仿真技术特点范文

导语：如何才能写好一篇仿真技术特点，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。

篇1

关键词：Proteus仿真技术；电工电子技术；基于工作过程

中图分类号：TP368.1

《电工与电子技术》这门课程是电类专业的一门专业必修课程，而其枯燥无味的理论知识往往使得学生在学习过程中感到力不从心，而针对电工电子技术这门课程内容的特点，我们可以进行任务驱动法教学，在每个任务中借助Proteus仿真技术加强理解和学习，能够起到较好的效果。

借助于Proteus仿真技术，对《电工与电子技术》课程按照基于工作过程的体系设计原则进行学习情境设计，如表所示。如电工部分，可以设计成电阻电路、电感电路和电容电路的设计与制作三个情境，在每个情境下设计若干任务，每个任务是由简单到复杂的，每个情境之间既相互独立有相互递进联系；同时在每个任务当中学生以任务书的指导下完成利用Proteus仿真技术先完成电路的仿真，从而对任务中的问题产生好奇，从而进一步学习知识包中的内容，最后再将整个过程进行制作、安装和实际调试，来进一步巩固所学的知识。在此过程中我们可以看出Proteus仿真技术的运用，使得教学内容变得更直观和容易理解，提高了学生的学习兴趣。

通过Proteus软件可以完成电路原理的绘制、结果显示、电流流向等，而且还可以在电路图上用箭头显示电流方向、用颜色显示电流的大小等信息，简单易学，直观方便。以一个简单任务为例子来说明。如在电阻并联电路的制作与测量中，我们可以通过Proteus软件完成许多枯燥无味的理论的学习。其一我们可以选取两个电阻相并联的例子来演示，先画出电路原理图，之后在总支路和分支路上放置电流表，让学生观察三个电流之间的关系，学生很快会发现总电流等于个分电流相加之和，这就引入的基尔霍夫电流定律的学习。如图1（a）所示。其二当我们想用一个电阻代替多电阻时，只要让两个二端电路的在同一个端电压下产生相同的电流相时，二者电阻可以等效，这样就可以发现电阻并联时总电阻和各个分电阻之间的关系，如图1（b）所示。其三我们还可以改变两个电阻的阻值，再通过电流表观察流经的电流与其电阻的关系，很快就可以得到电阻并联分流的规律，等等诸如此类的问题，可以通过软件仿真得到形象的演示。

在模拟电路和数字电路中借助Proteus软件演示就更为有利了，比如学生比较难理解的共射极放大电路的反相放大的问题，借助Proteus软件的示波器可以很快观察到输入输出波形的反相放大问题，而且通过改变基极电阻和集电极电阻及输入信号等等，可以对应观察各种失真：饱和失真、截至失真以及双向失真等。数字电路中的集成芯片管脚多，功能复杂，借助于Proteus软件，熟练将各种电路连接起来，观察现象，从而理解功能。如编码器、译码器、数据选择器、数值比较器、计数器、寄存器等集成芯片的使用，都可以运用仿真来加以学习和理解。

当电工、模拟、数字知识学完之后，对于《电工电子技术》任务教学中的模块电路的课程设计时，如功率放大器、直流稳压电源、数字钟等电路设计制作时，可以先让学生自己设计，在Proteus中演示模拟设计结果，查找问题，当结果成熟之后再进行实际的插件、焊接或安装、调试等，在实际中中可能遇到的一些基本错误可以提前避免，而重点去解决实际中的调试问题，大大提高了效率。

《电工电子技术》任务式教学方式着重强调以学生为主体，教师为主导，学生主要是通过任务指导书自己完成任务，并思考问题、分析问题和解决问题，因此结合实际任务中提出的思考题，学生借助形象逼真、简单易学的Proteus软件可以很快上手，使其成为任务教学的有力工具，使学生在兴趣中学到知识，为进一步扎实实际制作、安装、调试打下了坚实的基础。

参考文献：

[1]孙余凯.电子技术与技能实训教程[M].北京：电子工业出版社，2006.

[2]周润景，张丽娜，刘印群.PROTEUS入门实用教程[M].北京：机械工业出版社，2011.

篇2

关键词：数字电子技术基础；Proteus仿真；教学改革

1PROTEUS软件介绍

PROTEUS软件是英国LabcenterElectronics公司开发的电路分析与实物仿制及印制电路板设计软件，是一个电子设计的教学平台、实验平台和创新平台，覆盖了电工电子实验室、电子技术实验室，单片机应用实验室等全部功能。它可以对模拟电路、数字电路、单片机及其电路组成的系统仿真，并进行功能验证，通过动态器件如电机、LED，LCD开关等，配合系统配置的虚拟仪器，实时观看运行后的输入输出的效果。

2理论教学改革

根据我校地处偏远且为农林院校的特殊情况和实际工程需要，教学内容上舍去复杂的理论分析，注重理论分析结果的应用，减少有关器件内部结构的分析过程，着重介绍器件（或集成元器件）的作用、主要参数、使用方法。全系教师根据各路反馈信息，确定数字电路基础、组合逻辑电路、时序逻辑电路、脉冲波形产生于整形，AD/DA和DA/AD转换电路五大教学项目，每个大项目又分为几个小的教学模块，同时弱化或忽略掉其它相关内容。《数字电子技术基础》是学生第一次接触与以往截然不同的逻辑电路，其中涉及到很多电路的原理和繁琐抽象名词术语，这些无论板书或者多媒体课件，都会使学生觉得枯燥无味，丧失学习激情。如果教学时根据教学内容，在理论教学过程中利用多媒体讲解原理、用法，再穿插Proteus仿真,可使理论知识直观、形象、生动，促进学生对知识的理解和记忆。例如，刚接触常用组合逻辑电路8线-3线优先编码器74HC148时，学生对什么是编码器，选通输入端、低电平有效等名词一头雾水，更难以想象对输入的编码其输出是怎样的，如果有几路信号同时输入，究竟对哪一路优先编码输出，怎样实现利用功能端实现扩展编码？单靠多媒体讲解，这些问题在学生脑海里像一盘浆糊，一片茫然，无疑加大了学生的理解难度。这时，教师可以在Proteus界面上形象地演示编码器74HC148的逻辑功能，如图1所示，改变各个输入端和控制端的输入，即可用发光二极管形象的表现出74HC148输出端的状态，结合仿真现象形象讲解，使得原来难以理解的芯片功能表也变得容易，会起到事半功倍之效，为后面的学习打下夯实的基础。实践表明，通过在课堂上现场穿插PROTEUS仿真教学，学生很轻松学习地译码器、数据选择器、数据比较器等常用组合逻辑电路，各种触发器、常用时序逻辑电路和555定时器的运用，以及AD,DA转换器，对《数字电路基础》的畏难情绪一扫而光。

3实验教学改革

在我校人才培养方案中该课程实验教学10学时，因受到实验场所、时间、设备和管理等多方面因素的限制，几乎不可能提供学生太多的实践机会。而且，传统的《数字电子技术基础》实验往往以验证性实验为主，实验课上学生机械第按照实验指导书连线，观察实验结果，完全没有独立思考和动手设计的机会，学生的实践能力和创新能力被严重制约。自从在教学中引进PROTEUS仿真后，实验教学也进行了大刀阔斧的改革。首先，在讲解相关理论内容时，提前给大家布置实验内容，要求学生利用课余时间先进行PROTEUS仿真，并把仿真文件传给教师，进行检查指导，然后实验课上再完成硬件连接。再次，加大设计实验力度。为了提高学生的创新能力，实验内容不再以验证性试验为主，加大设计实验内容，重点放在各种芯片的应用设计上。增加用数据选择器设计测试输血和受血血型匹配的电路实验，74LS138译码器和与非门设计控制发电机工作的逻辑电路、电子秒表实验等设计型实验。例如，图2就是实验时学生利用74LS153芯片设计的血型匹配电路。图中，A、B代表输血者，C、D代表受血者（她们的取值00代表O型血，01代表A型血，10代表B型血，11代表AB型血），根据四个变量的取值，在输出端用发光二极管表示是否匹配，二极管亮表示血型匹配，二极管熄灭表示血型不匹配。最后，加大实验考核力度。为了促进学生动手做实验的热情，试验成绩在课程考核成绩中所占比重加大，由过去的15%，加大30%。另外，不再完全根据实验报告和考勤给实验成绩，而是组织专门考试。学生现场抽取预先准备好的题目，当场做实验，根据实验结果和学生讲解，教师现场给成绩。

4课程设计改革

课程设计是教学中非常重要的实践环节，是学生获取实际工程经验和能力，走向就业的重要途径。但是，对于没有实践经验的学生来说，设计电路的合理、正确与否没有判断经验，容易造成器件和仪器的损坏，有时辛苦焊接好后，预期的设计结果也出不来，往往需要重新设计，造成大量的人力和资金浪费。但采用Proteus软件后，每个学生相当于拥有了一个完整的虚拟实验室，学生可在ProteusISIS窗口大胆进行电路设计、测量、调试，修改，且在安装实物作品前就可看到结果。仿真成功后，只要安装正确无误、焊接可靠、布线合理，实际作品都会得到与Proteus仿真设计一致的结果。自从在课程设计环节引入Proteus仿真环节，学生设计的电子秒表、数字频率计、拔河游戏机等作品成功率大大提高，节省了硬件投入，使学生独立操作能力和创造力都得到了极致发挥。

5结束语

把Proteus仿真应用到《数字电子技术基础》教学中，克服了传统教学的不足，使得枯燥无味的理论知识变得生动起来，为数电教学质量的提高和创新性人才的培养提供了一种新的思路和方法。并且，该仿真软件也可应用到后续课程的单片机教学中来，为后续课程的学习打下良好基础。

参考文献

篇3

摘要： 直流输电系统的暂稳态仿真对于电力系统研究规划和设计运行等起着重要的作用.为了能较好地反映扰动下交直流系统间的相互作用，在MATLAB/Simulink软件环境下，针对高压直流输电（HVDC）系统及其变换器建立了详细的模型，进行了系统的稳态、电流参考值突变和直流联络线上的故障仿真，给出了相应的仿真波形，分析了直流输电系统中交直流系统间和直流系统间的复杂动态特性，为进一步研究HVDC系统运行稳定性提供了依据和基础.

关键词：

高压直流输电系统； 频率响应； 阶跃响应； 故障特性； 建模

中图分类号： TP 392； TM 723文献标志码： A

高压直流输电（HVDC） 特别适合大功率、远距离输电，在我国“西电东送”工程中起着重要的作用[1].换流站中整流器和逆变器良好的控制性能是HVDC系统安全稳定运行的保证，而HVDC系统本身是一个参数不确定的强非线性系统[2]，特别是大扰动时交直流系统的相互作用造成系统动态状态的突变，引起暂态过电压、谐波不稳和电压不稳等问题[3-4].实际运行情况表明[5]，HVDC交流系统的强度和直流控制器的特性对故障恢复特性有显著影响.本文利用MATLAB/Simulink软件仿真HVDC系统，分析研究系统运行的稳定性和直流线路接地故障下系统的特性.

1高压直流输电系统简述

两端高压直流输电系统[6-7]通常由整流站、逆变站和直流输电线路三部分组成.具有功率反送功能的两端直流系统换流站，既可作为整流站运行，又可作为逆变站运行.当功率反送时整流站变为逆变站运行，而逆变站变为整流站运行.换流站的主要设备有换流变压器、换流器、平波电抗器、交流滤波器、直流滤波器、控制保护装置和接地极线路等.

直流输电所用的换流器通常采用由12个（或6个） 换流阀组成的12脉动换流器（或6脉动换流器） .早期直流输电工程曾采用汞弧阀，20世纪70年代后均采用晶阀管换流阀.目前，已经能制造最大容量为250 kV 4 000 A的换流阀，以满足特高压直流输电的需要.

换流器在运行时交流侧和直流侧均产生一系列谐波，使两侧波形畸变.为了满足两侧谐波要求，需要分别在两侧配置交流滤波器和直流滤波器.

控制保护装置[8]是实现直流输电正常启停、运行、自动调节、故障处理与保护等功能的设备，对直流输电的运行性能及可靠性起着重要的作用.

直流输电系统是一种高度可控的输电系统[9]，可通过控制换流站中整流器的触发延迟角α和逆变器的逆变角β控制电压、电流和输送功率.一般情况下，换流站的控制方式是整流侧采用定直流电流控制以保持直流线路电流恒定，直流电压则由逆变器控制维持.

本文HVDC系统的建模采用单极大地回线接线方式，在直流联络线上设置故障点[10].高压直流输电系统结构如图1所示.

2仿真系统描述

送端交流系统参数为500 kV、5 000 MVA、60 Hz，受端交流系统参数为345 kV、10 000 MVA、50 Hz.两个交流系统相角均为80°，经整流逆变后通过直流联络线相连接，直流线路长度设定300 km，两端变换器出线端设置0.5 H的直流平波电抗器.为抑制交流谐波分量，两端交流系统母线上并联接入交流滤波器为谐波电流提供低阻抗通路.系统建模仿真图如图2所示.

6结论

随着我国“西电东送”力度的加大和全国几个大区域电网之间的互联，将会有越来越多的直流输电工程投入使用.对于高压直流输电系统的研究、设计和运行，高压直流输电 （HVDC） 系统的暂稳态仿真发挥着重要作用.MATLAB/Simulink软件的应用使得 HVDC的建模及仿真简单易行.

本文基于HVDC系统的建模仿真，根据系统的频率响应、运行下的稳态状况和阶跃响应以及直流侧故障对系统的影响，分析了直流输电系统中交直流系统间和直流系统间的复杂动态特性，为今后模型的进一步完善及基于其它控制策略的控制系统提供了依据.

参考文献：

[1]刘振亚.特高压直流输电理论[M].北京：中国电力出版社，2009.

[2]李兴源.高压直流输电系统的运行和控制[M].北京：科学出版社，1998.

[3]黄道春，魏远航，钟连宏，等.我国发展特高压直流输电中一些问题的探讨[J].电网技术，2007，31（8）：6-12.

[4]张梅，刘天琪.交直流混合系统电压稳定问题综述[J].现代电力，2005，22（3）：15-19.

[5]杨秀，陈鸿煜，靳希.高压直流输电系统动态恢复特性的仿真研究[J].高电压技术，2006，32（9）：11-14.

[6]钟庆，张尧，杨金明，等.现代控制技术在高压直流输电系统中的应用及其发展[J].继电器，2006，34（9）：80-86.

[7]曾南超.高压直流输电在我国电网发展中的作用[J].高电压技术，2004，30（11）：11-12.

[8]荆勇，任震，杨晋柏，等.天广直流输电系统运行过电压的研究[ J].高电压技术，2002，28（4）：1-4.

[9]舒印彪.中国直流输电的现状及展望[J].高电压技术，2004，30（11）：1-2.

篇4

关键词：Matlab技术计算机仿真技术液压系统

中图分类号：TP3 文献标志码： A 文章编号：1007-9416（2016）06-0000-00

随着计算机技术的广泛应用，越来越多的工程项目都可以借助于计算机的强大功能来弥补现实条件的不足。系统仿真是在系统建模的基础上建立起来的，系统建模的目的是要建立一个数学模型，而此数学模型可以充分反映其系统属性，从而能够促进该系统的正常运行。而现代液压系统设计是越来越复杂，因此，提高计算机仿真技术和质量，就显得更加迫切。本文为此具体探讨了Matlab计算机仿真技术在液压系统中的具体应用情况。

1 液压系统的工作原理与特点分析

1.1 液压系统的工作原理

液压传动时，传递能量以液体作为介质，其介质是在受控制和调节的两种状态下进行工作的，所以，液压传动和液压控制比较相似。而液压系统的作用是通过改变压强增大作用力。一个功能完整的液压系统由动力、执行、控制、辅助元件以及液压油组成。

液压站的基本工作原理是：电机带动油泵飞速旋转，中心泵将机械能源转化为液压油的压力能量，液压油其后通过集成块被调节、液压后再经外接管路传输到液压机械的油马达或油缸中，从而控制了液动机械的方向变换、力量的大小、速度的快慢，推动各种液压机械做功。

1.2 液压系统的应用特点

液压系统能否正常高效运行取决于其系统的合理设计、元件性能、污染防护和处理。机械设计工程师在设计实践中若采用以前传统的建模方法，需要花费一些精力、时间，这样会降低设计效率。若要通过编程实现，这就要求设计工程师必须熟练掌握特殊建模的编程方法。

2 MATLAB的功能与特点

MATLAB是名称是矩阵实验室，MATLAB的计算环境是集数值的计算、符号运算、图形处理等等强大的功能于一体，其计算平台能够满足用户的各种计算需求。MATLAB具有如下的优势与特点：（1）良好的图形化处理（2）强大的科学计算能力（3）简单易用的程序语言。

3 Matlab计算机仿真技术在液压系统应用方面的优势

液压系统的传统设计方法主要是来源于设计工程师的经验、知识，利用真实的元部件构造一个动态系统。仿真技术不但可用于系统或产品方面的性能测试，还可用于研制开发产品的所有过程以及由多个系统所构成的综合且复杂系统。

4Matlab计算机仿真技术在液压系统应用方面的实现

Matlab计算机仿真技术在液压系统中的应用具有以下特点：（1）能支持多种仿真模型计算和多种应用问题求解；（2）支持远程数据通信、数据采集，可对现场工程数据进行实时仿真计算；（3）支持直接运行其它仿真系统或与之进行数据交换，使仿真系统的功能得到进一步扩展、增强；（4）以数据库为中心，对各种仿真资源进行统一资源管理。

4.1 结构设计

本文设计的Matlab计算机仿真技术在液压系统中的应用模型如下：

结果区：功能部件由内部过程和函数、外部函数、控件等组成，呈现出执行数据分析、输出以及仿真过程和结果的可视化、数据通讯的管理等。

动态区：构造出模型及模型的优化、在系统的运行过程中按实验的基础框架实现终止或者执行计算、结果数据的计算和运行参数的保存、模型的解释、算法的调用，使其仿真平台系统和用户自定义功能的大部分算法能够通过调用动态的链接库方式来实现一系列功能。

初始区：界面的设置、参数和变量的设置、数组定义、仿真资源配置、仿真的时间与步长设置、实验框架生成，并安排输出。

4.2 仿真实现

仿真过程：依据基础数据开启计算引擎、建立系统的仿真模型、输入系统的仿真数据、运行仿真计算，并进行性能方面的分析，显示分析结果后关闭计算引擎。在本系统中，采用的方法是调用MATLAB计算引擎IEngine。

5 液压系统中现代技术的发展

5.1 半物理仿真技术

半物理仿真技术的特征是仿真模型中包含物理模型。当一些系统部件和现象难于建模，或者在某些特殊要求下，系统的某些部分或其类似系统成为仿真模型的一部分，从而使仿真过程更加便捷，仿真结果更加具有说服力。

5.2 并行仿真技术

当前仿真方法对数据处理速度提出很高的要求，并且数学模型由于考虑各类因素而变得越来越复杂，而仿真结果的输出速度则要求越来越快。并行仿真技术就是采用多台中央处理器或者计算机同时对同一问题进行仿真计算。

总之，计算机仿真技术是设计液压系统不可缺少的重要技术，Matlab计算机仿真技术在液压系统中的应用可以缩短液压系统或元件的设计周期，从而实现最优设计。

参考文献

[1] 陈鹰.面向创新的液压仿真技术[J].液压气动与密封，2003，10（4）：69-71.

篇5

关键词：仿真　计算机仿真　计算机仿真技术

一、引言

仿真是对现实系统的某一层次抽象属性的模仿，人们利用这样的模型进行试验，从中得到所需的信息，然后帮助人们对现实世界中某一层次的问题做出决策。计算机仿真就是建立系统模型的仿真模型进而在电子计算机上对该仿真模型进行模拟实验的研究过程。计算机仿真技术即以计算机仿真为手段，通过仿真模型模拟实际系统的运动来认识其规律的一种研究方法，也称计算机仿真方法。在科技飞速发展的今天，它已经成为控制系统分析、研究、设计不可缺少的重要工具。

二、计算机仿真技术的特点

1.模型参数可根据要求任意调整、修改和补充。人们可以得到各种可能的仿真效果，为进一步完善研究方案提供了可能。与传统的实物实验相比，具有运行费用低、无风险、方便灵活等优点。

2.系统模型求解快速。运用计算机仿真，能够在较短的时间内得出仿真运算的结果，为生产实践提供最及时的指导。

3.仿真运算结果可靠、准确。在机器没有故障的前提下，只要系统模型、仿真模型、仿真程序科学合理，那么计算机的运算结果是准确无误的。

4.实物、实时仿真直观、逼真。这一特点使它在一些复杂工程系统中例如核电、航天等领域得到了广泛应用。

传统的仿真技术是一个迭代过程，即针对实际系统某一层次的特性（过程），抽象出一个模型，然后假设态势（输入），进行试验，由试验者判读输出结果和验证模型，根据判断的情况反复修改模型和有关的参数，不仅效率低，也存在环境、安全等因素的限制，所以很难达到实验者满意的仿真效果。而计算机仿真技术是利用计算机科学和技术的成果建立被仿真的系统的模型，并在试验条件下对模型进行动态实验，它具有高效、安全、受环境条件的约束较少、可改变时间比例尺等优点，已成为分析、设计、运行、评价、培训系统尤其是复杂系统的重要工具。

三、计算机仿真技术的研究现状

计算机仿真技术的发展与计算机的发展是密不可分的。20世纪50年代的计算机仿真大部分是以电子模拟计算机为主机实现的，在部分特殊应用领域内也有以液压机、气压机或阻抗网络作为主要模拟设备的。由于电子模拟计算机的精度较差等缺点，从70年代初开始，数字模拟混合计算机仿真得到发展。从70年代末起，以数字机为主机的各种各样的专用和通用计算机仿真得到了普及和推广。转贴于 由于高性能工作站、巨型机、小巨机、软件技术和人工智能技术取得了引人瞩目的进展，在80年代人们对智能化的计算机仿真寄予了希望，也在综合集成数字仿真和模拟仿真优势的基础上，设计出了在更高层次上的数字模拟混合仿真技术，在一些特定的仿真领域内，这种智能计算机仿真和高层次的数字模拟计算机仿真都取得了令人鼓舞的结果。80年代初推出了一些仿真机，SYSTEM10和SYSTEM100就是这类仿真技术的代表。90年代又开始了交互式仿真和虚拟仿真的研究并取得了一定的成绩。特别是近20年来，随着系统工程与科学的迅速发展，计算机仿真技术也得到了蓬勃发展，已经从传统的工程领域扩展到非工程领域，在社会经济系统、环境生态系统、生物医学系统、能源系统、教育培训系统等得到了广泛应用。

四、计算机仿真技术的展望

随着计算机应用技术和网络技术的发展，计算机仿真技术也在不断地发展。未来的发展主要有两个方向：

1.仿真技术的网络化

众所周知，现在已经开发研制出来的仿真系统有很多，它们不能互相兼容，可移植性差，实现共享困难，与开发的高成本、低效率、长时间不成正比，更不能充分加以利用。要想解决这些问题，首先要解决的是采用兼容性好的计算机语言来编写仿真系统，其次是采用网络化技术实现仿真系统的共享。尤其是后者，在将来的仿真系统开发中具有重要的意义。实现仿真系统的网络共享，不但可以在一定程度上避免不必要的社会资源的浪费，而且可以通过适当的收费来弥补开发成本的不足。

2.仿真技术的虚拟制造

计算机仿真技术发展的另一个大方向是在虚拟制造技术领域的深入应用。虚拟制造技术是20世纪90年展起来的一种先进的制造技术，它利用计算机仿真技术和虚拟现实技术的结合，在计算机上实现了从产品设计到产品出厂以及企业各级过程的管理与控制。这使得制造技术不再主要依靠经验，便可实现对制造的全方位预测，为机械制造领域开辟了一个广阔的新天地。

参考文献

[1] 王中鲜 MATLAB建模与仿真应用.机械工业出版社，2010。

篇6

关键词：虚拟仿真技术；土建类专业；高职；

作者简介：刘镇（1978-），男，大连职业技术学院讲师，硕士，注册一级建造师、造价师，研究方向为工程管理、工程造价。

中图分类号：G712

文献标识码：A

文章编号：1001－7518（2012）17－0034－02

一、虚拟仿真技术的含义

仿真技术，也被人称之为模拟技术，即用一个系统模仿另一个真实系统的技术。而虚拟现实技术则是在仿真技术的基础上发展而来的，当前仿真系统正在向虚拟环境的系统演变。虚拟现实技术和仿真技术作为对现实世界的模拟，都是基于模型而开展的，都是对现实世界尽可能的再现，因此，由仿真技术和虚拟现实技术两者相结合形成了虚拟仿真技术。

虚拟仿真技术是指运用计算机和专用物理效应设备，借助相应的系统模型，对实际的或假想的系统进行相关动态试验研究的一种新技术，具有可控性、经济性、快速性等特点，有助于解决抽象与实体之间相互联系的问题。

二、目前虚拟仿真教学与高职土建类专业教育的关系

职业教育是以就业为导向的教育，技能教育是职业教育的核心，同样职业教育信息化也要为职业技能服务，信息技术已经成为提高教育质量的重要手段。教育部《关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见》（［2006］16号文件）指出，要充分利用现代信息技术，开发虚拟工厂、虚拟车间、虚拟工艺、虚拟实验。

当前，建筑技术含量要求越来越高，不断呈现出结构多样、工艺复杂、施工难度加大等特点，这就需要教育和培养出更多的建筑技术人才，不仅能进行工程设计，而且具有较强的实践技术指导和管理能力。根据2010年统计，开办土建类高职学校达1099所、专业3423个、招生人数307412人。数据表明高职土建类教育不仅规模大、分布广，而且发展速度快。高职土建类教育在强调系统地设计基于学科系统性原则的理论教学体系基础上，应系统地设计基于工作过程化的实践教学体系。而虚拟仿真技术通过交互式环境、情景复现功能，实现对抽象概念的具体化，对传统教学进行革新的一种方式，能够很好的满足“情景教学”与“项目教学”需要。目前，虚拟仿真技术已在多学科领域的教学及实践中使用，并且虚拟仿真技术已运用于工程建设。这些都表明了在土建类教学中采用虚拟仿真技术是可行的、必要的。

三、虚拟仿真技术在土建类专业教学中的应用

（一）形象直观，利用情景教学

心理学指出：传统的课堂教学，学生一般只能吸收不到三成的内容，并且随着时间推移，所掌握的知识会逐步遗忘。[3]同时，研究证实：阅读到的信息我们能学习到10%；听到的信息我们能学习到18%，但所亲身体验过的事我们能学习到80%。毫无疑问，学习体验是最好的方式。土建类学科是一门技术复杂多样，设备材料繁多，实践性强的学科，在教学中需要学生有亲身经历体验。虚拟仿真技术通过虚拟现场情景，仿真施工工艺和过程等，充分调动学生的积极性。将学习目标与教学主题相结合，通过形象直观的方式让学生学习知识。在情景体验教学中，教师与学生更加的积极主动，使教学效果得到明显提高。

（二）提高学生空间想象能力

土建工程是将二维表现的设计图纸实现为三维的、立体的、复杂的建筑物。这就对学生的空间立体想象能力提出了较高的要求。但刚接触该专业的学生，总有想象不出或理解困难的感觉，以往授课中需要通过教师绘图、模型展示等，但效果一般。利用虚拟仿真技术，能够模拟出建筑物的建筑构造，能够真实展示建筑物的各个结点，空间布局、立体图形的生成过程。通过虚拟仿真技术能够使学生置身虚拟建筑空间内，从而对这些建筑空间的认识和理解更形象、更全面、更深刻。

（三）改进管理类课程授课方式

在土建类专业课程体系中，存在很多管理类的课程，这些课程突出特点是很难看到真实场景，甚至在学习中也不可能亲身经历，只能阅读到成果性资料。以工程招投标与合同管理为例，标书制作、合同签订，开标过程等，教学中很难体验这类过程的工作流程和内涵。虚拟仿真技术则能够虚拟相关情景，让学生在课堂中，分角色扮演，经历开标、评标、谈判这些工作，使学生得到充分体验，真实的领悟，从而有效的促进管理类知识转化，完成项目教学。

（四）促进实践教学

土建类专业的实践课程是非常重要的，对学生理解知识点，以及理论与实践相结合有着很强的促进作用。土建类专业需要的实训项目及设备种类数量繁多，各院校受资金、场地、安全教学管理等多方面的制约，很难具有全面的实践条件，而虚拟仿真技术利用自身优势，能够很好的促进实践教学。

第一，保证实训科目的质量，节约成本。为确保实践项目教学的效果，传统的实践教学模式需要巨大的资金投入及购置教学所用的设备，并且在教学过程中会消耗大量的材料，容易淘汰教学仪器和设备，因此很难满足教学所需。从教学资源全过程管理来看，虚拟仿真技术实践减少投入包括占地、建筑投入、设备投入、材料投入、指导教师投入，经过考察统计可以降低30%~80%。同时也降低实训污染（如粉尘实训、噪声污染等），而学生因为得到多次实践机会，效果也远远好于传统教学。

第二，容错功能强，可开展探究性实验。土建类专业实践存在较高的安全风险，尤其是学生到施工现场实训，而企业也为回避对安全事故的各种约束处罚而不愿意接收学生现场实训。为了防止意外事故的发生，通常是采取增加实训操作过程的相关约束条件来确保师生的安全。但限制的越多，与实践就越脱节，教学质量难以得到保障。虚拟仿真技术可引导学生积极在仿真实践中进行实训，不必担心出现任何以外的风险，保证实训安全性（设备安全、人身安全）。通过运用虚拟仿真技术，教师在教学中可以设置各种不同的故障等状态，“虚拟”不同的事故，学生通过反复试验，运用各种方式方法，分析问题、解决问题，在这方面实际实训是无法做到的。

第三，科学定量考核，与职业资格接轨。在土建类的实践项目的考核常常仅是一份报告（施工组织设计、合同、招投标文件等）或是实践指导教师根据学生在实践中的表现，依靠主观给学生评定成绩。而在虚拟仿真实践的软件中，可根据不同需求，设计不同性质的考试、考核方式。而虚拟仿真实践软件通过采取随机出题、海量题库、在线考试等方式，保证考试考核的公平、真实。从而实现了考教分离、分量一致，实现了以考试、考核额成绩来衡量教学质量、评价教学效果、评估学生的学习能力的可能性。

四、如何制作虚拟仿真教学软件

仿真教学软件的研制的总体过程基本上可划分为两大阶段，即教学设计阶段和软件制作阶段，如图1所示。

虚拟仿真教学软件制作是一项复杂的项目管理工程。编制适应高职教育的虚拟仿真软件要把握以下几点:

（一）树立职业教育理念

教学设计应以教育科学的观点和方法为指导，按照职业教育额教学目标、教学内容、教学对象的特点等，结合国家相关职业（工种）标准，优化教学软件的系统结构与模块设计，并选择适当的媒体信息，使其在系统中得到有机结合，以实现课程与实训的教学目标。

（二）创作团队进行脚本编写

脚本作为仿真教学软件的第一关，事关教学实训内容的正确性与科学性，贯穿于脚本编写之中的教学设计，决定了教学软件的生命。

土建类虚拟仿真软件脚本通常由具有丰富教学与实训经验并了解现代教育技术的人来编写。因此，需要组成专业教师、现场工程师、教育技术专家组成的创作队伍。脚本创作中的整体结构要依据研制大纲的要求进行，除了在保证科学性的前提下，重视教学实训项目、任务、技能点、操作步骤的设计，重视文字符号图形的标准化外，还要格外重视屏幕设计，重视交互性设计，重视操作工艺、安全规范等方面的设计。

（三）素材制作要保证质量

素材不仅是构成教学软件的基本单元，也是教学软件完成系统合成的重要前提与基础。素材的制作（包括三维建模）是制作环节中耗费时间最多的环节，据统计，素材制作将占用70%~80%的制作工作量，因此，素材制作是数字化教学资源开发的重心，是制作的重要环节，是制约开发周期的主要环节之一。土建类虚拟仿真软件中的素材要实物、现场场景严格匹配，这样就能保证软件的质量，防止给后期合成带来隐患。

五、虚拟仿真教学与实操教学之间的关系

（一）互补关系：实操教学不能实现的，利用仿真教学可以实现。

（二）融入关系：—份完整的现代化的教学方案，必定是仿真教学与实操教学的完美融入的方案。

（三）顺序关系：一般情况下，仿真教学在前，实操教学在后。

（四）不可替代关系：仿真教学与实操教学，二者不可替代。

（五）随着计算机技术快速发展，仿真教学对实操教学的互补作用会越来越强，同时，实操教学对虚拟仿真教学的依赖程度会越来越高。对于实操教学的设备，有与虚拟仿真系统实现一体化的趋势。

六、结束语

从微观层面看，高等职业教育是以技术人员的职业劳动为导向的，是产生于技术人员的能力、知识和素质，是一种专业劳动。因此，作为高职土建类专业的教学，应以生产目标为导向，有针对性地对学生进行体验式教学。应该通过虚拟仿真技术和赴实地现场进行教学，在课本之外给学生更生动易懂的知识，并通过虚拟的或者真实的实验、实训、实习等实践教学培养具备较高的知识、能力和素质等综合性的高端土建专业技能型人才。

参考文献：

[1]吕爱民，项秉人.生态建筑的数字化构建[J].新建筑，2005（6）：7-9.

篇7

计算机仿真主要是利用计算机技术和应用领域有关的专业技术，通过建立研究系统的数学模型，进而在计算机上对系统进行实验分析和研究的一门技术。因此，该门课程是一门解决实际问题、实践性强的课程。目前，大部分院校对该门课程的讲授主要围绕计算机仿真的概念、方法和技术来开展的，而在系统分析、系统建模、仿真计算、仿真结果分析等方面的讲解还存在薄弱环节。从教学内容来看，主要存在重理论分析，轻仿真实验；从教学过程来看，还存在重课堂教学，轻实践环节的现象。为此，应加强计算机仿真技术课程实验教学方法的研究，突出系统仿真建模分析实验，建立仿真实验的内容体系，强化仿真实验过程管理，以达到提高学生在计算机仿真技术领域的运用能力。仿真实验的内涵就是针对仿真实验对象，建立仿真实验模型，利用计算机技术，在计算机上开展仿真运算与结果分析的一种实践活动。单纯的课堂理论教学一般缺乏主动获取知识的能力，缺乏对所学知识的深入思考和实际动手能力的培养，缺乏发现问题、灵活运用已有知识解决实际问题的能力。而实验环节能在很大程度上弥补这种教学方式的不足，尤其是计算机仿真技术这门课程，具有系统针对性强与实际结合紧密的特点。因此，在计算机仿真技术课程的教学过程中，重视仿真实验课程建设，加强学生实验环节的教学和训练，已经成为本门课程改革和创新的一个重要内容。

1仿真技术实验课程的目的、分类及特点

计算机仿真实验课是掌握计算机仿真技术和仿真技能培养的重要环节，是开展科学实验、科学研究和工程应用领域能力培养的重要课程之一。开展计算机仿真实验课程改革，需要从实验内容设置、实验教学管理、实验课程评价等几方面入手，以达到实验课程提高学生实践能力和创新能力的目标。计算机仿真技术的教学内容通常分为连续系统仿真和离散系统仿真两个方面，因此，仿真技术实验可分为连续系统仿真实验和离散系统仿真实验。另一方面，按照仿真的作用和目的来分，仿真技术实验领域也可分为三种形式。一是系统设计仿真实验，即对尚不存在的假象系统开展仿真实验。通过仿真实验，来观察系统设计的各项性能参数。二是仿真对象的系统分析仿真实验，即对已有系统进行仿真实验。针对存在的已有系统，构建系统模型，通过仿真实验以观察和分析系统，来了解和掌握系统的变化规律。三是系统模拟训练仿真实验，利用现代虚拟现实技术或半实物仿真技术，构建训练系统的操作训练模型和模拟训练仿真环境，为系统的操作人员提供模拟训练的实验平台。根据仿真技术实验的目的结合计算机仿真技术课程要求，仿真技术实验课程具有以下特点：一是系统实验对象的针对性。仿真实验必须针对某个具体的对象或系统开展仿真实验活动。如一个控制系统的仿真实验，应从该系统的数学模型入手，明确数学模型中各参数的含义和参数之间的物理关系，以此开展仿真实验才具有针对性，而不能笼统地给出一个仿真计算的式子，不加分析就开始进行仿真计算。二是仿真实验模型的有效性。仿真实验模型是仿真实验系统的一种抽象，与实验系统和内容结合紧密，学生应从掌握仿真系统原理的基础上，建立有效的、可计算的仿真实验模型，以便开展仿真实验教学活动。三是仿真实验过程的完整性。仿真实验过程包括系统建模、仿真建模和仿真实验等过程。从仿真实验对象或系统入手，对仿真实验目的，建立仿真实验系统的数学模型，利用掌握的仿真软件或熟知的仿真实验环境，将数学模型转换成仿真计算模型，开展仿真实验，最后对仿真实验与仿真结果进行处理分析。四是仿真实验环境的可操作性。仿真实验依赖于仿真环境与仿真软件，不同的系统、不同的仿真模型，需要在不同的仿真环境下进行。仿真实验环境与仿真软件，有通用计算机程序设计语言，如C++、VB等；有数学计算能力较强应用软件，如Matlab；有针对离散事件系统仿真软件，如GPSS。还有针对不同领域的专业性仿真软件，如流体工程仿真计算软件Fluent，机械设计与虚拟样机仿真软件SolidWorks、Pro/E和UG等。因此，仿真实验的开展应根据仿真实验对象，仿真实验目的和要求，选择正确的仿真实验环境和仿真软件。

2仿真技术实验课教学体系建设

仿真技术实验课程教学改革涉及教学内容，教学体系、教学方法等多个方面。在教学内容上，应紧密配合仿真技术课堂教学要求，合理安排仿真实验项目。如在连续系统仿真方面，应针对仿真对象的微分方程、传递函数、状态空间和结构图等不同模型开展仿真实验，以了解不同模型表示方法的仿真技术。在仿真实验教学体系方面，要结合相关专业对不同仿真技术的要求，有针对性地选择仿真对象。即从建模表示、模型处理、仿真算法设计、仿真结果分析等方面，设置仿真实验案例。在实验教学方法方面，要加强仿真实验前学生的实验准备，以及熟悉仿真实验环境、做好仿真实验过程记录、仿真实验结果处理和分析等方面的工作。

2.1仿真实验课程体系建设

计算机仿真技术属于一门应用类型的课程，课程涉及大量的数学知识，理论性强，同时还蕴含着大量的工程性知识。因此，该门功课的建设与改革要突出工程性和应用性，要注重理论与实际的结合。作为一门实验课程教学体系的建设，主要涉及该门课程的教学目标、教学内容、教学管理与考评、教学过程实施等多个方面。另一方面，计算机仿真实验主要是在计算机上完成，在教学体系建设方面，还要注重学生计算机应用能力和软件编程能力的培养。

（1）实验课程教学目标计算机仿真技术课程的设置目的，是使学员掌握计算机仿真的有关概念、原理和方法，学会利用计算机仿真技术，针对各自研究方向与领域，培养学生开展系统分析、系统设计、系统运用的能力，以及能独立开展实验研究，解决科学研究和工程应用领域中出现的问题。培养学生的计算机仿真思维，提高学生使用计算机仿真理论和技术从事科学研究的能力。

（2）实验课程教学内容计算机仿真技术课程涉及的领域较为广泛，从仿真技术体系来看，课程内容主要包括相似理论、建模理论、建模方法、仿真算法、仿真语言、仿真工具，仿真实验、仿真数据处理与仿真VV&A等。从仿真知识体系来看，课程除涉及大量基础数学知识外，还涉及系统、模型与仿真的概念、方法及分类，连续系统建模与仿真方法，离散事件系统建模与仿真，分布式系统仿真、面向对象建模与仿真技术，虚拟现实技术与仿真等。这些都为如何确定仿真实验内容提出了挑战。为此实验课程内容安排上，我们提出了单项仿真实验与综合仿真实验的解决思路，围绕能力培养选择实验课程内容。通过单项仿真实验让学生掌握重要的知识点，通过综合仿真实验让学生掌握仿真技术的系统知识和仿真技术综合运用能力。其中，单项实验内容包括：系统建模实验，仿真工具运用实验，仿真系统运行实验，仿真数据处理与可信度评估实验等。综合仿真实验主要包括连续系统仿真实验，离散事件系统仿真实验，先进系统仿真实验，虚拟现实仿真实验等。

（3）实验组织实施与管理仿真实验教学过程的组织实施与管理，既要遵循实验课程教学规律，又要突出实验课实践能力和创新能力的培养。在给学生讲解熟悉实验环境、理解仿真对象和仿真目标的基础上，让学生参与实验前准备工作，参与实验方案与计划的制定。根据仿真实验特点，由学生独立或与实验小组完成整个仿真实验过程，重视实验过程中出现问题的分析与解释。让学生在完成实验的同时，还要对实验过程进行总结，提交仿真实验后的体会等。在实验安排方面，加强与相关课程内容的同步结合。在实验学时方面，突出课堂实验与课后拓展实验相结合，即单项仿真实验可在较短的时间内完成，主要安排在教学课程的学时内。对综合性仿真实验采用开放式实验，在制定完实验方案和计划后，可让学生灵活安排时间去完成实验。在实验课程的考核管理是实验过程也是教学过程的重要一环，应加强实验课程的过程考核，通过考核方式的改革，督促学生自觉开展实验活动，达到开设仿真实验课的目的。考核成绩可以按学生的仿真实验准备情况，实验完成质量，实验过程表现与实验报告质量等内容进行综合评定。

2.2实验课教学方法改革

实验教学既是教学活动，又是实践活动。要突出学生的能力培养，也要突出思维能力和科学精神的培养。实验课教学可以采用任务驱动、过程开发的教学模式进行，即在明确仿真实验任务的基础上，由学生自己制定仿真实验任务的计划和方法，编写如何做好仿真实验的准备工作条目，提出每项仿真实验的思路和注意事项，并将这些内容作为仿真实验课成绩的一部分。在这种教学模式下，还要注重以下三方面的工作。

（1）重视仿真实验准备工作仿真实验准备工作是开展仿真实验的前提。仿真实验准备工作包括仿真实验对象的认识和理解，仿真实验目的，制定实验工作步骤以及熟悉仿真实验环境、仿真语言和仿真工具等。要针对仿真实验的对象或系统，让学生查阅相关资料，了解对象和系统的特性，为下一步模型的建立奠定基础，同时，作好仿真实验前的数据收集与准备工作。

（2）强化仿真实验建模分析模型是研究对象或系统的抽象，也是仿真实验的基础。仿真模型的建立是按照一定的目的对所要研究的对象或系统进行抽象的过程。没有正确抽象和描述的仿真模型，就无法开展正确的仿真实验。对于连续系统或离散事件系统仿真建模来说，通常需要根据对象的物理特性，变量特征和仿真实验的目的等开展系统实验建模分析。模型分析主要包括模型的使用对象，模型假设条件，模型内部要素的作用机理，模型简化，模型的表示方式，以及输出结果形式等。建模分析不仅能锻炼和提高学生面向问题的解决能力，同时还可以培养学生逻辑推理能力和科学的思维方式。

（3）突出仿真实验技术应用仿真实验技术主要包括仿真实验设计，仿真算法设计，仿真实验数据处理与分析等。这些仿真技术的应用对提高学生的创新能力、实践能力和探索热情有着重要作用。仿真实验设计主要是制定仿真实验方案，包括编写实验目的，实验步骤，实验初始条件设定等。仿真实验算法设计是一项具有挑战性和创新性的工作，在这一方面要充分让学生去阅读相关文献，为仿真实验设计高效、正确的仿真算法。同时，在算法设计时还要考虑到仿真实验环境，仿真实验环境包括仿真所用的软件和硬件等。在此教师主要给学生以引导和提示，让学生熟悉相关的实验环境，摸索和掌握各种实验工具的应用。在此基础上，再让学生编写仿真实验程序、设计计算步长等相关仿真计算工作。仿真实验数据处理与分析是仿真实验的重要组成部分，让学生掌握常用的数理统计的方法进行实验数据处理与分析。同时，还要通过仿真实验，教会学生对仿真对象变化规律如何做出合理的估计和判断的方法，以达到实验的目的。

3仿真技术实验课教学案例

以连续系统仿真为例，对起重机吊运系统特性开展研究。利用起重机吊运系统仿真实验，进一步阐明仿真技术实验课程教学方法的运用。

3.1仿真实验前准备

在实验准备阶段，首先要认识仿真对象，弄清仿真对象的系统组成，即系统是有哪些实体对象构成的，系统中各个实体的参数属性，系统内部实体之间的作用机制等。在本案例中系统由起重机小车、钢丝绳和吊运的货物构成。其次，是要明确仿真实验的目的，即起重机小车的移动速度、吊绳长度和货物质量等相关参数，对吊运时货物摆角的影响。三是系统抽象，对系统中无关的因素进行简化，如忽略吊运时吊绳长度变化、风速和前后摇摆等影响，以降低系统建模的复杂性。四是收集实验所需数据，为系统建模做好准备，如货物的质量、吊绳长度等。

3.2实验模型建立

根据上述准备工作，利用运动学和动力学的相关知识，结合仿真目的建立仿真实验对象的数学模型。在建立模型时，首先考虑模型的初始状态，给出了初始条件下的参数和方程。其次，考虑货物吊运时的摆动，即在某一摆角下的系统状态，以此建立该状态下货物吊运摆动角度与货物质量、吊绳长度和吊运速度之间的计算关系。这样就为下一步的计算机的仿真计算奠定了基础。建立的起重机吊运货物时的数学模型。

3.3仿真实验

根据上述的实验模型，开展仿真计算。仿真计算可以采用通用程序设计语言，如C语言，也可采用数值计算和科学分析软件Matlab来完成。对于Matlab软件来说，即可采用M文件编程方式，也可利用SimLink方式进行交互式仿真。因此，在这一阶段要鼓励学生积极动手，独立思维，利用不同状态下的参数计算开展系统的仿真实验。

3.4仿真实验结果分析

仿真实验结果分析就是对仿真实验计算的数据进行综合分析，获取系统的相关信息和实验结论，达到仿真实验分析的目的。在计算结果分析时，要让学生观察多组输入输出数据对系统的影响，来进一步认识系统。如在吊运过程中，通过修改吊运货物的质量，吊绳的长度和水平运行速度，来计算和观察吊运摆角的变化，以此来达到认识起重机吊运系统的性能和变化规律。

4结束语

篇8

关键词:土木工程;仿真技术;实习实训;应用

实践教学是对教学理论的进一步加强，学生在此过程中也能够有效提升自身的创新精神与动手能力。过去大众化、讲学式的教育体系对实习实训的认识不够，因此很多学生面临毕业之后找工作难的窘境。通过加强实践教学、推动创新教育的方式，能够有效提升学生的综合素质，为现代社会培养更多实用型人才。

一、土木工程施工实习实训教学中仿真技术的问题

在我国有很多高校的土木工程专业在教学时依然没有创新，还是在按照已经过时的模式进行教学，虽然也涉及实习实训内容，但效果不佳，并且基本上只是流于形式，实际效果有限。通常高职院校会有近一年的实训期，在这么短的时间内是很难进行施工实训的。即使在训练过程中采用集中分散结合的方式，但施工效果仍旧不理想。由于单一教学模式的限制，并且对教学和实训的安排缺乏合理性，实训教学通常难以发挥应有的作用。进行实训教学存在以下几个问题:第一，不重视实践教学的重要性;第二，对课程体系的设置缺乏合理性;第三，缺乏实训教学资源;第四，缺乏足够的实训教学时间。

二、土木工程施工实习实训教学中仿真技术的实现

(一)虚拟场景建模

通过仿真设计软件能够设计出具有实际价值的虚拟场景，制作方法为:第一，用摄像头拍摄现实场景，然后利用仿真技术对所得影响进行全景图合成设计;第二，通过程序设计语言和编程软件生成场景［1］;第三，使用仿真设计软件制作虚拟三维场景。以上步骤需要用到的主要软件有3DSMAX软件和VRML软件，结合两款软件的使用方法为:首先，制作场景贴图、动画、造型等;其次，将场景导出至VRML;最后，修改源程序代码，添加所需文件，并进行相应操作。

(二)实现物理建模

通过Export命令，对建模得到的max文件进行导出，导出后的文件为wr1文件，然后对导出的文件进行建模。这一过程可以通过VRML的传感器节点完成，同时通过事件及路由器实现。

(三)实现行为建模

以Script节点定义及改变场景对象的外观及行为，当Script节点开始初始化，某个程序脚本就会被调用。该事件在VRML场景中会被检测出来，并传递至JAVA，通过JAVA对其作出相应的响应，也可以进行反向传递。

(四)构建网络系统

虚拟的仿真教学环境可以对网络中的信息资源进行高效利用，确保实训教学具有动态有效性。例如Flashmx等工具能够进行在线虚拟实习活动，具有十分广泛的教学覆盖面，在当前常用的辅助实训教学工具中，最具发展前景。通过信息技术能够建立远程服务系统，实现对虚拟仿真实训教学的系统资源共享，这也是虚拟仿真教学系统未来进展的主要方向之一［2］。利用虚拟仿真实训教学系统能够给学生提供大量学习资料，保证学习效率和学习效果。网络虚拟实训可以运用web三层结构建立B/S架构的虚拟仿真实训教学体系。

三、土木工程施工实习实训中应用仿真技术的方法

(一)在教学中建立规范化的仿真技术

虚拟仿真技术具有人机互动的特点，娱乐性强并且能够形象直观地表现画面，有助于学生的记忆同互联网联系，能够营造出逼真的场景，增加体验乐趣。在学生开始土木工程施工实习的后，采用标准化的虚拟仿真技术能够在很大程度上激发学生的学习兴趣，从而提升其学习主动性，而这一点，在传统的教条主义教学模式下是难以实现的。通过规范的仿真模拟技术，能够很好地重现施工场景，使学生完美地融入其中。

(二)在教学中安全控制仿真技术实施

仿真技术通过虚拟成像的方式营造一个看起来真实的环境，但由于其特有的虚拟性，因此情境知识看起来和真实环境无异，但却很好地避免了真实环境中才会出现的各种危险因素。学生可以在课堂中融入真实的施工环境中去，在实践中应用理论知识，在虚拟的环境中对施工过程进行安全控制操作，即使存在不规范问题或其它缺陷，由于不具有危险性并且并非真实，学生仅仅会感觉到紧张，但并不会造成危险和损失。虚拟仿真技术能够加强学生规范化管理建筑施工流程，提高施工的安全水平，降低事故发生率。

(三)重视仿真技术的设计及师资培养

在教学中引入并应用仿真技术，也是加强土木工程师资力量的重要因素。土木工程是一门以实践为主的专业，培养的也主要是实用型人才。因此无论是学生还是教师，都需要具备一定的施工经验，才能在将来的工作或教学活动中，占据主动。教师在进行仿真技术实训之前，应首先做好完善的准备工作。在实现实践教学的科学化和精细化规划设计过程中，教师也应具有一定的创新能力。另外，学校方面也可以积极引入或自行开发一些具有实训价值的综合仿真技术的土木工程实习软件，充分满足学生需求。

(四)在实习开展前做好充分准备工作

在开展实训之前，教师会根据实习的基本纲要给学生安排各种实习任务，此外土木工程专业教师也会专门给学生安排一些工作，学生需要根据自己实习的内容做一份答辩论文。这种方法有助于培养学生总结施工实践经验的能力并培养学生养成良好的团队意识。并且表现优秀的学生所上交的论文内容也能够为教师日后教学水平的提升打下良好基础，教师也能从中找到各种有价值的案例以供教学使用。

结束语

土木工程施工实习实训是非常有必要的，这也符合其侧重实践应用的专业特点。在实训中应用仿真技术，学校在降低成本的同时，也能够很好地培养学生的实践能力和创新能力。

参考文献

［1］周国恩，梁鑫，周雨等．基于仿真技术在土木工程施工实习实训教学中的探索与实践［J］．教育教学论坛，2013，(28):197－198，199．

篇9

关键词： 虚拟仿真 家畜解剖学 三维模型

1.引言

家畜解剖学是农业类高等学校动物医学专业的专业基础课，本课程主要讲授正常家畜、家禽的形态、结构、器官的位置关系和发生发展规律。本课程的特点是名词众多、结构复杂，对于首次接触动物医学专业的学生来说学习起来比较困难，不知道应该怎样学习。传统课堂讲授方式难以满足现代化教学发展需要，虚拟仿真技术正逐渐应用到各专业教学课程中，对教育行业产生了巨大影响。

2.虚拟仿真技术的优势及其在医学教育中的应用

虚拟仿真技术是用计算机虚拟场景逼真地模拟现实世界事物的技术，涉及计算机图形学、人工交互、人工智能和传感技术等。具有真实性、交互性和沉浸性的特点，逐渐成为现代教育技术领域的热点，应用于不同专业教学过程中。随着计算机技术的发展，虚拟仿真技术在人类医学上得到了广泛应用。虚拟仿真技术打破了传统实验空间和经费的限制，在充分保证教学效果的基础上，不仅节约了实验成本，而且大大提高了学生的学习兴趣。使学生通过虚拟场景的人机交互，由视觉、听觉、触觉等手段获取场景的反应，通过学生自我组织，制订并执行学习计划，进行自我评价，开展适应式学习。很多高校、科研院开发了人体解剖虚拟仿真实训平台、虚拟动画、三维网络课程等应用于理论和实践教学，充分发挥了现代教育技术的优势，提高了教学水平。

1989年美国首先开展了“可视虚拟人”的计划，并于1994年完成世界第一例男性“虚拟人”数据采集，1998年完成女性虚拟人数据采集，共采集到56GB的数据。随后，韩国“可视韩国人”项目于2000年完成第一例韩国人标本的数据采集；2003年，钟世镇主持的“虚拟中国人”项目完成中国人体数据的采集工作。以这些虚拟人数据集为基础，对人体器官进行了三维重建，精细逼真的三维结构为人体解剖学提供了大量素材。基于虚拟人体数据集产生了很多人体解剖三维虚拟仿真实验平台用于人体解剖学教学。在仿真平台上可以对人体结构进行任意角度旋转、缩放、标注等操作。便于教师教学及学生学习和课后复习。2010年10月在上海世博会期间，瑞典首次向公众展示了代表先进医学虚拟仿真技术的“虚拟解剖台”。此虚拟解剖台数据来源于人体的磁共振（MRI）和CT成像数据，利用计算机处理将这些数据从二维平面图变成真实感极强的三维模型，将人体内部的精细结构完整地展示出来。这款虚拟解剖台可用于人体解剖学教学，学生用手指通过触摸屏进行人体器官操作，能完整地展示骨骼、血管、肌肉等的不同形态，还可以移除或添加内脏器官、血管、神经等结构，从而理解各器官的形态结构和相互位置关系。

3.虚拟仿真技术在家畜解剖学的应用现状

家畜解剖学是一门实践性很强的学科，家畜的器官标本、模型等教学材料在本课学习中有重要作用。但是近些年随着招生规模扩大，一般理论授课时学生人数较多，不能发挥标本、模型的作用，学生只能在实验课上观察标本、模型。虚拟仿真技术在家畜解剖学中的报道较少，由于数字人的数据采集方法投资巨大，过程复杂，需要多领域专业人员合作完成，目前还没有完整的大家畜（牛、马等）虚拟解剖系统。很多科研机构利用数字人的数据采集方法对猪、兔、小鼠、大鼠等动物进行了数据采集和虚拟仿真工作。Maierl等在1999年报道了第一例“可视化狗”，但其数据不完整，没有四肢部分的结构，而且图像不精细。2005年9月，重庆理工大学、第三军医大学和重庆市畜牧科学研究院共同完成了世界第一例“数字可视化猪”数据集的采集工作，图像质量比较高，能够清晰显示内部结构[1]。2014年，连国云[2]采集完成了“数字化新西兰兔”的数据集。但是对于家畜解剖学重点讲授的牛、马等大家畜，还没有虚拟解剖数据集的报道。主要原因是牛、马的体型比较庞大，采用数字人运用的冷冻铣削设备无法完成铣削，牛、马等动物只能采用其他方法建立三维模型，虽然这些模型不如冰铣削得到的数据精确，但是仍然能够在家畜解剖学教学中发挥巨大作用。苏杨生[3]等报道了通过3D Max软件建立了牛的椎骨模型，并建立了交互程序，学生可随时随地进入程序观察解剖标本。张蕾[4]等采用Photoscan软件对动物头骨进行了三维重建。付大鹏等[5]采用三维激光扫描仪获得了动物股骨的三维点云数据，进行三维重建，得到了股骨的三维模型。以上研究成果为虚拟仿真技术在家畜解剖学中的应用提供了思路和教学资源。

4.虚拟仿真技术在家畜解剖学的应用前景

虚拟仿真技术在家畜解剖学及相关专业有着非常广阔的应用前景。三维模型能够形象清晰地展示动物的解剖结构和器官的相互位置关系。虚拟仿真技术的应用能够将理论授课中教师采用图片、照片等素材难以描述清楚的概念、结构给学生以感性认识，能够加深学生的理解程度，帮助学生学习和记忆。虚拟仿真技术的应用能够将抽象的结构变具体，使枯燥的概念形象生动，提高学生的学习兴趣和主动性，突破传统解剖学实验空间和时间的限制，学生可以通过网络自由地学习，方便自学。综上所述，虚拟仿真技术能够将家畜解剖学的抽象教学内容形象地展示出来，提高学生的学习积极性，使学生由被动接受转变为主动学习，极大增强家畜解剖学教学效果。

参考文献：

[1]张建勋，徐凯，邱宗国.世界首个三维可视化的数字猪.重庆理工大学学报（自然科学版），2011，（03）：69-73.

[2]连国云.数字化新西兰家兔的三维结构重建研究.计算机光盘软件与应用，2014，（12）：24-26.

[3]苏杨生，宋斯伟，李颖，等.牛骨骼模型三维数字化重建.黑龙江畜牧兽医，2015，（09）：249-250.

[4]张蕾.动物骨骼三维重建的探索.四川文物，2014，（06）：81-83.

篇10

关键词 单片机开发；仿真技术；应用；电子琴系统；软硬件协同仿真

中图分类号TP39 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）56-0180-01

0 引言

目前，单片机正以高集成度、高可靠性，体积小、控制功能强，低电压、低功耗，便于生产便携式产品、性价比高等优点广泛应用于人们生活的各个领域。现如今，单片机的开发应用越来越受到重视。在单片机的开发应用中最突出的就是仿真技术，在开发过程中使用软硬件协同仿真技术，模拟整个系统，能够达到降低设计风险，节省开发时间和费用的目的。

1 单片机仿真技术综述

单片机是采用超大规模集成电路技术把中央处理器、随机存储器、只读存储器、定时器等功能集成到一块硅片上而构成的功能完善的高集成计算机系统。现如今它的开发应用已引起人们的高度关注和重视。虽然单片机技术的发展极大地推动了电子、计算机、通信等行业的飞速发展，成为当前科研和教学中的热门技术。但是在单片机开发过程中，由于原理设计完成后需要反复调制电路，往往会增加单片机的开发成本，成为推广单片机研发的最大障碍。

近年来，计算机仿真技术已取得了突飞猛进的发展，这在一定程度上，也促成了单片机仿真技术。计算机仿真技术是一个多学科综合技术，基于计算机的工具，通过建立模型来模拟，数据处理分析，核查程序，使用真实的测试环境系统的动态仿真模型。它具有高效、安全、受环境约束较少的特点。而软硬件的协同仿真计算机仿真技术作为一个非常独特的应用程序的分支，近年来得到迅速发展。它主要是在最终硬件没有准备好之前就进行软件和硬件的协同验证。可以通过软件和硬件的协同仿真技术的使用对虚拟模型进行早期调试，并提供了一个虚拟平台软件调试，从而对整个系统包括硬件在内，进行功能验证，为准备硬件平台大大节省了时间。

可以说，软硬件协同仿真技术的出现为单片机开发应用提供了一个很好的发展平台，具有十分重要的推广价值。

2 仿真技术在单片机开发中的应用分析

目前，软件和硬件协同仿真技术对于低级别的模拟研究还比较完善，一般的模式是软件调试环境、微处理器模型和硬件协同仿真RTL描述。在正常情况下，软件环境和硬件环境有其自身的控制接口，通过一个总线周期由处理器和硬件交互发起的系列软件。笔者在这里以电子琴的开发为例，介绍了软硬件协同仿真技术在电子琴系统中的应用。主要是采用伟福单片机仿真器模拟电子琴，以实现单片机软硬件同步仿真。

2.1 系统总体设计

在电子琴系统中，仿真板作为硬件仿真和调试界面，单片机仿真软件负责系统执行、单步执行、监控断点、内存和寄存器数据返回给硬件仿真板时产生和捕获、内部功能模块的运行等功能。电子琴系统的设计应包括AT89S51单片机、矩阵键盘、音频模块和显示模块。其主要目的是在该系统的硬件和软件设计的前期验证其正确性和性能效率。

2.2 AT89S51单片机设计

AT89S51单片机，其中有40个引脚，4K字节闪存芯片上的程序存储器，128字节的随机存取数据存储器，32个外部双向口，五个中断优先级嵌套中断，两个16位可编程定时计数器，两个全双工串行通信端口，WDT电路，片上时钟振荡器，低功耗、高性能的8位芯片。芯片兼容标准MCS- 51指令集和80C51引脚结构，使用高密度，非易失性内存技术，可为许多嵌入式控制应用提供具有成本效益的解决方案。

2.3 矩阵式键盘结构设计

由于电子琴系统的按键数量较多，所以在本系统中将按键排列成矩阵形式。与直接连接式键盘结构相比，虽然矩阵式键盘结构要复杂些，识别方式也要复杂些，但它却可以提高端口利用率。每个键的行和列，行线和列线通过电阻器的功率连接，每个键的状态将成为数字“0”和“1”。输出端行线，没有按下按钮时，产量高，意味着没有键按下列线输入连接到芯片，一旦按下一个键，在输入端电压低，这种阅读状态输入线可以告诉一个键是否被按下，能够大大提高系统的性能。

2.4 音频模块及显示模块设计

AT89S51的定时器使用音频脉冲，每个反向输出脉冲的时间，到时候再反向，因此产生了各种不同频率的脉冲信号后，蜂鸣器发挥出来，我们可以形成一个优美的音乐，因而就形成了电子琴系统的音频模块。另外，将AT89S51单片机的P2端口的P2.0～P2.7连接到一共阴数码管a－h的引脚上，可以实现电子琴系统的显示模块，能够在数码管上循环显示数字0～9。

总之，单片机仿真技术由于考虑到软件的实际情况，模拟运行验证可以更真实的应用环境，系统设计更容易早期发现问题，避免设计错误，克服芯片的开发成本高的缺点。模拟整个系统的软件，可以降低设计风险，同时节省了开发时间和开发成本，在运行过程中，硬件连接和硬件仿真器是同出一辙。

3 结论

综上所述，软硬件协同仿真技术的使用，微控制器硬件将能够不仅不需要模拟的全部功能，而且还能提高一个成功的系统设计信心。也就是说，软硬件协同仿真技术可以方便系统设计调整，可以在设计前期评估性能，方便软硬件的检测。可以说它在单片机开发中表现出来的卓越的仿真能力使其成为当前最好的仿真工具之一，由此可见在单片机开发中仿真技术是一个十分值得推广的技术。可以预言，随着科学技术的不断发展和计算机仿真技术的日益完善，单片机仿真技术定将得到更加广泛的应用，最终实现单片机开发应用的最大效益。

参考文献

[1]王卫东，孙福玉.浅谈计算机仿真技术[J].赤峰学院学报，2006(2).

[2]刘娜，孙美英，赵英.如何提高单片机开发水平[J].科技信息（机械与电子），2007(21).