導(dǎo)語：如何才能寫好一篇虛擬仿真技術(shù)特點(diǎn)，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

【關(guān)鍵詞】虛擬仿真技術(shù) 高職機(jī)電 教學(xué)應(yīng)用

虛擬仿真技術(shù)在實(shí)際訓(xùn)練教學(xué)過程中有明顯優(yōu)勢，能夠保證學(xué)生得到充分的鍛煉和培訓(xùn)，在機(jī)電專業(yè)教學(xué)中引入仿真技術(shù)，還可以使原料、設(shè)備和工具等做到節(jié)約，降低操作能耗和環(huán)境污染，還能避免設(shè)備的損壞。虛擬仿真技術(shù)不僅不會對操作設(shè)備造成嚴(yán)重?fù)p害，也不會對操作人員的失誤造成傷亡。虛擬仿真技術(shù)在高職機(jī)電專業(yè)中的應(yīng)用在本文中還會有進(jìn)一步分許和闡述，供高職院校參考。

一、高職機(jī)電專業(yè)教學(xué)面臨的困境

高職學(xué)校在學(xué)術(shù)實(shí)際訓(xùn)練方面的設(shè)施設(shè)備部完善。當(dāng)前，各個高職學(xué)校大都面臨著硬件資源不充分，教育經(jīng)費(fèi)不足的情況，沒有能力購買更多的實(shí)際訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)器材和場地。面對這種情況，高職機(jī)電專業(yè)應(yīng)該通過計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)的使用替代實(shí)際操作，這樣既能保證學(xué)生的鍛煉，達(dá)到實(shí)驗(yàn)的效果，還不至于浪費(fèi)資源，污染環(huán)境。

實(shí)際訓(xùn)練場地開放過少。場所開放太少，高職院校作為面向社會，用人單位和學(xué)生的服務(wù)單位，主要是開展科研和培訓(xùn)等業(yè)務(wù)，但是卻受訓(xùn)練場地的約束，開放時間不足以滿足社會和學(xué)生的需求。學(xué)生很難有足夠的時間到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行訓(xùn)練，影響了學(xué)生的動手實(shí)踐能力的提高，目前的高職學(xué)生，使用電腦已經(jīng)得到普及，通過虛擬軟件的運(yùn)用，能夠讓學(xué)生即使不到實(shí)驗(yàn)室也能得到實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練。

高校在實(shí)驗(yàn)設(shè)備和器材上的維修和保護(hù)都需要一筆不小的經(jīng)費(fèi)。硬件設(shè)施很容易損傷，而且高額的維修費(fèi)用學(xué)校不一定負(fù)擔(dān)得起，而設(shè)備又必須經(jīng)過多次的實(shí)訓(xùn)耗材，為實(shí)訓(xùn)帶來了沉重的代價，并加大了實(shí)驗(yàn)室管理人員的壓力。通過虛擬仿真技術(shù)的利用，不但不用維修設(shè)備，還能為實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練節(jié)省許多實(shí)驗(yàn)耗材。

二、在虛擬技術(shù)的使用下構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)室

課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)中仍然存在很多問題：首先，當(dāng)前的教學(xué)仍然存在理論教學(xué)為主的情況，實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)只是作為教學(xué)輔助；其次，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作存在問題，受場地和時間的限制，學(xué)生只有在上課時間才可以實(shí)驗(yàn)室，平常幾乎沒有時間和機(jī)會進(jìn)行操作鍛煉；最后，實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足以滿足學(xué)生在實(shí)驗(yàn)上的需求，硬件設(shè)施落后，且維修成本高。虛擬仿真技術(shù)主要為了提高學(xué)生的技術(shù)操作能力，有構(gòu)想性、交互性和多感知性的等特點(diǎn)，有利于教師開展實(shí)訓(xùn)教學(xué)和專業(yè)訓(xùn)練，在解決高職教育的就業(yè)和實(shí)習(xí)方面具有重要意義。

目前，大多數(shù)課程都能通過虛擬仿真技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室能夠降低高職學(xué)校的辦學(xué)成本，并促進(jìn)虛擬仿真技術(shù)和有關(guān)人才的發(fā)展，在解決教育資源匱乏上有十分重要的理論現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。高職院校在引進(jìn)虛擬仿真技術(shù)時需要結(jié)合本校實(shí)際情況，創(chuàng)設(shè)仿真資源，合理選擇，不同的高職院校針對機(jī)電專業(yè)的教學(xué)內(nèi)容，就業(yè)定位等不完全相同，市場上的虛擬仿真軟件不可能面面俱到，因此，應(yīng)該擴(kuò)寬引進(jìn)渠道，為虛擬仿真技術(shù)的購置要選取多種方法，建立仿真資源，在教學(xué)上為機(jī)電專業(yè)提供支持和幫助。

三、虛擬仿真技術(shù)在高職機(jī)電專業(yè)教學(xué)中的運(yùn)用

彌補(bǔ)設(shè)備不足的問題。保障實(shí)訓(xùn)教學(xué)的完成，并節(jié)省成本的使用。為使實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目的效果得到彰顯，過去落后的實(shí)踐教學(xué)方法急需一筆巨大的資金，投入到教學(xué)設(shè)備的購買和置辦方面，而且在教學(xué)過程中很容易消耗大部分原材料，傳統(tǒng)的設(shè)備和儀器都將被淘汰，不能適應(yīng)當(dāng)前的教學(xué)需要。站在教學(xué)資源的情況來說，虛擬仿真技術(shù)實(shí)際上減少的資金投入總共包括占地面積、建筑、設(shè)備、原材料和教師等方面，據(jù)考察，大致能夠降低3/10-4/5。還能減少實(shí)訓(xùn)帶來的環(huán)境污染，讓學(xué)生在良好的環(huán)境下學(xué)習(xí)，得到實(shí)踐，提高教學(xué)效果。

替高職院校節(jié)省出一筆不小的經(jīng)費(fèi)。信息技術(shù)的迅速發(fā)展，高職教育中的傳統(tǒng)媒介具有較強(qiáng)的信息滯后性?？茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展不斷進(jìn)步，傳播也需要有一定的載體，例如硬件設(shè)施和教學(xué)資源的配置等。隨著知識經(jīng)濟(jì)時代的到來，信息技術(shù)的發(fā)展更加迅速，傳統(tǒng)的硬件教學(xué)模式和實(shí)訓(xùn)教學(xué)設(shè)備不久就可能因?yàn)榧夹g(shù)落后而從社會上淘汰，然而，設(shè)備的改造和更新又存在困難，只能購買先進(jìn)的設(shè)備設(shè)施來解決這一教學(xué)困難。當(dāng)前我國的教學(xué)資源本就不足，不但使得教學(xué)資源更加減少，還可能因?yàn)榻虒W(xué)過程中沒有使用相應(yīng)的設(shè)備而陷入停滯狀態(tài)，更不利于學(xué)校的發(fā)展。運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)建設(shè)實(shí)驗(yàn)室就能有效解決這一問題，可以讓實(shí)訓(xùn)次數(shù)有所增加，促進(jìn)軟件的升級和改良，不用把硬件資源全部更換。虛擬仿真技術(shù)最有特點(diǎn)的就是不用消耗任何原料，而且可以多次重復(fù)實(shí)訓(xùn)的教學(xué)內(nèi)容。虛擬仿真技術(shù)以其先進(jìn)和容易改善的特點(diǎn)備受教育界青睞，不但減少了教育經(jīng)費(fèi)不必要的使用，讓教學(xué)內(nèi)容不斷的在虛擬條件下更新進(jìn)步，還能使實(shí)訓(xùn)教學(xué)與技術(shù)發(fā)展相適應(yīng)，在變化的教學(xué)中滿足學(xué)生和社會的需求。

提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。虛擬仿真技術(shù)是教學(xué)中優(yōu)秀的輔助工具，能適用于教學(xué)交流和實(shí)訓(xùn)情景多個教學(xué)活動，虛擬的教學(xué)環(huán)境更容易讓學(xué)生激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。虛擬仿真技術(shù)形象生動，直觀和互動性較強(qiáng)，也能及時對學(xué)生情況做出反饋，學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的假設(shè)模型都能以虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行虛擬，優(yōu)勢十分明顯，學(xué)生通過觀察虛擬假設(shè)得出的結(jié)果，還利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。因此，虛擬仿真技術(shù)利于學(xué)生較早熟悉實(shí)訓(xùn)環(huán)境，盡快掌握專業(yè)知識與技能，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)熱情。

四、結(jié)束語

虛擬仿真技術(shù)在解決高職教育的實(shí)訓(xùn)問題上具有重要意義，解決了設(shè)備不足，器材落后，硬件更新慢等困難，把虛擬技術(shù)運(yùn)用到機(jī)電專業(yè)教學(xué)中，提高教學(xué)效果，解決面臨的實(shí)際問題，有利于推動高職院校機(jī)電專業(yè)的教學(xué)內(nèi)容和課程改革，促進(jìn)了虛擬仿真技術(shù)在高職院校中的運(yùn)用與發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]熊淑平.虛擬仿真技術(shù)在高職教學(xué)中的應(yīng)用探析[J].黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2013.

篇2

隨著社會的發(fā)展和進(jìn)步,人們的生活水平和生活質(zhì)量都得到了很大的改善,因此,對醫(yī)學(xué)的發(fā)展也提高了關(guān)注。目前,醫(yī)學(xué)教學(xué)觀念和教學(xué)模式都發(fā)生了很大的轉(zhuǎn)變,學(xué)校也開始了對高素質(zhì)人才的有效培養(yǎng)和教學(xué),其中,虛擬仿真技術(shù)是醫(yī)學(xué)教學(xué)中的重要手段和方式,對傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出了很大的改進(jìn)。虛擬仿真技術(shù)對推動醫(yī)學(xué)教學(xué)改革、創(chuàng)新教學(xué)模式和培養(yǎng)學(xué)生的綜合技能都有著重要的作用和影響。本文主要介紹了虛擬仿真技術(shù)的概念,并分析了虛擬仿真技術(shù)在醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:

虛擬仿真技術(shù)；醫(yī)學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展,醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面出現(xiàn)了許多的新技術(shù)和應(yīng)用,對醫(yī)學(xué)教學(xué)產(chǎn)生了很大的影響。其中虛擬仿真技術(shù)是目前比較先進(jìn)的技術(shù)應(yīng)用,且獲得了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展,特別是對計(jì)算機(jī)技術(shù)和多媒體技術(shù)的應(yīng)用,提高了醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)質(zhì)量,創(chuàng)新了醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的模式。虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一種在計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的情景模擬技術(shù),能夠讓用戶體驗(yàn)到一種身臨其境的感覺,實(shí)現(xiàn)和具體的情景接觸,產(chǎn)生一定的體驗(yàn),為實(shí)際的操作提供一定的基礎(chǔ)。

1虛擬仿真技術(shù)的概述

虛擬仿真技術(shù)是在計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新興的科學(xué)技術(shù),是指利用多媒體技術(shù)的結(jié)合,創(chuàng)造形成一個有視覺、聽覺和觸覺的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境,讓用戶體驗(yàn)到一種身臨其境的感覺。在這個虛擬的環(huán)境中,用戶能夠感受到空間中客體的存在,也可以和虛擬空間中的客體進(jìn)行相關(guān)的互動,這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用,主要是加快用戶對相關(guān)知識的認(rèn)識效率。虛擬仿真技術(shù)涉及的方面比較多,主要包括計(jì)算機(jī)技術(shù)、多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和人工智能技術(shù)等,另外,還有計(jì)算機(jī)的圖像處理和模式的識別等,是現(xiàn)代仿真技術(shù)的有效發(fā)展和外延[1]。虛擬仿真技術(shù)的主要特點(diǎn)就是,讓用戶獲得真實(shí)的體驗(yàn),和虛構(gòu)的客體進(jìn)行交互,并產(chǎn)生一定的想象。在虛擬的空間中,實(shí)驗(yàn)人員可以進(jìn)行和現(xiàn)實(shí)世界中同樣的活動和實(shí)驗(yàn),而且受到的外界影響因素比較小,實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的效果也更好一些。特別是在醫(yī)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用,能夠有效的提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力,因此,虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用具有重要的意義。

2虛擬仿真技術(shù)在醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用對醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)產(chǎn)生了很大的影響,特別是對傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式和實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ竭M(jìn)行了很大的改進(jìn)。傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,缺少實(shí)驗(yàn)的設(shè)備和實(shí)驗(yàn)的客體,學(xué)生的實(shí)際操作能力得不到有效的鍛煉,所以,對學(xué)生的學(xué)習(xí)和操作能力培養(yǎng)不到位[2]。虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用為學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作提供了一定的基礎(chǔ),也實(shí)現(xiàn)了對學(xué)生的有效培養(yǎng)。目前虛擬仿真技術(shù)在醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下四個方面。

2.1虛擬仿真技術(shù)改善了醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備在醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,對設(shè)備的要求比較高,主要包括一些實(shí)驗(yàn)用的動物或者尸體、實(shí)驗(yàn)用到的儀器和設(shè)備以及相關(guān)的實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)等,都對實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效進(jìn)行產(chǎn)生了一定的影響。隨著社會的發(fā)展,解剖學(xué)在目前獲得了很大的發(fā)展,也是醫(yī)學(xué)教學(xué)中最基礎(chǔ)和最重要的課程,所以,一定的實(shí)驗(yàn)設(shè)備在教學(xué)中是非常關(guān)鍵的,對教學(xué)的有效性影響也很大。目前,虛擬仿真技術(shù)的廣泛應(yīng)用和發(fā)展,很好的解決了醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的這些問題,不但豐富了實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備,學(xué)生可以利用虛擬的“尸體”進(jìn)行操作和實(shí)踐,也很好的鍛煉了學(xué)生的實(shí)踐動手操作能力。

2.2虛擬仿真技術(shù)能夠提高學(xué)生的興趣虛擬仿真技術(shù)能夠?yàn)閷W(xué)生提供相關(guān)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境,創(chuàng)造一定的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)條件,同時,還能夠?qū)崿F(xiàn)學(xué)生在虛擬的空間環(huán)境中和客體進(jìn)行有效的交流,提高學(xué)生對相關(guān)內(nèi)容的認(rèn)識和理解。虛擬仿真技術(shù)在醫(yī)學(xué)試驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用,能夠?qū)⒙曇?、圖像和相關(guān)的多媒體演示功能進(jìn)行結(jié)合,豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程和教學(xué)內(nèi)容,充分的提高了學(xué)生的興趣[3]。同時,將具體的教學(xué)內(nèi)容變得形象和生動,而且有一定的視覺沖擊力,方便了學(xué)生的理解和掌握,因此,提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率和質(zhì)量。比如,在進(jìn)行細(xì)胞膜的教學(xué)時,可以利用虛擬仿真技術(shù)建立細(xì)胞結(jié)構(gòu),動態(tài)化的展示,可以讓學(xué)生更好的觀察和學(xué)習(xí)。

2.3虛擬仿真技術(shù)突破了時間和空間上的限制虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用,對傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)產(chǎn)生了很大改變,打破了時間和空間上的限制,學(xué)生可以通過虛擬仿真技術(shù)對動物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效的觀察,以及實(shí)現(xiàn)動態(tài)化的觀察[4]。比如要了解一些藥物的成分和產(chǎn)生的身體反應(yīng),在傳統(tǒng)的教學(xué)中,通過一定的講述過程是無法實(shí)現(xiàn)有效教學(xué)的,學(xué)生也難以理解。因此,虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)了這些過程的快速進(jìn)行和變化,同時,將這些反應(yīng)過程和變化情況能夠清晰的表現(xiàn)出來,幫助學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)和理解。

2.4虛擬仿真技術(shù)避免了在具體實(shí)驗(yàn)中的危險(xiǎn)情況醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)過程存在一定的危險(xiǎn)性,會對人體的健康產(chǎn)生一定的危害,比如一些感染性的疾病等。所以,隨著虛擬仿真技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用,避免了學(xué)生和實(shí)驗(yàn)對象的直接接觸,而是通過虛擬的方式產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)的客體,所以,不需要考慮實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生一些危險(xiǎn)性的因素,因此,對相關(guān)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行有很大的幫助。除此之外,虛擬仿真技術(shù)也很好的幫助學(xué)生積累了臨床經(jīng)驗(yàn),有效的鍛煉了學(xué)生的實(shí)際操作能力,有利于學(xué)生的綜合水平提高和發(fā)展。

3結(jié)語

隨著虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用,改善了醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué),虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用,加深了學(xué)生對于醫(yī)學(xué)知識的認(rèn)識和理解,提高了醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量和效率。另外,虛擬仿真技術(shù)打破了時間和空間上的限制,完善了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)備,并有效的避免了在試驗(yàn)中的不安全因素,對醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有重要的意義。

參考文獻(xiàn)

[1]陳章寶,肖國君,鄧君,羅紅麗.虛擬仿真技術(shù)在藥學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用研究[J]中國管理信息化,2015(10):86-87.

[2]馮軍,胡曉松.虛擬仿真技術(shù)在醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2015(20):118-119.

[3]曹丁,李文建.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國醫(yī)藥指南,2013(03):367-368.

篇3

關(guān)鍵詞：虛擬仿真；電子類實(shí)驗(yàn)教學(xué)；應(yīng)用

TP391.9；TN0-4；G642

一、虛擬仿真技術(shù)的概念與優(yōu)勢

虛擬仿真技術(shù)在電子類實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用主要有兩種方面：虛擬儀器技術(shù)和仿真。最早虛擬儀器這個概念是由美國儀器公司提出的，其主要含義就是“軟件就是儀器”通過對應(yīng)的軟件來實(shí)現(xiàn)儀器的主要功能。在使用過程中利用LabvIEW編寫虛擬的儀器面板，將各種數(shù)據(jù)信息采集設(shè)備和軟件的仿真平臺搭建出一個不同的仿真系統(tǒng)。仿真則是利用模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對電路環(huán)境與電路過程中進(jìn)行模擬，得到真正實(shí)驗(yàn)的全過程。虛擬仿真技術(shù)的核心內(nèi)容就是將虛擬與實(shí)際結(jié)合，從而達(dá)到最佳的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。同時，在虛擬仿真技術(shù)在使用過程中有以下幾種優(yōu)勢

（一）節(jié)約成本

在傳統(tǒng)的教學(xué)模式創(chuàng)新中需要不斷的增加各種教學(xué)儀器設(shè)備，增加教學(xué)成本，而且要想進(jìn)行實(shí)驗(yàn)只能在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。虛擬仿真技術(shù)的出現(xiàn)更好的解決了這些問題，在教學(xué)過程中只需要具備仿真軟件計(jì)算機(jī)就能在任意地點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，方便教師教學(xué)。

（二）理論與實(shí)際結(jié)合，激發(fā)學(xué)生興趣

虛擬仿真技術(shù)可以將虛擬與實(shí)現(xiàn)結(jié)合，學(xué)生在接受新知識時還鍛煉了學(xué)生的動手實(shí)踐能力。將實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容以更直觀的形象展現(xiàn)出來，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效率。

（三）實(shí)驗(yàn)平臺的統(tǒng)一性和可恢復(fù)性

在使用虛擬仿真技術(shù)時，可以將多門課程實(shí)驗(yàn)進(jìn)行統(tǒng)一，并為學(xué)生提供一個設(shè)計(jì)、原型、科學(xué)、的應(yīng)用平臺，這樣不會丟失原有的實(shí)驗(yàn)信息，還會完成從原型設(shè)計(jì)到系統(tǒng)部署之前所有工作，從而將虛擬教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際教學(xué)實(shí)驗(yàn)的理論、知識更好的結(jié)合起來。

（四）教學(xué)內(nèi)容的靈活性與創(chuàng)新性

虛擬仿真技術(shù)不同于其他試驗(yàn)箱數(shù)量固定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，在使用其技術(shù)時還會根據(jù)不同的需求搭建出一個不同的實(shí)驗(yàn)電路，讓學(xué)生更直觀的了解教學(xué)內(nèi)容，同時還有利于教師開展一些綜合性與設(shè)計(jì)性的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

二、虛擬仿真技術(shù)在電子類實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

隨著電子技術(shù)快速發(fā)展以及教學(xué)內(nèi)容不斷的更新，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式已經(jīng)跟不上社會的發(fā)展，其中還存在著一些不足，虛擬仿真技術(shù)的出現(xiàn)將實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行全新的完善，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率。電子電路課程是電子類專業(yè)必修課程，其中包括了：電路分析、模擬器電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)。在這三門課程中虛擬電子技術(shù)被學(xué)生們認(rèn)為是一個難度最大，理論性較強(qiáng)的的一門課程。一般來講，虛擬電子技術(shù)是與教學(xué)理念同步，有時也會落后于教學(xué)課堂。在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的電路理論不夠了解，對實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的問題還沒有特別清楚，因此，對于多數(shù)學(xué)生來說，在實(shí)驗(yàn)過程中一旦出現(xiàn)問題找不到任何的突破點(diǎn)，從而降低學(xué)習(xí)興趣。在虛擬仿真技術(shù)中以二階段有源低通濾波器為主的教學(xué)實(shí)驗(yàn)可以幫助學(xué)生加深對知識的了解，鍛煉學(xué)生的動手動腦能力。

（一）二階有源濾波器的仿真實(shí)驗(yàn)

在虛擬仿真技術(shù)中，常用的仿真軟件有：Multisim、Pspice、Proteus等。在此，本文對Multisim在虛擬仿真技術(shù)中的使用以二階有源濾波器電路進(jìn)行了仿真。該技術(shù)操作簡單容易上手，它在使用過程中具有非常多的元器件、虛擬儀器，它的功能強(qiáng)大，在使用過程中還為學(xué)生提供專用的萬能表、示波器等常用儀表設(shè)備，而且還為學(xué)生提供了虛擬仿真技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)分析儀、頻譜分析儀等儀器設(shè)備。二階有源濾波器在教學(xué)過程中具有仿真的電路圖，只需要在使用時輸入信號頻率和幅度，就可以通過濾波器的示波器進(jìn)行觀察，并讓學(xué)生做出總結(jié)。同時，在使用時還可以利用波特圖測試儀，設(shè)定使用頻率的反問，保證學(xué)生可以更加直觀的觀看到二階有源低通濾波器的頻率響應(yīng)線，學(xué)生在上課過程中就可以通過幅頻特性曲線找到濾波器的頻率。這樣，學(xué)生就可以搭建出一個更為實(shí)際的電路，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，從而總結(jié)出自己所得結(jié)果，并于教師交流。

（二）二階有源濾波器的實(shí)際電路測試

篇4

關(guān)鍵詞：電子技術(shù)行業(yè) 虛擬仿真技術(shù) 應(yīng)用

中圖分類號：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）06-0000-00

電子技術(shù)行業(yè)的各類設(shè)備產(chǎn)品必須具備良好的設(shè)計(jì)方案才能夠保障其工作狀態(tài)的理想。電子行業(yè)具有產(chǎn)品更新快研發(fā)周期短的特點(diǎn)。為了滿足不斷發(fā)展的市場需求，加快產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的升級，在核心技術(shù)領(lǐng)域取得重大突破，電子行業(yè)必須采用新的研究方法和技術(shù)。虛擬仿真研究是目前電子行業(yè)所廣泛采用的一種新的方法和技術(shù)。本文即以直流穩(wěn)壓電源以及數(shù)控機(jī)床為切入點(diǎn)，對虛擬仿真技術(shù)在上述兩個領(lǐng)域中的應(yīng)用要點(diǎn)及價值進(jìn)行分析與探討。

1 虛擬仿真技術(shù)概述

虛擬仿真技術(shù)即虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，也可稱之為模擬技術(shù)，技術(shù)核心是用一個完全虛擬的系統(tǒng)對另一個真實(shí)存在的系統(tǒng)進(jìn)行模擬。此項(xiàng)技術(shù)涉及到多個學(xué)科，是計(jì)算機(jī)圖形、人機(jī)交互、傳感技術(shù)、以及人工智能等多個學(xué)科的交叉綜合領(lǐng)域。虛擬仿真技術(shù)主要包括三個方面的含義：第一是借助于計(jì)算機(jī)所生成環(huán)境具有虛擬性的特點(diǎn)；第二是人對這種虛擬環(huán)境的感知是高度逼真的；第三則是人可以通過自然的方法與虛擬系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)交互，系統(tǒng)可響應(yīng)人的動作并作出合理的反應(yīng)。

當(dāng)前虛擬仿真技術(shù)被廣泛應(yīng)用于包括汽車制造、道路橋梁、油田礦井、教育教學(xué)、電子技術(shù)、以及水利電力等在內(nèi)的多個行業(yè)中，體現(xiàn)出了包括交互性、沉浸性、虛幻性、以及逼真性這四個方面的特點(diǎn)。對于電子技術(shù)行業(yè)而言，虛擬仿真技術(shù)的最主要優(yōu)勢是可對產(chǎn)品設(shè)計(jì)或優(yōu)化方案在實(shí)踐前通過高度仿真的模擬環(huán)境進(jìn)行分析，以驗(yàn)證方案的可靠性以及有效性，兼顧實(shí)現(xiàn)了提高效率，縮短周期，以及控制費(fèi)用等方面的性能優(yōu)勢，有推廣價值。

2 虛擬仿真技術(shù)在直流穩(wěn)壓電源中的應(yīng)用

直流穩(wěn)壓電源的組成部分包括電源變壓器、濾波電路、整流電路、以及穩(wěn)壓電路四個部分。電網(wǎng)供給的交流電壓在經(jīng)過電源變壓器降壓處理后得到與電路需求相對應(yīng)的交流電壓，然后經(jīng)由整流電路變化為方向恒定、大小伴隨時間變化而變化的單線脈動電壓，并經(jīng)過濾波電路進(jìn)行濾過（濾過交流分量），通過此環(huán)節(jié)處理后得到相對平滑的脈動電壓。最后經(jīng)過穩(wěn)壓電路處理，以確保電網(wǎng)電壓以及負(fù)載水平在發(fā)生改變時電壓維持在穩(wěn)定狀態(tài)下。為更加清晰的了解整個電路的工作原理與運(yùn)行情況，可以借助于虛擬仿真軟件，在軟件模擬環(huán)境下通過設(shè)置開關(guān)或調(diào)整電路結(jié)構(gòu)的方式觀察示波器所呈現(xiàn)出的波形變化。本研究中引入Multisim10虛擬仿真軟件，該軟件借助于圖形方式創(chuàng)建電路，具有界面直觀、操作簡便、調(diào)用方便等優(yōu)勢。本軟件提供有包括交流、直流等在內(nèi)的17種分析方法，虛擬仿真能力強(qiáng)大。

整流電路仿真分析下全波整流與半波整流波形圖如下圖1所示。結(jié)合圖1：4個二極管所構(gòu)成橋式全波整流電路，其核心作用是將正弦變化的電壓演變?yōu)槊}動電壓。通過設(shè)置開關(guān)J1為開啟狀態(tài)的方式，對整流器在二極管損壞狀態(tài)下所產(chǎn)生的開路情況進(jìn)行模擬。則全波整流轉(zhuǎn)換為半波整流，半波整流下所對應(yīng)輸出電壓為0.45*全波整流電壓。

通過對直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)中J2開關(guān)進(jìn)行接通或斷開的方式能夠?qū)Ρ炔ㄐ斡^察得到：在電容接入電路內(nèi)后，輸出電壓平滑程度明顯提高，波紋得到有效控制，同時輸出電壓平均值也有一定的增加。其依據(jù)是：在電容接入電路內(nèi)后，電容可有效存儲電荷，同時對高頻分量而言容抗腳下，從而電流中的交流成分可通過電容C1而被旁路。在電容維持恒定的狀態(tài)下，可通過調(diào)整負(fù)載電阻運(yùn)行仿真的方式，使示波器分別顯示濾波器輸出波形，仿真結(jié)果如下圖2所示。結(jié)合圖2來看，電容放電時間常數(shù)為RC。在C為恒定狀態(tài)下時，R取值越高則意味著放電速度越緩慢，輸出波形更加平滑，輸出電壓值更?。辉赗為定值狀態(tài)下時，電容器容量越大則意味著放電越慢，所對應(yīng)輸出波紋越小，輸出電壓值更大。

除此以外，通過對虛擬仿真軟件的合理應(yīng)用，還能夠?qū)χ绷鞣€(wěn)壓電路的改進(jìn)設(shè)計(jì)效果進(jìn)行仿真驗(yàn)證，以確保改進(jìn)方案的實(shí)施效果理想。以某直流穩(wěn)壓電路對集成電路以及自保電路的改進(jìn)方案而言，為驗(yàn)證該方案的可靠性，借助于Multisim10虛擬仿真軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。操作方法為：在Multisim10虛擬仿真軟件按照改進(jìn)方案構(gòu)建直流穩(wěn)壓電壓仿真點(diǎn)圖，以供電電壓220V（±10%）為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行虛擬仿真。借助于4綜虛擬示波器對各點(diǎn)波形進(jìn)行觀察并讀值，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖3所示。結(jié)合圖2可見：經(jīng)過改進(jìn)后，直流穩(wěn)壓電路波形脈動被控制在較小范圍內(nèi)，電壓輸出穩(wěn)定程度高，可保持在12.036V左右，經(jīng)計(jì)算穩(wěn)壓系數(shù)為0.015（符合

3 虛擬仿真技術(shù)在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用

數(shù)控加工是現(xiàn)代模具CAD/CAM加工體系中不可或缺的重要內(nèi)容之一。以五軸數(shù)控加工技術(shù)為例，所對應(yīng)的模具工件性狀復(fù)雜，對表面質(zhì)量要求高，因此對銑削加工提出了非常嚴(yán)格的要求。五軸加工在完成最后一次裝夾后，可以從多個面加工工件，其優(yōu)勢在于節(jié)約了大量的裝夾時間以及輔助測量裝置，且加工位置精度更高。在數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)及性能驗(yàn)證中通過對虛擬仿真技術(shù)的合理應(yīng)用，一方面能夠使數(shù)控機(jī)床充分且合理的應(yīng)用于對模具以及機(jī)械產(chǎn)品的加工中，另一方面能夠?yàn)檎_且充分的應(yīng)用數(shù)控機(jī)床，完成更多模具以及機(jī)械產(chǎn)品加工提供保障。以某單葉片曲面零件數(shù)控加工實(shí)例為例，采用五軸加工方案，引入五軸五聯(lián)動編程開發(fā)技術(shù)，同時對后置技術(shù)進(jìn)行了編程制定。為進(jìn)一步驗(yàn)證數(shù)控機(jī)床五軸五聯(lián)動方案的編程程序正確性以及后置處理結(jié)果的可靠性，借助于虛擬仿真技術(shù)，在仿真軟件所提供虛擬環(huán)境下參照數(shù)控機(jī)床實(shí)際配置構(gòu)建實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。虛擬仿真結(jié)果顯示：所模擬機(jī)床在對零件進(jìn)行加工的全過程中刀具路徑未發(fā)生偏差，加工零件性狀基本與設(shè)計(jì)要求相符合。

4 結(jié)語

本研究中針對虛擬仿真技術(shù)在電子技術(shù)行業(yè)中的應(yīng)用問題進(jìn)行分析及探究，通過上述分析不難發(fā)現(xiàn)：在電子技術(shù)行業(yè)中積極應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)能夠有效解決以往設(shè)計(jì)方案直接應(yīng)用于實(shí)踐中存在的浪費(fèi)或失誤問題，避免了不必要的事故產(chǎn)生，可以有效提高電子技術(shù)產(chǎn)品及相關(guān)設(shè)備的使用壽命與性能，對促進(jìn)電子技術(shù)行業(yè)的發(fā)展也有重要價值。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳軍，周曉平，郝江濤 等.基于MatLab & Simulink的電工電子技術(shù)仿真實(shí)驗(yàn)平臺[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2015（3）：57-60.

[2] 趙麗梅.Electronics workbench在電子技術(shù)仿真實(shí)驗(yàn)中的運(yùn)用[J].中國遠(yuǎn)程教育（綜合版），2001（12）：58-59.

[3] 周凱，那日沙，王旭東 等.Saber在電力電子技術(shù)仿真中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2015（3）：126-128，140.

篇5

基于虛擬仿真技術(shù)和計(jì)算網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法已經(jīng)成為不可或缺的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的構(gòu)建，將促進(jìn)教學(xué)資源的科學(xué)規(guī)劃和持續(xù)發(fā)展。以學(xué)科發(fā)展為依托、以培養(yǎng)具有綜合實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的人才為目標(biāo)，本著能實(shí)不虛、虛實(shí)結(jié)合的原則，在實(shí)體實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，打破原有實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)和專業(yè)內(nèi)容所固有的界限，探索構(gòu)建了三平臺、三層次、一體化的“三三一”虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。“三三一”體系的構(gòu)建既豐富了專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，又為學(xué)生在基于虛擬仿真技術(shù)的跨專業(yè)大型綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源中，提供更多的應(yīng)用技能、綜合能力和創(chuàng)新能力訓(xùn)練的機(jī)會。

關(guān)鍵詞:

電氣工程;自動化;虛擬仿真

天津大學(xué)電氣與自動化實(shí)驗(yàn)中心承擔(dān)著面向全校10個專業(yè)、47門課程的本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作，其中包括課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等多種教學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。近年來，實(shí)驗(yàn)中心為了解決大型綜合實(shí)體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目在建設(shè)、運(yùn)行、維護(hù)等工作中受場地或經(jīng)費(fèi)等條件限制、阻礙學(xué)科建設(shè)與發(fā)展的問題;為了滿足學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練的需要，積極促進(jìn)科研成果向教學(xué)資源的轉(zhuǎn)化，在實(shí)體實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境不斷完善、發(fā)展的同時，對部分專業(yè)課實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境及仿真系統(tǒng)的開發(fā)與建設(shè)。先后建設(shè)了“智能電網(wǎng)仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺”、“多相流虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)”、“高電壓虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)”、“機(jī)器人及自主系統(tǒng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺”、“工業(yè)生產(chǎn)線虛擬環(huán)境”等一批虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源［1－2］，并全部應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。2012年9月為了更好地管理和優(yōu)化教學(xué)資源，學(xué)校成立了電氣工程與自動化虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心。按照培養(yǎng)具有綜合能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才的需要，本著“相互補(bǔ)充、互融互通”的原則，構(gòu)建了“三平臺、三層次、一體化”的“三三一”虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。經(jīng)過5年的時間，依照“能實(shí)不虛、虛實(shí)結(jié)合”的原則，完成了15個虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的建設(shè)工作。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系為實(shí)驗(yàn)資源開發(fā)提出了明確的目標(biāo)。

1虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)

充分發(fā)揮虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)和優(yōu)勢，是構(gòu)建一套科學(xué)、高效、可持續(xù)發(fā)展的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的關(guān)鍵。其特點(diǎn)如下。

1．1豐富的教學(xué)內(nèi)容

基于互聯(lián)網(wǎng)的虛擬仿真技術(shù)為實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來了不受時間、空間限制的特點(diǎn)，它可以將學(xué)生帶入未知的科學(xué)世界。相比傳統(tǒng)實(shí)體實(shí)驗(yàn)課程的內(nèi)容，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可以是千變?nèi)f化的［3］。學(xué)生不僅可以利用所學(xué)知識靈活地解決問題，還可以按照自己的興趣愛好設(shè)計(jì)問題，探索未知的世界。例如:傳統(tǒng)的電機(jī)學(xué)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生只能觀測電機(jī)外特性結(jié)果，無法從根本上理解電機(jī)的內(nèi)部磁場分布、不同運(yùn)行工況下的磁場變化。而虛擬仿真實(shí)驗(yàn)利用電機(jī)電磁場有限元分析軟件，使學(xué)生能通過虛擬仿真環(huán)境，了解電機(jī)內(nèi)部磁場分布及性能特性曲線。同時，虛擬仿真技術(shù)打破了不同專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的隔墻，為跨學(xué)科的交叉應(yīng)用提供了廣闊的實(shí)踐天地。

1．2靈活的教學(xué)環(huán)節(jié)

為體現(xiàn)“以人為本”的教育、教學(xué)理念，適應(yīng)個性化學(xué)習(xí)需求，有利于創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系應(yīng)該包含多層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生可以選擇適合自己知識水平、興趣愛好的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。并且隨著學(xué)習(xí)進(jìn)度的變化，可以跨越教學(xué)層次提升(或回顧以往)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容［4］。這在實(shí)體實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動中是很難實(shí)現(xiàn)的。靈活的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)資源建立了不同教學(xué)環(huán)節(jié)之間的知識鏈接，使學(xué)生在夯實(shí)基礎(chǔ)知識的前提下，有更多接觸專業(yè)實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)踐的機(jī)會。

1．3不可及和不可逆過程的實(shí)現(xiàn)

在涉及高?；驑O端環(huán)境，不可及或不可逆的操作，高成本、高消耗、大型或綜合訓(xùn)練等情況時［5］，虛擬仿真技術(shù)提供可靠、安全和經(jīng)濟(jì)的實(shí)驗(yàn)手段。例如:在“高電壓虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)”中學(xué)生可以隨時觀察高壓放電的模擬場景。

1．4無處不在的實(shí)驗(yàn)室

基于互聯(lián)網(wǎng)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源不僅可以為學(xué)生在任何時間和地點(diǎn)開展實(shí)驗(yàn)提供條件［6］，同時也可以將優(yōu)秀的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源開放，為兄弟院校、企業(yè)、社區(qū)提供教學(xué)服務(wù)。

2虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的構(gòu)建

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系在教學(xué)大系統(tǒng)中，與實(shí)體實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系相互補(bǔ)充，同樣需要遵循實(shí)驗(yàn)教學(xué)的客觀規(guī)律和基本準(zhǔn)則［7－8］。通過利用“互聯(lián)網(wǎng)思維”和“虛擬仿真技術(shù)”對現(xiàn)有實(shí)體實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動中的內(nèi)容和環(huán)節(jié)進(jìn)行了全面的、系統(tǒng)的再設(shè)計(jì)，形成了科學(xué)的和可持續(xù)發(fā)展的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)。首先將基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新與實(shí)踐訓(xùn)練的三個虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺按照理論應(yīng)用、綜合設(shè)計(jì)、系統(tǒng)構(gòu)建劃分三個教學(xué)層次;然后利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)和優(yōu)勢，將不同平臺(教學(xué)層次)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行互聯(lián)互通、相互融合，形成了教學(xué)體系的一體化。

2．1以教學(xué)環(huán)節(jié)為導(dǎo)向的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺

以教學(xué)環(huán)節(jié)為導(dǎo)向的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺包括基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺、專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺以及創(chuàng)新與實(shí)踐教學(xué)平臺，如圖1所示。

2．1．1基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺

該平臺側(cè)重基礎(chǔ)知識的教學(xué)工作。通過驗(yàn)證基礎(chǔ)科學(xué)和技術(shù)原理，使學(xué)生切身體驗(yàn)科學(xué)發(fā)現(xiàn)與工程技術(shù)的發(fā)展歷程，進(jìn)而內(nèi)化為其自身的工程意識與素養(yǎng)［9］。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以為學(xué)生提供不受限于時間、地點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，“無處不在的實(shí)驗(yàn)室”有助于提高學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的興趣、培養(yǎng)獨(dú)立思考問題和解決問題的能力。

2．1．2專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺

專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)平臺主要包括課程設(shè)計(jì)、綜合實(shí)驗(yàn)、工程設(shè)計(jì)綜合訓(xùn)練等集中教學(xué)環(huán)節(jié)。由于部分綜合類實(shí)體實(shí)驗(yàn)受實(shí)驗(yàn)設(shè)備功能的限制，學(xué)生可以選擇的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有限，尤其是一些大型、高風(fēng)險(xiǎn)、高能耗、高成本、不可及或不可逆的項(xiàng)目根本無法對本科生開放。構(gòu)建虛擬仿真專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺，將不可能變成可能，不僅可以開設(shè)大型綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的仿真環(huán)境，還可以實(shí)現(xiàn)跨專業(yè)的綜合實(shí)踐訓(xùn)練。為學(xué)生提供貼近實(shí)際的工程應(yīng)用，對解決現(xiàn)實(shí)條件無法滿足專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)需求的矛盾有著不可替代的作用。實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室與生產(chǎn)現(xiàn)場的“無縫對接”。

2．1．3創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)平臺

科學(xué)的創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)方案需要良好的教學(xué)平臺支撐。利用虛擬仿真技術(shù)針對電氣工程及自動化專業(yè)的學(xué)科特色，結(jié)合“智能電網(wǎng)”、“航空航天”、“機(jī)器人”、“工業(yè)自動化”以及“新型傳感器”等專業(yè)領(lǐng)域前沿技術(shù)建立虛擬仿真系統(tǒng)，從實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)加強(qiáng)學(xué)生對相關(guān)學(xué)科前沿成果的深入理解。

2．2以教學(xué)目標(biāo)為導(dǎo)向的三層次

在三個教學(xué)平臺中學(xué)生可以循序漸進(jìn)的完成知識學(xué)習(xí)和技能訓(xùn)練。但是，由于學(xué)生在專業(yè)方向、學(xué)習(xí)進(jìn)度、興趣愛好等方面存在個性差異，所以在學(xué)習(xí)過程中就會需要在不同的教學(xué)平臺之間進(jìn)行廣泛的聯(lián)系，尤其是學(xué)科交叉的教學(xué)資源中，需要橫向的、跨平臺的知識融合。每個虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺分別按照理論應(yīng)用、綜合設(shè)計(jì)、系統(tǒng)構(gòu)建三個層次進(jìn)行劃分，充分發(fā)揮虛擬仿真技術(shù)的優(yōu)勢，建立實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺之間相互補(bǔ)充、互融互通的橫向鏈接。如圖2所示。

2．2．1理論應(yīng)用層

理論應(yīng)用層重點(diǎn)突出的是圍繞基礎(chǔ)理論知識，利用虛擬仿真技術(shù)為學(xué)生提供豐富的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，包括一些看不見、摸不到的物理現(xiàn)象，基礎(chǔ)理論在實(shí)際工程應(yīng)用的案例等。更為重要的是，通過互聯(lián)網(wǎng)虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用，學(xué)生可在任何時間和地點(diǎn)直觀形象的完成本專業(yè)科學(xué)理論與科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，有助于學(xué)生夯實(shí)理論知識。

2．2．2綜合設(shè)計(jì)層

綜合設(shè)計(jì)層是將相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)知識交叉綜合應(yīng)用。著重培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用專業(yè)基礎(chǔ)知識、實(shí)驗(yàn)技術(shù)和實(shí)驗(yàn)手段、分析問題、解決問題的能力，使學(xué)生不論在知識的積累上還是實(shí)驗(yàn)技能的提高上都有較大的飛躍。通過虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)驗(yàn)場景可以更加貼近工程實(shí)際，有效解決以往受實(shí)驗(yàn)設(shè)備或場地限制［10］，用抽象的示意模型代替復(fù)雜受控對象的問題;在大幅度提高實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目豐富程度的同時，通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用也可以提高教學(xué)資源的共享率。

2．2．3系統(tǒng)構(gòu)建層

系統(tǒng)構(gòu)建層是讓學(xué)生在虛擬環(huán)境中將所學(xué)到的工程研究與創(chuàng)新方法得到應(yīng)用和訓(xùn)練。讓學(xué)生體會利用掌握的知識和技能在復(fù)雜工程實(shí)踐中解決問題的快樂，真正做到學(xué)以致用［11］。該類實(shí)驗(yàn)可培養(yǎng)學(xué)生從事科學(xué)研究和技術(shù)開發(fā)的綜合能力，為培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的高素質(zhì)專業(yè)人才提供訓(xùn)練條件。虛擬仿真教學(xué)體系中的系統(tǒng)構(gòu)建層實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源有效的解決了生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)與工程實(shí)際脫節(jié)的問題。

2．3互融互通、互為補(bǔ)充的一體化理念

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系如圖3所示，其中教學(xué)平臺的教學(xué)資源根據(jù)教學(xué)目的而設(shè)計(jì)，課程內(nèi)容貫穿資源;教學(xué)層次是以培養(yǎng)應(yīng)用能力為目標(biāo)，將不同平臺教學(xué)資源橫向連接。在注重專業(yè)培養(yǎng)、因材施教的同時，教學(xué)平臺之間互融互通，教學(xué)層次之間相互補(bǔ)充［12］，是虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心“一體化”建設(shè)核心。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系一體化建設(shè)打通了學(xué)科專業(yè)界限，是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的新機(jī)制。

3結(jié)語

篇6

Abstract: In the actual teaching of project cost, if take the simulation technology in engineering cost course to construct the three-dimensional panoramic display of highways, bridges and tunnels in civil engineering, we can freely control the viewing angle and picture zoom, with real pictures, the effect is direct and can improve the effect of learning. This paper, taking the tunnel project as an example, talks about the applications of simulation technology in engineering cost courses.

關(guān)鍵詞：三維空間結(jié)構(gòu)；模擬仿真技術(shù)；課程教學(xué)；應(yīng)用

Key words: three-dimensional structure；simulation technology；teaching；application

中圖分類號：G42文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1006-4311（2011）05-0161-02

1工程造價課程的發(fā)展瓶頸

在實(shí)際的工程造價課程教學(xué)中，學(xué)生由于缺乏空間想象，對工程結(jié)構(gòu)沒有感性認(rèn)識，無法理解抽象的理論，給教師教學(xué)及學(xué)生學(xué)習(xí)帶來了瓶頸。因此，我們希望通過虛擬仿真系統(tǒng)來解決傳統(tǒng)工程造價教學(xué)中存在的種種弊端。在教學(xué)中使用仿真技術(shù)，可以充分調(diào)動學(xué)習(xí)者的感覺和思維器官，使所觀察的事物栩栩如生地展現(xiàn)在面前，任學(xué)習(xí)者正面、側(cè)面、反面仔細(xì)觀察仿真技術(shù)的發(fā)展被認(rèn)為是解決傳統(tǒng)工程造價教學(xué)瓶頸的一把利器。

本文正是從當(dāng)前工程造價教學(xué)的基本情況以及教學(xué)難點(diǎn)出發(fā)，將仿真技術(shù)引入到開發(fā)工程造價教學(xué)軟件的過程中。本研究選擇隧道工程作為研究的案例，通過利用目前比較成熟的計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)，為老師和學(xué)生提供一個模型展示平臺。

2模擬仿真技術(shù)的應(yīng)用的效果

模擬是指用一個數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，來全部或部分地模仿某一數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，使得模仿的系統(tǒng)能像被模仿的系統(tǒng)一樣接受同樣的數(shù)據(jù)，執(zhí)行同樣的程序，獲得同樣的結(jié)果。有時也簡稱為仿真，是用模型（物理模型或數(shù)學(xué)模型）來模仿實(shí)際系統(tǒng)，代替實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和研究，是產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造中的常用技術(shù)手段。

從國內(nèi)外職業(yè)教育專業(yè)信息化可以看出，模擬仿真技術(shù)具有先進(jìn)、便捷、安全等優(yōu)點(diǎn)，仿真教學(xué)系統(tǒng)向工程類職業(yè)學(xué)校提供了培訓(xùn)學(xué)生的高技術(shù)工具，將專業(yè)課程和實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生了解生產(chǎn)操作、熟悉生產(chǎn)原理的能力，提高了學(xué)生動手操作的興趣與水平。以較少的投入滿足了學(xué)生的實(shí)踐需要。許多專業(yè)課程由于受到設(shè)備、場地和經(jīng)費(fèi)等條件的限制，可以選擇采用模擬仿真技術(shù)。但模擬仿真技術(shù)應(yīng)用于工程造價課程教學(xué)實(shí)踐的研究很少，可參考的研究成果幾乎沒有。

3研究方法

3.1 文獻(xiàn)研究法在研究中，通過對多種學(xué)習(xí)資料的閱讀、分析，了解到了當(dāng)前研究的發(fā)展?fàn)顩r，為論文的撰寫奠定了必要的理論基礎(chǔ)。

3.2 個案研究法在研究中，通過具體的案例，對工程造價教學(xué)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、優(yōu)化教學(xué)策略，設(shè)計(jì)教學(xué)軟件開發(fā)方案，最終完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)。（圖1）

4模擬仿真技術(shù)在造價教學(xué)中的應(yīng)用

重點(diǎn)是構(gòu)建土木工程中公路、橋梁、隧道的立體全景展示。在三維仿真動畫展示過程中，可自由控制觀看角度及畫面縮放，配合實(shí)景照片，效果直觀。施工流程部分以簡單的工程施工3D動畫，配以實(shí)景圖片及施工工藝文本說明，使學(xué)生能更直觀地了解工程施工的流程步驟。公路、橋梁、隧道的分解結(jié)構(gòu)模塊通過點(diǎn)擊結(jié)構(gòu)圖中的交互熱點(diǎn)，顯示該局部結(jié)構(gòu)的名稱、所在位置以及該結(jié)構(gòu)的詳細(xì)說明窗口，其中包含局部結(jié)構(gòu)3d展示、工程量復(fù)核、定額、工程圖紙。為了滿足課堂教學(xué)的需要，支持文本和圖紙的縮放、自由拖動功能，以增強(qiáng)課堂教學(xué)實(shí)際效果。人性化的人機(jī)交互界面及流程分類設(shè)計(jì)，學(xué)生在課余時間也能通過簡單直觀的軟件操作進(jìn)行學(xué)習(xí)。選題立足于公路工程造價專業(yè)，重點(diǎn)在于利用該模擬仿真技術(shù)將造價及工程量復(fù)核等內(nèi)容更加形象地展示出來，使課程的實(shí)效性更強(qiáng)（表1）。

5隧道工程案例

在傳統(tǒng)課程教學(xué)中，教師都會按照既定的教學(xué)過程來實(shí)施教學(xué)活動，那么在仿真公路系統(tǒng)中，學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)活動應(yīng)當(dāng)如何開展？隧道模型概述為由以下幾個部分：

5.1 用戶界面呈現(xiàn)在工程仿真系統(tǒng)中，學(xué)習(xí)者必須是通過用戶界面與仿真系統(tǒng)進(jìn)行交互。因此，構(gòu)建和諧友好、方便操作、逼近工程實(shí)體虛擬系統(tǒng)要解決的首要問題。仿真系統(tǒng)的真實(shí)性可以豐富學(xué)習(xí)者在虛擬情境中的體驗(yàn)，方便性主要表現(xiàn)在學(xué)習(xí)中按照學(xué)習(xí)者的進(jìn)度，適時的為其提出指導(dǎo)性建議（圖2）。

5.2 仿真情景設(shè)計(jì)仿真系統(tǒng)要依據(jù)學(xué)習(xí)者的經(jīng)驗(yàn)、知識背景及需求，呈現(xiàn)具體的公路工程、橋梁工程、隧道工程等信息。設(shè)計(jì)工程實(shí)例，仿真場景和工程對象，通過情境設(shè)計(jì)，以激發(fā)學(xué)習(xí)者的興趣（圖3）。

5.3 工程造價數(shù)據(jù)分析通過仿真系統(tǒng)的現(xiàn)象觀察，具體進(jìn)行工程造價結(jié)果的分析，處理工程數(shù)據(jù)，并根據(jù)反饋信息及時調(diào)整策略，這有助于提高學(xué)習(xí)者對造價編制過程的反應(yīng)能力以及對因果關(guān)系的敏感性。該過程中須關(guān)注在工程內(nèi)容的一致性、工程過程的交互性等問題（圖4）。

6實(shí)用價值和重要的現(xiàn)實(shí)意義

6.1 課件制作方法的探索使用直觀的設(shè)計(jì)方法取代繁瑣的傳統(tǒng)編程式的課件制作，老師把更多精力放在課程本身的教學(xué)設(shè)計(jì)上，只需根據(jù)實(shí)際教學(xué)需求，設(shè)計(jì)課件，向?qū)W生展示工程結(jié)構(gòu)；體現(xiàn)新一代課件的廣闊應(yīng)用前景。

6.2 促進(jìn)學(xué)生探索性的學(xué)習(xí)現(xiàn)在的教學(xué)所采用的方法比較單一，學(xué)生在上課中往往很被動，面對各種各樣的公路、橋梁、擋土墻，結(jié)構(gòu)物感覺一片茫然，老師怎么說，學(xué)生就照著怎么做。很多時候上課只停留在不動腦的機(jī)械勞動階段，達(dá)不到提高學(xué)生動手能力的目的，這樣的知識傳遞過程較為單調(diào)，效果也不明顯。在仿真平臺上，學(xué)生可以擺脫了原有模型設(shè)備條件的約束,在更形象的知識領(lǐng)域內(nèi)自主探索，促進(jìn)了學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

6.3 降低了各類開支費(fèi)用工程仿真系統(tǒng)降低了科研成本，節(jié)省研究經(jīng)費(fèi)，并能夠充分發(fā)揮現(xiàn)有計(jì)算機(jī)技術(shù)、,提高使用效率。

篇7

為了應(yīng)對工業(yè)工程在有關(guān)工業(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、管理及優(yōu)化等綜合性實(shí)驗(yàn)課程開發(fā)難度較大的問題，該文提出將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)與項(xiàng)目教學(xué)、案例教學(xué)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了“教、學(xué)、做”一體化，并且，在顯著改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件、提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的同時，減少了設(shè)備消耗，尤其是耗材的使用量，節(jié)省了實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)，而且克服了時間與空間上的限制，使得工業(yè)工程綜合實(shí)驗(yàn)課的開課率和學(xué)生的專業(yè)綜合能力得到顯著提升。

關(guān)鍵詞：

計(jì)算機(jī)仿真；工業(yè)工程；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是繼數(shù)學(xué)推理與科學(xué)試驗(yàn)之后認(rèn)識世界自然規(guī)律的第三類基礎(chǔ)方法?；谟?jì)算機(jī)仿真技術(shù)的虛擬教學(xué)是指利用實(shí)物和計(jì)算機(jī)軟件共同模擬出真實(shí)的情境，讓學(xué)生在模擬的情境下進(jìn)行探究和學(xué)習(xí)。這種教學(xué)方法生動形象，接近現(xiàn)實(shí)工作場景，有利于提高學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生在短時間內(nèi)進(jìn)入相應(yīng)情境，真實(shí)的體驗(yàn)如在現(xiàn)實(shí)中執(zhí)行任務(wù)的感覺，以達(dá)到更快掌握技術(shù)手段的目的，而且這種教學(xué)方法可以利用計(jì)算機(jī)軟件的優(yōu)勢創(chuàng)造出靈活多樣的工作場景且不受行業(yè)限制，使學(xué)生對實(shí)踐問題的認(rèn)識更深入，采用的應(yīng)對方法更靈活。由此“計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)”便成為專業(yè)學(xué)習(xí)及實(shí)際應(yīng)用中的重要方法和技術(shù)手段。工業(yè)工程作為管理科學(xué)與工程的二級學(xué)科，其人才培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)出面向生產(chǎn)、管理、服務(wù)的高級專業(yè)技術(shù)和管理人才，面向的工作崗位主要有制造業(yè)現(xiàn)場管理、產(chǎn)能計(jì)算、生產(chǎn)計(jì)劃與控制、項(xiàng)目管理、精益生產(chǎn)等，以及服務(wù)業(yè)的流程優(yōu)化、工作研究等。其中，制造業(yè)涉及行業(yè)范圍廣、產(chǎn)品種類多、工序過程各異，因此，在教學(xué)過程中需要通過一系列系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)的問題提煉能力及問題分析能力，并采用專業(yè)的技術(shù)方法和手段有針對性的對問題本質(zhì)進(jìn)行處理。然而，正是由于工業(yè)工程方法應(yīng)用行業(yè)的廣泛性及多樣性，使得我們不可能如其他5類工程學(xué)科般擁有自己典型的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備，亟需我們在實(shí)踐教學(xué)過程中探索新的教學(xué)方法與實(shí)驗(yàn)支撐技術(shù)。

1工業(yè)工程實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

工業(yè)工程類實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)，在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，主要是以“理論課+實(shí)驗(yàn)室”的模式，強(qiáng)調(diào)學(xué)生對工業(yè)工程專業(yè)基本方法和技能的掌握與應(yīng)用，如，工作研究、動素分析、人機(jī)工程、物流工程、流程優(yōu)化、現(xiàn)場改善等基本技能與方法論。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，基本上遵照如下流程：首先，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行以上理論課的學(xué)習(xí)，使學(xué)生知道、了解并掌握這些基本的專業(yè)手法與技能；其次，通過開設(shè)相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程讓學(xué)生對所學(xué)的這些技術(shù)方法展開實(shí)踐，從而幫助學(xué)生達(dá)到訓(xùn)練并養(yǎng)成工業(yè)工程專業(yè)素養(yǎng)的目的。然而，目前所開設(shè)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程均是就某一獨(dú)立技術(shù)方法而展開的較為單純的技能訓(xùn)練，如，工作研究的實(shí)驗(yàn)主要是針對動作研究、動素分析、生產(chǎn)節(jié)拍平衡開展具體分析過程實(shí)踐，幫助學(xué)生深刻體會這些基本專業(yè)手法的實(shí)際應(yīng)用場合；人因工程，主要是通過系列人因?qū)嶒?yàn)帶領(lǐng)學(xué)生親身體驗(yàn)，感受高度、亮度、顏色、頻繁度、規(guī)律度等人因影響因素帶給人視覺、聽覺等感官的切實(shí)感受，從而探討基于人因的合理化設(shè)計(jì)、布局及工作安排；設(shè)施規(guī)劃布局則是基于物流分析方法，通過物流強(qiáng)度度量，分析部門間的相關(guān)性強(qiáng)度，從而為合理布局、物流優(yōu)化提供有效參考。以上這些實(shí)驗(yàn)均對學(xué)生在工業(yè)工程專業(yè)基本方法技能的培訓(xùn)上起到了有效效果。然而，卻并未在促進(jìn)學(xué)生養(yǎng)成工業(yè)工程職業(yè)素養(yǎng)上發(fā)揮強(qiáng)化作用。原因在于，缺乏像物流工程、系統(tǒng)工程、系統(tǒng)建模及仿真優(yōu)化等這類有關(guān)工業(yè)工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)、管理及優(yōu)化的主干課程的綜合性實(shí)踐項(xiàng)目，要設(shè)計(jì)出針對本專業(yè)基本技能方法的綜合性實(shí)踐項(xiàng)目，需要的制造業(yè)相關(guān)設(shè)備、產(chǎn)品品種等數(shù)量巨大，且耗費(fèi)大、成本高，很難從實(shí)際操作入手，計(jì)算機(jī)仿真方法不失為解決此問題的一種有效方法?；谟?jì)算機(jī)仿真技術(shù)的虛擬教學(xué)則以其高效率、低成本、內(nèi)容豐富、性能有效和安全等優(yōu)勢得到越來越多的應(yīng)用和推廣。因此，應(yīng)該將“項(xiàng)目教學(xué)”“案例教學(xué)”“教、學(xué)、做”一體化和基于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的虛擬教學(xué)的方法結(jié)合起來，充分發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，提升實(shí)踐教學(xué)效果。基于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的虛擬教學(xué)很容易與其它先進(jìn)的教學(xué)方法相結(jié)合，因此，在工業(yè)工程類實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)中，將基于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的虛擬教學(xué)與其它教學(xué)方法相結(jié)合，有助于提高實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)效果，而且成本低、效率高，使學(xué)生可以不受場地、行業(yè)、設(shè)備與產(chǎn)品的限制，使學(xué)生更好的掌握專業(yè)技能和方法，并通過基于計(jì)算機(jī)仿真平臺開發(fā)的綜合性實(shí)踐項(xiàng)目，鍛煉學(xué)生的工業(yè)工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)、管理及優(yōu)化的綜合能力，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)，從而促進(jìn)本專業(yè)人才培養(yǎng)效果的提升，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在工業(yè)工程類實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)中具有重要的意義。

2計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)為人們提供了一個理想的實(shí)踐教學(xué)手段，目前國內(nèi)外已經(jīng)普遍將其應(yīng)用于軍事訓(xùn)練、課程教學(xué)、運(yùn)動訓(xùn)練以及醫(yī)學(xué)研究等方方面面。美國是計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)的起源地，現(xiàn)在美國計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展水平也比較高，在這個領(lǐng)域代表了國際先進(jìn)水平，也是第一個把虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用在教育教學(xué)中的國家，目前在感知、用戶界面、后臺軟件和硬件等幾個方面，形成了一個比較系統(tǒng)的虛擬仿真教學(xué)儀器架構(gòu)。如，美國的卡羅萊納州立大學(xué)利用Java技術(shù)建立了基于Web的探索式虛擬物理實(shí)驗(yàn)室，主要有以下幾個模塊：基于JavaApplet的虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)設(shè)施、相關(guān)的實(shí)驗(yàn)課程模塊、實(shí)驗(yàn)結(jié)果評價模塊、協(xié)作模塊。在歐洲，英國在計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)的相關(guān)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，研究出了虛擬仿真軟件包，并應(yīng)用在教學(xué)儀器和工業(yè)安全培訓(xùn)等方面。如，英國的諾丁漢大學(xué)在教育和學(xué)術(shù)方面對虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行了研究與探索，其目標(biāo)主要在于探索桌面虛擬仿真的輸入設(shè)備應(yīng)用上。此外，該小組還和其他學(xué)校緊密合作，將其仿真系統(tǒng)應(yīng)用在了特殊學(xué)生教育中。在中國，目前各個大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)也廣泛采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)建立虛擬場景進(jìn)行相關(guān)領(lǐng)域的教學(xué)與研究。例如：中國科技大學(xué)開發(fā)出第一套基于虛擬仿真的教學(xué)儀器系統(tǒng)——利用虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行幾何光學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺的開發(fā)，系統(tǒng)將計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)儀器的智能化儀器、計(jì)算機(jī)技術(shù)、虛擬仿真和物理教學(xué)儀器等有機(jī)結(jié)合，把物理教學(xué)儀器系統(tǒng)推進(jìn)到了新的領(lǐng)域；北京潤尼爾網(wǎng)絡(luò)科技有限公司以北京郵電大學(xué)強(qiáng)勢的網(wǎng)絡(luò)、通訊、電子三門學(xué)科為基礎(chǔ)，采用JavaApplet技術(shù)、B/S結(jié)構(gòu)、J2EE框架，為解決高校日趨緊張的實(shí)驗(yàn)設(shè)備及實(shí)驗(yàn)場地等實(shí)驗(yàn)教學(xué)問題，由北京郵電大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育技術(shù)研究所組織精英力量，經(jīng)過多年研究，開發(fā)出了配套的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。通過對國內(nèi)、外的基于計(jì)算機(jī)仿真的虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)應(yīng)用情況進(jìn)行對比，我們發(fā)現(xiàn)：當(dāng)前，國外基于計(jì)算機(jī)仿真的虛擬實(shí)驗(yàn)比國內(nèi)開發(fā)時間早，應(yīng)用相對成熟，不管是在仿真器材還是仿真軟件上都比較豐富、且功能較多；同時，國外很多成熟的仿真實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品價格普遍偏高，且技術(shù)難度也不太適合本科學(xué)生，更適合研究所或工程師使用。盡管如此，我國還是有很多現(xiàn)行的成熟的計(jì)算機(jī)仿真軟件供我們選擇，這些成熟的仿真軟件具有界面友好、可擴(kuò)充性、支持二次開發(fā)等特性，甚至大多實(shí)現(xiàn)模塊化利于定制化實(shí)驗(yàn)的開發(fā)，基本上能滿足國內(nèi)高等院校實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要及豐富的仿真實(shí)驗(yàn)需求。因此，國內(nèi)很多高校及科研院所普遍采用購買成熟的仿真軟件產(chǎn)品，基于自身的仿真實(shí)驗(yàn)需求進(jìn)行對應(yīng)的二次開發(fā)，從而設(shè)計(jì)出適合自己的基于計(jì)算機(jī)仿真的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺，并得到了很好的應(yīng)用發(fā)展。就工業(yè)工程類實(shí)驗(yàn)課程而言，現(xiàn)在市面上流行的仿真軟件，如，F(xiàn)lexsim、witness、em-plan等都能提供給我們一個良好的仿真實(shí)驗(yàn)平臺，供我們在這些平臺上進(jìn)行綜合性實(shí)踐項(xiàng)目的構(gòu)建和開發(fā)。

3基于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式開發(fā)

在深度分析學(xué)生學(xué)習(xí)特點(diǎn)和企業(yè)真實(shí)需求的基礎(chǔ)上，基于建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論和混合式學(xué)習(xí)理論，按照社會發(fā)展對人才培養(yǎng)的要求，結(jié)合計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)的基本原則，借鑒信息化和項(xiàng)目教學(xué)、案例教學(xué)設(shè)計(jì)方法，探索出基于實(shí)踐項(xiàng)目、真實(shí)案例和工作任務(wù)的計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)了“教、學(xué)、做”一體化的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。該模式由“項(xiàng)目導(dǎo)入、制定計(jì)劃、實(shí)施計(jì)劃和成果展示與評價”4個環(huán)節(jié)組成，其中，計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)貫穿了該模式的所有環(huán)節(jié)。下面簡單介紹該模式的具體實(shí)施方案。

（1）在“項(xiàng)目導(dǎo)入”環(huán)節(jié)，專業(yè)教師的活動包括：借助選定的計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)平臺，導(dǎo)入項(xiàng)目任務(wù)及目標(biāo)、展示項(xiàng)目結(jié)果，讓學(xué)生對項(xiàng)目有一個直觀的認(rèn)識，然后再布置具體的實(shí)踐任務(wù)；利用計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)平臺，讓學(xué)生明確自己應(yīng)當(dāng)完成的具體任務(wù)和完成任務(wù)后可以獲得哪些知識以及達(dá)到什么樣的技能水平；在充分考慮學(xué)生的現(xiàn)有知識和能力水平的基礎(chǔ)上，適當(dāng)采取分工協(xié)作方式，安排具體的任務(wù)完成時間及成果的評定方法等。

（2）在“制定計(jì)劃”環(huán)節(jié)，學(xué)生的活動包括：通過自主學(xué)習(xí)、分工協(xié)作等方式，對具體實(shí)踐項(xiàng)目的目標(biāo)、任務(wù)進(jìn)行分析；確定任務(wù)所涉及的專業(yè)方法和技能手段，充分應(yīng)用已掌握的專業(yè)知識和能力，借助計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)平臺，設(shè)計(jì)出仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛶椭鷽Q策與優(yōu)化；確定仿真實(shí)驗(yàn)任務(wù)的實(shí)施步驟，為仿真實(shí)驗(yàn)任務(wù)的實(shí)施做好充分的準(zhǔn)備。

（3）在“實(shí)施計(jì)劃”環(huán)節(jié)，學(xué)生的活動包括：在計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)平臺上，按照擬定的計(jì)劃，逐步完成實(shí)踐項(xiàng)目的仿真任務(wù)；在完成實(shí)踐項(xiàng)目仿真任務(wù)的過程中，學(xué)生通過應(yīng)用所學(xué)專業(yè)知識和技能，建構(gòu)自己的專業(yè)知識，從而幫助自己養(yǎng)成專業(yè)素養(yǎng)。

（4）在“展示與評價”環(huán)節(jié)，學(xué)生的工作包括：在計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)平臺上展示自己的實(shí)踐項(xiàng)目仿真成果；參與討論和評價；通過對比分析，學(xué)生對自己的實(shí)踐項(xiàng)目展開進(jìn)一步的仿真優(yōu)化處理。

4結(jié)語

將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)與項(xiàng)目教學(xué)、案例教學(xué)更加緊密的結(jié)合起來，能夠更好的實(shí)現(xiàn)“教、學(xué)、做”一體化，并且，在顯著改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件、提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的同時，減少了設(shè)備消耗，尤其是耗材的使用量，節(jié)省了實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)，而且克服了時間與空間上的限制，使工業(yè)工程綜合實(shí)驗(yàn)課的開課率和學(xué)生的專業(yè)綜合能力得到顯著提升。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面的應(yīng)用前景廣泛,值得深入研究。

作者：趙燦燦 單位：首都經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué)安全與環(huán)境工程學(xué)院

參考文獻(xiàn)

[1]徐洪梅,熊建設(shè),石雷.計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在通信原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2006,23(8):88-90.

[2]張祖鷹.淺談計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在教學(xué)實(shí)訓(xùn)中的應(yīng)用研究與實(shí)踐[J].商場現(xiàn)代化,2007(7X):387.

[3]胡曉波,李琰,王艷芳.計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué),2007(2):121-122.

[4]曹旭帆,葉舟,高靈.基于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革方案[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2008,24(12):99-101.

[5]徐瑋瑋.仿真實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的應(yīng)用及其意義[J].科技信息,2009(34):I0352-I0353.

[6]陳龍,張亞君.Proteus仿真軟件在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2009,26(8):73-75.

[7]徐紅,劉羽.計(jì)算機(jī)專業(yè)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境的改革與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2009,26(2):90-92.

[8]張明,李良榮.計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].長春師范學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2010,29(6):117-119.

[9]劉穎,張東亮,李旺彥.計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].電腦編程技巧與維護(hù),2011(22):143-144.

[10]白銳,張健.計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在自動化專業(yè)教學(xué)過程中的應(yīng)用研究[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2012(21):58-59.

[11]張敬南,張謬鐘.實(shí)驗(yàn)教學(xué)中虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用的研究[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2013,30(12):101-104.

[12]王衛(wèi)國.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)思考與建議[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2013,32(12):5-8.

[13]劉揚(yáng)武.分析計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在高校網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].電腦知識與技術(shù),2014(15):76.

篇8

關(guān)鍵詞：虛擬仿真；森林保護(hù)學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）21-0268-03

實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系是與理論教學(xué)有機(jī)結(jié)合，以“拓展式實(shí)驗(yàn)教學(xué)”為主導(dǎo)，以能力培養(yǎng)為核心，多層次、多模塊、銜接緊密的科學(xué)系統(tǒng)，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系與教學(xué)內(nèi)容建設(shè)是虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)的核心[1]。廣西大學(xué)自2014年入選國家首批卓越農(nóng)林人才教育培養(yǎng)計(jì)劃試點(diǎn)高校以來，根據(jù)卓越農(nóng)林人才培養(yǎng)計(jì)劃目標(biāo)，加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng)，強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。其中，廣西大學(xué)林學(xué)院林學(xué)專業(yè)作為國家首批復(fù)合應(yīng)用型農(nóng)林人才培養(yǎng)模式改革試點(diǎn)專業(yè)，積極推進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革和實(shí)驗(yàn)手段創(chuàng)新，把虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，構(gòu)建了虛實(shí)融合的森林保護(hù)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，為卓越農(nóng)林人才培養(yǎng)和深化教學(xué)改革開辟了一條新的途徑。

一、森林保護(hù)學(xué)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)

森林保護(hù)學(xué)是以保障林業(yè)植物健康和森林生態(tài)安全為目標(biāo)，研究病、蟲、草、鼠等林業(yè)有害生物的生物學(xué)特性、發(fā)生危害與災(zāi)變規(guī)律及其防治理論和防治技術(shù)的學(xué)科。它主要由森林病理學(xué)、森林昆蟲學(xué)、病原真菌學(xué)、病原細(xì)菌學(xué)、病毒學(xué)、植物化學(xué)保護(hù)、林業(yè)有害生物預(yù)測預(yù)報(bào)學(xué)和林業(yè)植物檢疫學(xué)等多學(xué)科組成的綜合性學(xué)科。森林保護(hù)學(xué)的功能主要是預(yù)防和持續(xù)控制林業(yè)有害生物的發(fā)生和危害，減少災(zāi)害損失，保護(hù)森林資源和生態(tài)安全，促進(jìn)林業(yè)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。森林保護(hù)的學(xué)科性質(zhì)和功能決定了森林保護(hù)學(xué)實(shí)驗(yàn)具有以下特點(diǎn)：

（一）實(shí)驗(yàn)對象的鮮活性

森林保護(hù)學(xué)實(shí)驗(yàn)的對象往往是鮮活的生物體，如昆蟲發(fā)育有效積溫的測定、昆蟲的人工飼養(yǎng)、林木病原菌的分離與鑒定等實(shí)驗(yàn)的對象均是鮮活的生物體，實(shí)驗(yàn)過程需要確保這些生物體正常的生活環(huán)境。

（二）實(shí)驗(yàn)事件的偶然性

森林病蟲害、火災(zāi)等是一種災(zāi)害，具有偶然性，也是現(xiàn)實(shí)中不希望發(fā)生的，當(dāng)它發(fā)生的時候也只有在教學(xué)進(jìn)度和時間合適、實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)允許的條件下可以安排學(xué)生去進(jìn)行防治實(shí)驗(yàn)。相反，當(dāng)按照實(shí)驗(yàn)教學(xué)日歷要進(jìn)行森林病蟲害防治實(shí)驗(yàn)以及森林防火等有關(guān)實(shí)驗(yàn)的時候卻很難找到大片發(fā)生病蟲害或火災(zāi)的森林進(jìn)行防治和滅火實(shí)驗(yàn)。

（三）實(shí)驗(yàn)過程的危險(xiǎn)性

森林病蟲害的化學(xué)防治是森林病蟲害防治的一種常規(guī)技術(shù)，但是此類實(shí)驗(yàn)由于需要使用具有較大毒性的化學(xué)農(nóng)藥，該實(shí)驗(yàn)過程及其實(shí)驗(yàn)廢物的排放均對人體健康造成威脅而不能開設(shè)。

（四）實(shí)驗(yàn)時間的季節(jié)性

森林保護(hù)學(xué)實(shí)驗(yàn)對象的鮮活性決定了森林保護(hù)學(xué)實(shí)驗(yàn)具有季節(jié)性。病蟲害的發(fā)生往往具有明顯的季節(jié)性，高溫高濕的季節(jié)發(fā)生比較嚴(yán)重，冬季和春季發(fā)生比較輕，森林火災(zāi)則在干旱的秋冬季較易發(fā)生。

（五）實(shí)驗(yàn)場所的開放性

森林保護(hù)學(xué)的一些綜合性實(shí)驗(yàn)（包括探索性實(shí)驗(yàn)、生產(chǎn)性實(shí)驗(yàn)和研究性實(shí)驗(yàn)），如林業(yè)有害生物普查測報(bào)、林業(yè)有害生物災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警、林業(yè)有害生物綜合防治、農(nóng)藥藥效試驗(yàn)、重大林業(yè)有害生物災(zāi)害的應(yīng)急處置、森林火災(zāi)隱患排查、森林火災(zāi)撲救、森林可燃物類型的劃分、森林火險(xiǎn)等級預(yù)測預(yù)報(bào)等實(shí)驗(yàn)需要在廣闊的林間進(jìn)行。

二、森林保護(hù)學(xué)實(shí)驗(yàn)虛擬化的必要性

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是對傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)在思想體系、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)方法和手段等顛覆性的變革。它綜合應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)、多媒體、人機(jī)交互、數(shù)據(jù)庫以及網(wǎng)絡(luò)通訊等多種技術(shù)，通過構(gòu)建一個逼真可視化的實(shí)驗(yàn)操作環(huán)境和實(shí)驗(yàn)對象，使學(xué)生在開放、自主、交互的虛擬環(huán)境中開展高效、安全且經(jīng)濟(jì)的實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而達(dá)到真實(shí)實(shí)驗(yàn)不具備或難以實(shí)現(xiàn)的教學(xué)效果[2-5]。虛擬實(shí)驗(yàn)具有沉浸感、模擬性、交互性、感知性和構(gòu)想性等特點(diǎn)[6]，有利于提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和解決問題的能力。采用虛擬仿真技術(shù)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以為學(xué)生營造“自主實(shí)驗(yàn)”的氛圍，具有實(shí)驗(yàn)成本低、無污染、突破現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)中時空的限制等優(yōu)點(diǎn)[7，8]。

因此，將森林保護(hù)學(xué)實(shí)驗(yàn)中一些由于受到場地、時間季節(jié)、實(shí)驗(yàn)成本、危險(xiǎn)性以及不可再重現(xiàn)等方面的限制，難以在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中實(shí)施的實(shí)驗(yàn)開發(fā)成虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是非常必要的。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)作為真實(shí)實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充和擴(kuò)展，具有仿真性、參與感、安全性等特點(diǎn)，與傳統(tǒng)實(shí)物實(shí)驗(yàn)結(jié)合，可以使學(xué)生獲得全面的訓(xùn)練，對培養(yǎng)學(xué)生動手能力、觀察能力、獨(dú)立思考能力和創(chuàng)新能力具有重要意義。

三、森林保護(hù)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的構(gòu)建

廣西大學(xué)林業(yè)科學(xué)與工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心根據(jù)“虛實(shí)結(jié)合，能實(shí)不虛，以虛擴(kuò)實(shí)”的建設(shè)原則，建了“模塊化、層次化、多元化”的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系（如圖1所示），即“森林昆蟲、森林病理、化學(xué)保護(hù)和森林防火”4個模塊，每個模塊包含“基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、專業(yè)技能和綜合創(chuàng)新”3個層次。形成了虛實(shí)融合，以綜合創(chuàng)新為特色，以能力培養(yǎng)為核心，多層次、多模塊、銜接緊密的森林保護(hù)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。

（一）虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的四模塊

1.森林昆蟲虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)K。本模塊主要針對森林昆蟲的個體發(fā)育、行為習(xí)性、危害調(diào)查與綜合防治等方面的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行虛擬仿真。如在森林昆蟲多樣性調(diào)查虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中，采用虛擬仿真技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)背景，制作調(diào)查樣線及3D化的智能昆蟲模型，每種模型昆蟲的數(shù)量參照當(dāng)?shù)厣种械呢S富度來設(shè)定。開展多樣性調(diào)查時，可將各種昆蟲在樹林中出現(xiàn)的限制因子設(shè)定為季節(jié)，以便在不同季節(jié)進(jìn)行多樣性調(diào)查時得出的結(jié)果與自然界相吻合。對調(diào)查到的每一種昆蟲，配以真實(shí)照片，以便學(xué)生進(jìn)行鑒定，做到虛實(shí)結(jié)合。

2.森林病理虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)K。本模塊主要針對森林病原物的分離鑒定、病害發(fā)生發(fā)展與綜合防治等方面的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行虛擬仿真。如桉樹青枯病菌主要通過根部和根頸部傷口入侵，在植物體內(nèi)繁殖，沿著維管束蔓延全株發(fā)病，植株失水萎蔫枯死。但這一過程無法在常規(guī)的實(shí)驗(yàn)課中讓學(xué)生觀察到，也難以讓學(xué)生理解和掌握。通過虛擬仿真技術(shù)，把桉樹青枯病癥狀診斷、發(fā)病規(guī)律、侵染循環(huán)以及防控技術(shù)直觀呈現(xiàn)，提高學(xué)生對桉樹青枯病的診斷和防控技術(shù)水平。

3.化學(xué)保護(hù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)K?；瘜W(xué)保護(hù)的核心是如何科學(xué)地使用農(nóng)藥，根據(jù)農(nóng)藥、有害生物與環(huán)境之間的關(guān)系合理使用農(nóng)藥。農(nóng)藥往往具有較大毒性，實(shí)驗(yàn)過程及其實(shí)驗(yàn)廢物的排放均對人體健康造成威脅。本模塊主要包括農(nóng)藥的毒力測定、藥劑室內(nèi)藥效篩選、林間小區(qū)藥效試驗(yàn)、農(nóng)藥對植物的藥害作用、除草劑的選擇作用及防除效果、農(nóng)藥殘留分析等仿真實(shí)驗(yàn)。

4.森林防火虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)K。真實(shí)森林火災(zāi)發(fā)生與控制實(shí)驗(yàn)具有極其危險(xiǎn)性與不可重復(fù)性。通過虛擬仿真技術(shù)，可以模擬森林火災(zāi)場景，通過調(diào)整參數(shù)輸入設(shè)置不同火災(zāi)發(fā)生發(fā)展過程，針對不同火災(zāi)發(fā)展階段調(diào)用不同控制火災(zāi)策略和技術(shù)，直觀展示火災(zāi)控制效果。本模塊主要包括火災(zāi)發(fā)生過程的仿真演示、森林火災(zāi)隱患排查、森林可燃物類型的劃分、森林火險(xiǎn)等級預(yù)測預(yù)報(bào)、森林火災(zāi)發(fā)生與控制技術(shù)等仿真實(shí)驗(yàn)。

（二）虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的三層次

1.基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)層次。該層次主要是演示性試驗(yàn)，讓學(xué)生了解掌握森林保護(hù)學(xué)的基礎(chǔ)知識和基礎(chǔ)技能。

2.專業(yè)技能層次。該層次主要是專業(yè)技能實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生了解掌握森林有害生物的調(diào)查與防治、森林植物檢疫、物理防治、生物防治、森林火災(zāi)隱患的排查與撲救、農(nóng)藥的配制與使用等專業(yè)技能。

3.綜合創(chuàng)新層次。該層次主要面向?qū)W科前沿和林業(yè)生產(chǎn)第一線，讓學(xué)生參與教師的科研項(xiàng)目，將科研項(xiàng)目研究成果轉(zhuǎn)化為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源。此外，森林保護(hù)學(xué)是一門應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科，常常需要解決林業(yè)生產(chǎn)上有害生物防治的實(shí)際問題。如天敵昆蟲的人工飼養(yǎng)及其應(yīng)用仿真實(shí)驗(yàn)可以結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐開展花絨寄甲人工飼養(yǎng)并用于防治松褐天牛。

四、結(jié)語

虛擬仿真技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用，極大地拓展了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容和時空，一些在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)條件下難以安排的實(shí)驗(yàn)得以全面的開展[9]。但是虛擬仿真實(shí)驗(yàn)不能完全代替真實(shí)實(shí)驗(yàn)，只能作為真實(shí)實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充和擴(kuò)展，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)必須與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，使學(xué)生獲得全面的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練。

多層次、多模塊、銜接緊密的森林保護(hù)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系把各種森林保護(hù)學(xué)實(shí)驗(yàn)有機(jī)串聯(lián)起來，注重縱向知識體系和橫向知識的相互浸透，注重森林保護(hù)的基礎(chǔ)知識、專業(yè)技能和綜合創(chuàng)新各個方面的銜接。該體系把實(shí)驗(yàn)教學(xué)、專業(yè)能力培養(yǎng)和科研綜合創(chuàng)新有機(jī)結(jié)合，為卓越農(nóng)林人才培養(yǎng)和深化教學(xué)改革開辟了一條新的途徑。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳國輝，劉有才，劉士軍.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系建設(shè)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2015，34（8）：169-172.

[2]張敬南，張H鐘.實(shí)驗(yàn)教學(xué)中虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用的研究[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2013，30（12）：101-104.

[3]劉亞豐，吳元喜，蘇莉，等.生命科學(xué)與技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的構(gòu)建[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2015，32（9）：120-123.

[4]王衛(wèi)國.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)思考與建議[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2013，32（12）：5-8.

[5]李平，毛昌杰，徐進(jìn).開展國家級虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)提高高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化水平[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2013，32（11）：5-8.

[6]譚珂，潘新華，高原.醫(yī)學(xué)虛擬仿真教學(xué)環(huán)境的構(gòu)建[J].中國醫(yī)學(xué)教育技術(shù)，2012，26（5）：535-538.

[7]張紅賓，趙二剛，張穎.虛擬仿真在電子類實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用探討[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2015，18（3）：44-46.

篇9

關(guān)鍵詞： 虛擬電子工作臺 電子技術(shù) 虛擬實(shí)驗(yàn) 直流工作點(diǎn)

虛擬電子工作臺（簡稱EWB）實(shí)驗(yàn)是利用計(jì)算機(jī)構(gòu)造一個實(shí)驗(yàn)?zāi)M環(huán)境，通過建立模擬電路并對模擬電路的數(shù)據(jù)和功能進(jìn)行分析而達(dá)到實(shí)驗(yàn)效果和目的的一種新的實(shí)驗(yàn)方法。EWB軟件可以在計(jì)算機(jī)上建立電子元件型號及參數(shù)庫，通過選擇實(shí)驗(yàn)所需的電子元件型號、參數(shù)和虛擬測試儀器就可進(jìn)行模擬電路的連接和仿真運(yùn)行和測試，并在模擬儀器上讀出測試結(jié)果，特別易于學(xué)生學(xué)習(xí)和使用。作為傳統(tǒng)電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充，EWB使學(xué)生掌握仿真軟件技術(shù)，間接了解電子元件設(shè)計(jì)和制造的發(fā)展動向，它既繼承了實(shí)物實(shí)驗(yàn)可操作性、參與性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，又利用了計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢，凸顯了其直觀、動態(tài)模擬、迅速準(zhǔn)確、資源共享、資金投入量少等特點(diǎn)。

1. EWB的主要功能

EWB具有齊全的虛擬電子設(shè)備，在虛擬電子平臺上操作這些設(shè)備如同操作真實(shí)的設(shè)備一樣，非常真實(shí)，操作起來也更加容易。EWB提供了相當(dāng)廣泛的元器件，還提供了較大的選擇余地，學(xué)生也可以根據(jù)元器件生產(chǎn)廠商的產(chǎn)品使用手冊中的元器件參數(shù)添加新的元件或擴(kuò)充已有的元器件庫。同時根據(jù)EWB提供的圖形操作界面，學(xué)生可單擊鼠標(biāo)，托放虛擬元器件或測試儀器，輕松地完成原理圖的輸入和連線，同時也允許用戶調(diào)整電路連線和元件的位置及自動排列連線的功能，它具有如下特點(diǎn)：

（1）功能完善，實(shí)驗(yàn)用的元器件及測試儀器儀表齊全，可以做各種類型實(shí)驗(yàn)。

（2）實(shí)驗(yàn)不消耗器材，實(shí)驗(yàn)所需器材種類和數(shù)量不限制，實(shí)驗(yàn)成本低。

（3）實(shí)驗(yàn)速度快，效率高，易于開展各種設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，提高了電路設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)效率。

2.使用EWB進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)的基本方法

學(xué)生可以根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和要求創(chuàng)建一個線路圖，按下電源開關(guān)后，就可以從示波器等測試儀器上讀得電路中被測數(shù)據(jù)。整個運(yùn)行過程可分成以下幾個步驟：

（1）數(shù)據(jù)輸入：將已創(chuàng)建的電路圖結(jié)構(gòu)、元器件數(shù)據(jù)讀入，選擇分析方法。

（2）參數(shù)設(shè)置：程序會檢查輸入數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，以及電路中的闡述內(nèi)容，對參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

（3）電路分析：對輸入信號進(jìn)行分析，它將占據(jù)CPU工作者的大部分時間，是對電路進(jìn)行仿真和分析的關(guān)鍵。它將形成電路的數(shù)值解，并將所得數(shù)據(jù)送至輸出級。

（4）數(shù)據(jù)輸出：從測試儀器如示波器或萬用表上獲得仿真運(yùn)行的結(jié)果。也可以從“分析”欄中的“分析顯示圖”中看到測量、分析的波形圖。

3.實(shí)例分析

（1）在EWB上先創(chuàng)建需進(jìn)行分析的電路圖如圖1所示。

（2）選定“選項(xiàng)/參數(shù)”欄中的“電路選項(xiàng)（Schematic Options）”，選定“顯示節(jié)點(diǎn)名（Show Nodes Name）”，把電路的節(jié)點(diǎn)標(biāo)志（ID）顯示在電路圖2上。

（3）在“仿真/分析（Analysis）”欄內(nèi)選定“直流工作點(diǎn)（DC Operating Point）”，如圖2所示。設(shè)置要仿真的節(jié)點(diǎn)，然后運(yùn)行仿真（Simulate），EWB會自動把電路中所選節(jié)點(diǎn)的電壓數(shù)值和電源支路的電流數(shù)值顯示在“分析圖（Analysis Graph）”（如圖3所示中）上。

由此可見，一臺計(jì)算機(jī)加一套EWB軟件，就相當(dāng)于擁有了一個設(shè)備先進(jìn)的虛擬電子實(shí)驗(yàn)室。

4.充分發(fā)揮虛擬電子平臺仿真技術(shù)在教學(xué)中的作用

現(xiàn)代教育的職能已成為為學(xué)習(xí)者服務(wù)、為用人單位服務(wù)。人才需求的變化，技術(shù)發(fā)展之快更是需要有人才培養(yǎng)的超前意識。這就需要我們創(chuàng)新思維，創(chuàng)新教學(xué)手段。學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)以技術(shù)為突破口，引入計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)手段，將虛擬電子平臺仿真技術(shù)技術(shù)引入到各專業(yè)的教學(xué)中，利用計(jì)算加軟件功能，完善原始的教學(xué)設(shè)備，提高教學(xué)質(zhì)量，解決部分實(shí)踐性環(huán)節(jié)教學(xué)難題，從而加快高素質(zhì)人才培養(yǎng)速度。

綜上所述，虛擬電子平臺仿真技術(shù)，必將引領(lǐng)今后的實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展方向，對實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和手段的改革起到推動作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]秦曾煌.電工學(xué)[M].北京：高等教育出版社，1999.

[2]馮春楊，等.談高職教育中的多媒體教學(xué)[J].遼寧高職學(xué)報(bào)，2004（4）：155-156.

[3]孫懷東.開展電子技術(shù)虛擬實(shí)驗(yàn)的做法與體會[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2006.10，VOL25（10）.

篇10

關(guān)鍵詞：仿真技術(shù)；電工電子；教學(xué)；EWB

中圖分類號：G632 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1002-7661（2015）11-012-01

仿真教學(xué)，是指應(yīng)用軟件和技術(shù)借助windows平臺進(jìn)行輔助教學(xué)活動。將仿真技術(shù)引入課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)中，顯著地提高了教學(xué)效率、效果，節(jié)約了教學(xué)成本，有效地提高了學(xué)員學(xué)習(xí)應(yīng)用新知識、新技術(shù)的能力，受到了學(xué)員的普遍歡迎和好評。隨著仿真技術(shù)的不斷發(fā)展，仿真教學(xué)越來越受到人們的青睞。

與傳統(tǒng)教學(xué)方法相比，仿真教學(xué)具有以下明顯的優(yōu)越性：一是仿真軟件中的虛擬儀器和元器件與實(shí)物非常接近，易學(xué)易懂，學(xué)員愛學(xué)愛用，興趣高，且不受場地限制；二是仿真演示和仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)直觀、清晰、生動，使抽象的概念原理直觀化、形象化，有利于突破難點(diǎn)、加深記憶；三是仿真教學(xué)、仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)不必直接接觸強(qiáng)電，不用進(jìn)行元件安裝和焊錫操作，從而避免濺錫傷人、線路短路觸電等危險(xiǎn)，達(dá)到安全的目的；四是采用仿真實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)，可隨意調(diào)出軟件中元器件庫虛擬儀器及各種元器件進(jìn)行模擬設(shè)計(jì)、安裝，利用虛擬儀器對設(shè)計(jì)好的電路進(jìn)行調(diào)試及分析，不僅測試儀器的圖形與實(shí)物相似，而且測試結(jié)果與實(shí)際調(diào)試基本相似，如同置身于實(shí)驗(yàn)室中，既節(jié)省了購買大量元器件和高檔儀器的費(fèi)用，又避免了儀器損壞和元件消耗。

電子技術(shù)、電子電路、脈沖與數(shù)字電路等電子類課程概念抽象、直觀性差、原理難懂，加上技校學(xué)員普遍素質(zhì)偏低，對理論教學(xué)缺乏興趣，故此傳統(tǒng)教法的教學(xué)效果比較差。針對我院學(xué)員的實(shí)際，將仿真技術(shù)應(yīng)用到上述課程的教學(xué)活動中，達(dá)到了事半功倍、省時高效的效果。

一、應(yīng)用仿真技術(shù)演示抽象內(nèi)容，激發(fā)學(xué)員興趣

興趣是最好的老師。在電子技術(shù)課程教學(xué)中，常應(yīng)用仿真技術(shù)巧妙精彩地導(dǎo)入要講的內(nèi)容，以激發(fā)學(xué)員的求知欲。例如在講授半導(dǎo)體特性這一課題時，學(xué)員對電子流和空穴流往往難以理解，為此，應(yīng)用仿真技術(shù)在屏幕上模擬出電子流和空穴流的流動過程：在電場力作用下，電子連續(xù)不斷地向電源裝置的正極移動，形成了一條電子流；而空穴則向電源的負(fù)極移動，形成了一條空穴流。它們形成的電流方向一致，外電路的電流等于電子電流和空穴電流之和。通過這樣的演示，同學(xué)們不但興趣盎然，而且較好地理解了半導(dǎo)體導(dǎo)電的這個重要特征。

二、應(yīng)用仿真技術(shù)演示電路特點(diǎn)，突破教學(xué)難點(diǎn)

將抽象的原理、概念、公式推導(dǎo)直觀化，有利于學(xué)員理解和記憶，從而突破教學(xué)難點(diǎn)。例如電子線路中有關(guān)整流濾波電路的教學(xué)，傳統(tǒng)教法是由教師通過分析電容的充放電過程對輸出直流電壓的影響，得出一個輸出電壓的波形圖，然后對波形圖進(jìn)行分析，推導(dǎo)出求電容容量C的關(guān)系公式，但學(xué)員往往感到公式抽象，實(shí)際中不會應(yīng)用數(shù)學(xué)公式。為了突破這一難題，就利用Multisim2001軟件，模擬該電路，經(jīng)過仿真演示，同學(xué)們就較好理解了這一問題，從而有效地突破了教學(xué)的難點(diǎn)。

三、應(yīng)用仿真技術(shù)將仿真實(shí)驗(yàn)引入課堂，有利于一體化教學(xué)

以往進(jìn)行理實(shí)一體化教學(xué)，教師需要帶學(xué)員到實(shí)驗(yàn)室上課，或?qū)?shí)驗(yàn)儀器設(shè)備搬到普通課堂，十分不便。為達(dá)到省時高效，將EWB的仿真實(shí)驗(yàn)功能引入課堂，進(jìn)行一體化教學(xué)，開展師生之間、生生之間的互動交流，教學(xué)效果顯著。

四、應(yīng)用仿真技術(shù)開展模擬實(shí)訓(xùn)，實(shí)行“虛實(shí)結(jié)合”

過去，因受場地、經(jīng)費(fèi)、器材等硬件條件限制，電類專業(yè)的實(shí)習(xí)課題和時間安排往往達(dá)不到規(guī)定的要求，不利于學(xué)員實(shí)踐能力的提高。隨著仿真技術(shù)的應(yīng)用，在教學(xué)中，選取有代表性的課題，開設(shè)了一定比例的模擬實(shí)訓(xùn)，實(shí)行實(shí)物實(shí)訓(xùn)與模擬實(shí)訓(xùn)相結(jié)合，發(fā)揮了模擬實(shí)訓(xùn)省時、高效、安全、經(jīng)濟(jì)的長處，解決了過去實(shí)訓(xùn)課完全依賴實(shí)驗(yàn)儀器，且電子元器件損耗大和實(shí)驗(yàn)儀器損壞后維修不及時的問題。的做法是，對基本測量技術(shù)、常用儀器儀表及元器件使用、基本電路設(shè)計(jì)等電子專業(yè)的基本功，原則上都進(jìn)行實(shí)物實(shí)訓(xùn)；對用真實(shí)儀器難以顯示或需消耗昂貴元器件的課題，通常采用模擬實(shí)訓(xùn)；對設(shè)計(jì)性、綜合性的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，通常安排學(xué)員先進(jìn)行EWB模擬預(yù)習(xí)，在理解實(shí)驗(yàn)原理的基礎(chǔ)上再安排實(shí)物實(shí)訓(xùn)。這樣將虛實(shí)兩種實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來，可以大大提高實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)效率和質(zhì)量，節(jié)約教學(xué)成本。

五、應(yīng)用仿真技術(shù)充實(shí)、豐富第二課堂活動，提高學(xué)員的創(chuàng)新能力

搞好第二課題活動，有利于學(xué)員為適應(yīng)就業(yè)市場競爭而提高就業(yè)能力。所以，在課余積極指導(dǎo)電子專業(yè)學(xué)員開展第二課堂活動，利用EWB進(jìn)行電子線路應(yīng)用、設(shè)計(jì)的模擬訓(xùn)練，有效地促進(jìn)了研究性學(xué)習(xí)，提高了學(xué)員的電路設(shè)計(jì)水平。例如，我結(jié)合脈沖波形的產(chǎn)生與整形的教學(xué)，指導(dǎo)學(xué)員應(yīng)用EWB軟件進(jìn)行單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電器電路仿真實(shí)驗(yàn)，用信號發(fā)生器產(chǎn)生觸發(fā)信號作為輸入信號，通過示波器觀察輸入、輸出波形。在仿真實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，再應(yīng)用EWB模擬驗(yàn)證，然后動手制作實(shí)物，使學(xué)員的電子制作水平顯著提高。

總而言之，仿真教學(xué)雖然不能完全取代真實(shí)的傳統(tǒng)教學(xué)和實(shí)訓(xùn)，但只要我們充分發(fā)揮仿真技術(shù)的特點(diǎn)，使仿真教學(xué)與傳統(tǒng)知識講授有機(jī)結(jié)合、融為一體，就一定能有效地減少教師無效的工作時間，提高工作效率，節(jié)約教學(xué)資源，充分調(diào)動學(xué)員的學(xué)習(xí)積極性，變被動接受灌輸為主動建構(gòu)知識，從而提高學(xué)習(xí)效率和效果，實(shí)現(xiàn)多快好省地培養(yǎng)高素質(zhì)技能人才的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 崔建明.電工電子技術(shù)[M].北京：高等教育出版社.2008.