虚拟仿真实验技术精选(九篇)

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第1篇：虚拟仿真实验技术范文

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[8]李平，毛昌杰，徐进.开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设提高高校实验教学信息化水平[J].实验室研究与探索，2013，32（11）：5-8.

[9]沈建华，李飞，程崇虎，等.通信与信息网络国家级虚拟仿真实验教学中心建设与实践[J].实验室研究与探索，2015，34（1）：161-164.

[10]张增明，王中平，张宪锋.国家级物理虚拟仿真实验教学中心的建设实践[J].实验技术与管理，2015，32（12）：146-149.

[11]蔺智挺.基于虚拟仿真实验的模拟集成电路实验教学[J].实验技术与管理，2016，33（1）：122-126.

第2篇：虚拟仿真实验技术范文

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.

第3篇：虚拟仿真实验技术范文

关键词 虚拟仿真 大学物理实验 教学改革

中图分类号：TP391.9 文献标识码：A DOI：10.16400/ki.kjdkz.2017.01.055

Influence of Virtual Simulation Technology on the Teaching of

College Physics Experiment

GUO Xiaochun

（National Police University of China， Shenyang， Liaoning110854）

Abstract The college physics experiment course is a basic course for students of science and engineering ins universities， which is also a necessary link in the cultivation of students' practical ability and innovative ability. With the advancement of information technology education reform， virtual simulation technology and the traditional university physics experiment teaching mode integrate with each other to construct a new model of three-dimensional teaching， which will have a significant effect on teaching， as well as a profound influence on the college physics experiment teaching reform.

Keywords virtual simulation； college physics experiment； teaching reform

0 引言

大W物理实验课一般在一、二年级学生中开设，着力培养学生的理论分析能力、动手实践能力和创新能力，是学生系统接受实验方法和实验技能训练的开端，为学生之后的专业实验课打基础，因此作用和地位极其重要。然而在实验教学过程中，由于教学条件和一些客观原因的限制，实验教学效果并不理想，致使传统物理实验教学方式的弊端逐渐突显。教育信息化是高等学校促进教学改革和提升教学质量的重要举措，虚拟仿真技术为代表的教育信息化手段迅速发展，为大学物理实验教学开辟了一条新的路径。将虚拟仿真技术应用于物理实验教学，必将极大地改善教学效果、提高教学质量和教学效率。①

1 传统物理实验教学的现状及困难

1.1 实验教学模式单一

传统的物理实验教学方式，学生完成一个实验题目的学习任务都要经历实验预习、课上操作、数据处理、撰写报告这一流程。课前，教师要求学生认真预习并撰写预习报告。实验预习是整个实验环节的起点，也是重中之重。然而实际中，在课前预习时没有实验仪器作为参照，面对教材中抽象、枯燥的原理讲述，大部分学生出现了畏难情绪，直接体现就是实验预习敷衍了事，在预习报告中机械性地照搬照抄教材，充当“复印机”的角色，并没有去深刻地了解、探究实验的原理和过程，导致在实验的一开始就留有隐患。课上，教师讲解和演示实验的操作，学生只是复制教师的操作过程完成实验任务。这种传统的实验教学模式，使学生处于被动的地位，即使完成了实验也是不知其所以然，更别提对实验更深层次的思考、探索和创新了。课后，处理数据和撰写实验报告，学生更是敷衍了事，甚至相互抄袭，其数据处理的计算过程和结果经不起实践的检验。

1.2 学生消极对待物理实验

在教学中发现，学生对于基础课程的重视程度明显低于专业课程。一堂完整的实验课通常是3个学时，在这短暂的3个学时中，教师要讲解实验的操作并演示，学生要熟悉仪器和完成实验操作，学生很难再有时间去分析和独立思考，更谈不上去设计实验，这无疑使教学效果大打折扣。不少学生在实验课上就是走一个过场，实验课上并不认真听讲，实验中胡乱操作，得到的实验结论与理论值相差较大，甚至造成仪器损坏。在实际的教学中，我们也探索选择每个班级较为优秀的学生来充当教师的角色，先给这部分学生详细讲解实验的原理和操作，再由他们用课余时间给班级的其他学生讲解，学生之间相互交流沟通较为便利，这样的教学模式也取得了一定的效果，但是由于学生相互讲解时没有实验仪器作为参照，同样也很难调动学生们的积极性。

1.3 实验成绩评定难以把握

传统的实验教学，教师评定成绩的时候通常依照学生的实验预习、实验操作、数据处理的综合情况来考量，每部分各占一定的分值。但是在实际的执行过程中，由于学生人数多、师资力量有限、教师教学任务繁重等诸多原因，教师对学生实验成绩的判定主要凭借实验报告和学生表现，主观性强，并不能客观充分地反映出不同学生实验能力的差异。②

1.4 理论滞后实验

大学物理实验课与大学物理课程同步开设，但是上课时间受到实验室场地、实验仪器、实验教师安排、学生安排等多种因素的影响，时常会导致实验所涉及的理论知识学生在课前并未接触，而实验教师又不能利用有限的实验课时去深入讲解理论支撑。③

1.5 教学状态封闭

目前，部分学校的实验课都是由学校教务部门按照教学计划统一安排，受实验人员有限，实验仪器需要前期准备和后期维护等因素的影响，学生很难在课前预习实验和课程结束后进入实验室自主学习。

2 大学物理虚拟仿真实验的优势与不足

虚拟现实技术（Virtual Reality technology）④⑤是运用计算机仿真技术，在使用者眼前营造一个虚拟环境，并且可以真实反映操作对象的变化。

2.1 虚拟仿真实验教学是教育信息化的新模式

虚拟仿真实验教学，是信息时代高等教育变革的必然产物，为学生开展探究性学习、进行创新实践训练提供了先进手段和优质平台。⑥

物理虚拟仿真实验并不复杂，也不高深。就是把现有的实验原理、过程及相关仪器设备性能进行整合，形成文字、图像、音像资料挂在网上，供学生预习、学习、复习，使他们对实验总体情况有个客观把握。或对某个具体细节（包括具体操作步骤、现象）进行学习、理解，为实际操作打下一个良好基础。虚拟仿真实验可实现远程网络教学，⑦学生在任何一台计算机上通过互联网便可访问安装在学校服务器上的拟仿真实验系统，完成虚拟实验操作过程，不受时间和空间的影响。

2.2 虚拟仿真技术有助于转变单一的实验教学模式

将虚拟仿真技术与传统实验教学方式相融合，有利于转变现有的以教师为主导的单一实验教学模式。学生亲自动手用真实的仪器完成实验，是物理实验教学不可或缺的一个流程。然而，虚拟仿真实验在学生的实验预习环节大有作为。高校校园网的全覆盖已成为普遍现象，开放式的预习环境可以使学生在任何地方通过计算机在没有教师指导的情况下完成实验的虚拟仿真预习，完全不受时间和实验室开放的限制。实验的操作是计算机虚拟完成的，因此实验操作具有较强的重复性，无需考虑实验的消耗，也不会出现操作错误所导致的仪器损坏，同时减轻了实验教师批改预习报告的繁重工作量。虚拟仿真实验系统，能够让学生在课前对整个实验有一个全面充分的了解，能够丰富教学内容和教学手段，有助于提高课堂教学质量和效率，同时更能激发学生的学习兴趣和求知欲望。

2.3 虚拟仿真实验有助于客观评定学生的实验能力

虚拟仿真实验系统以互联网为平台，通过计算机辅助将仪器设备、实验内容、教师指导、学生操作、实验数据处理有机融为一体，打造成一本可操作的实验教科书。⑧虚拟仿真系统中的实验仪器以模块化构成，可进行任意选择和自由组合，可以达到用不同的操作方法完成同一实验任务的目的。系统中随机产生待测物理量，可以对实验误差进行模拟，也可适应同时进行实验操作的不同学生和同一学生的不同次操作。在实验过程中，计算机会自动记录学生的操作过程和数据内容，并对此进行评判，有助于客观评定学生的综合实验能力。同时，还可以借助实验报告自动评判系统定制实验报告模板，对学生完成的实验数据处理进行计算机自动评判，更加客观、公正。

2.4 虚拟仿真实验存在的不足

目前，市面上的虚拟仿真实验系统主要是针对部分高校所使用的物理实验仪器研制的。然而，物理实验仪器生产厂家众多，不同厂家生产的仪器在面板结构、操作方法上都是有区别的，每所高校选用的实验仪器也是不同的。因此，购买的虚拟仿真实验系统肯定不会与本校的每一个实验项目的实验仪器都匹配，导致教师和学生在使用过程中达不到预期的理想教学效果，如果专门定制适合本校的系统则会大大增加投入。

3 结论

根据大学物理实验课程特点和教学需求，构建真实实验与虚拟仿真实验相结合的实验教学体系，充分发挥真实实验与虚拟仿真实验的各自优势，实现虚实结合、相互补充，重点培养学生的掌握知识能力、动手操作能力、独立思考能力、综合设计能力、创新思维能力，将素质能力培养贯穿于实验教学的全过程，势必会在大学物理实验教学改革中取得显著效果，进一步推动高等学校教学信息化向前发展。

基金项目：辽宁省社会科学规划基金项目（L14CGL042）

注释

① 郭文阁.仿真实验在大学物理实验教学应用探讨[J].大学物理实验，2015.28（3）：124-127.

② 张林.虚拟仿真技术对大学物理实验教学影响的探究[J].大学物理实验，2015.28（1）：116-118.

③ 王艳华.虚拟仿真实验――大学物理实验教学多元化的平台[J].课程教育研究，2015：188-189.

④ 杨宏伟.虚拟仿真技术在物理实验中的应用[J].实验室研究与探索，2005.24（9）：38-39.

⑤ 谭守标.计算机虚拟技术在大学物理仿真实验教学系统中的应用[J].中国科学技术大学学报，2005.35（3）：429-433.

⑥ 王卫国.国外高校虚拟仿真实验教学现状与发展[J].实验室研究与探索，2015.34（5）：214-219.

第4篇：虚拟仿真实验技术范文

【关键词】 虚拟仿真；新闻传播实验室；实验教学；应用

一、虚拟仿真技术

虚拟仿真技术包括虚拟现实和仿真两部分，其中，虚拟现实是指利用计算机技术、网络技术、传感技术等现代科技进行的高级人机交互技术。仿真则是指利用建模进行实验，模拟真实的实验步骤和流程，从而达到实验目的。

在我国，虚拟仿真技术主要在化工、机械、工程类学科中应用较多，如北京化工大学、沈阳化工大学、广西大学等高校获批的化工类虚拟仿真实验教学中心；北京航空航天大学、吉林大学、浙江工业大学等高校获批的机械类虚拟仿真实验教学中心；北京理工大学、南开大学、同济大学等高校获批的工程类虚拟仿真实验教学中心。在这些学科领域，实验成本较高，实验设备、场地、时间等诸多客观因素都受到制约，因此通过虚拟仿真技术，模仿实验过程，虚拟仪器操控面板及操作流程，用软件实现仪器的功能，从而达到学生实践、实训的效果。

虚拟仿真实验突破了原有课程实验的界限，增加了趣味性、综合性、设计性及创新性实验，加强现代实验方法、实验手段的应用，提出有代表性的、启发性的问题，加深学生对实验的理解，激发创新思维与兴趣。虚拟仿真实验为学生独立自主地进行学习与实践创造良好的条件，更有利于培养学生的实际应用能力和综合素质。[1]

二、虚拟仿真技术在新闻传播实验教学中的应用

对新闻传播实验教学而言，例如舞台灯光设计、戏剧影视场景搭建等教学高度依赖于活动情景；而摄影、摄像课程的教学实验又局限于器材数量、天气、人员操作等因素，因此，全媒体虚拟仿真教学主要采用以虚拟场景的虚拟现实技术和模拟流程的虚拟仿真技术，通过创建多类型的场景与多元化的操作界面，实现人机互动，完成虚拟仿真教学。

虚拟仿真在实验教学中主要分为环境虚拟和过程仿真两大部分，其中，环境虚拟是利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真。实际应用体现在，利用虚拟仿真技术，对舞台灯光、会议场景、采访情境等现实要素进行虚拟，改善教学环境、优化教学手段、增强教学效果。过程仿真则是利用虚拟演播厅，构建一个虚拟电视节目制的全部流程，以真实拍摄电视节目所处的内外部环境定义为规则，由进行实验的学生模拟各种场景中的主持、访谈、采访等工作，使学生能够模仿真实电视节目摄制的核心业务。在实践中是通过运营虚拟演播厅、虚拟摄像师等，创建虚拟的操作界面及环境，将真实过程运用其中，使学生触及摄影摄像及节目制作的核心业务。

“虚实结合”是其特色，按照虚拟仿真与现实存在相结合的原则，将不同类型场景的虚拟仿真与实体场景相结合，实现教学资源多元化；将不同类型节目制作过程虚拟仿真与教学实体相结合，实现教学情景多样化；将不同类型教学情景虚拟仿真与省台、市台节目要求相结合，实现教学素材本地化、教学成果社会化。

三、虚拟仿真技术对新传实验室建设的必要性

1、有助于解决实景灯光、场景等一经建设完成便不可更改的问题，丰富传媒实验教学资源，降低实验教学成本

传媒类本科生培养，具有很强的应用性和实践性。然而，在校内教学实践中，大多数专业存在理论与实践的严重脱节，致使学生在学习过程中，知识掌握模糊，理论和实践难以达到有效结合。例如播音主持、摄影、摄像、电视节目制作等课程，不同的教学理论需要不同的室内场景、灯光设置进行相应配合，而场景搭建耗时耗力，不同场景之间无法迅速变换，而且建造成本高，管理复杂，也制约了实体实验室的长远发展。因此，通过全媒体虚拟仿真技术，能够迅速为学生展现出真实、多元、可变的场景，学生亦可通过自身需要去对场景进行调节变换，使学生多方位去感受拍摄、主持、表演等业务的真实情景，领悟行业规律，提高实战能力。

2、有助于解决数字出版、电视节目从策划、拍摄、制作到生产、播出运营难以完整体验的问题，增强学生实战能力

在电视台，电视节目从策划、拍摄、制作到生产、播出运营需要很多部门通力协作才能顺利进行。在高校的教学体系中，涵盖以上节目制作生产步骤会涉及到多门课程，不同的课程又由不同的教师传授，课程一般会覆盖多个学期，因此学生所掌握的知识往往是碎片化的、缺少整体性。全媒体虚拟仿真教学中心通过虚拟整个电视节目从制作到的流程，让学生能够完整的体验电视台各个部门的工作，使培养出的学生一进入媒体工作能立刻将学校所学的技能投入运用。

3、有助于增强交互式的体验，提高学生传媒素养及应对变化的能力

以互动出版物模块为例，能够实现学生与出版物进行互动交流，打破传统媒体单向传播的壁垒，使出版物能够有声播放，可以通过PC端、ipad端进行交互，使读者更加直观地了解文章的相关背景知R及概况。通过互动出版物的交互式体验，不但能够让使用者在体验时有更深刻的沉浸感，而且为数字出版在电子书的发展上提供了一个具有发展潜力的方向。学生通过模拟实践，能够到提升媒介素养，培养应对媒介内容变化的能力。

4、有助于完善实践教学体系，提升实验教学效果

新闻传播专业课程的实验教学涉及各类环境与场景，存在隐蔽性、复杂性、突发性等问题，而实验教学又受到器材设备、天气因素、传媒行业规则等众多因素影响，使得很多教师在带领学生实验时避重就轻，实验设计不能很好地与传媒业界接轨，也使得学生的实验成果良莠不齐。通过建立全媒体虚拟仿真教学中心，能够全方位虚拟业界实操流程，有助于完善实践教学体系，使每一个学生都获得如临实地、如触实物的真实体验。

5、有助于让学生结合自身特点掌握学习进度，同时降低实验损耗率

在全媒体虚拟仿真教学中心，指导教师可以为每一位学生量身定做自主实验，学生可以对同一模块进行反复实验，也可根据自身情况进行分层次分阶段的实验。学生不同的操作流程会造成不同的实验结果。通过仿真实验，学生能够准备找出自己在技术层面的问题在哪里；同时，即使操作失误，其实验结果也不会对实验室造成损耗。

四、虚拟仿真技术的优势

1、虚拟仿真有利实践验证，节约成本

根据实验设计案例，思考其所具有的会议要素后，必须根据会场的具体情况来设计会议布置场景，此时策划虚拟仿真实验平台，将免除我们实际教学中所需动用大量桌椅，杯具，麦克风，鲜花等等道具，仿真实践场景，让学生轻而易举的可以进行实践验证，有利于节约成本。

2、虚拟仿真场景，有利学生尝试

通过虚拟仿真实验平台，学生可以轻松地应用软件不断地去验证自己所设计的实验是否符合理论实践。通过虚拟仿真，可以全面地展示各种场景布置的特点及应用范围，同时可以让学生直观了解不同场景下可采取的措施，达到以虚促实的作用。让学生能敢于尝试不同组合的可能性，激发学生的创造力和想象力，最终达到实践教学的目的。

五、结语

将虚拟仿真技术应用于新闻传播类学科的实践教学中，弥补了传统实验教学的不足，能够提高学生理解问题、分析问题的能力以及专业实践的能力。实验室作为平台能够给虚拟仿真技术不断拓展、升级的空间，同时，虚拟仿真技术也会给实验室带来从实验方式到实验内容的创新。

【注 释】

[1] 程思宁，耿强，姜文波，占永宁. 虚拟仿真技术在电类实验教学中的应用与实践[J].实验技术与管理，2013.30（7）94-97.

第5篇：虚拟仿真实验技术范文

【关键词】虚拟仿真;数字电路;课程改革;教学方法

【中图分类号】G420 【文献标识码】B 【论文编号】1009―8097(2010)07―0147―04

一 前言

数字电子技术是计算机及通信类专业的重要的专业基础课,其中关键的环节就是培养学生的实践能力和解决问题的能力,因此,生动形象的课堂教学和全面的实验体系对教学效果和知识的应用能力有着非常重要的作用。然而,由于实验仪器的的老旧,数量有限,使得实验的开出率以及实验内容的扩展都受到限制。为顺应现代教育的发展,实施的现代化远程开放教育,将计算机虚拟仿真技术应用于数字电路教学中。其中理论教学结合多种教学方法和现代化的教育技术,将基础知识和理论形象地表现出来,有助于学生理解。课堂教学和实验教学都利用计算机虚拟仿真软件将所学理论联系实际,并加以应用,在此研究基础上提出了基于虚拟仿真技术的所有电子技术课程教学的新模式。

二 计算机虚拟仿真技术

虚拟现实(Virtual Reality)技术,简称VR,涉及计算机图形学、人机交互技术、传感技术、人工智能等多个领域。它由计算机硬件、软件以及各种传感器构成的三维信息的人工环境――虚拟环境,可以逼真地模拟现实世界(甚至是不存在的)的事物和环境,人投入到这种环境中,立即有“亲临其境”的感觉,并可亲自操作,与虚拟环境进行交互[1]。

计算机虚拟仿真技术,是在多媒体技术、虚拟现实技术与网络通信技术等信息科技迅猛发展的基础上,利用计算机技术将仿真技术与虚拟现实技术相结合,是一种更高级的仿真技术。虚拟仿真技术以构建全系统统一的完整的虚拟环境为典型特征,并通过虚拟环境集成与控制为数众多的实体。实体可以是模拟器,也可以是其他的虚拟仿真系统,更多的是计算机。实体在虚拟仿真软件所提供构建的环境中相互作用,以表现客观世界的真实特征。虚拟仿真技术的这种集成化、虚拟化与网络化的特征,可以满足现代教育的发展需求[1]。

三 课程教学的若干问题及改革研究

对于理论教学环节,首先是教学内容陈旧。当前大中专院校所用的教材内容都是十几年前的,即便是近几年出版的教材,也只是内容的深浅不同,体系结构基本相同。比如教材中主要说明的74LS系列的芯片在目前实际应用中已经被淘汰,真正是学的没用,用的没学。现在的学生在学习中,非常关注所学知识的实用性,如果不能学以致用,就影响到学习兴趣和学习积极性。因而在课程教学中要及时更新教学内容,讲解传统芯片的同时多介绍一些现在普遍使用的芯片,当然也要根据学生学习程度,最大可能激发学生的兴趣[3]。

其次是教学方法。常用的教学方法无非就是这几种:讲授法、讨论法、谈话法、阅读指导法。根据课程的特点和教学要求,不能一成不变的套用传统的教学方法。这些方法对有些课程很有效,但是对计算机课程不一定全部适合,因此需要探索适合本课程需求的新的教学方法。笔者在教学中通常有如下几种方法:讲授法,这是传统的教学方法,教师口述基本事实、原理和推理过程。部分定理,原理及产品采用讲授法。例举法,就是以典型例题说明某个定理或元件的应用,这是本课程用的最多的一种方法。在数字电路课程中有很多芯片的实际应用,有些是针对某部分内容的很典型的例子,这些例子对于学生理解和掌握此部分知识非常有用。任务驱动法,就是教师布置一些运用某个知识点的题目,要求学生在课堂上有限的时间里做出来,并检查完成情况。这样学生对该节课所学知识从理论到应用有了一个全方位的认识,而且对每个知识点掌握得都比较透彻,这是近年来比较流行的一种教学方法,也是计算机专业课程特有的一种教学方法,对提升教学效果有显著作用。

再次是教学手段,不是单纯的使用多媒体课件,而是结合计算机专业特点引入现代化教育技术和手段,很多典型例题用计算机仿真软件在课堂验证,让学生直观形象地了解电路的工作情况,从而掌握电路或芯片的应用。

对于实验教学环节,首先是实验设备简陋。很多高校数字电路实验设备包括我校仍然使用老式实验箱,即由固定数字电路芯片搭建的实验,学生只能按实验教材设计的实验按步骤做固定的实验,实验内容都是以芯片讲解为主,目的是对芯片功能进行验证。因此学生把实验课当完成任务,实验环节没有促进教学,相反影响了教学效果。很多新的芯片不能认识和实践,使得实验教学方法与实际应用的要求严重脱节。其次在实验教学过程中,由于实验设备老化,个别元件被损坏或接触不良,导致学生实验中,出现一些问题,电路连接完全正确,但是就是得不到正确结果,结果费了很多时间去排除故障,这样做实验当然激发不了学生的兴趣,相反还会阻碍他们进一步探索。再次,由于实验条件的限制,实验项目只能停留在验证性实验层次,学生的设计能力和综合应用能力都得不到提高,利用电子电路的计算机虚拟仿真软件multisilm10就可以解决这个问题,利用这个软件可以自行设计集成电路,综合应用各种芯片,完成所有的数字电路实验[4]。在教学实施中,根据学生情况分验证性实验、设计性实验和综合性实验三个层次完成实验教学目标。

四 计算机虚拟仿真技术在课程教学中的应用

1 课堂教学中的应用

在课堂讲到门电路的工作原理或集成电路的应用时,可以现场用计算机仿真软件演示电路的工作过程,使学生更好地理解门电路的工作原理和芯片的工作情况。从而掌握电路的应用。这样,教学过程是由原理到应用,由简单到复杂,由抽象到现实,循序渐进地完成理论知识的学习。数字电路的基本单元是门电路,那么理解其工作原理非常重要,但是此部分对于大部分同学来说都是难点,如何突破这个难点呢?利用软件建立仿真电路,真实地展现输出电压随输入电压的变化情况,就会获得很好的效果。下面是利用仿真软件说明TTL与非门工作原理的课堂实例:

(1) Vi=0V,输入接低电平。那么Q1导通,Vb1=0.8V,Ib5

(2) Vi=3.6V,输入高电平。那么Q1的发射极电流从发射极(0.852mA)流入,从集电极流出,Q1的发射极和集电极倒置状态。Vb1=2.443V,Vb5=0.843V,Vbc1+Vbe2=2.443-0.843=1.6V,导致Q2、Q5导通。由于Vc2=0.886V,Q4、Q5截止。输出Vo=0.018V。其电路仿真如图2:

2 实验教学中的应用

大学生需要有独立的设计能力和对电子器件的综合应用能力,这就决定了本课程的实验体系应该是三个层次,在简单的验证性实验的基础上必须开设有创造性的设计性实验和综合性实验。然而实验室有限的数字电路实验箱只能做几个简单的验证性实验,无法满足设计性实验和综合性实验的设备要求。但是,利用电子电路的计算机仿真软件就可以扩展实验室,提供所需要的一切电子元件和芯片,搭建任意难度,任意复杂的电路,并验证其正确性。同时利用仿真软件的可配置性,配合适当的电路可做出多种不同的应用。在实验课程中,提前给出了三种实验的一些题目和内容,要求验证性实验必须都完成,设计性实验可选做一至两个,综合性实验选做一个。下面简要说明学生利用仿真软件选做的数字电子钟逻辑电路的设计实例。

要求用中、小规模集成电路设计一台能显示日、时、分秒的数字电子钟,选用器材主要有:安装有仿真软件的计算机若干台,集成电路(CD4060、74LS74、74LS161、74LS248),晶振、电阻、电容若干,数码显示管,三极管、开关若干。

提示设计方案,包括数字电子钟的电路框图和四个主要模块的实现细节,学生依据电路框图和提示信息设计逻辑电路图,并将其在虚拟实验环境中用仿真电路实现。下面给出数字电子钟的电路框图。

篇幅所限,参考电路就不给出,但是通过这个实例可以看出虚拟仿真技术在课程实验中的重要作用。不但节省很多设备购置费用,不受地点和环境的限制,而且和真实实验具有相同的效果。既然如此,为什么不广泛应用呢?

五 总结

论文对数字电子技术课程教学提出很多问题,在实际的教学实践中对这些问题进行了探索,将计算机虚拟仿真技术引入教学中,采用现代化教育手段进行课程改革。课堂教学提出了很多适合本课程并行之有效的教学方法,重要电路工作情况的计算机仿真演示,部分例题的计算机仿真验证,增强其直观性和真实性,加强学生的理解。实验教学也利用计算机仿真软件,采用虚拟实验和真实实验相结合的方式,扩充建立了虚拟实验室,扩展了实验内容,在无需花费很大代价的情况下,满足了设计性实验和综合性实验的条件,从而完成三个层次实验体系的建设。在本文的研究基础上,可将虚拟仿真技术推广应用到所有电子技术课程教学中,引发电子技术课程改革的新局面。

参考文献

[1] 吕,邓春健等.利用EDA技术全面改进数字电路课程教学[J].福建电脑,2008,(6).

[2] 刘静,边晓娜等.基于EDA平台的虚拟电子实验研究与实践[J].计算机教育,2007,(7).

[3] 黄培根等著.multisim 10 计算机虚拟仿真实验室[M].北京:电子工业出版社,2008.

[4] 黄荻.融入EDA技术,深入数字电路课程改革[J].中国现代教育装备,2008,(2).

[5] 江晓安等编著.数字电子技术[M].西安:西安电子科技大学出版社,2002.

[6] 房建东,李巴津等.关于改进电子技术相关课程教学的思考[J].内蒙古工业大学学报(社会科学版),2004,(1).

第6篇：虚拟仿真实验技术范文

关键字：虚拟仿真技术；建筑施工；应用

中途分类号：TU7 文献标识码：A

系统仿真是以多种学科理论为基础，以计算机及其软件为工具进行试验研究的理论和方法论体系。仿真技术顾名思义，是把自然界中的物理现象通过一定的物理和数学模型在计算机上模拟来得到实际场变量的分析，有助于预知关心的物理现象。简单的说，仿真技术是对系统模型的一种试验技术(是对系统动态模型的一种实验手段)，在安全性和经济性方面有较大的优越性。

一、虚拟仿真技术的应用现状

目前，虚拟现实技术在国际上是一个热门研究课题，其应用已取得引人注目的成效，在国内也引起了广泛的重视。当人们需要构造当前不存在的环境、人类不可能到达的环境或构造虚拟环境以代替耗资巨大的现实环境时，虚拟现实技术是必不可少的。随着计算机硬件、软件技术的发展以及人们越来越认识到它的重要作用，虚拟仿真技术在各行各业都得到了不同程度的发展，并且越来越显示出广阔的应用前景。虚拟现实的广泛应用前景使之成为目前最具影响力的技术之一。军事领域、航天技术、建筑设计、工业设计、教育培训、医学领域、石油化工等等，虚拟战场、虚拟城市、甚至“数字地球”，无一不是虚拟技术的应用。虚拟仿真技术将使众多传统行业和产业发生革命性的改变。虚拟仿真技术在建筑方面的应用主要有：大型建筑先期演示和论证；建筑设计领域；结构工程领域(工程结构分析、岩土工程分析)；房地产展示领域(全方位的数字化沙盘、数字化投标领域、房地产展示、施工流程的数字化模拟)。本文主要阐述虚拟仿真技术在建筑施工中的应用。

二、虚拟仿真技术在建筑施工中的应用方式

（一）用当前流行的三维动画软件3DS MAX、虚拟现实软件3DVRI、多媒体编排软件NeoBook、编程工具C#来实现模拟施工和虚拟建筑场景漫游。

3DVRI制作出来的虚拟仿真系统主要功能有：全方位互动漫游功能；即时输出功能；数据实时查询及修改功能；语音定位功能；导航图功能。

事先用3DSMAX软件做好建筑场景及主体的3D模型以及各施工模块的3D模型，然后用3DVRI虚拟现实软件对动画场景进行处理转换为3DVRI实时三维系统，最后用NeoBook软件在3DVRI实时三维系统中按照需求写入不同的指令，为实时三维系统添加交互功能，可以利用专业编程工具如C#等软件对实时三维系统中的模型及动画进行精确控制，并可编写更复杂的交互功能程序，最终为可独立运行的3DVRI施工模拟虚拟现实系统。此方案对于多种施工方案的展示、施工工序的编排比较有用，但无法对于施工方案进行预见性的模拟。

（二）用专业的建筑虚拟现实软件(如奔特力Bentley、Multigen、Veger等)，结合部分编程技术，实现具有较强人机交互能力、模拟建筑施工过程，以选择合理的设计方案以及合理的施工方案。

本方案更为专业和智能，能预见性地发现施工方案中的不足，便于指导施工，可以有效地提高施工水平、消除施工隐患、防止施工事故、减少施工成本与时间。此方案的软件购置费用比较高。

比较著名的是英国Bentley建筑工程系列软件公司提供的系列建筑仿真软件，目前已经在中国建筑、工程以及建造领域得到一些应用，主要在各建筑设计院使用，在施工中企业的应用还属于起步阶段。Bentley工程软件系统公司首席执行官Greg Bentley宣布了两项新的中国计划，以支持中国的大规模基建投资。首先，Bentley亚洲总部将进驻北京，为中国的基建领域提供全面配套的软件产品；其次，即将启动的Bentley Power计划，使中国用户可在初期免费注册专业的计算机辅助制图／设计(CADD)软件服务。

三、建筑施工中应用虚拟仿真系统的意义

（一）建筑工程施工方案的选择和优化。

建筑工程施工的施工方法及施工组织的选择和优化主要是建立在施工经验的基础上，存在一定局限性。同时，现代建筑基本都具有鲜明的个性，建筑工程施工成为不可完全重复的过程。使用施工虚拟仿真技术将可以直观、科学地展示不同施工方法和施工组织措施的效果，可以定量地完成方案的对比，有助于施工方案的选择和优化，真正实现最优施工。

（二）施工技术革新和新技术引入。

施工虚拟仿真技术一方面能使广大施工技术人员低成本地试验施工新工艺和革新思路，有助于创造性的充分发挥，同时能真切展示新技术的成效，缩短建筑业新技术的引入期和推广期，降低新技术、新工艺的实验风险。

（三）施工管理

施工虚拟仿真技术能事先模拟施工全过程，能提前发现施工管理中质量、安全等方面存在的隐患，因而可以采取有效的预防和强化措施，提高工程施工质量和施工现场管理效果。

（四）安全、生产培训

施工虚拟仿真技术能实时、直观地显示施工过程的实际情况，有助于操作人员全面了解操作流程，优质安全地完成施工任务。

（五）大型工程设计

施工虚拟仿真技术可以考察建筑设计是否合理，可以方便地对拟改进部位进行修改，从而得到满意的设计结果。设计的仿真也有利于设计单位与业主、施工单位进行设计交底。

（六）建筑市场管理

施工虚拟技术在招投标过程中能直观对比各方的施工方法和成效，增加评标的透明度和公正性，有利于建筑市场的规范管理。

（七）其它方面

开发施工虚拟仿真技术必然带动虚拟现实技术广泛地应用于建筑业其它方面，带动以下几方面的进步：城市和市政规划的优化；投资者的投资意图及市场推销；建筑机械设计；仿真和虚拟现实技术。

四、总结：

总而言之，随着信息技术的高速发展，各种新型技术都已经开始投入实践。建筑业也必须敢于创新，勇于尝试，这是建筑行业发展自身、壮大自身并适应时展的唯一途径。

参考文献：

第7篇：虚拟仿真实验技术范文

1工程机械虚拟仿真实验教学平台的总体架构

本文设计的基于互联网和计算机虚拟仿真技术的实验教学平台，将理论分析与实验教学融合于一身，能够从理论和实践的双重视角分析工程机械运动的原理，利用虚拟仿真实验平台实现工程机械理论与实践的统一，为工程机械专业教学活动提供了一个动态化、智能化、交互性的教学与实验环境[8-9]。该虚拟仿真实验教学平台能够通过视频、图像等方式将机械设备的工作过程进行动态化展现，产生更加直观和生动的教学效果，使学生更容易掌握工程机械运动的原理。

依托于互联网和大数据的计算机仿真平台的突出特点是智能化，可以提供更多种类的教学模式和实验模式；在交互性的表现方面具有强大的AI性能[10-11]，易于教师与学生的互动和交流，学生在选择性学习方面有了更大的自主性。由于虚拟仿真实验教学平台的教学资源由网络和大数据平台提供，一方面可以保证所提供的工程机械模型的科学性、时效性和多样化，能够应对不同方向的教育教学任务；另一方面也提高了教学资源网络的共享性和开放性，节约了教育教学成本。

本文设计的基于网络与计算机虚拟仿真技术的工程机械实验教学平台，是在工程机械设计与机械运动原理的基础上，结合计算机仿真技术和多媒体技术，以更为直观和透彻的方式展现工程机械设备的工作原理。它改变传统实验教学平台中过于抽象和单一的表现方式，具有更好的交互性和实验教学效果。计算机虚拟仿真实验教学平台作为一种新型教育教学系统和媒介，为工程机械实验教学提供了一个高效、稳定和经济的教学方式。该虚拟仿真实验教学平台的最大特点是以虚拟3D的方式呈现，可以在虚拟与现实之间进行转换，是多媒体VR技术在教学中应用价值的体现[12]。学生和教师都可以以用户的身份登录该平台，基于输入/输出设备向虚拟实验平台传达指令并获取相关的结果，反馈的结果包括视频输出、图形输出和文字输出等不同的形式。平台还能够依据登录者的要求提供更加完整的实验数据、实验图形及工程机械各种参数变化曲线拟合等。

工程机械虚拟仿真实验教学平台总体框架主要由平台信息导入模块、实验教学虚拟交互系统和平台信息导出界面等3部分构成。工程机械虚拟仿真指令从输入界面导入，用户的指令需要转换为虚拟的计算机语言并进入虚拟仿真实验教学系统。虚拟交互系统是虚拟仿真实验教学平台的核心模块，按照用户的指令提供平台控制功能、场景虚拟功能、场景选择功能及各种指令操控功能。平台信息导出模块将实验教学虚拟交互系统模块计算和处理过的数据信息、仿真模型以图像或视频的模式显示出来，从理论和实践两个视角展现工程机械运动的过程和基本原理。

2虚拟仿真实验教学平台的基础硬件设计

工程机械虚拟仿真实验教学平台由硬件系统和软件系统两个部分构成，其中硬件部分是实现虚拟仿真系统基础功能的前提和保证，也是软件功能得以实施的实物载体。

用于工程机械虚拟仿真的实验教学平台核心硬件模块包括虚拟上位机、信号控制模块、信号驱动模块、仿真运动平台、信号感应模块和LED显示模块。当用户开始操作平台时，信号模块会将用户的要求和信息以控制信号的模式导入驱动模块，同时虚拟上位机系统参与协同控制，共同控制虚拟仿真平台的工作与运行。虚拟仿真实验教学平台除了具有必要的电机结构、联轴器结构、台体结构、电控装置及运动结构之外，还通过编码器、光栅尺、传感器等与上位机系统连接，以虚拟现实技术为依托，实现工程机械实验教学平台系统的更新与变革。工程机械虚拟平台系统依靠编码器、传感器等读取用户的指令信息，再利用信息控制模块及平台的电控装置，传导信号、输出指令和导出实验教学用的相关数据和虚拟模型。

3实现流程与关键技术

工程机械虚拟仿真实验教学平台的系统软件程序设计，与系统整体框架设计及硬件模块设计相匹配，平台的各软件模块都围绕着工程机械设计的基本理论展开。平台软件的实现流程包括系统用户时域信号的分析和系统频域特征的分析，最终通过对用户需求的分析和平台虚拟程序的运转，输出各类工程机械工作原理视频或图片，以达到提高教育、教学效果的最终目的。

平台启动后，用户按照自己的教学需求和平台使用规则载入原始数据，并开始进行数据转换，提取符合工程机械标准的性能指标值及相关数字信号的空间坐标值。系统的软件模块和软件实现流程能够以程序的方式写入平台系统，也可以按照用户的需求及工程机械的基本原理进行修正，以呈现出不同的信号频域特征和工程机械模型。

虚拟仿真实验教学平台信号的响应速度是衡量平台软件系统功能性的主要指标之一。平台系统在数据信号和系统本身固有特性共同作用下，可以将用户的实验目的及实验要求转化为最终的工程机械虚拟仿真实验结果，并在显示模块中显示出来。初始阶段由用户数据转换过来的信号为阶跃信号，阶跃信号可以直接调动系统平台的资源，但受到虚拟仿真实验教学平台硬件兼容性的限制。当信号无法调动系统平台资源时，就需要将阶跃信号转变为脉冲信号。平台的响应信号实质上由系统内部软件程序的微分方程及其全部的解构成，在系统平台开始进行仿真实验的过程中，基于对仿真信号的传递、识别和处理，能够得到实际的工程机械仿真模拟输出，但在绘制信号的仿真输出曲线时会出现一定程度的系统误差(t)，影响微分方程正确解的总体数量，因而需要对信号传输误差进行有效控制。系统信号输出误差的控制可以通过调整系统硬件参数设定或更新软件程序的方法实现。虚拟仿真实验教学平台的频率响应效率是影响平台信号谐波输入及系统稳态响应的一个重要因素，输出曲线的正弦波相位变化及幅值的变化，是显示虚拟仿真平台基础性能的重要指标之一。当进行虚拟仿真实验时，可以通过修改信号频率的模式，得到若干组数据信号输出值，使虚拟仿真实验教学平台的误差最小化，得到结果最为真实、准确。

在工程机械虚拟仿真实验教学平台的实际应用中，本文采用的UGNX虚拟技术，能够导入各种3D模型制作软件，具有更加良好的适配性和兼容性。在虚拟仿真实验教学中，软件程序的设计主要基于UGNX虚拟技术来实现，包括3D建模、3D渲染和仿真教学模型的优化。利用UGNX虚拟技术进行工程机械仿真实验教学，基于UGNX技术优化虚拟仿真实验教学平台的系统属性和软件实现流程，并按照用户的需求模拟真实的工程机械设备进行场景的选择与设定，添加各种属性和行为。

虚拟仿真软件程序在UGNX内创建并内嵌于虚拟仿真实验教学平台之中，实现工程机械的3D建模。创建仿真程序需要对原始的数据信号进行标准化处理及虚拟场景的交互，导入机械设备模型的三维数据，其中工程机械设备的格式是以系统插件的形式完成的，在数据信号格式的转换中，基于网络和校园内部浏览器向平台输出相关的实验教学数据，确定虚拟仿真实验教学的实施路径，并将最终的虚拟仿真结果以视频或图像的形式更为直观地展现出来。

在工程机械虚拟仿真实验教学中，为了提高三维展示的直观性，工程机械内部零件都具有一定的透明度，并可以利用UGNX技术将不同的零件辅以不同的颜色，在实验教学中有助于使用者更为细致地观察工程机械的运行原理，认识各个内部零件之间及与设备整体的逻辑关系。与传统的工程机械类实验平台相比，本文设计的仿真实验平台，在仿真的直观性、准确性、交互性及实验课堂教学效果方面都具有较大的优势。特别是在平台系统交互性能方面，利用UGNX技术平衡虚拟仿真平台总体的架构与节点安排，使工程机械设备结构的各种特性都能够全面地展示出来，显著提高教育教学的交互性与智能性。

4实证结果与分析

4.1虚拟平台的功能性验证

首先验证虚拟仿真实验平台的功能性。采用问卷调查的方式对使用了平台的师生进行问卷调查，对于文中提出平台设计的满意度问卷调查统计情况问卷调查结果显示，各专业教师和学生对于虚拟仿真平台的满意度均在95%以上，说明文中提出的虚拟仿真平台相对于传统平台具有良好的功能性和实用性，能够获得更好的实验教学效果。

4.2虚拟仿真平台的性能验证

教学实验平台的信号响应值是衡量系统平台性能的重要指标，信号响应值越小则证明实验平台的信号响应越快速、性能越强。本文以车辆工程专业教学中的底盘设计为例，分析传统实验教学平台和虚拟仿真实验平台的信号传输响应值分布情况。该基于互联网和大数据的工程机械虚拟仿真实验教学平台的信号响应值被控制在±1.0之内，最高值和最低值分别为0.65和–0.65。从实验结果可知：本文设计的虚拟仿真实验教学平台在系统响应时间上更有优势，尤其是在复杂三维建模中可以提高仿真教学的效率和效果。

第8篇：虚拟仿真实验技术范文

关键词：虚拟仿真；经济管理；实验教学；O2O协同

虚拟仿真实验教学平台体现了信息技术与学科专业融合带来的实验教学创新,能够从根本上提升实验教学质量。为了加强虚拟仿真实验教学建设，重庆工商大学经济管理虚拟仿真实验教学中心以培养学生能力为导向搭建了“经济管理+创新创业”虚拟仿真实验教学平台，使学生在虚拟世界里实验经济管理、在仿真环境中实践创新创业，切实提升了学生的综合能力。

一、经济管理虚拟仿真教学平台建设思路

经济管理类专业以培养具有扎实的专业知识和较强的实践能力、创新精神的高素质应用型人才为目标。虚拟仿真实验教学平台的建设应将理论知识与能力培养相结合，遵循能力导向原则，通过多主体建设、多层次推进、全过程培养，将经济管理多学科专业知识和技能融入虚拟仿真教学，提升学生的实践和创新能力。1.建设主体多元化。经济管理虚拟仿真实验教学平台的建设应实施多主体驱动，将经济管理学科专业知识和技能作为虚拟仿真实验的第一融入者，为开展虚拟仿真实验提供项目孵化思想，通过实体实验为虚拟仿真项目落地提供动力，通过科研机构为科研成果向创新创业项目转化提供平台，通过校企合作为虚拟仿真实验提供方向和支撑。2.建设内容层次化。按照“基础虚拟仿真—综合虚拟仿真—创新创业综合商务虚拟仿真”的层次关系，建设学科专业开放实验平台、跨学科综合实训及竞赛平台、创新创业实战仿真商务平台和实验教学研发平台，通过各层次内部及相互间线上与线下、虚拟与实体、指导与操作的有机衔接，共同构成互联互通的经济管理虚拟仿真实验教学平台。3.建设内涵全程化。通过“双对接”构建虚拟仿真实验教学平台。即一端对接实验课程和实体课堂，实现经济管理学科专业对创新创业的引领，一端对接地方政府和企业，将大学生创业者和创新创业公司输送到创新创业孵化园、“众创空间”和创新创业基地，形成分工明确、循序递进、涵盖从经济管理到创新创业全过程的虚拟仿真实验教学平台。

二、经济管理虚拟仿真教学平台建设内容

重庆工商大学经济管理虚拟仿真实验教学平台以培养提升学生的分析力、创造力、领导力及创新创业能力为宗旨，以“过程仿真+O2O协同”为理念，借助虚拟现实、多媒体、人机交互等技术，构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，形成由学科专业开放实验平台、跨学科综合实训及竞赛平台、创新创业实战仿真商务平台、实验教学研发平台组成，教学与研发相融合、基地与平台相结合、线上与线下一体化的“实验—实训—实战—研发”虚拟仿真教学平台，使学生的综合竞争力在从虚拟到仿真的全过程中得到提升。1.学科专业开放实验平台。利用“项目超市”开放实验项目平台，对原有的独立实验项目和实验课程内含项目进行整合。按照“分以自主搭配实现‘菜单式’自选实验、合以知识点为脉串成实验课程”的原则合理重构，形成自选开放实验项目库，并基于项目库构建学科专业开放实验平台。在该平台中，学生可以按照已有的学科专业导向选修课程和项目，也可以根据自身需求自由组合课程和项目，形成满足自己需要的课程模块，真正实现了时间、空间、项目的全面开放，有效提高了学生的学习积极性。2.跨学科综合实训与竞赛平台。通过将跨学科综合实训与学科竞赛相结合，实现以训备赛，以赛促学，切实提升学生跨学科、跨专业的综合能力。该平台依托信息技术虚拟仿真经济环境、政务环境和公共服务环境，为学生营造与真实经济活动相近的实战情景，提供角色演练、指导训练、讨论答疑等全过程实训环境。同时，利用各级学科竞赛平台，鼓励学生利用实验室资源和网络平台参加竞赛，实现“教赛学”一体化培养。3.创新创业实战仿真商务平台。以专业能力训练、创新思维训练、创业项目训练和公司经营实战为主要内容，实现虚拟仿真与创新创业的有效结合、专业实验与创业实践的有机融合。该平台按照“3+X”模式构建，依托“经济管理创新创业实训基地”、“大学生创新创业孵化基地”、“大学生创业经营集团有限公司”，采用专业公司型、跨境电商型、集团控股型等模式培育孵化大学生创新创业实战仿真公司。同时，利用该平台培育孵化“大学生创新创业训练计划项目”，组织指导学生参加创新创业大赛，实现“教赛学创”一体化发展。4.虚拟仿真实验教学研发与交流平台。以实验教学研究所和创新创业研究所为基础，依托长江上游经济研究中心、重庆市发展信息管理工程技术研究中心、成渝经济区城市群产业发展协同创新中心，实现虚拟仿真实验教学研发与科学研究的有机融合。目前，该平台自主研发了《宏观经济运行虚拟仿真》、《大学生创业仿真与小微企业成长》等虚拟仿真实验课程，出版了系列实验教材、专著，定期出版《经管实验创新论坛》，举办《启智学创论坛》，为经济管理虚拟仿真实验教学改革与创新提供智力支撑。

三、经济管理虚拟仿真实验教学平台建设特色

1.基于云技术打造虚拟仿真实验教学平台。运用分布式和虚拟化技术，促进数据中心云化，形成独立的云计算数据中心，将教学资源、软件、实验教学管理与服务、虚拟仿真实验教学资源交互共享管理等数据和管理系统存放在云存储系统中，实现各种教学活动在云计算数据中心的运行，通过虚拟化共享提升资源的利用率，提升教学交流与互动功能。2.基于信息化手段实现虚拟仿真实验教学资源共享。构建基于信息化环境和网络平台的实验教学资源共享架构，按照线上、线下的不同需求，将能在网络上实现的资源共享和教学活动放到网络上完成，不能在网络上实现的放在线下完成，实现了实验课程、项目、软件、数据库、案例库及其他资源的有机协同，实现实验教学资源线上线下一体化的平台互动。3.结合课程特点打造虚拟仿真实验教学环境。依据经济管理虚拟仿真实验教学的特殊性，依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通讯等技术，根据每个实验项目的实验学时、类型、内容、流程的不同特点，通过虚拟实验设备，构建了虚拟要素、虚拟场景、虚拟空间和过程仿真、模型仿真、情景仿真、角色扮演、O2O操练等虚拟仿真实验教学环境。4.借助仿真手段构建高度仿真的虚拟实验对象。深入经济社会发展和企业管理实际，将行业、企业发展与市场经营的真实数据和案例融入实验教学，赋予实验资源真实内涵，构建以真实的区域行业、企业和市场发展数据为驱动、可进行过程再现和角色扮演、能够根据各种模型进行分析决策仿真的虚拟仿真实验对象，使学生在虚拟环境中实验，在实战仿真中提升能力。

参考文献：

[1]任伟杰,靳春华.仿真实验在国家级实验教学示范中心建设中的作用[J].实验室科学,2010,(2):109-111.

[2]王卫国.虚拟仿真实验教学中心建设思考与建议[J].实验室研究与探索,2013,(12):5-8.

[3]周世杰,吉家成,王华.虚拟仿真实验教学中心建设与实践[J].计算机教育,2015,(9):5-11.

第9篇：虚拟仿真实验技术范文

关键词：实验教学；虚拟；仿真；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）11-0273-02

引言：随着云计算、大数据、移动办公、虚拟现实、体感设备以及3D打印等信息技术的逐步发展，微软的新虚拟现实技术Holograms、索尼Project Morpheus游戏仿真平台、寓教于乐的碎片化知识教学资源等新技术也相继出现，平板电脑、智能手机、智能家居和智能穿戴设备（典型产品Google眼镜和Apple Watch）等新产品得到广泛应用。这些新媒体、新技术和新产品的出现使得信息的获得更加便捷，使得人们对传统教学理念和方式有了新的理解，更加强调学生需具有自我导向学习的能力[1-3]。

虚拟实验教学系统通过综合应用虚拟现实、大数据、网络技术以及计算机编程等技术，构建与真实实验场景等同的操作环境和测试对象，使得学生在高度自主性和交互性的虚拟环境中开展充满开放性、经济性和高效性的实验，进而可以达到实物实验无法实现的效果。尤其是在极端的环境下或毒性较高的有害环境下进行实验操作以及耗时耗力的大型或综合性的复杂实验场景，虚拟仿真实验优势更为明显。相比传统的实验教学，虚拟仿真实验技术在实验教学的方式、方法、效果、手段和模式等方面均有颠覆性的改变。《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》[4]中提到，“信息技术对教育发展具有革命性影响，必须予以高度重视”，专门强调了“加快教育信息化进程”这一部分内容。虚拟仿真实验技术是高等教育信息化的重要实现载体之一，充分体现了实验教学过程的改革与创新。

虚拟仿真实验通过在计算机系统中进行实验，仿真真实的实验环境，做实验的人可以体验到实物实验的感觉，在计算机环境中完成预定的各种实验项目，虚拟仿真的实验效果等同于真实实验甚至超过真实实物实验的效果[5-6]。

一、虚拟仿真实验教学的特点

虚拟仿真实验平台具有良好的可扩充性。各个学科新的知识层出不穷，大部分课程内容需要跟上科技发展的步伐，而传统的实验教学需要在实物试验台上进行，碰到新的实验教学内容需要重新搭建试验台，更换实验设备，实验成本往往都比较高。

虚拟仿真实验平台可实现在线指导。实验是一个探索和追求新鲜知识的过程，在此过程中有时会碰到自己不会操作或者无法解决的问题，甚至是一个简单的误操作而导致整个实验无法进行下去的窘境。这需要借助于虚拟实验仿真平台的在线指导功能，可以在线寻求老师和同学的帮助，指导老师也可以通过线上直播课程讲解实验的流程和注意事项。

虚拟仿真实验平台是一个运行和维护成本均较低的平台。实验室建设投资是学校教学投资的重要组成部分，为了兼顾实验室的成本和学生的实验机会，虚拟仿真实验平台通过虚拟出实际实验过程相同的实验环境，使得实验效果和现实中设备实验效果一样，在这样的平台上实验时操作错误只会有适当的提示，而不会损坏设备造成增加实验成本。

当然，虚拟仿真实验教学也存在一些不足的地方，比如：虚拟仿真实验毕竟不是在实际的实物实验平台进行操作，所以会降低学生对实物的感性认识，对于实验过程涉及的元器件性能及⑹的了解也不如实物实验来得那么深入，在培养学生的实际动手能力和实验误差分析能力方面也是一个弱项。

二、虚拟仿真实验室在实验教学中的作用

打造良好的虚拟实验平台，有助提高实验教学水平。传统的教学过程中，理论课程教学与课程涉及实验的教学是分开进行的，上理论课的时候没有实验演示。借助虚拟实验平台，就可以一边进行课程的讲授一边进行实验。教师在上课的过程中，碰到可以通过实验验证的理论，借助虚拟仿真实验技术，通过实验辅助理论的教学，使得学生更容易理解所学的知识。

通过建立虚拟实验室，既是完成教学信息化的一个重要环节，又能使得实验教学有一个本质的提升，跟上国际化的发展步伐，使得学科的优势能得到充分发挥。虚拟仿真实验可以提供开放式实验环境，真真正正实现实验室向学生长时期开放。学生可以不用受到时间和空间的约束，随时随地进行实验，这样能较好地培养学生自主创新能力，对学生的学习兴趣能起到正面的激发作用。

面对复杂的实验系统，虚拟实验室方便搭建规模宏大的实验平台。有的课程的实验会比较复杂，搭建整个实验平台需要耗费较长的时间。而在传统给学生开设的实验课程中，由于学生人数一般比较多，给每个学生安排的实验时间都比较有限，在这有限的时间内要完成大型实验台的搭建是一件不可能完成的事情，这带来的后果是大型实验往往开展起来非常困难。如复杂电路的设计实验，一般学生进行这样的实验需要花费2～3天的时间。学校一般无法给予学生这么长的时间完成一个实验，迫使取消这样的实验或者改为简单的对结果进行验证的实验。针对这样一个问题，虚拟实验平台能给出完美的解决方案，为学生进行大型实验提供条件，只要学生实时保存搭建实验过程的实验流程，该实验流程可在其他地方打开继续进行实验。

三、虚拟仿真实验教学与创新人才培养

给予学生无限的实验环境，拓宽学生的知识视野。科学技术的进步带来各个学科的飞速发展，新技术产品、设备和器件飞速迭代，传统的实验室很难跟上科学技术发展的节奏，不可能为所有新鲜的东西提供实验，而虚拟仿真实验在一定程度上可以弥补此缺陷。随着仿真技术和软件的连续更新发展，仿真系统可以加入一些新的设备和元件。因此虚拟仿真实验可以方便对实验系统进行更新迭代，快速适应高新技术的发展，使得学生能随时追踪新技术和新设备，对学生的知识视野开阔起到了非常积极的作用，同时还节省了实验的经费。

创新实验教学方法，培养优秀创新人才。传统实验教学的实验内容一般较为单一，且一般都为验证性实验，学生不需要考虑实验台的搭建，只要按照实验的操作步骤完成实验，缺乏对学生创造力的培养。通过建立虚拟实验平台，可以增加学生自行设计实验的内容，使得学生能够依据实验目的，设计实验实施方案，分析实验结果。由此可见，通过建立虚拟仿真实验室，不仅可以锻炼学生的独立工作能力和创造性思维，而且有利于激发学生的学习兴趣，对于培养创新和实践能力出众的人才非常有帮助。

通过虚拟仿真实验平台自行设计实验项目，进行科学研究的实验探索。实验在教学活动中的作用不容忽视，理论教学和实验环节相辅相成，实验可以对理论进行验证和扩展应用，使得学生对抽象的理论有深入的理解，同时有利于培养学生严谨求实和创新的学习态度。但是，有的传统实验时间和资金成本均较高，而且有时还有破坏性、毒性和不可再现性等缺点。虚拟仿真实验平台可以解决这方面的问题。因此，应该鼓励学生通过虚拟实验平台进行实验研究，引导学生通过发散性思维进行科学问题的探索。

四、结语

专业课的理论教学存在一些共性的问题，有些理论非常抽象，现实世界很难找到一些实例来进行演示。专业课中有一类理论体系非常缜密，知识点错综复杂，学生一般缺乏对知识体系整体架构能力，会产生一种“乱花渐欲迷人眼”的感觉。还有一类课程的理论教学的实验演示系统成本非常高，操作起来较为困难，不具备让学生进行实的条件。为解决理论教学过程中的这些问题，需要对实验教学的内容进行拓展，实现理论教学和实验教学的无缝衔接，并且尽可能在课堂上同步进行。采用虚拟仿真实验教学平台，呈现具有操作性好、真实感强和直观精确的实验场景，对高校进行创新性实验教学起到至关重要的作用。

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Research on Innovation Experiment Teaching Reform Based on Virtual Simulation Laboratory

ZHANG Ren-ping

（School of Materials Science and Engineering，Jingdezhen Ceramic Institute，Jingdezhen，Jiangxi 333403，China）