虚拟仿真技术应用范文

导语：如何才能写好一篇虚拟仿真技术应用，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：虚拟仿真技术；电子技术信息化教学；Multisim仿真软件

大多数高校的工科专业都开设有电子技术课程，该课程是一门理论性和实践性都非常强的课程，需要学生扎实掌握电路原理和分析方法，具备模拟和数字电路的分析设计能力。面对日新月异的新技术和新知识，转变教育思想和教育观念，用新的理念改革教学内容和教学方法，特别是在新工科背景下推进实践教学改革[1]，从而培养工程实用型人才，一项重要的举措就是增加实践教学环节的学时，锻炼学生的实践能力。但是，一方面，受到教学条件和课程设置的限制，无法保证学生能够随时进入实验室；另一方面，传统实验不够灵活，固化的实验项目限制了学生的创造性。因此，很多学校引入了虚拟仿真技术，如电力电子实验仿真平台[2]。还有学校将虚拟仿真技术与教学平台相结合，建立了虚拟仿真实验中心，如林业技术装备虚拟仿真实验中心[3]、电子信息技术虚拟仿真实验平台[4]。本文对如何充分利用信息化教学手段，结合虚拟电子仿真技术进行研究，以期达到提高学生实践能力的目标。

一、电子技术信息化教学概述

电子技术一般分为模拟部分和数字部分，其中模拟部分理论性较强，数字部分实践性较强。对于计算机专业的学生，理论教学多为52学时。很显然，如果学生想牢固掌握知识内容，仅靠课上教学是不够的，学生还需要课下预习、复习和动手实操。为了更好地指导学生进行课下的学习，笔者建设了电子技术网络课程，方便学生自学和复习。笔者针对教学中的重点和难点，录制微课，上传至网络平台，并与学生在线交流。架设实验教学管理服务器，方便学生提交实验报告和结果。在实验教学管理系统中提交的实验结果需要学生在课下完成，引入虚拟仿真技术，学生即可灵活地利用课余时间完成实验预习和实验练习任务。

二、Multisim仿真软件

Multisim是一款非常优秀的仿真软件，利用该软件能够进行板级的模拟和数字电路仿真。该软件比SPICE简单，容易上手，并且该软件功能强大，提供了主流电子器件商生产的超过17000种电子元件。最重要的是，在学生预习和复习阶段，引入Multisim仿真软件不仅能节省大量的电气元器件、实验器材，还为实验提供了安全保障[5]。

三、虚拟仿真技术在电子技术信息化实践教学中的具体应用

在教学中引入虚拟仿真软件，一方面能够让学生拓宽知识面，锻炼其自主学习能力；另一方面满足了学生课程学习的需求。通过网络平台布置预习和练习任务，学生在实验管理服务器上提交结果，达到提高实践动手能力的目的。如图1所示，为虚拟仿真技术在信息化实践教学中的应用场景。下面，笔者以Multisim为例，通过两个实验说明虚拟仿真技术在信息化实践教学中发挥的作用。例如，在进行模拟部分的集成运算放大器实验时，封闭的实验箱仅能锻炼连线等操作，参数调整不方便直观。学生在实验过程中不理解原理，一节实验课变成了实验仪器练习使用课。笔者首先将放大器实验给学生，让其利用Multisim设计如图2所示的仿真电路进行预习，这只需花费很少的时间。通过更换信号源V1，可实现多种直流信号、交流信号的反向放大。调整电阻R3和R1的值，改变反向比例参数的值，学生可以直观地验证反向比例系数。在输出端，学生可以通过示波器、万用表等多种虚拟分析仪器，对结果进行分析和显示。又如，数字电路的实验安排在模拟电路实验之后，传统实验方法是使用不同实验箱分别完成模拟和数字实验，学生还没有完全熟悉一项实验设备就要更换另一种。利用虚拟仿真软件则可以非常容易地实现数字电路结构的仿真，有很好的连贯性。如图3所示，为使用Mul－tisim实现六十进制计数器电路，该级联计数器实验需要较多的连线操作，学生不熟悉实验设备和原理很容易造成课上时间的浪费。如果通过设计如图2所示的虚拟仿真电路，学生就可以充分理解电路原理，学生再进行实物实验时，就可以加快连线速度，取得较好的实验效果，大幅提高学生的实验效率和质量。

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关键词：虚拟仿真；齿轮传动装置；机械设计；实验教学

齿轮传动作为各种工业生产设备的核心装置被企业大量应用。齿轮的与密封性能，对于延长传动装置使用寿命、节能减排、保护环境都有重要意义。由于实验成本较高、安全性难以保障等问题的限制，当前高校的机械设计课程中并未开展有关齿轮传动装置与密封的实验教学，难以满足当前机械工业发展趋势对人才培养的多样化需求。因此，结合中国制造业、钢铁冶金业的绿色化发展方向与新工科发展要求，建设机械设计课程“齿轮传动装置的与密封设计虚拟仿真实验”，对于提升机械类专业学生的创新设计能力和实践能力具有重要意义。探索促进机械类专业学生的实践与创新能力培养的新方法，开发教学新模式是新工科背景下高校教学改革的发展方向[1]。虚拟仿真实验教学已成为专业教学体系的重要组成部分[2]。将虚拟仿真、虚拟样机等先进技术应用于机械类实验教学中，向学生直观展示机械结构和工作原理，允许学生进行创新性自主实验，实质性推进知识与能力并重的复合型创新人才培养进程[3-6]。因此，掌握齿轮传动装置常用的与密封方式及其结构特点，能熟练掌握其运用原则和方法并通过虚拟仿真实验进行强化，是培养“大国工匠”必备的基本技能之一[7-9]。综上所述，我校以单级直齿圆柱齿轮减速器为载体，将齿轮传动装置的与密封基本知识与虚拟仿真技术深度结合，构建交互式、立体式、可视化的三维沉浸式虚拟实验教学系统。教学过程中对给定工况的传动装置进行和密封装置的全流程设计，并通过虚拟仿真呈现其设计结果，使学生能够将知识运用到实验设计中，培养学生的实践能力和工程创新能力。

1齿轮传动装置与密封原理

齿轮传动是目前传动效率最高的一种传动装置。当前技术条件下，由于齿面间的相对滑动及其他原因，摩擦、磨损及功率损失仍不可避免。为更好地发挥齿轮的传动性能、提高工作寿命、降低振动和噪音、保护环境等，必须对齿轮传动装置的进行合理的设计，包括齿轮的和轴承的。同时还需要防止灰尘、水分等进入轴承，并阻止剂的流失，影响或破坏环境等，必须要进行密封设计。齿轮传动的包括方式的选择和剂的选择。常用的方式有油池、循环喷油、油雾、离心、脂、固体等，通常依据齿轮节圆圆周速度进行选择。齿轮剂的选择可根据齿轮材料、屈服强度及节圆圆周速度确定油的黏度推荐值，再根据黏度及工作工况选择相应的油牌号。轴承密封方法的选择与的种类、工作环境、温度、密封表面的圆周速度有关，通常有接触式和非接触式密封两大类，若无法适应使用场合或密封不当，可能导致密封失效。

2实验教学设计

2.1教学内容设计

我校以单级直齿圆柱齿轮减速器为载体，实验教学的主要设计思路如图1所示。给定已知数据，学生根据所学机械设计理论课程知识在线下进行相关计算，得到计算数据并输入虚拟系统作为与密封设计的依据。以此确定油的种类、和密封的方式及其结构，并在虚拟系统中进行可视化、交互式的虚拟操作，完成和密封的虚拟设计。最后，通过启动传动装置对设计结果进行自动评判。虚拟实验任务由系统随机给出，学生根据给定的实验任务，在线下进行计算。通过对话框界面让学生输入计算结果，如计算错误，系统会给出相应的提示。根据计算结果，进一步确定相应的方式和密封方式。

2.2实验步骤设计

根据实验教学内容的设计，本虚拟实验设计任务的步骤与流程如图2所示，被分解为9个子任务，各子任务又被分解为2～4个子步骤，相互之间为串联式关系，只有上一子任务完成且正确后，方可进入下一实验环节。第1个子任务是齿轮传动装置与密封的基本知识认识，这是整个实验的理论基础，此处通过一定数量的选择题进行测试。第3个子任务是线下计算。后续6个子任务全部是交互式虚拟实践操作环节，每一个子步骤均给出了相应的提示和正确与否的评价。整个虚拟仿真实验操作被限定在90分钟以内，学生可以进行多次反复实验，直至完全掌握为止，而且每次实验的任务均是随机给定，不会出现重复，实验成绩以最后提交的为准。在认知过程中，全部以动画的形式展示齿轮与轴承的原理，学生可以非常直观准确地看到齿轮传动过程中油的流动及的全过程。

2.3实验教学考核评价

本实验教学考核评价由虚拟实验系统自动评价和实验报告教师主观评价两部分组成，其具体的组成如表1所示。其中，虚拟系统客观评价占75%，由虚拟仿真实验系统自动给出成绩，学生在系统进行实验预习并进行测试。整个实验过程均为有记录的交互式操作并由系统给出操作得分。线上实验操作完成后，学生需在线下完成实验报告，由实验指导教师进行主观评价，该部分占考核评价的25%3虚拟仿真实验教学系统本实验基于Unity3D工具进行开发[10]。图3所示为我校开发的实验教学系统，该系统虚拟了实验室环境，将减速器放置在实验台上。系统窗口的上方为工具栏，包括基本认知、设计任务和实验过程等按钮，单击可以弹出相应的菜单栏，依次单击可进入相应的实验环节或步骤。窗口的下方为实验关键步骤的进度条，系统会高亮显示当前的进度。该系统具有交互式、可视化、沉浸式、立体式和多层次的显著特点。实现虚拟仿真实验的有效开放与共享，提高使用率和使用效益，是教学资源建设急需解决的重要课题[11]。因此，我校将本虚拟仿真实验教学系统加入“高等学校机械工程学科虚拟仿真实验教学共享平台”，将其作为机械设计课程实验，在全国各高校的机械类和近机械类专业学生中进行应用推广，如图4所示。该平台包括了该实验的教学视频，可为实验操作提供指导。同时，学生完成实验后，可以直接在该平台提交实验报告。

4虚拟仿真实验教学实例

4.1完成基本知识学习和认知测试

获取实验任务下面以系统给出的随机实验任务的设计实例进行展示。学生进入该虚拟实验系统，完成基本知识的学习和认知测试后，单击菜单栏的“设计任务”弹出本次实验的设计任务参数，见表2。4.2根据表2所示的参数进行线下计算学生根据实验设计任务参数进行线下计算，将得到的数据输入系统的输入框中，如图5所示，单击确定即可进入下一实验步骤。如果数据不正确，系统会提示错误原因，且不能进入下一步。4.3确定与密封方式根据圆周速度确定轴承和齿轮方式为油。根据传动装置的使用场合，确定油的类型为CKD系列。由此确定输入轴上的轴承为“毛毡密封”，输出轴上的轴承为“挡油环+毛毡密封”，如图6所示。

4.4倒入油至箱体中

在窗口右侧的工具箱中选择CKD系列油，按住鼠标左键，油就会自动倒入箱体中，注意观察油面的高度动态显示标尺，油面高度应在计算范围内，当油面接触轮齿后，应缓慢倒油，如图7所示。

4.5设计箱盖坡口和箱体安装面油槽

轴承的方式为飞溅，齿轮飞溅的油溅到箱盖内壁上，然后顺着箱盖的内壁流入箱座的油槽中，油槽与轴承之间相连，轴承端盖处的缺口方便油进入轴承中进行。如图8(a)所示，通过鼠标点击箱盖内壁拐角设计坡口；如图8(b)所示，通过鼠标点击箱体法兰安装面处设计油槽。

4.6安装密封结构零件

如图9所示，从右边选择栏中点击挡油环，并拖到图9(a)中所标注的位置，单击鼠标完成安装。点击毛毡，同样拖到图9(a)中标注的位置。最后，从右边选择栏中选择轴承端盖，拖到图9(b)中标注的位置。

4.7启动传动装置

查看结果并提交实验报告依次完成上述操作后，单击启动按钮，电机开始启动，传动装置开始工作。若和密封设计合理，则提示实验设计和操作成功。若设计不正确，则提示相关的失效结果。最后，单击菜单栏的实验报告，查看实验得分情况，并提交实报告。

5结语

齿轮传动是机械设计中必不可少的传动部件。基于操作的可行性和便捷性，学生通过该虚拟仿真实验，可以有效地了解传动装置的和密封方式及工作原理，避免在实际操作中因失误而造成损失，有效解决了实体实验教学成本高、周期长、过程烦琐等问题，完善了虚实结合的实践教学体系，取得了良好的教学效果。本虚拟仿真教学平台可应用于选修机械设计课程的机械类及近机类专业学生的实验操作训练，有助于夯实学生对传动零件与密封知识的运用能力、设计能力和实践能力。截至目前，本实验系统已在本校的两届学生试用，覆盖学生约1000人。尤其是在病毒肺炎疫情期间，为学生提供虚拟实验资源，受到了学生的好评，中国教育报以《“空中实验室”破解实践教学难题》为题目进行了专门报道。本实验系统集趣味性和学习性于一体，除本校以外，已有全国48所院校的5000余名学生在共享平台使用本虚拟仿真实验教学系统。

参考文献

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[5]徐小兵,张锦洲.机械类专业虚拟仿真实验体系的研究与实践[J].教育科学(全文版),2019(10):273.

[6]刘军,施晓秋,金可仲.面向地方院校工程教育类专业的虚拟仿真实验教学中心建设[J].中国大学教学,2017(1):74-78.

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【摘 要】随着社会科学技术的快速发展，电子科技也在不断更新，并且逐渐渗透到社会的各个领域，虚拟仿真技术在中职学校也得到了广泛的运用和发展，取代了大部分电子设计。电子技术是一门实践性很强的学科，对学生的要求也很高。在中职学校，电子技术在教学中的应用也存在着一些问题，本文针对中职学校电子技术教学对虚拟仿真技术运用的现状，分析了虚拟仿真技术在中职学校电子技术教学中的不足和优势。

关键词 虚拟仿真技术；中职；电子技术；教学应用

中图分类号：G718.3 文献标识码：A 文章编号：1671-0568（2015）20-0122-02

电子技术是一门专业技能课，它在中职学校中的快速发展，不仅推动了现代教育的进步，而且还提高了中职的教学水平和质量、学生的学习兴趣，丰富了课堂知识内容。在电子技术教学中，应用虚拟仿真技术是把理论和实践相结合的重要方法，也是让学生们提高综合素质的重要方式。

一、虚拟仿真技术的概念

虚拟仿真技术是虚拟系统对真实系统的模仿，在电子技术教学中一直被使用，是电子计算机发展过程中研究出来的新方法。随着科技的飞速发展，虚拟仿真技术也在不断变革，并渐渐成为不可缺少的一部分。

二、虚拟仿真技术的应用现状

在虚拟仿真技术不断发展的情况下，该技术在实践应用中开始普及，虚拟仿真技术在电子技术教学中，已经成为教学的重要教学工具，其他很多行业也在开始引进虚拟仿真技术。虚拟仿真技术到目前为止，一直使用的是Multisim仿真软件，并且该软件已经更新到了EWB5.0，这个软件是建立在PC平台上的一个图形操作界面，模仿一个真实版的电子电路实验台，可以对所有工作台进行操作和指挥，体验真实的电子电路实验。目前，我国普遍采用的是EDA软件，主要是对电子电路进行分析、设计和仿真。

三、虚拟仿真技术在教学中的应用

1.理论教学。理论教学是电工电子教学中不可缺少的一部分。理论教学可以使学生有足够的专业理论知识，为实践教学打下基础。专业理论课一般比较枯燥无味，有些学生基础比较差，比较薄弱，就没有很大的兴趣，老师教起来就相对来说比较困难，而且还影响教学效果。随着虚拟仿真技术的发展，课堂上渐渐地引进了这项技术，在进行理论讲解的同时，利用仿真技术进行多媒体演练，把理论教学中抽象的概念形象化、简单化、直观化。例如：在基本放大电路中，对静态工作的选择，直接影响到放大器的性能。一般在理论课上，学生都会利用公式进行推理，这样就不能深刻理解，会对基本放大电路的知识掌握不好。但是，通过虚拟仿真的演示，学生很直观地去了解和认识；在模拟电子线路中，三根管的公式是：Ie=Ic+Ib，在理论教学中都是用表格的方式列出相应的数据，证明是很多实验之后的出来的结果，学生只有死记硬背，没有真实体验，所以用虚拟仿真的技术，让学生们自己动手去验证公式的到来，这样就会更容易牢记。

2.实践教学。电子技术教学更注重实践，是一门实践性很强的课程。在实验过程中安全第一，但是也避免不了出现一些意外，存在很多安全隐患。而虚拟仿真技术只需要在计算机房就可以完成实验，可以避免安全隐患的发生。虚拟仿真技术可以让学生不受任何因素的限制，只要有计算机就可以完成实验，可以更好地把理论和实践相结合，提高学生的应用能力和课堂效果。例如：实践工作中没有逻辑转换仪器，但是仿真技术中有，在数学电路中，利用逻辑转换仪器，将逻辑电路和逻辑表达方式、真值表之间进行转换，可以让学生学习起来更加方便。

四、虚拟仿真技术在中职电子技术教学中的意义

1.虚拟仿真技术在教学环境中创造了很多种场景，让教学环境多元化，因为仿真技术具有交互性强、生动形象等特殊特点，可以把各种各样的假设模型通过系统更直观的让学生们看到各种假设所出现的结果，提高学生的创新能力和创新思维。这样课堂就不会枯燥无味，学生们就会更加积极地参与到课堂中。例如，在学习《彩色电视机原理及维修》时，可以借助多媒体信息软件，为学生展示电视剧发展的历程，讲解彩色电视机市场的特点，结合实际生活，提问“自己家中使用的电视剧是什么样的”，形成互动型教学模式。所以，虚拟仿真技术不仅能够使学生掌握专业的技能知识，还能激发学生对专业知识的兴趣，还能有效地提高课堂效率。

2.在传统实训教学中，学生和教师反映适应性差是普遍问题之一，其只要因素是硬件设备。仿真技术使用广泛，兼容性强，适用于教学的全过程，并且不受专业技术、学科类别的影响，如电子专业的实训项目教学、基础实验等，都可利用具有仿真功能的通用型软件Protel和Multisim来完成。

3.仿真技术不仅仅可以解决实训费用过高的问题，还能够降低环境污染、意外问题的发生。在传统的操作系统中，经常会有危险的环节，而仿真技术可以提前让学生掌握其流程，减小危险事故的发生，可以使学生放心大胆地去完成每一个试验。

五、虚拟仿真技术在中职电子技术教学中存在的问题

虽然虚拟仿真技术改善了教学手段，丰富了教学内容，但是教学中完全使用仿真技术会大大降低学生对真实元器件的封装、检测的认识度，降低对仪器的操作能力和削弱对电子产品的布线能力、安装调试能力等。为了避免这种现象，必须采取两种相结合的方法，在强调仿真技术对教学的辅的同时，还要强调实际动手能力的重要性，两者有效结合。对仿真实验合理地安排，提供科学、合理的仿真实验，让学生多自己动手设计、制作，提高学生的动手能力。

六、虚拟仿真技术在中职电子技术教学中应用方法的研究

1.仿真技术与经济发展紧密结合。目前，大多数仿真技术软件都是外国开放的，这些软件不仅价格昂贵，而且不适合我国的教育发展。所以我国应该建立仿真技术服务平台，研究开发适合我国教育发展的仿真软件，开发仿真软件要紧密的与经济发展相结合，跟上科技发展的脚步，全力开发先进的、适用的、全面覆盖的仿真技术。

2.仿真技术的标准化、规范化。许多中职学校在自行研发仿真技术软件，但是到目前为止没有一个统一的标准。所以对仿真技术要标准化，学生的使用要流程化、对软件的设计要规范化，把仿真技术和多媒体技术紧密结合，提高仿真技术在中职电子技术教学中的教学质量。

3.坚持虚实结合。虽然仿真技术能够很大程度的提高学生的理解能力和动手能力，但是仿真技术缺乏实物感，与真实的实验不一样。比如：在网络实训中，利用到的一些设备路由器、交换机等，虽然在仿真技术中学生都会使用，但是实物和仿真存在着差异，会导致在实物训练中无从下手。所以，应该合理的安排仿真实验，有计划地进行实训，把仿真技术和实物训练结合在一起，提高教学的质量和效果。

随着科学技术的发展，虚拟仿真技术在我们生活用广泛使用，在中职电子教学技术中也具有重要的意义。它使理论教学概念变得生动化、形象化，不仅创新了电子技术教学的模式，而且还提高了学生的电子技术综合能力，使学生对专业理论知识更加深入的掌握。学生通过实践，形成了一定的创新意识和思维想法，为未来的工作和发展奠定了基础。

参考文献：

[1]陈闽蜀.虚拟仿真技术在中职电子技术教学中的应用分析[J].兰州教育学院学报,2015,1,(3):111-112.

[2]李建平.中职电工电子技术课程多媒体教学探究[J].中国教育技术装备,2013,2,(20):93-94.

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计算机虚拟仿真技术、高职院校、强电、实训教学

【中图分类号】G434文献标识码：B文章编号：1673-8005（2013）02-0289-02

随着我国社会主义市场经济和自动化行业的迅速发展，社会及企业对技能人才的知识与技能结构提出了更高的需求，要求高等职业院校学生既要有一定的理论知识又要有很强的实际操作能力。为了完成这一任务，高职院校将计算机虚拟仿真技术引入到实训教学中来。以强电方面教学为例，它的教学内容大部分都涉及到动手，而对电本身来说它是具有一定危险性的，因此在学校的教学过程中，学生不会真正接触到强电，那么在真正的工作中势必要遇到一些问题。

1传统强电实训教学方式的弊端

传统的强电实训课程过程中我们会发现一些问题。首先，强电的操作台实习设备昂贵，设备数量是永远无法满足学生实际需要的，即使是进行了分组合作的方式。其次，教材所涉及的设备系统和型号是多元与广泛的，而实验实习设备的系统无法配齐。再次，真实设备的作用给初次接触实验和实训的学生操作带来很大的压力和人身安全隐患，特别是在通电的情况下这样的问题就更明显了。

2计算机虚拟仿真技术的特点与在强电实训教学中的应用

计算机虚拟仿真技术是借助于计算机技术及硬件设备，实现一种人可以通过一定感知方式所感受到的虚拟环境，提供给人们通过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互的一种全新方式。改变了过去人类除了亲身经历，就只能间接了解环境的模式，从而有效地扩展了人类的认知手段和领域。在通过多个阶段的强电虚拟仿真软件教学应用实践和思考后。我认为其对现实教学可以产生以下几个方面的积极影响。

2.1 计算机虚拟仿真技术建立了全新的学习情景--彻底打破了空间、时间的限制。任何强电实验设备的原理和结构，学生开始基本都不具备相应知识基础，在利用虚拟现实技术后，不但可以将设备外部信息直观地展示给学生，甚至可以进入设备的内部进行观察，生动直观的感受与学习。

2.2 计算机虚拟仿真技术节约了教育成本--实现低耗、高效与环保、可持续发展。传统的操作培训中，强电方面的教学都是在尽可能的利用真实的设备。这些设备种类型号繁多，价格也比较贵，因此不可能准备太多。计算机虚拟现实技术引入后，从现实意义上节约了成本，从长远看更是有利于整个行业的环境保护和可持续发展，意义重大深远。

2.3 计算机虚拟仿真技术建立绝对安全环境--实现文明、安全操作。计算机虚拟仿真系统引入后，不会因为学生的错误操作而损坏操作台，更不会造成人身伤害，学生可以大胆地独立进行学习。这样使学生可以进行自主学习，具有一定的学习趣味性，也相应提高了学生的学习积极性，降低了教师的工作强度。

2.4 计算机虚拟仿真技术便于教学--合理组织教学与标准化考核。虚拟仿真技术使得教师可以以广播的方式在每个学生的屏幕上演示其教学内容，使所有学生均能看清楚每个动作细节并进行模仿。

3计算机虚拟仿真技术应用中的注意事项

3.1 要结合学校条件与教材实际，选择合理、系统、功能完善的仿真软件，明确虚拟与现实的差异，特别是对系统欠缺和不完善功能的了解，教学中做到避免系统、型号与功能混乱。

3.2 应该合理安排虚拟仿真学习阶段，一般情况安排在强电学习的初学阶段，学习完线路焊接后为好。

3.3 要在仿真系统学习过程中按实际操作的规范要求严格进行，且不可因为虚拟而不负责任地进行野蛮随意操作，养成不良习惯。

总之，随着计算机技术的发展，必将推动着虚拟仿真技术的不断完善，计算机虚拟仿真技术正向着开放、集成、智能和标准化的方向发展，并且与互联网的有机结合将是必然趋势。计算机虚拟仿真技术作为一种新型的教学媒体，它的性能更通用，功能更齐全，成本更低廉，更加逼真的逼真的还原了强电实践应用中场景，这种新的教学媒体必将广泛应用于强电和相关专业的教育教学中来，最终在现代化技术教育领域中发挥其重要作用。

参考文献

[1]贺雪晨等. 《虚拟现实技术应用教程 》 清华大学出版社，2012-06-01

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【关键词】虚拟仿真技术；“医学生-孤寡老人-孩童”模式；“春夏秋冬”健康养生体验中心

Virtual Simulation Technology is applied to the Process of Traditional Chinese Medicine Culture Transmission

YUAN Ye-min

（Liaoning university of traditional Chinese medicine information engineering school 2014 grade，Shenyang Liaoning 110032，China）

【Abstract】This paper introduces the limitations of modern Chinese medicine culture in communication， and expounds the advantages of virtual simulation technology in the transmission of Chinese medicine culture. Based on virtual simulation technology， the establishment of communication mode of three generations and healthy health experience center are to promote the spread of Chinese medicine culture.

【Key words】Virtual simulation technology；“Medical students-Widowers-Children” model；“Spring and summer autumn and winter” healthy health experience center

1 中t药文化在传播中的局限性

中医药文化传播是通过各种直接或间接的载体和路径向人们宣传中医药文化，让更多的人认识和了解中医药，从而达到认知中医、运用中医和传承中医的水平[1]。在计算机技术飞速发展的21世纪，中医药文化的传播不仅面临着机遇，也面临着巨大的挑战。目前，中医药文化在传播质量、传播范围和被接受程度上，都还存在着局限性。

随着计算机技术的发展，一种新兴的教学手段――虚拟仿真技术逐渐成熟。为了促进更新中医学文化传播的内容，提高其传播质量，扩大其传播范围，增强群体的接受程度，把虚拟仿真技术运用到中医药文化传播中已成为一种趋势。

2 虚拟仿真技术在中医药文化传播中的优势

虚拟仿真技术包括虚拟现实技术和仿真技术。虚拟现实技术是一门快速崛起的计算机技术，它通过多媒体技术与仿真技术相结合生成逼真的视、听、触等信息，使参与者以自然的方式与虚拟环境进行交互作用，能够身临其境地参与到虚拟环境事件的发展变化过程，从而获得最大的控制和操作整个事件的自由度[2]。而所谓“仿真”，就是构造出一个“模型”（包括实际模型和虚拟模型）来模仿实际系统内所发生的运动过程，这种建立在模型系统上的试验技术称为仿真技术或模拟技术[2]。虚拟现实以仿真技术为基础，仿真引擎是虚拟现实的核心，在中医药文化传播过程中的应用，二者是相辅相成的关系。与传统的传播方式相比较，虚拟仿真技术具有四大优势。

2.1 沉浸传播，提高传播质量

虚拟仿真技术通过计算机建立三维虚拟环境，使体验者产生身临其境之感，体验者从视觉、听觉、触觉方面感受到的事物和自然感觉一样真切。在该环境下认识、了解和感受中医药文化，这种“沉浸性”的感觉使人们更为真实地接触到中医药文化，便于人们更好地理解、学习中医药文化，这就大大提高了中医药文化的传播质量。

2.2 交互传播，扩大传播范围

体验者在三维的虚拟环境中，可以操作其物体，及时、实时地得到反馈的信息，这称之为交互。在这种三维交互中，体验者是交互作用的主体，与虚拟事物客体间可以进行信息的交换。这种交互传播可以建立在远程控制技术基础上，实现异地实时交互的效果，从而扩大中医药文化的传播范围。

2.3 自主设计传播，增强接受程度

基于虚拟仿真技术建立的三维虚拟环境，具有自主设计功能。体验者根据自身需求，可以对虚拟环境中的系统功能模块进行自行设定，设计出适合自己的虚拟现实环境。这项功能可以满足不同人群的学习需要，增强其对中医药文化的接受程度。

2.4 绿色传播，节约医疗资源

虚拟仿真技术不仅提供了更多的虚拟现实体验，而且也大大减少医疗模型的使用，降低学习体验成本，规避现实操作中的危险与不安全隐患，降低环境污染，实现绿色教学，节约医疗资源。

3 传播内容与方法

以各科常见病、多发病为素材。运用虚拟仿真技术诠释常见病、多发病的主要病因、发病特点、主要症状、治疗方法和预防措施。建立视觉、听觉、触觉以及形体、手势一体的多维化综合信息集成处理环境，使体验者获得身临其境之体验。利用虚拟仿真技术所提供的感知功能，让体验者感受体验中心随着季节、气候等的变化，而产生的相应变化，学习四时养生知识，达到健康养生的目的。

3.1 “医学生-孤寡老人-孩童”模式

孩童是祖国的未来，家庭、社会、国家对他们的教育早在其牙牙学语时就已经开始了。养老院，这里是一个被孤立的角落。高等中医院校的学生埋头于堆积如山的理论知识课本，而在学校的教学模式下不能熟练地掌握临床实践技巧。将幼儿园、养老院、高等中医院校开办在一起，并在养老院建设中医药虚拟仿真体验室，创建虚拟现实系统，典型虚拟现实系统模型图如图2-1，组成“医学生-孤寡老人-儿童”三代沟通中心，在这里会有奇妙的化学反应发生。笔者认为这对于中国目前的学龄教育、孤独老人、中医学生实践能力等问题都会有深远的影响。

图1 虚拟现实系统模型

医学生为孩童、老人科普中医药文化的知识，讲解一些常见病、多发病的主要病因、发病特点、主要症状、治疗方法、预防措施和突发疾病的应急措施，以及健康养生的常用方法。三个不同年g阶段的主体在同一个虚拟现实环境下相互交流学习，从而收获快乐、获得知识、感受中医药文化的魅力。虚拟仿真体验室全年对中医学生免费开放，但是当他们体验完之后，必须陪伴老人一段时间。这段时间里，孩童也自愿来到这里，汲取中医药文化的精华。建立“医学生-孤寡老人-孩童”三代沟通模式，实时传播中医药文化。

3.2 “春夏秋冬”健康养生体验中心

在社区建设“春夏秋冬”健康养生体验中心，一年四季供社区住户免费体验。中医养生学是中医药文化的重要组成部分之一，是祖国医药学伟大宝库中的一支奇葩，符合中医“治未病”的理论核心。在目前看病难、看病贵的现象之下，中医的“治未病”的理念，一定程度可以解决看病难、看病贵的问题，进而缓解社会矛盾，有利于构建和谐社会。世界万物想要发展，重在顺应自然。四时养生，是根据一年中四季的时间、气候、物候、阴阳等变化规律，来调摄人体生命活动，达到人与自然和谐统一，从而增进健康、延年益寿目的的一种养生方法。具体包括：春三月养生、夏三月养生、秋三月养生、冬三月养生，“春夏秋冬”健康养生体验中心即包括这四个部分。

利用虚拟仿真技术所提供的感知功能，让体验者感受体验室里随着季节、气候等的变化，而产生的相应变化。由于传感器技术的限制，目前虚拟仿真技术所能提供的感知功能仅限于视觉、听觉、力觉、触觉等[3]。构建虚拟仿真系统，虚拟仿真系统主要由五个模块构成，如图2。该系统包括四大板块的内容：起居，饮食、情志、运动和服饰，春夏秋冬四时的板块形似略有不同，以春季养生要略为例，如图3。使人们能在虚拟环境中观察、聆听、触摸、漫游、闻赏不同节气的变化以及养生要略，并与虚拟环境中的事物进行交互，学习抽象和复杂的人类感知特性，达到传播中医药文化的良好效果。

图2 虚拟仿真系统的构成

图3 春季养生要略

3 价值效用

长期以来，中医药文化承担着为人类健康保驾护航的任务，这也是我国医药卫生事业的重要特征和显著的优势。把虚拟仿真技术技术运用到中医药文化的传播过程中，可以加强中医药文化发展的优势，开创中医药文化事业持续健康发展的新局面，让千百年来的中医药专家的思想得到传承。通过各方面的力量，提升我国中医药事业的发展水平，加强医疗健康领域的国际合作，充分调动资源、整合力量、提高效率[4]。

3.1 加强中医药文化发展的优势

虚拟仿真技术与中医所独有的“预测未来疾病的发生、性质、趋势”相结合，使人们更为直观地了解中医药文化中“治未病”的思想。虚拟仿真体验室给人们展现的是虚拟的环境，其实进一步而言，就是没发生会发生疑惑可能发生，即未来的情况，因此虚拟仿真技术在加强中医药文化发展的优势方面有很大的促进作用。

3.2 开创中医药文化事业持续健康发展的新局面

目前，社会上存在一些特色的技术方法创新跟中医药发展不协调等现象，使得中医药产业破坏严重，中医药文化传播面临条件差、人才匮乏的问题。把虚拟仿真技术应用于中医药文化传播中，开创中医药文化事业持续健康发展的新局面。

3.3 传承中医药文化的核心思想，弘扬中医药文化

中医药文化在数千年风雨历程中积累了养生保健的丰富经验，这是中医药文化事业得以继承和发展的重要因素之一。中医药文化强调顺应自然，维护人类与自然的和谐；注重形神兼养，维持心身的和谐；倡导保养精气，以提高机体防御和抵抗疾病的能力。这些养生保健的思想原则，对21世纪医学发展趋势而言，具有前卫作用，值得传承。在虚拟仿真技术的基础上弘扬中医药文化，使之得以薪火相传、生生不息。

4 结束语

具有悠久历史传统的中医学文化，在新世纪的潮流中该走向何处？目前，需要充分利用现代科学技术，体现中医药文化的优势。虚拟仿真体验室是中医药文化与计算机技术深度结合的现代产物，是推进中医药文化传播建设的重要内容。在如今西方文化盛行的时代，应该利用中医药文化自身的特色和优势，与多学科相结合，充分利用现代科学理论和计算机技术，为中医药文化传播所用，对未来中医药文化发展必将带来新的气象。21世纪，一门既能保留中医学传统精华，又能融会现代先进科学成果，具有新世纪时代特色的中医学，将展现于世界医学之林[5]。

【参考文献】

[1]徐桢，王晓青.中医药文化传播路径分析及对策研究[J].成都中医药大学学报，2012，35（3）：94-96.

[2]张希黔，黄声享.建筑施工中的新技术[M].北京：中国建材工业出版社.2005： 11-12.

[3]杨胜华.气动喷嘴式触觉再现装置的仿真与试验研究[D].大连：大连海事大学， 2008.

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关键词： 虚拟仿真； 实验教学

中图分类号：G434 文献标志码：B 文章编号：1673-8454（2015）10-0086-02

实验教学是理论教学的一种延续，是让学生对课堂上所学知识进行消化和吸收的过程。实验过程是一个学习、培养及探索的过程，通过实验，能有效地训练学生的实验技能，培养学生观察能力、实践能力、创新精神和创新能力[1]。对于药学实验教学中部分不可及或不可逆的操作，以及需要高成本、高消耗的大型或综合性实验项目等部分真实实验难以实现的实验操作，虚拟仿真实验教学则能有效利用信息技术模拟真实实验环境实现部分真实实验难以完成的教学功能。

虚拟仿真实验教学是综合应用虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库以及网络通讯等多种技术，通过构建一个逼真可视化的实验操作环境和实验对象，使学生在开放、自主、交互的虚拟环境中开展高效、安全且经济的实验，进而达到真实实验不具备或难以实现的教学效果[2]。虚拟仿真实验教学具有明显优势，并对传统实验教学思想、体系、模式、内容、方法以及手段等都产生了颠覆性影响，学生通过对仿真实验系统的反复多次模拟操作，可以加深对实验原理及操作步骤的理解，还可节省大量时间进行综合性、设计性、探究性的实验，为学生综合能力、创新精神和创新能力的培养提供保障。

西南大学药学实验教学中心秉持“实践创新，能力至上”的实验教学理念，在强化真实实验建设的前提下，针对部分高成本和高消耗、实验条件难以实现、所需投入和运行费用巨大等真实实验难以实现的部分实验操作，按照“能力培养，虚实结合、以虚补实、以实为主”的原则，开发构建了药物制备工程虚拟仿真实验模块、药理生理学虚拟仿真实验模块、体内药物分析虚拟仿真实验模块和药物分子虚拟筛选实验模块等共计103个虚拟仿真实验项目。

虚拟仿真实验教学能有效利用信息技术模拟真实实验环境实现部分真实实验难以完成的教学功能，中心将真实实验和虚拟仿真实验建设贯穿于实验教学始终，实现虚实结合，相互补充，以培养学生创新实践能力。

一、实验项目的认知、实验操作的预习

虚拟仿真实验的操作可实现学生对实验项目的认知、实验操作的预习，更好地理解掌握每一个实验项目的目的、实验原理和详细的实验操作步骤，以保证学生在开展真实实验的过程中能更好地注意操作的规范性，实验后可以通过操作虚拟实验项目进行复习巩固，从而强化实验教学效果，为实验能力的培养提供更好的平台。

中心教师采用图、文、声及活动影像4 种功能兼备的实验教学工具自主设计建设的分子生物学虚拟操作实验模块，将复杂抽象的PCR 扩增、克隆、Southern印迹杂交、酶切与连接、转化实验、质粒小量碱法提取实验等实验原理简化为直观可视的动画形式，学生可以按照提示将课堂上不好演示的实验过程模拟出来，使学生得到更多的模拟、重复的操作机会，弥补传统多媒体教学的不足，在教学中显示出极大的优越性，提高学生学习的兴趣，加深对知识的理解。

学生利用实验动物（小鼠或蛙）开展生理学、药理学、毒理学等实验操作，但常常由于实验操作不熟练，导致实验不能顺利完成或达不到预期实验效果，中心建设的药理生理学虚拟仿真实验模块，能让学生通过虚拟实验完成操作实训，提高真实实验效果。

发酵工程实验涉及菌种选育、培养基优化、发酵罐使用及发酵实验等内容，其中发酵过程优化与放大是发酵工程实验的核心内容，发酵工程虚拟仿真实验以聚苹果酸发酵生产工艺为原型，利用动态模型实时模拟真实工艺反应装置现象和过程，通过仿真工艺反应装置进行互动操作，产生和真实工艺处理一致的结果，每个学生通过操作本虚拟仿真模块能够充分理解聚苹果酸生产工艺流程，通过设置不同运行参数，观察工艺反应现象，进行开停车操作及排除各种设备故障或工艺扰动的操作，同时对于操作过程和结果进行客观的考核和评定。

二、实验操作技能的训练及培养

对一些操作难度大、仅凭教师做示范学生不易掌握操作方法的实验，虚拟实验操作具有很好的直观性、反复性训练的作用。如生理学实验中的减压神经放电（神经的分离和分辨是难点）、膈神经放电记录（找出膈神经是难点）、大脑皮层放电记录（其中的开颅手术不易操作和掌握）等实验都是电生理实验中的重点和难点，学生通过中心建立的生理学虚拟实验项目反复操作训练，极大地提高在真实实验中的实验操作能力，既能节约实验动物又能很好地掌握所需的实验操作技能。

大型分析仪器由于设备台套数、运行费用等限制了学生的操作使用，中心购买建设的大型分析仪器虚拟仿真操作软件采用计算机虚拟仿真技术开发的具备机理模型，以真实实验数据库作为支撑，仿真操作过程与真实仪器操作过程极其相似，仿真结果与真实系统结果非常接近，能够满足学生日常操作实训、常规考核以及技能大赛等各种需求，学生通过虚拟仿真操作训练，培养学生对大型分析仪器的结构、原理等有更深入的认知理解，提高操作仪器设备的能力。

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关键词：实验教学；虚拟仿真；计算机网络

一、在计算机网络课程中运用虚拟仿真技术的必要性分析

（一）虚拟仿真实验可以弥补硬件不能随时更换的局限由于计算机的发展速度快，而实验室的设备不可能随时更换，在计算机网络的实验教学中往往会出现硬件条件不能及时更新或购置更多的设备，不能满足实际实验需要的现象。例如：计算机网络课程中的路由器的配置实验，要是每个学生使用一台路由器是不太现实的。如果将虚拟仿真实验融入计算机教学，学生只需要在电脑上进行实验就可以完成实验任务，这样不仅缓解了设备条件的不足，节省了实验资金的投入，而且学生也能进行实际操作能力的锻炼。

（二）减少实验教学的经费投入在现实的实验教学中，通常需要大量的经费购置设备，采用虚拟仿真实验教学方式可以大大缩减实验教学经费。例如：计算机网络的实验教学中，学生进行网线制作实验，经常会出现不正确的线序排列、水晶头与线接触不良等情况发生，从而导致实验的失败。重复实验，就会造成实验用品的大量浪费，加大购置实验用品，这样势必会增加实验经费的投入。倘若采用虚拟仿真实验代替真实的实验，接水晶头和网线发生错误时，重新来做实验，不存在材料浪费的情况，这样可以大大缩减实验经费的投入，将更多的经费投入到其他教学工作和科研工作中。

（三）改善学生进行实验的操作的复杂性，培养学生动手实验的兴趣计算机网络课程中虚拟仿真实验的开设，一方面可以方便学生进行反复的实验练习，不用因为害怕因误操作损坏设备，害怕实验结果出不来，而不敢动手去做。在计算机网络课程中开展虚拟仿真实验，不用担心学生自身及实验设备的安全问题，使得学生可以放心大胆地进行实验，在反复的实验操作中归纳总结出一些实验规律，从而提高了学生动脑和思考能力，大大激发了学生动手操作的兴趣。另一方面，通过仿真实验系统有助于学生熟悉实验过程，对实验室的实验环境，实验设备进行详细的了解。学生可以很直观地观察到演示性实验的操作方法、步骤，甚至可以看到错误操作的实验结果，提高实验效果。在计算机网络课程中开展虚拟仿真实验，可以解决实验设备昂贵，购买设备的困难，经费不足等问题；可以解决落后的硬件条件无法满足实验需求的状况。虚拟仿真实验不仅丰富了计算机网络的实验教学内容，而且拓宽学生学术视野，同时使得学生在虚拟仿真实验中大胆进行创新、研究，从而开发学生创造性思维。

二、应用实例———利用三层交换机实现VLAN间路由

这个实验在现实中需要为每位学生配置一台三层交换机，连接键盘和网线，进行三层交换机的配置，或者一台交换机，所有的学生轮着使用，这样不是增加设备购置的负担，就是延长了做实验的时间。假若将真实实验和虚拟仿真软件相结合，所有的学生共用一台三层交换机，每位学生都可以从自己的电脑上完成这个实验，实验实施过程如下。

（一）技术原理1.启用三层的路由功能。由于三层交换机不仅带有部分的路由功能，还兼具三层路由功能和二层交换功能，而三层交换机的默认端口是二层口，因此必须使用noswitchport命令在相应端口启用三层的路由功能。2.实现VLAN相互访问。具有路由功能的三层交换机，在一个区域单位内可以通过直连路由来实现不同VLAN之间的相互访问；对于非直连路由，通过获取数据包的IP地址，然后根据路由表选择端口进行转发。三层交换机为每个接口配置相应IP地址，VLAN间的互连是利用SVI（交换虚拟接口）的方式来实现的，SVI为交换机中的接口分配适当的IP地址，并创建虚拟接口。

（二）实验说明在同一个局域网中，在交换机划分VLAN的基础上，PC0、PC2和PC1、PC3分别属于同一个VLAN分组（PC0、PC1和PC2、PC3分别归属同一个交换机），但同时还要实现两个分组之间可以相互访问；使用三层交换机代替原来的交换机，首先在三层交换机上分别设置各VLAN的接口IP地址。就像路由器上的接口一样，三层交换机将VLAN作为一种接口对待，再在各接入VLAN的计算机上设置与所属VLAN的网络地址一致的IP地址，然后把默认网关设置为该VLAN的接口地址。这样，所有的VLAN也可以互访了。

（三）实验过程1.在二层交换机上创建VLAN4、VLAN5，将端口4分配给VLAN4、端口5分配给VLAN5。2.将二层交换机与三层交换机相连的端口F0/2都定义为TagVLAN模式。3.在三层交换机上配置VLAN4、VLAN5，然后需要使用命令验证二层交换机VLAN4、VLAN5下的各PC间是不能相互通信的。4.设置三层交换机VLAN间的通信，创建VLAN4，VLAN5的虚拟接口，分别配置虚拟接口VLAN4、VLAN5各自的IP地址。5.使用命令查询三层交换机的路由表。6.将二层交换机VLAN4、VLAN5下的各个主机默认网关分别设置为相应虚拟接口的IP地址。7.使用命令来验证二层交换机VLAN4，VALN5下的各个主机之间是可以相互通信。

（四）实验设备Switch_29601台；Swithc_35601台；PC4台；直连线

（五）实验设备的配置PC0：IP地址：192.168.31.12子网掩码：255.255.255.0网关：192.168.31.1PC1：IP地址：192.168.32.34子网掩码：255.255.255.0网关：192.168.32.1PC2：IP地址：192.168.31.56子网掩码：255.255.255.0网关：192.168.31.1PC3：IP地址：192.168.32.78子网掩码：255.255.255.0网关：192.168.32.1将PC0、PC2和PC1、PC3划分到不同网关，此时两个网关分组无法相互连通PC1PingPC3replyPC1PingPC2timeout

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关键词：虚拟仿真技术；计算机网络基础课程；应用

一、虚拟仿真技术的概述

虚拟仿真技术是将虚拟现实技术和系统仿真技术有机结合的一种新的实验研究技术，人类、战略性技术。借助该技术可认识和改造世界，因而它有望成为继数学推理、科学实验之后又一虚拟仿真技术以多媒体技术、虚拟现实技术、网络通信技术等信息技术为基础，构建一个与现实世界的物体和环境相同或相似的虚拟环境，如模拟器、仿真软件、数学模型、仿真实验等。其中虚拟仿真实验在我国高职院校的教学中广泛应用，已逐渐成为一种新的教学模式。

1.国内外虚拟仿真技术在教学中的应用

目前，国外虚拟仿真软件主要包括多功能电路模拟实验平台PSPICE、模拟和数字电路的Tina Pro、用于电路描述和仿真的语言与仿真软件Circuit Maker、仿真单片机Proteus、Cisco路由器和自定义网络拓扑结构及连接的Boson NetSim。在我国，北京邮电大学的电子信息虚拟仿真实验教学中心有“开放式虚拟仿真实验教学管理平台”、Packet Trace软件、北京航天大学的分布式虚拟环境、GMDSS模拟训练实验室、导航雷达模拟训练中心等。

2.虚拟仿真技术应用于计算机基础课程的优势

通过实例操作演示非常抽象的概念，将抽象的网络概念具体化、形象化，为学生提供逼真生动的学习环境，加强老师与学生的互动，实现教与学双向互动，提高学生的学习热情和主动性。通过仿真实例的展示，为学生创造更多的实践机会，不仅可以激发学生的求知欲望，帮助学生充分吸收和掌握教学内容，更能激发他们的创造动机和创造性思维。

二、虚拟仿真技术在高职院校计算机网络基础课程的应用

1.虚拟仿真技术的应用，优化了网络课程实验教学环境

目前，很多高职院校计算机硬件设备与软件更新滞后，教师无法正常地开展实验教学，只能通过视频和文字等辅助资料来补充实际实验的不足。虚拟化技术可以有效解决上述问题，通过虚拟多种不同的计算机环境，学生可在一台计算机上完成服务器与终端机之间的切换，并能使用不同的操作系统与应用程序来开展网络实验。虚拟技术实现了改善高职计算机网络课程的实验教学中教学环境、提高教育教学实效的目标。

2.虚拟仿真技术的应用，更新了实验教学手段

高职教师们利用虚拟仿真技术实现了“一机多用”，有利于顺利开展计算机网络基础课程这一实践性较强的课程，学生可以通过精确地操作某些系统或者软件，了解其运行特征和过程，并以此进一步加深对理论知识的理解，近距离观察和分析实验现象。

3.虚拟仿真技术的应用，缓解了实训设备不足的难题

目前，在高职教育计算机网络课程的实训设备严重短缺，而虚拟仿真技术让虚拟实验室成为现实，尽管不能从根本上替代实际上的物理设备，但是学生可在虚拟机上做所有的操作实验，将理论与实践相结合，使学习更直观，教学更真实，既保证了教学质量，又促进了学生实践能力的培养。因此，虚拟仿真技术的应用，不仅解决了实验实训设备短缺的难题，又能更好地为高职教育培养更多的实用性人才助力。

三、结束语

综上所述，现阶段的高职院校计算机网络基础课程的教学中仍存在着一些问题，将虚拟仿真技术与真实实验相结合，可有效解决学校设备和场所短缺等问题，使学生通过虚拟仿真实验教学掌握网络技术，提高学生的实践能力和创新能力，提高学生的综合运用计算机网络知识解决分析实际问题的能力，为社会培养出高水平高素质的复合型网络工程专业人才。

参考文献：

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关键词：电机学；虚拟仿真；教学

一、 电机学授课中存在的问题

教学内容涉及直流电机、变压器、异步电机以及同步电机的基本结构、工作原理以及电磁感应、能量转化等多方面的问题，使学生在学习的过程中感觉授课内容较为繁重，并且由于其计算量非常大，学生在学习过程中往往有很大的厌学思想。同时电机学又是一门实践性非常强的课程，如果只讲授理论，不能很好地与工程实际相结合，理论与实践脱节，那么学生很快就会失去学习兴趣，造成学习基础不牢固。

其次，电机学课程实验教学装置一般情况下由多个挂箱组成一个实验台，在使用过程中根据不同的实验内容来摘、挂各种不同的实验箱体，由于使用量大，经常性的拔插，使得设备损坏情况非常严重，尤其是每个电机实验都会使用的电阻箱，其完好率非常低，这就需要在实验教学过程中，学生必须将很大一部分的精力和时间去解决由于设备老化带来的信号失真等问题，严重影响对实验内容的理解。

二、虚拟仿真软件在电机学教学中的作用

电机学教学的自身特点决定了其授课方式应该是增加较多综合性和工程实践类的授课内容，以此来提高学生的学习兴趣。但是由于高校扩招，高校的实验条件受到很大制约，无法满足学生实践操作，尤其是“电机学”教学中模拟的工程实际项目，如串励直流电动机的轻载运行、异步电机起动与停止、变压器的极性和联结组以及电机学中磁场的分布等内容，仅仅依靠教师的讲解学生很难有较深入的理解，只能依靠仿真手段直观演示。

将虚拟仿真技术应用在电机学授课过程中，能够加强学生创新能力的培养，提高了学生的学习兴趣，改变了传统教师讲，学生被动接受的授课模式。针对提出的项目要求，学生不像以前只是重复教师的操作，而是能够发挥主观能动性，可以自己设计电路，建立仿真模型、调试仿真参数并验证最后的结果，整个过程教师充当指引方向的角色，而将具体的设计、调试过程交由学生独立完成，培养他们独立分析问题和解决实际问题的能力。

虚拟仿真技术的应用另一个大的优势在于学生对于授课内容的理解不一定非要在实验室完成，可以摆脱昂贵的仪器与设备的束缚，仅仅需要一台笔记本学生在寝室内就可以模拟出的电机实际运行情况。

三、将虚拟仿真技术有效融入教学中的主要方式

（一）传统教学为主、仿真教学为辅有机结合

传统教学方法的优势在于授课教师通过此种教学方法能够充分发挥教师的主导作用，将教师多年来对教学内容的理解在短时间内传递给学生，但是存在学生容易产生依赖心理，造成学习的积极性和主动性不高以及教学形式单一等问题。虚拟仿真教学则体现了学生作为教学主体，教师的作用更多地体现在提出问题设想以及引导学生思路，这样能够充分发挥学生自主性，但也容易产生教学内容讲述深度不够以及学生由于个体的差异产生的教学进度不易统一的问题。因此将传统教学方法和虚拟仿真教学有机结合起来可以既发挥教师的主导作用又发挥学生的主体作用，可以很好地提升教学质量。例如对异步电动机工作原理进行讲解时，就可以采用传统教学方式，通过教师对内容理解概括出工作原理的几个方面，大大节约学生的理解时间。而电机内部由于结构复杂并且电磁转化过程又比较抽象，学生的工程实际经验又少，很难对其产生较为直观的理解，这个时候就可以将虚拟仿真技术加入，产生较好的教学效果。

（二）进行教材改革

现行各个高校所用的电机学授课教程大部分是对电机的结构、原理进行讲解，极少涉及到将虚拟仿真技术和电机学授课内容相结合，因此想要改变传统的教学授课模式，改革电机学授课教程，提高学生的学习兴趣，就必须要应用虚拟仿真软件对授课具体实例进行软件仿真，将课程中许多抽象的概念和原理以具体图形的形式表现出来，以便促进学生更好地理解课程中的重点和难点知识。例如在讲授他励直流电动机的起动过程，在教材传统内容的基础上，可以增加MATLAB的Simulink工具箱程序，来进行一个简单的仿真设计，通过仿真模块的建立，参数的调试过程，学生能够非常直观地观察起动电流的变化过程，同时也可以观察其他变量的动态过程。将课程实例与虚拟仿真技术融合在一起，能够激发学生的学习兴趣并提高学生对工程的认识，达到改善教学质量的目的。

（三）教师科研工作与授课相结合，引入最新科研成果，丰富教学内容

将教师的科研项目与授课内容相结合，以便增长学生的见识。如在科研课题中，经常会用到三相异步电动机启动、调速和制动，教师可以在授课过程中给出课题的基本要求，组织学生独立开展课题设计研究，然后在班级内部对课题设计内容进行讨论，最后由教师决定通过后学生独立进行各个阶段的实施方案的设计，然后根据设计方案在虚拟仿真软件上完成实验内容并处理实验数据，最后撰写实验报告。另外，还可采用MATLAB软件完成课题中复杂的参数计算，以便学生能够把更多的精力放在研究各参数的相互关系上，很好地提升了学习效率。

（四）充分发挥实践基地作用，将实验项目与虚拟仿真软件相结合

即实践――理论――实践的教学模式。在实验教学过程中首先教师进行演示，以便学生能够有目的地观察电机运行时的各种现象，然后针对本节所讲述的内容，让学生带着问题有目的去听课，针对刚才的教师授课内容将实验现象上升到理论高度分析，得出结论，最后再通过MATLAB仿真软件将实验进一步理论深化，以达到事半功倍的效果。通过学生主动构思实验设计内容，提出设计实验方案和实验电路，教师的作用仅仅起到侧面辅导，而不实际参与到实验的具体操作过程中。为此实验中心应创造条件在课外对学生开放，给有兴趣的学生以更多的锻炼机会，培养学生的综合实践能力与创造思维能力。

（五）应用虚拟仿真技术，完善网络课程建设

目前随着社会的不断进步，计算机技术、互联网技术的蓬勃发展，使得网络教学独特的优势越来越明显。网络教学能够克服传统课堂教学受时间、空间上的限制，使学生可以利用零星时间随时学习，同时网络课程作为课堂教学的补充，方便教师与学生的互动。较好的网络课程需要不断地完善教学内容，增加方便学生独立学习的资源，这时虚拟仿真技术的优势便体现出来，可以应用MATLAB软件中的Simulink工具箱来动态的显示一些电机运行状况，这样能够提高学生学习的主动性与学习效率，取得较好的教学效果。

虚拟仿真技术在电机学教学中应用，能够真实再现实际工程项目运行状况，使许多较为抽象的概念和原理形象化，大大改善了教学效果，提高了电机学课程的教学质量，学生接受效果要好于传统电机学授课方式。

参考文献：

[1]郑孝东.多种教学方法和教学手段在“电机学”教学中的应用[J].中国电力教育，2013， （19）：63-64.

[2]吴文进，李彦梅.基于 MATLAB 的《电机与拖动基础》课程教学[J]. 安庆师范学院学报（自然科学版），2012，18（1）：100-103.

[3]李祥瑞.利用计算机软件技术促进电机学实训课程的改革[J].中国电力教育，2012， （22）：100-101.

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1 环境工程学的特点及传统教学中存在的问题

随着环境控制技术迅速发展，污染控制工程理论和实践的知识量也越来越多，知识点的更新速度也越来越快。我国各理工科院校的环境科学专业基本都开设有环境工程学课程，但纵观课程的教学现状，存在诸多不尽如人意的地方。

1.1 教学内容多且广泛

环境工程学包含废水污染控制、大气污染控制、固体废物处理以及噪声控制等，内容多而杂，容易造成学生对知识的掌握广而不深，学而不精。对应的专业教材知识更新慢；理论课程课时过多，实践课程课时少，专业技能训练难以保证[1]。

1.2 实习实训教学效果差

环境工程课程实习实训都是集中将学生带到某个与专业相关的单位比如污水处理厂，学生只能参观某些处理单元，不得随便操作任何设备、仪器，对于如何控制管理水处理工艺的运行、如何解决运行问题等，仍然得不到学习和锻炼。实习实训教学现场通常比较嘈杂，学生对参观的内容往往是“走马观花”，不能达到实习实训的目的。

1.3 实验项目偏少且单一

环境工程实验作为环境工程学理论课程的后续实验课程，该课程不仅能加深、巩固学生对环境工程基本理论的理解，同时还可增强分析问题和进行科学实验的独立工作能力；有利于掌握有关环境工程实验研究方法和实验技巧，培养整理、分析数据能力，提高环境工艺、工程方面的科研思维能力和创新意识。但是目前环境工程实验教学仅限于几个固定实验，比如：活性污泥实验、大气除尘演示实验、氧传递系数测定实验等，实验项目偏少。教学方式大多是在教师讲解之后，学生“依样画葫芦”进行实验，学生对实验目的和步骤理解得不够透彻，在整个实验过程中处于一种被动的地位。另外，学生对实验设备缺乏感性认识，即使把实验指导书中对设备的基本构造、使用方法和注意事项看了多遍，仍不得要领，甚至不能正确地操作设备。另外，某些实验项目受到设备数量、品种、成本等方面的限制而无法开展。

2 虚拟仿真技术在环境工程学理论及实验教学中的应用

虚拟仿真教学是指利用实物和计算机软件共同模拟出真实的情境，让学生在模拟的情境下进行探究和学习。随着科学技术的迅猛发展，虚拟仿真技术越来越广泛地被应用于各领域的专业教学，如自动化[2]、水电机组监测与故障诊断等[3]。虚拟仿真教学可以根据教学的实际需要和效果，对教学内容进行动态的组织和修改，具有很强的针对性和互动性，能够充分发挥学生的主动思维[4]。

2.1 虚拟仿真技术水污染控制的运用

虚拟仿真技术教学可以提升学生对城市生活废水、工业废水处理系统的认识，提高教学效果。在仿真系统中，学生按照时间操作规程的要求对各个工艺参数进行调整，最终确定处理后的废水与污泥能否与实际设计的标准要求相符[5]。学生可根据提示熟悉虚拟水厂构筑物分布和水厂概况，查看主要动力设备的知识点，了解水厂主要动设备能耗和药剂成本，了解污水处理厂的相关工作规定和安全章程等。比如：虚拟仿真水厂包含巡检项目和事故预案工况等，分别是正常工况巡检、出水总氮超标、出水总磷超标、出水COD超标、反应池曝气量调节、初沉池排泥撇渣、内回流的调节、SVI调节，从而掌握污水处理厂常见事故的应急处理预案和解决措施。

2.2 虚拟仿真技术在大气污染控制的运用