虚拟仿真实验教学中心（精选12篇）
虚拟仿真实验教学中心 篇1
摘要：虚拟仿真实验教学是高等教育信息化建设和实验教学示范中心建设的重要内容, 是学科专业与信息技术深度融合的产物。东北大学采矿工程专业为解决采矿工艺优化设计、岩土力学实验、采矿围岩岩体失稳数值仿真模拟等大型复杂实验中物理实验设备昂贵、维护费用高以及采矿现场安全性差等缺点成立综合性虚拟仿真实验教学中心。
关键词：虚拟仿真,实验室建设,采矿工程
东北大学采矿工程专业, 根据学科发展需要及培养卓越性人才的需求, 适应教育部开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设要求, 从2010年开始建设国家级虚拟仿真实验教学中心。
采矿工程专业的课程应用实践性强、紧密结合生产实际, 教学大纲要求学生深刻理解采矿工艺、岩石力学等理论并能够联系实际解释实际工程施工过程中的岩土体失稳、破坏问题及其防护原理。野外考察和现场实例无疑是弥补这一缺陷的重要内容, 但遗憾的是, 由于受到现场条件、人力、物力和财力的限制, 很难在教学中实际操作。现场和物理试验虽直观, 但由于各学校实验室观测手段、经费等条件的限制, 传统的教学内容已经不适应新形势对创新人才能力培养的要求, 不能体现时代特色和新的教育观念, 缺乏理论联系实际的有效方法。因此, 需要对传统的教学内容进行改革, 实现“教与学的互动、理论与实践的结合、能力与兴趣的共增”这一教学目标。
一、东北大学采矿工程国家级虚拟仿真实验教学中心建设
随着数值计算方法、虚拟仿真技术与计算机技术的发展, 这些方法和技术为采矿、岩土及其岩石力学实验提供新的辅助教学手段。利用现代计算力学新理论、新方法和计算机可视化技术, 对岩石的变形与破裂过程进行数值仿真和试验, 不仅可以达到采矿、岩土工程设计及岩石力学实验辅助教学的目的, 而且可以突破传统现场工程实践周期长、危险性大以及岩石实验观测难、分析难、重复难等多种弊端, 是采矿、岩土工程实验教学改革的一条新路。
数值试验和虚拟仿真技术注重于对一些由于经费、时间、难度等因素的制约而难以在实验室再现的现象进行虚拟显现, 更强调运用数值实验的结果加深对未知现象的探索, 具有通用性强、方便灵活、可重复性等特点。所以, 针对采矿、岩土工程实践周期长、危险性大以及岩石实验观测难、分析难、重复难等多种弊端, 通过建立虚拟仿真教学实验室开展实践教学, 帮助学生深刻理解工程设计原理, 掌握理论知识, 提高学习兴趣和创新能力, 理论联系实际, 提高实验教学效果, 对于产学研有机结合具有重要意义。东北大学采矿工程专业为解决采矿工艺优化设计、岩土力学实验、采矿围岩岩体失稳数值仿真模拟等大型复杂实验中物理实验设备昂贵、维护费用高以及采矿现场安全性差等缺点成立综合性虚拟仿真实验教学中心。
本虚拟仿真教学实验中心在发展的过程中遵循 “物理实验与虚拟实验并重”、“科学研究指导教学实践”的实验教学理念。中心的建设主要依托于国家采矿工程重点学科、教育部金属矿山深部开采重点实验室、辽宁省岩土力学实验教学示范中心、东北大学— 东北建筑设计院合办的辽宁省岩土工程研究中心、长江学者创新团队、招金集团东北大黄金学院。经过快速发展的4年, 中心至2013年已形成了系统性的虚拟仿真实验教学平台, 虚拟仿真成为教学的重要内容。 2013年, 建立东北大学-山东招金集团有限公司国家级工程实践教育中心。2014年, 中心所授课程《采矿学》获国家级教学成果奖。2015年, 东北大学采矿与岩土工程虚拟仿真实验教学中心获批省级虚拟仿真教学中心, 为中心今后的发展提供了更好的契机。
二、东北大学采矿工程国家级虚拟仿真实验教学中心实践
东北大学虚拟仿真教学实验中心主要承担采矿工程、资源勘查工程、测绘工程、安全工程、工程力学5个本科专业及其他相关专业的虚拟优化设计、数值仿真计算、数字矿山、地质测量、虚拟安全工程训练等实验、实训课程。此外, 还服务于全校本科生各类创新竞赛和研究生的课题研究。中心目前设有4个实验室:矿山测量与数字矿山虚拟仿真实验室, 采矿优化设计虚拟仿真实验室, 岩石破裂过程与大规模并行计算数值实验室, 安全环境及装备虚拟仿真实验室。
以上4个虚拟仿真实验室, 开设各类虚拟仿真实验。中心面向全校相关专业承担课程实验教学、设计实践教学、工程训练实践教学。根据不同专业的教学需要, 在虚拟仿真实验教学中实施了分类教学, 对采矿、岩土、安全、资源勘查、测绘、力学专业学生开设基础型实验、设计型实验、综合型实验, 部分同学选作创新型实验。另外, 中心作为大学生课外科技创新设计与制作的主要支撑单位, 为其提供设备仪器、场所和指导。
以下以采矿优化设计虚拟仿真实验室的露天矿境界与开采计划优化设计虚拟仿真实验, 全面介绍本实验教学中心的教学实践过程。
露天矿境界与开采计划优化设计虚拟仿真实验简介。露天开采工艺实践性很强, 课堂上讲采矿方法、 工艺时, 为了具有普遍性, 用的大都是典型方案。而采矿的一大特点是地质条件千差万别, 实践中的方案与典型方案有较大的差别。把学到的一般知识应用到实践的能力必须通过亲自动手来培养, 而这是难以在课堂上实现的。针对该教学难点, 研发了“露天矿优化设计软件系统”———Smart Miner。软件的功能涉及露天矿开采的生产、计划、地质测量等多个专业;系统从矿山钻孔取样或分层平面图基本数据开始, 按我国矿山生产的工艺流程顺序, 对露天矿生产的地测科、计划科、 生产科的各项测量、验收、计划、设计工作统一到同一个平台, 实现这些工作的完全计算机化。
功能界面。软件系统具有用户友好的交互界面、 简单便捷的操作方式。点击鼠标、简单几个字的人机对话, 即可看到结果, 几分钟即可完成手工几小时甚至几天才能完成的一个工作单项。可将任意多个控制目标组合在同一个屏幕上, 无级推拉放大或缩小, 可二维、三维显示、任意角度旋转透视。具有开采计划、 推进计划、爆破验收、台阶验收、长期规划、最终境界和长期开采计划优化等多种功能, 具有专门针对矿山应用特点的方便的图形编辑、全部图层和单个图层的显示控制、露天矿专用图标标注、数字化仪和全站仪接口、图纸布局调整等功能。
图形编辑。包括线条图形改变形状、改变线条图形属性、移动和旋转属性标注、移动和旋转图标、删除整条线、删除图标、修改顶点坐标等。编辑时首先要明确编辑的对象:编辑的图层和图层中的某个图元。首先把要编辑的图层激活, 再选中该图层中要编辑的图元, 然后进行相应的编辑。如图1所示。
境界优化。境界优化需要的数据包括品位模型、 地表地形标高模型 (如果是对一已经开采的矿山进行境界优化, 这一模型为采场现状标高模型) 、台阶模型、最终帮坡角、技术经济数据。点击浮锥法境界优化菜单, 如图2所示, 选择产生境界模型。
开采计划优化。开采计划优化需要的数据包括品位模型、地表地形标高模型 (如果是对于已经开采的矿山进行境界优化, 这一模型为采场现状标高模型) 、 台阶模型、工作帮坡角、设计好的最终境界、技术经济数据。如图3所示, 首先产生地质最优开采体序列, 然后基于地质最优开采体序列, 进行开采计划优化。
最终境界优化结果。境界优化结果给出了原地矿石量、原地矿石平均品位、原地废石量以及境界平均剥采比;同时也给出了当考虑矿山采矿回收率、选矿回收率、废石混入率、混入废石品位等, 得到采出矿石量、采出矿石平均品位、精矿量、采出废石量和境界总盈利, 如图4所示。对应得到的最终境界三维实体如图5所示。
开采计划优化结果。开采计划结果给出了每年矿山的矿石开采量、岩石剥离量、入选矿石品位、精矿产量、当年利润值以及净现值、矿山开采寿命等, 如图6所示。并且可以从优化结果图中看出每一年的采场推进位置, 如图7所示。
考核方法及效果。根据现场实际生产情况, 讨论不同市场条件、地质条件、人员及设备配置等对最终境界以及开采计划的影响, 并对优化结果进行详细分析。根据对现场情况考虑的合理性以及优化结果分析的准确性, 综合填写成绩。
参考文献
[1]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.
[2]马文顶, 吴作武, 万志军, 等.采矿工程虚拟仿真实验教学体系建设与实践[J].实验室技术与管理, 2014, 31 (9) :14-18.
[3]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, 32 (12) :5-8.
[4]张敬南, 张镠钟.实验教学中虚拟仿真技术应用的研究[J].实验技术与管理, 2013, 30 (12) :101-104.
虚拟仿真实验教学中心 篇2
摘 要 材料科学与工程作为一门实验性较强的学科，需要进行大量的实际操作实验，才能使学生对一些材料的结构与形成原理有清楚的了解，然而材料科学的实验往往需要一定的特殊环境条件，这些条件限制了实验的教学体验，产生昂贵的教学费用，同时加大了安全隐患。通过建立虚拟仿真实验教学中心，不仅使学生能够更好地学习材料的结构与原理，而且实现绿色节约、安全可靠和可视化的虚拟仿真实验教学平台。
关键词 材料科学与工程；虚拟仿真实验室；实验教学
中图分类号：G642.423 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2017）08-0011-02
前言
近年来，以自身的科研与教学需求为依据，国内外很多高校对材料科学与工程的仿真实验项目进行了开发，并建设起相应的虚拟仿真实验室。虚拟仿真实验室这一概念最早是由美国学者William Wolf（1989）提出的，它是理论与实验之外的另一种形式与设计方式。实验的设计人员利用对真实实验场景的模拟，对多种仅局限于构思层面的实验项目予以完成，这有利于真实直观实验效果的获取，赋予原理与结构可视化的特征，能够在很大程度上对实验教学的要求进行快速响应与满足。
虚拟仿真实验教学的优势在于其有着高效率、高扩展性、高安全性、高开放性、高资源共享性以及低成本等特征。通过此种教学，学生可以更好地进行自我训练，这有利于强化其创新意识，最终实现实验教学工作的虚实互补。因此，材料科学与工程虚拟仿真实验室建设逐渐发展为高校建设工作的一个重要努力方向。虚拟仿真实验室建设内容
作为一门有着较强实验性特征的学科，材料科学与工程的实验教学环节对于高素质人才的培养来说必不可少。随着材料科学与工程的发展，微结构的分析手段使用越来越频繁，在纳米―微米空间尺度，原子、分子和电子的层次上来解析材料的结构与物理、化学过程。这些材料的微观过程，在仪器测量中通常不能够直接感知，所以在实验中学生很难将实际与理论知识结合起来；许多材料的制备成本和实验设备昂贵，不能够做到大量配置；还有部分实验耗费时间，同时包含许多的内容需要精细调节；一些学生以前没有接触过实验装置，所以调整实验过程和实验参数浪费大量时间，很难确保在实验课规定时间中完成；部分部件，如原子力显微镜探针等，安装时很容易损坏，且更换费用很高。
综上所述的实际限制，在往常的实验课程中，教师通常先完成相关硬件调试部分，学生只进行一些参数的设置、数据的获取。这样往往导致学生实验达不到预定的教学效果，在一定程度上限制了学生训练独立操作的能力。通过材料科学与工程虚拟仿真实验教学中心的建立，可以在规定的时间以及适当的成本范围下，使学生对实验操作和实验设备有更直观的了解，并通过更系统的训练，大大提高学生的实际动手能力和对实验原理的深刻理解，同时提高实验装置的利用率。
针对高危实验的虚拟仿真实验教学平台 在材料科学工程中，部分实验会涉及一些放射性的内容，例如：在放射性的环境中对材料性能的改变进行观察与分析；跟踪一些由放射性的元素构成的材料所经历的扩散、相变以及重新组织的过程等。在这些特定的实验环境与条件下，学生能够更好地把握材料组织与演变的规律，但其危险性很强，全国高校因为此类实验出现安全事故的例子也比较多，现阶段，很多高校明令禁止让学生进行此类危险系数极高的真实实验。这就对?算机虚拟仿真实验的出现提出要求，借助于放射性实验的虚拟仿真，对原子的扩散、相变和组织形成等实验过程予以展现。
针对高成本实验的虚拟仿真实验教学平台 在材料工程的专业课程中，有些实验的进行是以一定实验材料的消耗为前提的。但是，重复性的消耗会加剧实验的成本，这在一定程度上限制一般实验教学工作的持续发展。虚拟仿真实验对绿色节约理念的实验教学予以实现，例如：在进行“三维晶体结构”实验之时，利用Materials Studio软件构建形态多变的晶体结构；在“工艺过程仿真”“材料加工”这些实验中，利用FA-STAR软件观察研究对象的逐渐成形过程。通过学习模拟仿真软件，高校学生能够理解材料制造中的传热过程、充型流动、微观组织、应力应变和缺陷形成的知识点。这一仿真实验中心的建立大大节约了真实实验中的成本，而且体现了绿色环保的理念。
针对极端条件下的实验的虚拟仿真实验教学平台 材料科学与工程有些实验材料的制备是需要在特定的条件下才能完成的，如高温、高压等极端环境条件，然而真实的实验环境很难实现这样的条件，而且这样的环境在真实中也存在很大的安全隐患。采用虚拟仿真实验教学平台则可以将这些实验转变为能够实际观察到的实验。如在“高分子自组装过程”实验中，利用分子动力学对高分子的自动组装进行模拟与演示，这样能够加深学生的理解，使其掌握分子与原子的运动过程，从而更好地掌握在这些极端条件下的实验。打造卓越的虚拟仿真实验师资力量
材料科学虚拟仿真实验室中心的建立从层次、结构、数量以及学科分布等环节把握，要求对有着高教学与管理能力的实验教师队伍进行建设，主要的师资应包括主讲教师、实验技术员以及助教等。
主讲教师主要负责高校学生实验课程的教学，包括实验操作过程中的一些规范操作和安全注意事项。主讲教师主要是一些从事多年相关专业教学的教授、副教授和科研一线人员等，他们通过一些国家重大内容的训练，积累了丰富的基础知识与实践经验，能够清楚地把握材料科学的发展方向，并推动实验课程进行更新与改革，最终将教学工作真正融入科研环节。
实验技术人员通常对实验的课前准备、过程指导、实验设备管理以及实验室建设等负责。材料科学与工程虚拟仿真实验室中心的建立以发展与提高为宗旨，在多种形式的开展中对技术人员的专业素质予以提升，如开办学术会议和课题组会，并做好学习报告与交流等。此外，对优秀实验技术人员颁发奖金，鼓励其对实验教学的创新与设计进行积极探索，这能够在一程度上推动研究能力强、教学方法好以及管理经验足的专业实验教师团队的建设。
实验助教的组成人员通常为在读的硕士生或博士生。实验助教需要通过学校岗前的培训，主要要求对学科专业有很清楚的了解，对实验操作流程很明确，实验中要求注意的事项也了如指掌，平时要协助实验主讲教师的实验教学任务，以及做好学生的辅导和考核。实验助教在相关领域有较长时间的学习，可以开阔实验教学设计的思路，同时为师生的互动提供很好的纽带。结语
为建立材料科学与工程虚拟仿真实验中心，需要面向高校工科专业开设30多门相关课程。虚拟仿真实验中心通过吸收拥有丰富经验的卓越师资团队，制定出一套高效率的管理方法与实验教学运行机制，通过对精品课程进行设置，配合实验教学特色稳步推进师资队伍建设、实验教学成果和实践合作等项目，使得高校以外的实践基地成为综合型的多功能教育教学、社会实践和服务的重要基地。
这一虚拟仿真实验中心的建立强化培养了学生实践创新能力，锻炼了创新思维，正确处理了实验教学与理论教学的结合，深化了实验教学的改革与创新。这是一项系统的建设工程，需要不断努力探索和研究，不断推进教育事业发展，培养创新型人才。
参考文献
虚拟仿真实验教学中心 篇3
关键词:加工中心 仿真 后置处理
1 前言
五轴加工中心以其高精度、柔性化的特点,是现代模具CAD/CAM加工中不可或缺的一项重要技术和手段。模具的工件形状复杂,表面质量要求高,特别是一些军工产品,对铣削加工提出了很高的要求,而五轴加工可以在一次装夹后,从多个面对工件进行加工,不但可以节省装夹时间及辅助测量装置,而且提高了加工的位置精度,所以五轴加工中心是复杂零件加工的一种不可缺少的方式。
本文以我校VDW-320五轴加工中心机床为基础,它系统采用SIEMENS840D,工作台工作行程1000×550×450,回转工作台直径320,刀具容量为24把,最高转速10000r/min,其中A轴工作范围+30度到-120度,C轴可以实现360度。通过研究其对单个叶轮的实体仿真模拟技术和后置处理技术以及整个加工过程,研究开发,使机床能够充分、合理、正确地應用于模具及复杂零件的加工。
2 单叶片曲面零件加工工艺及后置处理
2.1 单叶片曲面零件图
本文以单叶片曲面零件为例,研究VDW-320五轴数控机床加工工艺。图1为单叶片曲面零件形状、尺寸及毛坯。
该零件由于部分曲面法向量与Z轴夹角大于180°,不能采用两轴半或三轴加工,只能采用四轴或五轴加工,也可采用五面体加工技术,这里为了开发验证五轴后置处理技术,采用五轴五联动编程技术。
2.2 单叶片数控编程
在SurfCAM软件环境下,进行粗加工、半精加工和精加工编程,数控编程参数见表1。
粗加工刀具路径,采用3axis Auto Rough,为了方便编程,坐标系设置为cview,分别设置为cview5和cview6,半精加工刀具路径,采用3axis Planar编程,坐标系设置为cview,分别设置为cview5和cview6。
2.3 后置处理技术研究
后置处理是研究软件与机床接口的技术,正确的后置处理是机床能够正确运行的关键,没有正确的后置处理,机床将不能完成预定的加工。后置处理技术涉及机床结构、机床控制器种类和型号及参数、编程软件相关设置等多种内容。
3 虚拟数控仿真
3.1 模拟环境的建立
为了进一步验证编程程序及后置处理结果的正确性,需要在实际机床上进行试切削加工,这样需占用机器,浪费时间,同时又没有安全保障,一旦程序有丝毫错误,将可能造成严重的损失。这里作者配制的虚拟模拟机床,在虚拟的环境下进行加工。虚拟的模拟机床参照实际机床的配制,通过三维造型建立机床运动模型,并建立机床的控制器驱动程序。建立的模拟机床还需配制毛坯信息及刀具信息。
3.2 虚拟仿真
配置好机床后,就可以进行虚拟仿真了,从仿真结果看出,刀具路径没有错误,加工的形状符合设计要求。
3.3 精度检测
在仿真结束后,还可进一步对加工的结果进行检测,测量其加工精度。通过测量间距与最大加工误差,误差在0.01mm左右,最大间距1.5mm。由结果可以看出,加工精度符合要求。
4 实际加工
通过理论验证与数控虚拟仿真检验后,可以进行零件的实际加工了。本零件虽然通过多次修改编程参数,但在机床上只进行了两次试验加工,而且只是试验部分刀具路径,大大减少了对机器的占用与出错的几率。
5 结束语
通过对单片叶轮曲面的加工与仿真结果的检测与对比,两者结果几乎一致。这说明五轴机床后置处理编制正确、虚拟仿真环境建立与开发正确、五轴程序编写正确。
此项技术解决了VDW-320五轴机床的后置处理即与软件的接口问题,可广泛应用来加工各种复杂模具或机械零件。现在国外一些先进的机床制造商正在构想一种全新的“加工中心”,它将是万能型的设备,可用于车削、铣削、磨削、激光加工等,成为真正意义上的全功能的加工中心。
参考文献:
1.朱建军.五轴加工中心在工程训练中的应用[J].金工研究,2008(2).
虚拟仿真实验教学中心 篇4
北京邮电大学网络教学系统研究中心近年来先后承担国家十五科技攻关、十一五科技支撑计划课题、国家863项目以及教育部和科技部的重点项目。从这些项目的实践中, 培育了他们扎实的科研素养, 加强了与其他院校单位的科研技术交流, 同时也获得了多项教学和科研奖励。
潜心科研创新的研究中心
正是由于多年来的勤于耕耘, 文福安教授所带领的团队在虚拟仿真实验教学研究和实践方面始终走在最前沿。而他们的网络教学系统研究中心与电子工程学院的实验教学中心合作, 于2013年被评为国家级虚拟仿真实验教学中心。
网络教学系统研究中心隶属于北京市网络系统与网络文化重点实验室, 其前身为北京邮电大学网络教育技术研究所虚拟实验研究室, 是国内较早开展网络化开放式虚拟实验教学研究的机构之一。研究中心集教学、科研、管理、服务于一体, 通过产学研一体化, 积极推广国家科研项目的研究成果。
研究中心承担了多项国家级科研项目, 项目主要面向教育信息化及国产化。其中包括:国家十一五科技支撑计划课题“虚拟实验智能实验职能指导与管理系统的研发”、国家十五科技攻关课题“作业和考试管理工具”、“职业培训示范工程”、“基于国产基础软件的多媒体网络教学及远程支持系统”、“Linux实验系统研发与开发”4个课题;国家863项目“基于NC和Linux的西部网络教育战略研究”课题;教育部科技重点项目“教育科技信息处理系统的关键技术研究”;科技部高技术研究发展中心“科技部西部行动网站开发与维护”等课题。研究团队近年来发表学术论文100余篇, 获得计算机著作权14项, 专利4项。
研究中心是北京邮电大学教育技术研究所计算机应用技术学科的研究基地, 研究领域涉及“计算机应用技术”和“教育技术学”学科, 研究方向有:
1.虚拟实验技术和虚拟实验教学系统开发。
2.多媒体网络技术和教学系统的研究与开发。
从信息网络技术的发展趋势来看, 网络教学系统研究中心所致力的是一项极富社会价值的工作。他们充分地将信息技术的便利为教学所用, 把教学管理中所涉及到的多方面进行高效融合, 让教与学变得更加科学、高效。
积极淬炼研究中心成就硕果累累
教学其实是一项有着极其复杂运行程序的立体链条, 无论哪个环节出现问题, 都会让教学变得低效、困难且事倍功半。尤其是高校扩招给教学带来了前所未有的压力, 传统的教学方式已经不能满足网络信息技术时代下的新需求。
正是在这样的背景下, 北京邮电大学网络教学系统研究中心始终致力于网络教学系统的创新开发工作。他们契合着时代的节拍, 将自己在信息技术与教学管理领域的独到理解, 融合在了他们一项项的创新成果当中, 在取得市场好评的同时, 也将中心的社会价值不断放大。
1.开放式实验室综合管理系统
随着学校管理变革的逐步推进, 实验室建设的进一步规范化、复杂化, 学校实验室管理工作也变得更加繁重和复杂, 实验室建设和管理的问题也渐渐显露出来: (1) 高校实验课发展“学分制”, 实验课不再以课程作业方式的安排, 而是将实验课从理论课中剥离出来, 单独开设课程, 并给予相应学分, 传统的实验手工排课方式就变得异常艰难。 (2) 实验模式局限于传统实物的实验方式, 未能充分利用基于现代科技的虚拟实验方式。 (3) 实验设备、仪器、低值耐用品等没有较好地建立信息库, 以供查询其基本信息及使用状态, 不利于实验设备的维护。 (4) 实验室教学管理工作处于手工处理阶段。缺乏有效的实验室教学管理过程, 老师及学生无法方便快捷的协作沟通, 难以适应开放式实验的需要。
这就迫切需要用计算机来进行辅助管理, 以简化实验室主管部门的工作。学校已建成覆盖整个校园的计算机网络系统, 使用计算机网络来进行实验室管理成为了必然, 特别是实验室开放选课给传统的实验室管理提出新的挑战。对此北京邮电大学网络教学系统研究中心在国家科技支撑计划项目的基础上, 提出了实验室信息管理一体化的解决方案, 建立网络化实验教学和实验室管理信息平台, 提供丰富的网络实验教学资源, 实现网上辅助教学和网络化、智能化管理, 减轻实验室管理人员的工作负担。
该系统的特色及创新点有:采用B/S架构, 方便平台部署及日常应用;集门户网站、教务管理、实验教学管理、实验室资产管理、实验室耗材管理、实验开放管理、协同交流、虚拟实验教学、门禁考勤、电源控制等功能于统一平台管理, 实现实验室的智能便捷管理;多种角色应用体系, 多种业务权限配置, 满足不同高校实验室队伍建设应用, 加强示范中心建设;全面开放了实验室实验资源, 提供开放式实验教学服务, 可预约工位、实验, 也可设备借出, 方便学生自主灵活参与实验, 充分发挥学生的主观能动性, 提高实验教学的效果;人性化的协同办公交流应用, 帮助教师和学生随时随地实时在线或离线交流;虚拟实验和实物实验相结合, 丰富了实验教学方式, 通过系统可同时管理硬件实验和虚拟实验;多种数据导入导出功能, 方便各种身份角色数据汇总、数据统计, 可无缝集成到学校信息化大环境中等。
该创新成果中的各个系统均可单独采购部署, 也可根据用户需求进行组装及集成。
2.开放式网上虚拟实验室及课程系列
传统的实验教学主要依赖费用高昂的实验设备和材料, 有限的教师也很难在有限的时间内细致地指导大批的学生, 以至于教学目标难以落实。而北京邮电大学网络教学系统研究中心推出的“开放式网上虚拟实验室系列产品”, 则很好地解决了上述的难题。
据文福安介绍, 该计算机教学软件是面向教学的虚拟实验室, 是由课程实验仿真系统和虚拟实验教学管理系统两部分组成。仿真系统采用多媒体技术在计算机上建立虚拟实验环境, 提供可操作的虚拟实验器材, 是学生在互联网上通过接近真实的人机交互界面完成实验, 在计算机上营造可辅助、部分替代甚至全部替代传统实验室各操作环节的相关软硬件操作环境。
虚拟实验教学管理系统提供全方位的虚拟实验教学辅助功能, 包括:实验前预习、实验的开课管理、典型实验库的维护、实验教学安排、实验过程指导、实验结果批改、实验成绩统计查询功能, 为实验教学环境提供服务并开展应用。
开放式网上虚拟实验室系列产品可以促进学生学用结合, 实验的安排更加灵活方便不受时间和空间的限制。只要有网络的地方就可以动手做实验, 实现真正意义上的开放实验室。虚拟实验室可减少实验设备的维护强度, 缓解当前实验设备不足, 实现理论教学和实践教学的有机融合。通过建立虚拟实验室, 可以解决计算机、电子、通信、机械、自动控制、建筑等学科中的实验教学问题, 完善现有的教学体系。
3.计算机网络技能训练系统
为了深化职业教育教学改革, 提高学生的动手能力和创新能力, 提高教学质量。北京邮电大学网络教学研究中心经过多年研究, 开发出了配套的可在网上开展的基于智能客户端的计算机网络技能训练系统。系统通过大量的实验知识点的训练题目以及历年大赛真题, 以及贴近真实的设备, 能够快速提高学生职业技能大赛的实践能力和成绩, 同时解决了职业院校技能大赛设备、场地不足的问题。
科研创新的目的就是产业化
研究中心通过这几年的积淀和淬炼, 尤其是他们在网络教育技术领域产学研一体化的推广中, 取得了很多有价值的技术成果和产业应用的经验。在文福安看来, 一项技术是否成功, 关键是看其应用, “你的研究是不是在实践中得到很好的应用, 真正的把成果用起来, 发挥了效益, 才最终证明研究是成功的。”文福安在接受采访时如此强调。
文福安讲, 一个不容回避的现实是, 我国技术应用率比较低, 这给国家造成了巨大浪费, 当下很多技术都是有“研”而无“产”。对产业化的深刻认识, 文福安在科研创新的征程上始终能够有的放矢, 始终将实践应用作为他科技创新的出发点和最终的落脚点。为此循着这样的思路, 研究中心也创新了诸多有价值的科技成果。
近几年来, 为了改进传统落后的实验教学环境, 研究中心与北京润尼尔网络科技有限公司合作, 采用网络技术、虚拟现实技术和多媒体技术, 在科技部和学校多个项目的资助下, 组织开发了开放式的虚拟实验教学系统。目前可供模拟电路、电路分析、高频电子线路、数字电路、Linux操作系统、计算机网络、计算机网络安全、Java程序设计、信号与系统、通信原理等课程开展虚拟实验。系统模拟了真实实验中用到的器材和设备, 如示波器、电压表、路由器、交换机、计算机等, 提供了与实物实验相似的实验环境, 并提供了全方位的实验教学管理、预习、指导、批改、评价、互动交流和学生支持服务。目前该系统已经在60多所国内院校的实验教学中发挥了作用。
他们研发的“开放式实验室综合管理系统”为众多高校提供了实验室智能化管理解决方案和支持服务, 以专业的业务理解和优秀的产品方案赢得了业界一致好评。目前该系统的应用案例有:北京邮电大学、北方民族大学、重庆电子工程职业学院、盐城工学院、贵州交通职业技术学院以及北京联合大学等。
另外, 其“开放式网上虚拟实验室及课程系列”成果应用的案例更加多, 北京邮电大学、大连理工大学、山西农业大学信息学院、中国石油大学、北方民族大学、汕头大学、中国海洋大学、天津财经大学、武汉理工大学、华北电力大学等近60多所高校。
通过受众的回馈以及权威专家的鉴定评价, 研究中心的创新成果推广价值十分巨大。由于在业界取得的成就, 研究中心的专家和教授在虚拟仿真教学领域的科研声望日增, 每年都会受邀在全国各地进行虚拟仿真实验及教学管理相关的学术会议上做学术报告。其科研经历和执着的奋斗创新的精神, 也成为了科技类媒体报道的热点, 受到多家媒体的采访报道。
科技的努力换来的是社会价值, 这也正是研究中心执着前行的最大动力。文福安教授在接受采访时说, 科研是艰苦的, 虽然我们的办公室简陋, 但我们这个团队有信念, “我们都是在做有意义的事情, 我们会成功, 只要我们坚持下去。”
虚拟仿真实验教学中心 篇5
方案
虚拟现实实验室是虚拟现实技术应用研究就的重要载体。随着虚拟实验技术的成熟，人们开始认识到虚拟实验室在教育领域的应用价值，它除了可以辅助高校的科研工作,在实验教学方面也具有如利用率高,易维护等诸多优点.近年来,国内的许多高校都根据自身科研和教学的需求建立了一些虚拟实验室。数虎图像拥有多名虚拟现实软硬件工程师，在虚拟现实实验室建设方面有着无与伦比的优越性！
下面请跟随数虎图像一起，让我们从头开始认识虚拟现实实验室。【虚拟现实实验室系统组成】：
建立一个完整的虚拟现实系统是成功进行虚拟现实应用的关键，而要建立一个完整的虚拟现实系统，首先要做的工作是选择确实可行的虚拟现实系统解决方案。
数虎图像根据虚拟现实技术的内在含义和技术特征，并结合多年的虚拟现实实验室建设经验，最新推出的虚拟现实实验室系统提供以下组成：
虚拟现实开发平台：
一个完整的虚拟现实系统都需要有一套功能完备的虚拟现实应用开发平台，一般包括两个部分，一是硬件开发平台，即高性能图像生成及处理系统，通常为高性能的图形计算机或虚拟现实工作站；另一部分为软件开发平台，即面向应用对象的虚拟现实应用软件开发平台。开发平台部分是整个虚拟现实系统的核心部分，负责整个VR场景的开发、运算、生成,是整个虚拟现实系统最基本的物理平台，同时连接和协调整个系统的其它各个子系统的工作和运转，与他们共同组成一个完整的虚拟现实系统。因此，虚拟现实系统开发平台部分在任何一个虚拟现实系统中都不可缺少，而且至关重要。虚拟现实显示系统： 〃高性能图像生成及处理系统 〃具有沉浸感的虚拟三维显示系统
在虚拟现实应用系统中，通常有多种显示系统或设备，比如：大屏幕监视器、头盔显示器、立体显示器和虚拟三维投影显示系统，而虚拟三维投影显示系统则是目前应用最为广泛的系统，因为虚拟现实技术要求应用系统具备沉浸性，而在这些所有的显示系统或设备中，虚拟三维投影显示系统是最能满足这项功能要求的系统，因此，该种系统也最受广大专业仿真用户的欢迎。虚拟三维投影显示系统是目前国际上普遍采用的虚拟现实和视景仿真实现手段和方式，也是一种最典型、最实用、最高级别的投入型虚拟现实显示系统。这些高度逼真三维显示系统的高度临场感和高度参与性最终使参与者真正实现与虚拟空间的信息交流与现实构想。
虚拟现实交互系统
多自由度实时交互是虚拟现实技术最本质的特征和要求之一，也是虚拟现实技术的精髓，离开实时交互，虚拟现实应用将失去其存在的价值和意义，这也是虚拟现实技术与三维动画和多媒体应用的最根本的区别。在虚拟现实交互应用中通常会借助于一些面向特定应用的特殊虚拟外设，它们主要是6自由度虚拟交互系统，比如：力或触觉反馈系统、数据手套、位置跟踪器或6自由度空间鼠标、操纵杆等等。
虚拟现实集成控制
一个大型的虚拟现实系统包括很多组成部分，比如:多台投影机、音响系统以及多路视频的输入和切换,甚至是辅助的灯光和窗帘,这些都需要方便的控制和管理,每个部分又包括很多产品和设备，这些产品设备之间需要相互连接、相互依赖，彼此之间协同工作。然而，这样一个复杂的系统要顺利地运行并能够协同工作，就需要进行管理，集成控制系统便是承担该项工作的载体，有了集成管理控制系统，上述一系列工作通过简单的遥控器就可完成整个操作过程。通常，一部分用户并不重视这个部分，而该部分在虚拟现实系统中恰恰又是非常重要的，一个完善的集成控制手段能使用户很方便的使用虚拟现实系统，并能将虚拟现实系统中各个部分的功能充分地发挥出来，如果没有集成控制系统这部分，往往造成整个虚拟现实系统利用率低、系统管理困难、系统稳定性差、协同工作能力低下等等一系列问题。
在通常的集成控制系统中最典型的设备就是中央控制系统或矩阵系统（如图），这些设备功能强大、操作简单、使用便捷、管理方便，它是整个虚拟现实系统有效管理和运行的基本保障。【虚拟现实实验室设备配备】
虚拟现实实验室主要实验设备包括 ：虚拟现实技术的特征之一就是人机之间的交互性.为了实现人机之间的充分交换信息，必须设计特殊输入和演示设备，以影响各种操作和指令，且提供反馈信息，实现真正生动的交互效果。不同的项目可以根据实际的应用可以有选择的使用这些工具，主要包括：VR系列虚拟现实工作站、立体投影、立体眼镜或头盔显示器、三维空间跟踪定位器、数据手套、3D立体显示器、三维空间交互球、多通道环幕系统、建模软件等。
数据传感手套
观察者还可借助数据手套等设备来操纵虚拟场景中的对象，数据手套中装有许多光纤传感器，能够感知手指关节的弯曲状态，观察者通过手指的活动来实现与虚拟场景交互作用数据手套是一种多模式的虚拟现实硬件，通过软件编程，可进行虚拟场景中物体的抓取,移动,旋转等动作，也可以利用它的多模式性，用作一种控制场景漫游的工具。数据手套的出现，为虚拟现实系统提供了一种全新的交互手段，目前的产品已经能够检测手指的弯曲，并利用磁定位传感器来精确地定位出手在三维空间中的位置。这种结合手指弯曲度测试和空间定位测试的数据手套被称为”真实手套”，可以为用户提供一种非常真实自然的三维交互手段。在虚拟装配和医疗手术模拟中，数据手套是不可缺少的虚拟现实硬件的一个组成部分。
立体眼镜
三维眼镜是用于观看立体游戏场景、立体电影、仿真效果的计算机装置，是基于页交换模式(Pagefilp)的虚拟现实立体眼镜，分有线和无线两种，是目前最为流行和经济适用的VR观察设备。基于页交换模式(Pagefilp)的立体眼镜，分有线和无线两种。均为图形工作站用立体眼镜（Shutterglasses）许多专业软件都支持CrystalEyes，如机械CAD、产品可视化、仿真、分子建模、地理信息系统/测绘和医学成象等。彩色图像真实、高分辨率。
头盔显示器
无论是要求在现实世界的视场上同时看到需要的数据，还是要体验视觉图像变化时全身心投入的临场感，模拟训练、3D游戏、远程医疗和手术，或者是利用红外、显微镜、电子显微镜来扩展人眼的视觉能力，头盔显示器都得到了应用。比如军事上在车辆、飞机驾驶员以及单兵作战时的命令传达、战场观察、地形查看、夜视系统显示、车辆和飞机的炮瞄系统等需要信息显示的，都可以采用头盔显示器。在CAD/CAM操作上，HMD使操作者可以远程查看数据，比如局部数据清单、工程图纸、产品规格等。波音公司在采用虚拟现实硬件技术进行波音777飞机设计时，头盔显示器就得到了应用
三维空间跟踪仪
三维空间跟踪定位器是用于空间跟踪定位的装置，一般与其他VR设备结合使用，如：数据头盔、立体眼镜、数据手套等，使参与者在空间上能够自由移动、旋转，不局限于固定的空间位置，操作更加灵活、自如、随意。产品有六个自由度和三个自由度之分。
3D立体显示器
3D立体显示器是一项新的虚拟现实产品，过去的立体显示和立体观察都是在CRT监视器上戴上液晶光阀的立体眼镜进行观看，并且需要通过高技术编程开发才能实现立体现实和立体观察。而立体显示器则摆脱以往该项技术需求，不需要任何编程开发，只要您有三维模型，就可以实现三维模型的立体显示，只要用肉眼即观察到突出的立体显示效果，不需要带任何立体眼镜设备；同时，它也可以实现视频图像（如立体电影）的立体显示和立体观察，同样也无须戴任何立体眼镜
虚拟现实工作站
立体投影
立体投影仪，其构成中包括壳体、投影仪、偏振镜片、投影屏，投影屏和投影仪分别位于壳体前、后方，偏振镜片位于投影仪的投影镜头前面，投影仪和偏振镜片的数量各为2个，2个投影仪的水平轴线相交、投影图像在投影屏上重合。数虎图像提供了一种结构简单的立体投影设备，可适宜多种场所，具有观看距离远，不易损伤视力，无辐射的安全使用性能，特别适宜作为家用立体投影设备使用。
多通道立体环幕系统
多通道环幕（立体）投影系统是指采用多台投影机组合而成的多通道大屏幕展示系统，它比普通的标准投影系统具备更大的显示尺寸、更宽的视野、更多的显示内容、更高的显示分辨率，以及更具冲击力和沉浸感的视觉效果。该系统可以应用于教学、视频播放、电影播放（现在很多影视院采用这种方式）等。多通道环幕（立体）投影系统由于其技术含量高、价格昂贵，以前一般用于虚拟仿真、系统控制和科学研究，近来开始向科博馆、展览展示、工业设计、教育培训、会议中心等专业领域发展。其中，院校和科博馆是该技术的最大应用场所。这种全新的视觉展示技术更能彰显科博馆的先进性和创新性，在今后若干年内不会被淘汰。
【数虎图像虚拟仿真事业部提供如下实验室解决方案：】 数虎图像是国内最早从事虚拟现实技术研究和制作的高新企业，在深圳、北京、美国、日本都拥有分公司，数虎图像不断吸收和学习国外最先进的虚拟现实技术，在虚拟现实实验室建设方面拥有一整套最优化解决方案。
一、数字城市系统
城市规划演示厅也被称之为数字城市实验室。其主要目标和功能是提供城市规划、城市市政管理、房地产开发与管理、旅游规划以及数字地球（城市）的仿真模拟教学和科研平台。
数虎图像凭借雄厚实力制作了国内最大的数字城市项目，可以为您提供数字内容制作和环幕硬件展示系统整体解决方案。
(数虎图像城市规划演示系统—数字城市实验室截图)
二、旅游导游实验室
导游培训：培养熟练和优秀的导游是旅游专业的教学目标，但是旅游专业学校又面临教学过程中实习资源匮乏、而实地参观成本又高的难题。数虎图像旅游虚拟仿真系统从导游和旅游专业特点出发，按照旅游专业的教学要求和实施特点，设计出适用于导游实训、旅游模拟、旅游规划、信息查询，景区导航，景区切换等功能模块。为旅游专业学校提供一站式解决方案。
（数虎图像制作的旅游仿真实验室）
三、物流仿真实验室
（物流仿真实验室）
学校教育，由于受到诸多条件的限制，大部分内容还停留在以书本为主的教学体系上。部分学校的学生现在能够在大三和大四年级，获得公司实习的机会，但是由于时间和实习单位的工作人员业务繁忙等原因情况，学生了解到的内容比较片面，了解到的业务单证也比较少，实践机会少，学生对业务的认识程度仍然相当低，缺乏感性认识。在走出学校前，为了使学生对整个的口岸物流有全面和相对深入的了解。数虎图像联合业内人士，根据市场需求，可以为物流专业实验室提供：3D仓储模拟实训系统、3D运输模拟实训系统、3D第三方物流模拟实训系统、3D集装箱与堆场模拟实训系统和3D供应链模拟实训系统等一系列解决方案。
四、虚拟维修拆卸实验室
数虎图像虚拟拆卸维修实验室，充分的利用了数虎图像开发的这套虚拟拆装模拟培训系统，可以结合大屏幕提供给更多需要虚拟拆卸和虚拟维修以及虚拟组装的客户，让更多的人一起集中练习，提高培训的效率更加节省成本。
五、虚拟手术实验室
虚拟手术是虚拟现实技术很高端的应用。国外已经可以利用传感设备进行医学学员的培训教学，甚至已经真正的做到了远程虚拟手术的效果。国内目前还没有这样的水平，不过数虎图像和科研机构联合，制作出人体的内部的三维模型和一些互动式的动作，同样能满足培训学员和手术新手的需要。
六、仿真驾驶实验室
虚拟驾驶，也被称为汽车驾驶仿真，或汽车模拟驾驶。数虎图像利用三维图像即时生成技术、汽车动力学仿真物理系统、大视场显示技术（如多通道立体投影系统）、六自由度运动平台（或三自由度运动平台）、用户输入硬件系统、立体声音响、中控系统等，让体验者在一个虚拟的驾驶环境中，感受到接近真实效果的视觉、听觉和体感的汽车驾驶体验。
【数虎图像对于国内教学型虚拟实验室建设的几点建议】 通常，一部分用户并不重视虚拟现实开发平台和虚拟现实控制系统部分，而该部分在虚拟现实系统中恰恰又是非常重要的，一个完善的集成控制手段能使用户很方便的使用虚拟现实系统，并能将虚拟现实系统中各个部分的功能充分地发挥出来，如果没有集成控制系统这部分，往往造成整个虚拟现实系统利用率低、系统管理困难、系统稳定性差、协同工作能力低下等等一系列问题。还有就是虚拟现实开发平台的采用上，最好采用通用性强的能和国际接轨的的虚拟现实开发平台，并注意以下几个方面：
1、用“平民化”的技术实现教学型虚拟实验室的建设和应用
2、更新实验教学观念,重新认识虚拟实验室
虚拟仿真实验教学中心 篇6
【摘要】在我国的工科学业类当中，机械原理则是作为一门基础专业课，它也是一门重要的衔接课程，在学习的过程当中，理论与实践学习是非常紧密的。在这门专业课当中，它会涉及到很多方面的课程，是需要应用贯通的，同时在学习时也要让学生从工程建设的理论角度来应用和理解这方面的知识，从而来培养他们应用机器设计理论知识来解决实际问题，并且也能够更为深入的研究其中的仿真实验设计，来提高学生的实践能力。
【关键词】机械原理 虚拟仿真实验 教学设计
【中图分类号】G71 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）08-0184-02
在机械原理课程当中，最重要的一个学习环节就是课程设计，是通过在实验过程中学习完成的。在我国的高等院校中，它是作为工科类学生必修的一门课程，属于机械设计类的，也是一门主要的技术课程，占有主导地位，所以，如果要不断的提高对这类人才的培养，就必须要注重学习质量，建设在机械原理实验中的教学实验，把虚拟仿真设计融入其中，注重对这方面的培养学习，有效的分析研究在这门课程当中存在的问题以及实验设计的方法，把虚拟仿真实验充分的引入机械原理教学当中，从而提高教学效率，达到教学目标。
一、什么是虚拟实验
在我国高等教学当中，由于虚拟实验的发展起步较晚，因此，在高校的教学当中也比较匮乏在这方面的经验，并且在教学内容以及在模式当中都会存在一定的问题。我们都知道，虚拟仿真实验这门技术是非常先进的，虽然其发展是短暂的，然而在使用范围当中却是非常广泛的，在虚拟仿真实验的过程当中，可以让学生充分的了解和选择实验模型，并且更为深入的分析虚拟仿真技术的重要意义，应用在机械原理当中它的主要目的是什么，在分析机械原理的教学内容当中，更为有效的求证机械的综合创新，设计，金属材料，液压气压以及热处理等方面的技术问题，并且有着很大的帮助，通过虚拟仿真实验来达到教学的目的，在这个过程当中，一般学校会设立相应的实验机构，从而把所需要的实验设备进行集中管理，在这种模式下，它不仅丰富了实验性，同时也满足了教学的要求。对此，我们也可以看出，在虚拟教学中应用仿真技术，不仅提高了教学的视觉性，也更清晰的学习到机械原理的设计和工作效率。
二、当前实验教学的重要性以及问题
在机械原理的课堂教学当中由于会有很多的理论分析讨论，也会存在一些有关设计的问题，所以在进行机械原理教学时就必须要掌握好课程的理论知识，这也是最重要的基础环节，同时在基础教学中，我们不仅要掌握好这些基本概念，也是掌握好一些有关动力学和分析机构的相应功能性，通过在实践教学中，在设计课程实践的环节当中，这不仅可以提高学生设计实践能力，也可以完成一些较为复杂的综合设计，这对于全面培养复合型人才有着至关重要的意义，也是对实验教学提出了一个新的挑战，对此，改革实践教学是非常必要的。
1.在机械原理教学当中，通常进行实验时，主要是以示范和讲解为主，而学生只是以听为主，很难参与到实验当中，所以在这个过程当中学生并没有积极创新性，更没有机会参与到设计实验当中，而我们都知道，实验教学的目的就是为了有效的达到动手设计能力，并且让学生有认识和了解该门课程的具体操作实验，然而却受到了实验的限制，在一些教学中，学生没有机会对机械进行拆装研究，从而也就降低了学生在这其中的原理认识。
2.在机械原理的教学当中，一般是以课堂教学为主，而讲解理论知识时却占用一定部分的时间，对于学生来讲又难全部消化，所以并没有达到良好的教学目的，从而也就导致学生对这门课程的积极性越少。我们了解在机械原理学习过程当中一般主要是对其内部機构进行分析研究，其中的很多原理都是具体的理论化以及更为抽象的描述，这对于初学者来讲是非常困难的，如果不通过有效的实验来讲解其中的原理知识，学生不能有良好的衔接也就达不到理想的教学成效。
3.我们在为学生设计该门课程的思路时必须要有新奇的想法，从而来提高学生求知的积极性，一方面我们可以设计题目，把单一的题目有趣化，可以让学生通过题目要求来进行组合设计。另一方面我们也可以通过图解的方法来设计实验，但是由于设计的工作量较大，所以不能很好的训练学生在这方面的能力。通过课程设计可以有效的来升华机械原理实验的过程，也可以总结在这门课当中所遇到的问题以及难点，让学生通过实验来解决和认识机械原理理论知识，提高他们在工程实践方面的综合能力。对此我们可以看出，在机械原理教学过程当中，必须要把综合设计与理念有效的相结合，并且把理念知识与实践密切的融入到其中，可以更为直观的分析出机构综合性能，解决教学中的问题。
三、在教学当中的具体应用
1.在机械原理的教学过程当中，制图是最基本的一门应掌握的技能。在过去的学习模式当中，学生一般是通过手工进行绘图的，并且在这个过程当中，可以逐渐的了解机械机构的组成以及它的部分构造.从而可以充分的了解和掌握机构功能。然而在现如今的教学模式中，已经发生了很大的改变，可以应用计算机进行测绘实验了，可以不再应用手工绘画，通过计算机软件可以进行操作，并可以达到理想的效果，在这种教学过程当中，与时代同步，学生不仅融入了一些先进的应用方法，同时也掌握了虚拟仿真技术这门较为先进的应用方法，只是应用计算机便可描绘动态的机械制图，让学生在提高机械原理知识，还可以精算出机械的自由度，可谓一举两得。
2.在虚拟实验当中，机械机构组成是作为最重要的一个认知实验，在实验过程当中学生通过观察它的空间、平面以及齿轮结构，从而有效的确定设备是否在正常情况下进行有效的运行，而我们所应用的虚拟仿真实验恰恰就可以把它的组成变为一种图像，此外，也可以把它制作成动画的效果进行演示，更为立体的表现出它效果。由于在机械设备当中，基础的装置机构一般是用来维持机械运行重要元件，而它的原理与状态也是非常有影响意义的，对此，如果让学生更为充分具体的掌握机械原理的实验，就必须要了解虚拟仿真技术，因为它的作用是非常明显的，这也是有助于提高教学目的的重要手段。
3.在近些年以来，通过在机械原理教学当中，老师为了提高学生的四杆运动原理知识，便研发了一种新型的运动技术，在这个实验当中我们可以发现两方面特点，第一，可以让学生充分了解运动规律以及机构类型，也让学生掌握了机械的运行特点，怎样有效的研究机构在运动时的规律以及各种类型特点。第二，在设计四杆机构时，设计合理的四杆机构是有助于学生掌握专业知识以及操作的，由于系统在运行当中会存在很多问题，所以在进行设计时就必须要考虑到它的稳定性，安全性，具有牢固的理论基础。
四、结论
机械原理则是作为一门基础专业课，它也是一门重要的衔接课程，在学习的过程当中，理论与实践学习是非常紧密的。在这门专业课当中，它会涉及到很多方面的课程，是需要应用贯通的，对此，在学习当中就必须要提高其质量，建设在机械原理实验中的教学实验，把虚拟仿真设计融入其中，有效的分析研究在这门课程当中存在的问题以及实验设计的方法，把虚拟仿真实验充分的引入机械原理教学当中，从而提高教学效率。
参考文献：
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[4]孙志宏.单洪波.庄幼敏等.提高学生创新能力改革机械原理课程设计[J].实验室研究与探索.2007（11）
加工中心的虚拟建模仿真分析 篇7
1 虚拟加工中心仿真系统
数据机床中的一个部分就是加工中心,而我们常说的数控机床指的就是机床中装有数控系统,针对数控加强过程,主要是以制造为中心,是当今虚拟制造中非常重要的一部分,主要利用虚拟现实技术和仿真技术,建立出来的几何模型需要具备加工零件毛坯和夹具以及刀具等,随后快速运算所建立的几何模型。其技术主要是利用真实的感图形进行显示,显示出加工中心的零件模型和夹具模型以及刀具模型,对于模拟零件的实际加工过程进行有效地利用。
针对整个加工中心主要是由四个模块组成,建立虚拟加工中心建模和刀具库,设计出NC代码编译器;家农历出毛坯模型;对加工中心仿真进行有效的模拟;还包括加工中心的显示和毛坯的显示以及加工过程的有效显示。
2 虚拟加工中心的几何建模
完整的铣削加工中心结构,结构比较复杂,但是其结构和功能都是比较独立的,其部件组成的数量也是相对来说比较固定的。针对虚拟模型,需要将加工中心的具体形状特征和功能特征进行有效的表达,需要针对具体的床身、立柱、主轴等进行建模,一些具体的部件和仿真没有什么实际联系,因此不需要对其进行考虑,这些具体的部件例如电气系统和保护罩以及排屑系统等等。
针对虚拟数据加工中心的实际几何模型,主要是由机床、底座以及各种运动组件形成,利用Pro/E进行建模,随后将其导出来,建立人格标准的三维数据格式,在虚拟系统当中,可以将STL文件直接读取出来,随后再进行加工装配,形成虚拟数控的加工中心。对加工中心的结构进行有效的探索,主要的组成部件主要是由具有运动特征的对象和静止对象组成的。
3 虚拟毛坯模型的建立
针对毛坯模型的建立,就是通过加工过程,一种具体几何仿真,对毛坯进行离散的过程,需要利用优化离散矢量模型。使曲面在具体的一个坐标平面当中,具有投影面的包围盒,对于离散精度要严格的遵循,进行均匀的划分,可以划分成具体的网格。以离散网格点的法矢方向为基础,使其可以和原曲面进行有效的相交,进行有效的求交,在原曲面上,将这些具体的离散网格点的实际高度值求出来,对于原曲面的是高度值的离散点,可以被称作Z-MAP点。以这些实际的Z-MAP点,形成的三维包络体,建立出具体的毛坯体。在曲率变化比较大的地方,可以在其网格边上,将非均匀的离散网格点进行添加。利用将离散矢量进行优化的方法,在局部需要加密的网格边点上进行处理,这样一来,数据的存储量也会得到有效的减少,大大改善了仿真的速度和精度。
4 虚拟加工的关键技术
4.1 几何建模技术。
在单个零件的几何模型方面,其基础就是CSG和B-Rep的结合,针对建模方法中比较简洁和易行的方法,就是平扫和回转法,在主要特征和参数造型方面,很多商用的CAD/CAM软件,还有很多的开源的CAD内核代码,具有比较成熟的零件几何建模。在机械设备方面,因此机械设备是比较复杂的,对其主要的装配关系进行表示,需要利用合适的模型。对装配体中的组成元件的相互关系进行表示,主要是利用两种方法:关联矩阵和存储间间的配合。前一种方法可以存储更多的信息,可以产生浮点数,对误差进行有效的累积,自身具有良好的通用性,对于任何一种具体的装配关系都可以进行表示。后者这种方法,会存储比较少的信息,还比较精确,主要是对已知的装配关系进行有效的表示,自身具有很大的限制性。因此前一种方法应用的更加普遍。
针对当前的数控机床的几何表示,缺乏一定的标准模型,数控机床自身具有其结构特点,因此其结合模型要对于其加工过程的快速显示进行有效的适应,对其器主要运动需要进行描述,建立出具体的运动模型,还要针对数控机床出现的几何误差,建立出具体的模型。
4.2 数控代码翻译。
针对数控代码翻译,就是在数控加工程序中,对工艺过程中的各种各样的操作和运动特征进行具体的描述。在计算机中,对于虚拟数控机床的加工过程进行有效的实现,正确的翻译NC代码,在虚拟翻译器的加工系统中,其核心模块就是NC代码翻译器。对于虚拟机床的动作和状态进行有效的智慧,机床任何一种动作和状态,NC代码翻译器都可以进行有效控制。我国数控图形编程和实体的显示技术不断发展,因此我国更是迫切需求NC代码翻译器,虚拟加工系统中的关键技术就是NC代码翻译。
NC代码翻译器需要具备NC代码检错和翻译的技能,针对检错技能,就是以数控系统的编程规定,还有数据加工的相关常识为基础,针对NC代码,进行有关语意、语法的分析,将NC代码中语法错误和逻辑错误等检查出来。通过实际检错的阶段,可以将未被检查出来的错误做出来,进入翻译阶段。而翻译阶段,就是在NC代码中将有关机床部件的相关信息和动作进行提取,按照实际的位移和速度的实际变化,经过实际划分,可以分成一系列的时间片段,将各个时间段的机床坐标的位移计算出来,使机床模型可以进行实际运动。
结束语
利用加工中心虚拟建模的方法,可以将传统上道具的不足进行有效的改善,传统的上刀具轨迹显示法只能在二维平面上使用,具有很大的局限性,真实感不足,会出现刀具和工件的过多干涉的现象,这些缺点还是比较难去发现的,在大型复杂工件中,试切法是比较复杂的,其实际周期也比较长,其实际成本也比较高,利用加工中心虚拟建模的方式,使加工中心的有效工时和使用寿命得到有效的提高。
参考文献
[1]王中胜,张磊,刘万普,陈成军,洪军,周宝庆.基于VERICUT的车铣复合加工中心虚拟仿真研究[J].航空制造技术,2011,Z1:106-110.
[2]雷海胜,刘海岷,赵葵.五面加工中心主轴的建模及Ansys workbench仿真分析[J].武汉工业学院学报,2012,3:17-21.
[3]蒋英兰,王大镇,韩荣第.基于虚拟制造的复杂曲面NC程序验证仿真环境的建立[J].西安工业学院学报,2002,2:100-105.
[4]曹旭妍.基于VERICUT的车铣复合加工技术高效应用研究[J].机械设计与制造工程,2016,01:74-77.
虚拟仿真实验教学中心 篇8
(一) 理论教学与实践教学分离
传统的实训室和理论课教室, 无论从空间、系统还是信息上, 都无法有机地融为一体。
(二) 实训设备使用繁琐
传统的实训设备存在操作繁琐、容易损坏、维修维护成本高昂等缺点。除了教学本身的准备以外, 老师和学生都要花很多时间去学习设备怎么用, 有效教学时间大打折扣, 因此, 实训教具的教学效率和使用率都不高。
(三) 一对多模式拖累教学成果
二、虚拟仿真实训中心建设预期成效
以发动机实训中心为例, 创新发动机拆装实训中心从多个维度进行创新, 旨在通过一个综合解决方案解决传统实训教学过程中面临的问题。创新实训室的创新设计体现在以下几个方面。
(一) 实现系统化
虚拟仿真实体教学中心能够满足职业教育汽车专业实训课要求的“做中学、学中做”的问题, 也实现了“实训过程可评价、实训结果可追溯”的要求。
(二) 实训环境与课程的结合
以系统论的角度认识创新实验实训中心, 应当从职业教育课程体系统筹思考, 使各个环节互相依存, 相互促进。
(三) 实现教学内容录制、回播、点播等功能
可以通过录播系统对课堂进行记录, 以获取和累积教学资源及课外复习资料。
(四) 实现“一对多”教学模式
通过主视角音视频捕获及发送装置, 可将教师演示过程的画面和教师的声音实时地发送到大屏幕, 并可通过录播系统直播给校园网内任何角落, 彻底摆脱一对多模式下“看不清、听不见”的弊端。
三、汽车虚拟仿真实训中心建设
为了解决一对多实训模式中的种种弊端, 实训中心将通过为每个工位配备一台智能工位机的方案予以解决, 使得教师从繁琐的重复指导中解放出来, 更好地管理课堂, 使得课堂从“一对多”演变成“多对多”。下面以发动机故障检测实训中心为例介绍建设功能。
(一) 示范训练
在课堂上, 教师通过系统的实训软件设置故障、分析故障、排除故障, 做到由浅入深、由易到难, 既符合知识本身的系统, 又符合学生的认知规律。
(二) 实训练习
教师通过系统的实训软件可以布置课堂实训作业;在教师的指导下进行操作练习, 从而掌握一定的技能和技巧, 通过操作练习验证理论知识;教师可以跟踪学生实训的全过程, 发现错误动作立即纠正, 保证练习的准确性。
(三) 考核
每个模块都配置一个理论试题库, 随机抽题, 智能组卷, 自动评分, 统计分析。实训考核实现了计算机和教学设备互动的考核系统, 实现了真实环境下的考核系统, 目的是为了考核学生解决实际问题的能力, 包括故障设置、分析故障、排除故障。
总之, 随着汽车信息化技术不断普及, 虚拟仿真实训教学将会得到更加广泛的应用, 大大提升现代汽车专业教学的实效性, 为汽车维修行业健康快速发展提供了人力资源保障。
参考文献
[1]闫娜.生产实训全场景仿真技术研究[D].大连理工大学, 2008.
[2]杨斌.高职院校实验教学的探索[J].四川教育学院学报, 2008 (6) :98-99.
机电专业虚拟仿真实验教学应用 篇9
实验教学是高等教育培养学生获取专业知识和技能的必要环节, 随着计算机虚拟技术和仿真技术在教育中的发展和应用, 虚拟仿真实验的地位日益凸显。尤其在机电类专业中, 虚拟仿真实验突破传统实验的限制, 在液压、数控等专业课程的实验教学中发挥了重要的作用。
二、虚拟仿真系统在实验教学中的优势
机电专业课程集机械、电子、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合。在实际实验时, 传统实验教学中用到的实验设备种类繁多、占地面积较大, 由于实验室空间限制, 单种设备往往数量比较少, 学生想要动手实验需要分组轮流使用, 实验设备因使用频繁元件极易损坏, 更新换代缓慢, 操作也比较复杂。为了弥补这些不足, 我们通过虚拟仿真技术辅助完成实验。虚拟仿真实验是通过软件操作来模拟实验过程, 得出仿真结果。与传统实验相比, 虚拟仿真实验具有以下优势:
1. 节省实验资源, 降低实验成本。虚拟仿真实验通常只需要计算机就能进行, 同一计算机可以完成不同课程多个实验项目的虚拟仿真。因此, 能够替代或者减少实验设备, 节省场地资源。此外, 虚拟仿真实验不需要耗材, 相对于专用的实验仪器设备, 硬件设备出现故障和损坏的几率更小, 极大地降低了实验的成本。
2. 实验内容更加灵活。实际应用中的实物实验设备一般都具有体积大、易损坏、种类少等问题。将虚拟仿真软件应用于机电专业教学实验中, 给学生的学习带来了极大的方便。使用虚拟仿真软件, 学生可以根据自己的想法, 设计自己所需要的实验坏境、实验目的, 并以此为基础, 完成整个实验, 验证自己想法的正确性。
3. 安全性高。学生在没有熟练掌握操作流程的情况下, 实际操作很容易产生人机伤害。比如, 在数控机床加工中, 错误的操作可能会造成电机损伤、刀具折断甚至异物飞出, 这样就给实验室带来了极大的安全隐患。虚拟仿真实验可以避免上述问题, 虚拟的设备不会对人机造成任何伤害。虚拟系统会自动提示错误的操作, 学生在实际操作前通过虚拟过程直观的了解了一些操作上的注意事项, 在一定程度上指导了实际操作, 规范了实际操作流程。
三、虚拟仿真系统在实验教学中的应用
( 一) 液压传动与控制
1. 液压课程及仿真软件概述。液压传动与控制是研究以有压液体为能源介质实现各种机械传动与控制的学科。研究液压传动及其控制技术, 就必须了解液压系统的工作原理、工作特点。但是仅仅通过课程理论学习对液压系统的了解具有很大的局限性, 我们需要通过实验来分析验证液压系统和元件的工作特性。因此, 液压传动与控制是一门与实验结合较为紧密的课程。
目前, 我校有两套FESTO公司的液压电液压实验平台, 每年约有120 名学生进行实验。实验室利用现有的计算机设备, 将虚拟仿真技术引入课程, 开设了液压泵的性能实验、节流调速系统实验等项目。实验室以液压分析软件为平台, 采用Fluid SIM软件进行虚拟仿真, 对仿真得到的数据进行分析处理, 然后通过分组进行实验台操作, 验证仿真得到的结果, 从而提高了实验效率。
2. 液压仿真实验实例。节流调速回路的基本功能是在三位四通换向阀的不同状态下, 双作用液压缸做往复运动, 调节节流阀的开口度, 观察双作用液压缸的运动速度, 记录数据, 通过实验数据处理来验证理论知识的正确性。利用FLUID - H软件和FESTO电液实验台模拟液压系统, 具体步骤如下:
( 1) 通过FULID - H软件构建液压回路图。如图1 所示, 该回路为进油路节流调速系统, 实验中需要用到的液压元件有: 双作用液压缸、压力表、液压源、三位四通换向阀。采用虚拟仿真软件操作, 能够方便的改变实验参数, 实验效率高。
( 2) 运行仿真系统。通过调节可调单向节流阀的开口度和液压缸的负载力, 来分析在不同开口度、不同负载的情况下, 液压缸的运动速度变化, 记录仿真结果。将仿真得到的数据进行处理, 生成节流调速回路特性曲线如图2 所示, 仿真结果与理论结果一致。
( 3) 在FESTO实物平台上搭建液压回路。参考液压仿真回路的设计, 在实验台上搭建实物回路, 验证仿真结果。
( 二) 可编程逻辑控制器原理与应用
1. PLC课程及虚拟组态软件概述。 可编程控制器 ( 简称PLC) 作为工业自动化三大支柱之一, 其应用几乎覆盖了所有工业企业, 是工业现代化的一个重要标志。《可编程控制器原理及应用》课程面向我校机械本科生, 是一门实用性、工程性和综合性都很强的课程, 课程目的在于使学生学习和掌握顺序控制系统的设计方法, 掌握设计原理与应用技术, 以适应工业技术发展的状况和社会需要。通过实验提高学生的动手能力、分析问题解决问题的能力, 加深对课程学习内容的理解。
使用组态软件设计PLC虚拟控制系统时。首先, 了解需要实现的控制目标, 然后通过变量设置, 虚拟界面设计, 动画设置, 命令语言编写等来完成系统开发, 这些工作主要由教师来开发。学生在熟悉面板和I/O分配的基础上, 进行PLC指令编写, 最终完成控制目标。虚拟系统可以通过动画效果展现实际工程动作, 学生更加直观的了解PLC指令编写及运行产生的效果。
2. PLC虚拟控制实验实例。以水塔水位自动控制系统为例, 水塔水位自动控制系统的基本功能是对水塔和水池中的水位进行检测, 通过检测到的水位数据, 做出相应的反应。要求学生通过PLC编程控制阀门1、阀门2 和水泵的运行, 其中水位的变化和水的流动通过组态软件编程和动画设置实现。
虚拟仿真系统主要设计步骤如下:
( 1) 上位机与PLC建立通讯。我校实验室采用松下FP∑系列PLC, 通过RS232 串口, 选择合适的通讯设置, 即可实现虚拟软件与PLC的实时通讯。
( 2) 设计图形界面。水塔水位控制的实验面板如图所示, 面板元素及变量包括水塔、水塔水位、水罐、水罐水位、水塔出水口、水罐进水口、从水罐向水塔抽水的电机及水管、开关按钮等。
(3) 变量定义及IO地址分配;
(4) 画面属性命令语言的编写;
(5) 编写PLC程序指令并下载到PLC中;
(6) 运行调试。
系统运行以后, 画面中能够清楚的显示水塔水位、水池水位的变化, 管道内水的流动, 指示灯随着水位的变化显示不同的颜色等效果, 逼近实际工程效果。
( 三) 数控技术
1. 数控技术与YHCNC软件概述。近几年来, 数控机床在工业生产中的使用越来越普遍, 数控技术也成为机械类专业学生必须要学习的课程之一, 但是直接用昂贵的数控加工中心进行学习很难实现, 为了满足教学使用的需要, 数控机床的虚拟仿真教学系统的发展, 具有重要的理论意义和实际价值。
我校现有YHCNC数控仿真系统十套, 每年满足100 多个学生的学习使用。YHCNC数控仿真系统可进行数控编程和加工仿真, 具有很强的三维仿真功能, 它是由三个窗口组成, 每一个窗口分别执行独立的操作, 并可以像实际机床一样在三个窗口之间相互交换信号。学生能够通过仿真任意设置工件尺寸、选择刀具, 机床在切削运动过程中会有故障报警功能 ( 碰撞、超程等) , 学生可以通过这些功能了解机床操作中可能会遇到的故障问题。软件采用对话框来简化刀具和功能的设置, 切削路径和刀偏路径可以同时显示, 通过编程输入将命令传给虚拟机床加工工件, 并实时显示程序路径和三维工件图形。
2. 数控虚拟仿真实验实例。以齿轮加工为例, 数控虚拟仿真操作步骤如下:
( 1) 在使用虚拟仿真之前, 先将需要加工的模型程序写到文本文档中, 并以NC文件格式保存, 在使用虚拟仿真系统时, 先将程序文件导入, 作为加工程序待用。
( 2) 根据需要加工的模型的尺寸大小, 设置合适的毛坯工件的尺寸, 然后根据加工件的特性, 选择使用合适的刀具。
(3) 对刀, 选择合适的加工原点, 为下面的机床加工做准备
(4) 系统开始运行。
( 5) 虚拟仿真顺利完成以后, 根据虚拟操作流程, 进行实际机床加工实验。
数控虚拟仿真机床的操作流程与实际机床的操作几乎一致, 这样既达到了让学生熟悉机床操作的效果, 也让学生了解了虚拟仿真的应用, 并且能够根据自己的爱好, 设计出自己想要的模型, 并实现加工完成。
四、机电专业虚拟仿真实验体系的构建
随着计算机技术、网络技术和虚拟仿真技术的飞速发展, 我校机电专业实践教学环节中的虚拟仿真实验的比重越来越大, 除了应用于上述专业课程, 在课程设计和部分毕业设计中都使用了的虚拟仿真系统。但对比于部分高校, 我校机电专业虚拟仿真实验室建设还处在落后阶段。一方面, 虚拟仿真系统在机械基础、机械制造等专业基础课程, 以及机器人、汽车等专业特色课程中的应用还比较少, 另一方面, 现有的虚拟仿真实验开放性程度还不够。本着提高学生学习能力, 丰富教学内容的原则, 我校在现有一定数量虚拟仿真系统的基础上, 正不断发展, 为学生提供更多优秀的实验资源和平台。
五、结语
将虚拟仿真技术引入到机电专业教学中, 可以促进教学方法的现代化和教学手段的多样化, 让学生自主构建虚拟场景, 激发学生的积极性和创新思维。虚拟仿真技术的应用, 弥补了传统实验的不足, 不但丰富了实验教学内容, 而且使学生通过人机交互的方式获得逼真的体验, 从中享受到学习的乐趣, 变被动学习为主动学习, 提高了学生分析问题的能力、设计实验的能力和设计效率。可以预见, 把虚拟仿真技术应用于机电类专业课程教学, 是教学发展的必然趋势, 也为实验室的开放提供了一种行之有效的解决方案。虚拟仿真技术会不断发展, 也会不断推进实验室的发展和实验教学改革。
近年来, 我校在实验实践教学中不断引入和增加各类虚拟仿真平台, 逐步建立机电液综合虚拟仿真实验室, 极大的丰富了教学内容, 提高了教学效率。虚拟仿真实验成为实践教学和研究中的有利工具, 激发了学生的兴趣和学习主动性, 提高了学生分析和解决实际工程问题的能力, 取得了理想的教学效果。
我校正积极发展虚拟仿真实验系统的建设, 为学习实践环节提供了极大的便利, 相信在不断地探索与发展中, 虚拟仿真系统建设将日趋完善, 为我校师生教学实践活动提供更多地支持。
摘要：简述虚拟仿真系统在机电专业课程实验教学中的应用, 以液压传动与控制、可编程逻辑控制器原理与应用、数控技术等课程为例, 介绍了虚拟仿真实验在机电专业实验教学中如何被设计和实现的, 虚拟仿真实验在实践教学环节中的作用日益显著, 并取得了良好的教学效果。
关键词：虚拟仿真,机电课程,实验教学
参考文献
[1]赵玉华.基于组态技术的PLC虚拟仿真系统[J].应用科技, 2005, 32 (12) .
[2]曹玉平, 阎祥安.液压传动与控制[M].天津:天津大学出版社, 2009.
[3]顾玉萍, 郝静.自动编程及仿真软件在数控技术中的应用[J].现代制造工程, 2007, (2) .
虚拟仿真实验教学中心 篇10
近几年来, 财经高校大力倡导和推进实验教学改革, 改善了实验教学的硬件环境, 保证了实验教学的有序开展, 这些工作一定程度上提升了财经类教学实验管理条件, 但是实验教学还存在一定的不足, 尚不能达到素质教育的要求, 如教学中存在教学内容探索性和创新性不强、教学场景与形式单调、学生主动参与性不强等问题。
基于上述因素, 需要从培养学生创新精神和实践能力方面对课程内在原理、重点和难点进行系统有效设计, 站在素质教育的高度, 统领不同专业实验教学体系, 使教学实验系统化、一体化和网络化。另外, 要克服实验流程固定单一, 验证性实验较多, 创造性实验较少的现象, 力争实现能力水平不同, 实验难度级别不同的针对性教学, 增加实验的挑战性, 激发学生实验兴趣, 做到因材施教。马敬峰等[1]从实验项目设置、课程体系构建和实验教学评价等方面进行了分析;刘有金等[2]提出了“大经管人才培养观”, 建构独具特色的经管类创新型应用人才培养模式;张正堂等[3]基于工商管理学科特点从实验教学宏观层面上给出了六大实验教学系统。另外, 部分学者从具体教学过程中也提出了见解, 蔡淑琴等[4]以“管理信息系统”为例提出实验教学体系的构想;李云程[5]基于模拟仿真实验构建分析了仿真实验及其教学设计中的问题。不难发现, 当前实验教学大多提出了实验设计的框架, 没有给出设计和改进实验教学的措施和方法。基于上述探讨和当前高校实验教学的现状, 提出了“体验实验”虚拟仿真教学, 探讨了虚拟实验仿真教学实现的思路、途径和有效解决措施。
当前实验教学与实现需求还有很大的差距。第一, 目前大多数教学软件是商品化软件, 应用性较强, 但存在程序固化、交互性差、二次开发、柔性不足等问题, 主要面向社会应用, 很少有针对实验教学开发的专门性软件, 导致学生在实验过程中主要还是基于软件的流程进行机械模仿、运行和验证等。第二, 实验教学软件没有很好地吸纳先进的信息技术, 界面单调、情节简单、挑战性不足, 没有很好地利用学生的竞争意识。因此, 在实验软件开发阶段需要以学生为主体, 合理论述、科学设计。基于当前实验教学的状况分析, 如果让学生真正从实验中体验到学习的兴趣性、创新性, 需要进一步改进教学理念、提出改进措施。
二、虚拟仿真实验环境的构建
财经类实验不同于理工类实验, 财经类实验教学不同与理工类实验教学。财经类实验大多含有定性管理决策等要素, 软科学成分较多, 财经类实验主要是探究社会问题, 训练学生运用财经类知识进行决策管理的能力。可见, 财经类实验中的决策大多是管理者参与实际问题的过程, 更多地体现人的决策活动。通过学生参与, 教师辅导的形式, 让学生在虚拟仿真教学实验中真正扮演决策者的主体角色, 并充分运用所学知识, 体验到财经类课程不是枯燥空洞的文字, 而是真实的管理决策过程。
基于这些思考, 提出了“体验实验”虚拟仿真教学, 以培养学生创新精神和实践能力为目标, 运用计算机仿真、人机交互、视频动漫等技术构建虚拟实验软件作平台, 基于网络技术实施开放性实验, 构建虚拟模拟训练场景, 学生运用所学基本原理和基本方法扮演决策者角色, 达到掌握知识、锻炼能力的目的, 创造一种难忘地体验经历的虚拟实验过程。这个定义与过去实验教学的认识有明显的不同, 在“体验实验”虚拟仿真教学中, 学生在实验中不是机械的实验操作员, 而是主动运用知识进行决策管理的决策者。为构建“体验实验”虚拟仿真教学环境, 引入了社会计算实验的方法。社会计算实验具有实际实验不可替代的作用, 特别是在由于技术、环境、成本、实验周期等条件限制而无法进行实际实验的场合, 能够提供多种社会模拟方案供决策者参考[6]。社会计算实验是利用计算技术和人工智能技术构造实验对象、实验环境和实验平台, 模拟现实世界物质运动的基本原理和规律, 探讨社会科学问题并进行实验的一种研究方法。
财经类实验课程存在定性化、社会化等特点, 完全采用理工类实验设计方法不可行, 而社会计算实验方法因其独特的优势为实验教学的改革提供了可行的思路和方案, 而Agent理论是实现社会计算的有效方式之一。图1给出了基于计算实验方法的社会类实验设计框架。图1给出了学生各自扮演现实生活中的决策者角色, 在企业管理规则的约束下扮演运营不同角色, 如营销Agent角色、前台服务Agent角色、销售Agent角色、采购Agent角色、会计Agent角色、出纳Agent角色、接收Agent角色和顾客Agent角色等。在计算实验平台上, 这些Agent作为实验的参与者, 在实验过程中充分运用课程中的基本原理、规则和方法进行工作, 完成自身扮演的角色。这里从社会实验理论 (功能设计范畴) 和计算理论 (实现方法) 两个方面解释计算虚拟实验环境。功能范畴包括实验系统范式提取、社会计算模型设计、定性要素计算设计和演变规则算法等内容;计算实验的实现方法运用元模型设计、分布式计算技术、数据挖掘与识别、人机接口与交互、视频技术等。在该计算虚拟环境中, 相关的教师和软件开发人员根据实验课程教学的目标和要求, 能够设计具有不同社会计算功能的实验软件包, 实现管理模拟实验、电子商务实验、金融模拟实验、会计电算化实验等财经类实验。通过该虚拟仿真教学环境, 学生能够实现实现理论和实验相结合、学生主体和教师主导相结合的“体验实验”虚拟仿真教学。
随着现代信息技术的发展, 虚拟实验教学环境需要更多地融入互联网技术和信息技术, 提升学生参与实验、创新实验、体验实验等方面的兴趣。第一, 设计界面友好的虚拟实验环境。基于图1的框架, 充分利用校园网络或3G无线网络开展实验教学, 采用TCP/IP协议、虚拟现实建模语言VRML开发C/S结构的三维网络虚拟教学环境, 提高学生参与实验教学的真实感和交互性。应用基于这种虚拟仿真教学环境改造传统教学环境;第二, 开发基于社会计算方法的“体验实验”虚拟仿真教学环境。根据学生心理行为特征, 以促进学生掌握基本理论和训练实践能力为出发点, 借鉴游戏软件的开发理念, 设计具有吸引力和挑战性的实验软件, 实现互动性的教学场景的改进和升级, 如企业决策模拟、生产运作管理决策、ERP沙盘模拟等均可实行人人机交互的虚拟环境, 真正做到实验吸引学生, 学生喜爱实验, 学生创新实验;第三, 充分利用现代信息技术。随着多媒体技术、网络技术、虚拟技术和仿真技术等信息技术的发展, 3D技术、动漫等音频图像视频技术, 借助Flash、Photoshop、Corel Painter、3DMAX等专业软件设计更加符合学生年龄特点、体现挑战与竞争的精神的虚拟仿真环境。
三、基于NetLogo平台的虚拟仿真教学
社会计算实验的研究和开发引起了学者们的关注, 其中NetLogo[7]是比较适合虚拟实验教学的社会计算实验平台, 能够模拟自然社会现象的建模编程, 可用于设计传统模型、模型库和共同参与式的仿真模型。研究者可自行构建大量Agent, 通过Agent间的相互作用获取个体微观行为和宏观现象之间的关系。适合学生、教师等人员模拟或开发实验教学模型, 支持学生在教室里通过网络或者手持图形计算器设备控制虚拟仿真环境中的Agent, 这种技术称为教室参与模拟工具包“HubNet”, HubNet是一种使用NetLogo在教室里进行共同参与式仿真的技术。
设计基于Netlogo平台的社会计算实验的目的是让学生能够在虚拟仿真环境中巩固知识、训练能力、提升兴趣、培养创新、体验管理过程、培养感性认识。通过在“体验实验”虚拟仿真环境中使用HubNet亲自决策、共同参与, 让学生像科学家从事实验一样进行研究性学习。例如, 为更好的理解基于博弈的多级订货过程, 学生可以模拟各级分销商Agent角色, 体验在实际订货中基于不同管理者的博弈策略, 分析订货过程中存在的牛鞭效应等现象。
虚拟仿真教学的实施步骤。第一步, 基于NetLogo平台, 界定学生学习领域和研究问题, 合理设计实验内容、实验流程与体验实验的软硬件支持技术;第二步, 分析计算实验的核心问题, 确定管理系统中学生作为参与者的角色、职责和权限, 让学生能够领悟、体验复杂管理系统原理的基本思想和内在真谛。例如, 设计一个股票市场。在股市中存在一些明显的动态趋势很难预测, 因为这个趋势反映了大量个人行为的更新而出现的个体行为的积聚;第三步, 根据教学要求建立不同社会计算实验模型, 每个学生使用HubNet设备, 学生在虚拟仿真环境中扮演系统运作行为的决策者。例如, 在Gridlock仿真中每个学生控制模拟城市中的一个交通信号灯, 整个班级试图使城市交通高效运行。仿真运行时收集数据, 以后这些数据能够在计算机上进行分析[7];第四步, 在几轮基于计算实验方法的“体验实验”模拟训练过程中, 学生在虚拟环境中不断巩固所学知识, 不断提升自身知识运用的能力, 锻炼实践能力;第五步, 社会计算实验模拟训练结束后, 显示学生的训练实验结果, 根据虚拟实验环境中的统计分析数据, 让学生体会和领悟虚拟环境训练过程中取得的长进, 并对实验成绩进行分析, 找出差距, 以便进一步提高学生自我能力。基于Netlogo平台的虚拟仿真教学软件的程序设计开发的案例、具体过程请参阅文献[7]。
四、结束语
在大力提倡素质教育的今天, 我国教育实验发展的三十年的发展历程中教育实验面临着一定的挑战和机遇[8]。本文主要基于所面临的挑战和机遇, 通过“体验实验”虚拟仿真教学环境的探讨, 分析了改进传统实验训练模式, 将理论讲授与“体验实验”模拟实训相结合, 使管理模拟实训与课堂理论教学合二为一, 进一步突出专业课程虚拟仿真教学的特色。通过“体验实验”虚拟仿真教学的实施, 有助于加深专业知识的掌握、激发学生模拟训练的兴趣、感受社会科学真谛, 培养良好的职业素养。
摘要：在大力提倡素质教育的背景下, 为提高财经类教育教学的质量, 探究有效的改进途径, 从财经类高校实验教学的状况出发, 提出了虚拟仿真教学模式。在计算机仿真教学的基础上提出了“体验实验”虚拟仿真教学, 运用社会计算实验方法构建“体验实验”的教学框架, 以NetLogo平台设计基于“体验实验”的仿真教学环境。仿真教学的探析为财经类实验教学的改革提供了有益的借鉴和参考。
关键词：虚拟教学,仿真教学,体验实验,NetLogo
参考文献
[1]马敬峰, 鲁保富, 陆开宏.基于学生创新精神和实践能力培养的实验教学内容改革与实践[J].中国高教研究, 2008, 11:92-93.
[2]刘友金, 廖湘岳, 向国成.经管类本科创新型应用人才培养模式研究[J].教育研究, 2010:100-103.
[3]张正堂, 陶学禹.实验教学:工商管理教学模式的必需模块[J].高等工程教育研究, 2003, 1:85-87.
[4]蔡淑琴, 石双元, 汤云飞.“管理信息系统”课程的实验教学研究[J].高等工程教育研究, 2003, 4:84-86.
[5]李云程.模拟仿真实验研究[J].现代教育技术, 2010, 20 (6) :132-134.
[6]张军.社会科学计算实验的实现方法[J].实验室研究与探索.2009, 28 (9) :54-57.
[7]Netlogo[EB/OL].http://ccl.northwestern.edu/netlogo/.
虚拟仿真实验教学中心 篇11
【关键词】高中；物理；实验；探究
目前对于物理演示实验的研究主要集中于在新课改的理念下，怎样才能更好的结合演示实验与学生在课堂上的主体地位，从而创建高效课堂；对于仿真物理实验的研究大多也停留在仿真物理实验的深入应用和设计方面，对于仿真物理实验在实验教学中应用优缺点的讨论。对于仿真物理实验的课堂应用效果研究较少。本文的主要内容在于研究物理课堂中的传统演示实验与基于flash的物理仿真演示实验的优缺点的讨论，哪种实验更有利于教学设计。
一、关键概念解释
探究即“深入探讨，反复研究”，笔者认为探究是人们发现问题、搜集数据、形成解释、解决问题从而实现从未知到已知的一个知识建构的过程。实验是学生进行科学探究的重要途径，是物理课程目标和内容的必要组成部分，学生学习和运用物理实验技能和科学探究方法。
虚拟仿真实验是指利用多媒体和仿真技术在计算机上对传统的真实实验中的各操作环节进行模拟，实验者可以像在真实的实验环境中一样完成各种实验项目，所取得的实验效果等价于甚至优于在真实环境中所取得的效果。虚拟实验建立在一个虚拟的实验环境（平台仿真）之上，而注重的是实验操作的交互性和实验结果的仿真性。
二、高中物理实验教学概述
物理学是一门以实验为基础的自然科学，在高中物理课程各个模块中都安排了一些典型的科学探究或物理实验。实验是科学探究的重要方式，大体上可以分为如下四种：
A.仪器使用类实验：如游标卡尺、弹簧秤的使用等；
B.测量类实验：如测定匀变速直线运动的加速度；
C.验证性实验：如动量守恒定律的验证等；
D.探究类实验：如探究平抛物体的运动，探究加速度与力、质量的关系等。
三、虚拟仿真实验的研究及应用现状
目前最权威的仿真实验教学系统是中国科技大学天文与应用物理系开发的大学物理仿真实验教学系统，该成果在国内一些高校得到广泛应用。这套软件的特点在于采用面向对象技术建模，对仪器和器件实现模块化，用数值模型建立仪器原理、实验设计、操作的各种数学关系，用图像模型表现操作的真实感，并用事件驱动方式将它们编制出来，使得这种软件具有任意的操作性和真实的交互功能，实现可设计性和真实感。
与在高等学校中的发展和应用状况相比，物理仿真实验在普通高中阶段仍然没有很大的发展，很多高中物理仿真实验，只是具有演示功能，离真正的交互实验、学生自主设置实验参数还有很大的距离。大多数只是在课堂上利用PPT来演示播放flash动画让学生观察，并没有让学生自己去操作。因此很大部分的仿真实验还不是真正的仿真！缺少开发高中物理仿真实验的人才，也是物理仿真实验在高中鲜有应用的原因，一般情况下懂物理实验教学的人不懂软件开发，懂软件开发的人不懂物理实验教学。
四、高中物理仿真实验设计与实现的必要性与优越性
1.仿真实验引入高中物理实验教学的必要性
高中物理是普通高中科学学习领域的一门基础课程，与九年义务教育物理或科学课程相衔接，旨在进一步提高学生的科学素养。高中物理课程有助于学生继续学习基本的物理知识与技能；体验科学探究过程，了解科学研究方法；增强创新意识和实践能力，发展探索自然、理解自然的兴趣与热情；认识物理学对科技进步以及文化、经济和社会发展的影响；为终身发展，形成科学世界观和科学价值观打下基础。
2.仿真实验在高中物理实验教学中的优越性
仿真实验在高中教学中应用，它不仅可以逼真地模拟实际的物理环境，也可以模拟实际的仪器，大量的真实实验都可以用仿真实验来模拟和再现。而且，仿真实验有着真实实验无法取代的优越性，这具体体现在：
（1）仿真实验具有可扩展性。
（2）通过计算机仿真模拟一些重要的、在现实实验环境下难以完成的物理实验，则可弥补常规实验仪器的不足，提高物理实验的演示效果。
（3）仿真实验在计算机虚拟的环境下，可以完成现实条件下不可能完成的实验。
（4）对于真实实验无法完成的抽象的物理现象和实验室无法完成的真实物理图景，仿真实验都可以完成。
（5）仿真实验可以突破客观条件限制，是一种较好的“理想实验”法。
五、虚拟仿真实验的优势和不足
Flash因其采用矢量图，具有交互性，所以虚拟仿真实验的图形界面可以做的非常逼真，操作也可以做到非常简单，比 Matlab 等软件在界面处理上要好很多，有利于我们让学生更直观的了解一些危险性实验。
由于 Flash 主要用于简单动画制作、动态文字制作、广告设计等领域，其本身不擅长科学计算，有时计算明显具有误差，并且在多层循环时，响应速度已经相当乏力，如果再在多层循环中进行大量运算，忽略仿真效果，忽略响应时间的问题，动画能也几乎不能正常运行了。
Flash 仿真实验仿真程度仍然不够高，数据和实验结果太过理想，过于符合所研究的规律，并且在一些仪器故障的分析处理等方面与真实实验差距较大。因此仿真实验不能完全取代真实实验。
虚拟仿真实验教学中心 篇12
近年来, 在国家新型工业化、信息化及两化融合战略下, 教育信息化及其应用技术获得了高度重视与发展。《国家中长期教育改革与发展规划纲要 (2011-2020) 》中指出:信息技术对教育发展具有革命性作用, 必须予以高度重视。《教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见》 (教高[2012]4号) 指出, 高等教育的人才培养模式中要加强创新创业教育。2015年11月, 国务院副总理刘延东出席第二次全国教育信息化工作电视电话会议并提出:教育信息化是改革教育理念和模式的深刻革命, 是促进教育公平、提高质量的有效手段, 是建设学习型社会的必由之路。培养学生的工程应用技能与创新创业能力, 将成为当前形势下高等院校人才培养的基本要求[1,2,3]。
教育信息化的核心是教学信息化, 要求在教育过程中较全面地运用以计算机、多媒体和网络通讯为基础的现代信息技术, 促进教育改革。虚拟仿真实验教学中心充分应用了教育信息化技术的发展成果, 同时虚拟仿真实验教学的发展也促进了教育信息化技术的应用。虚拟仿真实验教学的推广应用将对国内的高等教育的质量及创新教育的成效给予极大的促进。
本文基于地方本科高校建设信息与控制工程虚拟仿真实验教学中心的需要, 立足于本校信息与控制类专业的教学需求, 即满足建筑电气与智能化、自动化、通信工程三个专业, 兼顾机械设计制造及其自动化、计算机科学与技术、机械电子工程、光电信息科学与工程等专业的教学需求, 按分层模块化的方式构建了信息与控制工程虚拟仿真实验教学体系, 并通过教学实践对体系的效能进行了验证。
一、地方本科高校虚拟仿真实验教学中心建设需求与任务
虚拟仿真实验教学依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通讯等技术, 构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象, 学生在虚拟环境中开展实验, 达到教学大纲所要求的教学效果[4]。
自2013年启动国家级虚拟仿真实验教学中心建设以来, 各高校根据虚拟仿真实验教学的特点与本校的教学需求开展了大量研究工作。湖南文理学院作为一所地方型本科院校, 2014年确定为湖南省两所应用型转型试点高校之一, 2016年度被湖南省政府确定为“产教融合工程应用型本科高校”国家级转型试点推荐申报高校。近年来, 学校主动适应地方经济社会发展的需要, 积极推进深度转型, 学校重视学生综合素质能力培养, 通过不断深化教学改革, 形成了人才培养的新模式, 强化为地方企业提供人才培养和社会服务功能。在湖南文理学院信息与控制工程虚拟仿真实验教学中心的建设过程中, 主要按照虚实结合, 能实不虚的基本原则, 立足于满足建筑电气与智能化、自动化、通信工程三个本科专业的教学需求, 通过构建虚拟仿真教学体系、强化数字资源的建设, 优化实验与实践教学效果, 实现资源共享, 为本地院校及企业提供共享的数字教学资源。
二、虚拟仿真实验教学中心建设必要性
第一、虚拟仿真是满足我校楼宇智能化、自动化类专业教学需求的最佳选择。信息与控制工程虚拟仿真实验教学中心以满足建筑电气与智能化、自动化、通信工程三个专业的教学需求为立足点, 并辐射计算机科学与技术、计算机网络工程、机械制造及其自动化、机械电子工程、土木工程等相关专业的教学需求。
信息与控制工程虚拟仿真教学中心服务的建筑电气与智能化、自动化、通信工程等学科专业领域, 开设电力系统及传输、电气传动及控制、智能楼宇、建筑照明与供配电、中央空调系统、数控加工、智能通信系统等专业课程, 此类课程的实验教学需要大型、复杂的实验仪器与设备, 湖南文理学院专业实验室目前已经采购的专业教学仪器设备, 如中央空调系统、建筑照明与供配电实验系统、恒压供水系统实验装置、交直流电机调速实训装置、过程控制实验装置等相关的实验装置, 由于建设费用紧张, 目前我们实验室已经采购的大型设备台套数在1-4台之间, 部分新办专业如建筑电气与智能化专业的大型专业实验设备台套数大部分只有1-2台, 大力建设信息与控制工程虚拟仿真实验教学中心, 优先采用虚实结合的实验教学模式, 引导学生在实物实验前通过虚拟实验预先掌握实验原理、实验过程及实验结果, 再结合实物实验, 直接观察实验结果, 在实验课的教学过程中, 可通过分组实物实验等教学方式, 提升实验设备台套数少的专业实验课程的教学效果。
建设好我校的信息与控制工程虚拟仿真实验教学中心, 利用虚拟仿真实验与实验室实物实验相结合的方式, 使得学生在虚拟仿真实验的过程中能掌握系统及设备的实验原理, 能够有效解决设备台套数少及实验设备购置经费不足的问题, 实现较好的实验效果。
第二、虚拟仿真中心建设是促进我校教育信息化应用技术的必然选择。《国家中长期教育改革与发展规划纲要 (2011-2020) 》中指出:“信息技术对教育发展具有革命性作用, 必须予以高度重视。教育信息化的核心是教学信息化, 要求在教育过程中较全面地运用以计算机、多媒体和网络通讯为基础的现代信息技术, 促进教育改革[5,6]”。信息与控制工程虚拟仿真实验教学中心立足于建筑电气与智能化、自动化、通信工程三个工科型本科专业的教学需求, 通过数字化、网络化、智能化和多媒体化等技术手段, 实现开放、共享、交互型的新型实验实践教学模式, 可以拓展实验教学的时空范围, 学生通过网络访问的方式可以在寝室等场所进行虚拟仿真实验。
第三、虚拟仿真实验教学是培养学生自主搭建实验方案的最佳手段。在传统的实验教学过程中, 受到实验时长及实验设备台套数的限制, 绝大部分电气信息类的课程实验在教学过程中, 验证类实验占比较大, 而设计类实验和综合类实验占比较小。此外, 受到实验仪器设备的限制, 在设计类和综合类实验的方案设计中, 实验方案的制定同样受制于实验室的仪器设备数量与型号, 如模拟电子技术、数字电子技术、通信原理、单片机原理与应用等课程的实验, 借助于虚拟仿真实验平台可有效拓展学生进行实验的时间与空间, 培养学生独立设计实验方案并进行原理性验证的能力。在虚拟仿真实验室中, 学生则可以通过虚拟仿真实验进行自主化的学习和实验, 并且学生的操作过程有详细的解说和引导, 能够促进学生学习积极性的提高。
第四、虚拟仿真实验中心的建设契合了我校应用型转型背景下服务行业企业的需求。湖南文理学院2014年确定为湖南省两所应用型转型试点高校之一, 2016年度被湖南省政府确定为“产教融合工程应用型本科高校”国家级转型试点高校。近年来, 学校主动适应地方经济社会发展的需要, 积极推进深度转型, 学校重视学生综合素质能力培养, 通过不断深化教学改革, 形成了人才培养的新模式, 强化为地方企业提供人才培养和社会服务功能。在此基础之上, 信息与控制工程虚拟仿真实验教学中心的建设将迎合当地企业对专业知识获取的需求, 通过中心的数字资源共享, 协助行业企业对工程技术人员的技能培养, 进一步拓展学校的社会服务功能。
三、虚拟仿真实验中心教学体系建设
中心探索建立信息与自动化类专业的实验教学体系建设, 将“理论课程+实验”的理念引入到专业课教学中, 探索出了“理论授课-虚拟实验-实验室教学”三个层次的高校实验教学新模式。通过虚拟仿真实验的方式解决了如下问题:
1) 在虚拟仿真实验教学平台上开展各类实验的预操作, 可有效降低实物实验的损耗及提升实验的成功率;
2) 对于综合型、创新型及不易现场实施的各类型实验, 在虚拟仿真平台中可以通过不断修正实验模型参数、重组实验模型等方式进行改进, 满足了实验教学的灵活性要求, 同时提升了实验效率, 又极大地节约了实验成本与耗材。
图1、图2分别为信息与控制工程虚拟仿真实验教学中心的课程体系建设规划和四年不间断的工程实验培养规划方案, 其中虚拟仿真教学贯穿全程, 体现了两纵两横特点, 图2所示的第一横, 充分体现了我校自动化与电气信息与类专业统一布局、各专业横向联合的特点, 突出了多学科交叉、相关专业的各类教学资源充分共享、优势互补的建设特色。对于第一层次各专业的基础课程、学科通识类课程虚拟仿真实验教学, 包括模拟电子技术、数字电子技术、电工电子等课程的虚拟仿真实验教学, 供电气信息与自动化类专业共享, 在教学过程中采用可视化的虚拟仿真直观式教学手段, 可加深学生对专业基础理论知识的理解[7]。对于第二层次虚拟仿真专业课程, 可分成电工电子类课程模块、信息技术类课程模块及控制工程与技术类课程模块等三个模块, 覆盖电子技术课程群、嵌入式系统课程群、电工技术课程群、信号与系统课程群、通信原理课程群、检测与传感技术课程群、自动控制理论与应用课程群、计算机控制技术课程群及现代电气控制课程群等二十余门专业课程的实验实践教学, 各专业可根据本专业人才培养理论与技术掌握要求, 对不同的课程进行模块化的选择、重组及优化, 结合各专业实验室的具体情况, 使得相关课程的虚拟仿真实验能够发挥出辅助设计与分析和验证等教学功能, 弥补专业教学中实物实验的不足, 部分补齐设备与经费短缺造成的短板。对于第三层次的专业实验教学, 通常采用虚实结合、分成小组并相互协作完成的综合性虚拟实验项目, 在具体的教学过程中, 可结合各专业的课程设计、项目研发实践、毕业设计、学科竞赛 (如挑战杯科技作品竞赛) 等的需要, 体现出专业知识的应用能力, 同时满足工程创新创业型人才的培养需求。
在培养体系的第二横中, 构建贯穿大学四年, 全程不间断的虚拟仿真与实践教学体系, 如图2所示。通过连惯性强的实践课程教学体系, 将虚拟仿真教学手段与教学平台的作用融入到整个教学过程中, 采用虚拟仿真实验教学和工程实践项目的训练, 形成“课程就是实验室”、“课外就是实习基地”, 对相关专业学生加深学科知识理解、亲自操作完成复杂程度高、专业性强、存在操作危险的专业工程设计提供了一种直观、数字化、现场感的教学与训练平台。
四、总结
本课题按照国家建设虚拟仿真实验教学教学中心的精神, 基于应用型转型特点, 分析了地方本科高校建设虚拟仿真实验教学中心的必要性。服务于学校的教学需求, 进行虚拟仿真教学体系的建设, 按课程模块、知识掌握层次要求对相关实验进行系统性整合, 构建了贯穿大学四年人才培养全程的虚拟仿真实验教学体系, 通过虚拟仿真与实物实验相结合的运行模式, 对信息技术与控制工程类课程进行了模块化的分类与建设, 初步建成虚拟仿真实验项目近百项, 对湖南文理学院信息与控制类理、工科专业学生加深学科知识理解, 亲自操作完成复杂性高、专业性强的专业设计与工程设计技能提供了直观、数字化的训练平台。同时使得教学与实践得到更紧密的结合, 对我校加速培养高质量的工程技术人才将产生深远影响。
参考文献
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