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虛擬仿真技術建設范文1
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[8]李平，毛昌杰，徐進.開展國家級虛擬仿真實驗教學中心建設提高高校實驗教學信息化水平[J].實驗室研究與探索，2013，32（11）：5-8.
[9]沈建華，李飛，程崇虎，等.通信與信息網絡國家級虛擬仿真實驗教學中心建設與實踐[J].實驗室研究與探索，2015，34（1）：161-164.
[10]張增明，王中平，張憲鋒.國家級物理虛擬仿真實驗教學中心的建設實踐[J].實驗技術與管理，2015，32（12）：146-149.
[11]藺智挺.基于虛擬仿真實驗的模擬集成電路實驗教學[J].實驗技術與管理，2016，33（1）：122-126.
虛擬仿真技術建設范文2
[關鍵詞]虛擬仿真;實驗教學;軌道交通;三位一體;一縱四橫;三層六型
doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2015.20.157
[中圖分類號]G434 [文獻標識碼]A [文章編號]1673-0194（2015）20-0-02
1 研究背景
隨著我國高速鐵路的迅猛發展以及“高鐵出海”戰略的提出，社會對軌道交通類人才的需求急劇增加。因此，為相關行業培養和培訓技術人才和熟練技工的需求也日趨緊迫。地處淮海經濟區和鐵路交通樞紐（徐州）的江蘇師范大學，立足于為區域經濟社會發展提供技術人才和科技服務，加快了軌道交通類專業人才的培養，在理論教學的同時，也注重對學生的實驗教學。
實驗教學是理論教學的延續，學生通過親歷實驗過程，能夠加深對理論教學的理解，有助于對課堂教學知識的消化和吸收。實驗室建設是實驗教學的重要平臺和保障基礎，可以提升學科專業水平，提高人才培養質量。
目前，我國軌道交通專業實驗教學和實踐培訓存在如下問題：真實平臺設備價格高昂，占地面積大，難以同時實現多人的標準化實訓和考核;對涉及不可逆的操作，極端的環境，不可控天氣條件的運行狀況無法進行真實教學和研究。然而，基于虛擬仿真技術的實驗教學方法具有投資少、安全性高、拓展性強的優點，可為軌道交通專業實驗教學的開展提供有力支持。
2 虛擬仿真技術概述
虛擬仿真技術是以計算機仿真技術、多媒體技術和網絡技術為依托，用一個虛擬的仿真系統來模仿真實系統的技術。虛擬仿真實驗教學中心是通過虛擬仿真技術，模擬真實的實驗設備和實驗場景，使學生通過人機交互的方式在模擬的實驗場景、實驗設備中開展相關實驗，達到在虛擬現實環境中，完成各種實驗教學活動的目的。它是虛擬仿真技術、計算機技術和專業理論知識等多學科融合的結晶。在實驗教學中引入虛擬仿真技術，具有以下幾點優勢：第一，虛擬實驗設備可以代替昂貴的真實設備，同時節約實驗室用地，降低實驗室建設成本，有利于緩解經費緊張壓力;第二，仿真實驗的引入突破了實驗時間、空間的限制，有利于實驗教學的開展和實驗設備的利用，進而有利于推進實驗教學的改革;第三，虛擬仿真技術可為實驗教學提供良好的環境，有利于學生創新能力的培養;第四，虛擬仿真技術使得實驗環境更接近現實，有利于縮短學生進入相關行業的適應期。
3 構建虛擬仿真實驗教學平臺
根據教育部公布的“十二五”發展規劃，工程實驗室應在信息集成技術、虛擬仿真技術和智能制造技術等方面尋求突破，并大力推廣和應用虛擬仿真技術。構建虛擬仿真實驗教學平臺、開展網絡實驗教學，不僅可以改進實驗教學方法，還可以緩解實驗設備和實驗硬件資源不足等問題，有利于改善和提升實驗教學的效果?；诖?，江蘇師范大學利用現有實驗室條件和軟件平臺，積極籌劃軌道交通信號與控制虛擬仿真實驗教學中心的建設，主要包括“三位一體”實驗平臺、“一縱四橫多分支”實驗體系和“三層六型”實驗項目。
3.1 “三位一體”實驗平臺
軌道交通信號與控制虛擬仿真實驗教學中心的建設目標主要有三個，其一是提高學生的工程實踐能力和創新能力;其二是培訓職工的職業技術能力和應急處理能力;其三是提升科學研究與試驗的支撐能力。因此，首先建立了實驗教學虛擬仿真平臺，進而搭建實踐培訓虛擬仿真平臺，在此基礎上，進一步建設了科研服務虛擬仿真平臺。三部分功能互補、相輔相成，共同構成“三位一體”多功能虛擬仿真實驗平臺（見圖1），實現了“實驗教學、實踐培訓、科研服務”的有機融合。
圖1 “三位一體”實驗平臺
3.2 “一縱四橫多分支”實驗體系
在“三位一體”多功能虛擬仿真實驗平臺的基礎上，按照“能實不虛、虛實結合、相互補充”的原則，以專業核心課程知識點為依據，以軌道交通全過程過程操作規范為標準，以安全運行控制為要求，建設由“行車控制”“運行車輛”“牽引供電”和“運輸組織”四大部分構成的“一縱四橫多分支”實踐教學資源體系（見圖2），以滿足學校、企業和區域的虛擬仿真實踐教學需求，實現校內外、本地區及更廣范圍內的資源共享，形成虛擬仿真實驗教學中心的可持續發展。
圖2 “一縱四橫多分支”實驗體系
3.3 “三層六型”實驗項目
根據教育部高等學校本科專業課程實驗設置要求，軌道交通信號與控制虛擬仿真實驗教學中心將虛擬仿真實驗分為基礎層、應用層、提高層三個層次，包含驗證型、演示型、綜合型、設計型、科研型、創新型六種實驗類型。其中，教學虛擬仿真實驗屬于基礎層，注重專業知識基本原理的理解和驗證，有驗證型、演示型仿真實驗項目46個;實踐培訓虛擬仿真實驗屬于應用層，注重專業知識的綜合應用，培養學生的工程實踐能力，提高職工的專業技能與職業素質，共有綜合型、設計型項目42個;科研服務虛擬仿真屬于提高層實驗，共有科研型、創新型項目14個，全部面向學生、教師、軌道交通相關企業和相關科研院所開放，注重研究能力和創新能力的提升。
4 結 語
虛擬仿真實驗教學中心作為高校實驗教學的一個發展方向，以其依托的虛擬現實技術、網絡技術、仿真技術和專業知識，擁有了傳統實驗室難以具備的優勢：建設維護成本低，平臺擴展性好，利用效率高等。軌道交通信號與控制虛擬仿真實驗教學中心的建設，充分利用了上述優點，改進了本學科本專業的實驗室布局和結構，搭建了“三位一體”虛擬仿真實驗平臺，形成了“一縱四橫多分支”的實驗體系，開發了“三層六型”實驗項目。通過虛擬仿真實驗教學中心的建設和實驗教學方法的改革，希望能夠提高學生的創新能力和實踐動手能力，提升相關企業職工技能培訓的效果，進而為高校實驗教學的改革和創新提供一定的參考和借鑒。
主要參考文獻
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[2]李平，毛昌杰，徐進.開展國家級虛擬仿真實驗教學中心建設提高高校實驗教學信息化水平[J].實驗室研究與探索，2013（11）：5-8.
[3]馬文頂，吳作武，萬志軍，等.采礦工程虛擬仿真實驗教學體系建設與實踐[J].實驗技術與管理，2014（9）：14-18.
[4]李炎鋒，杜修力，紀金豹，等.土木類專業建設虛擬仿真實驗教學中心的探索與實踐[J].中國大學教學，2014（9）：82-85.
虛擬仿真技術建設范文3
基于虛擬仿真技術和計算網絡技術的實驗教學方法已經成為不可或缺的實驗教學手段。虛擬仿真實驗教學體系的構建，將促進教學資源的科學規劃和持續發展。以學科發展為依托、以培養具有綜合實踐能力和創新能力的人才為目標，本著能實不虛、虛實結合的原則，在實體實驗的基礎上，打破原有實驗教學環節和專業內容所固有的界限，探索構建了三平臺、三層次、一體化的“三三一”虛擬仿真實驗教學體系。“三三一”體系的構建既豐富了專業實驗教學內容，又為學生在基于虛擬仿真技術的跨專業大型綜合實驗教學資源中，提供更多的應用技能、綜合能力和創新能力訓練的機會。
關鍵詞:
電氣工程;自動化;虛擬仿真
天津大學電氣與自動化實驗中心承擔著面向全校10個專業、47門課程的本科生實驗教學工作，其中包括課程實驗、課程設計、生產實習、畢業設計等多種教學實驗環節。近年來，實驗中心為了解決大型綜合實體實驗項目在建設、運行、維護等工作中受場地或經費等條件限制、阻礙學科建設與發展的問題;為了滿足學生創新訓練的需要，積極促進科研成果向教學資源的轉化，在實體實驗教學環境不斷完善、發展的同時，對部分專業課實驗教學內容進行了虛擬實驗環境及仿真系統的開發與建設。先后建設了“智能電網仿真實驗教學平臺”、“多相流虛擬仿真實驗教學系統”、“高電壓虛擬仿真實驗教學系統”、“機器人及自主系統虛擬仿真實驗教學平臺”、“工業生產線虛擬環境”等一批虛擬仿真實驗教學資源［1－2］，并全部應用于實驗教學中。2012年9月為了更好地管理和優化教學資源，學校成立了電氣工程與自動化虛擬仿真實驗教學中心。按照培養具有綜合能力、實踐能力和創新能力的高素質人才的需要，本著“相互補充、互融互通”的原則，構建了“三平臺、三層次、一體化”的“三三一”虛擬仿真實驗教學體系。經過5年的時間，依照“能實不虛、虛實結合”的原則，完成了15個虛擬仿真實驗教學項目的建設工作。虛擬仿真實驗教學體系為實驗資源開發提出了明確的目標。
1虛擬仿真實驗教學的特點
充分發揮虛擬仿真實驗教學的特點和優勢，是構建一套科學、高效、可持續發展的虛擬仿真實驗教學體系的關鍵。其特點如下。
1．1豐富的教學內容
基于互聯網的虛擬仿真技術為實驗教學帶來了不受時間、空間限制的特點，它可以將學生帶入未知的科學世界。相比傳統實體實驗課程的內容，虛擬仿真實驗項目可以是千變萬化的［3］。學生不僅可以利用所學知識靈活地解決問題，還可以按照自己的興趣愛好設計問題，探索未知的世界。例如:傳統的電機學實驗，學生只能觀測電機外特性結果，無法從根本上理解電機的內部磁場分布、不同運行工況下的磁場變化。而虛擬仿真實驗利用電機電磁場有限元分析軟件，使學生能通過虛擬仿真環境，了解電機內部磁場分布及性能特性曲線。同時，虛擬仿真技術打破了不同專業實驗室的隔墻，為跨學科的交叉應用提供了廣闊的實踐天地。
1．2靈活的教學環節
為體現“以人為本”的教育、教學理念，適應個性化學習需求，有利于創新能力的培養，實驗教學體系應該包含多層次的實驗教學環節，學生可以選擇適合自己知識水平、興趣愛好的實驗內容。并且隨著學習進度的變化，可以跨越教學層次提升(或回顧以往)實驗內容［4］。這在實體實驗教學活動中是很難實現的。靈活的虛擬仿真實驗資源建立了不同教學環節之間的知識鏈接，使學生在夯實基礎知識的前提下，有更多接觸專業實驗和創新實踐的機會。
1．3不可及和不可逆過程的實現
在涉及高?；驑O端環境，不可及或不可逆的操作，高成本、高消耗、大型或綜合訓練等情況時［5］，虛擬仿真技術提供可靠、安全和經濟的實驗手段。例如:在“高電壓虛擬仿真實驗教學系統”中學生可以隨時觀察高壓放電的模擬場景。
1．4無處不在的實驗室
基于互聯網的虛擬仿真實驗教學資源不僅可以為學生在任何時間和地點開展實驗提供條件［6］，同時也可以將優秀的實驗教學資源開放，為兄弟院校、企業、社區提供教學服務。
2虛擬仿真實驗教學體系的構建
虛擬仿真實驗教學體系在教學大系統中，與實體實驗教學體系相互補充，同樣需要遵循實驗教學的客觀規律和基本準則［7－8］。通過利用“互聯網思維”和“虛擬仿真技術”對現有實體實驗教學活動中的內容和環節進行了全面的、系統的再設計，形成了科學的和可持續發展的虛擬仿真實驗教學系統。首先將基礎實驗、專業綜合實驗和創新與實踐訓練的三個虛擬仿真實驗教學平臺按照理論應用、綜合設計、系統構建劃分三個教學層次;然后利用虛擬仿真實驗教學的特點和優勢，將不同平臺(教學層次)的實驗項目進行互聯互通、相互融合，形成了教學體系的一體化。
2．1以教學環節為導向的實驗教學平臺
以教學環節為導向的實驗教學平臺包括基礎實驗教學平臺、專業綜合實驗教學平臺以及創新與實踐教學平臺，如圖1所示。
2．1．1基礎實驗教學平臺
該平臺側重基礎知識的教學工作。通過驗證基礎科學和技術原理，使學生切身體驗科學發現與工程技術的發展歷程，進而內化為其自身的工程意識與素養［9］。虛擬仿真實驗教學可以為學生提供不受限于時間、地點的實驗環境，“無處不在的實驗室”有助于提高學生做實驗的興趣、培養獨立思考問題和解決問題的能力。
2．1．2專業綜合實驗教學平臺
專業綜合實驗平臺主要包括課程設計、綜合實驗、工程設計綜合訓練等集中教學環節。由于部分綜合類實體實驗受實驗設備功能的限制，學生可以選擇的實驗內容有限，尤其是一些大型、高風險、高能耗、高成本、不可及或不可逆的項目根本無法對本科生開放。構建虛擬仿真專業綜合實驗教學平臺，將不可能變成可能，不僅可以開設大型綜合實驗項目的仿真環境，還可以實現跨專業的綜合實踐訓練。為學生提供貼近實際的工程應用，對解決現實條件無法滿足專業綜合實驗教學需求的矛盾有著不可替代的作用。實現了實驗室與生產現場的“無縫對接”。
2．1．3創新實踐教學平臺
科學的創新實踐教學方案需要良好的教學平臺支撐。利用虛擬仿真技術針對電氣工程及自動化專業的學科特色，結合“智能電網”、“航空航天”、“機器人”、“工業自動化”以及“新型傳感器”等專業領域前沿技術建立虛擬仿真系統，從實驗教學環節加強學生對相關學科前沿成果的深入理解。
2．2以教學目標為導向的三層次
在三個教學平臺中學生可以循序漸進的完成知識學習和技能訓練。但是，由于學生在專業方向、學習進度、興趣愛好等方面存在個性差異，所以在學習過程中就會需要在不同的教學平臺之間進行廣泛的聯系，尤其是學科交叉的教學資源中，需要橫向的、跨平臺的知識融合。每個虛擬實驗教學平臺分別按照理論應用、綜合設計、系統構建三個層次進行劃分，充分發揮虛擬仿真技術的優勢，建立實驗教學平臺之間相互補充、互融互通的橫向鏈接。如圖2所示。
2．2．1理論應用層
理論應用層重點突出的是圍繞基礎理論知識，利用虛擬仿真技術為學生提供豐富的實驗內容，包括一些看不見、摸不到的物理現象，基礎理論在實際工程應用的案例等。更為重要的是，通過互聯網虛擬仿真技術的應用，學生可在任何時間和地點直觀形象的完成本專業科學理論與科學技術的基礎性實驗，有助于學生夯實理論知識。
2．2．2綜合設計層
綜合設計層是將相關專業基礎知識交叉綜合應用。著重培養學生運用專業基礎知識、實驗技術和實驗手段、分析問題、解決問題的能力，使學生不論在知識的積累上還是實驗技能的提高上都有較大的飛躍。通過虛擬仿真技術的應用，實驗場景可以更加貼近工程實際，有效解決以往受實驗設備或場地限制［10］，用抽象的示意模型代替復雜受控對象的問題;在大幅度提高實驗項目豐富程度的同時，通過互聯網技術的應用也可以提高教學資源的共享率。
2．2．3系統構建層
系統構建層是讓學生在虛擬環境中將所學到的工程研究與創新方法得到應用和訓練。讓學生體會利用掌握的知識和技能在復雜工程實踐中解決問題的快樂，真正做到學以致用［11］。該類實驗可培養學生從事科學研究和技術開發的綜合能力，為培養具有創新能力的高素質專業人才提供訓練條件。虛擬仿真教學體系中的系統構建層實驗教學資源有效的解決了生產實習、畢業設計等環節與工程實際脫節的問題。
2．3互融互通、互為補充的一體化理念
虛擬仿真實驗教學體系如圖3所示，其中教學平臺的教學資源根據教學目的而設計，課程內容貫穿資源;教學層次是以培養應用能力為目標，將不同平臺教學資源橫向連接。在注重專業培養、因材施教的同時，教學平臺之間互融互通，教學層次之間相互補充［12］，是虛擬仿真實驗教學中心“一體化”建設核心。虛擬仿真實驗教學體系一體化建設打通了學科專業界限，是培養創新型人才的新機制。
3結語
虛擬仿真技術建設范文4
論文摘要：針對電子信息類專業實驗教學中存在的問題，結合實際的教學條件，對實驗教學提出了改革，將仿真技術應用到實驗體系中，避免了實驗條件的空間和時間限制，充分發揮了學生能動性，提高了實驗教學質量。
實驗是電子信息類專業學生課程教學的一個重要環節，是對理論教學的補充和深化，其開設方式關系到學生對理論知識的掌握和應用，直接影響著學生的操作技能、主觀能動性和實際動手能力的提高，也決定著理論和實驗的教學水平。因此，在教學過程中一定要加強實驗這個實踐性教學環節，充分利用實驗資源來培養和提高學生解決問題的能力和創新能力，使學生能夠更加快速地適應于將來的工作。加強實驗教學環節，最大限度地利用學校的實驗教學資源，對提高教學水平，培養學生的實際應用能力和綜合素質具有重要的意義。
1 實驗教學的傳統模式和問題
在我國高校工科教育中，實驗教學硬件條件普遍不足，或者是硬件實驗條件的發展跟不上技術的要求，同時各高校大幅度擴大招生，實驗教學硬件條件更顯不足。加大對實踐教學條件的投入，加強培養實踐教學科技人才，強化實踐教學內容和條件的改革與建設，在當前來說具有特殊重要性[1]。我國教育主管部門也在積極得進行著推進實踐教學的改革與建設。例如：在全國高校本科教學水平評估中，實驗室建設基地和建設經費以及實驗教學改革就是一項重要的指標內容。越來越多的高校開始響應教育部的號召，實行了“雙基”實驗室，并在此基礎上進一步建設“實驗教學示范中心”。
目前，實驗教學的傳統模式的缺點主要表現有：
1）實驗設備陳舊，實驗模式單一；
2）驗證性實驗分量大，與設計性、綜合性和創新性實驗之間的比例失調；
3）先進的實驗教學手段在實驗教學中的引入還不夠；等。
2 實驗教學方法改革勢在必行
隨著計算機的普及和應用，在教學中也越來越多地借助計算機來輔助設計方法，同樣，在實驗中借助計算機仿真技術具有很大優點：減少實驗中所需的耗材、降低對實驗器材的破壞性、完成更復雜更高難度的設計性實驗、更加全面地分析實驗對象以及結果的性能指標等，具有高效、快速、直觀、完整的優勢。開展仿真實驗作為一種新型的實驗教學方法是在現有實驗室設備的基礎上采用計算機新型軟件對實驗進行模擬，大大提高了學生對本專業知識的應用能力和科研創新能力。因此，在當今的實驗教學中，仿真實驗的引入勢在必行。
對當今高校來說，學生人數不斷增加，實驗室設備和資金滿足不了大學中學生的試驗要求，為了不斷提高實驗教學的質量，又進一步解決實驗設備少、不好維護、建設費用高等問題。將仿真技術引入實驗教學中來，學生一方面可以利用計算機實現實驗方案的設計，又可以直觀地驗證仿真過程和結果，不受實驗室條件和空間的限制，可將實驗設計帶入到課余生活中來進行，大大提高了學生對實驗的操作興趣。利用仿真實驗由于方法的靈活性可以充分發揮學生的想像力和創造力，比起傳統的實驗教學更利于培養科技創新人才，且有利于降低實驗成本，能夠使得實驗室的建設和發展進入一個良性循環中。
3 實驗教學改革方案
3.1 實驗中引入相應的仿真技術來進行虛擬實驗
在實驗教學中引入計算機仿真技術，一方面，充分發揮學生的主觀能動性，激發學生學習興趣，另一方面，老師可以利用計算機技術來觀察學生的實驗過程，采集學生的實驗結果，更好地跟蹤和指導學生，先進的教學理念和教學手段有助于提高實驗教學效果，提高教師的教學水平。而計算機的引入可把實驗設備、理論教學、教師指導和學生的思考、操作有機地融合為一體，克服了傳統實驗教學過程中受到課堂、課時、實驗設備等的限制，使實驗教學內容進一步靈活化，在時間和空間上得到延伸，也進一步激發了學生的實驗熱情。
在實驗中引入相應的仿真技術來進行虛擬實驗，可以使得學生在進行實驗的過程中培養獨立思考能力，激發學生的學習興趣，提高學生的創新意識，同時為學生提供了更加開放靈活的實驗條件。對實驗內容和實驗教材來說，采用仿真技術把將虛擬實驗和真實的電路實驗有機地整合起來，充實了實驗內容，增強了實驗的能動性和趣味性，有利于實現培養學生綜合實踐和探索創新能力[2]。目前，越來越多的高校重新對實驗室建設進行了規劃，利用計算機仿真技術改革實驗教學是一個新的發展方向。在高校實驗室中引入計算機以及相應的軟件技術不僅可改善實驗條件、改革實驗教學方法、充實實驗教學內容，還可大大提高實驗效率，降低實驗成本，增強學生學習的積極性和創新性，為實驗教學和科研提供良好的實驗平臺[3]。
以單片機實驗教學為例，在實驗過程中我們引入proteus仿真軟件，用它來模擬單片機硬件系統。由于軟件的靈活性，可以克服實驗箱硬件電路固定、實驗內容難于改動等局限。整個實驗設計都是基于計算機仿真技術的，除了計算機外不再需要任何硬件即可進行實驗，這樣有利于促成課程和教學改革，更有利于人才的培養。仿真技術的另一應用表現在學生的業余愛好上，比如目前的電子設計大賽，挑戰杯等，學生完全可以利用計算機來進行仿真，先用計算機仿真出相應的實驗模型，在計算機上進行模擬調試，最后用硬件實現。在整個過程中，學生可充分發揮自己的才能，通過大量仿真對比，達到設計目的，學生也可以大膽地反復調試，避免了損壞器件。在電子設計競賽中，我們使用proteus開發環境對學生進行培訓，在不需要硬件投入的條件下，學生普遍反映，對單片機的學習比單純學習書本知識更容易接受，更容易提高。實踐證明，在使用proteus進行系統仿真開發成功之后再進行實際制作，能極大提高單片機系統設計效率。 轉貼于
另外，開展仿真教學對于我國的遠程教學也是一種很好的嘗試，有著重要的意義。
3.2 重新安排各類性質的實驗，適量增加綜合性、設計性實驗
驗證性實驗是實驗中最基本的，可以使學生鞏固理論知識，它的實驗內容相對簡單，重點培養學生的基本操作、數據處理和計算技能，驗證和加深對課本知識的掌握和理解。綜合性實驗則要求學生必須具有一定的專業基礎知識和基本操作技能，能夠運用某一課程或多門課程的綜合知識，進而對實驗技能和實驗方法進行綜合訓練的一種復合性實驗。目前工科高校中越來越多地提出課程設計也是為了加強學生對綜合知識的運用。為充分調動學生的學習積極性和主觀能動性，設計性實驗也必不可少。設計性實驗能加深學生對理論知識的認識，由學生自己負責計劃和執行，充分提高了學生的思維能力、動手能力、分析和解決工程實際問題的能力[3]，發揮了學生的主觀能動性，設計性實驗的完成可以充分借助于計算機仿真技術來完成。
驗證性、綜合性、設計性實驗相結合，培養了學生基本的實驗技能和方法，同時又促進了學生的創新思維，打破了原有實驗教學附屬于理論教學的模式，建立與理論教學并行的，既相對獨立、又相互聯系的實驗教學體系。在某些應用性強的實驗教學中，綜合性和設計性實驗的比例至少要達到60%以上，同時設計性實驗最好要跟得上科學技術的發展。一方面保證基本實驗技能訓練，另一方面，實驗內容應與當今先進技術的發展相結合，適應社會發展的需要，將科研成果轉化為實驗內容，提高實驗的先進性和代表性。那么，工科院校中一方面加大實驗器材的投入，提高實驗教學條件，開設先進的實驗內容，提高學生的積極性，使學生適應當今社會的發展；另一方面，要充分利用現有的條件，引進先進的仿真技術，使得實驗條件進一步升華，充分發揮教師和學生的主觀能動性和創新能力。
3.3 硬件軟件都要抓，都要硬
計算機仿真實驗雖然可以準確地反映整個實驗過程， 是一種新型的應用技術，十分有效，但是仿真技術不是萬能的，它畢竟不是真正的實驗，在許多場合仿真只能起輔助作用。也就是說不能用仿真實驗來全部代替硬件電路實驗，而是將仿真試驗和傳統的硬件實驗相互結合，根據學校的實際情況和實驗的情況靈活運用，虛擬實驗不是萬能的，如果所有的實驗都用虛擬實驗替代的話，學生在虛擬環境中實驗會產生或多或少的不踏實的虛擬感，實踐能力也不可能得到真正的提高。
3.4 加強對實驗課教師的培訓，通過培訓交流更多地了解新的實驗技術
在實驗教學改革的同時，必然對教師提出更高的要求：一是教師也應加強專業知識和技能的學習，來提高自己的業務能力和綜合素質，另外，不斷更新專業知識的結構，了解前沿技術的發展也是必需的；二是高校中要大力創造條件促進教師經常參加基礎理論知識的培訓和實驗的培訓以及學術研討會，從而擴大視野，更新教學觀念，及時了解嵌入式系統發展趨勢和動態，促進電子類實驗技術的發展；三是要大力組織專業教師去積極申報相關的創新實驗和科研項目，提倡以科研資金來促進實驗室的建設，用科研成果去改進實驗內容，同時可以提高教師的科研能力，在科研中更好地去鍛煉自己，為實驗教學服務。
4 結論
隨著社會對人才要求的提高，大力推進實驗教學改革迫在眉睫，而大學實驗教學的改革又直接影響到學生的動手和創新能力。實驗教學必須能夠跟得上時代的腳步，將仿真技術應用到實驗教學中可以充分調動學生的主觀能動性，激發學生的創新能力，加快學生適應社會的能力，同時學習了先進的新技術。
參考文獻：
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[2] 孫曉明.土力學實驗課程教學方法的研究與改革[J].黑龍江教育，2006(11):59-60.
虛擬仿真技術建設范文5
論文摘要：針對電子信息類專業實驗教學中存在的問題，結合實際的教學條件，對實驗教學提出了改革，將仿真技術應用到實驗體系中，避免了實驗條件的空間和時間限制，充分發揮了學生能動性，提高了實驗教學質量。
實驗是電子信息類專業學生課程教學的一個重要環節，是對理論教學的補充和深化，其開設方式關系到學生對理論知識的掌握和應用，直接影響著學生的操作技能、主觀能動性和實際動手能力的提高，也決定著理論和實驗的教學水平。因此，在教學過程中一定要加強實驗這個實踐性教學環節，充分利用實驗資源來培養和提高學生解決問題的能力和創新能力，使學生能夠更加快速地適應于將來的工作。加強實驗教學環節，最大限度地利用學校的實驗教學資源，對提高教學水平，培養學生的實際應用能力和綜合素質具有重要的意義。
1 實驗教學的傳統模式和問題
在我國高校工科教育中，實驗教學硬件條件普遍不足，或者是硬件實驗條件的發展跟不上技術的要求，同時各高校大幅度擴大招生，實驗教學硬件條件更顯不足。加大對實踐教學條件的投入，加強培養實踐教學科技人才，強化實踐教學內容和條件的改革與建設，在當前來說具有特殊重要性[1]。我國教育主管部門也在積極得進行著推進實踐教學的改革與建設。例如：在全國高校本科教學水平評估中，實驗室建設基地和建設經費以及實驗教學改革就是一項重要的指標內容。越來越多的高校開始響應教育部的號召，實行了“雙基”實驗室，并在此基礎上進一步建設“實驗教學示范中心”。
目前，實驗教學的傳統模式的缺點主要表現有：
1）實驗設備陳舊，實驗模式單一；
2）驗證性實驗分量大，與設計性、綜合性和創新性實驗之間的比例失調；
3）先進的實驗教學手段在實驗教學中的引入還不夠；等。
2 實驗教學方法改革勢在必行
隨著計算機的普及和應用，在教學中也越來越多地借助計算機來輔助設計方法，同樣，在實驗中借助計算機仿真技術具有很大優點：減少實驗中所需的耗材、降低對實驗器材的破壞性、完成更復雜更高難度的設計性實驗、更加全面地分析實驗對象以及結果的性能指標等，具有高效、快速、直觀、完整的優勢。開展仿真實驗作為一種新型的實驗教學方法是在現有實驗室設備的基礎上采用計算機新型軟件對實驗進行模擬，大大提高了學生對本專業知識的應用能力和科研創新能力。因此，在當今的實驗教學中，仿真實驗的引入勢在必行。
對當今高校來說，學生人數不斷增加，實驗室設備和資金滿足不了大學中學生的試驗要求，為了不斷提高實驗教學的質量，又進一步解決實驗設備少、不好維護、建設費用高等問題。將仿真技術引入實驗教學中來，學生一方面可以利用計算機實現實驗方案的設計，又可以直觀地驗證仿真過程和結果，不受實驗室條件和空間的限制，可將實驗設計帶入到課余生活中來進行，大大提高了學生對實驗的操作興趣。利用仿真實驗由于方法的靈活性可以充分發揮學生的想像力和創造力，比起傳統的實驗教學更利于培養科技創新人才，且有利于降低實驗成本，能夠使得實驗室的建設和發展進入一個良性循環中。
3 實驗教學改革方案
3.1 實驗中引入相應的仿真技術來進行虛擬實驗
在實驗教學中引入計算機仿真技術，一方面，充分發揮學生的主觀能動性，激發學生學習興趣，另一方面，老師可以利用計算機技術來觀察學生的實驗過程，采集學生的實驗結果，更好地跟蹤和指導學生，先進的教學理念和教學手段有助于提高實驗教學效果，提高教師的教學水平。而計算機的引入可把實驗設備、理論教學、教師指導和學生的思考、操作有機地融合為一體，克服了傳統實驗教學過程中受到課堂、課時、實驗設備等的限制，使實驗教學內容進一步靈活化，在時間和空間上得到延伸，也進一步激發了學生的實驗熱情。
在實驗中引入相應的仿真技術來進行虛擬實驗，可以使得學生在進行實驗的過程中培養獨立思考能力，激發學生的學習興趣，提高學生的創新意識，同時為學生提供了更加開放靈活的實驗條件。對實驗內容和實驗教材來說，采用仿真技術把將虛擬實驗和真實的電路實驗有機地整合起來，充實了實驗內容，增強了實驗的能動性和趣味性，有利于實現培養學生綜合實踐和探索創新能力[2]。目前，越來越多的高校重新對實驗室建設進行了規劃，利用計算機仿真技術改革實驗教學是一個新的發展方向。在高校實驗室中引入計算機以及相應的軟件技術不僅可改善實驗條件、改革實驗教學方法、充實實驗教學內容，還可大大提高實驗效率，降低實驗成本，增強學生學習的積極性和創新性，為實驗教學和科研提供良好的實驗平臺[3]。
以單片機實驗教學為例，在實驗過程中我們引入proteus仿真軟件，用它來模擬單片機硬件系統。由于軟件的靈活性，可以克服實驗箱硬件電路固定、實驗內容難于改動等局限。整個實驗設計都是基于計算機仿真技術的，除了計算機外不再需要任何硬件即可進行實驗，這樣有利于促成課程和教學改革，更有利于人才的培養。仿真技術的另一應用表現在學生的業余愛好上，比如目前的電子設計大賽，挑戰杯等，學生完全可以利用計算機來進行仿真，先用計算機仿真出相應的實驗模型，在計算機上進行模擬調試，最后用硬件實現。在整個過程中，學生可充分發揮自己的才能，通過大量仿真對比，達到設計目的，學生也可以大膽地反復調試，避免了損壞器件。在電子設計競賽中，我們使用proteus開發環境對學生進行培訓，在不需要硬件投入的條件下，學生普遍反映，對單片機的學習比單純學習書本知識更容易接受，更容易提高。實踐證明，在使用proteus進行系統仿真開發成功之后再進行實際制作，能極大提高單片機系統設計效率。
另外，開展仿真教學對于我國的遠程教學也是一種很好的嘗試，有著重要的意義。
3.2 重新安排各類性質的實驗，適量增加綜合性、設計性實驗
驗證性實驗是實驗中最基本的，可以使學生鞏固理論知識，它的實驗內容相對簡單，重點培養學生的基本操作、數據處理和計算技能，驗證和加深對課本知識的掌握和理解。綜合性實驗則要求學生必須具有一定的專業基礎知識和基本操作技能，能夠運用某一課程或多門課程的綜合知識，進而對實驗技能和實驗方法進行綜合訓練的一種復合性實驗。目前工科高校中越來越多地提出課程設計也是為了加強學生對綜合知識的運用。為充分調動學生的學習積極性和主觀能動性，設計性實驗也必不可少。設計性實驗能加深學生對理論知識的認識，由學生自己負責計劃和執行，充分提高了學生的思維能力、動手能力、分析和解決工程實際問題的能力[3]，發揮了學生的主觀能動性，設計性實驗的完成可以充分借助于計算機仿真技術來完成。
驗證性、綜合性、設計性實驗相結合，培養了學生基本的實驗技能和方法，同時又促進了學生的創新思維，打破了原有實驗教學附屬于理論教學的模式，建立與理論教學并行的，既相對獨立、又相互聯系的實驗教學體系。在某些應用性強的實驗教學中，綜合性和設計性實驗的比例至少要達到60%以上，同時設計性實驗最好要跟得上科學技術的發展。一方面保證基本實驗技能訓練，另一方面，實驗內容應與當今先進技術的發展相結合，適應社會發展的需要，將科研成果轉化為實驗內容，提高實驗的先進性和代表性。那么，工科院校中一方面加大實驗器材的投入，提高實驗教學條件，開設先進的實驗內容，提高學生的積極性，使學生適應當今社會的發展；另一方面，要充分利用現有的條件，引進先進的仿真技術，使得實驗條件進一步升華，充分發揮教師和學生的主觀能動性和創新能力。
3.3 硬件軟件都要抓，都要硬
計算機仿真實驗雖然可以準確地反映整個實驗過程， 是一種新型的應用技術，十分有效，但是仿真技術不是萬能的，它畢竟不是真正的實驗，在許多場合仿真只能起輔助作用。也就是說不能用仿真實驗來全部代替硬件電路實驗，而是將仿真試驗和傳統的硬件實驗相互結合，根據學校的實際情況和實驗的情況靈活運用，虛擬實驗不是萬能的，如果所有的實驗都用虛擬實驗替代的話，學生在虛擬環境中實驗會產生或多或少的不踏實的虛擬感，實踐能力也不可能得到真正的提高。
3.4 加強對實驗課教師的培訓，通過培訓交流更多地了解新的實驗技術
在實驗教學改革的同時，必然對教師提出更高的要求：一是教師也應加強專業知識和技能的學習，來提高自己的業務能力和綜合素質，另外，不斷更新專業知識的結構，了解前沿技術的發展也是必需的；二是高校中要大力創造條件促進教師經常參加基礎理論知識的培訓和實驗的培訓以及學術研討會，從而擴大視野，更新教學觀念，及時了解嵌入式系統發展趨勢和動態，促進電子類實驗技術的發展；三是要大力組織專業教師去積極申報相關的創新實驗和科研項目，提倡以科研資金來促進實驗室的建設，用科研成果去改進實驗內容，同時可以提高教師的科研能力，在科研中更好地去鍛煉自己，為實驗教學服務。
4 結論
隨著社會對人才要求的提高，大力推進實驗教學改革迫在眉睫，而大學實驗教學的改革又直接影響到學生的動手和創新能力。實驗教學必須能夠跟得上時代的腳步，將仿真技術應用到實驗教學中可以充分調動學生的主觀能動性，激發學生的創新能力，加快學生適應社會的能力，同時學習了先進的新技術。
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虛擬仿真技術建設范文6
關鍵詞：計算機仿真 工業工程 實驗教學
計算機仿真技術是繼數學推理與科學試驗之后認識世界自然規律的第三類基礎方法。基于計算機仿真技術的虛擬教學是指利用實物和計算機軟件共同模擬出真實的情境，讓學生在模擬的情境下進行探究和學習。這種教學方法生動形象，接近現實工作場景，有利于提高學習興趣，使學生在短時間內進入相應情境，真實的體驗如在現實中執行任務的感覺，以達到更快掌握技術手段的目的，而且這種教學方法可以利用計算機軟件的優勢創造出靈活多樣的工作場景且不受行業限制，使學生對實踐問題的認識更深入，采用的應對方法更靈活。由此“計算機仿真技術”便成為專業學習及實際應用中的重要方法和技術手段。工業工程作為管理科學與工程的二級學科，其人才培養目標是培養出面向生產、管理、服務的高級專業技術和管理人才，面向的工作崗位主要有制造業現場管理、產能計算、生產計劃與控制、項目管理、精益生產等，以及服務業的流程優化、工作研究等。其中，制造業涉及行業范圍廣、產品種類多、工序過程各異，因此，在教學過程中需要通過一系列系統的實驗項目培養學生專業的問題提煉能力及問題分析能力，并采用專業的技術方法和手段有針對性的對問題本質進行處理。然而，正是由于工業工程方法應用行業的廣泛性及多樣性，使得我們不可能如其他5類工程學科般擁有自己典型的實驗實訓設備，亟需我們在實踐教學過程中探索新的教學方法與實驗支撐技術。
1工業工程實驗課程教學現狀分析
工業工程類實驗課程的教學，在傳統的教學模式中，主要是以“理論課+實驗室”的模式，強調學生對工業工程專業基本方法和技能的掌握與應用，如，工作研究、動素分析、人機工程、物流工程、流程優化、現場改善等基本技能與方法論。傳統的實驗教學過程中，基本上遵照如下流程：首先，引導學生進行以上理論課的學習，使學生知道、了解并掌握這些基本的專業手法與技能；其次，通過開設相關實驗課程讓學生對所學的這些技術方法展開實踐，從而幫助學生達到訓練并養成工業工程專業素養的目的。然而，目前所開設的相關實驗課程均是就某一獨立技術方法而展開的較為單純的技能訓練，如，工作研究的實驗主要是針對動作研究、動素分析、生產節拍平衡開展具體分析過程實踐，幫助學生深刻體會這些基本專業手法的實際應用場合；人因工程，主要是通過系列人因實驗帶領學生親身體驗，感受高度、亮度、顏色、頻繁度、規律度等人因影響因素帶給人視覺、聽覺等感官的切實感受，從而探討基于人因的合理化設計、布局及工作安排；設施規劃布局則是基于物流分析方法，通過物流強度度量，分析部門間的相關性強度，從而為合理布局、物流優化提供有效參考。以上這些實驗均對學生在工業工程專業基本方法技能的培訓上起到了有效效果。然而，卻并未在促進學生養成工業工程職業素養上發揮強化作用。原因在于，缺乏像物流工程、系統工程、系統建模及仿真優化等這類有關工業工程系統設計、管理及優化的主干課程的綜合性實踐項目，要設計出針對本專業基本技能方法的綜合性實踐項目，需要的制造業相關設備、產品品種等數量巨大，且耗費大、成本高，很難從實際操作入手，計算機仿真方法不失為解決此問題的一種有效方法?；谟嬎銠C仿真技術的虛擬教學則以其高效率、低成本、內容豐富、性能有效和安全等優勢得到越來越多的應用和推廣。因此，應該將“項目教學”“案例教學”“教、學、做”一體化和基于計算機仿真技術的虛擬教學的方法結合起來，充分發揮各自的優點，提升實踐教學效果?；谟嬎銠C仿真技術的虛擬教學很容易與其它先進的教學方法相結合，因此，在工業工程類實驗課程的教學中，將基于計算機仿真技術的虛擬教學與其它教學方法相結合，有助于提高實驗課程教學效果，而且成本低、效率高，使學生可以不受場地、行業、設備與產品的限制，使學生更好的掌握專業技能和方法，并通過基于計算機仿真平臺開發的綜合性實踐項目，鍛煉學生的工業工程系統設計、管理及優化的綜合能力，培養學生的專業素養，從而促進本專業人才培養效果的提升，計算機仿真技術在工業工程類實驗課程的教學中具有重要的意義。
2計算機仿真技術在實驗課程教學中的應用
計算機仿真技術為人們提供了一個理想的實踐教學手段，目前國內外已經普遍將其應用于軍事訓練、課程教學、運動訓練以及醫學研究等方方面面。美國是計算機仿真技術虛擬現實的起源地，現在美國計算機虛擬仿真技術的發展水平也比較高，在這個領域代表了國際先進水平，也是第一個把虛擬仿真技術應用在教育教學中的國家，目前在感知、用戶界面、后臺軟件和硬件等幾個方面，形成了一個比較系統的虛擬仿真教學儀器架構。如，美國的卡羅萊納州立大學利用Java技術建立了基于Web的探索式虛擬物理實驗室，主要有以下幾個模塊：基于JavaApplet的虛擬實驗設備和實驗設施、相關的實驗課程模塊、實驗結果評價模塊、協作模塊。在歐洲，英國在計算機仿真技術虛擬現實的相關領域處于領先地位，研究出了虛擬仿真軟件包，并應用在教學儀器和工業安全培訓等方面。如，英國的諾丁漢大學在教育和學術方面對虛擬仿真技術進行了研究與探索，其目標主要在于探索桌面虛擬仿真的輸入設備應用上。此外，該小組還和其他學校緊密合作，將其仿真系統應用在了特殊學生教育中。在中國，目前各個大學和科研機構也廣泛采用計算機仿真技術建立虛擬場景進行相關領域的教學與研究。例如：中國科技大學開發出第一套基于虛擬仿真的教學儀器系統——利用虛擬仿真技術進行幾何光學實驗平臺的開發，系統將計算機輔助教學儀器的智能化儀器、計算機技術、虛擬仿真和物理教學儀器等有機結合，把物理教學儀器系統推進到了新的領域；北京潤尼爾網絡科技有限公司以北京郵電大學強勢的網絡、通訊、電子三門學科為基礎，采用JavaApplet技術、B/S結構、J2EE框架，為解決高校日趨緊張的實驗設備及實驗場地等實驗教學問題，由北京郵電大學網絡教育技術研究所組織精英力量，經過多年研究，開發出了配套的虛擬實驗系統。通過對國內、外的基于計算機仿真的虛擬現實教學應用情況進行對比，我們發現：當前，國外基于計算機仿真的虛擬實驗比國內開發時間早，應用相對成熟，不管是在仿真器材還是仿真軟件上都比較豐富、且功能較多；同時，國外很多成熟的仿真實驗產品價格普遍偏高，且技術難度也不太適合本科學生，更適合研究所或工程師使用。盡管如此，我國還是有很多現行的成熟的計算機仿真軟件供我們選擇，這些成熟的仿真軟件具有界面友好、可擴充性、支持二次開發等特性，甚至大多實現模塊化利于定制化實驗的開發，基本上能滿足國內高等院校實驗教學需要及豐富的仿真實驗需求。因此，國內很多高校及科研院所普遍采用購買成熟的仿真軟件產品，基于自身的仿真實驗需求進行對應的二次開發，從而設計出適合自己的基于計算機仿真的虛擬實驗平臺，并得到了很好的應用發展。就工業工程類實驗課程而言，現在市面上流行的仿真軟件，如，Flexsim、witness、em-plan等都能提供給我們一個良好的仿真實驗平臺，供我們在這些平臺上進行綜合性實踐項目的構建和開發。
3基于計算機仿真技術的實驗教學模式開發
在深度分析學生學習特點和企業真實需求的基礎上，基于建構主義學習理論和混合式學習理論，按照社會發展對人才培養的要求，結合計算機仿真實驗教學設計的基本原則，借鑒信息化和項目教學、案例教學設計方法，探索出基于實踐項目、真實案例和工作任務的計算機仿真實驗教學模式，實現了“教、學、做”一體化的實驗設計。該模式由“項目導入、制定計劃、實施計劃和成果展示與評價”4個環節組成，其中，計算機仿真實驗教學貫穿了該模式的所有環節。下面簡單介紹該模式的具體實施方案。
（1）在“項目導入”環節，專業教師的活動包括：借助選定的計算機仿真實驗平臺，導入項目任務及目標、展示項目結果，讓學生對項目有一個直觀的認識，然后再布置具體的實踐任務；利用計算機仿真實驗平臺，讓學生明確自己應當完成的具體任務和完成任務后可以獲得哪些知識以及達到什么樣的技能水平；在充分考慮學生的現有知識和能力水平的基礎上，適當采取分工協作方式，安排具體的任務完成時間及成果的評定方法等。
（2）在“制定計劃”環節，學生的活動包括：通過自主學習、分工協作等方式，對具體實踐項目的目標、任務進行分析；確定任務所涉及的專業方法和技能手段，充分應用已掌握的專業知識和能力，借助計算機仿真實驗平臺，設計出仿真實驗模型幫助決策與優化；確定仿真實驗任務的實施步驟，為仿真實驗任務的實施做好充分的準備。
（3）在“實施計劃”環節，學生的活動包括：在計算機仿真實驗平臺上，按照擬定的計劃，逐步完成實踐項目的仿真任務；在完成實踐項目仿真任務的過程中，學生通過應用所學專業知識和技能，建構自己的專業知識，從而幫助自己養成專業素養。
（4）在“展示與評價”環節，學生的工作包括：在計算機仿真實驗平臺上展示自己的實踐項目仿真成果；參與討論和評價；通過對比分析，學生對自己的實踐項目展開進一步的仿真優化處理。
4結語
將計算機仿真技術與項目教學、案例教學更加緊密的結合起來，能夠更好的實現“教、學、做”一體化，并且，在顯著改善實驗教學條件、提升實驗教學效果的同時，減少了設備消耗，尤其是耗材的使用量，節省了實驗經費，而且克服了時間與空間上的限制，使工業工程綜合實驗課的開課率和學生的專業綜合能力得到顯著提升。計算機仿真技術在專業實驗教學方面的應用前景廣泛,值得深入研究。
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