计算机仿真技术论文范文
时间：2023-03-16 11:31:21
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篇1
摘要：在研究生的计算机仿真技术课程教学中，针对机械工程类研究生的专业方向、课程体系的设置以及工科研究生自身特点，为培养研究生的自主学习能力、创新能力以及增强其工程应用意识，通过在计算机仿真技术课程教学的经验积累，逐步探索出以项目驱动为主要教学方法，通过实践应用，取得良好的教学效果。
关键词：项目教学法；计算机仿真；创新；实践
中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）24-0144-02
一、前言
研究生教学有其突出的特点，他们中多数人理论基础扎实，获取书本知识能力强。但同时也存在创新意识和创新能力不足、工程应用背景不够的缺点。本人通过十多年研究生教学的实践，结合本学院研究生专业方向、课程内容针对性强等特点，对如何在研究生教学改革中突出培养学生的自学能力、创新能力，增强学生的创新意识与工程应用能力等问题进行了一些改革创新。
二、课程定位及课程特点
随着现代工业的发展，科学研究的深入与计算机软、硬件的发展，计算机仿真技术已成为分析、综合各类系统，特别是大系统的一种有效研究方法和有力的研究工具，计算机仿真技术已经广泛应用在各技术领域、各学科内容和各工程部门。仿真技术已经在国防军事、国民经济、社会生活的众多领域发挥了重要的作用，国内外众多学者认为，仿真技术“正在成为与理论、实验并列的第三种认识和改造客观世界以及科学研究的手段”，因此仿真技术
被认为是“使能”技术。计算机仿真技术是仿真科学与技术涉及到的有关具体仿真技术中最为基础的部分，具有综合性、多学科交叉等特点。
为了拓宽机械工程专业基础，提高培养对象的整体素质，更好地适应社会对机械工程专业人才的需求，高校工科专业的研究生应掌握一定的计算机仿真知识与技能。计算机仿真技术课程是我校机械工程学院面向所有研究生各专业方向的研究生开设的一门专业基础课程，考虑专业应用需求并结合教学实践情况，课程目的是通过本课程的学习，要求学生掌握计算机仿真技术方面的基本理论，基本知识和基本技能，培养学生分析问题和解决问题的能力，为今后分析、综合各类工程系统或非工程系统提供一种有力的工具，以便能灵活应用所学的计算机仿真技术为本专业工作服务。
一方面，基于仿真技术课程的内容方法较多，实践性强的特点；另一方面，授课对象专业方向较多、授课学时有限等特点，如何解决在有限的教学课时内讲授内容繁多的仿真内容、对计算机仿真技术课程进行教学方法和手段的改革探索和实践，以达到计算机仿真技术教学目标。
三、教学内容的设置和教学方法的选择
课程开设初期，由于只是机械电子工程专业方向的同学选修，所以所讲内容基本针对该专业方向进行设置。随着选修人数的不断增加，以及选修学生所属专业方向的扩大，专业方向包括：机械制造及其自动化、机械电子工程、机械设计及理论、车辆工程、机械工程（专业学位）等，基本涵盖了机械工程学院的所有专业方向。
计算机仿真技术课程涉及多个交叉学科，紧密相关的课程包括数值计算方法、计算机编程、计算机图形学、高等数学、自动控制原理、现代控制理论、优化设计等课程。如何讲出本课程的特点，并充分结合相关课程内容，必须在教学内容的选排上下功夫。
项目教学法是一种以任务驱动、以项目为基本教学单元，将理论教学和实践教学有机融合在一起，强调综合能力的培养在研究生教育中的重要性，突出学生在整个教学过程中的主体地位。因此，为了满足各个专业方向学生的要求，使他们能够掌握一门工程分析技术，为后续的学术论文和硕士学位论文的撰写提供计算、分析和仿真手段，本人在讲授该门课程的过程中，逐年对教学内容、教学手段和教学考核方法等不断进行调整和完善。
1.采取项目专题方式进行教学内容的讲授，调整授课内容，采用专题教学方法使课程主题内容分明，有利于将仿真方法讲深、讲透。
2.扩展所授课程内容涵盖的范围，包括数值计算、优化设计、图形可视化、控制系统特性仿真、控制系统设计以及与外部软件的接口等内容，以满足各专业方向学生的需求。
3.增加与课程相结合的实验教学内容。计算机仿真技术本来是实践性很强的综合性技术，仿真技术本身是在对控制系统分析的过程中不断完善和发展起来的。因此并结合各个专业研究生的不同研究方向，灵活设计若干个专题实验，使学生学以致用，培养学生将该门课程应用于实际工程的能力。
4.采用多个工程应用实例进行教学，从系统应用、数学建模、仿真建模、模型求解以及特性分析等，使学生从生产实际认知的研究对象，提升到理论高度的学习，应用所学的各科理论知识和技术手段，进行数学建模、仿真建模的建立，并对模型求解以及特性进行分析，获得直观结果，提高学生学习兴趣，最终解决实际工程问题，培养学生解决工程实例问题的能力。
5.结合学科前沿，进行课堂讨论。研究生在初步掌握了对系统的模型、仿真算法设计、仿真及结果分析这一流程后，为强化计算机仿真在实际工程的应用概念，在此基础上，以项目形式，开展课程学科前沿以及⒏妹趴纬逃胂执技术融合等专题讨论。
6.增加实验环节，培养研究生工程实际应用能力。利用各种平台，扩充计算机仿真技术资料，提供最新的仿真案例，结合教学团队的科研课题，设计实验项目，培养研究生工程实际应用能力。
四、项目教学法的教学效果
基于项目教学法计算机仿真技术课程的教学方法改革与实践，满足机械工程学院各个专业方向研究生的需求，教学方法和手段的完善，使研究生自主学习能力、创新能力和工程应用能力等得到了进一步的提高。
计算机仿真技术作为工科研究生的必备研究手段和技术，使学生掌握一门工程分析技术，为后续的课题研究、学术论文和学位论文的撰写提供计算、分析和仿真手段。
近五年的每年30―40人研究生选课，工程硕士每年20人左右选课，课程得到了各专业方向研究生的普遍认同。本人指导的研究生，发表与该课程相关的学术论文近20篇，撰写的硕士论文均用到计算机仿真技术。
篇2
论文摘要：针对电子信息类专业实验教学中存在的问题，结合实际的教学条件，对实验教学提出了改革，将仿真技术应用到实验体系中，避免了实验条件的空间和时间限制，充分发挥了学生能动性，提高了实验教学质量。
实验是电子信息类专业学生课程教学的一个重要环节，是对理论教学的补充和深化，其开设方式关系到学生对理论知识的掌握和应用，直接影响着学生的操作技能、主观能动性和实际动手能力的提高，也决定着理论和实验的教学水平。因此，在教学过程中一定要加强实验这个实践性教学环节，充分利用实验资源来培养和提高学生解决问题的能力和创新能力，使学生能够更加快速地适应于将来的工作。加强实验教学环节，最大限度地利用学校的实验教学资源，对提高教学水平，培养学生的实际应用能力和综合素质具有重要的意义。
1 实验教学的传统模式和问题
在我国高校工科教育中，实验教学硬件条件普遍不足，或者是硬件实验条件的发展跟不上技术的要求，同时各高校大幅度扩大招生，实验教学硬件条件更显不足。加大对实践教学条件的投入，加强培养实践教学科技人才，强化实践教学内容和条件的改革与建设，在当前来说具有特殊重要性[1]。我国教育主管部门也在积极得进行着推进实践教学的改革与建设。例如：在全国高校本科教学水平评估中，实验室建设基地和建设经费以及实验教学改革就是一项重要的指标内容。越来越多的高校开始响应教育部的号召，实行了“双基”实验室，并在此基础上进一步建设“实验教学示范中心”。
目前，实验教学的传统模式的缺点主要表现有：
1）实验设备陈旧，实验模式单一；
2）验证性实验分量大，与设计性、综合性和创新性实验之间的比例失调；
3）先进的实验教学手段在实验教学中的引入还不够；等。
2 实验教学方法改革势在必行
随着计算机的普及和应用，在教学中也越来越多地借助计算机来辅助设计方法，同样，在实验中借助计算机仿真技术具有很大优点：减少实验中所需的耗材、降低对实验器材的破坏性、完成更复杂更高难度的设计性实验、更加全面地分析实验对象以及结果的性能指标等，具有高效、快速、直观、完整的优势。开展仿真实验作为一种新型的实验教学方法是在现有实验室设备的基础上采用计算机新型软件对实验进行模拟，大大提高了学生对本专业知识的应用能力和科研创新能力。因此，在当今的实验教学中，仿真实验的引入势在必行。
对当今高校来说，学生人数不断增加，实验室设备和资金满足不了大学中学生的试验要求，为了不断提高实验教学的质量，又进一步解决实验设备少、不好维护、建设费用高等问题。将仿真技术引入实验教学中来，学生一方面可以利用计算机实现实验方案的设计，又可以直观地验证仿真过程和结果，不受实验室条件和空间的限制，可将实验设计带入到课余生活中来进行，大大提高了学生对实验的操作兴趣。利用仿真实验由于方法的灵活性可以充分发挥学生的想像力和创造力，比起传统的实验教学更利于培养科技创新人才，且有利于降低实验成本，能够使得实验室的建设和发展进入一个良性循环中。
3 实验教学改革方案
3.1 实验中引入相应的仿真技术来进行虚拟实验
在实验教学中引入计算机仿真技术，一方面，充分发挥学生的主观能动性，激发学生学习兴趣，另一方面，老师可以利用计算机技术来观察学生的实验过程，采集学生的实验结果，更好地跟踪和指导学生，先进的教学理念和教学手段有助于提高实验教学效果，提高教师的教学水平。而计算机的引入可把实验设备、理论教学、教师指导和学生的思考、操作有机地融合为一体，克服了传统实验教学过程中受到课堂、课时、实验设备等的限制，使实验教学内容进一步灵活化，在时间和空间上得到延伸，也进一步激发了学生的实验热情。
在实验中引入相应的仿真技术来进行虚拟实验，可以使得学生在进行实验的过程中培养独立思考能力，激发学生的学习兴趣，提高学生的创新意识，同时为学生提供了更加开放灵活的实验条件。对实验内容和实验教材来说，采用仿真技术把将虚拟实验和真实的电路实验有机地整合起来，充实了实验内容，增强了实验的能动性和趣味性，有利于实现培养学生综合实践和探索创新能力[2]。目前，越来越多的高校重新对实验室建设进行了规划，利用计算机仿真技术改革实验教学是一个新的发展方向。在高校实验室中引入计算机以及相应的软件技术不仅可改善实验条件、改革实验教学方法、充实实验教学内容，还可大大提高实验效率，降低实验成本，增强学生学习的积极性和创新性，为实验教学和科研提供良好的实验平台[3]。
以单片机实验教学为例，在实验过程中我们引入proteus仿真软件，用它来模拟单片机硬件系统。由于软件的灵活性，可以克服实验箱硬件电路固定、实验内容难于改动等局限。整个实验设计都是基于计算机仿真技术的，除了计算机外不再需要任何硬件即可进行实验，这样有利于促成课程和教学改革，更有利于人才的培养。仿真技术的另一应用表现在学生的业余爱好上，比如目前的电子设计大赛，挑战杯等，学生完全可以利用计算机来进行仿真，先用计算机仿真出相应的实验模型，在计算机上进行模拟调试，最后用硬件实现。在整个过程中，学生可充分发挥自己的才能，通过大量仿真对比，达到设计目的，学生也可以大胆地反复调试，避免了损坏器件。在电子设计竞赛中，我们使用proteus开发环境对学生进行培训，在不需要硬件投入的条件下，学生普遍反映，对单片机的学习比单纯学习书本知识更容易接受，更容易提高。实践证明，在使用proteus进行系统仿真开发成功之后再进行实际制作，能极大提高单片机系统设计效率。
另外，开展仿真教学对于我国的远程教学也是一种很好的尝试，有着重要的意义。
3.2 重新安排各类性质的实验，适量增加综合性、设计性实验
验证性实验是实验中最基本的，可以使学生巩固理论知识，它的实验内容相对简单，重点培养学生的基本操作、数据处理和计算技能，验证和加深对课本知识的掌握和理解。综合性实验则要求学生必须具有一定的专业基础知识和基本操作技能，能够运用某一课程或多门课程的综合知识，进而对实验技能和实验方法进行综合训练的一种复合性实验。目前工科高校中越来越多地提出课程设计也是为了加强学生对综合知识的运用。为充分调动学生的学习积极性和主观能动性，设计性实验也必不可少。设计性实验能加深学生对理论知识的认识，由学生自己负责计划和执行，充分提高了学生的思维能力、动手能力、分析和解决工程实际问题的能力[3]，发挥了学生的主观能动性，设计性实验的完成可以充分借助于计算机仿真技术来完成。
验证性、综合性、设计性实验相结合，培养了学生基本的实验技能和方法，同时又促进了学生的创新思维，打破了原有实验教学附属于理论教学的模式，建立与理论教学并行的，既相对独立、又相互联系的实验教学体系。在某些应用性强的实验教学中，综合性和设计性实验的比例至少要达到60%以上，同时设计性实验最好要跟得上科学技术的发展。一方面保证基本实验技能训练，另一方面，实验内容应与当今先进技术的发展相结合，适应社会发展的需要，将科研成果转化为实验内容，提高实验的先进性和代表性。那么，工科院校中一方面加大实验器材的投入，提高实验教学条件，开设先进的实验内容，提高学生的积极性，使学生适应当今社会的发展；另一方面，要充分利用现有的条件，引进先进的仿真技术，使得实验条件进一步升华，充分发挥教师和学生的主观能动性和创新能力。
3.3 硬件软件都要抓，都要硬
计算机仿真实验虽然可以准确地反映整个实验过程， 是一种新型的应用技术，十分有效，但是仿真技术不是万能的，它毕竟不是真正的实验，在许多场合仿真只能起辅助作用。也就是说不能用仿真实验来全部代替硬件电路实验，而是将仿真试验和传统的硬件实验相互结合，根据学校的实际情况和实验的情况灵活运用，虚拟实验不是万能的，如果所有的实验都用虚拟实验替代的话，学生在虚拟环境中实验会产生或多或少的不踏实的虚拟感，实践能力也不可能得到真正的提高。
3.4 加强对实验课教师的培训，通过培训交流更多地了解新的实验技术
在实验教学改革的同时，必然对教师提出更高的要求：一是教师也应加强专业知识和技能的学习，来提高自己的业务能力和综合素质，另外，不断更新专业知识的结构，了解前沿技术的发展也是必需的；二是高校中要大力创造条件促进教师经常参加基础理论知识的培训和实验的培训以及学术研讨会，从而扩大视野，更新教学观念，及时了解嵌入式系统发展趋势和动态，促进电子类实验技术的发展；三是要大力组织专业教师去积极申报相关的创新实验和科研项目，提倡以科研资金来促进实验室的建设，用科研成果去改进实验内容，同时可以提高教师的科研能力，在科研中更好地去锻炼自己，为实验教学服务。
4 结论
随着社会对人才要求的提高，大力推进实验教学改革迫在眉睫，而大学实验教学的改革又直接影响到学生的动手和创新能力。实验教学必须能够跟得上时代的脚步，将仿真技术应用到实验教学中可以充分调动学生的主观能动性，激发学生的创新能力，加快学生适应社会的能力，同时学习了先进的新技术。
参考文献：
[1] 丁美荣,柴少明.基于虚拟实验与真实实验整合的计算机网络实验教学改革[j].现代教育技术,2007,7(17):99-102.
[2] 孙晓明.土力学实验课程教学方法的研究与改革[j].黑龙江教育,2006(11):59-60.
篇3
本文介绍了应急疏散仿真技术提出的背景及其特点，阐述了所涉及到的疏散人员行为的研究、应急疏散的计算机仿真研究等，并对其发展趋势以及未来的研究方向进行了展望。
关键词：应急疏散；行为模式；计算机仿真
中图分类号：C35文献标识码： A
一、前言
火灾后室内人员的安全疏散是建筑防火设计的重要组成部分。在目前的技术条件下安全管理部门只能通过应急疏散演习来提高应急疏散能力，并对应急疏散设施进行安全评估。但应急疏散演习风险大、花费高，本身具有一定的破坏性和安全隐患，同时当前对应急疏散设施的安全评估缺乏有效的技术标准。同时，人的行为受外界和心理诸多因素的影响，不可能把人置于真正事故现象的混乱之中。在这样的背景下，有必要借助计算机仿真技术来模拟群体行为与应急疏散场景，借助计算机实现应急疏散模拟演练，并利用模拟结果对应急疏散指挥方案与应急疏散设施进行性能评估。在事前就找到建筑布局中疏散的瓶颈，疏散预案中的不足，从而对相应的地方加以改进。最终达到减少事故发生及事故损害的效果。
二、人的行为的探讨
人员作为疏散的主体，对于疏散具有决定性的影响，因此在进行人员疏散仿真研究时必须先要对疏散中的主体疏散人员进行研究。一般来讲，被疏散者在疏散过程中采取的行为与其所处的环境有复杂的关系。在疏散过程中，每个被疏散者都处于三种类型的相互作用之中，所有这些相互作用都涉及到复杂的决策。这些相互作用可以被分类如下：
人与人之间的相互作用：与其他被疏散者的作用。
人与建筑物的相互作用：与建筑物室内结构的作用。
人与环境的相互作用：与受火灾影响的大气和可能出现的碎片的作用。
这些相互作用影响被疏散者的行动，并且由此引发决策过程。根据这些相互作用发生的方式，这一过程可以变得越来越复杂。这些方式可以发生在三个不同的层次上：
心理学层次上：给定疏散者的特征和经历，基于可用的信息来做决定。在火灾威胁下的这一类型的相互作用可能会引起被疏散者远离火焰或者是响应疏散的号召。
社会学层次上：建立在一个被疏散者与其他被疏散者之间的相互作用之上的反应。在火灾中，这种类型的相互作用可能会引起被疏散者鼓动救援或者向其他被疏散者发出警告。
生理学层次上的：对所处环境做出的生理反应会以某种方式影响居住者的能力。在火灾中，这种相互作用可能会引起致幻烟雾的陶醉或者呼吸和感觉器官对刺激性气体的不适应。
根据上述观点，从组织行为学，把紧急疏散中人的行为模式分为个体行为模式、群体行为模式和决策者行为模式。
1 个体的行为模式
疏散过程中单个人员的行为主要体现在单个人员的移动行为上，包括移动方向上的前，后，左，右的移动表现。这种行为是疏散人员能够进行的最简单，最直接，最基本的行为。在疏散过程中采取什么样的基本行为可以是随机的，也可以按照一定的规则选取。另外，通过心理学的研究总结发现，个体人员行为一般有下面行为：
（1）随机行走。当然人员在一个疏散空间里面，而疏散空间没有出口的话，那么里面的人员将随机采取这种层次的行为。
（2）人员避碰。考虑到人员的避碰行为就可以在疏散过程中使得人员和人员不会相互碰撞，人员也不会跑入障碍物当中去。
（3）目标。当一个疏散人员确定了自己的目标点以后，他就会调整运动方向和速度朝着目标点行动，即使在疏散过程中运动方向有些小的调整，但还是会再一次调整朝着出口方向前进。
2群体的行为模式
群体行为在紧急疏散中的行为是一个极其复杂的现象，人在紧急疏散中的各种心理和行为可以考虑以下几种因素：
（a）群集性。人群是因为有共同关心的问题而聚集在一起，该团体是偶然的、临时产生的，是一个没有任务分担的团体，易于受周围人的感情所影响。
（b）交互性。由于某种原困，人们汇集到一起，这些汇集起来的人群的心理又起到相乘的作用。
（c）跟随性。不是自己来判断逃生的方向，而是跟在前面的人或是大多数人的后面，胡乱跟随。
（d）冲突性。疏散过程中成员之间容易发生冲突。
3决策者行为模式
决策者根据现场的情况，将会对疏散采取指导性措施。现场情况主要有：是否有冲突；冲突的大小；各出口的人流量等。采取的措施通常有：派出引导员，加强现场的疏导；通过大屏幕，向观众发出疏散信息；派出安全员，现场处理冲突等等。
综上所述，疏散人群的行为是一个极其复杂的物理过程。在整个运动的过程中，其动态要受许多因素的直接或间接的影响。而群体中个体间的相互作用，甚至人的心理状态也都是影响运动过程的重要因素。为了从大量的观测数据中得到其背后的规律，指导实践，需要以计算机仿真技术作为主要的研究手段。通过计算机仿真，可以将在现实中难于实行的实验放到计算机生成的虚拟空间中去进行，而不受试验场景、规模和经费的限制，也不存在事故发生的可能。另外，由于计算机仿真技术的发展，在建立仿真模型时并不需要对人群的行为建立方程，所需要的只是一些观测所得的行为特征和数据。这样，就绕开了对疏散人群行为数学建模的这一难题。由此可见，对火灾应急疏散的研究，采用计算机仿真(或称为疏散仿真)，是其最重要的研究手段。
三、应急疏散仿真的研究现状
应急疏散仿真作为对人群疏散研究的一个重要的组成部分，其发展与疏散研究的发展密不可分。只有将其纳入疏散研究这一学科中阐述，才能理解其发展的历程和最新的进展。
人群疏散的仿真研究始于20多年前，这个领域的研究内容主要有三大部分：第一，对行人、人群以及疏散的观察和试验。主要目的是得到具体的数据以给建筑设计、疏散方案的指定提供参考；第二，对人群行为的数学模型的建立。这方面的研究主要是将人群假想为流体，用流体力学和热力学的公式建立人群运动的模型；第三，对人群行为和疏散过程的计算机仿真，这方面的研究由于计算机的普及，在最近逐渐成为这个领域的研究重点。
目前的应急疏散仿真模型可分成两类，一类是以元胞自动机模型(Cellular Automata Model)为代表的离散仿真模型，另一类是以社会力量模型(Social Force Model)为代表的连续仿真模型。
元胞自动机是由大量简单一致的个体通过局部联系组成的离散、分散及空间可扩展系统。其基本思想是将建筑物平面进行均匀网格划分，每个网格有三种状态：被墙壁或障碍物占据、被人员占据或为空。模型中的人员占据一个网格(元胞)，同时模型中人员的运动将遵循一定的局部规则并具有一定的智能性。
社会力量模型是一种多粒子自驱动的连续模型，人员被表示成具有一定质量和大小的自驱动的粒子。所谓的社会力是指人员之间或人员与环境之间的社会心理交互或物理接触。每个人员都试图以一定的期望速度运动，而人员的实际运动速度最终由一个牛顿力学方程组所决定。类似于社会力量模型的心理学模型还被应用于计算机群体动画的应用中。
离散仿真模型省去了建立群体行为微分方程组这一过程，在仿真速度上得到提高。但是离散仿真模型在对群体行为的模拟真实程度上，不如以社会力量模型为代表的连续仿真模型。连续仿真模型的缺点是计算成本较大。但是笔者认为，计算成本的降低和速度的提高并不是应急疏散仿真研究的重点，仿真结果是否真实反映了客观现实是这一研究的关键，因为这是涉及到公共安全的一项研究。
总体上讲，现有研究主要侧重于群体行为的物理模型，一种研究趋势是将心理变量引入到群体行为物理模型中，但缺乏对群体行为控制模型的研究。考虑到应急疏散演习风险高、花费大，有必要开发应急疏散演练平台，这就需要研究群体交互控制技术，如用户化身技术在应急疏散仿真中的应用。同时，需要将这些技术成果真正用于公共设施应急疏散性能评估和应急疏散指挥中。
四、应急疏散仿真的发展趋势
从国际范围内人员疏散计算机模拟技术的研究现状来看，主要存在以下问题：
A.因为人的行为具有很大的随机性，在同样条件下的重复演习很难得到一致的结果，所以至今还缺乏全面可靠的疏散演习数据以验证模型(没有一套所谓的标准数据)；
B.在人员疏散模拟中考虑和利用灾害动态模拟的详细结果(灾害发展和人员疏散实际上是同时进行的两个交互过程，而目前绝大多数疏散模型在模拟过程中没有考虑火灾发展和烟气蔓延的动态影响)；
C.综合离散型模型和连续型模型的优点，加强复杂行为的模拟功能(如疏散过程中的自动休息)。
从目前国外人员疏散计算机模拟技术的研究发展趋势来看，复杂行为的模拟是当前人员疏散计算机模拟研究的一个热点，另外如何在人员疏散模拟中充分考虑火灾发生发展和烟气蔓延的动态影响也是研究人员十分关注的问题。
就国内目前的情况而言，在中国人群心理行为特点等基础数据的匾乏，严重制约了人员疏散计算机模拟技术的应用和发展。所以国内目前应主要侧重于(1)疏散模型的研究改进及专业软件开发和完善 (2)中国典型人群行为特点的汇总分析，而且后者要比前者任务更艰巨。
尽管迄今为止，所有人员疏散模型和软件都有这样或那样的缺陷，但人员疏散计算机模拟技术的意义和应用前景正以越来越快的速度显现出来，只要我们能够充分认识和理解各种模型的特点，根据不同的场合和要求选择合适的模型，我们就一定能够最大限度地发挥人员疏散模拟技术应有的作用，并在不断应用的过程中检验和改进各种模型，促进人员疏散模拟技术的发展。
参考文献
[1] 温丽敏,陈全,陈宝智. 火灾中群聚疏散的设计方法及计算机仿真.东北大学学报,19.NO.15，1998
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[4] 吕春杉，翁文国，杨锐，等． 基于运动模式和元胞自动机的火灾环境下人员疏散模型［J］． 清华大学学报(自然科学版)，2007，47(12):2 163 － 2 167．
篇4
论文摘要：由于社会对于电力的总的需求不断增大，同样对于输配电线路的施工技术要求也更加严格，输配电线路施工技术仿真系统的设计成为电力部门非常重视的问题，文章讲述了输配电线路施工技术仿真系统概况和输配电线路施工技术仿真系统功能设计详情，讲述了目前输配电线路施工技术仿真系统的设计策略及应用。
一、输配电线路施工技术概述
目前我国的输配电线路施工技术参与人员数量较多，但是这些人员的能力水平都是各不相同的，操作人员的各方面知识水平和素质也需要提升。对于输配电线路施工操作人员的培训如果仅仅停留在理论的层面，就难以替身操作人员的实践能力，参加培训的人员因为实践比较少，所以技能就比较差，正是这种原因使得人们对于输配电线路施工技术仿真系统的需求也更加迫切。
二、输配电线路施工技术仿真系统设计现状
（一）输配电线路施工技术仿真系统概况
输配电线路施工技术仿真是对现实配电线路施工技术系统的抽象属性的模仿。人们利用这样的模型进行试验，从中得到输配电线路施工技术所需的信息，然后帮助实践者对现实世界的输配电线路施工技术的问题做出决策。输配电线路施工技术仿真是一个相对概念，任何逼真的仿真都只能是对真实系统某些属性的逼近然而仿真是有层次的，既要针对所欲处理的客观系统的问题，又要针对提出处理者的需求层次，否则很难评价一个仿真系统的优劣。
输配电线路施工技术仿真系统一种先进的实施培训手段，提高培训的效率，强化培训效果。输配电线路施工技术仿真系统的设计是在计算机的基础上开发，通过internet 软件平台及面向对象程序设计和数据库技术，综合设定，使得输配电线路施工技术仿真系统具有实用性和可维护控制性。
输配电线路施工技术仿真系统的开发，主要是首先起源于国外对于计算机仿真系统的应用，尤其是西方国家如英国、美国等大型企业开发计算机仿真系统，并取得了显著的效果，这样参加培训的人员可以在很短的时间内获得具体输配电线路施工技术作业经验，其技能可以与在现场工作2年的人员比，因此很多国家都看到了计算机仿真技术的优越性，计算机仿真系统也越来越多的应用到各个领域中。目前我国对于仿真系统的应用也是在一些危险性较大的领域，例如大型的锅炉装置、化学化工及变电站的应用中，后来有人提出在输配电线路施工技术作业中应用，但是目前仿真系统在输配电线路施工技术作业中应用仅仅停留在提出的阶段，还没有完全开发出完善的输配电线路施工技术仿真系统。
（二）输配电线路施工技术仿真系统功能设计
目前关于输配电线路施工技术仿真系统的设计的思想越来越统一，即输配电线路施工技术仿真系统必须能够便于施工技术模型的调试和输配电线路画面的构造，输配电线路施工技术仿真系统还应采取先进的运行软件和保证运行数据相分离的一种设计思路。
关于输配电线路施工技术仿真系统功能设计应该分成培训师和受培训者两个方面的功能，对于输配电线路施工技术仿真系统培训师功能应该是输配电线路施工技术仿真系统的集成操作，其主要功能是可以控制受培训者的机器，包括受培训者机器的开始暂停关机等功能，另外可以准确知道受培训者机器是否有事故及分析事故产生源，输配电线路施工技术仿真系统培训师机器功能还应是控制受培训人员考核的现场等具体状况。输配电线路施工技术仿真系统学员机器功能设计，首先要依附于输配电线路施工技术仿真系统培训师机的功能下，即能够受到输配电线路施工技术仿真系统培训师机器的监管控制。在这种模式的输配电线路施工技术仿真系统受培训人员的机器可以提供参家培训人员的操作画面，主要包括操作的流程图、、控制组、趋势图及操作记录等具体的监控画面。
输配电线路施工技术仿真系统将电网仿真系统和输配电线路仿真及配电站系统仿真等有机结合进行设计，该系统应该具有的特点是确保在硬件使用上采用了以局域网应用为核心，利用工作站、开放式系统及微机构成的分布式，以便于以后输配电线路施工技术仿真系统的扩充和升级。此外，在输配电线路施工技术仿真系统软件上采用了软件相互支持系统技术，这样使输配电线路施工技术仿真系统系统更加便于修改和维护。再者，在功能上要更加完善，即充分考虑了仿真电网和输配电线路施工技术仿真系统及仿真变电站之间的相互影响，使输配电线路施工技术仿真系统更加具有真实性。最后，还应通过采用了输配电线路施工技术仿真系统多媒体技术，逐步实现输配电线路施工技术的图像化和可视化，比较完整的反映出输配电线路施工技术作业情况，同时也使仿真的对象更加便于更改和进一步扩充，这样输配电线路施工技术仿真系统就会具有更高的性价比。
通过输配电线路施工技术仿真系统为输配电线路施工技术作业人员提供了一种较为先进的培训手段，同时也彻底改变了传统的培训模式，它的设计及应用可以提高整体的输配电线路施工作业技术，进一步确保电网安全，同样也大大提高了作业者的劳动生产率，为创造良好的经济效益和社会效益发挥着显著的作用。
三、结论
输配电线路施工技术仿真系统仿在不断的发展和完善中，供电有限公司每年都会投入很大的资金和时间等用于施工技术人员的培训及考核，着力开发完善的输配电线路施工技术的仿真系统，使得输配电线路施工技术的仿真系统能自由安排培训项目，并且允许人员在培训中发生各种错误，同时演示出因为操作错误造成的种种后果且不带来任何实际危害，不受其他客观条件的限制，此外还可以人为制造各种故障来综合培训操作人员处理操作中故障的能力。输配电线路施工作业人员进行重复性集中培训，从而使的操作人员在短期内接受较多的培训项目，缩短总的培训周期。可节约大量的培训时间与经费。所介绍的输配电线路施工技术仿真系统目前已经投入运行，实际应用表明该系统能极大地提高培训的质量，在短时间内提高施工技术人员的技术水平，对电力系统的建设起到了重大的推动作用。目前很多设计成果效果较为显著，但是为了进一步提高输配电线路施工技术仿真系统的应用水平，还需要更好的完善输配电线路施工技术仿真系统，争取达到创造更高的经济效益和社会效益。
参考文献：
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[4] 王邦志,林昌年,蒲天骄.变电站集中监控仿真系统的设计与实现[j].电网技术.2004(8)
篇5
关键词：系统仿真，建模，浮标定位
1 引言系统仿真技术是近30年才发展起来的新兴技术，它是指在计算机上通过系统模型的仿真实验去研究或验证一个已经存在的或者正在设计的系统的过程。系统仿真并不是对原形的简单再现，而是按照研究的侧重点对系统进行提炼，以利于抓住问题的本质。
在“某型机浮标定位系统研究”科研课题中，经过多方论证与研究，最终设计出了在充分利用原机载设备功能的基础上，通过对原机载设备进行适当改进，实现对投放的无线电声纳浮标进行快速、远距离的极坐标定位方案。
本文试图通过对该方案建立合理的数学模型并进行系统仿真，以达到验证所设计方案的正确性的目的。科技论文。
2浮标定位系统的设计方案“某型机浮标定位系统”的组成包括机上某型搜瞄雷达、某型无线电声纳浮标、某型声纳浮标信息接收处理机、战术导航态势显示器及新设计加装的浮标测距接收与应答机和信号处理分机等，如图1所示。
某型搜瞄雷达的作用是：利用其连测通道产生测距询问脉冲信号发往浮标，同时将与发射脉冲同步的信号提供给战术导航态势显示器和信号处理分机。
测距接收与应答机为在浮标上的加装电路，它的作用是接收雷达连测通道发来的询问脉冲，经识别后产生相应的应答脉冲，再经振幅调制后发往机载某型声纳浮标信息接收处理机。
某型浮标信息接收处理机的作用是：接收浮标发回的信号，将该信号经幅度检波后，送往信号处理分机进行处理。
信号处理分机为机载部分的加装电路，它的作用是对某型浮标信息接收处理机送来的幅度检波信号进行滤波、识别后产生触发脉冲，并将其送往某型搜瞄雷达和战术导航态势显示器，以计算出浮标与反潜机的距离及显示。
战术导航态势显示器的作用是：将浮标相对机的方位和距离以一次信息的形式显示在荧光屏上。
由于“某型机浮标定位系统”研究项目是一个较大的系统工程，涉及的设备很多，而且多数为机上原有设备，因此这里只对新研制的浮标测距接收与应答机和信息处理分机进行仿真。科技论文。
3浮标定位系统的仿真对某型机浮标定位系统进行仿真，就是要根据预先设计好的浮标定位系统方案，将定位系统中各组成部分依照其作用原理建立数学模型，并按仿真平台的要求生成所需仿真模块，再利用计算机进行运算以观察其输出结果是否符合设计要求。对于仿真平台的选取，我们采用的是自行开发的专用于航空电子装备仿真的“航空电子装备仿真系统”软件。由于对浮标定位系统的仿真是一种验证性仿真，其目的在于验证所设计方案的正确与否，所以建模时在保证系统功能的条件下模型应尽量简化。
3.1仿真模型的建立3.1.1 浮标测距接收与应答机的仿真模型浮标部分电路组成框图如图2所示。为实现对浮标测距接收与应答机电路的计算机仿真，应首先建立该电路的数学模型。
（1）视频放大器
视频放大器主要实现的功能是对视频询问脉冲信号放大，在理想状态下应不产生波形失真，为简化模型，可用一个放大倍数为K的理想放大器代替。
（2）脉冲间隔解码器
脉冲间隔解码器是浮标测距接收与应答机电路的核心，其作用是对放大后的视频脉冲进行脉冲间隔的检测，并根据其脉冲间隔大小判断是否为雷达连测通道发来的询问脉冲，是则输出一个触发脉冲，否则不予理睬。脉冲间隔解码器采用比较法，即将双脉冲信号一路直接送到比较器的输入端，另一路则经延迟T（T等于测距询问双脉冲间的时间间隔）后送到比较器的另一输入端。比较器对输入的两路脉冲信号进行比较，若脉冲重合则产生一个触发脉冲。如图3所示。
（3）延迟电路
延迟电路的作用是对脉冲间隔解码器产生的触发脉冲给与适当的时间延迟，以保证应答信号不会落到雷达的探测盲区范围内。为了简化模型，这里采用了理想的延迟线。
（4）应答脉冲产生电路
为便于机载接收机对应答脉冲的识别，应答脉冲也采用双脉冲形式，但其双脉冲间的时间间隔必须与询问脉冲区别开。应答脉冲产生电路一般采用单稳态触发器实现，为了使产生的应答脉冲为双脉冲形式且双脉冲间的时间间隔满足要求，还应在单稳态触发器之后加一延迟线和或门，如图4所示。
3.1.2 信息处理分机的仿真模型信息处理分机负责接收处理浮标发回的测距应答脉冲，根据其电路功能，建立每个功能电路的数学模型如下：
（1）射频放大器
射频放大器主要实现的功能是对来自某型浮标信息接收处理机信号分配器的射频信号进行放大，它是一个宽带放大器，在理想状态下应不产生波形失真，为简化模型，可用一个放大倍数为K的理想放大器代替。
（2）包络检波器
包络检波器用于对放大后的射频信号进行幅度检波，以取出视频应答脉冲信号。一般此类检波器大多利用二极管或三极管的非线性实现，此处的包络检波器可直接采用二极管检波器。
（3）视频放大器
这里的视频放大器主要实现的功能是对检波后的视频应答脉冲信号放大，在理想状态下应不产生波形失真，为简化模型，可用一个放大倍数为K的理想放大器代替。
（4）脉冲间隔解码器
这里的脉冲间隔解码器同浮标测距接收与应答机电路的一样，其作用是对放大后的视频脉冲进行脉冲间隔的检测，并根据其脉冲间隔大小判断是否为浮标发来的测距应答脉冲，是则输出一个触发脉冲，否则不予理睬。数学模型同2.2.1的（2），只是延迟参数不同。
3.2仿真结果按以上建立的模型对浮标测距接收与应答机和信息处理分机的各功能电路建模后，还要用算法语言对各模块进行编程，并按“航空电子装备仿真系统”软件的要求生成所需的动态链接库文件。完成后，就可以在“航空电子装备仿真系统”软件平台上进行浮标定位系统的仿真测试了。
3.2.1 浮标测距接收与应答机的仿真为了验证设计的浮标测距接收与应答机电路的功能，需要模拟该电路的输入信号，即雷达连测通道测距询问脉冲，以观察仿真对象的输出情况。由于浮标测距接收与应答机电路的输入信号已经过检波，因此这里模拟的测距询问脉冲为视频脉冲。
通常雷达发射机的探测脉冲都采用钟形脉冲形式。根据某型搜瞄系统雷达的实际工作情况，在这里我们模拟该雷达在量程为М8、М16、М32档，“连测”开关接通状态下的发射机脉冲信号波形。此时，雷达主天线在一个雷达周期内发射三个脉冲，其中第一个脉冲作为雷达的探测脉冲，后两个作为连测通道的询问脉冲。为了逼真模拟输入信号的实际情况，在模拟的雷达连测通道测距询问脉冲中还要加入噪声。模拟雷达脉冲信号如图5所示。雷达脉冲信号经视频放大器放大后的波形如图6所示。
图5 模拟的雷达脉冲信号图6 视频放大后的雷达脉冲信号
脉冲间隔解码前、后的波形对比如图7所示。
解码前 解码后
图7 脉冲间隔解码前、后的波形对比
触发脉冲和应答脉冲波形如图8所示。
触发脉冲 应答脉冲
图8 触发脉冲和应答脉冲的波形
可见，通过计算机仿真，设计的浮标测距接收与应答机电路在某型搜瞄系统雷达发出的探测和询问脉冲照射下，能够正确地产生相应的应答信号。
3.2.2 信息处理分机的仿真信息处理分机的输入信号来自某型浮标信息接收处理机的信号分配器，这是一个包络含有应答双脉冲的射频信号，经射频放大器放大后送入包络检波器检波。包络检波器检波前、后的波形对比如图9所示。
图9 包络检波器检波前、后的波形
检波后的视频双脉冲信号经放大后送入脉冲间隔解码器进行解码，解码前、后的波形对比如图10所示。
解码前解码后
图10 解码前、后的波形对比
由此可见，通过计算机仿真，设计的信息处理分机在收到浮标发出的信号后，能够从中正确地检出测距应答脉冲加以识别并输出触发信号。科技论文。
4浮标定位系统仿真的结论通过以上的仿真结果可以看到，按照预先设计好的浮标定位系统方案，新设计的浮标测距接收与应答机和信息处理分机均能较好地实现其设计功能，配合浮标定位系统的其它设备，可实现某型机对投放的某型无线电声纳浮标进行远距离快速定位。
通过对设计的浮标定位系统电路进行计算机仿真，验证了系统设计的正确性和可行性。
参考文献：
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篇6
【关键词】液位;串级控制系统;MATLAB
1.引言
在工业实际生产中，液位是过程控制系统的重要被控量，在石油、化工、环保、水处理、冶金等行业尤为重要。在工业生产过程自动化中，常常需要对某些设备和容器的液位进行测量和控制。通过液位的检测与控制，了解容器中的原料半成品或成品的数量，以便调节容器内的输入输出物料的平衡，保证生产过程中各环节的物料搭配得当。通过控制计算机可以不断监控生产的运行过程，即时地监视或控制容器液位，保证产品的质量和数量。如果控制系统设计欠妥，会造成生产中对液位控制的不合理，导致原料的浪费产品的不合格，甚至造成生产事故，所以设计一个良好的液位控制系统在工业生产中有着重要的实际意义[1]。
在液位串级控制系统的设计中将以THJ-2高级过程控制实验系统为基础，展开设计控制系统及工程实现的工作。虽然是采用传统的串级PID控制的方法，但是将利用智能调节仪表、数据采集模块和计算机控制来实现控制系统的组建，努力使系统具有良好的静态性能，改善系统的动态性能。
2.串级控制系统设计思想
2.1 主回路的设计
串级控制系统的主回路是定值控制，其设计单回路控制系统的设计类似，设计过程可以按照简单控制系统设计原则进行。这里主要解决串级控制系统中两个回路的协调工作问题。主要包括如何选取副被控参数、确定主、副回路的原则等问题[2]。
2.2 副回路的设计
由于副回路是随动系统，对包含在其中的二次扰动具有很强的抑制能力和自适应能力，二次扰动通过主、副回路的调节对主被控量的影响很小，因此在选择副回路时应尽可能把被控过程中变化剧烈、频繁、幅度大的主要扰动包括在副回路中，此外要尽可能包含较多的扰动。
归纳如下。
（1）在设计中要将主要扰动包括在副回路中。
（2）将更多的扰动包括在副回路中。
（3）副被控过程的滞后不能太大，以保持副回路的快速相应特性。
（4）要将被控对象具有明显非线性或时变特性的一部分归于副对象中。
（5）在需要以流量实现精确跟踪时，可选流量为副被控量。
在这里要注意（2）和（3）存在明显的矛盾，将更多的扰动包括在副回路中有可能导致副回路的滞后过大，这就会影响到副回路的快速控制作用的发挥，因此，在实际系统的设计中要兼顾（2）和（3）的综合[3]。
3.串级液位控制系统的仿真
在本双容控制系统中，主被控对象的数学模型为，副被控对象的数学模型为，并采用PI控制规律对该系统进行仿真和研究[4]。
副控制器采用P作用，主控制器采用PID作用，整定串级控制器的参数为最佳值。串级液位控制系统的阶跃响应曲线如图3.1所示。
KP=0.45，Ki=0.00005
图3.2 串级液位控制系统的阶跃响应曲线
对于串级液位控制系统，系统稳定运行大约900s后，突加幅值为设定值40%的一次阶跃扰动信号，系统的响应曲线如图所示。系统的调节时间大约为260s。
KP=0.45，Ki=0.015
图3.4 扰动信号单独作用下的输出曲线
4.结论
从串级回路系统阶跃响应、一次、二次扰动作用下的输出响应图中可以看出，采用串级控制且系统的阶跃响应达到要求时，系统对一次扰动、二次扰动的抑制也能达到很好的效果。
图3.5 设定值与扰动值同时作用下的输出曲线
但是值得注意的是，串级控制系统比单回路控制系统复杂，所用仪表也较多，费用增加，参数整定和调试也费时。所以，串级控制系统并没有必要去取代所有的单回路控制系统，应用时遵循一个原则：凡是使用单回路控制系统能够满足过程控制要求时，就没有必要再采用串级控制系统[5]。
参考文献
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篇7
中图分类号：TN710文献标识码：A
Physical Experiment and Simulation Circuit Comparative Study
CHEN Yuehua, ZHU Ziyi, WAN Fei, KANG Qin, ZHOU Xuelian
(Computer and Information Science School of Southwest University,Chongqing 400715)
AbstractThis paper analyses computer simulation of electronic circuits EWB software features and teaching functions of teaching, and computer technology and application of the school students of the circuit for the study of experimental teaching program, carried out physical experimental methods, simulation methods and physical simulation experiment + Comparison of methods to get the physical simulation experiment + experimental teaching method is one of the best quality to improve the conclusions of several experiments.
Key wordselectronic circuit；computer simulation；EWB；experimental methods
1 实验背景
1.1 电路课程教学的特点
电路课程是电子、通信、计算机技术与应用等许多学科专业的技术基础课程。课程具有概念多、公式多、定量计算多、图形多、宏观现象的微观分析多和实践性强等特点，教与学难度较大。尤其是实验教学对于实验仪器和元器件的要求较高。其教学质量直接影响学生对后续相关专业课程的学习。课程教学流程如图1所示。一般由理论教学、实验教学和课程设计等环节构成。实验教学流程如图2所示。
图1电路课教学流程图2电路实验教学流程
实物实验主要有以下不足：（1）教学形式、方法与内容的固定。由于受教师、课时、场地、设备、元器件等教学资源的限制，实物实验通常有四定：定时间、定地点、定内容、定人员。学生无论能力大小都按同一个步调做着相同的实验内容，很少有独立思考的时间。教师对学生的指导也多表现为帮助完成实验。而要实现学生的全面发展，必须立足于个体差异，因材施教。
（2）教学准备工作量大。实验教学中，器材的准备工作量很大，实验中对元器件的消耗大，仪器设备更新换代周期长。这些也是影响设计性实验开设的主要原因。
1.2 EWB仿真实验的特点
EWB(electronics workbench电子工作平台)电子电路仿真软件与其他类似软件（ORCAD、PROTEL）相比，它最大的特点是采用图形操作界面模拟一个电子实验台，且仿真实验仪器操作界面与实物仪器相差无几，所有仿真仪器都是数字化、智能化的。安装了EWB的电脑就相当于拥有一个功能强大、设备齐全、元器件丰富的小型“电子电路实验室”。EWB具体特点如下：
（1）界面直观，易学易用。电子元器件和实验仪器均可直接从屏幕上选取。实验仪器面板、操作开关同实物仪器相差无几。提供了数量不限的数字万用表、示波器、函数信号发生器等十多种仿真实验仪器。电子元器件、电源、接地等符号都是通用标准符号。EWB7.0以上版本更是采用了3D技术，使实验环境更加逼真。
（2）电子元器件丰富，仿真功能强大。提供了具有标准通用符号的上万种电子元器件，元件参数可实时更改，同时具有模拟元器件开路、短路、漏电等故障的功能；EWB还提供了直流分析、交流分析、温度分析、噪声分析等多种电路性能分析功能；具有强大的在线联机帮助功能，可以随时了解所用电子元器件、实验仪器的性能指标；可在线升级元器件库、仪器库。这些都大大地拓展了实验研究的内容深度与广度。
（3）实验效率和精度高、无消耗。基于EWB的仿真实验排除了实验中的次要因素，如：电子元器件参数的分散性，电路连接不良，电子元器件、实验仪器故障，温度、湿度等环境因素影响，因此实验效率高、精度高、成功率高，且无元器件、实验仪器的消耗。
（4）文件容量小。实验电路、数据、波形和实验描述等可以EWB格式文件打包保存，携带、传输方便，并可在EWB平台上直接运行，大大提高了教师批改实验报告的效率，实现了无纸化实验报告。同时由于EWB可上网运行，为远程合作实验研究提供了条件，突破了时间和空间的限制。
基于EWB仿真实验具有如此多的优势，那么它是否能代替传统的实物实验教学？实物实验与仿真实验结合是否能取得更好的实验教学效果？这些都是我们探究的问题。
2 实验介绍
（1）实验对象：我校计算机与信息科学学院计算机技术与应用专业2008级三个班级，各55名学生。
（2）实验目的：通过对实物实验方式、仿真实验方式以及实物实验+仿真实验方式这三种实验方式的比较研究，探究三种实验方式中提高电子电路课程实验教学质量的最佳实验教学方式。
（3）实验时间：
2008.3~2008.7相关内容最新研究情况的调查和资料收集，确定实践教学环节及各环节的实践教学内容。
2008.9~2009.7设计具体实验项目并进行实验研究，并在研究中不断充实、完善。
2009.8~2010.2整理、分析实验数据，完成研究论文。
3 实验过程
3.1 实验条件
为保证实验数据的可信度，除实验形式不同之外，其它变量（理论课教材、实验课教材、实验内容、实验时间、实验设备完好率等）保持一致。参与实验学生为学院08级计算机技术与应用专业1、2、3班的各55名新生。由于学生为同一专业新生，其理论与实验技术基础基本相同。三个班的实验教师为同一人，理论课教师虽有不同，但教学年限、经验和水平基本处在同一水平。
表1实验分组情况
3.2 实验分组
实验分组如表1所示。每组实行一种实验方式，实验内容各组都相同。实物实验两人一组，EWB仿真实验一人一组。
3.3 实验内容
我们选取了三个实验项目来对三组学生做对比研究。选取的实验项目既符合学生的认知水平，又要达到教学预期的目标。实验项目是：（1）基尔霍夫定律和叠加原理。（2）戴维南定理及功率传输最大条件的研究。（3）受控源特性的研究。
对参与实验的学生通过实验教师的讲解，要求做到：实验目的、实验要求、实验内容明确，了解和掌握实验设备的基本功能和使用。
3.4 时间分配
每个实验3 课时，3个实验共计9课时。仿真实验组和实物实验组每个实验按3个课时完成。实物实验+仿真实验组则需在3个课时内既完成实物实验，又完成仿真实验。其中，实物实验与仿真实验所占用的时间比例由学生根据自己的实验情况决定。
3.5 实验考试
完成3个实验项目后，对三组不同实验方式学生进行了实物实验的操作考试，获得不同组别（实验用时、实验结果正确率等）实验数据。为了保证结果的准确性、有效性，考虑实验室的条件，随机从三个班各抽取20人参加实物实验操作考试。考试时安排多名教师巡考，对每位学生完成实验的时间、完成质量等进行详细记录。三组考查题目是：基尔霍夫定律和叠加原理。考查中涉及电源使用、万用表的使用、电路连接、数据的正确读取与处理等内容，具体如表2所示。
3.6 实验数据分析
通过SPSS分析得出三组的平均成绩（Mean列的值）如表3所示。
表 3各组平均总成绩的简单描述统计量结果
由表3可以得出，第1组平均成绩高于第2组。前两组的平均成绩显著高于第3组。
为了进一步分析第1组和第2组的差异是否显著，对第1组和第2组进行独立样本t检验。表中的方差其次性检验（Levene’s Testfor Equality of Variances）结果中，显著性概率P（即：表4中的Sig.）=0.933>0.05，表明两个样本的方差差异不显著，即符合方差其次性检验的假设：两个独立样本的方差相等。因此在后面的t检验中应选择Equalvariances assumed一行的结果。另一行是方差不相等时t检验的结果。因此t=0.594，Sig.（2-tailed）是双尾t检验的显著性概率，本文其概率为0.555>0.05，差值的95%置信区间（95%Confidence Interval of the Difference）在-10.185-18.612之间，包括0，这两个数据都表明两组均值之差有显著差异。
对第2组和第3组的成绩也进行独立样本t检验，其结果如表5所示：
表中的方差其次性检验（Levene’s Testfor Equality of Variances）结果中，显著性概率P（即：表5中的Sig.）=0.337>0.05，表明两个样本的方差差异不显著，即符合方差其次性检验的假设：两个独立样本的方差相等。因此在后面的t检验中应选择Equalvariances assumed一行的结果。即：t=4.263，Sig.（2-tailed）概率为0.000
由实验数据得到结论：第1组 “实物+仿真”组的总体成绩好于第2组“实物”组的总体成绩，而这两组的成绩都显著好于第3组“仿真”组。
同时，我们对各小组的两道题各自的得分进行分析，他们各自的平均分如表6所示。从该表可以看出，尽管三个组的总成绩存在较大差异，但每组的第一题平均得分都显著高于第二题。原因是两道题的难度相差较大（第一题是基础题，按照步骤操作即可，第二题则需要灵活变通，更体现学生举一反三的能力）。进一步分析每道题的最高分可以发现，各小组在第一题上面最高分上相差较小，分别为：50分、50分、45分，表明各组在选择所需电源值、正确接入电源和搭接基本电路等方面都较熟练。而第二题中，最高分相差显著，分别为：50分、20分、0分。其中第3组“仿真”组在第二题的得分全部为0分。由于仿真实验组对实物元件和实验台的不熟悉，使得对稍加变化的实验电路，基本不能进行实验，更不能灵活变通。
表 6各组两道题的平均得分的简单描述统计量结果
从三个实验组的分数折线图可以清楚的看出，第一组在第二组、第三组的上方，而第三组在最下方。从不同实验考核项目得分情况分析，第一题的第一项、第二项由于实验项目比较简单三个组的差距不大，第一题的第三项、第二题的第一项、第五项实验项目要求比较高，三个小组的差距明显。实验结果符合预期。
图 3三个小组的实验分数折线图
通过对实验数据的SPSS数据分析，并结合对各实验组学生的随机访谈，我们得出以下结论：
（1）仿真实验方式的优势与不足：优势主要有：仿真元器件、实验仪器丰富，实验精度高、效率高，无消耗，能够最大限度地发挥学生自主探索学习的潜力，尤其是对基本理论和实验原理的学习。其不足是实验的真实感不够，实验结果近以理想，而实物实验会遇到许多意想不到的情况，存在思维的盲点。显然，仿真实验不能替代实物实验。
（2）实物实验方式优势和不足：优势主要有：真实、实验中随机出现的问题，对于培养学生的分析和解决实际问题的能力，对于学生养成严肃认真、严谨求实的学习和钻研态度有着不可替代的作用。其不足在于，实验受时间、地点、元器件、实验仪器等客观条件限制。
（3）实物实验方式与仿真实验方式相结合的实验方式：实物实验方式与仿真实验方式二者的结合，既给予了学生很好练习的自由探索学习的环境，又保证了学生对实物实验的感知能力。既发挥实物实验和仿真实验二者的优势，又克服了二者的不足，是一种提高电路课程实验教学质量更有效的实验方式。
4 教学建议
（1）实物实验之前，先进行仿真实验，掌握实验的基本原理、主要步骤和关键环节，模拟实物实验中常见的故障，使学生实物实验中遇到类似故障，可更有效的解决，从而提高实验效率。
（2）整个实验中，实物实验应占实验教学的主体部分，仿真实验应作为实物实验的“预热”、“补充”和模拟训练的辅助过程，最终目的是培养学生的实物实验能力。
（3）在实验内容上，仿真实验做哪些，实物实验做哪些、他们的交集是哪些，时间如何分配等，教师都应根据实验项目的教学目标、要求和具体内容来加以确定，以达到教学最优化为目的。
5 结束语
计算机仿真技术的飞速发展，以及在电子电路实验教学中的广泛应用，为改革电子电路实验课程教学创造了很好的条件。如何使实物实验与仿真实验有机结合，做到扬长避短，优势互补，以促进电路实验教学质量的不断提高，是值得不断研究的课题。
西南大学教学改革支持项目。项目编号：104250――20710107
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篇8
论文摘要:多媒体技术、计算机网络技术的出现给传统的教学模式带来了革命性的影响，vr技术在高职教学中的应用，可以大大地提高教学质量，促进学生实践能力的发展和提高。
目前各大高校的办学规模均在逐步扩大，多个校区并存的现象已成为现实，加之各个校区地理位置又较远，原有的教学资源就显然不能满足教学的需要，尤其是实验课存在的问题更为突出。教育部《关子全面提高高等职业教育教学质量的若干意见》中指出要充分利用现代信息技术开发虚拟工厂、虚拟实验。因此将vr技术和职业教育结合起来就成为必要。vr技术进人高职院校能有效地营造教学环境和实验环境，提高学生掌握知识技能的能力。本文阐述vr技术在高职教育中的应用。
1．vr的概念和特征
vr( virtual reality，虚拟现实)是利用计算机、电子技术、图像技术、传感器技术、多媒体技术、人机接口技术及仿真技术等多种科学技术发展起来的计算机领域的最新技术，是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统。虚拟技术是一门富有挑战性的交叉技术、前沿科学和研究领域。目前虚拟技术已涉及到军事、教育、医学、心理学、商业、影视等领域，是21世纪的重要发展学科。
虚拟环境是利用计算机生成并控制的，因此人处在利用vr技术创建的虚拟环境之中和真实环境是没有差别的。vr具有3个最突出的特性:沉浸性(illusion of immersion )、构想性(imagination)和交互性(interactivity )。
1)沉浸性(illusion of immersion)沉浸感是指用户在纯自然的状态下借助交互设备和自身的感知觉系统对虚拟环境的投人程度。虚拟世界给人一种身临其境的感觉。
2)构想性(imagination)指借助虚拟技术可以使用户沉浸其中并获得新的知识，从而使用户深化概念和萌发新意。因此说vr可以启发人创造性思维，使抽象概念具体化。
3)交互性(interactivity)人们可以通过使用专门的输人和输出设备(主要通过数据手套、头盔、数据衣等)以自然地方式(如自身的语言、动作等)和虚拟世界中的对象进行交互操作和交流。
2．vr技术的优势
vr技术与传统的实验实训课比较，有以下的优势:
(1)投资少。相对于建设实验室或实训基地来说虚拟实验系统所需的投资要少得多，而利用vr技术对实验设备的更新，只要在原有的基础上改进和完善就可以完成。
(2)灵活性好。对于实验实训中难点和重点，在虚拟系统中可以反复演练，将细节放大，可以人为地进行记录和重现。
(3)效率高。利用vr技术开展的实验课，精确性高，突发事件发生地可能性小。
(4)消耗低。vr系统通常是以软件的形式在计算机上运行，能耗很低，设备维修率低，出现故障也容易解决。
3虚拟现实技术在职业教育中的应用
职业教育不仅要给学生传授文化知识，更重要的是让学生掌握专业技术和技能，强调学生的生产实践能力，培养学生的动手能力是职业教育的特色和重点。
(3)效率高。利用vr技术开展的实验课，精确性高，突发事件发生地可能性小。
(4)消耗低。vr系统通常是以软件的形式在计算机上运行，能耗很低，设备维修率低，出现故障也容易解决。
3虚拟现实技术在职业教育中的应用
职业教育不仅要给学生传授文化知识，更重要的是让学生掌握专业技术和技能，强调学生的生产实践能力，培养学生的动手能力是职业教育的特色和重点。
vr技术在教学中的应用表现在以下几个方面:
(1)虚拟实验室。利用vr技术可以构建各种虚拟实验室，缓解高职院校实验教学资源不足的问题，推动实验教学的现代化发展，可以使学生足不出户完成实验，却可以获得和真实环境下一样的实验体会，加深对实验教学内容的理解。虚拟实验室还可打破时间和空间的限制，例如学生可以进人犯罪现场，了解案发过程，这是其他的实验方法无法比拟的。虚拟实验既可以缩短时间，又可以获得直观、逼真的效果。
(2)虚拟实物。职业教学中的很多试验设备比较昂贵，更新换代又比较快，有些仪器又比较容易坏，这就增加了教学费用。利用虚拟技术就可以为学生制作“虚拟”设备。虚拟设备逼近客观事实，向学生揭示事物的本质。例如在机械制图教学中，很多机械元件不方便拆卸，利用虚拟实物，老师可以通过“移植”、“借用”等教学方式就很容易让学生看到现象和本质。
(3)模拟训练。利用vr技术结合多媒体技术可以构建虚拟的实习环境，在这个虚拟的环境中进行驾驶、维修等职业技能训练。在该环境中，学生可以反复练习，发现自己存在的问题，通过多次的训练，掌握正确的操作方法。
(4)虚拟过程。用vr的方法来展现一些现实生活中无法看到的变化过程。学生通过自己的实验来控制事物的变化过程，完成所学知识的构建。
4 vr技术在高职教育中的意义
在vr中，基于自然方式的交互作用和个别化的学习环境提高了学生的学习兴趣，学生既是一个观察者，又是一个积极的参与者。学生的各种感觉与虚拟的学习环境相互联系和作用，这就激发了学生的学习兴趣，增强了学习的效果。
在vr环境下，学习者的各个感官都在和虚拟的外部世界发生着作用，学生完全沉浸于虚拟现实创造的学习环境中。例如我们在讲网络中的数据传输时，可以利用vr来实现，学生可以设置数据的格式、数据流动的方向和交换的方式等，这样学生对网络的数据传输的理解会更深人。
5结语
篇9
[关键词] 存货控制；系统动力学；Vensim
doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 06. 027
[中图分类号] F272.7 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2014）06- 0044- 03
0 前 言
存货控制是现代财务管理日常工作的重要环节，在经典的存货优化控制模型中，通常对企业的内部管理与外部环境作了非常理想化的界定，例如产供销各个环节上的无缝对接，推导出精致的最佳经济采购量公式，然而现实经济活动千头万绪，很难符合纯数学意义的运筹学库存模型假设前提，一种以数值仿真技术为标志的系统动力学为解决这类复杂问题提供了强有力的工具。系统动力学不同于运筹学，它不是依据抽象的各类假设去寻求所谓的“最优解”，而是以现实的客观存在为对象，根据系统的实际信息构建动态的仿真模型，并通过计算机反复模拟对系统未来趋势进行分析与研究。
1 系统动力学基本知识
系统动力学（System Dynamics，英文简称SD）是由美国学者Forrester教授在1956年提出的，其最初的目标是为了解决企业生产与库存方面的问题。现在系统动力学已经广泛应用于项目管理、供应链管理、学习型组织以及公司战略等。
系统动力学的思想来源于流体力学，采取生动直观的方式对组织运作进行描述，即用SD专业语言刻画企业各类资源在时空中的循环运动，包括订单流（order）、人员流（people）、资金流（money）、设备流（equipment）、物料流（material）以及信息流（information）。
构建系统动力学模型通常包含如下步骤：①明确建模系统的目标；②界定系统研究边界；③确定因果作用相互关系；④运用SD专业方法建立系统动力学模型；⑤计算机仿真实验；⑥对仿真结果分析；⑦对模型进一步修正。其中第③、④步骤是解决问题的重要环节，要求对研究问题有深入研究，同时要具备系统动力学知识，包括绘制因果关系图、流程控制图以及建立结构方程式等。
2 存货控制的系统动力学案例——以Excel为工具
对于财务工作者来说，通常对Excel软件比较熟悉，但是该软件进行系统动力学仿真方面的研究较少。一般来说系统动力学是用一组微分方程来反映系统运动的，通常需要采用相关专业软件处理。对于具备系统动力学的Excel高手，也可以将Excel与VBA工具相结合来开发系统动力学仿真模型，这对于普通财务工作者是很难做到的。但是对于有些简单问题可以运用Excel来构建系统动力学基本框架，其目的主要是掌握系统动力学的基本原理，为进一步学习奠定良好基础。
下面根据温素彬博士Excel系统动力学方面的论文进行修改得到如下存货控制案例：假设某存货系统初始库存量为2 000千克，初始在途订货量为6 800千克，期望库存量为7 500千克，库存调节时间为2周，订货延迟时间为4周，模拟时间间隔为1周，试采用系统动力学方法探讨库存系统变化情况。
在分析存货系统前作如下基本假设：①订货速率R1与期望库存量EQ与实际库存量Qt之差成正比，与库存调节时间T1成反比；②实际库存量变化率ΔQ等于收货速率R2；③收货速率R2与在途订货量ZQ成正比，与订货延迟时间T2成反比；④在途订货量变化ΔZQ率等于订货速率R1与收货速率R2之差。
在Excel表格中建立各参数之间的数量勾稽关系，用系统动力学专业术语表示为状态变量（level variable）方程与速率变量（rate variable）方程，具体方程式见表1。
为了动态反映存货系统的变化情况，利用Excel中的控件工具调整时间，得到库存量与在途订货量之间的动态变化（图1）。
从图1可知，存货量与在途订货量在最初的前31周波动较大，31周以后将趋于平稳。
在存货控制中要注意防止剧烈振荡或者出现类似混沌现象，例如在其他条件不变的情况下，将库存调节时间为1周，订货延迟时间为1周，则会出现图2中的不利情况。
3 存货控制的Vensim系统动力学模拟
对于简单存货问题可以采用Excel来模拟，但是如果系统比较复杂这时就要采用专业软件Vensim，该软件是由美国Ventana公司设计开发，是一个可视化的模拟、优化软件，为了清晰反映存货系统，仍以上述存货系统为例，运用系统动力学专业软件Vensim绘制存货控制流程图（该图很难用Excel绘制）如图3。
绘制控制流程图仅仅从定性上反映各变量之间的因果作用关系，要对上述存货系统进行模拟，就需要对上述参数定量化，其参数定义公式见表1，Vensim建立各参数之间关系操作界面如图4、图5。
从图6、图7可知，存货量与在途订货量在最初的前31周波动较大，31周以后将趋于平稳。
4 结 论
（1）Excel进行系统动力学仿真仅仅适应于简单问题，如果对于复杂系统，这时就需要与VBA相结合，因而对计算机编程水平要求很高。
（2）Vensim是专业的系统动力学软件，可以绘制生动形象的流程控制图，而Excel软件很难实现，同时Vensim在定义各类系统动力学方程时，采取图形界面引导，因此学习方便、操作简单，对于本文中的存货控制案例，两种软件仿真结果完全相同。
（3）Vensim系统动力学软件，可以将Excel软件中的函数、控件、模拟运算表以及方案管理器等方面的功能有机集成与融合在一起，为解决财务管理各种复杂问题提供了强有力工具。
主要参考文献
[1]温素彬.基于Excel的存货管理系统动力学仿真[J].淮海工学院学报：自然科学版，2003（2）.
[2]龚晓光，张娟.用Excel实现系统动力学模型模拟与寻优——以网民扩散为例[J].系统仿真技术，2008（1）.
[3]钟永光，贾晓菁.系统动力学[M].北京：科学出版社，2009.
篇10
【关键词】化工原理；实验教学；问题
中图分类号：TQ011文献标识码： A
一、前言
目前，化工原理实验教学过程中，还有部分问题注意不够，导致了化工原理教学质量不高，教学效果不佳，所以，分析化工原理试验教学非常有必要，这是提高教学效果的必要途径。
二、化工原理实验教学概述
《化工原理》课程是化学工程、应用化学、过程装备与控制、生物工程、环境工程、高分子等专业的技术基础课。化工原理课程的主要内容是以生产中物理加工过程 为背景，按照其操作原理的共性归纳为若干“单元操作”，主要研究各单元操作的基本原理、典型设备的原则结构和工艺尺寸的设计计算以及选型。化工原理属于工 程科学，用自然科学的原理考察、解释和处理工程实际问题，研究方法主要是理论解析和在理论指导下的实验研究。《化工原理实验》是配合化工原理课堂理论教学 设置的实验课，运用课堂学过的化工基本理论，通过实验从实践中进一步学习、掌握和运用基本理论，分析实验过程中的各种现象和问题，培养学生实际动手操作实 验设备的能力，分析、归纳、整理实验结果及撰写实验报告的能力，以及严肃认真、实事求是的工作作风。《化工原理实验》是培养学生工程设计能力、工程实践能 力以及创新能力的重要教学环节，与理论课具有同等重要的教学地位。
三、化工原理实验教学的问题
长期以来，传统的实验教学被固定的模式所束缚，总结起来存在以下三个方面的问题：
第一，实验内容单一、陈旧。所开设的实验项目大多是长期开设的经典实验、依附于课堂理论的验证性实验，而反映学科前沿的、有利于学生创新性思 维的研究性、设计性实验少。学生缺乏对实验的积极性和兴趣，故在实验中只是机械地重复老师刚演示过的步骤，不重视实验的细节和过程，也不注意操作是 否规范。
第二，教学模式单一、陈旧。以往的物理化学实验教学主要是采用传统的实验教学模式，即由教师组织安排，学生进入实验室先听完老师介绍实验目 的、实验原理、仪器设备、实验步骤以及实验中的注意事项，接着学生按教师讲解的步骤重复实验，完成规定的实验内容，记录数据，然后按规定的格式完成实验报 告。总的说来就是在统一规定的实验时间内，在相同的地点，学生听相同的讲解，做相同的实验，这样导致学生积极性不高，厌学心理加重；且对于基础较好的同学 实验设计过于简单，而对于基础薄弱的同学则略显复杂。
第三，实验人数多，硬件设备缺乏。由于近几年的教育扩招，使得学生人数增多，原本富足的实验设备在目前看来显得有些“捉襟见肘”，这样做实验时就要轮流等待，使得一组实验做下来所消耗的时间增长，学生和教师都有怨言。
四、化工原理实验教学措施
1、重视理论严谨性同时注意培养学生创新能力。
理论授课教师同时也是实验课教师，可在理论教学的同时穿插对实验设计的思考和讨论。同时我们应该思考如何在化工原理实验中培养学生的创新能力，并着重培养学生的发散思维、批判思维和联想思维。如在课堂讲完离心泵后，向学生提了一个问题，离心泵启动后为什么不出水？学生们有的说汽蚀了，有的说气缚了，有的说管道进了异物堵住了，有的说线路故障，有的说出口阀没开等等，答案五花八门，有的答案并不牵扯什么高深的理论问题，但在实际操作中极有可能出现。因此在进入实验中，学生就能很快能理解实验目的，完成实验操作。在理论授课的同时可安排实验的预习，使学生进入实验时心中有数，得心应手，这样才能更好发挥他们的主动性和积极性。这里还有一个问题值得注意，即在理论课后集中开出实验好还是上完相关章节后及时进行相应的实验？一般认为，相对的集中便于实验室的安排与管理，理论课后及时做实验对于学生来说肯定容易理解一些。我认为，在条件允许的前提下，尽可能将实验教学与课堂理论在内容与时间上协调。毕竟当代大学生要学的知识很多，不可能在某一门课程上反反复复地花时间。
2、实验仿真不能取代实际操作
实验仿真是近20年来随着计算机仿真技术的出现而出现的。在降低实验成本、克服因实验装置台套数不够而引起的学生动手机会少、改善和加强实验预习等方面，确实发挥了不可替代的作用。近年来，一些仿真技术公司和高校陆续推出了水平较高的化工原理实验仿真软件，它们对化工原理实验教学的贡献是功不可没的。当然，实验仿真不可能完全替代实际操作，正如多媒体教学不能完全替代传统板书授课，那种认为让学生在计算机上仿真就可避免购置和使用化工原理实验装置的想法是错误的。我认为，在实验操作前让学生进行实验仿真，既可以加深他们对理论知识的理解，也可以强化他们对实验过程和步骤的掌握，以改善实验操作效果。同时，对于有特别要求的学生，也可以为他们提供多次反复实验的机会。目前存在的问题是，现有的软件往往是针对某一种装置设计和开发的，普适性不够，同时也不能提供给使用者以自主设计实验的功能，这样不仅有碍软件本身的推广，而且不利于引导和激发学生的创造性思维。
3、改革实验报告撰写形式
实验报告是对实验过程的总结，是实践环节中不可缺少的一个重要组成部分。很多同学在撰写实验报告时流于形式，不动脑，多数内容可以照抄实验讲义。报告要真实反映我们要作什么？怎么作？作的结果？以及存在的问题。化工原理实验报告要突出工程性及现实性；要体现出学生应用知识能力、分析问题能力和解决问题能力；体现出创造性和探索性。总体上化工原理实验报告可以采用/小论文/的形式来写，但不强求一律，给学生思考、选择和发展的空间。学生在预习时，根据实验室提供的设备，在能达到教学大纲规定的实验任务前提下，可根据自己兴趣、爱好自行确定研究重点，自拟题目。同一实验，学生可以拟订不同的题目。由于题目、方案是学生自己拟定的，增加了实验的主动性和兴趣，实验报告质量由此得到明显提高，抄袭实验报告的现象则可明显减少。
五、实验创新
创新能力具有很大作用。但目前化工原理实验教学在教学方法、技术上和测试手段上仍有许多问题。教学方法上，还主要以教师讲，学生照着 做为主，实验成绩仍采用学生单纯做实验定成绩的教学模式；测试手段和技术比较落后，尤其是在运用计算机进行实验的数据采集、处理和控制方面。为此我们要加 大实验教学改革力度，进行实验创新。
1.严格实验教学管理，实行结构成绩制
教师要认真组织好实验教学，严格教学管理，严格考核制度。实验课采取课前预习、现场提问、实验操作、编写实验报告、期末书面考试的教学方式， 由以上各环节的执行情况来全面评定学生的实验成绩，既实行结构成绩制。
2.将计算机引入实验教学
开发与实验装置相配套的化工原理仿真系统软件，运用仿真实验的计算技术、图像和图形技术，可方便、迅速、形象地再现教学实验装置、实验过程、实验结果， 学生在计算机上可完成实验前预习，提高实验效率和实验效果，同时利用计算机进行实验数据处理，可节省学生繁杂和大量重复性计算时间，使学生有更多时间和精 力撰写实验报告，提高实验报告质量。
运用计算机进行实验的数据采集、处理和控制。现代化工生产的一个显著特点是集成化、大型化和自动化，其实 质就是用计算机进行生产过程的自动控制。我们在有些实验装置上采用计算机进行数据采集、处理和控制，不仅可以模拟实际生产过程，还可以使学生对计算机在工 程上的应用有进一步的认识。
六、结束语
综上所述，化工原理实验教学教学过程中，必须要关注一些比较关键的问题，进而提出一些可行的措施来提高化工原理教学的水平，确保化工原理实验教学质量得到提高。
【参考文献】
[1]赖万东.化工原理实验课教学改革探索[J].高等工程教育研究，2011（增）：96-97.
