虚拟仿真教学范文10篇

摘要：医学影像设备是医学领域内影像技术学的专业核心，操作性与实践性非常强，实践教学在医学影像设备里面一直是相关专业技术课程开展的瓶颈。当前，运用虚拟仿真教学平台可以完善医学影像设备教学，增加学生实践操作训练的机会，充分发挥虚拟仿真技术在教学领域内的优势，从而助力培养高素质的人才。文章分析医学影像设备与虚拟仿真教学平台，平台功能、设备使用评价等。

关键词：虚拟仿真教学；医学影像技术；医学影像设备；实践教学

医学影像学是一门涉及范围非常广、发展速度非常快的学科，在课程教学当中不仅仅需要具备足够的专业知识，掌握一定的理论基础、临床技术等，还要求能够熟练操作临床影像设备，保证领域内人才培养符合行业发展要求。当前国家对虚拟仿真实践教学管理、共享平台的建设非常重视。在以往的教学当中，医学影像专业教师培养学生实践能力的时候主要依赖医院有限的设备，传统的实验方式导致学生接触的大多为陈旧设备，这种授课方式与人才培养目标相违背。

一、医学影像技术

医学影像技术专业具备很强的操作性与实践性，理论课程涉及多个要点，参数复杂、知识点记忆难，学生普遍感觉学习难度大，学习兴趣不高。实验课程可以实现学生从理论知识到实践能力的转变，在这个过程中培养学生的动手能力、创新能力非常重要。当前该专业实验课程的授课形式诸如学生在放射科室检查过程中的“围观教学”“临床见习教学”，大都是教师带领学生在临床上一边操作完成临床检查，一边给学生讲解。放射科室内一般设置有大型医疗影像设备，成本昂贵、资源稀缺。DR与CT类检查过程中存在潜在辐射损伤，进行临床实验教学就存在一个医学伦理上非常重要的问题，学生无法参与到其中。这种情况造成传统医学影像设备的实践教学，学生仅仅是旁观者。实际上只有动手操作才可以锻炼动手能力，才可以在未来的学习与就业当中运用自己的能力。实验课程要求学生手脑并用自己动手实验，并且在实验过程中进行创新。基于传统理念和教学条件的局限，实验教学一直以来都是医学影像学课程的短板。为解决这些问题，保证学生在实验课程上能够激发综合素质意识，探索新知识的同时提升自身的实际操作技能，文章以虚拟仿真技术作为出发点，阐述虚拟仿真教学平台在医学影像设备学授课当中发挥的作用与价值［1］。

二、医学影像设备学实践教学现状

摘要：文章从开设虚拟仿真实验教学的优势，教学平台的建设与应用、开放共享、教学成果、示范推广等角度，介绍了药学虚拟仿真实验教学平台的建设过程，阐述了药学虚拟仿真实验教学平台的特色。该平台突出了以培养药学创新人才为目标的改革理念，促进了学生创新和实践能力培养。

关键词：药学；虚拟仿真；实验教学平台

药学是一门实践性很强的学科，实验教学是药学人才培养中必不可少的环节，其主要任务是让学生掌握必要的药学实验知识和实验操作技能，为相应理论知识的掌握和药学创新研究工作的开展打下基础。根据教育部有关文件[1-3]，借鉴其他药学类院校的建设经验[4-5]，以培养药学创新人才为目标，结合我校药学实验教学的实际需要，在前期建设基础上，药学实验教学中心对原有各学科虚拟实验教学资源进行了整合，打破了实验教学内容的学科、课程限制，形成了基于药学系统研究的整体教学体系，面向各学科学生提供了一个资源共享的平台，2015年获批为广东省药学虚拟仿真实验教学示范中心。在三年多的建设期中，以培养综合创新性药学人才为目标，秉承“能实不虚、虚实结合”的建设理念，将药学类基础性、综合创新性以及示范性虚拟仿真实验教学项目有机结合，构建了药学创新人才培养的虚拟仿真实验教学平台，并在实验教学体系建设、人才培养、成果推广等方面取得了明显成效。

1药学实验教学的不足

近年来，各药学类院校在专业实验课程教学方式、教学内容、教学手段等多方面加大了改革力度，取得了很多教学改革成果。但在实验教学过程中，由于多种客观条件的限制，也为实验教学带来了诸多困难。（1）时间和空间的限制增大了系统完成实验的难度。药学相关实验具有相当程度的连续性，尤其是血药浓度测定、药物合成、天然产物提取分离和结构鉴定、体内/外抗肿瘤活性测定、药物-靶蛋白相互作用分析等综合创新性实验，需要较多的时间保证，使在单位时间连续完成实验的难度增大。（2）实验的安全性风险限制了部分实验课的开设。受特殊条件限制，部分实验内容的开展受到制约。因药学类相关实验广泛涉及有毒试剂、易燃易爆试剂、细胞、细菌、病毒，增加了实验操作过程中的安全性风险，如果操作不当将直接对人体产生不可估量的损伤，相应的实验废弃物回收与无害化处理也大大增加了教学成本，这些都限制了部分实验内容的开展。（3）教学成本与设备条件限制了学生动手操作的机会。药学类相关实验所涉及的部分耗材，如SPF级实验动物饲养，其条件严格且数量有限，部分细胞、细菌株极其珍贵，试剂、药品的消耗也不容小觑，这些因素限制了课程的开设。对于一些综合性实验，受设备台套数的限制，无法使每个学生都动手操作，学生实验参与率大大降低。

2开设虚拟仿真实验教学的优势

摘要:医学检验是一门注重实践性和操作性的专业，注重学生专业实验能力和操作水平的培养。传统医学检验实验教学存在弊端，采用虚拟仿真技术（virtualreality，VR）建立医学检验虚拟仿真实验教学平台可完善并提高教学质量。通过对医学检验虚拟仿真实验教学平台建设进行初步探索，对目前存在的困难进行剖析，为响应教育部建立国家级虚拟仿真实验教学中心，促进医学检验教育信息化建设提供新思路。

关键词：医学检验；虚拟仿真；实验教学

医学检验是一门注重实践性和操作性的专业，尤其2012年教育部将培养目标由五年制培养“从事医学检验及医学类实验室工作的医学高等专门人才”改为四年制培养“从事医学检验及医学类实验室工作的医学技术高级专门人才”[1]，着重强调了专业实验能力和操作水平。现医学进入精准医疗的大数据时代，传统的“规定动作”教学已不能满足技术日新月异的变化，各类因素极大程度的制约着教学效果，借助虚拟仿真技术（virtualreality，VR）可有效改善这些问题。VR技术是一种以计算机为核心的新型认知工具和知识载体，利用高科技生成虚拟环境，使操作者具有视、听、触觉一体化的沉浸感[2]，可借助特殊设备与虚拟环境交互，达到身临其境的感受和体验。本文对医学检验虚拟仿真实验教学平台建设现状进行分析，为建设医学检验虚拟平台提供新思路。

1传统医学检验实验教学存在的弊端及VR解决方案

1.1验证实验占比大，学生操作机会少传统实验教学一般由实验技术人员备好实验项目所需仪器、试剂和样品，在讲授实验目的、原理、方法步骤和注意事项后，学生“依葫芦画瓢”进行实验。通过VR平台，可实现“实验准备→预实验→实验操作→结果分析”等流程操作。为培养学生的专业思维和创新素质，可在平台中设计开放式、研究式的实验教学[3]。目前临床在用的医学检验仪器多为全自动化操作，价格昂贵，且实验场地有限，加上招生规模扩大，无法做到人手一台进行操作，大大制约了学生的动手操作能力。VR通过一台计算机或一套虚拟设备即可模拟整套医学检验虚拟实验室，容纳检验科相关仪器设备，学生通过模拟实验过程，可反复进行操作练习，分析实验步骤，注意操作细节，熟练后再实际动手操作，虚实结合可有效避免因实验某一步骤出错而导致实验无法继续进行。1.2生物安全隐患大，形态教学难度大医学检验实验课多以临床病人的血样、尿样等为操作样本，可能存在病原体等安全隐患[4]，检测正常人样本又限制了学生对患病标本的认知。通过VR，可减少学生对于患者标本的接触[5]。教学使用的标本片通常有使用期限，对于罕见病的标本来源相当不易[6]，采用虚拟构建标本库，如以临床血液学检查教学课程为目录，建立骨髓形态涂库，可对正常血细胞、红细胞疾病和急性白血病等涂片进行形态学观察，教师可通过在涂片中设计添加指引箭头、标识区域和文字等方便学生课前预习和课后复习。1.3运行维护成本高，实验耗材用量大医学检验仪器设备和实验耗材是实验教学的物质基础，而仪器价格昂贵，折旧率高，更新换代快[7]，VR可及时更新最新仪器和相关知识，使学生及时掌握前沿技术操作。仪器的维护成本高，如显微镜灯泡寿命短，学生缺乏仪器保养相关常识等，通过VR仪器内部结构，学生可了解仪器管路的走向，光路的构成，掌握仪器维护和保养，设置简单、常见的电路故障引导学生排除故障等。传统教学使用耗材用量大，回收再利用率低，部分实验耗材还存在污染处理等问题，VR可模拟实验操作，节省资源。1.4知识扩展能力差，课程分隔不系统传统的“三段式”教学已经无法跟上科学技术发展的脚步。例如我国医学检验专业基本都是按照大型医院检验科所需岗位进行培养，实验室配置基本与医院检验科相符。但随着快速检测技术发展，应急检验医学应运而生，其检测以干式为主，与常规仪器操作及原理均存在差异，设备更新换代快，采用VR可使学生及时掌握最新技术[8]。传统的医学检验实验教学是以课程为单位，但在临床工作中面对各种标本，可能存在复杂的病变，需要检测后对实验结果综合分析，这就要求建立医学检验虚拟仿真实验教学系统，将知识糅合并融会贯通，才能灵活应变临床工作中的各类标本。

2医学检验虚拟仿真实验教学平台的探索

【内容摘要】随着我国城市规模不断扩大，各大城市对园林建设提出更加严格的要求。为了培养出合格的园林人才，在开展园林实训教学时，要积极进行教学改革，提高学生的实践能力。充分发挥出虚拟仿真技术的优势，结合园林实训教学的情况，明确教学目标，将虚拟仿真技术与园林实训教学有机结合，创新教学模式和教学方法，给学生带来良好的学习体验。

【关键词】园林工程;实训教学;虚拟仿真技术;教学创新

虚拟现实技术主要是利用计算机技术模拟三维空间打造虚拟而逼真的世界，使人们有身临其境之感。随着数字技术的不断发展，虚拟现实技术与教学的融合日益紧密。在开展园林实训教学时，可充分利用虚拟现实技术的功能，提高学生的实践能力，转变传统的人才培养模式，达到预期的教学效果。

一、虚拟仿真技术在园林实训教学中的优势

园林教学包含的内容和知识点众多，学生在学习这门课程时，需充分运用各种材料打造相应的景观，通过对地形进行改造，打造相应的建筑，对园林场景进行合理布置，还需结合完善的美学知识与历史文化内容，创造出多种多样的空间，给人们带来不同的感受。园林设计师要具备丰富的想象力，能够充分结合用户的需求进行设计，因此，在园林教学中融入虚拟现实技术，挖掘其技术优势，创造真实的实训情境，从而达到实训的教学目的。当学生置身于虚拟仿真技术所营造的虚拟环境之中，进一步了解园林景观内容。该技术能够营造出不同形态的植物、造型各异的亭子、经典的古典园林空间和小区环境。学生无需通过实地参观的方式就能有身临其境之感。教师可充分发挥出虚拟仿真平台的优势，使学生能够充分了解实训的内容和相关理论知识。然后，教师可在平台中为学生发布实训的目的和内容，使学生了解实训的注意事项。学生可充分结合相应的理论知识进行在线练习，然后参与到技能在线测试之中。通过虚拟仿真实训平台，教师可与学生之间随时进行交流，学生遇到问题后可随时向教师咨询。通过虚拟仿真技术可以调动学生主观能动性，使学生在虚拟场景中对内容进行可视化编辑和调整，展示出不同的场景效果，激发学生的创造思维，使学生具备创新能力。

二、虚拟仿真技术在园林实训教学中的应用条件

摘要：为社会发展培养高素质的工程技术人才是高职院校计算机网络专业的主要培养目标。本文首先概述了虚拟仿真软件，然后介绍了虚拟仿真软件的具体分类，最后分析了在网络实践教学中应用虚拟仿真软件的必要性，以供大家参考。

关键词：虚拟仿真软件；网络实践教学

在网络实践教学中引入虚拟仿真软件技术，能够在普通的电脑机房搭建出模拟的网络实验室，让学生在普通的电脑机房中可以进行很多网络实验。同时，在网络实践中应用仿真技术，既可以对教材实验知识进行测验，又能够作为将来就业实习的前期实践。此外，将这项技术应用于教学中，转变了传统的教学模式和教学观念，成为高职院校理论联系实际的新教学形式之一，也是现代化教育技术给高职院校实践教学带来的新变化之一。

一、概述虚拟仿真软件平台

当前，在不同专业中所使用的虚拟仿真软件是相当多的，在网络实践教学中经常使用的虚拟仿真软件有Cisco专属的网络互联网、物联网、网络基础以及基础安全领域中使用的packettracer7、华为专有的ensp，备战ccna考试中的考生编制的模拟器bosonnetsim，以及当前我国非常流行的网络设备厂家华三的hcl。

二、虚拟仿真软件的具体分类

摘要:对虚拟仿真教学在机械工程控制基础课程中的应用展开研究。机械工程控制基础课程具有较强的理论性和复杂的公式推导过程等特点，提出利用Simulink软件构建针对不同知识点的动态仿真模型，从而形成动态模型库。在授课过程中，调取相应的模型采用知识点推导与仿真模型演示相结合的方式进行讲解，该方法极大地提高了学生的学习兴趣和工程应用能力。

关键词:虚拟仿真;机械工程;教学改革;动态模型库

机械工程控制基础课程作为机械专业非常重要的一门核心课，以控制论为理论基础，研究机械工程中广义系统的动力学问题。其课程目标主要是使学生逐步学会运用“系统”、“动态”的观点定性分析系统的工作原理及特点，通过构建系统的数学模型，运用控制原理和数理基础课知识对系统信息的传递及反馈控制的动态特性进行定性分析，初步学会将控制理论、微处理机技术同机械制造技术结合，运用控制论的理论与方法，来考察、分析与解决机械工程中的实际问题［1－2］。目前工程教育中新工科建设和工程教育专业认证工作，不断强调通过课程教学体系、实验教学体系和企业实践等多样化方式提升学生解决复杂工程问题和科技创新的能力［3－4］。但是目前大多数高校在实验教学和企业实践等方面存在较多困难，一方面，较多企业基于安全生产管理要求，正在减少或不愿意接纳高校学生参加企业实践的需求;另一方面，实验教学环节的增加，势必会导致学校不断增加教学实验设备采购和设备维护资金的投入以及增加实验设备安全性管理难度。虚拟仿真技术的应用顺应了国家高等教育信息化的发展趋势和现实需求［5－6］。例如，2020年疫情的暴发导致高校学生无法正常开学，2020春季学期的教学任务往往采取线上教学手段完成，但是对于实验教学与企业实践教学环节却较为被动，若将虚拟仿真技术应用于课程教学和实践教学环节中，将很好地解决上述问题。以机械工程控制基础课程为研究对象，依托课程大纲体系和培养目标，利用Simulink软件构建虚拟仿真动态模型库和虚拟仿真平台，同时制定虚拟仿真技术在课程教学中的应用与实施方案。通过虚拟仿真技术在课程教学中的应用，让学生可以运用理论知识解决实际问题，提高学生的学习热情和工程应用能力。

1构建虚拟仿真动态模型库

机械工程控制基础课程中系统的数学模型、频域与时域特性分析以及系统的稳定性判断等涉及较强的数学理论知识、复杂的公式推导过程和复杂的图表曲线特性分析，与其他专业课程相比，该课程具有较强的理论性，学生学习动力不足。同时，针对课程内容而言，其所涉及的知识面广，在有限的学时内按照教材章节逐一讲解的方式，系统性不强，往往难以让学生们理解和掌握，教学效果较差。为了解决上述问题，采用课程知识结构与MATLAB/Simulink仿真软件相结合的方式，建立虚拟仿真动态模型库，从而实现以课程知识为主干和以虚拟仿真动态模型库为枝叶的课程组成。以数控直线运动工作台位置控制系统为对象，该系统的工作原理示意图如图1所示。通过对数控直线运动工作台的工作原理进行分析，发现该系统在数控镗床、激光加工机床和数控钻床等方面有广泛的应用，该系统全闭环的控制系统精度高。根据上述该系统的工作原理和能量守恒定理，可以构建如下微分方程组:其中，J1为电动机转子轴部件的转动惯量;J2为减速器输出轴部件转动惯量;i为减速比;P为螺距。根据构建的系统模型和微分方程组，利用Simu-link仿真软件，可以构建如图2所示的位置控制系统的仿真模型。利用该模型进行仿真分析，从而获得该系统的时域响应特性和频域响应特性等，为机械工程控制基础中系统数学模型、系统的时间响应分析和频域响应分析提供了更为直观的演示，使学生更加容易理解相关授课知识。

2虚拟仿真技术在教学中的应用

一、大学物理传统实验教学存在的主要问题

1.实验室建设需要学校学校大量的资金投入。传统的实验教学需要购买大批的实验设备，并且需要定期的更新。导致现有的实验项目固定,这种矛盾限制了实验室的发展，无法达到学生不断与时俱进的学习要求。2.传统实验受到上课时间和空间的制约。传统的实验教学在开展中受到选课时间，教室空间的制约，导致理论教学和实验教学的内容在时间上不同步，理论和实验无法同时互相印证，严重影响教学质量。3.无法有效地进行对物理实验的成绩评定。由于场地和时间的限制，物理实验考试无法切实有效进行。实验成绩的评定容易流于形式，或只凭借实验报告评定成绩，不能全面客观的对学生的实验总体表现打分，无法客观反映物理实验的实际教学效果。4.教师指导难以到位。在有限的时间内指导大批的学生是现在大学物理实验中普遍存在的一个问题。这种情况容易导致教学目标难以达成，需要大量学时的高难度实验更是难以开展。为了解决传统实验中的一系列的问题，需要高校建立基于网络的实验数据库来管理实验室和学生的实验学习信息，并利用仿真实验技术进行教学改革，对教学过程、学生学习成果评价进行数字化管理来实现规范管理、提高效率、创新改进教学质量和实验室的管理工作。

二、虚拟仿真实验室的优势

1.解决传统实验对时间和空间的制约。虚拟实验一般只需电脑装上开发的软件即可模拟不同的实验，这样高校可利用现成的计算机房来完成实验教学，甚至只用一台连接网络的电脑，就可以完成实验的学习过程，学生就可以根据自己的时间灵活的、分多次的预习学习物理实验，更好的完成实验学习过程。2.虚拟实验能让学生看到现象以外的真相。在虚拟实验中，虚拟系统除了能表现出现实中的实验效果，还能表现出在传统实验中看不到的“现象”。比如在普朗克常量实验中使光子具现化，在光学实验中将光路展示出来，在电学实验中表现出电磁场等等。3.可完成一些传统实验中不能开设的实验。由于一些物理实验中的物质具有毒性或放射性，在传统实验当中是无法开设的。比如一些核物理方向的实验，一些具有危险性的高功率激光器实验等等，都可以用虚拟实验来完成。4.提高学生的学习兴趣。传统的一些复杂实验，学生在实验时经常畏首畏尾，怕把仪器弄坏，感觉无从下手。但虚拟实验可以随意的操作破坏，学生可以放开手脚，有利于培养学生的想象力和创造力。

三、虚拟仿真实验室的建设

虚拟仿真实验室的建设面向的是所有理工科学生，以提高培养学生理论联系实际的思维方式和实践能力为目标。通过建设优质的虚拟实验教学资源，建设共享平台，并将虚拟实验和传统实验相结合、互补，创建一套有效的教学模式，打造一支高水平的虚实结合的实验教学团队。该项改革不是开“小灶”，而是面向大面积学生提高物理实验教学的质量。1.通过学校与企业合作共同开发不断丰富物理仿真实验教学资源。2.建设公共平台，将虚拟仿真实验资源有效地应用于预习、实验、复习、考试等各个教学环节。3.建立虚实结合的教学机制，建设高水平的实验教学师资团队，鼓励教师探索和研究实验教学方法与模式，充分发挥虚拟仿真实验在教学改革中的作用。4.建立虚拟仿真实验中心教学的信息化管理系统，保障虚拟仿真实验在教学环节中发挥作用和稳定运行。

自2013年国家教育部高教司发文在全国构建国家级虚拟仿真实验教学中心以来，虚拟仿真教学在医学高等院校的应用研究已逐渐成为一个热点［1］。新型冠状病毒肺炎疫情的暴发促使全国开展了全民在线教学，也为虚拟仿真平台在高校线上教学中的应用提供了机遇与挑战。组织学与胚胎学实验作为医学专业基础课程教学中的重要组成部分［2］，可以加深学生对理论知识的理解与运用，锻炼学生的空间想象能力，增强学生的实践能力与创新精神。本研究将虚拟仿真实验平台、直播平台、慕课学习平台等应用于实验课程，实现了移动学习，使实验教学不再受到时间和空间的限制，对在疫情及后疫情期间进行实验教学、改革教学模式、提升教学质量有着重要作用［3］。

1虚拟仿真实验平台的优势

模拟仿真，立体直观。基于虚拟仿真实验平台开展实验教学，学生可以充分获取虚拟环境所蕴涵的各种空间信息［4］。同时，一些因危险度高、耗时较长、材料获取困难、高成本等因素导致的日常难以开展的实验也可以通过虚拟实验完成，对提高专业知识、激发学习兴趣、增强学习体验具有重要意义［5］。个性学习，自主灵活。基于虚拟仿真实验平台开展实验教学，可以打破时间和空间的限制，实现以学生为中心的个性化、碎片化、自主化学习，充分发挥互联网时代下数字化资源的优势，更好地促进教育公平和教育均衡发展。扩充内容，改变教学。虚拟仿真实验可以为学生提供更丰富的实验资源与环境，紧密贴合科学前沿，拓展学生的视野及知识面。同时，虚拟仿真实验平台的应用也可以改革传统教学模式，加入设计性实验项目，提高学生的创新意识与创新能力。除上述优势外，虚拟仿真平台还可具有在线共享、在线评价、加强师生交互、操作安全、节约资源等特点，学生可反复多次的进行实验操作，加强学习效果。

2医学虚拟仿真实验平台应用现状

2019年教育部在教育信息化和网络安全工作要点中表示：要加快推进示范性虚拟仿真实验教学项目建设，推动虚拟现实在教育教学中的深入应用。目前，国内百余所高校入选国家级虚拟仿真实验教学中心，逐步建立健全相应的虚拟仿真平台。随着高校及社会上虚拟仿真实验平台的建设日益完善，“互联网+教育”时代的到来，近几年相关研究热点也有从平台的开发建设向基于虚拟平台开展的“智慧教育”，实现虚拟仿真教学与教育信息化技术的深度融合转变的趋势，虚拟现实的研究逐渐趋向于创新融合发展［6］。

3虚拟仿真实验平台在组织学与胚胎学实验线上教学的应用

摘要：随着我国教育水平的不断提高，高校更加重视对学生实践能力的培养，进一步推进虚拟仿真与实验教学的结合。虚拟仿真与真实设备混合的“翻转课堂”实验教学新模式正是在此大背景下产生的。光伏微电网数字孪生虚拟仿真实验教学平台搭建起虚拟仿真与实物实验的桥梁，此平台的创建和推广将在培养大学生创新精神和工程实践能力等方面发挥重要作用。

关键词：数字孪生；虚拟仿真；光伏微电网；实验教学平台

实验实践教学是高校培养学生实验、实践和创新能力的重要平台，是创新创业型人才培养的必备过程[1]。随着我国工业的快速发展，智能型仪器仪表得到广泛应用，对相关领域的人才提出了更高的要求[2-3]。然而在教学实践过程中存在一些问题，例如，有些仪器危险性高、占地面积大，不允许缺乏实际经验的学生进行建设、安装、调试和测试等操作[4-6]；或者只有虚拟仿真实验平台，无真实的设备与之对照，使得学生不能体验真实的交互过程[7]；部分学校实验场地资源紧缺，无法满足学生多人同时进行实验的要求[8]。学生的实操能力无法得到充分的锻炼，理论学习与实际操作严重脱节。为了进一步促进实验教学的信息化、网络化和智能化，面向电气工程及自动化、新能源等专业，提出一种虚拟仿真与真实设备混合的“翻转课堂”实验教学新模式，开发了光伏微电网运行过程的数字孪生虚拟仿真实验平台。该平台采用虚拟仿真、虚实结合的手段使学生通过在线学习的方式理解并掌握光伏微电网从建设、测试到优化的全过程。

1数字孪生虚拟仿真实验平台的多样化教学方法

数字孪生虚拟仿真实验平台采用线上教学与现场教学相结合、虚拟仿真与实物实验相结合、讲与练相结合、理论与实践相结合的教学方法。此方法能使学生真正理解和掌握所学知识，同时提高分析问题、解决问题的能力及动手能力[9-10]。本实验平台既可以做纯虚拟仿真实验，也可以做纯实物实验，还可以做虚实结合的实验。纯虚拟仿真实验，如图1所示。纯虚拟仿真实验针对没有真实实验设备的学校及社会群体，参与者可通过实验平台的仿真环境，掌握光伏微电网建设方法、测试技术和最大功率点跟踪控制优化方法。纯实物实验，如图2所示。利用实验室现有的设备开展实验，学生通过实验可直接掌握光伏微电网的组成结构、工作原理以及测试方式。基于虚实结合的数字孪生实验，如图3所示。采用虚实结合方式，也称为半实物虚拟仿真[11]。该实验借助实验室现有的光伏微电网实验设备开展实验，让学生掌握光伏微电网的组成结构、工作原理及测试方式；再通过物联网和数字孪生等技术，将光伏微电网模型映射至网络空间，学生可通过网上实验平台掌握光伏微电网设计方法、测试技术和最大功率点跟踪控制优化方法，最后通过真实设备验证实验结果。

2数字孪生虚拟仿真实验平台的基本架构

［摘要］随着教育信息化的日益普及，信息技术逐渐改变了大学的实践教学模式。网络教学平台和虚拟仿真技术的协同应用为工程管理专业实践教学提供了项目全过程管理的建造情境，以学生为主体，教师为主导，提升实践教学效果，培养学生的探究能力、实践能力及创新创业能力。

［关键词］网络教学平台；虚拟仿真；实践教学

随着信息技术的日新月异和大学教学理念的更新，教育信息化成为高校教学改革的重要手段，信息化网络教学平台作为一种新的教学媒体资源改变了大学的教学模式，虚拟仿真技术凭借直观性、可操作性、可重复性的优势为实验实践教学开辟了新的路径。工程管理作为一门实践性、应用性强的交叉学科专业，融合了工程、经济、管理、法律等多学科知识，其人才培养不仅要求具备较强的土木工程技术和管理的基本理论和方法，还强调实践创新创业能力的培养，要求具备项目全过程管理中的资源整合能力和系统性思维能力。近年来虚拟仿真实验教学就是依托多媒体网络、虚拟现实、数据库和网络技术，构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，使得学生可以在虚拟环境中进行实验实践操作[1]。这种以虚拟仿真的方式传授知识的教学方式，可以使学生在开放、自主、交互的虚拟环境中进行安全、经济可重复的实验实践模拟操作[2]。虚拟仿真实验实践教学作为实践教学的有益补充，可以借助网络教学平台随时向学生开放，培养学生自主学习的习惯，发挥学生学习的积极性、主动性，提高教学效果。

一、工程管理专业实践教学的困境

工程管理专业虽然是交叉学科专业，但依托行业背景明确，具有过程性、应用性和综合性强等特点，工程、经济、管理、法律等学科平台教学内容互相衔接、协同配合，实践教学的实施由于安全性、场地、教学资源配置等问题，实习、实验实训等活动难以有效开展，不能充分满足工程管理专业实践教学的需要。（一）缺乏系统性认知。由于工程项目的建设过程无法在实验室内复制，而实际工地现场实习也只能是对某些工序有感官认识，短期实习也难以跟踪分部分项工程或单位工程的完整施工过程，更谈不上对工程项目建造实施全过程管理的全面认知，实践教学效果欠佳，最终使得实习流于形式。而且同类型工程项目随着社会需求的发展，专业技术融合使得工程复杂性增加，各个工程的规模、进度、管理模式差异显著，无论是实验教学还是现场工程实践，都无法在短期内让学生认识众多的类型和不同专业的实践知识。这就使得学生对完整工程认识不够深入、工程全局意识不强、动手能力较差，影响了学生工程实践能力的培养。（二）缺乏综合协同体验。工程项目建设既是业主方、设计方、监理方、施工方、供应商、咨询方及相关政府职能部门等多部门互相协作的结果，又受到人材机、方法技术和环境等多因素的综合制约，现有实践教学体系设置的各环节实践教学内容仅涉及全过程管理的部分环节，考察知识点单一，并不能将工程管理专业的四个平台教学内容全面整合，与工程实际对接，学生无法体验协同合作的情境。同时，工程项目建设的“一次性”特点决定了建设过程必须遵照规范执行，学生极少能体验建设风险，不利于学生对全过程管理知识的综合应用探究。在此情形下，虚拟仿真BIM技术中的三维建筑模型、虚拟建造、漫游检查等通过人机交互技术实现建设场景的创建和控制功能，让学生在虚拟环境中产生直观性、逼真性和沉浸感，为工程管理专业的实践教学提供了更为实际的工作环境，更好地达到现场实习的效果，促进工程管理专业实践教学技术、方法、手段和管理的创新，全面提升专业人才的培养质量。

二、网络教学平台与虚拟仿真在工程管理实践教学中的协同应用