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虚拟仿真技术的基本步骤范文1
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）23-0120-02
一、虚拟仿真技术
虚拟仿真技术（virtual reality，VR）又称虚拟现实技术、灵境技术或模拟技术，是利用计算机技术、网络通信技术、人工智能技术、自动化控制技术仪器仪表c测量技术等交叉产生的一种现代信息技术，是虚拟的系统模仿另一个真实系统的技术，能够创造一种高端的人机接口，包括通过视觉、听觉、触觉、嗅觉和味觉等多种感觉同等的实时模拟和交互，可以获得多维交互体验的虚拟环境。虚拟仿真技术有三个突出的特征：沉浸感、交互感和构想性。随着空间信息科学、计算机图形、多媒体技术、数字图像处理、人机接口技术、人工智能技术、传感器技术等的快速发展，虚拟仿真技术已经广泛应用于建筑、医疗、教育、军事、航天、服装、生产制造等领域。目前，也有一些文献论述了虚拟仿真技术在食品加工、食品检测、食品机械制造中的应用。
二、食品专业改革发展遇到的问题
1.传统教育方式无法激发学生对食品专业理论课的兴趣。兴趣是学习最好的老师。食品专业的理论课程中含有大量的基本概念、原理、公式推导，这些基础知识点比较抽象。即使教师结合实例讲解也很难激发学生对理论课的兴趣。例如：《食品工程原理》的基础知识比较广，理论公式比较多，主要教学目标是使学生利用数学、物理、化学及物理化学等学科知识去解决食品工业中所遇到的实际问题，该课程具有较强的设计、选型、安装和操作等工程特点。学生对课程中的理论、公式感觉很抽象，学习起来掌握不住要领，往往只能学习到一些简单的片段，在分析和解决具体问题时感到无从下手。
2.现有食品实验课程无法提高学生的食品专业实验技能。食品实验教学主要是教师讲解演示，学生模仿验证。这种“填鸭式”、完成任务式的实验教学，不能对学生针对性地进行创新和能力的培养。例如：食品化学实验课的教学通常是指定几个实验项目，如粉丝的制备与质量感官评价、蛋白质的盐析及透析、果蔬褐变机理等实验内容，老师将所需的试剂配置好，学生按四人一组分成若干小组，教师详细讲解实验原理、操作步骤，学生按部就班地模仿老师的操作步骤完成实验，最后撰写实验报告。这种教学方式使得学生主动学习的积极性不高，而且该教学方法在一定程度上限制了学生主观能动性的发挥和创新能力的培养。
3.食品工厂实习无法达到预期的教学效果。食品专业本科教学体系中有一个重要的环节就是工厂实习。但是，随着市场竞争日益激烈，工厂以不断提高企业效益为主要目标，而接收大学生实习已不再是必须履行的义务；其次，现代食品工厂趋向自动化、连续化，为了保证产品质量与安全，厂房绝对不允许学生动手操作；再次，学生在实习现场基本就是看和听，没有参与和动手的机会，学生也逐渐失去新鲜感，结果导致工厂实习形式化，无法达到预期的教学效果。
4.食品专业知识和实验技术片段化，没有形成一个整体的结构。现在食品学科被分割成多个课程进行学习，学生学习完各个课程后往往没有将食品学科整个知识点和实验技术整合起来。知识点和实验技术的片段化使得学生无法提高自身的综合水平，无法将所学知识和技能灵活应用于生产实践。例如：《食品加工》主要介绍了各个食品的加工方式和原理，《食品营养学》主要介绍了各个营养素的功能，这两个课程的内容似乎没有关联性，学生只能片段化地学习，无法将两者综合起来。
三、基于虚拟仿真技术促进食品专业改革，推动食品专业的发展
1.通过虚拟仿真技术激发学生对食品专业理论课程的兴趣。研究表明：在理论课程上应用虚拟仿真技术，可以将抽象的概念形象化，静态的知识点动态化，可以形象地展示结构功能，提高食品理论课的授课效果。例如：《食品工程原理》这门课结合虚拟仿真技术，让学生可以看到食品工业生产过程中各个单元操作的基本原理及典型设备的结构原理、操作性能，使学生将食品工程原理的知识与虚拟仿真平台上看到的生产设备和工艺过程联系起来，使学生深切体会到食品工程原理课程中所讲述的每个单元操作都与食品专业学习密切相关。生动形象的学习便于学生理解，提高教学质量。
2.将虚拟仿真技术与食品实验教学相结合，提高食品实验教学的效果，激发学生的创新性。随着虚拟仿真技术引入实验教学中，许多研究表明：虚拟实验可完善食品真实实验不具备或难以完成的教学功能，如一些成本较高、需要用高档仪器操作的实验等。食品实验教学中大部分是分组实验、分工合作，学生个人没有机会操作完整的实验。通过虚拟仿真技术平台，学生可完整地操作一遍实验技能，掌握每个实验细节。例如：食品化学实验通过虚拟仿真平台可以让学生自己思考做什么实验，用哪些试剂，设计实验方案。学生通过在虚拟仿真平台上操作，验证自己实验设计的合理性，激发了学生的思维能力和创新能力；同时，通过失败经验获取知识和要点，思考失败的原因，巩固了所学的知识，提高了动手能力。
3.构建实景虚拟仿真门户，增强食品工厂实习类课程的果效。实景虚拟仿真门户，可在食品工厂原地取景，从厂房布置、车间设备摆设等方面按照实习基地实际比例进行排布。结合实习基地的真实情形，提炼实习教学素材，配建厂房设计讲解、工厂设备操作讲解、实习提示等内容，让学生在进入工厂实习前，先通过实景虚拟仿真门户了解实习基地的完整情况，并提出专业问题。教师在后台收集这些问题，在实习基地现场进行讲解。以果蔬饮料生产实习为例，学生先通过虚拟仿真平台了解果蔬饮料生产的基本原理、工业化生产流程及各工序的主要参数，通过虚拟仿真平台向老师提出自己的疑问，在参观果蔬饮料工厂的时候，教师邀请企业技术人员通过现场讲解和专题讲座为学生答疑解惑，让学生了解到工厂的生产、企业的经营和管理。
4.利用虚拟仿真技术，综合食品专业课程，完善食品课程资源的建设。自从虚拟仿真技术在教学中广泛应用之后，大量研究表明利用虚拟仿真技术可优化教学资源的建设和积累，提高教学质量。食品专业课程可基于虚拟仿真技术，优化教学流程。例如：让学生在课前通过虚拟仿真平台自学课程内容，在课堂上与老师探讨自学过程中的疑点和难点，使得学生从被动学习转化为主动学习，教师从“填鸭式”授课转化为探讨式授课。其次，食品专业课程可基于虚拟仿真技术，优化教学内容。例如：食品专业的课程内容有一些是重复的，那么重复的内容可以让学生在虚拟仿真平台上自己巩固，而新的知识点可以作为课堂教学的主要内容。再次，通过虚拟仿真技术平台，片段化的食品专业课程可以被综合起来。例如：在平台上要求学生设计一款具备一定功能的产品，学生需要市场调研获得市场缺乏哪方面的产品，根据产品功能，再依据所学的食品原料学、食品营养学和食品化学等知识提出产品配方，依据食品工艺学、食品工程原理、食品加工学等知识提出产品工艺，依据食品毒理学和食品卫生学控制产品的安全性；最后，基于虚拟仿真技术，教师可跟踪学生的学习情况，收集学生的学习难点，这样可以使课堂教学内容有针对性，提高教学效率和效果。
⒖嘉南祝
[1]王宁.浅谈虚拟仿真技术[J].大观周刊，2011，（38）：18-19.
[2]胡晓辉，万嵩.计算机虚拟仿真技术在高教中的应用研究[J].高教学刊，2015：81-82.
[3]王波.虚拟制造技术及其在食品机械设计制造中的应用[J].食品科技，2009，34（11）：108-111.
[4]赵刚.虚拟仿真技术在食品加工教学中的初探[J].北京农业职业学院学报，2010，24（3）：70-73.
[5]杨世凤，赵继民，王秀清，等.基于虚拟仪器技术的食品物性检测系统的研究[J].农业工程学报，2007，23（8）：176-180.
[6]谢慧明，余顺火，孙汉巨.食品工厂生产实习教学改革初步实践[J].合肥工业大学学报，2009，23（2）：11-14.
[7]安建强.基于虚拟仿真技术的创新训练研究与实践[J].实验技术与管理，2015，32（12）：179-182.
[8]刘为浒，郝佩佩，黄骥.虚拟仿真技术在本科教学中的应用研究[J].中国农业教育，2016，（3）：91-95.
The Influence of Virtual Reality Technology on the Reform and Development of Food Specialty
LI Jing，CHEN Nuo，DEND Ze-yuan，RUAN Zheng
（Nanchang University，Nanchang，Jiangxi 330047，China）
虚拟仿真技术的基本步骤范文2
关键词：虚拟仿真；砂型铸造；金工实习；机械制造技术
虚拟仿真技术是21世纪信息技术的代表，它的互动性和逼真性有望给传统教学方式带来革命性的升级[1-5]。教育部2018年4月18日印发了《教育信息化2.0行动计划》，明确提出加快面向下一代网络的高校智能学习体系建设的智慧教育创新发展行动，其中示范性虚拟仿真实验教学项目是重要的载体[6]。目前，虚拟仿真技术在冶金教学方面已有不少成功引用的案例[7-9]。本文通过构建金属砂型铸造成形虚拟仿真实验平台，以交互式的虚拟三维模型，引导学生熟悉砂型铸造的步骤、工艺及质量分析等，以期探索虚拟仿真技术在金属成形实践教学中的应用方式，为教学模式的革新提供借鉴。
一、平台架构及操作
平台架构虚拟仿真实验平台采用Unity3D制作，平台架构如图1所示。置入不同模具（零件），学生根据所学知识选择浇铸系统与分型面，确定成形工艺，按照步骤执行，仿真最后铸件成形质量，反推成形工艺对成形质量的影响，总结出影响铸件质量的关键因素，生动、快速理解液态金属成形技术要点。虚拟仿真砂型铸造交互操作分为13个步骤：安放模具，用鼠标将所选零件放置于砂箱内；填砂紧实，通过控制铲子，将型砂填入砂箱，并用压头压实；修整，控制模板，将型砂抹平；翻转下砂箱，控制下砂箱，将其翻转；修整分型面，撒上分型砂；放置上砂箱，控制浇口棒放于合适的位置；填砂紧实，控制铲子，用型砂填满上砂箱；修整，控制模板修整；插通气孔，用针在合适位置布置通气孔；拔出浇口棒，并分开上下砂箱；起模，用针起模；修型，挖内浇道；合箱，将上下砂箱合上，开始浇筑。学生首先在模具库中选择要铸造的零件，每种零件对应有1种或多种成形工艺方案，选择完成后进入交互场景。场景中有上下箱体、铲子、刮刀、型砂、木板、模具等，学生用鼠标点击工具可进行拖动与操作，场景中有文字提示，可引导学生操作。主要面向机械设计制造及其自动化、车辆工程、机械电子工程、工业工程等机械类及近机械类专业的二、三年级本科生开设。在使用该虚拟仿真实验平台前，要求学生已经修习了机械制图、金属工艺学等课程内容，已经熟悉和掌握相关专业知识。
二、特色与创新
平台特色液态金属成形实验涉及高温金属，学生必须在充分掌握成形技术后方可实际操作，难以做到铸造零件的多样性，也难以做到浇铸系统和分型面选择的多样性。因此，本平台采用虚拟动画，选择不同零件，根据不同零件设置不同成形工艺，最终得出铸件，仿真铸件的质量，并进行质量分析，反推工艺参数的确定。软件经过编译后，可在个人电脑安装程序，对电脑配置要求较低，目前市面主流配置的电脑皆可流场运行。该教学方法的创新具体体现在以下三个方面。首先，实现理论课堂和实验教学的结合。采用所开发的虚拟仿真实验平台，在理论课堂可方便进行实验操作，打破了传统实验教学与理论课堂的脱节现象，实现了理论和实验教学的紧密结合。其次，实现课堂翻转，使学习的决定权从教师转移给学生。采用该虚拟仿真实验平台，学生可以在渲染的虚拟信息指导下进行实验操作，多样的互动性使学生迅速理解机构的工作原理和特性等，促使主动学习。第三，实现虚实融合互动的机构虚拟仿真实验教学。采用该虚拟仿真实验平台，可在真实的环境中通过交互操作来实现虚实融合的实验体验，克服了传统纯虚拟仿真实验教学存在的脱离实物、不能进行实践教学的现象，易使学生从被动的接受者转变为主动的学习者。完成实验步骤后，通过铸件质量的仿真及质量分析，提供铸件成形工艺的判断，可视化的评判，使学生更易发现问题所在。传统的实验教学提升了材料成形技术基础和金工实习中液态金属成形的教学效果，但仍然存在零件多样性差、工艺单一的问题。本项目在此基础上，借助虚拟仿真技术，通过虚实融合实现自然的人机交互，提供了更智慧化的学习环境，是对传统虚拟仿真实验教学的延伸。该虚拟仿真实验平台，提供多样化的零件及成形工艺，为学生提供了一个不受时间、空间限制的智慧化学习环境，并且实现了理论课堂和实验教学的结合，是对传统的实验教学的拓展。使用该辅助教学平台后，采用不记名问卷调查方式，统计学生主观评价。83.3%学生认为，该虚拟仿真实验平台有助于快速熟悉砂型铸造的工艺流程。75%学生认为通过平台的使用，加深了对金属铸造成形知识点的理解。87.5%学生认为该虚拟平台增加了学习的趣味性。66.7%学生认为用过平台的使用增加了对课程的和专业的热爱度。在意见或建议一栏，学生主要反馈模型数量偏少，操作流畅度需要进一步提升。从调研结果来看，虚拟仿真在金属铸造成形中有较好的应用效果，大部分学生对互动教学内容感兴趣，加深了对课程教学内容的理解，拓展了铸造知识面，有助于实习的顺利进行。调研结果表明，虚拟仿真技术在金属成型技术的教学中有较大的应用前景。随着模型库的扩展，本平台可逐步实现复杂零件的砂型铸造演示，并可向其它铸造工艺拓展。
三、结语
虚拟仿真技术的基本步骤范文3
关键词：电子电工；实验；仿真技术
中图分类号：TP399 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）19-0202-02
实验教学能够积极提升学生的动手能力与实践水平。传统的实验教学中存在的常见问题：学生对仪器设备不熟悉，不能完全按照操作规范进行操作实验，造成仪器设备的损坏，甚至带来人身伤害等。模拟仿真技术的出现解决了这些常见问题，下面我们就来探讨模拟仿真技术对电子电工实验的影响，以及如何利用模拟仿真技术改变传统的电子电工实验教学。
1 模拟仿真技术在电子电工实验中的优势
传统的电子电工实验需要专业的实验室，专业的仪器设备，需要购买大量的教学实验器材，再加上仪器、设备的日常维护费用，就需要投入大量的资金来确保实验室的正常运转。此外，在学生进行实验操作过程中，指导教师要全程引导和时刻关注实验的进展，确保实验过程安全，避免出现由于操作失误造成仪器设备的损坏，甚至人身意外伤害。实验前后，指导教师还要对仪器设备进行例行检查，清点、准备实验器材，完成一系列的相关工作。与传统的电子电工实验相比，模拟仿真技术，具有明显的优势，仅仅借助EWB、Multisim、Matlab、MAX+plusII等仿真软件提供的实验平台就能完成日常的教学实验，实验平台提供的虚拟仪器、虚拟元器件完全能替代实物元器件，学生能够根据需要进行各种内容的常规模拟仿真实验，仿真结果与传统实验室获得的结果基本吻合。电子模拟仿真实验具有以下优点：一是不需要专业的实验室、专业的仪器设备，不需要大量购买实验器材，电子元器件等必备物品，节约大量资金；二是仿真实验平台提供的各种类型虚拟元器件基本上能满足实验的需要，特别是个别昂贵、不太容易购买到的实物元器件，在仿真实验平台都能找的到；三是实验过程中，学生根据需要随时都能修改虚拟元器件的参数进行仿真实验，整个过程方便、快捷；四是实验过程不需要指导教师全程关注，即使学生操作失误或线路连接错误，也不会出现意外事故，最多是模拟仿真实验没有结果，或者系统提示错误。五是学生可以根据显示错误代码，根据错误代码或系统提示，进行查错、修改，直到得到预期结果；六是模拟仿真实验提高实验操作的效率，缩短了电子设计的周期。
在安全性方面，一般来说电子电工实验都具有一定的危险性[1]。例如，学生在进行强电实验过程中，如果电路连接错误，容易造成线路短路，烧坏线路，甚至出现电火花和冒烟现象，极易引发火灾，对学生的人身安全和实验的仪器设备的安全构成威胁。与此同时，如果学生在实验过程中没有严格遵守操作规范实，也极易对实验仪器设备造成损坏。例如，在进行逻辑电路实验的过程中，芯片位置的安装一旦出现错误，会造成芯片烧损，实验数据的丢失，甚至影响到实验设备的正常使用。如果我们借助模拟仿真技术进行实验，学生的实验操作主要依靠计算机软件来完成，这就不存在上述安全方面的问题。
2 模拟仿真技术在电子电工实验的应用
随着现代电子技术的快速发展，模拟仿真技术在电子电路设计、电工实验中得到了快速普及与应用。日常简单的模拟仿真实验，仅需要一台电脑就可以完成，学生根据系统提示信息、错误代码，就可以快速的找到错误点进行修改，模拟元器件在实验过程中所具有的特性与实物元器件的特性具有一定的相似，而且仅靠修改元器件、仪表的参数就能取代传统实验过程中更换元器件和仪器设备的步骤，节约了实验成本，避免资源浪费。与传统的实验教学相比，模拟仿真技术所具有的最显著的特点就是方便、快捷、高效，更能吸引学生，激发学习兴趣，同时也促进了教学质量的提升。
模拟仿真技术不需要专业的实验室，网络多媒体技术的快速发展也为模拟仿真实验提供了便利条件，也促使了实验教学方式的转变。在实验教学中，不需要到专业实验室去，老师可以利用多媒体教室，采用多媒体教学的形式为学生进行演示，借助人机对话的形式对学生进行指导，借助仿真实验，观察由于电路、虚拟元器件参数的变化带来的仿真实验结果的变化，并对过程、结果进行分析、测试，通过对比仿真结果与理论结果得出实验结论，与在实验室做实验一样，同样能够使学生感受到实验氛围。
模拟仿真技术尽管有许多显著的优势，但是还是不能完全取代传统的实验教学。传统的实验教学培养了学生的动手实践操作能力，这是仿真技术无法替代的，在实验教学过程中，二者相辅相成，只有这样，才能相得益彰，从而能积极促进电子电工实验教学水平的提高。
3结论
综上所述，在电子电工的实验教学中，合理应用模拟仿真技术具有非常重要的意义。与传统的实验方法相比，通过这种开放式的实验模式，学生更能加深对理论知识和概念的认识理解。模拟仿真技术的应用，拓展了学生的可操作空间，在实验中提升了创新和综合分析的能力。
参考文献：
虚拟仿真技术的基本步骤范文4
关键词：仿真技术 电工电子教学 ewb 应用
随着经济全球化的来临，企业对技工素质要求越来越高，在技校生源素质偏低的情况下，如何创新教学方法手段，提高教学效率和质量，多快好省地培养大批高素质人才，是一个需高度重视的重要课题。笔者在学校计算机电气教学部和电子教研组领导的大力支持与指导下，在所教班级的电工电子教学中进行计算机仿真教学实验研究，将仿真技术引入课堂教学和实验实训中，显著地提高了教学效率、效果，节约了教学成本，有效地提高了学生学习应用新知识、新技术的能力，受到了学生的普遍欢迎和好评。本文结合这一教改试验的实践，拟对仿真技术的应用作一些探讨。
一、仿真教学的优越性及常用仿真软件的特点
仿真教学，是指应用软件和技术借助windows平台进行辅助教学活动。随着仿真技术的不断发展，仿真教学越来越受到人们的青睐。与传统教学方法相比，仿真教学具有以下明显的优越性：一是仿真软件中的虚拟仪器和元器件与实物非常接近，易学易懂，学生爱学爱用，兴趣高，且不受场地限制；二是仿真演示和仿真实验实训直观、清晰、生动，使抽象的概念原理直观化、形象化，有利于突破难点、加深记忆；三是仿真教学、仿真实验实训不必直接接触强电，不用进行元件安装和焊锡操作，从而避免溅锡伤人、线路短路触电等危险，达到安全的目的；四是采用仿真实验、实训，可随意调出软件中元器件库虚拟仪器及各种元器件进行模拟设计、安装，利用虚拟仪器对设计好的电路进行调试及分析，不仅测试仪器的图形与实物相似，而且测试结果与实际调试基本相似，如同置身于实验室中，既节省了购买大量元器件和高档仪器的费用，又避免了仪器损坏和元件消耗。这种仿真实验可由教师结合教学内容通过多媒体教学平台演示完成，也可由学生在课外参照有关习题完成。通过人机对话的方式，使每个人都能亲自动手接触电路，进行元件接线、参数设定，边连线，边测试，边修改，边分析，并与理论计算结果进行对比，还可随时调整和修改元件参数，分析各元件参数对电路的作用与影响。通过这样的实验来验证理论，加深了学生对理论的认识，教学效果良好。
近年来，随着计算机网络技术的普及，仿真技术得到了迅速发展。国际上一些著名公司先后设计开发了一系列仿真软件，为仿真教学提供了强有力的技术支撑。例如，multisim2001就是加拿大interactive image technologies公司推出的电路设计和仿真分析软件，它将电路原理图、电路仿真及pld设计三者合一，利用该软件可以建立模拟、数字及其混合电路，并进行仿真。其特点是：易学，实用性强，界面简洁，元件库齐全，仿真功能强大。又如加拿大interactive image technologies公司设计推出的ewb（electronics workbench），不但是一个非常优秀的电子设计软件，也是一个非常优秀的电子技术模拟实验平台，它提供了示波器、函数发生器、万用表、频谱仪和逻辑分析仪等虚拟电子设备，还提供了14种分析工具、4种扫描分析、8000多个元器件模型，其选用的仪器和元器件与实际情况非常相近。使用者可方便地进行原理的输入和仿真测试，观察电路的工作状态、稳定性、灵敏度，还可以观察条件、参数变化时电路的变化情况，学生们只要能正确使用常规仪器，都能较快地掌握软件所提供的虚拟仪器的使用方法。ewb界面直观，操作方便，为电类课程的实验、设计等教学环节提供了极大的便利。现在，许多技工学校都建立了一定数量的多媒体教室，而且还在普通教室里安装了多媒体设备，从而为应用仿真软件辅助教学创造了条件。因此，在教学中推广应用仿真技术是完全可行的。
二、应用仿真技术辅助教学的实践
电子技术、电子电路、脉冲与数字电路等电子类课程概念抽象、直观性差、原理难懂，加上技校学生普遍素质偏低，对理论教学缺乏兴趣，故此传统教法的教学效果比较差。针对技校生的实际，笔者将仿真技术应用到上述课程的教学活动中，达到了事半功倍、省时高效的效果。
1.应用仿真技术演示抽象内容，激发学生兴趣
兴趣是最好的老师。在电子技术课程教学中，笔者常应用仿真技术巧妙精彩地导入要讲的内容，以激发学生的求知欲。例如在讲授半导体特性这一课题时，学生对电子流和空穴流往往难以理解，为此，笔者应用仿真技术在屏幕上模拟出电子流和空穴流的流动过程：在电场力作用下，电子连续不断地向电源装置的正极移动，形成了一条电子流；而空穴则向电源的负极移动，形成了一条空穴流。它们形成的电流方向一致，外电路的电流等于电子电流和空穴电流之和。通过这样的演示，同学们不但兴趣盎然，而且较好地理解了半导体导电的这个重要特征。
2.应用仿真技术演示电路特点，突破教学难点
将抽象的原理、概念、公式推导直观化，有利于学生理解和记忆，从而突破教学难点。例如电子线路中有关整流滤波电路的教学，传统教法是由教师通过分析电容的充放电过程对输出直流电压的影响，得出一个输出电压的波形图，然后对波形图进行分析，推导出求电容容量c的关系公式，但学生往往感到公式抽象，实际中不会应用数学公式。为了突破这一难题，笔者就利用multisim2001软件，模拟该电路，操作步骤如下：①选择程序中的multisim2001，进入原理图形设计环境的工作界面；②执行菜单options\preferences设置图纸大小、颜色、字体、连线宽度、边框等；③在元件工具栏中找出所需的元件，把它们拖放在工作区域，放置好元件后，再给元件连线；④先用手动连线，然后由multisim2001自动完成连线；⑤对元件进行参数调整，先选定元件，然后双击鼠标左键，改变对话框中的各顼内容，达到改变元件参数的目的。经过上面几个步骤最终可得到整流滤波电路图。整流滤波电路图搭建好后，就可以从仪表工具栏中调出示波器并合理摆放，然后将示波器a通道接输入信号端，b通道接输出端。该示波器的界面与实验室里常用的示波器的面板很相似，其基本操作方法差不多。启动电路仿真开关，示波器屏幕上出现输入和输出两个波形。这时可以通过调节按钮不断改变电容的容量c的大小，观察示波器波形变化，通过波形图的比较就可以直观地看出脉动系数与电容容量c之间的关系：当容量c增大到一定数值后，输出的直流电压基本是平滑的，继续增大c，直流电压的变化不明显。这就给我们选择滤波电容容量提供了实际依据。经过这样的仿真演示，同学们就较好理解了这一问题，从而有效地突破了教学的难点。
3.应用仿真技术将仿真实验引入课堂，有利于一体化教学
以往进行理实一体化教学，教师需要带学生到实验室上课，或将实验仪器设备搬到普通课堂，十分不便。为达到省时高效，笔者将ewb的仿真实验功能引入课堂，进行一体化教学，开展师生之间、生生之间的互动交流，教学效果显著。例如，在教集成运算放大器应用的“反相与求和电路”课题时，就应用ewb仿真软件在大屏幕上打出图1所示的仿真实验接线测试图（见图1）。
图1、反相与求和电路ewb模拟实验接线测试图
图1中ic为理想集成运放，当ui2不接时为反相比例运算电路，u0=- uil，通过改变r1和r3的值，可以改变输出与输入电压的比例。当接上ui2时为反相比例相加运算：u0=-（ ui1+ ui2），通过改变输入电压ui1、ui2或改变r1、r2和r3的值，在输出端可获得比例相加的输出电压。笔者应用ewb仿真，边演示，边讲解，十分方便地分别演示接上或不接上输入电压时输出端输出电压变化的情景，使学生直观地看到，当改变ui1、ui2或r1、r2和r3的值时可以获得不同的输出电压，应用ewb将此电路稍作改动即可验证同相求和电路、微分电路和积分电路。在讲、练的同时，笔者还要求学生在课堂中即时操作或进行生生互动交流，通过这样的讲练结合，教学效率明显提高了。
4.应用仿真技术开展模拟实训，实行“虚实结合”
过去，因受场地、经费、器材等硬件条件限制，电类专业的实习课题和时间安排往往达不到规定的要求，不利于学生实践能力的提高。随着仿真技术的应用，在教学中，笔者选取有代表性的课题，开设了一定比例的模拟实训，实行实物实训与模拟实训相结合，发挥了模拟实训省时、高效、安全、经济的长处，解决了过去实训课完全依赖实验仪器，且电子元器件损耗大和实验仪器损坏后维修不及时的问题。笔者的做法是，对基本测量技术、常用仪器仪表及元器件使用、基本电路设计等电子专业的基本功，原则上都进行实物实训；对用真实仪器难以显示或需消耗昂贵元器件的课题，通常采用模拟实训；对设计性、综合性的实训项目，通常安排学生先进行ewb模拟预习，在理解实验原理的基础上再安排实物实训。这样将虚实两种实验结合起来，可以大大提高实训实验效率和质量，节约教学成本。
5.应用仿真技术充实、丰富第二课堂活动，提高学生的创新能力
搞好第二课题活动，有利于学生为适应就业市场竞争而提高就业能力。所以，笔者在课余积极指导电子专业学生开展第二课堂活动，利用ewb进行电子线路应用、设计的模拟训练，有效地促进了研究性学习，提高了学生的电路设计水平。例如，我结合脉冲波形的产生与整形的教学，指导学生应用ewb软件进行单稳态触发器电器电路仿真实验，用信号发生器产生触发信号作为输入信号，通过示波器观察输入、输出波形。在仿真实验的基础上进行电路设计，再应用ewb模拟验证，然后动手制作实物，使学生的电子制作水平显著提高。
三、实施效果及思考
在学校计算机电气教学部和电子教研组领导的大力支持与指导下，本人在所教班级的《电子线路》、《电子cad》等课程教学中进行仿真教学试验，均取得了良好的效果，显著提高了教学效率，充分调动了学生学习的积极性，提高了教学效率，节约了教学成本，受到了同学们的普遍欢迎和好评。通过班级的问卷调查表明，学生们普遍认为，仿真教学在课堂气氛、吸引力、学习兴趣、理解知识、记忆程度、学习效果等各个方面都明显优于传统的知识讲授，值得推广。这一项教改试验的成功实践表明，仿真技术作为一种高新技术，可以通过计算机及多种输入输出设备创建一种虚拟的情况，让学生产生与现实生活一样的感觉，使学生的学习兴趣和学习积极性大大提高，变被动学习为主动学习，提高学习效果。
总而言之，仿真教学虽然不能完全取代真实的传统教学和实训，但只要我们充分发挥仿真技术的特点，使仿真教学与传统知识讲授有机结合、融为一体，就一定能有效地减少教师无效的工作时间，提高工作效率，节约教学资源，充分调动学生的学习积极性，变被动接受灌输为主动建构知识，从而提高学习效率和效果，实现多快好省地培养高素质技能人才的目标。
参考文献
[1]崔建明 电工电子技术[m].北京：高等教育出版社，2008。
虚拟仿真技术的基本步骤范文5
1 环境工程学的特点及传统教学中存在的问题
随着环境控制技术迅速发展，污染控制工程理论和实践的知识量也越来越多，知识点的更新速度也越来越快。我国各理工科院校的环境科学专业基本都开设有环境工程学课程，但纵观课程的教学现状，存在诸多不尽如人意的地方。
1.1 教学内容多且广泛
环境工程学包含废水污染控制、大气污染控制、固体废物处理以及噪声控制等，内容多而杂，容易造成学生对知识的掌握广而不深，学而不精。对应的专业教材知识更新慢；理论课程课时过多，实践课程课时少，专业技能训练难以保证[1]。
1.2 实习实训教学效果差
环境工程课程实习实训都是集中将学生带到某个与专业相关的单位比如污水处理厂，学生只能参观某些处理单元，不得随便操作任何设备、仪器，对于如何控制管理水处理工艺的运行、如何解决运行问题等，仍然得不到学习和锻炼。实习实训教学现场通常比较嘈杂，学生对参观的内容往往是“走马观花”，不能达到实习实训的目的。
1.3 实验项目偏少且单一
环境工程实验作为环境工程学理论课程的后续实验课程，该课程不仅能加深、巩固学生对环境工程基本理论的理解，同时还可增强分析问题和进行科学实验的独立工作能力；有利于掌握有关环境工程实验研究方法和实验技巧，培养整理、分析数据能力，提高环境工艺、工程方面的科研思维能力和创新意识。但是目前环境工程实验教学仅限于几个固定实验，比如：活性污泥实验、大气除尘演示实验、氧传递系数测定实验等，实验项目偏少。教学方式大多是在教师讲解之后，学生“依样画葫芦”进行实验，学生对实验目的和步骤理解得不够透彻，在整个实验过程中处于一种被动的地位。另外，学生对实验设备缺乏感性认识，即使把实验指导书中对设备的基本构造、使用方法和注意事项看了多遍，仍不得要领，甚至不能正确地操作设备。另外，某些实验项目受到设备数量、品种、成本等方面的限制而无法开展。
2 虚拟仿真技术在环境工程学理论及实验教学中的应用
虚拟仿真教学是指利用实物和计算机软件共同模拟出真实的情境，让学生在模拟的情境下进行探究和学习。随着科学技术的迅猛发展，虚拟仿真技术越来越广泛地被应用于各领域的专业教学，如自动化[2]、水电机组监测与故障诊断等[3]。虚拟仿真教学可以根据教学的实际需要和效果，对教学内容进行动态的组织和修改，具有很强的针对性和互动性，能够充分发挥学生的主动思维[4]。
2.1 虚拟仿真技术水污染控制的运用
虚拟仿真技术教学可以提升学生对城市生活废水、工业废水处理系统的认识，提高教学效果。在仿真系统中，学生按照时间操作规程的要求对各个工艺参数进行调整，最终确定处理后的废水与污泥能否与实际设计的标准要求相符[5]。学生可根据提示熟悉虚拟水厂构筑物分布和水厂概况，查看主要动力设备的知识点，了解水厂主要动设备能耗和药剂成本，了解污水处理厂的相关工作规定和安全章程等。比如：虚拟仿真水厂包含巡检项目和事故预案工况等，分别是正常工况巡检、出水总氮超标、出水总磷超标、出水COD超标、反应池曝气量调节、初沉池排泥撇渣、内回流的调节、SVI调节，从而掌握污水处理厂常见事故的应急处理预案和解决措施。
2.2 虚拟仿真技术在大气污染控制的运用
虚拟仿真技术的基本步骤范文6
【关键词】虚拟仿真；基础医学；实验教学
中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：2095-2457（2017）29-0021-002
虛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。为贯彻落实《教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见》精神，根据《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》，国家教育部早在2013年8月就已下发通知，要求各高校积极开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作。之后全国各地高校纷纷开始着手此项工作，2014年03月教育部高等教育司对全国各高校申报材料进行遴选后确定了100家普通本科高等学校和军队高等学校作为首批“国家级虚拟仿真实验教学中心”，其内容涵盖地理信息、医药医学、电力能源、工业制造、军事战场等各个领域，旨在通过这些虚拟仿真实验教学中心的示范、引领作用的，持续推进实验教学信息化建设，推动高等学校实验教学改革与创新[1]。乘着这个东风，我们购买了上海梦之路数字科技有限公司的虚拟仿真实验教学平台，借助他们强大的技术力量和支持服务体系，初步构建了可用于基础医学实验教学的网络平台——《深圳大学医学部基础医学虚拟仿真实验教学中心》（网址http：//xnfz.szu.edu.cn/），并逐步在我校基础医学实验教学中推广使用。
1虚拟仿真实验教学的优势
建立“虚实结合”实验教学模式，是当前实验教学改革的方向之一[2]。借助虚拟仿真技术，我们可以展现传统实验难以展现的学科前沿技术，对受场地、资源、伦理等条件限制较难开设的医学类实验和教学尤其必要。它依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通讯等技术，构建了高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，使学生可以在虚拟的实验环境中体验同样的实验过程和结果，达到教学大纲所要求的教学效果。其突出的优势如下：
1）突破了时间、空间和仪器套数的限制。虚拟实验打破了传统实验的模式，学生不再受时间、空间的制约，可实行网络远程教学，师生可随时、随地进入虚拟仿真实验室进行
虚拟实验操作，瞬间观察到一些需要几十年甚至上百年才能观察到的变化过程，还可以进入大到宇宙宏观物体，小到原子分子层面内部观察现象[3]，这是电视录像和多媒体无法达到的。
2）避免真实实验或操作所带来的各种危险。医学基础实验操作中，不可避免的涉及到部分对人体有毒有害微生物菌种和，利用虚拟技术进行实验，可避免人体直接接触危险的或对人体健康有害的实验，还可以降低传统实验教学中大量废弃试剂排放所造成的环境污染[4]。
3）实现真实实验不具备或难以完成的教学功能。涉及高危或极端环境，不可及或不可逆的操作，以及需要高成本、高消耗的大型或综合性实验项目，虚拟仿真实验可以真实、全面的展示教学内容，从而提供给学生更多学习实践机会。
4）大幅降低教学成本。虚拟实验减少了教学实验耗材的实际使用量，尤其对于医学院校的实验教学中需要使用大量的实验动物和人体标本，如能采用虚拟实验进行辅助教学，可大大减少实验耗材经费的支出，大幅降低实验教学的耗材成本。
2虚拟仿真实验教学平台的模块结构：
上海梦之路数字科技有限公司所开发的虚拟仿真实验平台系统采用了J2EE技术和B/S构架模式，二维和三维技术，结合程序控制，实现虚拟仿真的实验操作。该教学平台分为前台操作系统和后台管理系统两大模块，前台操作系统主要包括学生实验模块和教师教学模块，后台管理系统主要包括学校管理、实验管理、考核管理、公告答疑管理、系统管理等模块，每个模块下面包括3-4个不同的功能。该平台具备丰富的题库系统，提供在线自测自评功能，为学生的自我巩固学习提供一个良好的平台。教师可以在本平台开展实验教学活动，还可以上传个人教学资源、布置批改实验报告、网上考试、答疑等；学生可通过平台进行成绩查询和实验报告的在线提交和查看批阅情况。这些功能的设置实现了教学资源的共享，减少教师们的重复劳动，促进师生的互动交流，提高实验教学效果。
3虚拟仿真实验教学平台建设的内容
虚拟仿真实验教学资源建设主要针对以下三类教学资源：一是，真实实验无法开展或高危实验；二是，大型综合的虚拟实验资源；三是，成本高、资源（包括能源和实验原材料）消耗大、污染严重的实验教学资源。
我校虚拟仿真实验教学平台包括机能学、生化与分子生物学、病原生物学和临床医学PBL教学六大类共73个虚拟仿真实验项目。其中机能学14个、生化与分子生物学28个、病原生物学28个（包含微生物学12、病毒学3和寄生虫学13）和临床医学PBL教学3个虚拟仿真实验。每个虚拟仿真实验里包含有实验目的、实验原理、实验视频、虚拟实验操作、思考题等内容。实验目的可使学生在虚拟实验前充分了解虚拟实验操作所需达到的要求；实验原理通过文字或动画形式全面生动的描述；实验视频真实呈现实验操作全过程；思考题涵盖实验中可能会遇到的各类问题；虚拟实验操作首先進入虚拟实验项目所需的仪器、设备和器材页面，让学生对实验项目有总体概念。通过虚拟的动画演示和互动操作，依靠虚拟仿真技术准确还原真实实验的操作步骤，具有实验操作提示功能。实验内容在计算机上进行，实验流程完全模拟实验室中的操作过程。实验可以反复操作，使学生有更多的尝试与实践的机会，减少实验资源的耗费。实验过程中穿插相关知识点考核以及操作要点提示。
在虚拟实验操作环节还配备相应的知识库，里面可查到与该实验相关的知识点，或者在每一个实验步骤配有文字提示，选错了可按提示纠正实验操作，实验全过程有语音解说或文字解说，尤其适合学生实验前的预习或课后的复习，比如在《生化与分子生物学》这门虚拟实验课程中，医学细胞培养综合实验、移液枪基本操作、电泳基本操作等都是医学生必须掌握的最基本的实验，学生做这些真实实验前，随时可以登陆本平台进行自由学习，学生预习中遇到某个实验环节不明白的可以反复重播，反复操作练习，直到熟练并完全掌握为止。熟练全部实验步骤后，再回到实验课堂开始真实操作，既可减少课堂中教师的讲解和演示实验时间，又可缩短学生实验摸索的时间，大大提高了实验的准确率和学习效果。
4虚拟仿真实验教学平台后台管理：
4.1管理员后台管理系统的功能：
后台管理系统分管理员、教师个人和学生个人三个管理模块，管理员后台管理系统包括个人资料管理、公告管理、账户管理、课程管理、学习统计和系统管理六个模块，个人资料管理里可以修改用户个人密码；公告管理可各类公告通知新闻等；账户管理可以导入或删除教师和学生用户，可以对学生进行分班管理等。在课程管理中，既可以对已有的课程进行设置管理，也可以通过“导入课程”新添加用户所需的课程；可以对每一门课程进行个性化的设置，比如添加课程学习课件图片，知识点，考试题库，实验报告，是否允许学生加入为助教，是否允许访客浏览等等；通过“用户管理”，不仅可将已有的用户添加到这个课程中，还可以对已申请参与课程的用户进行审核。学习统计可以查看课程内所有学生的学习进度、学习成绩和时间，并可以通过设置计算规则以学习进度、成绩和时间作为评分依据来生成每位学生的最终实验课成绩。
4.2教师用户系统的功能：
教师用户系统包括个人信息资料管理、教师个人教学管理和课程申请三个管理模块。在人信息资料管理中可以添加或修改个人资料和密码，在个人资源区可上传各类教学资源，公共资源区可以查阅系统中其他老师共享的教学资源，在日程表中可以记录或标记某日的教学活动（类似备忘录）；在教学管理中可以查阅个人课程所有学生的学习详细情况，可以给学生进行分组管理，可以上传实验作业和考试卷并在网上进行批改，可以进行学生答疑等。在课程申请中教师可以查阅已有的课程和申请添加新的课程。
4.3学生用户系统的功能：
学生用户系统包括个人信息资料管理、学生个人学习管理两个管理模块。个人管理部分的功能跟教师的模块功能相似；在个人学习管理模块中，学生可以选课学习，可以向任何教师提问并查阅老师答疑的回复，查阅本班或本小组同学，还可以在系统中完成老师布置的作业和批改情况，或查阅测验或考试成绩等。
5虚拟仿真实验教学平台使用反馈
虚拟实验作为一种新型的信息化教学方式，它的出现将有效缓解实验经费、场地、器材等方面普遍面临的困难和压力，能够突破传统实验的“时空”限制，无论是学生还是教师，都可以自由地、随时随地登录。但是我们也要看到虚拟实验不足的一面。我们曾对14、15级临床专业共109名学生进行了一次问卷调查，结果显示学生们普遍认为，虚拟实验占传统实验比例在20-40%左右比较合适，他们认为虚拟实验更多的适用于拓展性实验而不是教学大纲（下转第73页）（上接第22页）内的实验；超过半数的学生认为实验课前预习和实验考前复习更适合使用虚拟实验，随时都可以进行学习，方便省时。尽管学生普遍反映真实实验和虚拟实验相结合的模式可以加深他们对实验原理、步骤、实验细节的掌握和理解，提高学习兴趣和学习效果，但他们普遍认为虚拟实验不能替代真实实验，“虚拟”不叫实验，因为虚拟实验无法锻炼动手能力，没有实际操作就无法积累实践经验等等。由此可见，虚拟实验最适宜作为传统实验课程的辅助和补充，应用于学生的课前预习和课后复习；或者用于弥补现实教学中内容的不足，丰富实验内容，拓宽学生学术视野。对于很多受现有教学条件所限无法正常开展的基础医学类实验（如人体器官的活动、病毒实验等等），则可借助虚拟实验让学生亲临其境开展相关实验，扩大了实验教学的覆盖范围。
6虚拟仿真实验的展望
我国虚拟实验系统的开发和应用刚刚开始，一些理工科院校如清华大学、华中理工大学、复旦大学等高校走在前列。从各地高校在不同学科开展的虚拟实验教学改革[5]中可以看出，虚拟实验技术作为一个新型的教学媒体，以其自身强大的功能，在医学院校的基础医学实验教学和临床技能训练中起着广泛应用，具有传统实验无可替代的优点，然而虚拟仿真实验与实物操作之间仍然存在一定的差异，虚拟实验的过程是看不到、摸不着实物的，实际操作过程中出现的各种复杂情况也是虚拟实验中无法完全复制的，因此虚拟实验只能作为实验教学的一种辅助手段，它不能完全取代传统的实验教学。此外，从技术上还可以进一步开发个人移动终端版本，让学生能随时随地应用虚拟实验；在实验项目设计方面，还可以增加基于知识点的微视频、微动画、微考核，拆分冗繁的实验过程，设计问答式提示以引起学生对实验过程的思考和知识点的回顾等。总之，基于网络的虚拟仿真实验其优缺点都是显而易见的，它对未来医学教学领域发挥着重要作用，而且随着技术的逐渐成熟还能使虚拟技术进一步应用于医学其它领域，如远程手术、合作治疗、医疗救护等紧急医务处理等方面，具有广阔的发展和应用前景。
作者：陈献雄等
【参考文献】
[1]王森，李平.2014年国家级虚拟仿真实验教学中心分析[J]. 实验室研究与探索，2016，（04）：82-86.
[2]孙建林，贠冰，姜伟.实验教学示范中心与虚拟仿真实验教学中心相互融合协同发展[J].实验技术与管理，2016，（09）：208-210+214.
[3]李莉，张英，成军，李占军.分子生物学虚实结合实验教学模式的初探[J].实验室研究与探索，2016，（10）：225-227.
