虚拟仿真技术特点范文

导语：如何才能写好一篇虚拟仿真技术特点，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。

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【关键词】虚拟仿真技术 高职机电 教学应用

虚拟仿真技术在实际训练教学过程中有明显优势，能够保证学生得到充分的锻炼和培训，在机电专业教学中引入仿真技术，还可以使原料、设备和工具等做到节约，降低操作能耗和环境污染，还能避免设备的损坏。虚拟仿真技术不仅不会对操作设备造成严重损害，也不会对操作人员的失误造成伤亡。虚拟仿真技术在高职机电专业中的应用在本文中还会有进一步分许和阐述，供高职院校参考。

一、高职机电专业教学面临的困境

高职学校在学术实际训练方面的设施设备部完善。当前，各个高职学校大都面临着硬件资源不充分，教育经费不足的情况，没有能力购买更多的实际训练实验器材和场地。面对这种情况，高职机电专业应该通过计算机虚拟仿真技术的使用替代实际操作，这样既能保证学生的锻炼，达到实验的效果，还不至于浪费资源，污染环境。

实际训练场地开放过少。场所开放太少，高职院校作为面向社会，用人单位和学生的服务单位，主要是开展科研和培训等业务，但是却受训练场地的约束，开放时间不足以满足社会和学生的需求。学生很难有足够的时间到实验室进行训练，影响了学生的动手实践能力的提高，目前的高职学生，使用电脑已经得到普及，通过虚拟软件的运用，能够让学生即使不到实验室也能得到实验训练。

高校在实验设备和器材上的维修和保护都需要一笔不小的经费。硬件设施很容易损伤，而且高额的维修费用学校不一定负担得起，而设备又必须经过多次的实训耗材，为实训带来了沉重的代价，并加大了实验室管理人员的压力。通过虚拟仿真技术的利用，不但不用维修设备，还能为实验训练节省许多实验耗材。

二、在虚拟技术的使用下构建虚拟实验室

课堂教学和实验中仍然存在很多问题：首先，当前的教学仍然存在理论教学为主的情况，实验实习只是作为教学辅助；其次，学生的实验操作存在问题，受场地和时间的限制，学生只有在上课时间才可以实验室，平常几乎没有时间和机会进行操作锻炼；最后，实验设备不足以满足学生在实验上的需求，硬件设施落后，且维修成本高。虚拟仿真技术主要为了提高学生的技术操作能力，有构想性、交互性和多感知性的等特点，有利于教师开展实训教学和专业训练，在解决高职教育的就业和实习方面具有重要意义。

目前，大多数课程都能通过虚拟仿真技术得以实现实验教学，建设虚拟仿真实验室能够降低高职学校的办学成本，并促进虚拟仿真技术和有关人才的发展，在解决教育资源匮乏上有十分重要的理论现实指导意义。高职院校在引进虚拟仿真技术时需要结合本校实际情况，创设仿真资源，合理选择，不同的高职院校针对机电专业的教学内容，就业定位等不完全相同，市场上的虚拟仿真软件不可能面面俱到，因此，应该扩宽引进渠道，为虚拟仿真技术的购置要选取多种方法，建立仿真资源，在教学上为机电专业提供支持和帮助。

三、虚拟仿真技术在高职机电专业教学中的运用

弥补设备不足的问题。保障实训教学的完成，并节省成本的使用。为使实践教学项目的效果得到彰显，过去落后的实践教学方法急需一笔巨大的资金，投入到教学设备的购买和置办方面，而且在教学过程中很容易消耗大部分原材料，传统的设备和仪器都将被淘汰，不能适应当前的教学需要。站在教学资源的情况来说，虚拟仿真技术实际上减少的资金投入总共包括占地面积、建筑、设备、原材料和教师等方面，据考察，大致能够降低3/10-4/5。还能减少实训带来的环境污染，让学生在良好的环境下学习，得到实践，提高教学效果。

替高职院校节省出一笔不小的经费。信息技术的迅速发展，高职教育中的传统媒介具有较强的信息滞后性。科学技术的发展不断进步，传播也需要有一定的载体，例如硬件设施和教学资源的配置等。随着知识经济时代的到来，信息技术的发展更加迅速，传统的硬件教学模式和实训教学设备不久就可能因为技术落后而从社会上淘汰，然而，设备的改造和更新又存在困难，只能购买先进的设备设施来解决这一教学困难。当前我国的教学资源本就不足，不但使得教学资源更加减少，还可能因为教学过程中没有使用相应的设备而陷入停滞状态，更不利于学校的发展。运用虚拟仿真技术建设实验室就能有效解决这一问题，可以让实训次数有所增加，促进软件的升级和改良，不用把硬件资源全部更换。虚拟仿真技术最有特点的就是不用消耗任何原料，而且可以多次重复实训的教学内容。虚拟仿真技术以其先进和容易改善的特点备受教育界青睐，不但减少了教育经费不必要的使用，让教学内容不断的在虚拟条件下更新进步，还能使实训教学与技术发展相适应，在变化的教学中满足学生和社会的需求。

提高学生学习兴趣。虚拟仿真技术是教学中优秀的辅助工具，能适用于教学交流和实训情景多个教学活动，虚拟的教学环境更容易让学生激发学习兴趣。虚拟仿真技术形象生动，直观和互动性较强，也能及时对学生情况做出反馈，学生学习过程中的假设模型都能以虚拟仿真技术进行虚拟，优势十分明显，学生通过观察虚拟假设得出的结果，还利于培养学生的创造性思维。因此，虚拟仿真技术利于学生较早熟悉实训环境，尽快掌握专业知识与技能，调动学生学习热情。

四、结束语

虚拟仿真技术在解决高职教育的实训问题上具有重要意义，解决了设备不足，器材落后，硬件更新慢等困难，把虚拟技术运用到机电专业教学中，提高教学效果，解决面临的实际问题，有利于推动高职院校机电专业的教学内容和课程改革，促进了虚拟仿真技术在高职院校中的运用与发展。

参考文献：

[1]熊淑平.虚拟仿真技术在高职教学中的应用探析[J].黄河水利职业技术学院学报，2013.

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随着社会的发展和进步,人们的生活水平和生活质量都得到了很大的改善,因此,对医学的发展也提高了关注。目前,医学教学观念和教学模式都发生了很大的转变,学校也开始了对高素质人才的有效培养和教学,其中,虚拟仿真技术是医学教学中的重要手段和方式,对传统的医学实验教学提出了很大的改进。虚拟仿真技术对推动医学教学改革、创新教学模式和培养学生的综合技能都有着重要的作用和影响。本文主要介绍了虚拟仿真技术的概念,并分析了虚拟仿真技术在医学实验教学中的具体应用。

关键词:

虚拟仿真技术；医学；实验教学

随着科学技术的迅速发展,医学实验教学方面出现了许多的新技术和应用,对医学教学产生了很大的影响。其中虚拟仿真技术是目前比较先进的技术应用,且获得了广泛的应用和发展,特别是对计算机技术和多媒体技术的应用,提高了医学实验的教学质量,创新了医学实验教学的模式。虚拟实验教学是一种在计算机技术基础上发展起来的情景模拟技术,能够让用户体验到一种身临其境的感觉,实现和具体的情景接触,产生一定的体验,为实际的操作提供一定的基础。

1虚拟仿真技术的概述

虚拟仿真技术是在计算机技术的基础上发展起来的新兴的科学技术,是指利用多媒体技术的结合,创造形成一个有视觉、听觉和触觉的虚拟现实环境,让用户体验到一种身临其境的感觉。在这个虚拟的环境中,用户能够感受到空间中客体的存在,也可以和虚拟空间中的客体进行相关的互动,这项技术的应用,主要是加快用户对相关知识的认识效率。虚拟仿真技术涉及的方面比较多,主要包括计算机技术、多媒体技术、网络技术和人工智能技术等,另外,还有计算机的图像处理和模式的识别等,是现代仿真技术的有效发展和外延[1]。虚拟仿真技术的主要特点就是,让用户获得真实的体验,和虚构的客体进行交互,并产生一定的想象。在虚拟的空间中,实验人员可以进行和现实世界中同样的活动和实验,而且受到的外界影响因素比较小,实验产生的效果也更好一些。特别是在医学教学中的应用,能够有效的提高学生的实践能力和创新能力,因此,虚拟仿真技术的应用具有重要的意义。

2虚拟仿真技术在医学实验教学中的应用

虚拟仿真技术的发展和应用对医学实验教学产生了很大的影响,特别是对传统的医学实验教学方式和实验模式进行了很大的改进。传统的医学实验教学中,缺少实验的设备和实验的客体,学生的实际操作能力得不到有效的锻炼,所以,对学生的学习和操作能力培养不到位[2]。虚拟仿真技术的应用为学生进行实验操作提供了一定的基础,也实现了对学生的有效培养。目前虚拟仿真技术在医学实验教学中的优势主要体现在以下四个方面。

2.1虚拟仿真技术改善了医学实验教学设备在医学实验教学中,对设备的要求比较高,主要包括一些实验用的动物或者尸体、实验用到的仪器和设备以及相关的实验经费等,都对实验教学的有效进行产生了一定的影响。随着社会的发展,解剖学在目前获得了很大的发展,也是医学教学中最基础和最重要的课程,所以,一定的实验设备在教学中是非常关键的,对教学的有效性影响也很大。目前,虚拟仿真技术的广泛应用和发展,很好的解决了医学实验教学中的这些问题,不但丰富了实验教学设备,学生可以利用虚拟的“尸体”进行操作和实践,也很好的锻炼了学生的实践动手操作能力。

2.2虚拟仿真技术能够提高学生的兴趣虚拟仿真技术能够为学生提供相关的实验环境,创造一定的基础性实验条件,同时,还能够实现学生在虚拟的空间环境中和客体进行有效的交流,提高学生对相关内容的认识和理解。虚拟仿真技术在医学试验教学中的应用,能够将声音、图像和相关的多媒体演示功能进行结合,丰富实验教学过程和教学内容,充分的提高了学生的兴趣[3]。同时,将具体的教学内容变得形象和生动,而且有一定的视觉冲击力,方便了学生的理解和掌握,因此,提高了实验教学的效率和质量。比如,在进行细胞膜的教学时,可以利用虚拟仿真技术建立细胞结构,动态化的展示,可以让学生更好的观察和学习。

2.3虚拟仿真技术突破了时间和空间上的限制虚拟仿真技术的应用,对传统的医学实验教学产生了很大改变,打破了时间和空间上的限制,学生可以通过虚拟仿真技术对动物的内部结构进行有效的观察,以及实现动态化的观察[4]。比如要了解一些药物的成分和产生的身体反应,在传统的教学中,通过一定的讲述过程是无法实现有效教学的,学生也难以理解。因此,虚拟仿真技术的应用,实现了这些过程的快速进行和变化,同时,将这些反应过程和变化情况能够清晰的表现出来,帮助学生进行学习和理解。

2.4虚拟仿真技术避免了在具体实验中的危险情况医学实验过程存在一定的危险性,会对人体的健康产生一定的危害,比如一些感染性的疾病等。所以,随着虚拟仿真技术在实验教学中的应用,避免了学生和实验对象的直接接触,而是通过虚拟的方式产生实验的客体,所以,不需要考虑实验过程中产生一些危险性的因素,因此,对相关的实验进行有很大的帮助。除此之外,虚拟仿真技术也很好的帮助学生积累了临床经验,有效的锻炼了学生的实际操作能力,有利于学生的综合水平提高和发展。

3结语

随着虚拟仿真技术的发展和应用,改善了医学实验教学,虚拟仿真技术的应用,加深了学生对于医学知识的认识和理解,提高了医学实验教学的质量和效率。另外,虚拟仿真技术打破了时间和空间上的限制,完善了实验教学的设备,并有效的避免了在试验中的不安全因素,对医学实验教学具有重要的意义。

参考文献

[1]陈章宝,肖国君,邓君,罗红丽.虚拟仿真技术在药学实验教学中的应用研究[J]中国管理信息化,2015(10):86-87.

[2]冯军,胡晓松.虚拟仿真技术在医学实验教学中的应用[J].科技创新导报,2015(20):118-119.

[3]曹丁,李文建.虚拟现实技术在医学实验教学中的应用[J].中国医药指南,2013(03):367-368.

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关键词：虚拟仿真；电子类实验教学；应用

TP391.9；TN0-4；G642

一、虚拟仿真技术的概念与优势

虚拟仿真技术在电子类实验教学中的应用主要有两种方面：虚拟仪器技术和仿真。最早虚拟仪器这个概念是由美国仪器公司提出的，其主要含义就是“软件就是仪器”通过对应的软件来实现仪器的主要功能。在使用过程中利用LabvIEW编写虚拟的仪器面板，将各种数据信息采集设备和软件的仿真平台搭建出一个不同的仿真系统。仿真则是利用模型进行实验，对电路环境与电路过程中进行模拟，得到真正实验的全过程。虚拟仿真技术的核心内容就是将虚拟与实际结合，从而达到最佳的实验教学效果。同时，在虚拟仿真技术在使用过程中有以下几种优势

（一）节约成本

在传统的教学模式创新中需要不断的增加各种教学仪器设备，增加教学成本，而且要想进行实验只能在实验室进行。虚拟仿真技术的出现更好的解决了这些问题，在教学过程中只需要具备仿真软件计算机就能在任意地点进行实验，方便教师教学。

（二）理论与实际结合，激发学生兴趣

虚拟仿真技术可以将虚拟与实现结合，学生在接受新知识时还锻炼了学生的动手实践能力。将实验教学内容以更直观的形象展现出来，激发学生的学习兴趣，提高学习效率。

（三）实验平台的统一性和可恢复性

在使用虚拟仿真技术时，可以将多门课程实验进行统一，并为学生提供一个设计、原型、科学、的应用平台，这样不会丢失原有的实验信息，还会完成从原型设计到系统部署之前所有工作，从而将虚拟教学内容与实际教学实验的理论、知识更好的结合起来。

（四）教学内容的灵活性与创新性

虚拟仿真技术不同于其他试验箱数量固定的实验内容，在使用其技术时还会根据不同的需求搭建出一个不同的实验电路，让学生更直观的了解教学内容，同时还有利于教师开展一些综合性与设计性的教学实验，从而培养学生的创新能力。

二、虚拟仿真技术在电子类实验教学中的应用

随着电子技术快速发展以及教学内容不断的更新，传统的实验教学模式已经跟不上社会的发展，其中还存在着一些不足，虚拟仿真技术的出现将实验教学进行全新的完善，激发学生的学习兴趣，提高学生学习效率。电子电路课程是电子类专业必修课程，其中包括了：电路分析、模拟器电子技术、数字电子技术。在这三门课程中虚拟电子技术被学生们认为是一个难度最大，理论性较强的的一门课程。一般来讲，虚拟电子技术是与教学理念同步，有时也会落后于教学课堂。在传统的实验教学过程中，学生对实验的电路理论不够了解，对实验中可能出现的问题还没有特别清楚，因此，对于多数学生来说，在实验过程中一旦出现问题找不到任何的突破点，从而降低学习兴趣。在虚拟仿真技术中以二阶段有源低通滤波器为主的教学实验可以帮助学生加深对知识的了解，锻炼学生的动手动脑能力。

（一）二阶有源滤波器的仿真实验

在虚拟仿真技术中，常用的仿真软件有：Multisim、Pspice、Proteus等。在此，本文对Multisim在虚拟仿真技术中的使用以二阶有源滤波器电路进行了仿真。该技术操作简单容易上手，它在使用过程中具有非常多的元器件、虚拟仪器，它的功能强大，在使用过程中还为学生提供专用的万能表、示波器等常用仪表设备，而且还为学生提供了虚拟仿真技术的网络分析仪、频谱分析仪等仪器设备。二阶有源滤波器在教学过程中具有仿真的电路图，只需要在使用时输入信号频率和幅度，就可以通过滤波器的示波器进行观察，并让学生做出总结。同时，在使用时还可以利用波特图测试仪，设定使用频率的反问，保证学生可以更加直观的观看到二阶有源低通滤波器的频率响应线，学生在上课过程中就可以通过幅频特性曲线找到滤波器的频率。这样，学生就可以搭建出一个更为实际的电路，进行实验，从而总结出自己所得结果，并于教师交流。

（二）二阶有源滤波器的实际电路测试

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关键词：电子技术行业 虚拟仿真技术 应用

中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）06-0000-00

电子技术行业的各类设备产品必须具备良好的设计方案才能够保障其工作状态的理想。电子行业具有产品更新快研发周期短的特点。为了满足不断发展的市场需求，加快产品结构的升级，在核心技术领域取得重大突破，电子行业必须采用新的研究方法和技术。虚拟仿真研究是目前电子行业所广泛采用的一种新的方法和技术。本文即以直流稳压电源以及数控机床为切入点，对虚拟仿真技术在上述两个领域中的应用要点及价值进行分析与探讨。

1 虚拟仿真技术概述

虚拟仿真技术即虚拟现实技术，也可称之为模拟技术，技术核心是用一个完全虚拟的系统对另一个真实存在的系统进行模拟。此项技术涉及到多个学科，是计算机图形、人机交互、传感技术、以及人工智能等多个学科的交叉综合领域。虚拟仿真技术主要包括三个方面的含义：第一是借助于计算机所生成环境具有虚拟性的特点；第二是人对这种虚拟环境的感知是高度逼真的；第三则是人可以通过自然的方法与虚拟系统实现交互，系统可响应人的动作并作出合理的反应。

当前虚拟仿真技术被广泛应用于包括汽车制造、道路桥梁、油田矿井、教育教学、电子技术、以及水利电力等在内的多个行业中，体现出了包括交互性、沉浸性、虚幻性、以及逼真性这四个方面的特点。对于电子技术行业而言，虚拟仿真技术的最主要优势是可对产品设计或优化方案在实践前通过高度仿真的模拟环境进行分析，以验证方案的可靠性以及有效性，兼顾实现了提高效率，缩短周期，以及控制费用等方面的性能优势，有推广价值。

2 虚拟仿真技术在直流稳压电源中的应用

直流稳压电源的组成部分包括电源变压器、滤波电路、整流电路、以及稳压电路四个部分。电网供给的交流电压在经过电源变压器降压处理后得到与电路需求相对应的交流电压，然后经由整流电路变化为方向恒定、大小伴随时间变化而变化的单线脉动电压，并经过滤波电路进行滤过（滤过交流分量），通过此环节处理后得到相对平滑的脉动电压。最后经过稳压电路处理，以确保电网电压以及负载水平在发生改变时电压维持在稳定状态下。为更加清晰的了解整个电路的工作原理与运行情况，可以借助于虚拟仿真软件，在软件模拟环境下通过设置开关或调整电路结构的方式观察示波器所呈现出的波形变化。本研究中引入Multisim10虚拟仿真软件，该软件借助于图形方式创建电路，具有界面直观、操作简便、调用方便等优势。本软件提供有包括交流、直流等在内的17种分析方法，虚拟仿真能力强大。

整流电路仿真分析下全波整流与半波整流波形图如下图1所示。结合图1：4个二极管所构成桥式全波整流电路，其核心作用是将正弦变化的电压演变为脉动电压。通过设置开关J1为开启状态的方式，对整流器在二极管损坏状态下所产生的开路情况进行模拟。则全波整流转换为半波整流，半波整流下所对应输出电压为0.45*全波整流电压。

通过对直流稳压电源系统中J2开关进行接通或断开的方式能够对比波形观察得到：在电容接入电路内后，输出电压平滑程度明显提高，波纹得到有效控制，同时输出电压平均值也有一定的增加。其依据是：在电容接入电路内后，电容可有效存储电荷，同时对高频分量而言容抗脚下，从而电流中的交流成分可通过电容C1而被旁路。在电容维持恒定的状态下，可通过调整负载电阻运行仿真的方式，使示波器分别显示滤波器输出波形，仿真结果如下图2所示。结合图2来看，电容放电时间常数为RC。在C为恒定状态下时，R取值越高则意味着放电速度越缓慢，输出波形更加平滑，输出电压值更小；在R为定值状态下时，电容器容量越大则意味着放电越慢，所对应输出波纹越小，输出电压值更大。

除此以外，通过对虚拟仿真软件的合理应用，还能够对直流稳压电路的改进设计效果进行仿真验证，以确保改进方案的实施效果理想。以某直流稳压电路对集成电路以及自保电路的改进方案而言，为验证该方案的可靠性，借助于Multisim10虚拟仿真软件进行实验。操作方法为：在Multisim10虚拟仿真软件按照改进方案构建直流稳压电压仿真点图，以供电电压220V（±10%）为标准进行虚拟仿真。借助于4综虚拟示波器对各点波形进行观察并读值，虚拟仿真实验结果如下图3所示。结合图2可见：经过改进后，直流稳压电路波形脉动被控制在较小范围内，电压输出稳定程度高，可保持在12.036V左右，经计算稳压系数为0.015（符合

3 虚拟仿真技术在数控机床中的应用

数控加工是现代模具CAD/CAM加工体系中不可或缺的重要内容之一。以五轴数控加工技术为例，所对应的模具工件性状复杂，对表面质量要求高，因此对铣削加工提出了非常严格的要求。五轴加工在完成最后一次装夹后，可以从多个面加工工件，其优势在于节约了大量的装夹时间以及辅助测量装置，且加工位置精度更高。在数控机床设计及性能验证中通过对虚拟仿真技术的合理应用，一方面能够使数控机床充分且合理的应用于对模具以及机械产品的加工中，另一方面能够为正确且充分的应用数控机床，完成更多模具以及机械产品加工提供保障。以某单叶片曲面零件数控加工实例为例，采用五轴加工方案，引入五轴五联动编程开发技术，同时对后置技术进行了编程制定。为进一步验证数控机床五轴五联动方案的编程程序正确性以及后置处理结果的可靠性，借助于虚拟仿真技术，在仿真软件所提供虚拟环境下参照数控机床实际配置构建实验模型。虚拟仿真结果显示：所模拟机床在对零件进行加工的全过程中刀具路径未发生偏差，加工零件性状基本与设计要求相符合。

4 结语

本研究中针对虚拟仿真技术在电子技术行业中的应用问题进行分析及探究，通过上述分析不难发现：在电子技术行业中积极应用虚拟仿真技术能够有效解决以往设计方案直接应用于实践中存在的浪费或失误问题，避免了不必要的事故产生，可以有效提高电子技术产品及相关设备的使用寿命与性能，对促进电子技术行业的发展也有重要价值。

参考文献

[1] 陈军，周晓平，郝江涛 等.基于MatLab & Simulink的电工电子技术仿真实验平台[J].中国现代教育装备，2015（3）：57-60.

[2] 赵丽梅.Electronics workbench在电子技术仿真实验中的运用[J].中国远程教育（综合版），2001（12）：58-59.

[3] 周凯，那日沙，王旭东 等.Saber在电力电子技术仿真中的应用[J].实验技术与管理，2015（3）：126-128，140.

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基于虚拟仿真技术和计算网络技术的实验教学方法已经成为不可或缺的实验教学手段。虚拟仿真实验教学体系的构建，将促进教学资源的科学规划和持续发展。以学科发展为依托、以培养具有综合实践能力和创新能力的人才为目标，本着能实不虚、虚实结合的原则，在实体实验的基础上，打破原有实验教学环节和专业内容所固有的界限，探索构建了三平台、三层次、一体化的“三三一”虚拟仿真实验教学体系。“三三一”体系的构建既丰富了专业实验教学内容，又为学生在基于虚拟仿真技术的跨专业大型综合实验教学资源中，提供更多的应用技能、综合能力和创新能力训练的机会。

关键词:

电气工程;自动化;虚拟仿真

天津大学电气与自动化实验中心承担着面向全校10个专业、47门课程的本科生实验教学工作，其中包括课程实验、课程设计、生产实习、毕业设计等多种教学实验环节。近年来，实验中心为了解决大型综合实体实验项目在建设、运行、维护等工作中受场地或经费等条件限制、阻碍学科建设与发展的问题;为了满足学生创新训练的需要，积极促进科研成果向教学资源的转化，在实体实验教学环境不断完善、发展的同时，对部分专业课实验教学内容进行了虚拟实验环境及仿真系统的开发与建设。先后建设了“智能电网仿真实验教学平台”、“多相流虚拟仿真实验教学系统”、“高电压虚拟仿真实验教学系统”、“机器人及自主系统虚拟仿真实验教学平台”、“工业生产线虚拟环境”等一批虚拟仿真实验教学资源［1－2］，并全部应用于实验教学中。2012年9月为了更好地管理和优化教学资源，学校成立了电气工程与自动化虚拟仿真实验教学中心。按照培养具有综合能力、实践能力和创新能力的高素质人才的需要，本着“相互补充、互融互通”的原则，构建了“三平台、三层次、一体化”的“三三一”虚拟仿真实验教学体系。经过5年的时间，依照“能实不虚、虚实结合”的原则，完成了15个虚拟仿真实验教学项目的建设工作。虚拟仿真实验教学体系为实验资源开发提出了明确的目标。

1虚拟仿真实验教学的特点

充分发挥虚拟仿真实验教学的特点和优势，是构建一套科学、高效、可持续发展的虚拟仿真实验教学体系的关键。其特点如下。

1．1丰富的教学内容

基于互联网的虚拟仿真技术为实验教学带来了不受时间、空间限制的特点，它可以将学生带入未知的科学世界。相比传统实体实验课程的内容，虚拟仿真实验项目可以是千变万化的［3］。学生不仅可以利用所学知识灵活地解决问题，还可以按照自己的兴趣爱好设计问题，探索未知的世界。例如:传统的电机学实验，学生只能观测电机外特性结果，无法从根本上理解电机的内部磁场分布、不同运行工况下的磁场变化。而虚拟仿真实验利用电机电磁场有限元分析软件，使学生能通过虚拟仿真环境，了解电机内部磁场分布及性能特性曲线。同时，虚拟仿真技术打破了不同专业实验室的隔墙，为跨学科的交叉应用提供了广阔的实践天地。

1．2灵活的教学环节

为体现“以人为本”的教育、教学理念，适应个性化学习需求，有利于创新能力的培养，实验教学体系应该包含多层次的实验教学环节，学生可以选择适合自己知识水平、兴趣爱好的实验内容。并且随着学习进度的变化，可以跨越教学层次提升(或回顾以往)实验内容［4］。这在实体实验教学活动中是很难实现的。灵活的虚拟仿真实验资源建立了不同教学环节之间的知识链接，使学生在夯实基础知识的前提下，有更多接触专业实验和创新实践的机会。

1．3不可及和不可逆过程的实现

在涉及高危或极端环境，不可及或不可逆的操作，高成本、高消耗、大型或综合训练等情况时［5］，虚拟仿真技术提供可靠、安全和经济的实验手段。例如:在“高电压虚拟仿真实验教学系统”中学生可以随时观察高压放电的模拟场景。

1．4无处不在的实验室

基于互联网的虚拟仿真实验教学资源不仅可以为学生在任何时间和地点开展实验提供条件［6］，同时也可以将优秀的实验教学资源开放，为兄弟院校、企业、社区提供教学服务。

2虚拟仿真实验教学体系的构建

虚拟仿真实验教学体系在教学大系统中，与实体实验教学体系相互补充，同样需要遵循实验教学的客观规律和基本准则［7－8］。通过利用“互联网思维”和“虚拟仿真技术”对现有实体实验教学活动中的内容和环节进行了全面的、系统的再设计，形成了科学的和可持续发展的虚拟仿真实验教学系统。首先将基础实验、专业综合实验和创新与实践训练的三个虚拟仿真实验教学平台按照理论应用、综合设计、系统构建划分三个教学层次;然后利用虚拟仿真实验教学的特点和优势，将不同平台(教学层次)的实验项目进行互联互通、相互融合，形成了教学体系的一体化。

2．1以教学环节为导向的实验教学平台

以教学环节为导向的实验教学平台包括基础实验教学平台、专业综合实验教学平台以及创新与实践教学平台，如图1所示。

2．1．1基础实验教学平台

该平台侧重基础知识的教学工作。通过验证基础科学和技术原理，使学生切身体验科学发现与工程技术的发展历程，进而内化为其自身的工程意识与素养［9］。虚拟仿真实验教学可以为学生提供不受限于时间、地点的实验环境，“无处不在的实验室”有助于提高学生做实验的兴趣、培养独立思考问题和解决问题的能力。

2．1．2专业综合实验教学平台

专业综合实验平台主要包括课程设计、综合实验、工程设计综合训练等集中教学环节。由于部分综合类实体实验受实验设备功能的限制，学生可以选择的实验内容有限，尤其是一些大型、高风险、高能耗、高成本、不可及或不可逆的项目根本无法对本科生开放。构建虚拟仿真专业综合实验教学平台，将不可能变成可能，不仅可以开设大型综合实验项目的仿真环境，还可以实现跨专业的综合实践训练。为学生提供贴近实际的工程应用，对解决现实条件无法满足专业综合实验教学需求的矛盾有着不可替代的作用。实现了实验室与生产现场的“无缝对接”。

2．1．3创新实践教学平台

科学的创新实践教学方案需要良好的教学平台支撑。利用虚拟仿真技术针对电气工程及自动化专业的学科特色，结合“智能电网”、“航空航天”、“机器人”、“工业自动化”以及“新型传感器”等专业领域前沿技术建立虚拟仿真系统，从实验教学环节加强学生对相关学科前沿成果的深入理解。

2．2以教学目标为导向的三层次

在三个教学平台中学生可以循序渐进的完成知识学习和技能训练。但是，由于学生在专业方向、学习进度、兴趣爱好等方面存在个性差异，所以在学习过程中就会需要在不同的教学平台之间进行广泛的联系，尤其是学科交叉的教学资源中，需要横向的、跨平台的知识融合。每个虚拟实验教学平台分别按照理论应用、综合设计、系统构建三个层次进行划分，充分发挥虚拟仿真技术的优势，建立实验教学平台之间相互补充、互融互通的横向链接。如图2所示。

2．2．1理论应用层

理论应用层重点突出的是围绕基础理论知识，利用虚拟仿真技术为学生提供丰富的实验内容，包括一些看不见、摸不到的物理现象，基础理论在实际工程应用的案例等。更为重要的是，通过互联网虚拟仿真技术的应用，学生可在任何时间和地点直观形象的完成本专业科学理论与科学技术的基础性实验，有助于学生夯实理论知识。

2．2．2综合设计层

综合设计层是将相关专业基础知识交叉综合应用。着重培养学生运用专业基础知识、实验技术和实验手段、分析问题、解决问题的能力，使学生不论在知识的积累上还是实验技能的提高上都有较大的飞跃。通过虚拟仿真技术的应用，实验场景可以更加贴近工程实际，有效解决以往受实验设备或场地限制［10］，用抽象的示意模型代替复杂受控对象的问题;在大幅度提高实验项目丰富程度的同时，通过互联网技术的应用也可以提高教学资源的共享率。

2．2．3系统构建层

系统构建层是让学生在虚拟环境中将所学到的工程研究与创新方法得到应用和训练。让学生体会利用掌握的知识和技能在复杂工程实践中解决问题的快乐，真正做到学以致用［11］。该类实验可培养学生从事科学研究和技术开发的综合能力，为培养具有创新能力的高素质专业人才提供训练条件。虚拟仿真教学体系中的系统构建层实验教学资源有效的解决了生产实习、毕业设计等环节与工程实际脱节的问题。

2．3互融互通、互为补充的一体化理念

虚拟仿真实验教学体系如图3所示，其中教学平台的教学资源根据教学目的而设计，课程内容贯穿资源;教学层次是以培养应用能力为目标，将不同平台教学资源横向连接。在注重专业培养、因材施教的同时，教学平台之间互融互通，教学层次之间相互补充［12］，是虚拟仿真实验教学中心“一体化”建设核心。虚拟仿真实验教学体系一体化建设打通了学科专业界限，是培养创新型人才的新机制。

3结语

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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.

关键词：三维空间结构；模拟仿真技术；课程教学；应用

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

中图分类号：G42文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）05-0161-02

1工程造价课程的发展瓶颈

在实际的工程造价课程教学中，学生由于缺乏空间想象，对工程结构没有感性认识，无法理解抽象的理论，给教师教学及学生学习带来了瓶颈。因此，我们希望通过虚拟仿真系统来解决传统工程造价教学中存在的种种弊端。在教学中使用仿真技术，可以充分调动学习者的感觉和思维器官，使所观察的事物栩栩如生地展现在面前，任学习者正面、侧面、反面仔细观察仿真技术的发展被认为是解决传统工程造价教学瓶颈的一把利器。

本文正是从当前工程造价教学的基本情况以及教学难点出发，将仿真技术引入到开发工程造价教学软件的过程中。本研究选择隧道工程作为研究的案例，通过利用目前比较成熟的计算机模拟仿真技术，为老师和学生提供一个模型展示平台。

2模拟仿真技术的应用的效果

模拟是指用一个数据处理系统，来全部或部分地模仿某一数据处理系统，使得模仿的系统能像被模仿的系统一样接受同样的数据，执行同样的程序，获得同样的结果。有时也简称为仿真，是用模型（物理模型或数学模型）来模仿实际系统，代替实际系统进行实验和研究，是产品设计和制造中的常用技术手段。

从国内外职业教育专业信息化可以看出，模拟仿真技术具有先进、便捷、安全等优点，仿真教学系统向工程类职业学校提供了培训学生的高技术工具，将专业课程和实习环节相结合，培养学生了解生产操作、熟悉生产原理的能力，提高了学生动手操作的兴趣与水平。以较少的投入满足了学生的实践需要。许多专业课程由于受到设备、场地和经费等条件的限制，可以选择采用模拟仿真技术。但模拟仿真技术应用于工程造价课程教学实践的研究很少，可参考的研究成果几乎没有。

3研究方法

3.1 文献研究法在研究中，通过对多种学习资料的阅读、分析，了解到了当前研究的发展状况，为论文的撰写奠定了必要的理论基础。

3.2 个案研究法在研究中，通过具体的案例，对工程造价教学进行研究，发现问题、解决问题、优化教学策略，设计教学软件开发方案，最终完成系统的设计与开发。（图1）

4模拟仿真技术在造价教学中的应用

重点是构建土木工程中公路、桥梁、隧道的立体全景展示。在三维仿真动画展示过程中，可自由控制观看角度及画面缩放，配合实景照片，效果直观。施工流程部分以简单的工程施工3D动画，配以实景图片及施工工艺文本说明，使学生能更直观地了解工程施工的流程步骤。公路、桥梁、隧道的分解结构模块通过点击结构图中的交互热点，显示该局部结构的名称、所在位置以及该结构的详细说明窗口，其中包含局部结构3d展示、工程量复核、定额、工程图纸。为了满足课堂教学的需要，支持文本和图纸的缩放、自由拖动功能，以增强课堂教学实际效果。人性化的人机交互界面及流程分类设计，学生在课余时间也能通过简单直观的软件操作进行学习。选题立足于公路工程造价专业，重点在于利用该模拟仿真技术将造价及工程量复核等内容更加形象地展示出来，使课程的实效性更强（表1）。

5隧道工程案例

在传统课程教学中，教师都会按照既定的教学过程来实施教学活动，那么在仿真公路系统中，学习者的学习活动应当如何开展？隧道模型概述为由以下几个部分：

5.1 用户界面呈现在工程仿真系统中，学习者必须是通过用户界面与仿真系统进行交互。因此，构建和谐友好、方便操作、逼近工程实体虚拟系统要解决的首要问题。仿真系统的真实性可以丰富学习者在虚拟情境中的体验，方便性主要表现在学习中按照学习者的进度，适时的为其提出指导性建议（图2）。

5.2 仿真情景设计仿真系统要依据学习者的经验、知识背景及需求，呈现具体的公路工程、桥梁工程、隧道工程等信息。设计工程实例，仿真场景和工程对象，通过情境设计，以激发学习者的兴趣（图3）。

5.3 工程造价数据分析通过仿真系统的现象观察，具体进行工程造价结果的分析，处理工程数据，并根据反馈信息及时调整策略，这有助于提高学习者对造价编制过程的反应能力以及对因果关系的敏感性。该过程中须关注在工程内容的一致性、工程过程的交互性等问题（图4）。

6实用价值和重要的现实意义

6.1 课件制作方法的探索使用直观的设计方法取代繁琐的传统编程式的课件制作，老师把更多精力放在课程本身的教学设计上，只需根据实际教学需求，设计课件，向学生展示工程结构；体现新一代课件的广阔应用前景。

6.2 促进学生探索性的学习现在的教学所采用的方法比较单一，学生在上课中往往很被动，面对各种各样的公路、桥梁、挡土墙，结构物感觉一片茫然，老师怎么说，学生就照着怎么做。很多时候上课只停留在不动脑的机械劳动阶段，达不到提高学生动手能力的目的，这样的知识传递过程较为单调，效果也不明显。在仿真平台上，学生可以摆脱了原有模型设备条件的约束,在更形象的知识领域内自主探索，促进了学生创新意识和创新能力的培养。

6.3 降低了各类开支费用工程仿真系统降低了科研成本，节省研究经费，并能够充分发挥现有计算机技术、,提高使用效率。

篇7

为了应对工业工程在有关工业系统设计、管理及优化等综合性实验课程开发难度较大的问题，该文提出将计算机仿真技术与项目教学、案例教学相结合，实现了“教、学、做”一体化，并且，在显著改善实验教学条件、提升实验教学效果的同时，减少了设备消耗，尤其是耗材的使用量，节省了实验经费，而且克服了时间与空间上的限制，使得工业工程综合实验课的开课率和学生的专业综合能力得到显著提升。

关键词：

计算机仿真；工业工程；实验教学

计算机仿真技术是继数学推理与科学试验之后认识世界自然规律的第三类基础方法。基于计算机仿真技术的虚拟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。这种教学方法生动形象，接近现实工作场景，有利于提高学习兴趣，使学生在短时间内进入相应情境，真实的体验如在现实中执行任务的感觉，以达到更快掌握技术手段的目的，而且这种教学方法可以利用计算机软件的优势创造出灵活多样的工作场景且不受行业限制，使学生对实践问题的认识更深入，采用的应对方法更灵活。由此“计算机仿真技术”便成为专业学习及实际应用中的重要方法和技术手段。工业工程作为管理科学与工程的二级学科，其人才培养目标是培养出面向生产、管理、服务的高级专业技术和管理人才，面向的工作岗位主要有制造业现场管理、产能计算、生产计划与控制、项目管理、精益生产等，以及服务业的流程优化、工作研究等。其中，制造业涉及行业范围广、产品种类多、工序过程各异，因此，在教学过程中需要通过一系列系统的实验项目培养学生专业的问题提炼能力及问题分析能力，并采用专业的技术方法和手段有针对性的对问题本质进行处理。然而，正是由于工业工程方法应用行业的广泛性及多样性，使得我们不可能如其他5类工程学科般拥有自己典型的实验实训设备，亟需我们在实践教学过程中探索新的教学方法与实验支撑技术。

1工业工程实验课程教学现状分析

工业工程类实验课程的教学，在传统的教学模式中，主要是以“理论课+实验室”的模式，强调学生对工业工程专业基本方法和技能的掌握与应用，如，工作研究、动素分析、人机工程、物流工程、流程优化、现场改善等基本技能与方法论。传统的实验教学过程中，基本上遵照如下流程：首先，引导学生进行以上理论课的学习，使学生知道、了解并掌握这些基本的专业手法与技能；其次，通过开设相关实验课程让学生对所学的这些技术方法展开实践，从而帮助学生达到训练并养成工业工程专业素养的目的。然而，目前所开设的相关实验课程均是就某一独立技术方法而展开的较为单纯的技能训练，如，工作研究的实验主要是针对动作研究、动素分析、生产节拍平衡开展具体分析过程实践，帮助学生深刻体会这些基本专业手法的实际应用场合；人因工程，主要是通过系列人因实验带领学生亲身体验，感受高度、亮度、颜色、频繁度、规律度等人因影响因素带给人视觉、听觉等感官的切实感受，从而探讨基于人因的合理化设计、布局及工作安排；设施规划布局则是基于物流分析方法，通过物流强度度量，分析部门间的相关性强度，从而为合理布局、物流优化提供有效参考。以上这些实验均对学生在工业工程专业基本方法技能的培训上起到了有效效果。然而，却并未在促进学生养成工业工程职业素养上发挥强化作用。原因在于，缺乏像物流工程、系统工程、系统建模及仿真优化等这类有关工业工程系统设计、管理及优化的主干课程的综合性实践项目，要设计出针对本专业基本技能方法的综合性实践项目，需要的制造业相关设备、产品品种等数量巨大，且耗费大、成本高，很难从实际操作入手，计算机仿真方法不失为解决此问题的一种有效方法。基于计算机仿真技术的虚拟教学则以其高效率、低成本、内容丰富、性能有效和安全等优势得到越来越多的应用和推广。因此，应该将“项目教学”“案例教学”“教、学、做”一体化和基于计算机仿真技术的虚拟教学的方法结合起来，充分发挥各自的优点，提升实践教学效果。基于计算机仿真技术的虚拟教学很容易与其它先进的教学方法相结合，因此，在工业工程类实验课程的教学中，将基于计算机仿真技术的虚拟教学与其它教学方法相结合，有助于提高实验课程教学效果，而且成本低、效率高，使学生可以不受场地、行业、设备与产品的限制，使学生更好的掌握专业技能和方法，并通过基于计算机仿真平台开发的综合性实践项目，锻炼学生的工业工程系统设计、管理及优化的综合能力，培养学生的专业素养，从而促进本专业人才培养效果的提升，计算机仿真技术在工业工程类实验课程的教学中具有重要的意义。

2计算机仿真技术在实验课程教学中的应用

计算机仿真技术为人们提供了一个理想的实践教学手段，目前国内外已经普遍将其应用于军事训练、课程教学、运动训练以及医学研究等方方面面。美国是计算机仿真技术虚拟现实的起源地，现在美国计算机虚拟仿真技术的发展水平也比较高，在这个领域代表了国际先进水平，也是第一个把虚拟仿真技术应用在教育教学中的国家，目前在感知、用户界面、后台软件和硬件等几个方面，形成了一个比较系统的虚拟仿真教学仪器架构。如，美国的卡罗莱纳州立大学利用Java技术建立了基于Web的探索式虚拟物理实验室，主要有以下几个模块：基于JavaApplet的虚拟实验设备和实验设施、相关的实验课程模块、实验结果评价模块、协作模块。在欧洲，英国在计算机仿真技术虚拟现实的相关领域处于领先地位，研究出了虚拟仿真软件包，并应用在教学仪器和工业安全培训等方面。如，英国的诺丁汉大学在教育和学术方面对虚拟仿真技术进行了研究与探索，其目标主要在于探索桌面虚拟仿真的输入设备应用上。此外，该小组还和其他学校紧密合作，将其仿真系统应用在了特殊学生教育中。在中国，目前各个大学和科研机构也广泛采用计算机仿真技术建立虚拟场景进行相关领域的教学与研究。例如：中国科技大学开发出第一套基于虚拟仿真的教学仪器系统——利用虚拟仿真技术进行几何光学实验平台的开发，系统将计算机辅助教学仪器的智能化仪器、计算机技术、虚拟仿真和物理教学仪器等有机结合，把物理教学仪器系统推进到了新的领域；北京润尼尔网络科技有限公司以北京邮电大学强势的网络、通讯、电子三门学科为基础，采用JavaApplet技术、B/S结构、J2EE框架，为解决高校日趋紧张的实验设备及实验场地等实验教学问题，由北京邮电大学网络教育技术研究所组织精英力量，经过多年研究，开发出了配套的虚拟实验系统。通过对国内、外的基于计算机仿真的虚拟现实教学应用情况进行对比，我们发现：当前，国外基于计算机仿真的虚拟实验比国内开发时间早，应用相对成熟，不管是在仿真器材还是仿真软件上都比较丰富、且功能较多；同时，国外很多成熟的仿真实验产品价格普遍偏高，且技术难度也不太适合本科学生，更适合研究所或工程师使用。尽管如此，我国还是有很多现行的成熟的计算机仿真软件供我们选择，这些成熟的仿真软件具有界面友好、可扩充性、支持二次开发等特性，甚至大多实现模块化利于定制化实验的开发，基本上能满足国内高等院校实验教学需要及丰富的仿真实验需求。因此，国内很多高校及科研院所普遍采用购买成熟的仿真软件产品，基于自身的仿真实验需求进行对应的二次开发，从而设计出适合自己的基于计算机仿真的虚拟实验平台，并得到了很好的应用发展。就工业工程类实验课程而言，现在市面上流行的仿真软件，如，Flexsim、witness、em-plan等都能提供给我们一个良好的仿真实验平台，供我们在这些平台上进行综合性实践项目的构建和开发。

3基于计算机仿真技术的实验教学模式开发

在深度分析学生学习特点和企业真实需求的基础上，基于建构主义学习理论和混合式学习理论，按照社会发展对人才培养的要求，结合计算机仿真实验教学设计的基本原则，借鉴信息化和项目教学、案例教学设计方法，探索出基于实践项目、真实案例和工作任务的计算机仿真实验教学模式，实现了“教、学、做”一体化的实验设计。该模式由“项目导入、制定计划、实施计划和成果展示与评价”4个环节组成，其中，计算机仿真实验教学贯穿了该模式的所有环节。下面简单介绍该模式的具体实施方案。

（1）在“项目导入”环节，专业教师的活动包括：借助选定的计算机仿真实验平台，导入项目任务及目标、展示项目结果，让学生对项目有一个直观的认识，然后再布置具体的实践任务；利用计算机仿真实验平台，让学生明确自己应当完成的具体任务和完成任务后可以获得哪些知识以及达到什么样的技能水平；在充分考虑学生的现有知识和能力水平的基础上，适当采取分工协作方式，安排具体的任务完成时间及成果的评定方法等。

（2）在“制定计划”环节，学生的活动包括：通过自主学习、分工协作等方式，对具体实践项目的目标、任务进行分析；确定任务所涉及的专业方法和技能手段，充分应用已掌握的专业知识和能力，借助计算机仿真实验平台，设计出仿真实验模型帮助决策与优化；确定仿真实验任务的实施步骤，为仿真实验任务的实施做好充分的准备。

（3）在“实施计划”环节，学生的活动包括：在计算机仿真实验平台上，按照拟定的计划，逐步完成实践项目的仿真任务；在完成实践项目仿真任务的过程中，学生通过应用所学专业知识和技能，建构自己的专业知识，从而帮助自己养成专业素养。

（4）在“展示与评价”环节，学生的工作包括：在计算机仿真实验平台上展示自己的实践项目仿真成果；参与讨论和评价；通过对比分析，学生对自己的实践项目展开进一步的仿真优化处理。

4结语

将计算机仿真技术与项目教学、案例教学更加紧密的结合起来，能够更好的实现“教、学、做”一体化，并且，在显著改善实验教学条件、提升实验教学效果的同时，减少了设备消耗，尤其是耗材的使用量，节省了实验经费，而且克服了时间与空间上的限制，使工业工程综合实验课的开课率和学生的专业综合能力得到显著提升。计算机仿真技术在专业实验教学方面的应用前景广泛,值得深入研究。

作者：赵灿灿 单位：首都经济贸易大学安全与环境工程学院

参考文献

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[13]刘扬武.分析计算机仿真技术在高校网络协议实验教学中的应用[J].电脑知识与技术,2014(15):76.

篇8

关键词：虚拟仿真；森林保护学；实验教学体系

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）21-0268-03

实验教学体系是与理论教学有机结合，以“拓展式实验教学”为主导，以能力培养为核心，多层次、多模块、衔接紧密的科学系统，虚拟仿真实验教学体系与教学内容建设是虚拟仿真实验教学中心建设的核心[1]。广西大学自2014年入选国家首批卓越农林人才教育培养计划试点高校以来，根据卓越农林人才培养计划目标，加强学生实践能力培养，强化实践教学环节。其中，广西大学林学院林学专业作为国家首批复合应用型农林人才培养模式改革试点专业，积极推进实验教学改革和实验手段创新，把虚拟仿真技术应用于实验教学，构建了虚实融合的森林保护学虚拟仿真实验教学体系，为卓越农林人才培养和深化教学改革开辟了一条新的途径。

一、森林保护学实验的特点

森林保护学是以保障林业植物健康和森林生态安全为目标，研究病、虫、草、鼠等林业有害生物的生物学特性、发生危害与灾变规律及其防治理论和防治技术的学科。它主要由森林病理学、森林昆虫学、病原真菌学、病原细菌学、病毒学、植物化学保护、林业有害生物预测预报学和林业植物检疫学等多学科组成的综合性学科。森林保护学的功能主要是预防和持续控制林业有害生物的发生和危害，减少灾害损失，保护森林资源和生态安全，促进林业经济可持续发展。森林保护的学科性质和功能决定了森林保护学实验具有以下特点：

（一）实验对象的鲜活性

森林保护学实验的对象往往是鲜活的生物体，如昆虫发育有效积温的测定、昆虫的人工饲养、林木病原菌的分离与鉴定等实验的对象均是鲜活的生物体，实验过程需要确保这些生物体正常的生活环境。

（二）实验事件的偶然性

森林病虫害、火灾等是一种灾害，具有偶然性，也是现实中不希望发生的，当它发生的时候也只有在教学进度和时间合适、实验经费允许的条件下可以安排学生去进行防治实验。相反，当按照实验教学日历要进行森林病虫害防治实验以及森林防火等有关实验的时候却很难找到大片发生病虫害或火灾的森林进行防治和灭火实验。

（三）实验过程的危险性

森林病虫害的化学防治是森林病虫害防治的一种常规技术，但是此类实验由于需要使用具有较大毒性的化学农药，该实验过程及其实验废物的排放均对人体健康造成威胁而不能开设。

（四）实验时间的季节性

森林保护学实验对象的鲜活性决定了森林保护学实验具有季节性。病虫害的发生往往具有明显的季节性，高温高湿的季节发生比较严重，冬季和春季发生比较轻，森林火灾则在干旱的秋冬季较易发生。

（五）实验场所的开放性

森林保护学的一些综合性实验（包括探索性实验、生产性实验和研究性实验），如林业有害生物普查测报、林业有害生物灾害监测预警、林业有害生物综合防治、农药药效试验、重大林业有害生物灾害的应急处置、森林火灾隐患排查、森林火灾扑救、森林可燃物类型的划分、森林火险等级预测预报等实验需要在广阔的林间进行。

二、森林保护学实验虚拟化的必要性

虚拟仿真实验教学是对传统实验教学在思想体系、实验内容、实验方法和手段等颠覆性的变革。它综合应用虚拟现实、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[2-5]。虚拟实验具有沉浸感、模拟性、交互性、感知性和构想性等特点[6]，有利于提高实验教学的效果，培养学生创新能力和解决问题的能力。采用虚拟仿真技术于实验教学，可以为学生营造“自主实验”的氛围，具有实验成本低、无污染、突破现实实验中时空的限制等优点[7，8]。

因此，将森林保护学实验中一些由于受到场地、时间季节、实验成本、危险性以及不可再重现等方面的限制，难以在传统实验教学中实施的实验开发成虚拟仿真实验是非常必要的。虚拟仿真实验作为真实实验的补充和扩展，具有仿真性、参与感、安全性等特点，与传统实物实验结合，可以使学生获得全面的训练，对培养学生动手能力、观察能力、独立思考能力和创新能力具有重要意义。

三、森林保护学虚拟仿真实验教学体系的构建

广西大学林业科学与工程虚拟仿真实验教学中心根据“虚实结合，能实不虚，以虚扩实”的建设原则，建了“模块化、层次化、多元化”的虚拟仿真实验教学体系（如图1所示），即“森林昆虫、森林病理、化学保护和森林防火”4个模块，每个模块包含“基础实验、专业技能和综合创新”3个层次。形成了虚实融合，以综合创新为特色，以能力培养为核心，多层次、多模块、衔接紧密的森林保护学虚拟仿真实验教学体系。

（一）虚拟仿真实验的四模块

1.森林昆虫虚拟仿真实验模块。本模块主要针对森林昆虫的个体发育、行为习性、危害调查与综合防治等方面的实验进行虚拟仿真。如在森林昆虫多样性调查虚拟仿真实验中，采用虚拟仿真技术虚拟仿真实验背景，制作调查样线及3D化的智能昆虫模型，每种模型昆虫的数量参照当地森林中的丰富度来设定。开展多样性调查时，可将各种昆虫在树林中出现的限制因子设定为季节，以便在不同季节进行多样性调查时得出的结果与自然界相吻合。对调查到的每一种昆虫，配以真实照片，以便学生进行鉴定，做到虚实结合。

2.森林病理虚拟仿真实验模块。本模块主要针对森林病原物的分离鉴定、病害发生发展与综合防治等方面的实验进行虚拟仿真。如桉树青枯病菌主要通过根部和根颈部伤口入侵，在植物体内繁殖，沿着维管束蔓延全株发病，植株失水萎蔫枯死。但这一过程无法在常规的实验课中让学生观察到，也难以让学生理解和掌握。通过虚拟仿真技术，把桉树青枯病症状诊断、发病规律、侵染循环以及防控技术直观呈现，提高学生对桉树青枯病的诊断和防控技术水平。

3.化学保护虚拟仿真实验模块。化学保护的核心是如何科学地使用农药，根据农药、有害生物与环境之间的关系合理使用农药。农药往往具有较大毒性，实验过程及其实验废物的排放均对人体健康造成威胁。本模块主要包括农药的毒力测定、药剂室内药效筛选、林间小区药效试验、农药对植物的药害作用、除草剂的选择作用及防除效果、农药残留分析等仿真实验。

4.森林防火虚拟仿真实验模块。真实森林火灾发生与控制实验具有极其危险性与不可重复性。通过虚拟仿真技术，可以模拟森林火灾场景，通过调整参数输入设置不同火灾发生发展过程，针对不同火灾发展阶段调用不同控制火灾策略和技术，直观展示火灾控制效果。本模块主要包括火灾发生过程的仿真演示、森林火灾隐患排查、森林可燃物类型的划分、森林火险等级预测预报、森林火灾发生与控制技术等仿真实验。

（二）虚拟仿真实验的三层次

1.基础实验层次。该层次主要是演示性试验，让学生了解掌握森林保护学的基础知识和基础技能。

2.专业技能层次。该层次主要是专业技能实验，让学生了解掌握森林有害生物的调查与防治、森林植物检疫、物理防治、生物防治、森林火灾隐患的排查与扑救、农药的配制与使用等专业技能。

3.综合创新层次。该层次主要面向学科前沿和林业生产第一线，让学生参与教师的科研项目，将科研项目研究成果转化为虚拟仿真实验教学资源。此外，森林保护学是一门应用性很强的学科，常常需要解决林业生产上有害生物防治的实际问题。如天敌昆虫的人工饲养及其应用仿真实验可以结合生产实践开展花绒寄甲人工饲养并用于防治松褐天牛。

四、结语

虚拟仿真技术在实验教学中的应用，极大地拓展了实验教学的内容和时空，一些在传统实验条件下难以安排的实验得以全面的开展[9]。但是虚拟仿真实验不能完全代替真实实验，只能作为真实实验的补充和扩展，虚拟仿真实验必须与传统实验相结合，使学生获得全面的实验训练。

多层次、多模块、衔接紧密的森林保护学虚拟仿真实验教学体系把各种森林保护学实验有机串联起来，注重纵向知识体系和横向知识的相互浸透，注重森林保护的基础知识、专业技能和综合创新各个方面的衔接。该体系把实验教学、专业能力培养和科研综合创新有机结合，为卓越农林人才培养和深化教学改革开辟了一条新的途径。

参考文献：

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[7]张红宾，赵二刚，张颖.虚拟仿真在电子类实验教学中的应用探讨[J].实验室科学，2015，18（3）：44-46.

篇9

关键词： 虚拟电子工作台 电子技术 虚拟实验 直流工作点

虚拟电子工作台（简称EWB）实验是利用计算机构造一个实验模拟环境，通过建立模拟电路并对模拟电路的数据和功能进行分析而达到实验效果和目的的一种新的实验方法。EWB软件可以在计算机上建立电子元件型号及参数库，通过选择实验所需的电子元件型号、参数和虚拟测试仪器就可进行模拟电路的连接和仿真运行和测试，并在模拟仪器上读出测试结果，特别易于学生学习和使用。作为传统电子技术实验的补充，EWB使学生掌握仿真软件技术，间接了解电子元件设计和制造的发展动向，它既继承了实物实验可操作性、参与性强的优点，又利用了计算机的优势，凸显了其直观、动态模拟、迅速准确、资源共享、资金投入量少等特点。

1. EWB的主要功能

EWB具有齐全的虚拟电子设备，在虚拟电子平台上操作这些设备如同操作真实的设备一样，非常真实，操作起来也更加容易。EWB提供了相当广泛的元器件，还提供了较大的选择余地，学生也可以根据元器件生产厂商的产品使用手册中的元器件参数添加新的元件或扩充已有的元器件库。同时根据EWB提供的图形操作界面，学生可单击鼠标，托放虚拟元器件或测试仪器，轻松地完成原理图的输入和连线，同时也允许用户调整电路连线和元件的位置及自动排列连线的功能，它具有如下特点：

（1）功能完善，实验用的元器件及测试仪器仪表齐全，可以做各种类型实验。

（2）实验不消耗器材，实验所需器材种类和数量不限制，实验成本低。

（3）实验速度快，效率高，易于开展各种设计性实验，提高了电路设计和实验效率。

2.使用EWB进行虚拟实验的基本方法

学生可以根据教学内容和要求创建一个线路图，按下电源开关后，就可以从示波器等测试仪器上读得电路中被测数据。整个运行过程可分成以下几个步骤：

（1）数据输入：将已创建的电路图结构、元器件数据读入，选择分析方法。

（2）参数设置：程序会检查输入数据的结构和性质，以及电路中的阐述内容，对参数进行设置。

（3）电路分析：对输入信号进行分析，它将占据CPU工作者的大部分时间，是对电路进行仿真和分析的关键。它将形成电路的数值解，并将所得数据送至输出级。

（4）数据输出：从测试仪器如示波器或万用表上获得仿真运行的结果。也可以从“分析”栏中的“分析显示图”中看到测量、分析的波形图。

3.实例分析

（1）在EWB上先创建需进行分析的电路图如图1所示。

（2）选定“选项/参数”栏中的“电路选项（Schematic Options）”，选定“显示节点名（Show Nodes Name）”，把电路的节点标志（ID）显示在电路图2上。

（3）在“仿真/分析（Analysis）”栏内选定“直流工作点（DC Operating Point）”，如图2所示。设置要仿真的节点，然后运行仿真（Simulate），EWB会自动把电路中所选节点的电压数值和电源支路的电流数值显示在“分析图（Analysis Graph）”（如图3所示中）上。

由此可见，一台计算机加一套EWB软件，就相当于拥有了一个设备先进的虚拟电子实验室。

4.充分发挥虚拟电子平台仿真技术在教学中的作用

现代教育的职能已成为为学习者服务、为用人单位服务。人才需求的变化，技术发展之快更是需要有人才培养的超前意识。这就需要我们创新思维，创新教学手段。学校实验教学应以技术为突破口，引入计算机辅助教学手段，将虚拟电子平台仿真技术技术引入到各专业的教学中，利用计算加软件功能，完善原始的教学设备，提高教学质量，解决部分实践性环节教学难题，从而加快高素质人才培养速度。

综上所述，虚拟电子平台仿真技术，必将引领今后的实验教学发展方向，对实验教学方法和手段的改革起到推动作用。

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篇10

关键词：仿真技术；电工电子；教学；EWB

中图分类号：G632 文献标识码：B 文章编号：1002-7661（2015）11-012-01

仿真教学，是指应用软件和技术借助windows平台进行辅助教学活动。将仿真技术引入课堂教学和实验实训中，显著地提高了教学效率、效果，节约了教学成本，有效地提高了学员学习应用新知识、新技术的能力，受到了学员的普遍欢迎和好评。随着仿真技术的不断发展，仿真教学越来越受到人们的青睐。

与传统教学方法相比，仿真教学具有以下明显的优越性：一是仿真软件中的虚拟仪器和元器件与实物非常接近，易学易懂，学员爱学爱用，兴趣高，且不受场地限制；二是仿真演示和仿真实验实训直观、清晰、生动，使抽象的概念原理直观化、形象化，有利于突破难点、加深记忆；三是仿真教学、仿真实验实训不必直接接触强电，不用进行元件安装和焊锡操作，从而避免溅锡伤人、线路短路触电等危险，达到安全的目的；四是采用仿真实验、实训，可随意调出软件中元器件库虚拟仪器及各种元器件进行模拟设计、安装，利用虚拟仪器对设计好的电路进行调试及分析，不仅测试仪器的图形与实物相似，而且测试结果与实际调试基本相似，如同置身于实验室中，既节省了购买大量元器件和高档仪器的费用，又避免了仪器损坏和元件消耗。

电子技术、电子电路、脉冲与数字电路等电子类课程概念抽象、直观性差、原理难懂，加上技校学员普遍素质偏低，对理论教学缺乏兴趣，故此传统教法的教学效果比较差。针对我院学员的实际，将仿真技术应用到上述课程的教学活动中，达到了事半功倍、省时高效的效果。

一、应用仿真技术演示抽象内容，激发学员兴趣

兴趣是最好的老师。在电子技术课程教学中，常应用仿真技术巧妙精彩地导入要讲的内容，以激发学员的求知欲。例如在讲授半导体特性这一课题时，学员对电子流和空穴流往往难以理解，为此，应用仿真技术在屏幕上模拟出电子流和空穴流的流动过程：在电场力作用下，电子连续不断地向电源装置的正极移动，形成了一条电子流；而空穴则向电源的负极移动，形成了一条空穴流。它们形成的电流方向一致，外电路的电流等于电子电流和空穴电流之和。通过这样的演示，同学们不但兴趣盎然，而且较好地理解了半导体导电的这个重要特征。

二、应用仿真技术演示电路特点，突破教学难点

将抽象的原理、概念、公式推导直观化，有利于学员理解和记忆，从而突破教学难点。例如电子线路中有关整流滤波电路的教学，传统教法是由教师通过分析电容的充放电过程对输出直流电压的影响，得出一个输出电压的波形图，然后对波形图进行分析，推导出求电容容量C的关系公式，但学员往往感到公式抽象，实际中不会应用数学公式。为了突破这一难题，就利用Multisim2001软件，模拟该电路，经过仿真演示，同学们就较好理解了这一问题，从而有效地突破了教学的难点。

三、应用仿真技术将仿真实验引入课堂，有利于一体化教学

以往进行理实一体化教学，教师需要带学员到实验室上课，或将实验仪器设备搬到普通课堂，十分不便。为达到省时高效，将EWB的仿真实验功能引入课堂，进行一体化教学，开展师生之间、生生之间的互动交流，教学效果显著。

四、应用仿真技术开展模拟实训，实行“虚实结合”

过去，因受场地、经费、器材等硬件条件限制，电类专业的实习课题和时间安排往往达不到规定的要求，不利于学员实践能力的提高。随着仿真技术的应用，在教学中，选取有代表性的课题，开设了一定比例的模拟实训，实行实物实训与模拟实训相结合，发挥了模拟实训省时、高效、安全、经济的长处，解决了过去实训课完全依赖实验仪器，且电子元器件损耗大和实验仪器损坏后维修不及时的问题。的做法是，对基本测量技术、常用仪器仪表及元器件使用、基本电路设计等电子专业的基本功，原则上都进行实物实训；对用真实仪器难以显示或需消耗昂贵元器件的课题，通常采用模拟实训；对设计性、综合性的实训项目，通常安排学员先进行EWB模拟预习，在理解实验原理的基础上再安排实物实训。这样将虚实两种实验结合起来，可以大大提高实训实验效率和质量，节约教学成本。

五、应用仿真技术充实、丰富第二课堂活动，提高学员的创新能力

搞好第二课题活动，有利于学员为适应就业市场竞争而提高就业能力。所以，在课余积极指导电子专业学员开展第二课堂活动，利用EWB进行电子线路应用、设计的模拟训练，有效地促进了研究性学习，提高了学员的电路设计水平。例如，我结合脉冲波形的产生与整形的教学，指导学员应用EWB软件进行单稳态触发器电器电路仿真实验，用信号发生器产生触发信号作为输入信号，通过示波器观察输入、输出波形。在仿真实验的基础上进行电路设计，再应用EWB模拟验证，然后动手制作实物，使学员的电子制作水平显著提高。

总而言之，仿真教学虽然不能完全取代真实的传统教学和实训，但只要我们充分发挥仿真技术的特点，使仿真教学与传统知识讲授有机结合、融为一体，就一定能有效地减少教师无效的工作时间，提高工作效率，节约教学资源，充分调动学员的学习积极性，变被动接受灌输为主动建构知识，从而提高学习效率和效果，实现多快好省地培养高素质技能人才的目标。

参考文献：

[1] 崔建明.电工电子技术[M].北京：高等教育出版社.2008.