驗的復(fù)雜程度大大增加。很多儀器設(shè)備的價值昂貴,體積結(jié)構(gòu)為實驗的操作帶來極大不便。學(xué)生只能在教材知識的基礎(chǔ)上刻板地進行實驗的操作,在這種情況下學(xué)生的創(chuàng)新能力和主觀能動性就不能得到發(fā)揮。眾多高校在實驗室的更新建設(shè)中,因為受到資金的限制,會繼續(xù)使用舊的儀器設(shè)備,這些設(shè)備在長期的使用過程中出現(xiàn)機能老化,已經(jīng)不能滿足當前機械工程實驗教學(xué)的需要。在計算機技術(shù)不斷發(fā)展的基礎(chǔ)上,虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用成為現(xiàn)在機械工程實驗教學(xué)中普遍的教學(xué)手段。

1機械工程實驗室的虛擬實驗改進

現(xiàn)在高校實驗教學(xué)中的問題越來越突出,制約著教學(xué)效率和質(zhì)量,突出體現(xiàn)在很多院校的實驗基地和實驗單位的建設(shè)能力非常有限,不能滿足學(xué)生自己動手操作要求,不能實現(xiàn)對學(xué)生進行基礎(chǔ)理論知識深化和了解。很多院校為了節(jié)省資金,減少出現(xiàn)實驗設(shè)備的安全問題等,在進行實驗教學(xué)的時候,主要是以參觀和講座的形式進行實踐培訓(xùn),學(xué)生基本沒有實踐動手的機會。在這種情況下,就會造成學(xué)生畢業(yè)后,參加相關(guān)工作沒有機械設(shè)備操作的經(jīng)驗,無法獨立完成工作的內(nèi)容。尤其在是實驗教學(xué)的過程中,學(xué)生會逐漸失去對實驗知識的學(xué)習(xí)動力和興趣,對學(xué)生長遠發(fā)展造成負面影響。所以在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的今天,機械工程該實驗室教學(xué)要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教學(xué)模式,采用先進的科學(xué)技術(shù)更新教學(xué)理念和教學(xué)手段,實現(xiàn)實驗教學(xué)方法和教學(xué)的完善。在院校的機械教學(xué)中,實驗教學(xué)是學(xué)生進行知識學(xué)習(xí)和鞏固的重要手段,是學(xué)生實踐操作能力培養(yǎng)的根本方法,是當今院校機械制造專業(yè)教學(xué)中最為重要的環(huán)節(jié),是現(xiàn)代化機械人才培養(yǎng)的基本途徑。通過現(xiàn)代化的教學(xué)方式可以最大程度提高學(xué)生實踐動手能力,保證學(xué)生在實驗動手操作的基礎(chǔ)上對基本理論知識進行理解和完善。通過這樣的實踐實驗教學(xué),可以使學(xué)生合理將基礎(chǔ)知識理論與實踐內(nèi)容相結(jié)合,在動手實踐過程中逐漸形成獨特的自我知識技能認知能力?，F(xiàn)在大多數(shù)院校利用的是CAD機房,然后在此硬件設(shè)施的基礎(chǔ)上,實現(xiàn)部分實驗室教學(xué)方式的改革。并且引進虛擬仿真技術(shù)對現(xiàn)有的實驗設(shè)備進行更新和改進。在機械工程實驗室教學(xué)中應(yīng)用虛擬仿真技術(shù),不但可以避免在實驗教學(xué)過程中出現(xiàn)設(shè)備的故障隱患,還能最大程度提高學(xué)生的實踐動手能力,為學(xué)生專業(yè)理論知識的學(xué)習(xí)提供科學(xué)實踐依據(jù)。對實驗室部分設(shè)備裝置進行傳動性能實驗、數(shù)控加工仿真實驗和減速器裝配實驗,最大程度提高了機械工程實驗教學(xué)的效率和質(zhì)量。

2虛擬仿真技術(shù)在機械工程實驗教學(xué)中的典型應(yīng)用

2.1帶傳動性能測試實驗

帶傳動性能測試實驗是機械工程專業(yè)實驗室教學(xué)中的一個重要組成部分,其主要是讓學(xué)生能夠直觀地觀察帶傳動的彈性滑動和打滑現(xiàn)象,還能有效地對實驗中的相關(guān)機電設(shè)備的承載能力進行分析,根據(jù)分析的數(shù)據(jù)參數(shù)實現(xiàn)對帶動問題的控制。進行傳動性能測試實驗的時候,需要利用的機械設(shè)備有力傳感器、電動機、轉(zhuǎn)矩力測桿、光電測速裝置、發(fā)電機等。這些實驗機械設(shè)備主要通過人工實現(xiàn)傳動性能測試,這樣的測試方式主要的特點是人工費用會高于設(shè)備使用的費用。在虛擬仿真技術(shù)的基礎(chǔ)上,進行帶傳動性能測試系統(tǒng)的設(shè)計可以最大程度提升機械工程實驗教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量。

2.2數(shù)控加工仿真實驗

數(shù)字加工技術(shù)是現(xiàn)代制造業(yè)中一個核心的技術(shù),在現(xiàn)代制造業(yè)的進步和發(fā)展過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。數(shù)字加工技術(shù)是綜合計算機應(yīng)用技術(shù)中的微電子技術(shù)和機械加工技術(shù)?，F(xiàn)在眾多院校的機械自動化成為一門重要的專業(yè),這門專業(yè)的核心內(nèi)容是在數(shù)控機床的操作中利用數(shù)控加工技術(shù)。但是數(shù)控機床的價格非常高,設(shè)備運作形式單一,并且運行程序的設(shè)置相當復(fù)雜,不能實現(xiàn)對每一位學(xué)生實驗操作需求的滿足,這種復(fù)雜性的實驗操作,只能滿足極少部分學(xué)生的需求,嚴重制約了機械工程實驗教學(xué)的效率。虛擬仿真技術(shù)在機械工程實驗教學(xué)中的應(yīng)用,可以實現(xiàn)讓每一位學(xué)生加入到具體的機械工程實驗中來,對機械機床加工環(huán)境和流程才形成一個系統(tǒng)認知。

2.3減速器裝配實驗

機械設(shè)計的一個基礎(chǔ)項目是減速器在機械設(shè)備中的使用。在傳統(tǒng)的減速器實驗教學(xué)中,都會利用實物代替減速器的教學(xué)方法。虛擬仿真技術(shù)在機械工程實驗教學(xué)中的應(yīng)用,實現(xiàn)了通過實物模擬模型的拆卸,進行減速器的構(gòu)成結(jié)構(gòu)的直觀講解。

3虛擬實驗室建設(shè)的構(gòu)想

在進行虛擬實驗室建設(shè)思路設(shè)計的時候,首先,可以不考慮實驗室應(yīng)用設(shè)備的操作性,也就是保證實驗室需要操作實踐的目標和任務(wù)與相關(guān)機械工程專業(yè)知識系統(tǒng)相統(tǒng)一,然后再研究實驗設(shè)備的穩(wěn)定性。其次,要構(gòu)思虛擬仿真平臺的建設(shè),例如：機械操作平臺中的仿真器、ECU和虛擬演示平臺等。在整個虛擬仿真系統(tǒng)框架的設(shè)計中,主要是滿足院校機械工程類專業(yè)學(xué)生實驗操作的需要,所以一定要保證虛擬仿真實驗結(jié)果的精確性,才能確保學(xué)生對理論知識的掌握和鞏固。一般構(gòu)建虛擬實驗室要進行仿真計算,觀察相關(guān)系數(shù),觀察預(yù)先系數(shù)與實際操作系統(tǒng)是否統(tǒng)一。再次,仿真器的構(gòu)建設(shè)計,隨著計算機軟件技術(shù)在機械工程實驗中的應(yīng)用,虛擬仿真器代替了原來操作實驗中的實物操作,最大程度簡化了實驗步驟。并且仿真器可以利用USB實現(xiàn)與虛擬演示平臺的鏈接,在實驗的過程中可以保證虛擬演示平臺及時接收到虛擬實驗仿真信號,通過PWM模塊實現(xiàn)向ECU傳輸一定頻率的方波,在多媒體上模擬機械設(shè)備的工作原理,在虛擬實驗進行的時候仿真器利用USB將仿真實驗得到的數(shù)據(jù)傳送到模擬演示平臺,實現(xiàn)學(xué)生實驗操作的參數(shù)需要。最后,建立虛擬仿真系統(tǒng),利用相關(guān)的計算機應(yīng)用軟件,編輯建立應(yīng)用模塊,結(jié)合相關(guān)的3Dmax建模工具建立虛擬演示平臺中的技術(shù)模塊,將模塊中的內(nèi)容以特定的文件格式導(dǎo)入虛擬演示平臺中,最終讓學(xué)生在虛擬演示平臺中進行相關(guān)機械工程實驗操作。

4結(jié)語

綜上所述,虛擬仿真技術(shù)在現(xiàn)代院校機械工程專業(yè)實驗教學(xué)中的應(yīng)用,可以克服傳統(tǒng)實驗中的眾多實驗問題,保證學(xué)生能夠主動參與到實驗操作中來,提高機械工程實驗教學(xué)的質(zhì)量。所以,院校應(yīng)該重視對機械工程實驗室的虛擬實驗改進,以及虛擬仿真技術(shù)在機械工程實驗教學(xué)中的具體應(yīng)用手段和方法,對傳統(tǒng)的實驗教學(xué)進行更新和補充。虛擬實驗要緊密結(jié)合現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和先進的計算機應(yīng)用技術(shù),滿足機械工程專業(yè)學(xué)生實驗操作要求的同時,適應(yīng)院校實驗室敬愛教學(xué)的改革和發(fā)展。

參考文獻

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[2]張立松,閆相禎,楊秀娟，等.虛擬仿真技術(shù)在復(fù)雜工程力學(xué)問題實驗教學(xué)中的應(yīng)用[J].實驗技術(shù)與管理,2014(9)：102-105.

[3]王艷麗.分析虛擬仿真技術(shù)在機械工程實驗教學(xué)中的應(yīng)用[J].黑龍江科技信息,2012(33)：187.

篇4

教學(xué)的應(yīng)用研究以UG軟件為平臺，開展UG產(chǎn)品分析模塊的實踐教學(xué)研究，分析與探索產(chǎn)品模型受力、受熱后的變形。以模具企業(yè)設(shè)計崗位的崗位知識、能力、情感要求為課程目標，以模具產(chǎn)品為項目載體，以Moldflow模流分析軟件為工具，按工作過程來設(shè)計教學(xué)活動、組織教學(xué)。使學(xué)生掌握基本CAE分析方法的基本過程，為將來工作中實際應(yīng)用提供必要的理論基礎(chǔ)。通過模擬塑料的成型過程，可以找出產(chǎn)生這些缺陷的原因，再采取相應(yīng)的措施來避免。塑料在模具中的成型性能也因模具的澆注系統(tǒng)的設(shè)計、塑料的性能、成型的壓力和溫度不同而不同。通過使用CAE軟件分析，有助于讓學(xué)生懂得如何優(yōu)化其模具設(shè)計，使生產(chǎn)出來的塑件避免出現(xiàn)各種質(zhì)量缺陷，優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計及選取合適的注塑工藝等。通過模流分析軟件的模擬，可以很容易看到是否出現(xiàn)困氣問題，然后根據(jù)以上改善方法，擬定初步改善方案，用模流分析進行模擬驗證，得出模流分析結(jié)果，對其進行分析比較，這樣就能充分利用模流分析的虛擬模擬仿真，大大節(jié)省了試模成本，這就是模流分析之所以能夠得到越來越多人認可的原因。

2虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)進行虛擬制造實踐教學(xué)的應(yīng)用研究

利用虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)，了解UGCAM的加工類型和特點；掌握UG軟件在銑削加工方面應(yīng)用知識；熟練掌握UG自動編程的常用命令和基本操作；掌握零件自動編程的一般步驟，并能根據(jù)零件特點選擇合適的加工方法。在CAM自動編程和數(shù)控加工中，運用UG軟件的仿真功能對后處理程序進行模擬，用UG數(shù)控仿真軟件對加工過程進行仿真，檢查優(yōu)化其加工工藝的合理性，有效地提高機床的加工效率和模具加工質(zhì)量。

3虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)進行虛擬裝配實踐教學(xué)的應(yīng)用研究

在虛擬仿真實訓(xùn)室開展模具虛擬拆裝和裝配的實踐教學(xué)研究，包括進行產(chǎn)品裝配建模、裝配路徑與順序的設(shè)計、零件裝配過程運動分析等內(nèi)容。通過虛擬實訓(xùn)室，開展模具結(jié)構(gòu)的拆裝實驗，模具成型過程的運動仿真，模具知識的索引等實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)研究。對UG軟件進行二次開發(fā)，開發(fā)出模具結(jié)構(gòu)認知與虛擬拆裝軟件系統(tǒng)，完成典型模具的虛擬裝配等實踐環(huán)節(jié)的教學(xué)。

4虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)在實踐教學(xué)中擬解決的關(guān)鍵問題

4.1虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)在高職實踐教學(xué)中的應(yīng)用與研究，有效地避免了高校實驗實訓(xùn)設(shè)備不足的影響因素。學(xué)生通過虛擬實驗項目的學(xué)習(xí)與訓(xùn)練，減少其真機操作時出現(xiàn)許多失誤問題。4.2虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)在高職實踐教學(xué)中的應(yīng)用與研究，教師利用虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)教學(xué)時，與實訓(xùn)室技師經(jīng)常切磋技藝、探討操作問題，提高了教師的實踐教學(xué)水平。4.3虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)在高職實踐教學(xué)中的應(yīng)用與研究，改變了學(xué)生被動學(xué)習(xí)的方式，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、綜合實踐能力和高職實踐課堂教學(xué)效果。

5結(jié)束語

篇5

[關(guān)鍵詞]現(xiàn)代信息技術(shù) 建筑教學(xué)改革

建筑專業(yè)課的知識面廣、枯燥乏味，具有高度的抽象性，原理及結(jié)構(gòu)復(fù)雜。以計算機為核心的多媒體教學(xué)方式和互聯(lián)網(wǎng)資源為建筑專業(yè)教學(xué)改革提供大好舞臺，將現(xiàn)代信息技術(shù)整合到建筑專業(yè)教學(xué)中，可以改變教學(xué)資源的形式和內(nèi)容，擴展教學(xué)的空間，更新教學(xué)模式，營造一個圖文并茂、動靜結(jié)合、視聽并用、模擬仿真的教學(xué)情境，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量；利用信息技術(shù)開發(fā)的虛擬仿真技術(shù)開展建筑專業(yè)實踐教學(xué)，不受空間、時間、場地和資金等限制，并且避免了學(xué)生在工程現(xiàn)場真實實訓(xùn)可能帶來的安全問題，虛擬仿真實訓(xùn)是學(xué)生專業(yè)實踐技能訓(xùn)練的一種有效手段，是對學(xué)生在真實環(huán)境下實踐能力培養(yǎng)的一種有效補充，能較好地解決建筑專業(yè)實踐教學(xué)中存在的問題。

1 運用現(xiàn)代信息技術(shù)，研究和開發(fā)基于工作過程的教學(xué)資源庫

為加快我校課程建設(shè)與改革的步伐，推動優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源共建共享，建設(shè)“隨時隨地”學(xué)習(xí)的數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境，提高辦學(xué)效益和人才培養(yǎng)質(zhì)量，我校啟動教學(xué)資源庫建設(shè)項目，將優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源利用信息技術(shù)進行有效的存儲和管理，構(gòu)建共享型專業(yè)教學(xué)資源庫。

1.1 資源庫系統(tǒng)組成。共享型專業(yè)教學(xué)資源庫包括：資源庫平臺和專業(yè)教學(xué)資源。資源庫平臺包括：資源庫硬件系統(tǒng)和資源庫管理（支撐）系統(tǒng)，專業(yè)資源庫包括資源建設(shè)模塊、網(wǎng)絡(luò)課程模塊、資源共享模塊和自主學(xué)習(xí)模塊，各模塊包含的內(nèi)容如圖1所示。

1.2 資源庫建設(shè)目標。建筑專業(yè)教學(xué)資源庫的建設(shè)是在基于工作過程的課程開發(fā)的基礎(chǔ)上整合專業(yè)優(yōu)質(zhì)資源，把崗位職業(yè)工作要求細化成教學(xué)要求，使教與學(xué)的內(nèi)容貼近職業(yè)現(xiàn)場。通過科學(xué)系統(tǒng)設(shè)計、合作開發(fā)管理、持續(xù)有序更新的方式，建設(shè)一個突出職業(yè)特色、資源交互共享、內(nèi)容豐富立體并可持續(xù)發(fā)展的專業(yè)教學(xué)資源庫，打造學(xué)生、教師、企業(yè)和社會共同受益的資源平臺。

1.3 資源庫建設(shè)的內(nèi)容。資源素材庫是建筑工程技術(shù)專業(yè)資源庫的核心，包括建筑材料、建筑結(jié)構(gòu)與構(gòu)造、建筑測量儀器、施工機具設(shè)備、腳手架、施工工藝、工程案例、現(xiàn)行建筑法規(guī)與技術(shù)標準等內(nèi)容。素材形式包括文本素材、圖片素材、視頻素材、動畫素材、虛擬素材。文本素材主要收集國家與地方現(xiàn)行的建筑法規(guī)、技術(shù)標準、崗位能力標準、規(guī)程、業(yè)務(wù)流程、作業(yè)規(guī)范；收集實際的施工案例、工程造價案例等；圖片素材主要包括建筑材料、結(jié)構(gòu)與構(gòu)造、測量儀器、施工機具設(shè)備、腳手架、施工工藝、現(xiàn)行建筑法規(guī)與技術(shù)標準等十大類資源；視頻素材主要包括基礎(chǔ)工程施工、主體結(jié)構(gòu)工程施工、屋面施工和裝飾裝修施工等分部工程的施工錄像；動畫素材主要包括施工工藝流程、工作原理、工作過程、工藝標準、內(nèi)部結(jié)構(gòu)等；虛擬素材主要包括使用施工虛擬仿真技術(shù)建設(shè)虛擬企業(yè)、虛擬場景、虛擬設(shè)備以及虛擬實訓(xùn)項目等。

2 構(gòu)建基于現(xiàn)代信息技術(shù)的教學(xué)模式

2.1 自主探究教學(xué)模式。自主探究教學(xué)模式分四個階段：創(chuàng)設(shè)情境、揭示課題、明確目標；任務(wù)驅(qū)動、探索新知、啟發(fā)引導(dǎo)；協(xié)作討論、深入質(zhì)疑、探究指導(dǎo)；反思評價、鞏固內(nèi)化、點評提升。具體如圖2所示：

3 利用虛擬仿真技術(shù)開展實訓(xùn)教學(xué)

基于建設(shè)項目生命全周期，運用三維可視化控制與數(shù)據(jù)庫技術(shù)結(jié)合工程實際開發(fā)可教學(xué)、可操作、可考核的建筑工程仿真實訓(xùn)系統(tǒng)。運用虛擬仿真技術(shù)改革當前建筑專業(yè)的傳統(tǒng)實踐教學(xué)模式，提高實踐教學(xué)的效果，促進學(xué)生專業(yè)技能的培養(yǎng)。仿真實訓(xùn)系統(tǒng)主要由施工技術(shù)仿真系統(tǒng)、工程實訓(xùn)考核系統(tǒng)和工程管理仿真系統(tǒng)等三部分組成。按照工程建設(shè)的內(nèi)容和流程，每個仿真系統(tǒng)下面都設(shè)有若干個子模塊，其中建筑工程仿真實訓(xùn)系統(tǒng)和施工實訓(xùn)場仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖3和圖4所示。

篇6

四、虛擬實驗室建設(shè)的構(gòu)想

據(jù)教育部“十二五”發(fā)展規(guī)劃，工程實驗室將在信息集成技術(shù)、虛擬仿真技術(shù)和敏捷制造技術(shù)等方面尋求重大突破，大力推廣和應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)。為此，學(xué)校機械工程實驗中心在現(xiàn)有的軟硬件基礎(chǔ)上，依托工學(xué)院計算機科學(xué)和教育技術(shù)等專業(yè)技術(shù)，積極籌劃機械工程虛擬實驗室的建設(shè)。建設(shè)虛擬實驗、開展網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)，既可豐富學(xué)習(xí)資源、緩解儀器設(shè)備的不足，又能體現(xiàn)個性化的學(xué)習(xí)環(huán)境，改進教學(xué)模式，提高教學(xué)效果。根據(jù)現(xiàn)有實驗室的發(fā)展和實驗項目情況，初步設(shè)想虛擬實驗室結(jié)構(gòu)如圖1所示。主要為機構(gòu)展示、虛擬仿真和性能測試三個方面，隨著實驗教學(xué)改革的不斷深入，實驗類型和數(shù)量都會逐步增加，最終形成完善的虛擬實驗教學(xué)體系。

五、結(jié)語

從紅河學(xué)院工學(xué)院對虛擬實驗的應(yīng)用情況看，部分虛擬仿真實驗在實驗教學(xué)中應(yīng)用效果較好，顯示了虛擬仿真實驗的應(yīng)用，彌補了儀器設(shè)備老化和不足的問題。通過使用該類虛擬實驗，可增強學(xué)生實驗興趣，降低實驗成本，在實驗條件不足時，可部分代替實際實驗過程。結(jié)合計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)和教育技術(shù)等，相信虛擬仿真實驗將具有更為廣闊的應(yīng)用前景。

【注 釋】

［1］ 蔡衛(wèi)國.虛擬仿真技術(shù)在機械工程實驗教學(xué)中的應(yīng)用［J］.實驗技術(shù)與管理,2011.28(8)76-78.

［2］ 郭桂蘋,南岳松.虛擬實驗教學(xué)研究現(xiàn)狀及問題分析［J］.實驗室科學(xué)，2010.13(5)175-178.

［3］ 魏蕓.虛擬實驗的分析與研究［J］.科技信息，2010(35)5-6.

［4］ 郭德偉,柯建宏.基于Flash ActionScript的機構(gòu)運動簡圖測繪實驗設(shè)計與開發(fā)［J］.計算機與數(shù)字工程,2012.40(2)105-107.

篇7

1建立虛擬仿真實驗室的必要性

實驗室是現(xiàn)代大學(xué)的心臟，是實踐創(chuàng)新設(shè)想、產(chǎn)生創(chuàng)新思維和培養(yǎng)創(chuàng)新能力的重要場所。21世紀信息化的快速發(fā)展使教育發(fā)生了重大變革，教育信息化受到了國家的高度重視。《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》指出：信息技術(shù)對教育發(fā)展具有革命性影響，必須予以高度重視［2］。教育部印發(fā)了《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011—2020）》，要求“利用先進網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)，整合資源，構(gòu)建先進、高效、實用的高等教育信息基礎(chǔ)設(shè)施”，推進“實驗教學(xué)平臺等信息化建設(shè)”［3］。虛擬仿真實驗室的建設(shè)順應(yīng)了新常態(tài)下高等教育的發(fā)展趨勢，是高等學(xué)校實驗教學(xué)信息化的最新舉措。以華中師范大學(xué)為例，近年來，學(xué)校堅持“一體兩翼，建設(shè)高水平大學(xué)”的辦學(xué)思想，大力推進信息化、國際化兩項重點改革舉措。在數(shù)字化建設(shè)和網(wǎng)絡(luò)教育建設(shè)的基礎(chǔ)上，華中師范大學(xué)整合心理、信息、工程等學(xué)科資源，依托2010年獲批的“青少年網(wǎng)絡(luò)心理與行為教育部重點實驗室”和2012年獲批的“國家級心理學(xué)實驗教學(xué)示范中心”，大力推進心理與行為虛擬仿真實驗室的建設(shè)，并于2014年1月獲批建設(shè)“國家級心理與行為虛擬仿真實驗教學(xué)中心”（以下簡稱“中心”）。該中心旨在貫徹教育部“科學(xué)規(guī)劃、共享資源、突出重點、提高效益、持續(xù)發(fā)展”的指導(dǎo)思想，將虛擬仿真技術(shù)引入心理學(xué)的教學(xué)和科研，更好地促進對處于多維信息空間中的個體如何與外部世界進行信息交流的理解和探索，成功模擬、實現(xiàn)了一批在傳統(tǒng)實驗室中無法做到，或者具有高風(fēng)險和高成本的心理學(xué)實驗教學(xué)項目，體現(xiàn)了綠色實驗教學(xué)的理念，有效地拓展了實驗的時間和空間，提高了心理學(xué)實驗教學(xué)質(zhì)量。

2虛擬仿真實驗室在心理學(xué)實驗中的作用

1989年，美國的Wulf教授提出了虛擬仿真實驗室概念。虛擬仿真實驗室使用虛擬現(xiàn)實（virtualreal－ity，VR）技術(shù)，綜合了各種計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，是現(xiàn)代仿真技術(shù)的延伸。它是由計算機模擬真實的環(huán)境，參與人員對虛擬環(huán)境中的目標進行操控和交流，從而產(chǎn)生與真實環(huán)境相同或相近的體驗［4］。對于心理學(xué)實驗來說，虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以很好地呈現(xiàn)視覺圖形，也能呈現(xiàn)聽覺刺激，而這兩種通道是人獲得外部世界信息的主要通道，占人所獲得外部信息量的95％，是進行心理學(xué)研究的主要領(lǐng)域。VR技術(shù)不但可以較好地模擬、再現(xiàn)現(xiàn)實場景，構(gòu)建某些基于倫理學(xué)原因無法通過其他手段使用的實驗場景（例如道德兩難問題的實驗場景），還可以對其所模擬場景中的元素（包括刺激的內(nèi)容和表象、任務(wù)的復(fù)雜度和被試的響應(yīng)等）實施精確、實時、全面的控制與記錄。總之，以虛擬現(xiàn)實為代表的虛擬仿真技術(shù)在心理學(xué)實驗教學(xué)、研究中具有廣泛的應(yīng)用價值和深遠的意義。

2．1突破時空和各種因素的限制

虛擬仿真實驗室是基于網(wǎng)絡(luò)平臺的實驗室，因此學(xué)生可隨時隨地進行學(xué)習(xí)和交流，不受時間、空間和實驗次數(shù)的限制。對于某些傳統(tǒng)實驗教學(xué)中需要數(shù)天或更長時間才能觀察到的變化過程，虛擬仿真實驗室則可在較短的時間內(nèi)將全部過程及結(jié)果模擬、呈現(xiàn)給學(xué)生進行觀察分析［5］。以虛擬“數(shù)字化生理心理實驗平臺”為例，它的界面設(shè)置簡潔、選單操作清晰，只需進行點選就能完成高度復(fù)雜的虛擬解剖實驗操作，獲得連續(xù)人體斷層掃描數(shù)據(jù)信息（每個斷層厚度約1mm），能涵蓋人體所有的解剖結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)有助于教師和學(xué)生全方位觀察人體任一器官的形態(tài)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、在人體中的位置以及斷層中的位置，并且可以做任意角度的旋轉(zhuǎn)觀察，可方便地用于系統(tǒng)解剖學(xué)、局部解剖學(xué)、斷層解剖學(xué)以及運動解剖學(xué)等多門課程的教學(xué)，擺脫了傳統(tǒng)生理解剖實驗對實驗動物和人體器官模型實物的依賴。此外，通過借助校園高速無線網(wǎng)絡(luò)，學(xué)生在校園各場所（教室、圖書館、宿舍、運動場等）都可以隨時隨地登錄客戶端，高速、快捷、互動地開展生理心理實驗項目，從而達到突破實驗課時空限制，隨時隨地開展數(shù)字化生理、心理實驗操作。

2．2創(chuàng)新虛擬仿真實驗項目，豐富實驗教學(xué)內(nèi)容

實驗項目建設(shè)是實驗教學(xué)的靈魂。虛擬仿真實驗室在改進、完善傳統(tǒng)實驗項目的基礎(chǔ)上，重點補充了有助于提高學(xué)生研究、創(chuàng)新能力和動手能力的創(chuàng)新型虛擬仿真實驗項目。中心在實驗課程建設(shè)方面明確提出：在虛擬仿真實驗項目建設(shè)中體現(xiàn)虛實結(jié)合、相互補充、能實不虛的原則。中心明確要求骨干實驗課教師根據(jù)自己實驗課程的專業(yè)特色，將傳統(tǒng)實驗項目與虛擬現(xiàn)實技術(shù)相融合，將每門實驗課程安排20％～30％的學(xué)時開展虛擬仿真實驗教學(xué)。在實驗內(nèi)容方面，新增加的虛擬仿真實驗項目既包括相關(guān)學(xué)科最新、最前沿的一些實驗，也包括一些利用已有科研成果轉(zhuǎn)化的實驗教學(xué)內(nèi)容。通過持續(xù)的實驗項目建設(shè)，實驗項目庫不斷擴大和創(chuàng)新，大大地豐富了實驗教學(xué)內(nèi)容，為學(xué)生提供了實驗的多樣性和靈活性［6］。目前，實驗項目庫中已增加了近30項心理學(xué)綜合性、創(chuàng)新型實驗，例如：“虛擬學(xué)習(xí)情境中注意多動障礙兒童認知加工特征”、“虛擬現(xiàn)實在社交焦慮癥治療中的應(yīng)用”、“虛擬現(xiàn)實在恐高癥治療中的應(yīng)用”、“虛擬創(chuàng)造性問題解決實驗”、“虛擬兒童養(yǎng)育系統(tǒng)”、“虛擬情境下執(zhí)行功能檢測和訓(xùn)練”、“虛擬情景中人類空間導(dǎo)航”等實驗項目。

2．3模擬高危環(huán)境，避免實驗風(fēng)險

利用虛擬仿真實驗室可以模擬一些在傳統(tǒng)實驗室中無法做到的有高度風(fēng)險、高成本的實驗教學(xué)項目。以虛擬心理咨詢與治療實驗平臺為例，通過構(gòu)建一系列能夠使恐高癥患者產(chǎn)生恐高心理的模擬實驗場景（例如觀光電梯、高樓頂層、空中索道、懸崖頂端等），然后讓患者反復(fù)暴露在這些場景中，利用系統(tǒng)脫敏法減少患者的恐高心理。虛擬仿真治療中的任何一個恐高癥模擬場景，都可以應(yīng)患者要求隨時開始、暫停、中止和結(jié)束。這使得虛擬場景治療方法更安全、也更具有彈性。虛擬仿真實驗對真實事物的模擬，使危險系數(shù)較真實實驗降低很多，學(xué)生無需為自己的失誤承擔(dān)后果，給他們帶來更多的安全感，滿足學(xué)生心理安全的需要。

2．4開放性和共享性

虛擬仿真實驗打破了傳統(tǒng)實驗的模式。學(xué)生利用課余時間登錄網(wǎng)站，輸入正確的用戶名、密碼就可進入虛擬仿真實驗室，選擇相應(yīng)的實驗項目就可以進行虛擬仿真實驗操作。以虛擬現(xiàn)實心理實驗平臺為例，該平臺依托虛擬現(xiàn)實、多媒體呈現(xiàn)、人機交互、數(shù)據(jù)庫和高速網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)，構(gòu)建高度仿真的心理與行為虛擬仿真實驗環(huán)境，讓學(xué)生在虛擬環(huán)境中進行實驗，達到教學(xué)大綱所要求的教學(xué)效果［7］。在實驗教學(xué)中，教師和學(xué)生無需親歷每個真實環(huán)境，卻能最大化地體驗真實環(huán)境，開展實驗教學(xué)和示范應(yīng)用。中心的虛擬仿真平臺還可以幫助尚不具備真實實驗條件和心理學(xué)應(yīng)用服務(wù)條件的地區(qū)，大幅度提高實驗教學(xué)和心理學(xué)應(yīng)用服務(wù)水平，實現(xiàn)心理學(xué)實驗教學(xué)資源的地區(qū)平衡和最大化共享。再以“數(shù)字化生理心理實驗平臺”為例，該平臺所有教學(xué)過程的中間環(huán)節(jié)都能夠以圖像方式輸出，并支持音頻、視頻文件導(dǎo)入。因此，教師的教學(xué)過程、學(xué)生的學(xué)習(xí)過程以及師生的互動過程都可以通過添加語音、視頻標簽的方式保留記錄。該設(shè)計思路旨在方便教師編輯教案和解答學(xué)生提出的疑問。教師和學(xué)生也可以就虛擬仿真實驗教學(xué)和學(xué)習(xí)過程中遇到的問題，在中心教學(xué)管理平臺的“互動交流”頻道開展反饋與交流。

2．5提供多項虛擬心理學(xué)實踐技能訓(xùn)練項目

華中師范大學(xué)是一所具有鮮明的“教師教育”特色的部屬重點師范大學(xué)，不但重視培養(yǎng)學(xué)生較強的基礎(chǔ)教育和基礎(chǔ)研究能力，也高度重視培養(yǎng)面向社會、面向市場的理論與實踐結(jié)合的復(fù)合型、高技術(shù)人才。利用本中心的專業(yè)資源優(yōu)勢和虛擬仿真技術(shù)，華中師范大學(xué)心理與行為虛擬仿真實驗教學(xué)中心面向校內(nèi)高年級本科生、研究生，提供了多項以實踐技能為導(dǎo)向的大型綜合性心理學(xué)實訓(xùn)項目。這些大型實訓(xùn)項目，依托當代最前沿的虛擬現(xiàn)實技術(shù)，廣泛采用網(wǎng)絡(luò)視頻、在線交流、多媒體演示等信息化教育手段，模擬學(xué)生在課堂管理、教學(xué)技術(shù)、心理咨詢與治療等過程中所接觸的實踐場景與環(huán)節(jié)。通過數(shù)字化教學(xué)演示和學(xué)生在虛擬實踐平臺中的反復(fù)練習(xí)，讓學(xué)生將心理學(xué)理論知識與解決實際問題的實踐技能相結(jié)合［8］。這種虛擬仿真的實訓(xùn)方式既生動又安全，又可對場景多次重復(fù)，有助于培養(yǎng)學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力。

2．6綠色環(huán)保，降低成本

傳統(tǒng)的實驗需要借助于具體實驗設(shè)備，然而實際使用的一些實驗設(shè)備昂貴、損耗大、實驗成本較高；而虛擬仿真實驗室最大的優(yōu)點是成本低。虛擬設(shè)備只是概念上的設(shè)備，沒有磨損、損壞，可供學(xué)生無限次重復(fù)使用。另外，由于虛擬仿真實驗室設(shè)備是由軟件虛擬出來的，因此可有效避免大型設(shè)備重復(fù)購置，在同一計算機中運行不同的實驗系統(tǒng)就可構(gòu)建不同的虛擬仿真實驗室，使實驗室建設(shè)成本降低。此外，虛擬仿真實驗室不會出現(xiàn)傳統(tǒng)實驗室因管理不善造成的儀器損壞、器械丟失等問題，使實驗室運行成本降低。虛擬仿真實驗室在教學(xué)前無須準備各種器械、材料，教學(xué)結(jié)束也無須進行瑣碎的整理工作，維護管理工作量減少，使實驗室管理成本降低［9－14］。

3結(jié)束語

篇8

關(guān)鍵詞：虛擬仿真 Proteus 單片機 仿真實驗室

中圖分類號：G482 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）10（c）-0231-02

目前，我國大多數(shù)的工科高職院校都開展有單片機原理及應(yīng)用、微機接口技術(shù)等實踐性較強的專業(yè)必修課，此類課程的教學(xué)內(nèi)容包括理論教學(xué)和實踐教學(xué)兩大環(huán)節(jié)。但是，由于此類課程的實驗內(nèi)容對實驗儀器設(shè)備和實驗場地的需求量比較大，因而導(dǎo)致在實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中面臨諸多困難。

虛擬仿真技術(shù)是以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算機技術(shù)和專業(yè)知識為依托，以多媒體技術(shù)為手段，用一個虛擬的仿真系統(tǒng)來模仿真實系統(tǒng)的技術(shù)。它是虛擬仿真技術(shù)、計算機技術(shù)和專業(yè)理論知識等多學(xué)科融合的結(jié)晶。在實踐教學(xué)環(huán)節(jié)引入虛擬仿真技術(shù)，具有以下兩點優(yōu)勢：（1）采用虛擬仿真技術(shù)，不僅可以減少設(shè)備購置費，還可以節(jié)約實驗用地，降低了實驗室建設(shè)的硬件成本，有利于緩解實驗室建設(shè)經(jīng)費緊張的壓力;（2）仿真實驗的引入突破了實驗時間和空間的限制，有利于實驗教學(xué)的開展和實驗設(shè)備的利用，進而有利于推進實驗教學(xué)的改革。

1 基于Proteus的單片機虛擬仿真實驗室

1.1 虛擬仿真實驗室概念

所謂虛擬仿真實驗室就是利用虛擬仿真技術(shù)，在計算機網(wǎng)絡(luò)平臺上，利用相關(guān)仿真軟件學(xué)習(xí)電子電路、電路分析、單片機應(yīng)用系統(tǒng)、ARM應(yīng)用系統(tǒng)等實踐課程，并可以開展電子系統(tǒng)設(shè)計、仿真、調(diào)試等相關(guān)實驗的實驗室。一個計算機網(wǎng)絡(luò)硬件平臺（或一臺計算機）、一套電子仿真軟件，再加上一本虛擬實驗教程，就可相當于一個設(shè)備先進的實驗室。以虛代實、以軟代硬、虛實結(jié)合，即為虛擬仿真實驗室的本質(zhì)。

單片機虛擬仿真實驗室采用Proteus仿真軟件和相應(yīng)的硬件平臺構(gòu)成一個從虛擬到實際，從軟件到硬件，從概念到產(chǎn)品的全過程設(shè)計的多功能實驗平臺。它主要用于電路分析、模擬電路、數(shù)字電路、嵌入式系統(tǒng)（單片機應(yīng)用系統(tǒng)、ARM應(yīng)用系統(tǒng)）等課程的實驗、設(shè)計和開發(fā)等[4]相關(guān)工作。

1.2 Protcues軟件平臺

Proteus是英國Lab Center Electronics公司出版的一款功能強大的EDA工具軟件。該軟件提供智能原理圖設(shè)計系統(tǒng)、PCB設(shè)計系統(tǒng)功能以及模擬電路和數(shù)字電路與MCU器件混合仿真系統(tǒng)等功能。其不僅可以開展傳統(tǒng)的模擬電子線路實驗、數(shù)字電路實驗的仿真工作，而且還可以仿真單片機與嵌入式系統(tǒng)等實驗。其適應(yīng)性強，支持面廣，不僅可以仿真?zhèn)鹘y(tǒng)的51系列、AVR、PIC等常用MCU，而且還提供了大量的電子元件庫，可以實現(xiàn)常用設(shè)備和元器件的硬件仿真。在編譯方面，Proteus還支持keil和MPLAB等多種編譯器。

1.3 單片機虛擬仿真實驗室系統(tǒng)架構(gòu)

圖1給出了基于Proteus的單片機虛擬仿真實驗室的系統(tǒng)架構(gòu)。該系統(tǒng)以建立在計算機網(wǎng)絡(luò)平臺上Proteus軟件平臺為基礎(chǔ)，構(gòu)建了整個單片機實驗系統(tǒng)的綜合實訓(xùn)和創(chuàng)新設(shè)計平臺。該虛擬仿真實驗系統(tǒng)可以完成原理圖設(shè)計、PCB布線以及單片機編程和系統(tǒng)仿真調(diào)試等一系列工作，實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的整個設(shè)計流程，便于學(xué)生掌握電子系統(tǒng)或產(chǎn)品的這個開發(fā)流程。

2 虛擬仿真實驗室的實驗方法

傳統(tǒng)的單片機實驗中，硬件部分大多采用市場上完善的實驗電路板或?qū)嶒炏?，學(xué)生在實驗過程中一般不存在硬件部分的設(shè)計。因而，傳統(tǒng)的單片機實驗基本上是驗證性實驗，其實驗流程可以歸納為“根據(jù)原理圖連線下載代碼并調(diào)試運行并檢驗實驗結(jié)果是否達到預(yù)期”等3大步驟。此類驗證性實驗缺乏創(chuàng)新性，不利于培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新意識。基于Proteus的單片機虛擬仿真實驗室則可以進行硬件電路和軟件系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)，所有軟硬件系統(tǒng)的設(shè)計、調(diào)試和驗證都可以在仿真平臺上進行，同時對軟硬件系統(tǒng)的設(shè)計修改十分簡單便捷，節(jié)約開發(fā)時間的同時降低了開發(fā)成本。于此同時，還可以利用傳統(tǒng)的實驗設(shè)備對仿真實驗的效果進行驗證，基于Proteus的單片機仿真實驗系統(tǒng)其實驗流程見圖2所示。

3 虛擬仿真實驗室的教學(xué)效果

3.1 節(jié)約成本，緩解了實驗室的硬件條件限制

隨著高校的擴招，學(xué)生人數(shù)增加與實驗室條件不足的矛盾日益突出，尤其是工科專業(yè)的實驗課程多數(shù)具有實驗儀器成本高、實驗環(huán)境要求嚴格等特點。

3.2 實現(xiàn)課程教學(xué)模式的改革

引入Proteus虛擬仿真實驗系統(tǒng)后，有利于理論與實踐的聯(lián)系，便于學(xué)生對理論知識的理解和掌握，同時也改變了傳統(tǒng)的課程教學(xué)模式。

3.3 增強學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力

學(xué)生利用虛擬仿真實驗教學(xué)資源參與教師的教學(xué)和科研項目，并以課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計等方式完成課題中的部分任務(wù)。通過這些課題的訓(xùn)練，增強了學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力，收到了良好的實踐教學(xué)效果。

4 結(jié)語

構(gòu)建基于Proteus的單片機虛擬仿真實驗室系統(tǒng)，不僅可以緩解實驗室建設(shè)的資金壓力、節(jié)約建設(shè)成本，更可以幫助學(xué)生更好的掌握理論教學(xué)知識，加深對概念、原理的理解。學(xué)生通過該系統(tǒng)進行基礎(chǔ)性實驗、綜合性實驗、創(chuàng)新性實驗，加強學(xué)生的綜合能力的培養(yǎng)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。此外，引入Protcus虛擬仿真實驗，有利于促成課程和教學(xué)改革，更有利于具備工程實踐能力的應(yīng)用性人才的培養(yǎng)。

參考文獻

[1] 劉萌，鄭煊.基于Proteus的單片機虛擬實驗室的構(gòu)建[J].山東教育學(xué)院學(xué)報，2009，6（4）：12-15.

篇9

關(guān)鍵詞：信息化；虛擬仿真；教學(xué)資源；實踐平臺

中圖分類號：G434 文獻標志碼：B 文章編號：1673-8454（2014）21-0045-03

一、引言

根據(jù)《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》，國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心已成為未來高校信息化建設(shè)的主要方向。廣州大學(xué)電工電子實驗教學(xué)中心（下稱“中心”）作為省級示范中心，建有涵蓋實驗―實習(xí)―課外創(chuàng)新的電類公共教學(xué)平臺體系，是全校共享的電類專業(yè)基礎(chǔ)實驗室、以及實踐和創(chuàng)新基地，在信息化建設(shè)方面取得了較大進展。

虛擬仿真是電類學(xué)科基本的設(shè)計開發(fā)與教學(xué)工具，相關(guān)資源是中心信息化建設(shè)的重點。長期以來，中心以“科學(xué)規(guī)劃、共享資源、突出重點、提高效益、持續(xù)發(fā)展”為指導(dǎo)思想，校企合作研發(fā)與共享先進相結(jié)合，根據(jù)應(yīng)用創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標，緊貼教學(xué)需求推進相關(guān)資源建設(shè)，進行教學(xué)改革與創(chuàng)新，虛實結(jié)合相互補充[1]，建設(shè)了虛擬仿真實驗教學(xué)中心。

二、教學(xué)資源建設(shè)

目前中心已投入教學(xué)的虛擬仿真資源大體分為四類：設(shè)計開發(fā)類、教學(xué)展示類、Android移動應(yīng)用、以及開放式網(wǎng)上虛擬實驗，實現(xiàn)了實驗―實習(xí)―課外創(chuàng)新的全平臺覆蓋[2-4]（如圖1）。開設(shè)虛擬仿真實驗的課程19門，出版教材4本，編寫實驗講義15本，中心的實驗教學(xué)水平實現(xiàn)質(zhì)的飛躍。

1.構(gòu)建實驗仿真平臺，提高綜合設(shè)計能力

設(shè)計開發(fā)類仿真軟件是電類實驗基本的輔助開發(fā)工具，起步早，種類多，開設(shè)課程多，已投入實驗教學(xué)的主要有5種，解決了電類學(xué)科實驗教學(xué)部分項目真實實驗難以實現(xiàn)、耗材消耗大、設(shè)計效率低、設(shè)備成本高、尤其是綜合設(shè)計性實驗開展難等問題（如表1）。

2.建設(shè)網(wǎng)上虛擬實驗室，提高自主學(xué)習(xí)能力

為了解決課外自學(xué)、實驗預(yù)習(xí)及其效果評價、師生互動、數(shù)據(jù)分析以及教學(xué)管理等問題，中心與企業(yè)聯(lián)合開發(fā)了開放式網(wǎng)上虛擬實驗室，解決了公共基礎(chǔ)課的全天候開放式自主學(xué)習(xí)難題[5]，教研也有了依據(jù)，中心教學(xué)水平得到質(zhì)的提高。

學(xué)生通過網(wǎng)上虛擬實驗平臺，利用虛擬元器件與儀器設(shè)備搭建電路、調(diào)節(jié)參數(shù)和測量數(shù)據(jù)，從而進行實驗預(yù)習(xí)與自主實驗，不受時空限制，且具智能提示、自動批改、信息、數(shù)據(jù)收集分析、互動交流、成績評定、成績功能，老師更能掌握學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，進行教學(xué)演示以及互動答疑等操作，幫助老師從重復(fù)性勞動中解脫出來多做創(chuàng)造性勞動；歷史數(shù)據(jù)使后期數(shù)據(jù)挖掘有了依據(jù)，增強了講課針對性，便于不斷優(yōu)化教學(xué)，鼓勵老師將更多精力投入到教學(xué)研究工作中，提高了教學(xué)效果。

已用于5門電類基礎(chǔ)實驗課：電路、模電、數(shù)電、高頻、電工電子學(xué)，受益專業(yè)9個。

3.完善實習(xí)虛擬平臺，提升工程實踐能力

電工電子實習(xí)是大部分工科專業(yè)的工程實訓(xùn)環(huán)節(jié)，為了解決部分項目成本高、危險、污染、綜合訓(xùn)練難等問題[6]，校企合作研發(fā)了教學(xué)展示類虛擬仿真資源，采用3D技術(shù)，給人身臨其境的沉浸式體驗，輔助實體訓(xùn)練項目，方便學(xué)生預(yù)習(xí)和教學(xué)演示，提高實習(xí)效果，其沉浸感、交互性和重復(fù)性優(yōu)勢可用于解決電類領(lǐng)域傳統(tǒng)教學(xué)中微觀、抽象、污染或高危過程的展示問題（如表2）。

4.打造課外實踐虛擬平臺，提高創(chuàng)新能力

（1）虛擬仿真促進跨學(xué)科協(xié)同創(chuàng)新

中心利用教學(xué)資源全校共享優(yōu)勢，創(chuàng)建了跨學(xué)科實踐創(chuàng)新開放平臺，采用Arduino+Android開源軟硬件集成一體化虛擬開發(fā)環(huán)境，每年選拔一批大一學(xué)生，構(gòu)建若干光機電算設(shè)計等一體化項目組，結(jié)合虛擬仿真技術(shù)開設(shè)了系列培訓(xùn)課程，如智能車硬件設(shè)計（Altium Designer）、AVR與智能車（Proteus）、移動物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計（Arduino+Android）等，提供先進、熱門的智能賽車原型，指導(dǎo)學(xué)生進行以任務(wù)為導(dǎo)向的創(chuàng)意機器人或飛行器設(shè)計，建立了AB班進退機制，培養(yǎng)學(xué)生的團隊合作精神和科研、動手、交流溝通能力，提高了學(xué)生的跨學(xué)科應(yīng)用水平。

（2）虛擬仿真方便賽事選拔

依托中心的創(chuàng)新基地，開設(shè)了校級科研競賽創(chuàng)新班，建設(shè)了專門的虛擬仿真室和開放室，虛擬仿真的引入，減少了創(chuàng)新班系列課程對設(shè)備和耗材的消耗，更為中心賽事組織和學(xué)生選拔工作帶來了便利，中心通過賽事門戶網(wǎng)站和虛擬仿真軟件進行預(yù)賽，大量虛擬資源通過網(wǎng)站共享，解決了場地依賴問題，賽事過程更容易控制，減少了耗材和人力消耗，決賽時才用實體作品，解決了大規(guī)模競賽的組織、環(huán)境、人力和經(jīng)費等難題。

三、建設(shè)虛擬中心網(wǎng)站，擴大資源共享

中心門戶網(wǎng)站是信息化建設(shè)和資源共享的窗口（如圖2）。中心發(fā)揮虛擬仿真類教學(xué)資源易于網(wǎng)絡(luò)共享和維護更新的優(yōu)勢，建設(shè)了大量虛擬仿真資源，利用門戶網(wǎng)站開展網(wǎng)上虛擬實驗、網(wǎng)絡(luò)課程、開放預(yù)約、實驗管理、賽事組織、論壇交流和青少年科普，服務(wù)我校師生及社會，發(fā)揮教學(xué)資源的延伸作用，突破了時空的限制[7]。

中心通過網(wǎng)站實現(xiàn)了4門網(wǎng)上虛擬實驗課程、24門校級網(wǎng)絡(luò)課程、9門虛擬仿真課件和7種Android虛擬仿真應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)共享，提供了約46GB的網(wǎng)絡(luò)虛擬仿真學(xué)習(xí)資源，學(xué)生可在線預(yù)習(xí)實驗內(nèi)容、了解實驗過程，試做虛擬實驗，提供了智能指導(dǎo)、自動批改和信息查詢等特色功能，在課外自主學(xué)習(xí)的過程中，可與教師通過學(xué)習(xí)論壇互動交流。目前已有5個學(xué)院的12個專業(yè)使用這些虛擬仿真資源進行自主學(xué)習(xí)，年約8000人次。

四、結(jié)論

虛擬仿真教學(xué)資源是未來教育信息化建設(shè)的主要方向，也是高校實驗教學(xué)示范中心建設(shè)的重要內(nèi)容，圍繞電類實踐教學(xué)的需求，進行了各類虛擬仿真教學(xué)資源的建設(shè)與網(wǎng)絡(luò)共享，取得了階段進展；必須看到，虛擬仿真教學(xué)資源的建設(shè)是一個不斷完善的過程，長期投入較大，除了建設(shè)校級公共實踐平臺提高共享效益，探索校企共建共享持續(xù)發(fā)展的新道路，將是未來建設(shè)國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心的新課題。

參考文獻：

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[2]曲偉，邱成軍.電工電子實驗教學(xué)中心實踐教學(xué)體系建設(shè)與實踐[J].實驗室研究與探索，2010，7（29）：216-218.

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[5]鄭煒，齊幼菊.面向成人教育開放式虛擬實驗平臺的設(shè)計與應(yīng)用[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2013，6（23）：116-119.

篇10

[關(guān)鍵詞]計算機仿真電子商務(wù)仿真

電子商務(wù)作為一個新興領(lǐng)域,各個院校在電子商務(wù)專業(yè)建設(shè)中,培養(yǎng)目標和課程體系不是完全統(tǒng)一，因此側(cè)重點是不同的。普遍存在的問題是重理論而輕實踐的現(xiàn)象非常嚴重,不利于電子商務(wù)人才地培養(yǎng)。原因很簡單，就是實踐的電子商務(wù)平臺很難搭建，應(yīng)用仿真技術(shù)可以解決這一問題。利用計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等現(xiàn)代信息技術(shù)從事商務(wù)活動,突出學(xué)生的動手能力,培養(yǎng)融IT與商務(wù)于一身的高素質(zhì)復(fù)合型人才。

隨著互聯(lián)網(wǎng)的全面普及，基于互聯(lián)網(wǎng)的電子商務(wù)也應(yīng)運而生，并在近年來獲得了巨大的發(fā)展，成為一種全新的商務(wù)模式，被許多經(jīng)濟專家認為是新的經(jīng)濟增長點。這種電子商務(wù)模式對管理水平、信息傳遞技術(shù)都提出了更高的要求，其中安全體系的構(gòu)建又顯得尤為重要。如何建立一個安全、便捷的電于商務(wù)應(yīng)用環(huán)境，對信息提供足夠的保護，是商家和用戶都十分關(guān)注的話題。

一、概述

計算機仿真技術(shù)可以為學(xué)生提供虛擬的仿真情境,為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一種開放的、主動的、發(fā)現(xiàn)式的探索式的學(xué)習(xí)環(huán)境,發(fā)展學(xué)生的高級思維能力和問題解決能力,從而通過對該情境的操縱、觀察和思考得出合理的結(jié)論。計算機仿真可以在很大程度上激發(fā)學(xué)生的高水平思維活動,讓學(xué)生通過反省性的、高水平的思維活動來建構(gòu)深層的、靈活的、真正的知識,近幾年,計算機模擬教學(xué)在國內(nèi)外的電子商務(wù)課程中屢見不鮮,但仿真教學(xué)在計算機教學(xué)中的應(yīng)用、尤其是在計算機網(wǎng)絡(luò)課程中的應(yīng)用還處于探索研究的階段,將計算機模擬應(yīng)用于教學(xué)活動中,往往能夠收到事半功倍的效果。

電子商務(wù)引起人們的普遍關(guān)注，細說起來也不過是最近幾年的事情。電子商務(wù)網(wǎng)絡(luò)仿真實驗室可以提供一個真實的環(huán)境,在這個環(huán)境中,學(xué)生可以模擬電子商務(wù)的各種活動。因此,電子商務(wù)網(wǎng)絡(luò)仿真實驗室具有可操作性、仿真性及適應(yīng)性強的特點?？刹僮餍?是指電子商務(wù)網(wǎng)絡(luò)仿真實驗室中的計算機所需軟件;仿真性,是指學(xué)生在電子商網(wǎng)絡(luò)實驗室的計算機上安裝了相關(guān)軟件后,能夠模擬IT環(huán)境,進行各種電子商務(wù)活動等;適應(yīng)性強,是指電子商務(wù)網(wǎng)絡(luò)仿真實驗室能夠成為與電子商務(wù)相關(guān)的多門課程的實習(xí)實訓(xùn)基地。在電子商務(wù)網(wǎng)絡(luò)仿真實驗室,學(xué)生可以學(xué)習(xí)基本的電子商務(wù)網(wǎng)站的建設(shè)流程。

二、計算機仿真技術(shù)

計算機仿真技術(shù)(computer?simulation?technology)是利用計算機科學(xué)和技術(shù)的成果建立被仿真系統(tǒng)的模型，并在某些實驗條件下對模型進行動態(tài)實驗的一門綜合性技術(shù)。它具有高效、安全、受環(huán)境條件的約束較少、可改變時間比例尺等優(yōu)點，已成為分析、設(shè)計、運行、評價、培訓(xùn)系統(tǒng)（尤其是復(fù)雜系統(tǒng)）的重要工具。計算機仿真，是在研究系統(tǒng)過程中，根據(jù)形式性原理，利用計算機來逼真模仿研究對象。研究對象可以是真實的系統(tǒng)，也可以是設(shè)想中的系統(tǒng)。傳統(tǒng)的仿真方法是一個迭代過程，即針對實際系統(tǒng)某一層次的特性（過程），抽象出一個模型，然后假設(shè)態(tài)勢（輸入），進行試驗，由試驗者判讀輸出結(jié)果和驗證模型，根據(jù)判斷的情況來修改模型和有關(guān)的參數(shù)。在沒有計算機以前，仿真都是利用實物或者它的模型來進行研究的，這種方法的優(yōu)點是直接、形象、易信，但模型受限、容易破壞、難以重用。而計算機仿真是將研究對象進行數(shù)學(xué)描述，建模編程，且在計算機上運行實現(xiàn)。它不怕破壞、容易修改、可重用。因此在現(xiàn)代化生產(chǎn)建設(shè)中得到了廣泛的采用。并取得了豐碩的成果，帶來了可觀的經(jīng)濟效益。

計算機仿真技術(shù)的核心是按系統(tǒng)工程原理建立真實系統(tǒng)的計算機仿真模型，然后利用模型代替真實系統(tǒng)在計算機上進行實驗和研究。由于近年來信息技術(shù)的發(fā)展特別是高性能海量并行處理技術(shù)，可視化技術(shù)，分布處理技術(shù)，多媒體技術(shù)，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展，使得建立人——機——環(huán)境一體化的分布的多維信息交互的仿真模型和仿真環(huán)境成為可能，從而使仿真方法有了一些新的發(fā)展，形成了一些新的研究仿真方法熱點，如：定性仿真方法；面向?qū)ο蟮姆抡娣椒ǎ环植际浇换シ抡娣椒?；人——機和諧仿真環(huán)境建立方法學(xué)。

三、電子商務(wù)網(wǎng)絡(luò)仿真實驗室

利用仿真技術(shù)可以構(gòu)建電子商務(wù)仿真實驗室，通用的通信網(wǎng)絡(luò)硬件實驗平臺《計算機網(wǎng)絡(luò)》或《計算機網(wǎng)絡(luò)與通信》是計算機專業(yè)的必修專業(yè)課程。它的實驗主要是從以下幾個方面進行設(shè)計的:網(wǎng)絡(luò)技術(shù)做實驗:它包括網(wǎng)絡(luò)布線與制作,計算機操作系統(tǒng)的安裝與配置,局域網(wǎng)的設(shè)計與實現(xiàn),廣域網(wǎng)的設(shè)計與實現(xiàn)。其目的主要是讓學(xué)生了解常用網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備的連接、安裝與配置。通過設(shè)計、連線和配置,完成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信實驗。計算機網(wǎng)絡(luò)原理的模擬與仿真:計算機網(wǎng)絡(luò)模型,有許多協(xié)議支持實現(xiàn),每種協(xié)議實現(xiàn)都有些算法。原理的模擬與仿真就是解決其中的一些算法實驗,這種實驗通常用軟件加以實現(xiàn),但同時也需一些硬件配合完成。其目的主要是使學(xué)生通過實驗對算法應(yīng)用理解更深刻。如:數(shù)據(jù)鏈路層的連續(xù)ARQ,網(wǎng)絡(luò)安全中的加密算法等。網(wǎng)頁虛擬實現(xiàn)交互指導(dǎo)實驗:有些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備費用很高,也沒有必要全部實做,設(shè)計一些虛擬網(wǎng)頁,通過網(wǎng)絡(luò)的操作達到實驗的目的。如:網(wǎng)絡(luò)的測試儀的使用,高端網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的使用和配置等。

在教學(xué)應(yīng)用中，通過仿真技術(shù)不但可以節(jié)約教學(xué)成本，而且能取得良好的教學(xué)效果。

四、結(jié)束語