導(dǎo)語(yǔ)：如何才能寫(xiě)好一篇虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞：生命科學(xué)；技術(shù)虛擬；實(shí)踐教學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

伴隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)階段我國(guó)教學(xué)模式在各個(gè)階段、各個(gè)領(lǐng)域均呈現(xiàn)出了信息化和數(shù)字化。從小學(xué)到大學(xué)，從社會(huì)研究到企業(yè)研究。教學(xué)模式的信息化，標(biāo)志著教育體制的發(fā)展邁向了一個(gè)新的發(fā)展高度，其中，信息化的教學(xué)方式是提高受教者享受技術(shù)教學(xué)的根本。所以，要不斷挖掘傳統(tǒng)教學(xué)模式中的弊端，不斷將信息化與數(shù)字化的教學(xué)模式引入教育中去。其中技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)作為推動(dòng)信息化教學(xué)的重要模式，不僅能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)“填鴨式”教學(xué)模式的不足，更能夠通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來(lái)滿足智能類和通訊類的專業(yè)的試驗(yàn)需求。借此來(lái)推動(dòng)教學(xué)質(zhì)量的提高。

一技術(shù)虛擬仿真教學(xué)體系建設(shè)的必要性

（一）滿足信息類與技術(shù)類專業(yè)的需求

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展與信息化生產(chǎn)市場(chǎng)的形成都是相關(guān)技術(shù)知識(shí)普及的結(jié)果，為此，便與教育中的知識(shí)推動(dòng)技術(shù)的發(fā)展和技術(shù)反推動(dòng)教學(xué)的進(jìn)步形成了相互作用的關(guān)系，為此，強(qiáng)化技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的建設(shè)，便可以對(duì)現(xiàn)階段高校的技術(shù)類專業(yè)進(jìn)行支持。例如，計(jì)算機(jī)專業(yè)、通訊專業(yè)、智能化專業(yè)、電子元件專業(yè)等?，F(xiàn)階段我國(guó)高校在進(jìn)行信息與自動(dòng)化專業(yè)的教學(xué)時(shí)，必須要結(jié)合相應(yīng)的教學(xué)器材和教學(xué)設(shè)備進(jìn)行，只有讓學(xué)生擺脫傳統(tǒng)的課本理論學(xué)習(xí)方式，將理論付諸于實(shí)踐才能促進(jìn)實(shí)用性價(jià)值的提升。為此，部分高校在對(duì)相關(guān)專業(yè)進(jìn)行教學(xué)時(shí)，便采購(gòu)了相關(guān)的大型設(shè)備，如中央空調(diào)和交直流電機(jī)等。值得注意的是，這些設(shè)備的應(yīng)用率并不高，加之高額的經(jīng)費(fèi)需求，便形成了資源浪費(fèi)的狀況[1]。而且，許多高校的經(jīng)費(fèi)緊張。為此，就要大力推廣技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，該教學(xué)模式不僅能夠讓學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中，通過(guò)分組實(shí)驗(yàn)的方式加強(qiáng)學(xué)生的理論應(yīng)用能力，更能夠提升教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的探究能力。通過(guò)技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)與實(shí)驗(yàn)室中的試驗(yàn)實(shí)物進(jìn)行結(jié)合，讓學(xué)生在仿真試驗(yàn)教學(xué)中體會(huì)相關(guān)知識(shí)的原理結(jié)構(gòu)，進(jìn)而滿足相關(guān)專業(yè)的需求以及避免教學(xué)資源浪費(fèi)。

（二）提高教學(xué)的時(shí)空范圍

技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)已經(jīng)成為了現(xiàn)階段我國(guó)對(duì)相關(guān)智能化與信息化專業(yè)教學(xué)的必備方式。這不僅是學(xué)校自身經(jīng)濟(jì)條件限制所決定，而是教學(xué)模式科學(xué)化、高效化的要求[2]。為此，在對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)和電子設(shè)備類的專業(yè)進(jìn)行教學(xué)時(shí)，為了能夠加強(qiáng)學(xué)生的理論研究能力和實(shí)踐操作能力，就必須加強(qiáng)技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)用，唯有如此，才能真正實(shí)現(xiàn)教學(xué)信息化和智能化。技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為依托的。眾所周知，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的互動(dòng)性和時(shí)效性極強(qiáng)。為此，通過(guò)技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不僅能夠提高相關(guān)專業(yè)教學(xué)的時(shí)空范圍，更能夠促進(jìn)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的良好“消化”。

（三）培養(yǎng)學(xué)生對(duì)試驗(yàn)教學(xué)的自主性與積極性

在傳統(tǒng)的試驗(yàn)教學(xué)課程中，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)經(jīng)常受到儀器數(shù)量的限制而不能高效的對(duì)所涉及的知識(shí)與理論進(jìn)行了解。很多學(xué)生在課程中缺乏詳細(xì)的指導(dǎo)而對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)產(chǎn)生抵觸情緒，對(duì)教學(xué)質(zhì)量的提高產(chǎn)生了消極影響。而技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅能夠讓學(xué)生通過(guò)虛擬的試驗(yàn)進(jìn)行隨心所欲的實(shí)踐操作，更在每一步的試驗(yàn)過(guò)程中添加了詳細(xì)的指導(dǎo)。讓學(xué)生在試驗(yàn)學(xué)習(xí)的過(guò)程不斷形成自主實(shí)驗(yàn)、自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣[3]。能夠讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中體會(huì)到實(shí)踐學(xué)習(xí)的樂(lè)趣，進(jìn)而提高學(xué)習(xí)的積極性。

二構(gòu)建生命科學(xué)與技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的流程

在生命科學(xué)與技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，其具體體系的構(gòu)建要遵從一定的流程。為此，筆者對(duì)相關(guān)過(guò)程做了整合，具體如下：

（一）內(nèi)容建設(shè)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)中要對(duì)相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容做出具體的分類。因?yàn)?，不同專業(yè)的學(xué)生所涉及的知識(shí)點(diǎn)差異極大，將不同學(xué)科的知識(shí)進(jìn)行分類才能有針對(duì)性的進(jìn)行教學(xué)，技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)用從外在的形式上看就是對(duì)不同專業(yè)的學(xué)生進(jìn)行“因材施教”。通過(guò)新媒體的虛擬技術(shù)來(lái)為學(xué)生搭建生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)平臺(tái)，進(jìn)而提升針對(duì)性的知識(shí)教學(xué)。

（二）加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的預(yù)判

在這部分內(nèi)容上，旨在加強(qiáng)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)點(diǎn)的預(yù)習(xí)。學(xué)生在進(jìn)行技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)之前，首先通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)相關(guān)的知識(shí)結(jié)構(gòu)和理論體系有一個(gè)明確的認(rèn)識(shí)[4]。例如，紅白細(xì)胞病變過(guò)程中，要在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行之前就對(duì)相關(guān)的內(nèi)容進(jìn)行預(yù)習(xí)。進(jìn)而避免在實(shí)踐操作的過(guò)程中產(chǎn)生理論上疑問(wèn)。

（三）提高實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)

技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)要具備良好的直觀性和立體性。為此，在對(duì)專業(yè)化的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究時(shí)，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中多添加一些表格和圖形。避免通篇的文字理論，若條件允許，還可以通過(guò)紅外探測(cè)等設(shè)備來(lái)作輔助教學(xué)器材，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中體會(huì)到更好的視覺(jué)效果。

（四）方式建設(shè)

在進(jìn)行技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，要充分將人物和場(chǎng)景進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，打破“傳統(tǒng)信息化教學(xué)”模式的單一性，積極利用電子顯示屏來(lái)對(duì)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行講解。

（五）增加協(xié)同實(shí)驗(yàn)研究性

技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，增加學(xué)生之間的協(xié)同工作能力是其中重要一項(xiàng)。虛擬實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生無(wú)論是時(shí)間還是空間，都處于同時(shí)進(jìn)行的狀態(tài)。為此，通過(guò)加強(qiáng)學(xué)生之間的協(xié)同配合來(lái)完成實(shí)驗(yàn)，便對(duì)學(xué)生合作能力的培養(yǎng)具備重要意義。技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過(guò)程中，要積極調(diào)動(dòng)學(xué)生之間的互動(dòng)，學(xué)生分組進(jìn)行試驗(yàn)研究，并對(duì)學(xué)習(xí)中所產(chǎn)生的問(wèn)題通過(guò)共同探討的方式解決。增加協(xié)同配合學(xué)習(xí)的能力。

（六）“軟件”與“硬件”兼施

技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過(guò)程中，要重視對(duì)試驗(yàn)器械的選擇，對(duì)實(shí)驗(yàn)中所運(yùn)用新媒體設(shè)備要過(guò)關(guān)，避免學(xué)生操作的過(guò)程中出現(xiàn)硬件意外事件。否則會(huì)打亂學(xué)生實(shí)驗(yàn)的進(jìn)度，影響學(xué)生學(xué)習(xí)的連續(xù)性，對(duì)教學(xué)質(zhì)量產(chǎn)生消極影響。此外，還要強(qiáng)化軟件場(chǎng)景的建設(shè)，在對(duì)血紅蛋白分離純化的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究時(shí)，要對(duì)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的內(nèi)容進(jìn)行“模塊化”，將學(xué)生要研究和實(shí)驗(yàn)的領(lǐng)域進(jìn)行不同模塊的構(gòu)建，讓學(xué)生從不同模塊中挑選出對(duì)自己實(shí)驗(yàn)有幫助的數(shù)據(jù)[5]。這樣不僅能夠讓實(shí)驗(yàn)針對(duì)性強(qiáng)，更能讓學(xué)生自主的對(duì)不同知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行安排分析，形成有序的研究學(xué)習(xí)過(guò)程，提高學(xué)生的邏輯能力和綜合運(yùn)用能力。

（七）教學(xué)評(píng)估

在生命科學(xué)與技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的體系中，教師在教學(xué)中所呈現(xiàn)的引導(dǎo)作用被逐漸弱化。為了能夠明細(xì)教學(xué)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，就必須對(duì)相關(guān)的教學(xué)評(píng)估進(jìn)行體系化的建設(shè)。第一，要對(duì)方案的流程進(jìn)行評(píng)價(jià)，學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的過(guò)程中，其提供的方案選擇，必然會(huì)存在一定的差異性。為此，要對(duì)其中的優(yōu)秀方案進(jìn)行整理；第二，虛擬試驗(yàn)教學(xué)中的交互環(huán)節(jié)評(píng)估[6]。在這部分，旨在評(píng)估學(xué)生是否在學(xué)習(xí)中建立完善的理論知識(shí)儲(chǔ)備，在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的過(guò)程中，對(duì)每一步的試驗(yàn)彈出一個(gè)相關(guān)問(wèn)題，只有答對(duì)才能進(jìn)行下一步的操作。

三結(jié)語(yǔ)

伴隨著教學(xué)模式的不斷完善，信息化教學(xué)模式的興起衍生了技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，該教學(xué)模式不僅符合現(xiàn)階段高校教學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)，更是教育在時(shí)展下的必然產(chǎn)物。該教學(xué)模式能夠充分提高教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)學(xué)生的均衡發(fā)展。目前，我國(guó)部分大學(xué)已經(jīng)逐漸實(shí)施生命科學(xué)與技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)。這種“虛實(shí)結(jié)合”的教學(xué)模式標(biāo)志著我國(guó)教育體系邁向了一個(gè)新的發(fā)展高度。

參考文獻(xiàn)

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篇2

關(guān)鍵詞：虛擬仿真；齒輪傳動(dòng)裝置；機(jī)械設(shè)計(jì)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

齒輪傳動(dòng)作為各種工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的核心裝置被企業(yè)大量應(yīng)用。齒輪的與密封性能，對(duì)于延長(zhǎng)傳動(dòng)裝置使用壽命、節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境都有重要意義。由于實(shí)驗(yàn)成本較高、安全性難以保障等問(wèn)題的限制，當(dāng)前高校的機(jī)械設(shè)計(jì)課程中并未開(kāi)展有關(guān)齒輪傳動(dòng)裝置與密封的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，難以滿足當(dāng)前機(jī)械工業(yè)發(fā)展趨勢(shì)對(duì)人才培養(yǎng)的多樣化需求。因此，結(jié)合中國(guó)制造業(yè)、鋼鐵冶金業(yè)的綠色化發(fā)展方向與新工科發(fā)展要求，建設(shè)機(jī)械設(shè)計(jì)課程“齒輪傳動(dòng)裝置的與密封設(shè)計(jì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”，對(duì)于提升機(jī)械類專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力和實(shí)踐能力具有重要意義。探索促進(jìn)機(jī)械類專業(yè)學(xué)生的實(shí)踐與創(chuàng)新能力培養(yǎng)的新方法，開(kāi)發(fā)教學(xué)新模式是新工科背景下高校教學(xué)改革的發(fā)展方向[1]。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)已成為專業(yè)教學(xué)體系的重要組成部分[2]。將虛擬仿真、虛擬樣機(jī)等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械類實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，向?qū)W生直觀展示機(jī)械結(jié)構(gòu)和工作原理，允許學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新性自主實(shí)驗(yàn)，實(shí)質(zhì)性推進(jìn)知識(shí)與能力并重的復(fù)合型創(chuàng)新人才培養(yǎng)進(jìn)程[3-6]。因此，掌握齒輪傳動(dòng)裝置常用的與密封方式及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，能熟練掌握其運(yùn)用原則和方法并通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行強(qiáng)化，是培養(yǎng)“大國(guó)工匠”必備的基本技能之一[7-9]。綜上所述，我校以單級(jí)直齒圓柱齒輪減速器為載體，將齒輪傳動(dòng)裝置的與密封基本知識(shí)與虛擬仿真技術(shù)深度結(jié)合，構(gòu)建交互式、立體式、可視化的三維沉浸式虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)。教學(xué)過(guò)程中對(duì)給定工況的傳動(dòng)裝置進(jìn)行和密封裝置的全流程設(shè)計(jì)，并通過(guò)虛擬仿真呈現(xiàn)其設(shè)計(jì)結(jié)果，使學(xué)生能夠?qū)⒅R(shí)運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和工程創(chuàng)新能力。

1齒輪傳動(dòng)裝置與密封原理

齒輪傳動(dòng)是目前傳動(dòng)效率最高的一種傳動(dòng)裝置。當(dāng)前技術(shù)條件下，由于齒面間的相對(duì)滑動(dòng)及其他原因，摩擦、磨損及功率損失仍不可避免。為更好地發(fā)揮齒輪的傳動(dòng)性能、提高工作壽命、降低振動(dòng)和噪音、保護(hù)環(huán)境等，必須對(duì)齒輪傳動(dòng)裝置的進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，包括齒輪的和軸承的。同時(shí)還需要防止灰塵、水分等進(jìn)入軸承，并阻止劑的流失，影響或破壞環(huán)境等，必須要進(jìn)行密封設(shè)計(jì)。齒輪傳動(dòng)的包括方式的選擇和劑的選擇。常用的方式有油池、循環(huán)噴油、油霧、離心、脂、固體等，通常依據(jù)齒輪節(jié)圓圓周速度進(jìn)行選擇。齒輪劑的選擇可根據(jù)齒輪材料、屈服強(qiáng)度及節(jié)圓圓周速度確定油的黏度推薦值，再根據(jù)黏度及工作工況選擇相應(yīng)的油牌號(hào)。軸承密封方法的選擇與的種類、工作環(huán)境、溫度、密封表面的圓周速度有關(guān)，通常有接觸式和非接觸式密封兩大類，若無(wú)法適應(yīng)使用場(chǎng)合或密封不當(dāng)，可能導(dǎo)致密封失效。

2實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

我校以單級(jí)直齒圓柱齒輪減速器為載體，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主要設(shè)計(jì)思路如圖1所示。給定已知數(shù)據(jù)，學(xué)生根據(jù)所學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)理論課程知識(shí)在線下進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，得到計(jì)算數(shù)據(jù)并輸入虛擬系統(tǒng)作為與密封設(shè)計(jì)的依據(jù)。以此確定油的種類、和密封的方式及其結(jié)構(gòu)，并在虛擬系統(tǒng)中進(jìn)行可視化、交互式的虛擬操作，完成和密封的虛擬設(shè)計(jì)。最后，通過(guò)啟動(dòng)傳動(dòng)裝置對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行自動(dòng)評(píng)判。虛擬實(shí)驗(yàn)任務(wù)由系統(tǒng)隨機(jī)給出，學(xué)生根據(jù)給定的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，在線下進(jìn)行計(jì)算。通過(guò)對(duì)話框界面讓學(xué)生輸入計(jì)算結(jié)果，如計(jì)算錯(cuò)誤，系統(tǒng)會(huì)給出相應(yīng)的提示。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，進(jìn)一步確定相應(yīng)的方式和密封方式。

2.2實(shí)驗(yàn)步驟設(shè)計(jì)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)，本虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)任務(wù)的步驟與流程如圖2所示，被分解為9個(gè)子任務(wù)，各子任務(wù)又被分解為2～4個(gè)子步驟，相互之間為串聯(lián)式關(guān)系，只有上一子任務(wù)完成且正確后，方可進(jìn)入下一實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。第1個(gè)子任務(wù)是齒輪傳動(dòng)裝置與密封的基本知識(shí)認(rèn)識(shí)，這是整個(gè)實(shí)驗(yàn)的理論基礎(chǔ)，此處通過(guò)一定數(shù)量的選擇題進(jìn)行測(cè)試。第3個(gè)子任務(wù)是線下計(jì)算。后續(xù)6個(gè)子任務(wù)全部是交互式虛擬實(shí)踐操作環(huán)節(jié)，每一個(gè)子步驟均給出了相應(yīng)的提示和正確與否的評(píng)價(jià)。整個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)操作被限定在90分鐘以內(nèi)，學(xué)生可以進(jìn)行多次反復(fù)實(shí)驗(yàn)，直至完全掌握為止，而且每次實(shí)驗(yàn)的任務(wù)均是隨機(jī)給定，不會(huì)出現(xiàn)重復(fù)，實(shí)驗(yàn)成績(jī)以最后提交的為準(zhǔn)。在認(rèn)知過(guò)程中，全部以動(dòng)畫(huà)的形式展示齒輪與軸承的原理，學(xué)生可以非常直觀準(zhǔn)確地看到齒輪傳動(dòng)過(guò)程中油的流動(dòng)及的全過(guò)程。

2.3實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核評(píng)價(jià)

本實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核評(píng)價(jià)由虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)自動(dòng)評(píng)價(jià)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告教師主觀評(píng)價(jià)兩部分組成，其具體的組成如表1所示。其中，虛擬系統(tǒng)客觀評(píng)價(jià)占75%，由虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)自動(dòng)給出成績(jī)，學(xué)生在系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)并進(jìn)行測(cè)試。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程均為有記錄的交互式操作并由系統(tǒng)給出操作得分。線上實(shí)驗(yàn)操作完成后，學(xué)生需在線下完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，由實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)，該部分占考核評(píng)價(jià)的25%3虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)本實(shí)驗(yàn)基于Unity3D工具進(jìn)行開(kāi)發(fā)[10]。圖3所示為我校開(kāi)發(fā)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)虛擬了實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，將減速器放置在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上。系統(tǒng)窗口的上方為工具欄，包括基本認(rèn)知、設(shè)計(jì)任務(wù)和實(shí)驗(yàn)過(guò)程等按鈕，單擊可以彈出相應(yīng)的菜單欄，依次單擊可進(jìn)入相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)或步驟。窗口的下方為實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵步驟的進(jìn)度條，系統(tǒng)會(huì)高亮顯示當(dāng)前的進(jìn)度。該系統(tǒng)具有交互式、可視化、沉浸式、立體式和多層次的顯著特點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的有效開(kāi)放與共享，提高使用率和使用效益，是教學(xué)資源建設(shè)急需解決的重要課題[11]。因此，我校將本虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)加入“高等學(xué)校機(jī)械工程學(xué)科虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)共享平臺(tái)”，將其作為機(jī)械設(shè)計(jì)課程實(shí)驗(yàn)，在全國(guó)各高校的機(jī)械類和近機(jī)械類專業(yè)學(xué)生中進(jìn)行應(yīng)用推廣，如圖4所示。該平臺(tái)包括了該實(shí)驗(yàn)的教學(xué)視頻，可為實(shí)驗(yàn)操作提供指導(dǎo)。同時(shí)，學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)后，可以直接在該平臺(tái)提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

4虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)例

4.1完成基本知識(shí)學(xué)習(xí)和認(rèn)知測(cè)試

獲取實(shí)驗(yàn)任務(wù)下面以系統(tǒng)給出的隨機(jī)實(shí)驗(yàn)任務(wù)的設(shè)計(jì)實(shí)例進(jìn)行展示。學(xué)生進(jìn)入該虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，完成基本知識(shí)的學(xué)習(xí)和認(rèn)知測(cè)試后，單擊菜單欄的“設(shè)計(jì)任務(wù)”彈出本次實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)任務(wù)參數(shù)，見(jiàn)表2。4.2根據(jù)表2所示的參數(shù)進(jìn)行線下計(jì)算學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)任務(wù)參數(shù)進(jìn)行線下計(jì)算，將得到的數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)的輸入框中，如圖5所示，單擊確定即可進(jìn)入下一實(shí)驗(yàn)步驟。如果數(shù)據(jù)不正確，系統(tǒng)會(huì)提示錯(cuò)誤原因，且不能進(jìn)入下一步。4.3確定與密封方式根據(jù)圓周速度確定軸承和齒輪方式為油。根據(jù)傳動(dòng)裝置的使用場(chǎng)合，確定油的類型為CKD系列。由此確定輸入軸上的軸承為“毛氈密封”，輸出軸上的軸承為“擋油環(huán)+毛氈密封”，如圖6所示。

4.4倒入油至箱體中

在窗口右側(cè)的工具箱中選擇CKD系列油，按住鼠標(biāo)左鍵，油就會(huì)自動(dòng)倒入箱體中，注意觀察油面的高度動(dòng)態(tài)顯示標(biāo)尺，油面高度應(yīng)在計(jì)算范圍內(nèi)，當(dāng)油面接觸輪齒后，應(yīng)緩慢倒油，如圖7所示。

4.5設(shè)計(jì)箱蓋坡口和箱體安裝面油槽

軸承的方式為飛濺，齒輪飛濺的油濺到箱蓋內(nèi)壁上，然后順著箱蓋的內(nèi)壁流入箱座的油槽中，油槽與軸承之間相連，軸承端蓋處的缺口方便油進(jìn)入軸承中進(jìn)行。如圖8(a)所示，通過(guò)鼠標(biāo)點(diǎn)擊箱蓋內(nèi)壁拐角設(shè)計(jì)坡口；如圖8(b)所示，通過(guò)鼠標(biāo)點(diǎn)擊箱體法蘭安裝面處設(shè)計(jì)油槽。

4.6安裝密封結(jié)構(gòu)零件

如圖9所示，從右邊選擇欄中點(diǎn)擊擋油環(huán)，并拖到圖9(a)中所標(biāo)注的位置，單擊鼠標(biāo)完成安裝。點(diǎn)擊毛氈，同樣拖到圖9(a)中標(biāo)注的位置。最后，從右邊選擇欄中選擇軸承端蓋，拖到圖9(b)中標(biāo)注的位置。

4.7啟動(dòng)傳動(dòng)裝置

查看結(jié)果并提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告依次完成上述操作后，單擊啟動(dòng)按鈕，電機(jī)開(kāi)始啟動(dòng)，傳動(dòng)裝置開(kāi)始工作。若和密封設(shè)計(jì)合理，則提示實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作成功。若設(shè)計(jì)不正確，則提示相關(guān)的失效結(jié)果。最后，單擊菜單欄的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，查看實(shí)驗(yàn)得分情況，并提交實(shí)報(bào)告。

5結(jié)語(yǔ)

齒輪傳動(dòng)是機(jī)械設(shè)計(jì)中必不可少的傳動(dòng)部件。基于操作的可行性和便捷性，學(xué)生通過(guò)該虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，可以有效地了解傳動(dòng)裝置的和密封方式及工作原理，避免在實(shí)際操作中因失誤而造成損失，有效解決了實(shí)體實(shí)驗(yàn)教學(xué)成本高、周期長(zhǎng)、過(guò)程煩瑣等問(wèn)題，完善了虛實(shí)結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)體系，取得了良好的教學(xué)效果。本虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)可應(yīng)用于選修機(jī)械設(shè)計(jì)課程的機(jī)械類及近機(jī)類專業(yè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作訓(xùn)練，有助于夯實(shí)學(xué)生對(duì)傳動(dòng)零件與密封知識(shí)的運(yùn)用能力、設(shè)計(jì)能力和實(shí)踐能力。截至目前，本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)已在本校的兩屆學(xué)生試用，覆蓋學(xué)生約1000人。尤其是在病毒肺炎疫情期間，為學(xué)生提供虛擬實(shí)驗(yàn)資源，受到了學(xué)生的好評(píng)，中國(guó)教育報(bào)以《“空中實(shí)驗(yàn)室”破解實(shí)踐教學(xué)難題》為題目進(jìn)行了專門(mén)報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)集趣味性和學(xué)習(xí)性于一體，除本校以外，已有全國(guó)48所院校的5000余名學(xué)生在共享平臺(tái)使用本虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)。

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篇3

[關(guān)鍵詞]虛擬仿真技術(shù) 運(yùn)動(dòng)生理學(xué) 實(shí)驗(yàn) 立體化

[中圖分類號(hào)]G712 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1009-5349（2016）06-0236-02

運(yùn)動(dòng)生理學(xué)主要是研究人體在體育活動(dòng)和運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練影響下機(jī)體在結(jié)構(gòu)和機(jī)能方面的各種變化，探索人體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中機(jī)能變化的規(guī)律，以及形成和發(fā)展運(yùn)動(dòng)技能的生理學(xué)規(guī)律，探討人體運(yùn)動(dòng)能力發(fā)展和完善的生理學(xué)機(jī)理，論證并確立各種科學(xué)的訓(xùn)練制度和訓(xùn)練方法。人體在體育活動(dòng)和運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練影響下機(jī)體機(jī)能變化的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)是運(yùn)動(dòng)生理學(xué)研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。因其變化的動(dòng)態(tài)性和不易感知性，使學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)特別抽象，難以理解。單純的依據(jù)課本的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，就更加沒(méi)有說(shuō)服力，極大增加了學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握的難度。在運(yùn)動(dòng)生理學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂上開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程是增加降低理論學(xué)習(xí)難度，提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的有效措施，但在目前的運(yùn)動(dòng)生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，由于受實(shí)驗(yàn)標(biāo)本的采集與存放、試劑的調(diào)配與更新、實(shí)驗(yàn)器材的種類限制、教師預(yù)實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備、場(chǎng)所與時(shí)間限制和一些復(fù)雜設(shè)備的影響等，很多實(shí)驗(yàn)課開(kāi)展的效果并不理想，學(xué)生獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較少并且缺乏說(shuō)服力，后期重復(fù)實(shí)驗(yàn)更是無(wú)法獨(dú)立操作完成。很多大型實(shí)驗(yàn)由于沒(méi)有時(shí)間準(zhǔn)備預(yù)實(shí)驗(yàn)，教師操作的效果也不理想，開(kāi)設(shè)運(yùn)動(dòng)生理學(xué)大型實(shí)驗(yàn)的成本較高，耗費(fèi)人力、物力較大卻收效甚微，使學(xué)生深刻理解運(yùn)動(dòng)生理學(xué)知識(shí)受到很大限制。

為了節(jié)約成本，很多學(xué)校就只開(kāi)展幾個(gè)傳統(tǒng)型的簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)，但是最新的理論知識(shí)和科學(xué)研究，學(xué)生就難以接觸，且這幾個(gè)實(shí)驗(yàn)由于脫離高端技術(shù)使學(xué)生難以對(duì)實(shí)驗(yàn)印象深刻。實(shí)驗(yàn)知識(shí)的匱乏也影響了學(xué)生獨(dú)立感知，自主研究的積極性，理論應(yīng)用起來(lái)更加捉襟見(jiàn)肘。因此，我們迫切需要一項(xiàng)技術(shù)既可以節(jié)省實(shí)驗(yàn)成本，提高實(shí)驗(yàn)成功率，又能使學(xué)生自主感知，自主鉆研，使學(xué)生得到專業(yè)便捷的技能訓(xùn)練，虛擬仿真技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。他不但簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)課程準(zhǔn)備工作，而且高速的數(shù)據(jù)處理庫(kù)提高了實(shí)驗(yàn)的精確度和動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)機(jī)體對(duì)刺激反應(yīng)的敏感度，大大激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，大量數(shù)據(jù)的多角度呈現(xiàn)，更加激起學(xué)生探索的欲望，可以說(shuō)完美解決了運(yùn)動(dòng)生理學(xué)實(shí)驗(yàn)所必須的多項(xiàng)技術(shù)。

一、虛擬仿真技術(shù)簡(jiǎn)介

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)又稱虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)或模擬技術(shù)，就是通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)將一個(gè)真實(shí)的系統(tǒng)在另一個(gè)占用空間比較小的、制作相對(duì)容易的虛擬系統(tǒng)中進(jìn)行模仿實(shí)現(xiàn)真實(shí)人機(jī)對(duì)話體驗(yàn)的技術(shù)。隨著計(jì)算機(jī)人工智能技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)越來(lái)越精良并逐步自成體系，成為繼數(shù)學(xué)推理、科學(xué)實(shí)驗(yàn)之后人類認(rèn)識(shí)自然界客觀規(guī)律的第三類基本方法。人投入到這種環(huán)境中，立即有“身臨其境”的感覺(jué)，并可親自操作，自然地與虛擬環(huán)境進(jìn)行交互，虛擬環(huán)境還能夠?qū)崟r(shí)地做出相應(yīng)的反應(yīng)。

虛擬仿真技術(shù)，是仿真技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)結(jié)合而產(chǎn)生的一種更高級(jí)的仿真技術(shù)。在多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等信息科技迅猛發(fā)展的基礎(chǔ)上，虛擬仿真技術(shù)以構(gòu)建全系統(tǒng)統(tǒng)一的完整的虛擬環(huán)境為典型特征，并通過(guò)虛擬環(huán)境集成與控制為數(shù)眾多的實(shí)體。實(shí)體可以是模擬器，也可以是其他的虛擬仿真系統(tǒng)，也可用一些簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)模型表示。實(shí)體在虛擬環(huán)境中相互作用，或與虛擬環(huán)境作用，以表現(xiàn)客觀世界的真實(shí)特征。虛擬仿真技術(shù)的這種集成化、虛擬化與網(wǎng)絡(luò)化的特征，充分滿足了現(xiàn)代仿真技術(shù)的發(fā)展需求。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的特點(diǎn)：首先虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的仿真引擎代替了實(shí)物，實(shí)驗(yàn)過(guò)程不再需要反復(fù)消耗標(biāo)本和試劑，且實(shí)驗(yàn)結(jié)束不需要廢料收集和處理，完美解決了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所缺乏的節(jié)能和環(huán)保處理；第二，學(xué)生做實(shí)驗(yàn)不再受到實(shí)驗(yàn)器材的限制，學(xué)生沒(méi)有理解的實(shí)驗(yàn)允許反復(fù)操作，增強(qiáng)了學(xué)生動(dòng)手動(dòng)腦的實(shí)踐能力，大型實(shí)驗(yàn)也省去了繁瑣的準(zhǔn)備過(guò)程，節(jié)約了教師的準(zhǔn)備工作；第三，虛擬仿真技術(shù)因其技術(shù)的成熟性，允許學(xué)生自我提升與拓展，課本之外的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生也可以自主鉆研，不受材料限制，大大提高學(xué)生學(xué)習(xí)與思考的積極性。此外，虛擬仿真技術(shù)平臺(tái)還為學(xué)生提供在線測(cè)評(píng)功能，網(wǎng)絡(luò)化的學(xué)習(xí)模式，為學(xué)生自我鞏固與提升提供了一個(gè)良好空間，抓住了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣點(diǎn)。

二、運(yùn)動(dòng)生理學(xué)實(shí)驗(yàn)與虛擬仿真技術(shù)相結(jié)合

以前學(xué)校進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)生理學(xué)實(shí)驗(yàn)主要是通過(guò)課本理論的教授進(jìn)行理論學(xué)習(xí)，然后再通過(guò)小白鼠、青蛙等動(dòng)物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，這種探究方法單一而且讓學(xué)生很難完全信服。幾乎所有運(yùn)動(dòng)生理學(xué)實(shí)驗(yàn)的理論，都來(lái)自觀察動(dòng)物在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的機(jī)能活動(dòng)并對(duì)其因果關(guān)系的分析來(lái)實(shí)現(xiàn)。放到人體之后的結(jié)論顯得單薄而且缺乏說(shuō)服力。另外，由于人力及物力資源的種種限制，實(shí)驗(yàn)課本身課時(shí)較短，很多實(shí)驗(yàn)結(jié)果本身缺乏科學(xué)性和完整系統(tǒng)性，所以很多實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與最終需要印證的結(jié)論相關(guān)性不符，做得有名無(wú)實(shí)。

近年來(lái)虛擬仿真技術(shù)的廣泛應(yīng)用大大提高了運(yùn)動(dòng)生理學(xué)實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用廣度和深度，很多難以實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)經(jīng)過(guò)模式過(guò)程之后學(xué)生可以真切地感受到學(xué)習(xí)起來(lái)更加容易，記憶也更加深刻。將虛擬仿真技術(shù)運(yùn)用到運(yùn)動(dòng)生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，是傳統(tǒng)教育手段與現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)的創(chuàng)造性結(jié)合。虛擬仿真技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在：多媒體展示的集成性、人機(jī)交互的操作性、大容量存儲(chǔ)的豐富性、高速傳輸?shù)谋憬菪浴⒊瑫r(shí)空交流的共享性等。

虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)可以分為三個(gè)階段：一是初級(jí)階段，即學(xué)生剛開(kāi)始接觸系統(tǒng)階段，這個(gè)時(shí)期學(xué)生對(duì)虛擬仿真系統(tǒng)還比較陌生，很多的功能還不熟悉，教師需要對(duì)學(xué)生加以引導(dǎo)，根據(jù)學(xué)生的反饋對(duì)系統(tǒng)加以修改和調(diào)整，盡量達(dá)到彼此合作融洽；二是模塊建立階段，當(dāng)學(xué)生對(duì)系統(tǒng)有了初步的了解之后，就需要根據(jù)教學(xué)的進(jìn)度和學(xué)生學(xué)習(xí)的側(cè)重點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)里面的實(shí)驗(yàn)加以增減和調(diào)整，做到既能滿足學(xué)生知識(shí)掌握，又可以達(dá)到能力提升效果，并將最前沿的知識(shí)嵌入實(shí)驗(yàn)?zāi)K，讓學(xué)生一起走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室觀摩也是很好的教學(xué)方式，觀摩過(guò)程中學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和應(yīng)用會(huì)更加深刻，讓學(xué)生明白科學(xué)探索的過(guò)程其實(shí)就是知識(shí)應(yīng)用的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程真正存在并不是遙不可及，培養(yǎng)起多思考多動(dòng)腦的習(xí)慣；三是模塊應(yīng)用階段，即通過(guò)所學(xué)的知識(shí)，所做的實(shí)驗(yàn)，探究人體運(yùn)動(dòng)生理學(xué)知識(shí)的運(yùn)用與開(kāi)發(fā)，這個(gè)過(guò)程是一個(gè)開(kāi)放的過(guò)程，根據(jù)每個(gè)人理解的不同，所能探索的結(jié)果也各有千秋，沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的答案，探索永無(wú)止境。

例如在學(xué)習(xí)“人體安靜與運(yùn)動(dòng)過(guò)程中心率和動(dòng)脈血壓變化”課程時(shí)，單純的文字說(shuō)明和表格對(duì)比雖然可以使學(xué)生直觀的看到數(shù)值的變化，但是體現(xiàn)在人體中的動(dòng)態(tài)變化卻很難發(fā)現(xiàn)和感受。通過(guò)查閱大量文獻(xiàn)，進(jìn)行總結(jié)歸納，并通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)把實(shí)驗(yàn)課的內(nèi)容搬到理論課上，經(jīng)過(guò)文本、圖片、動(dòng)畫(huà)、視頻、仿真空間體驗(yàn)等幾步的動(dòng)態(tài)體感之后，讓學(xué)生直觀地觀察到人體從靜態(tài)到運(yùn)動(dòng)再到運(yùn)動(dòng)逐步加快的過(guò)程中心率和動(dòng)脈血壓的直觀的、動(dòng)態(tài)的、連續(xù)的變化過(guò)程，把實(shí)驗(yàn)的結(jié)論與學(xué)生的多種感官相互關(guān)聯(lián)，把知識(shí)的傳授過(guò)程由被動(dòng)的灌輸、被迫接受轉(zhuǎn)化為學(xué)生自己總結(jié)、歸納、探索，使學(xué)習(xí)過(guò)程變得快樂(lè)且學(xué)生更加容易接受。運(yùn)動(dòng)的方法有好多種，速跑和慢跑是兩種不同的運(yùn)動(dòng)方式，他所牽動(dòng)的器官不同，達(dá)到的效果不同，學(xué)生為此進(jìn)行了一次愉快的辯論，最終大家都為自己的觀點(diǎn)鼓掌叫好。每種運(yùn)動(dòng)背后都包含著大量的科學(xué)知識(shí)，合理的運(yùn)動(dòng)就是最好的科學(xué)。

三、現(xiàn)狀與前景展望

實(shí)驗(yàn)課一定要“重視學(xué)生在教學(xué)活動(dòng)中的主體地位，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性”，一門(mén)課程的學(xué)習(xí)，結(jié)果只是一方面，重視學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的參與度和知識(shí)獲得過(guò)程，才是我們教學(xué)的目的。對(duì)于運(yùn)動(dòng)生理學(xué)的掌握我們完全可以直接告訴學(xué)生結(jié)果：做擴(kuò)胸訓(xùn)練有助于增加肺活量，做引體向上可以鍛煉背闊肌，仰臥起坐可以鍛煉腹肌，等等，我們單純的教授完畢對(duì)學(xué)生有什么效果呢？他的擴(kuò)胸運(yùn)動(dòng)很到位，肺活量大有增加；他的引體向上很到位，卻導(dǎo)致了肌肉拉傷；他的仰臥起坐連貫而有力，卻導(dǎo)致脊柱受損……這種風(fēng)險(xiǎn)不僅對(duì)普通人是存在的，而且對(duì)那些經(jīng)常鍛煉的人亦然?，F(xiàn)代人的養(yǎng)生觀念很強(qiáng)，每個(gè)人都需要運(yùn)動(dòng)，但是運(yùn)動(dòng)也需要講究技巧與方法，我們學(xué)習(xí)運(yùn)動(dòng)生理學(xué)的目的就是知其然，更要知其所以然。大量逼真完備的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，解放了學(xué)生的思想，相應(yīng)的研究過(guò)程中碰到的問(wèn)題也就越多，為了滿足學(xué)生探索的需求與我們?nèi)粘Ｃ媾R的挑戰(zhàn)，我們的路任重而道遠(yuǎn)。

隨著人們對(duì)虛擬仿真技術(shù)的逐步完善，虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，下一步我們將搜集更多的文字、圖片、音頻、動(dòng)畫(huà)等素材，組建更多的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停屘摂M仿真技術(shù)更好地服務(wù)于運(yùn)動(dòng)生理學(xué)及各個(gè)學(xué)科的實(shí)驗(yàn)，尤其是以后更可以豐富中小學(xué)課堂的教學(xué)課堂。通過(guò)虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用讓學(xué)生處于一種多層次、多角度、立體化的學(xué)習(xí)空間中，直觀真切地感受到外部因素變化對(duì)身體的影響，改善了學(xué)生對(duì)體育運(yùn)動(dòng)的理解形式，提高了運(yùn)動(dòng)生理學(xué)課程的趣味性，提高學(xué)生學(xué)習(xí)運(yùn)動(dòng)生理學(xué)實(shí)驗(yàn)的積極性，也提高了學(xué)習(xí)效率。虛擬仿真技術(shù)的廣泛應(yīng)用，必將使運(yùn)動(dòng)生理學(xué)迎來(lái)新的生機(jī)和活力，根據(jù)教師的指導(dǎo)得到更加專業(yè)的技能訓(xùn)練，使人們更加科學(xué)的通過(guò)體育訓(xùn)練，改善人體技能，提高身體素質(zhì)。

四、小結(jié)

體育學(xué)科是一門(mén)理論與實(shí)踐完美結(jié)合的基礎(chǔ)學(xué)科，越來(lái)越受到學(xué)生及普通民眾的歡迎。運(yùn)動(dòng)生理學(xué)作為體育科學(xué)的輔助學(xué)科也是一門(mén)非常重要的理論課程，他主要研究人體在體育活動(dòng)和運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練影響下機(jī)體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和機(jī)能的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，進(jìn)而探討出完善人體運(yùn)動(dòng)能力發(fā)展的科學(xué)機(jī)理，指導(dǎo)人們科學(xué)準(zhǔn)確的完成各種訓(xùn)練。虛擬仿真技術(shù)作為一門(mén)理論與科學(xué)結(jié)合的科學(xué)手段，極大地提高了運(yùn)動(dòng)生理學(xué)實(shí)驗(yàn)的可操作性和趣味性，滿足了當(dāng)前運(yùn)動(dòng)生理學(xué)實(shí)驗(yàn)的操作需求，可以加深學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)，使學(xué)生通過(guò)豐富多彩的教學(xué)手段，多層次、多角度、立體化、真實(shí)化的得到專業(yè)便捷的技能訓(xùn)練，加深學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解和鞏固，提高學(xué)習(xí)的效率和應(yīng)用的直觀性，更加深刻地理解所研究的內(nèi)容和意義，從而提高運(yùn)動(dòng)生理學(xué)實(shí)驗(yàn)課的應(yīng)用效果。

【參考文獻(xiàn)】

[1]張敬南，張謬鐘.實(shí)驗(yàn)教學(xué)中虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用的研究[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2013（12）：101-104.

[2]柯中爐，牟惠康，楊林生.以虛擬仿真技術(shù)提升高職實(shí)踐教學(xué)有效性的探索――以生化制藥技術(shù)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)為例[J].中國(guó)職業(yè)技術(shù)教育，2009（05）：64-66.

篇4

關(guān)鍵詞：虛擬仿真技術(shù)；實(shí)踐教學(xué)；學(xué)習(xí)場(chǎng)景；教學(xué)訓(xùn)練

一、概述

虛擬仿真技術(shù)是對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和系統(tǒng)仿真技術(shù)的合稱。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是先進(jìn)的人――計(jì)算機(jī)接口技術(shù)，其實(shí)質(zhì)是利用計(jì)算機(jī)產(chǎn)生一個(gè)三維的、基于感知信息的臨場(chǎng)環(huán)境。人可以參與和控制環(huán)境，同時(shí)環(huán)境能夠?qū)θ说目刂菩袨樽龀鰟?dòng)態(tài)的交互反應(yīng)。系統(tǒng)仿真技術(shù)是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而形成的新興學(xué)科，它是通過(guò)建立真實(shí)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，利用計(jì)算機(jī)來(lái)達(dá)成對(duì)系統(tǒng)的分析、研究、設(shè)計(jì)等目的。目前，虛擬仿真技術(shù)在軍事、教育、醫(yī)學(xué)、工業(yè)設(shè)計(jì)等多個(gè)領(lǐng)域都得到了應(yīng)用。在教育教學(xué)領(lǐng)域，虛擬仿真技術(shù)能夠進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)或?qū)嶒?yàn)操作的模擬，具有經(jīng)濟(jì)性好、安全性高以及可重復(fù)等多種優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)開(kāi)始替代某些費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、費(fèi)錢(qián)的真實(shí)試驗(yàn)和教學(xué)演示，對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)活動(dòng)產(chǎn)生了強(qiáng)烈沖擊，引發(fā)了教學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生一系列深刻的變化。

虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)在高職實(shí)踐教學(xué)中應(yīng)用研究的意義：利用虛擬仿真技術(shù)可以構(gòu)建一個(gè)虛擬的實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地和教學(xué)場(chǎng)景，在沒(méi)有實(shí)際設(shè)備的情況下可以有效提高教學(xué)效果。并且可以減少高職院校因設(shè)備不足的高額開(kāi)支。通過(guò)仿真技術(shù)可以進(jìn)一步整合教學(xué)資源，提高實(shí)訓(xùn)設(shè)備的利用率，提高學(xué)生知識(shí)和技能。在教學(xué)中對(duì)仿真技術(shù)感興趣的學(xué)生可以做再次開(kāi)發(fā)，這樣能更好的提高實(shí)踐教學(xué)效果和學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)在高職實(shí)踐教學(xué)中的研究?jī)?nèi)容

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)者根據(jù)產(chǎn)品用戶的需要，將所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)通過(guò)圖紙表現(xiàn)出來(lái)，經(jīng)過(guò)計(jì)算或者經(jīng)驗(yàn)認(rèn)證后，再投入生產(chǎn)試制中進(jìn)一步檢驗(yàn)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的正確性與合理性。而虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)在實(shí)踐教學(xué)應(yīng)用研究中主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1. 利用虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)開(kāi)展三維模塊實(shí)踐教學(xué)的應(yīng)用研究

Solidworks作為一款三維設(shè)計(jì)軟件，功能強(qiáng)大，組件繁多。Solidworks有功能強(qiáng)大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新三大特點(diǎn)，這使得SolidWorks 成為領(lǐng)先的、主流的三維CAD解決方案。對(duì)于熟悉微軟的Windows系統(tǒng)的用戶，基本上就可以用SolidWorks 來(lái)搞設(shè)計(jì)了。SolidWorks獨(dú)有的拖拽功能使用戶在比較短的時(shí)間內(nèi)完成大型裝配設(shè)計(jì)。SolidWorks資源管理器是同Windows資源管理器一樣的CAD文件管理器，用它可以方便地管理CAD文件。使用SolidWorks ，學(xué)生能在比較短的時(shí)間內(nèi)完成更多的工作，能夠更快地將高質(zhì)量的設(shè)計(jì)應(yīng)用到虛擬設(shè)備中。

在強(qiáng)大的設(shè)計(jì)功能和易學(xué)易用的操作（包括Windows風(fēng)格的拖/放、點(diǎn)/擊、剪切/粘貼）協(xié)同下，使用SolidWorks ，整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)是可百分之百可編輯的，零件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)和工程圖之間的是全相關(guān)的。

（1）全動(dòng)感用戶界面：

①只有SolidWorks 才提供了一整套完整的動(dòng)態(tài)界面和鼠標(biāo)拖動(dòng)控制。“全動(dòng)感的”的用戶界面減少設(shè)計(jì)步驟，減少了多余的對(duì)話框，從而避免了界面的零亂。

②嶄新的屬性管理員用來(lái)高效地管理整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程和步驟。屬性管理員包含所有的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和參數(shù)，而且操作方便、界面直觀。

③用SolidWorks資源管理器可以方便地管理CAD文件。SolidWorks資源管理器是唯一一個(gè)同Windows資源器類似的CAD文件管理器。

④特征模版為標(biāo)準(zhǔn)件和標(biāo)準(zhǔn)特征，提供了良好的環(huán)境。用戶可以直接從特征模版上調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)的零件和特征，并與同事共享。

⑤SolidWorks 提供的AutoCAD模擬器，使得AutoCAD用戶可以保持原有的作圖習(xí)慣，順利地從二維設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向三維實(shí)體設(shè)計(jì)。

（2）裝配設(shè)計(jì)：

①在SolidWorks 中，當(dāng)生成新零件時(shí)，你可以直接參考其他零件并保持這種參考關(guān)系。在裝配的環(huán)境里，可以方便地設(shè)計(jì)和修改零部件。對(duì)于超過(guò)一萬(wàn)個(gè)零部件的大型裝配體，SolidWorks 的性能得到極大的提高。

②SolidWorks 可以動(dòng)態(tài)地查看裝配體的所有運(yùn)動(dòng)，并且可以對(duì)運(yùn)動(dòng)的零部件進(jìn)行動(dòng)態(tài)的干涉檢查和間隙檢測(cè)。

③用智能零件技術(shù)自動(dòng)完成重復(fù)設(shè)計(jì)。智能零件技術(shù)是一種嶄新的技術(shù)，用來(lái)完成諸如將一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的螺栓裝入螺孔中，而同時(shí)按照正確的順序完成墊片和螺母的裝配。

④鏡像部件是SolidWorks技術(shù)的巨大突破。鏡像部件能產(chǎn)生基于已有零部件（包括具有派生關(guān)系或與其他零件具有關(guān)聯(lián)關(guān)系的零件）的新的零部件。

2. 利用虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)開(kāi)展三維動(dòng)畫(huà)交互實(shí)踐教學(xué)的應(yīng)用研究

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的目的是為了開(kāi)發(fā)虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用，所以任何一個(gè)完整的細(xì)膩顯示系統(tǒng)都需要有一套功能完備的虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用開(kāi)發(fā)平臺(tái)，一般包括兩個(gè)部分，一是硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，即高性能的圖像生成及處理系統(tǒng)，通常為高性能的圖形計(jì)算機(jī)或者虛擬現(xiàn)實(shí)工作站；另一部分為軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，即面向應(yīng)用對(duì)象的虛擬顯示應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)。VRP（Virtual Reality Platform，簡(jiǎn)稱VR-Platform或VRP）即虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)，VRP是一款由中視典數(shù)字科技有限公司獨(dú)立開(kāi)發(fā)的具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的直接面向三維美工的一款虛擬現(xiàn)實(shí)軟件。VRP可廣泛的應(yīng)用于城市規(guī)劃、室內(nèi)設(shè)計(jì)、工業(yè)仿真、古跡復(fù)原、橋梁道路設(shè)計(jì)、房地產(chǎn)銷售、旅游教學(xué)、水利電力、地質(zhì)災(zāi)害等眾多領(lǐng)域，為其提供切實(shí)可行的解決方案。

三、虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)在實(shí)踐教學(xué)中擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題

1. 虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)在高職實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用與研究，有效地避免了高校實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備不足的影響因素。學(xué)生通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的學(xué)習(xí)與訓(xùn)練，減少其真機(jī)操作時(shí)出現(xiàn)許多失誤問(wèn)題。

2. 虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)在高職實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用與研究，教師利用虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)教學(xué)時(shí)，與實(shí)訓(xùn)室技師經(jīng)常切磋技藝、探討操作問(wèn)題，提高了教師的實(shí)踐教學(xué)水平。

3. 虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)在高職實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用與研究，改變了學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)的方式，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、綜合實(shí)踐能力和高職實(shí)踐課堂教學(xué)效果。

四、結(jié)束語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)也進(jìn)入了一個(gè)充滿活力和具有廣闊市場(chǎng)前景的高新技術(shù)領(lǐng)域，它的出現(xiàn)也漸漸取代了傳統(tǒng)模式中許多教學(xué)的新方法與新手段。目前，利用我院現(xiàn)有和二次開(kāi)發(fā)虛擬現(xiàn)實(shí)仿真實(shí)訓(xùn)軟件系統(tǒng)，進(jìn)一步完善學(xué)院虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室的硬件和軟件設(shè)施，構(gòu)建虛擬實(shí)訓(xùn)室嶄新的教學(xué)與學(xué)習(xí)場(chǎng)景，實(shí)施機(jī)電產(chǎn)品虛擬仿真設(shè)計(jì)、制造、裝配等模塊實(shí)踐教學(xué)的應(yīng)用與研究。對(duì)提高我院課堂教學(xué)改革實(shí)踐效果，具有深遠(yuǎn)的意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 尹湛華，朱海洋. 虛擬仿真技術(shù)在高職實(shí)踐教學(xué)中的比較優(yōu)勢(shì)[J]. 南昌高專學(xué)報(bào)，2008（08）

[2] 王嵐等. 虛擬實(shí)現(xiàn)EON Studio應(yīng)用教程[M]. 天津：南開(kāi)大學(xué)出版社，2007

篇5

1 環(huán)境工程學(xué)的特點(diǎn)及傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問(wèn)題

隨著環(huán)境控制技術(shù)迅速發(fā)展，污染控制工程理論和實(shí)踐的知識(shí)量也越來(lái)越多，知識(shí)點(diǎn)的更新速度也越來(lái)越快。我國(guó)各理工科院校的環(huán)境科學(xué)專業(yè)基本都開(kāi)設(shè)有環(huán)境工程學(xué)課程，但縱觀課程的教學(xué)現(xiàn)狀，存在諸多不盡如人意的地方。

1.1 教學(xué)內(nèi)容多且廣泛

環(huán)境工程學(xué)包含廢水污染控制、大氣污染控制、固體廢物處理以及噪聲控制等，內(nèi)容多而雜，容易造成學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握廣而不深，學(xué)而不精。對(duì)應(yīng)的專業(yè)教材知識(shí)更新慢；理論課程課時(shí)過(guò)多，實(shí)踐課程課時(shí)少，專業(yè)技能訓(xùn)練難以保證[1]。

1.2 實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)教學(xué)效果差

環(huán)境工程課程實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)都是集中將學(xué)生帶到某個(gè)與專業(yè)相關(guān)的單位比如污水處理廠，學(xué)生只能參觀某些處理單元，不得隨便操作任何設(shè)備、儀器，對(duì)于如何控制管理水處理工藝的運(yùn)行、如何解決運(yùn)行問(wèn)題等，仍然得不到學(xué)習(xí)和鍛煉。實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)教學(xué)現(xiàn)場(chǎng)通常比較嘈雜，學(xué)生對(duì)參觀的內(nèi)容往往是“走馬觀花”，不能達(dá)到實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)的目的。

1.3 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目偏少且單一

環(huán)境工程實(shí)驗(yàn)作為環(huán)境工程學(xué)理論課程的后續(xù)實(shí)驗(yàn)課程，該課程不僅能加深、鞏固學(xué)生對(duì)環(huán)境工程基本理論的理解，同時(shí)還可增強(qiáng)分析問(wèn)題和進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)的獨(dú)立工作能力；有利于掌握有關(guān)環(huán)境工程實(shí)驗(yàn)研究方法和實(shí)驗(yàn)技巧，培養(yǎng)整理、分析數(shù)據(jù)能力，提高環(huán)境工藝、工程方面的科研思維能力和創(chuàng)新意識(shí)。但是目前環(huán)境工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)僅限于幾個(gè)固定實(shí)驗(yàn)，比如：活性污泥實(shí)驗(yàn)、大氣除塵演示實(shí)驗(yàn)、氧傳遞系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)等，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目偏少。教學(xué)方式大多是在教師講解之后，學(xué)生“依樣畫(huà)葫蘆”進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮筒襟E理解得不夠透徹，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中處于一種被動(dòng)的地位。另外，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備缺乏感性認(rèn)識(shí)，即使把實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)中對(duì)設(shè)備的基本構(gòu)造、使用方法和注意事項(xiàng)看了多遍，仍不得要領(lǐng)，甚至不能正確地操作設(shè)備。另外，某些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目受到設(shè)備數(shù)量、品種、成本等方面的限制而無(wú)法開(kāi)展。

2 虛擬仿真技術(shù)在環(huán)境工程學(xué)理論及實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

虛擬仿真教學(xué)是指利用實(shí)物和計(jì)算機(jī)軟件共同模擬出真實(shí)的情境，讓學(xué)生在模擬的情境下進(jìn)行探究和學(xué)習(xí)。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)越來(lái)越廣泛地被應(yīng)用于各領(lǐng)域的專業(yè)教學(xué)，如自動(dòng)化[2]、水電機(jī)組監(jiān)測(cè)與故障診斷等[3]。虛擬仿真教學(xué)可以根據(jù)教學(xué)的實(shí)際需要和效果，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行動(dòng)態(tài)的組織和修改，具有很強(qiáng)的針對(duì)性和互動(dòng)性，能夠充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)思維[4]。

2.1 虛擬仿真技術(shù)水污染控制的運(yùn)用

虛擬仿真技術(shù)教學(xué)可以提升學(xué)生對(duì)城市生活廢水、工業(yè)廢水處理系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，提高教學(xué)效果。在仿真系統(tǒng)中，學(xué)生按照時(shí)間操作規(guī)程的要求對(duì)各個(gè)工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，最終確定處理后的廢水與污泥能否與實(shí)際設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)要求相符[5]。學(xué)生可根據(jù)提示熟悉虛擬水廠構(gòu)筑物分布和水廠概況，查看主要?jiǎng)恿υO(shè)備的知識(shí)點(diǎn)，了解水廠主要?jiǎng)釉O(shè)備能耗和藥劑成本，了解污水處理廠的相關(guān)工作規(guī)定和安全章程等。比如：虛擬仿真水廠包含巡檢項(xiàng)目和事故預(yù)案工況等，分別是正常工況巡檢、出水總氮超標(biāo)、出水總磷超標(biāo)、出水COD超標(biāo)、反應(yīng)池曝氣量調(diào)節(jié)、初沉池排泥撇渣、內(nèi)回流的調(diào)節(jié)、SVI調(diào)節(jié)，從而掌握污水處理廠常見(jiàn)事故的應(yīng)急處理預(yù)案和解決措施。

2.2 虛擬仿真技術(shù)在大氣污染控制的運(yùn)用

篇6

關(guān)鍵詞 GIS技術(shù) 三維可視化 數(shù)字模型 虛擬戰(zhàn)場(chǎng)地形

0 引言

近年來(lái)，隨著GIS和虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)的發(fā)展，軍事演習(xí)和指揮決策在概念上有了新的飛躍，通過(guò)建立虛擬作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)室來(lái)進(jìn)行軍事訓(xùn)練和研究。利用基于GIS三維動(dòng)態(tài)可視化仿真技術(shù)，場(chǎng)景建模技術(shù)和圖形圖象處理技術(shù)，開(kāi)發(fā)出關(guān)于某一特定的戰(zhàn)場(chǎng)地形區(qū)域的真實(shí)全面的虛擬戰(zhàn)場(chǎng)地形環(huán)境系統(tǒng)，使指揮人員有身臨其境的體驗(yàn)。

1 GIS及其可視化原理

1．1 GIS簡(jiǎn)介

地理信息系統(tǒng)（GIS）是一門(mén)地學(xué)空間數(shù)據(jù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的新型空間信息技術(shù)。它以空間數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)軟硬件的支持下，對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，管理，操作，分析和顯示，并采用地理模型分析法，適時(shí)提供多種空間和動(dòng)態(tài)地理信息的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。近幾年來(lái)把GIS技術(shù)用到軍事上的戰(zhàn)場(chǎng)地形的研究已經(jīng)取得了不少的進(jìn)步。

1．2 基于GIS的圖形表達(dá)

GIS中的圖形以矢量表示和存儲(chǔ)的。圖形的實(shí)質(zhì)就是空間點(diǎn)在三維平面的投影，可以分解為：點(diǎn)，線，面，體等幾種不同的圖形元素。因?yàn)槭噶炕瘓D形的各個(gè)部分可以用數(shù)學(xué)的方法加以描述，可以對(duì)其進(jìn)行任意的變換，放大，縮小，旋轉(zhuǎn)，變形，移位，疊加等，并保持圖形的空間拓?fù)潢P(guān)系不變。而且矢量圖形的基本組成是點(diǎn)，線，面，體，可以進(jìn)行單獨(dú)定義，控制，操作，分析，查詢圖形對(duì)象的空間信息及其相關(guān)的屬性信息。

1．3 基于GIS的戰(zhàn)場(chǎng)地形信息的組織

GIS將空間實(shí)體對(duì)象用空間數(shù)據(jù)和屬性來(lái)共同描述并分別存儲(chǔ)。前者描述實(shí)體的數(shù)據(jù)和拓?fù)潢P(guān)系等，后者描述實(shí)體的屬性和兩者的關(guān)聯(lián)標(biāo)識(shí)，空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)通過(guò)內(nèi)部代碼和用戶標(biāo)識(shí)碼作為公共數(shù)據(jù)項(xiàng)連接起來(lái)，使得空間對(duì)象的每個(gè)圖元與描述圖元的屬性一一對(duì)應(yīng)起來(lái)（如圖1）。利用GIS特有的混合空間數(shù)據(jù)組織形式為反映戰(zhàn)爭(zhēng)中復(fù)雜的地形環(huán)境提供了條件。戰(zhàn)場(chǎng)數(shù)字建模是把客觀存在的戰(zhàn)場(chǎng)地形環(huán)境實(shí)體在計(jì)算機(jī)中用真實(shí)的空間位置來(lái)表示，實(shí)現(xiàn)了地形空間實(shí)體與屬性數(shù)據(jù)一一對(duì)應(yīng)（如圖2）。

2 三維虛擬戰(zhàn)場(chǎng)地形的可視化數(shù)字建模

2．1 DEM地形數(shù)據(jù)的組織和表達(dá)

地表數(shù)字地形模型（Digital Terrain model，即DTM）是虛擬戰(zhàn)場(chǎng)地形模型的重要組成部分。三維地形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是構(gòu)造虛擬戰(zhàn)場(chǎng)地形環(huán)境的基礎(chǔ)，關(guān)鍵技術(shù)是DEM（數(shù)字高程模型）的表達(dá)。對(duì)DEM數(shù)據(jù)的組織較多的用不規(guī)則三角網(wǎng)（Triangulated Irregular Network，即TIN）模型或規(guī)則網(wǎng)格（GRID）模型（如圖3）。TIN模型是由分散的地形點(diǎn)按照一定的規(guī)則構(gòu)成的一系列不相交的三角形網(wǎng)組成，所表示的地形表面的真實(shí)程度由地形點(diǎn)的密度決定，并能充分表現(xiàn)高程細(xì)節(jié)的變化，適合于地形復(fù)雜的地區(qū)。TIN可以利用原始高程點(diǎn)重建地形表面，地形平坦的地方多邊形較少；復(fù)雜的地區(qū)多邊形較多，對(duì)地形的描述具有很好的合理性。GRID模型具有較小的存貯量和簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

對(duì)復(fù)雜的戰(zhàn)場(chǎng)地形的建立一般用TIN。TIN的存貯采用文件集的形式，每個(gè)文件存貯網(wǎng)格的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，高程坐標(biāo)，節(jié)點(diǎn)號(hào)，空間索引標(biāo)識(shí)，邊界，渲染和文件指針等信息。建立地形實(shí)體DTM一般由地形等高線原始數(shù)據(jù)按一定的算法生成TIN。算法包括Delaunay三角形的分治算法，點(diǎn)插入法和三角網(wǎng)生長(zhǎng)法。這些算法都遵循以下原則：

a)TIN的唯一性。

b)使每個(gè)三角形盡最大可能接近等邊三角形。

c)三角形的邊長(zhǎng)總和最小。

對(duì)初始的TIN，應(yīng)消除由于等高線數(shù)據(jù)過(guò)于密集或采集信息缺少而形成的細(xì)小的，狹長(zhǎng)的三角形，來(lái)提高TIN的精度。

根據(jù)GIS地形信息組織的基本原理，對(duì)TIN的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的組織，采用了面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)思想，以Visual C++6.0 為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，設(shè)計(jì)了CTinLine三個(gè)點(diǎn)的主要成員。

1． 測(cè)量點(diǎn)類：

Class CsurveyPoint: Public CObject

{.............

Float x， y， z; //點(diǎn)x ，y ，z的三維坐標(biāo)，由數(shù)字勘測(cè)系統(tǒng)外業(yè)獲取

Int SvyPtID //點(diǎn)的ID號(hào)隱含屬性信息

CsurvyPoint *Next; //單向鏈表，用于數(shù)據(jù)管理

..........操作函數(shù).......

}

2. 三角形邊類

Class CtinLine: Public CObject

{.............

CsurvyPoint *P1， *P2; //指向三角形的兩端點(diǎn)

int TinLineID; //三角形邊的ID號(hào)

int left ， right; //三角形的左右三角形號(hào)

CtinLine *Next; //指向下一個(gè)節(jié)點(diǎn)索引的指針，形成單向鏈表

................

}

3. 三角形CTIN類

Class CTin: Public CObject;

{.............

CsuryPoint *P1， *P2， *P3；

或CtinLine *TL1， *TL2， *TL3; //三角形三個(gè)點(diǎn)或三條邊的指針

int Tr1， Tr2， Tr3; //三角形三個(gè)相鄰的三角形的索引值

Ctin *Next //下一個(gè)三角形的索引，形成單向鏈表

..............

}

所開(kāi)發(fā)三維地形仿真成圖系統(tǒng)建立的不同的TIN數(shù)目的地形平面模型圖（含高程值）如圖4 圖5所示。

2．2 地形實(shí)體的數(shù)字建模

用GIS的空間數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)地形環(huán)境實(shí)體的數(shù)字建模。按照地形對(duì)象的屬性，可以將地形對(duì)象分為點(diǎn)，線，面，體四類數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)表達(dá)。

下面給出某山體地形環(huán)境的存貯結(jié)構(gòu)：

Struct HillPart {

int Part_ID; //山體局部標(biāo)識(shí)

char Part_Code; //山體局部編號(hào)

Struct Body *BodyList; //山體局部數(shù)組

Attributes_List //山體局部屬性列表

}

Struct Body {

int Body_ID; //體標(biāo)識(shí)

int Part_ID; //包含該體的山體局部標(biāo)號(hào)

char Patt_Code; //山體局部編號(hào)

int Body_Type; //體構(gòu)造類型

Struct Mesh *MeshList; //構(gòu)成體的面數(shù)組

Attributes_List; } //體屬性列表

Sruct Mesh {

int Mesh_ID; //面標(biāo)識(shí)

int Body_ID; //包含該面的體標(biāo)識(shí)

char Part_Code; //山體局部編號(hào)

int Mesh_Type; //面構(gòu)造類型

Srucut Line *LineList; //構(gòu)成面的線數(shù)組

Attributes_List; //面屬性列表

}

Struct Line {

int Line_ID; //線標(biāo)識(shí)號(hào)

int Mesh_ID; //包含該線的面標(biāo)識(shí)

char Part_Code; //山體局部編號(hào)

char Line_Type; //線構(gòu)造類型

Struct Point *PointList; //構(gòu)成線的點(diǎn)的有向數(shù)組

AttributesList; //線屬性列表

}

Srtuct Point {

int Point_ID; //點(diǎn)標(biāo)識(shí)號(hào)

int Line_ID; //包含該點(diǎn)的線標(biāo)識(shí)

char Part_Code; //山體局部編號(hào)

double x; //x， y， z

double y; // 坐標(biāo)

double z;

AttributesList //點(diǎn)屬性列表

}

3 三維數(shù)字地形模型的可視化操作與分析

3．1 三維數(shù)字地形的動(dòng)態(tài)顯示

為了達(dá)到逼真的顯示效果，在三維幾何模型上疊加實(shí)物影象數(shù)據(jù)。地形的紋理的構(gòu)造可由TIN模型中的三角形與山體的正射影象圖的掃描坐標(biāo)匹配，從而取得三角形內(nèi)影象的恢度值或RGB值，然后把數(shù)據(jù)疊加到TIN模型上，由此得到真實(shí)光照和表面紋理的顯示效果。為了提高三維地形模型的顯示速度和效果，以及為了降低紋理貼圖時(shí)，影響數(shù)據(jù)的量，使用視點(diǎn)相關(guān)的動(dòng)態(tài)多分辨率紋理模型（View-dependent and Multi-resolution Texture Model）。距離觀察者遠(yuǎn)近不同的區(qū)域其紋理分辨率不同，即影射的距離觀察者較遠(yuǎn)的區(qū)域，其紋理具有較低的分辨率，相反具有較高的分辨率，這也符合視覺(jué)原理。（具體算法可參照文獻(xiàn)[4]）

觀察者遠(yuǎn)距離（在高空中）觀察看到的是粗略的地形；近距離觀察的是細(xì)微的地形。在虛擬的戰(zhàn)場(chǎng)地形環(huán)境中要表現(xiàn)這一特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)地形的動(dòng)態(tài)地近乎人性化的顯示用了一種叫做視相關(guān)的實(shí)時(shí)Lod地形模型的多分辨率顯示技術(shù)（View-dependent and real-time LoD model of Multi-resolution terrain Rendering）。

在距離視點(diǎn)較近時(shí)用較多的多邊形描述；較遠(yuǎn)時(shí)用較少的多邊形描述?？梢云胶鈭D形負(fù)載，符合場(chǎng)景的真實(shí)地表現(xiàn)的特點(diǎn)。（該技術(shù)的詳細(xì)介紹可參閱參考文獻(xiàn)[5]）

3．2 可視化的三維數(shù)字地形查詢

實(shí)現(xiàn)查詢的前提是數(shù)字模型的空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的一一對(duì)應(yīng)。問(wèn)題是二維屏幕顯示的點(diǎn)和三維模型的實(shí)際點(diǎn)不是一一對(duì)應(yīng)的。這就必須用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的知識(shí)進(jìn)行二維到三維的轉(zhuǎn)化。若屏幕捕獲到的點(diǎn)對(duì)應(yīng)著地形點(diǎn)的坐標(biāo)，到對(duì)應(yīng)的真實(shí)三維坐標(biāo)。 即

（其中為三維到二維投影的變換矩陣）。若鼠標(biāo)捕捉到對(duì)應(yīng)的屬性信息為山體的ID號(hào)。則由以下語(yǔ)句可實(shí)現(xiàn)山體屬性的查詢。

Select ( *， * ， from datebase ， where ID="***")

這樣就實(shí)現(xiàn)了數(shù)字地形的空間圖到屬性的查詢。

3．3 三維空間地形數(shù)據(jù)的分析

主要給出地形剖面繪制及空間距離量測(cè)的方法。由鼠標(biāo)在顯示的三維數(shù)字地形DTM上任取兩點(diǎn)由可視點(diǎn)判別法得到對(duì)應(yīng)的實(shí)際的地形的三維坐標(biāo)，。 根據(jù)它們的平面位置和TIN模型存貯的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和所在的TIN模型的三角形編號(hào)，由起點(diǎn)和終點(diǎn)的三角形位置和連線，可以得到與該連線相交的三角形的編號(hào)，從而求得剖線與一系列三角形相交的點(diǎn)的三維坐標(biāo)把這些點(diǎn)兩兩相連構(gòu)成一條三維曲線。選取合適的比例尺可以繪制出 兩點(diǎn)的地形剖面圖。并由公式：

計(jì)算出兩點(diǎn)的空間距離（沿地形面的兩點(diǎn)直線距離）。

4 結(jié)束語(yǔ)

把GIS的三維動(dòng)態(tài)可視化技術(shù)引進(jìn)到虛擬戰(zhàn)場(chǎng)地形環(huán)境中去，以數(shù)據(jù)的直觀可視 化為出發(fā)點(diǎn)來(lái)形象地描述戰(zhàn)場(chǎng)地形的特征，并能實(shí)現(xiàn)查詢 分析 功能，為全面準(zhǔn)確快速掌握戰(zhàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)地形信息，提供了有力的工具。 6參考文獻(xiàn)

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[2] 劉建永 王源等，戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境信息學(xué) 理工大學(xué)工程兵工程學(xué)院 2002

[3] 王源，數(shù)字勘測(cè)技術(shù) 理工大學(xué)工程兵工程學(xué)院 2001

[4] 楊必勝 李清泉 史文中 三維GIS中多分辨率文理模型研究 中國(guó)圖形圖象學(xué)報(bào)

2003 3

[5] 潭兵 徐青 馬東洋 用約束四叉樹(shù)實(shí)現(xiàn)地形的實(shí)時(shí)多分辨率繪制 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)報(bào) 2003 3

篇7

一、虛擬仿真技術(shù)概述

虛擬仿真技術(shù)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和系統(tǒng)仿真技術(shù)的合稱[2]。虛擬仿真技術(shù)又叫虛擬仿真或者模擬技術(shù)，是將一個(gè)真實(shí)的系統(tǒng)用虛擬的方法模仿出來(lái)。虛擬仿真技術(shù)是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展而逐步形成的一種實(shí)驗(yàn)研究技術(shù)，是數(shù)學(xué)推理、科學(xué)實(shí)驗(yàn)之后人類認(rèn)識(shí)客觀規(guī)律的第三類方法，已逐漸成為人類認(rèn)識(shí)和改造客觀世界的通用性、戰(zhàn)略性技術(shù)[3]。虛擬仿真技術(shù)在多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等技術(shù)的基礎(chǔ)上，將仿真技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)結(jié)合在一起，構(gòu)建逼真的虛擬環(huán)境。虛擬仿真可以是一個(gè)模擬器，一個(gè)仿真軟件，或者一個(gè)數(shù)學(xué)模型等[4]。虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用在軍事演習(xí)、醫(yī)學(xué)手術(shù)模擬、廣告宣傳等。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展虛擬仿真技術(shù)廣泛地應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)已經(jīng)成為一種新的教學(xué)模式[5]。

虛擬仿真技術(shù)在實(shí)訓(xùn)中具有真實(shí)性、交互性、開(kāi)放性及擴(kuò)展性[6]。真實(shí)性是指虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中實(shí)驗(yàn)環(huán)境具有很強(qiáng)的真實(shí)感，學(xué)習(xí)者在虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中感覺(jué)進(jìn)入了真實(shí)的實(shí)訓(xùn)室，操作虛擬設(shè)備，體驗(yàn)真實(shí)的操作過(guò)程。交互性是指學(xué)習(xí)者可以通過(guò)鍵盤(pán)、鼠標(biāo)操作虛擬設(shè)備，虛擬設(shè)備會(huì)在真實(shí)實(shí)訓(xùn)中所出現(xiàn)的現(xiàn)象。開(kāi)放性是指可以將虛擬仿真實(shí)訓(xùn)以網(wǎng)頁(yè)的形式，學(xué)習(xí)者可以隨時(shí)隨地進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)，突破了時(shí)空的限制。擴(kuò)展性是指虛擬設(shè)備或虛擬軟件等可以實(shí)現(xiàn)靈活地配置與組合，而且更新與維護(hù)方便，可以對(duì)虛擬設(shè)備或虛擬軟件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。

二、Packet Trace軟件在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)中的應(yīng)用

（一）Packet Trace軟件簡(jiǎn)介

Packet Tracer是思科公司開(kāi)發(fā)的一種虛擬仿真軟件，可供網(wǎng)絡(luò)課程的初學(xué)者在虛擬環(huán)境中設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)、配置網(wǎng)絡(luò)、排除網(wǎng)絡(luò)故障。該軟件采用圖形化用戶界面，學(xué)習(xí)者可以通過(guò)鼠標(biāo)拖曳設(shè)備及配置線構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?提供的數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中的流動(dòng)過(guò)程可以適時(shí)地觀察網(wǎng)絡(luò)狀態(tài);可通過(guò)IOS配置對(duì)設(shè)備進(jìn)行配置管理，鍛煉學(xué)習(xí)者檢查、排除網(wǎng)絡(luò)故障的能力。

Packet Trace支持大量的設(shè)備仿真，比如路由器、交換機(jī)、Hub等各類網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備的仿真，每類設(shè)備還提供不同的型號(hào);雙絞線、同軸電纜、光纖等各種傳輸介質(zhì)的仿真;DNS、FTP、WEB、DHCP等服務(wù)器的仿真;還可以仿真很多模塊。而真實(shí)的實(shí)訓(xùn)環(huán)境中往往不可能提供這么全面的實(shí)訓(xùn)設(shè)備。Packet Trace運(yùn)行很多網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，支持TCP/IP協(xié)議，UDP協(xié)議、OSPF協(xié)議、HTTP協(xié)議、SMTP協(xié)議、Telnet協(xié)議等常見(jiàn)協(xié)議，及不常見(jiàn)的ARP協(xié)議、Ethernet協(xié)議、HDLC協(xié)議、ICMP協(xié)議、IPv6等協(xié)議。Packet Trace支持邏輯空間設(shè)計(jì)及物理空間設(shè)計(jì)兩種模式。Packet Trace中的數(shù)據(jù)包可采用實(shí)時(shí)傳輸模式和仿真?zhèn)鬏斈Ｊ剑瑢?shí)時(shí)傳輸與真實(shí)傳輸過(guò)程一樣，仿真?zhèn)鬏斂梢钥吹綌?shù)據(jù)傳送的過(guò)程。

（二）Packet Trace軟件的應(yīng)用

假設(shè)某公司需要構(gòu)建自己的網(wǎng)站，并在網(wǎng)站上提供郵件系統(tǒng)服務(wù)。通過(guò)分析，為了完成本實(shí)驗(yàn)需要用到的設(shè)備有：首先需要一臺(tái)網(wǎng)站（Web）服務(wù)器、一臺(tái)郵件（E-mail）服務(wù)器;另外還需要一臺(tái)域名解析（DNS）服務(wù)器（通?？梢杂蓪ｉT(mén)的機(jī)構(gòu)提供，為了方便在仿真軟件中構(gòu)建了自己的DNS服務(wù)器）;還需要幾臺(tái)可以上網(wǎng)的PC機(jī);為了將這些設(shè)備連接起來(lái)，需要一臺(tái)交換機(jī)。還需要配置每個(gè)服務(wù)器的協(xié)議及每個(gè)服務(wù)器和PC機(jī)的地址;如果需要遠(yuǎn)程登錄交換機(jī)還需要對(duì)交換機(jī)進(jìn)行配置。這個(gè)實(shí)驗(yàn)可以在真實(shí)的環(huán)境中完成，也可以在虛擬仿真軟件Packet Trace中完成。以下先通過(guò)Packet Trace軟件進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。

1.構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

將Web服務(wù)器、E-mail服務(wù)器、DNS服務(wù)器、兩臺(tái)PC機(jī)拖曳進(jìn)主界面，并連接好配置線，將設(shè)備分別重命名，得到實(shí)驗(yàn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，如圖1所示。

圖1  網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

2.配置各設(shè)備

（1）配置DNS服務(wù)器。鼠標(biāo)單擊DNS服務(wù)器，首先在Desktop選項(xiàng)中選擇“IP Configuration”設(shè)置靜態(tài)分配（Static），設(shè)置好各地址參數(shù)，其中IP地址192.168.1.2;然后在Config選項(xiàng)卡中設(shè)置GLOBAL項(xiàng)中的Gateway為：192.168.1.1，DNS Server為192.168.2;最后將DNS項(xiàng)以外的其他協(xié)議全部關(guān)閉，并在DNS中添加網(wǎng)站（fly.com）及郵箱（pop3.163.com，stmp.163.com）的域名解析，如圖2所示。

圖2  DNS域名解析配置

（2）配置Web服務(wù)器。鼠標(biāo)單擊Web服務(wù)器，在Desktop選項(xiàng)卡中配置好IP Configuration中各地址，IP地址為192.168.1.8;然后在Config選項(xiàng)卡中設(shè)置GLOBAL項(xiàng)中的Gateway為：192.168.1.1，DNS Server為192.168.2;再后將HTTP項(xiàng)以外的其他協(xié)議全部關(guān)閉，還可以在此處修改網(wǎng)頁(yè)代碼，以修改網(wǎng)頁(yè)的顯示內(nèi)容。

（3）配置郵件服務(wù)器。點(diǎn)開(kāi)E-mail服務(wù)器，配置好IP Configuration中各地址，IP地址為192.168.1.3;然后在Config選項(xiàng)卡中設(shè)置GLOBAL項(xiàng)中的Gateway為：192.168.1.1，DNS Server為192.168.2;再后將E-mail項(xiàng)以外的其他協(xié)議全部關(guān)閉，并在E-mail項(xiàng)中設(shè)置Domain name及添加郵箱用戶名及用戶密碼。

（4）配置交換機(jī)。如果交換機(jī)不需要遠(yuǎn)程登錄進(jìn)行配置管理，則無(wú)需配置。如果需要進(jìn)行遠(yuǎn)程登錄管理那么需要給交換機(jī)配置地址。交換機(jī)配置地址需要通過(guò)IOS配置方式。給交換機(jī)配置地址為192.168.1.253。點(diǎn)開(kāi)交換機(jī)，進(jìn)入CLI選項(xiàng)，回車后鍵入命令，下面進(jìn)行簡(jiǎn)單的配置命令：

Switch>en//進(jìn)入特權(quán)模式

Switch#conf t //進(jìn)入全局模式

Switch（config）#inter vlan 1（默認(rèn)交換機(jī)的所有端口都在VLAN1中）//創(chuàng)建并進(jìn)入VLAN1的接口視圖

Switch（config-if）#ip address 192.168.1.253 255.255.255.0//在VLAN1接口上配置交換機(jī)遠(yuǎn)程管理的IP地址

Switch（config-if）#no shutdown//開(kāi)啟接口

Switch（config-if）#exit//回到全局配置模式

（5）配置兩臺(tái)PC機(jī)的地址。點(diǎn)開(kāi)PC0，在Desktop選項(xiàng)中選擇“IP Configuration”設(shè)置靜態(tài)分配（Static），設(shè)置好各地址參數(shù)，其中IP地址192.168.1.4。PC1的設(shè)置同PC0，其中IP地址為192.168.1.5。

3.測(cè)試驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

（1）驗(yàn)證網(wǎng)站功能。在PC0（或PC1）上，點(diǎn)開(kāi)進(jìn)入Web Brower選項(xiàng)，輸入網(wǎng)址fly.com，再點(diǎn)擊go，如果能夠正確顯示出Web服務(wù)器上的主頁(yè)，則說(shuō)明Web服務(wù)器實(shí)驗(yàn)成功。否則需要重新檢測(cè)故障，并排除故障，直到能夠成功顯示。

（2）驗(yàn)證郵件收發(fā)功能。鼠標(biāo)單擊PC0（或PC1）上，選擇Desktop選項(xiàng)，單擊E-Mail，進(jìn)入MAILBROWER，單擊Configure Mail，然后進(jìn)行相應(yīng)的配置。保存后返回MAIL BROWER，進(jìn)行收發(fā)郵件測(cè)試，如果能成功收發(fā)郵件，則說(shuō)明郵件服務(wù)器實(shí)驗(yàn)成功，否則需要檢測(cè)并排除故障。

三、Packet Trace虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)的對(duì)比分析

在Packet Trace虛擬仿真軟件中，學(xué)習(xí)者可以通過(guò)圖形化界面，對(duì)虛擬的設(shè)備進(jìn)行連線、配置、測(cè)試、排除故障等，在逼真的環(huán)境中，體驗(yàn)真實(shí)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，完成實(shí)驗(yàn)，得到真實(shí)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。而且虛擬實(shí)驗(yàn)中需要用到的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，只需要用鼠標(biāo)拖曳出來(lái)即可，仿真軟件提供不同的設(shè)備和相同設(shè)備不同型號(hào)的選擇，實(shí)驗(yàn)非常方便靈活。而在真實(shí)的實(shí)驗(yàn)中，很多實(shí)訓(xùn)場(chǎng)所不可能提供這么多的設(shè)備，更難具備各種不同型號(hào)的設(shè)備，仿真軟件大大地節(jié)約了設(shè)備成本。在虛擬實(shí)驗(yàn)中，可以不斷地重新配置，嘗試不同的配置方法，不會(huì)損壞設(shè)備，配置不成功，可以刪除設(shè)備，重新拖曳進(jìn)新設(shè)備進(jìn)行配置，而在真實(shí)實(shí)驗(yàn)中配置不正確，操作不當(dāng)，可能損壞真實(shí)設(shè)備，而且不可能把真實(shí)設(shè)備丟掉后再用新設(shè)備進(jìn)行配置管理，因此，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)提供了更靈活的配置方法，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣。在虛擬實(shí)驗(yàn)中，不需要專門(mén)的實(shí)訓(xùn)場(chǎng)所，不需要實(shí)訓(xùn)室管理維護(hù)人員，節(jié)約了實(shí)訓(xùn)場(chǎng)所成本以及管理人員成本;虛擬實(shí)驗(yàn)可以在任意一臺(tái)電腦上完成，突破了時(shí)間與空間的限制，可以使學(xué)習(xí)者隨時(shí)隨地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，學(xué)習(xí)更輕松，效率更高。

但是在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中有一些與真實(shí)實(shí)驗(yàn)不完全相同的地方，比如設(shè)備之間的連線，只需要選擇一種介質(zhì)即可，甚至可以由系統(tǒng)智能判斷選擇什么介質(zhì)，所以配線環(huán)節(jié)不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。而在真實(shí)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)習(xí)者可能不知道具體的設(shè)備需要選擇哪種傳輸介質(zhì)，或者傳輸介質(zhì)沒(méi)有連接好、松動(dòng)、串?dāng)_等都可能造成實(shí)驗(yàn)不成功，而這些在虛擬實(shí)驗(yàn)中都不會(huì)出現(xiàn)。另外，如Web服務(wù)器配置，在虛擬實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有設(shè)備Web站點(diǎn)，只需要將HTTP協(xié)議打開(kāi)即可，而在真實(shí)的實(shí)驗(yàn)中Web站點(diǎn)的配置存在版本的不兼容、默認(rèn)站點(diǎn)的位置不正確以及登錄用戶的權(quán)限設(shè)置等問(wèn)題都可能引起Web服務(wù)配置不成功。

因此，虛擬實(shí)驗(yàn)仿真實(shí)驗(yàn)需要與真實(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來(lái)，不能只是單純地進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。比如，可以讓初學(xué)者先通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，熟悉設(shè)備、設(shè)備的型號(hào)、設(shè)備的配置方法、設(shè)備的管理方法、設(shè)備的排障方法等，然后再結(jié)合真實(shí)設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這樣將使學(xué)習(xí)效果更佳。

篇8

基于虛擬仿真技術(shù)和計(jì)算網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法已經(jīng)成為不可或缺的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的構(gòu)建，將促進(jìn)教學(xué)資源的科學(xué)規(guī)劃和持續(xù)發(fā)展。以學(xué)科發(fā)展為依托、以培養(yǎng)具有綜合實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的人才為目標(biāo)，本著能實(shí)不虛、虛實(shí)結(jié)合的原則，在實(shí)體實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，打破原有實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)和專業(yè)內(nèi)容所固有的界限，探索構(gòu)建了三平臺(tái)、三層次、一體化的“三三一”虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。“三三一”體系的構(gòu)建既豐富了專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，又為學(xué)生在基于虛擬仿真技術(shù)的跨專業(yè)大型綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源中，提供更多的應(yīng)用技能、綜合能力和創(chuàng)新能力訓(xùn)練的機(jī)會(huì)。

關(guān)鍵詞:

電氣工程;自動(dòng)化;虛擬仿真

天津大學(xué)電氣與自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)中心承擔(dān)著面向全校10個(gè)專業(yè)、47門(mén)課程的本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作，其中包括課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等多種教學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。近年來(lái)，實(shí)驗(yàn)中心為了解決大型綜合實(shí)體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目在建設(shè)、運(yùn)行、維護(hù)等工作中受場(chǎng)地或經(jīng)費(fèi)等條件限制、阻礙學(xué)科建設(shè)與發(fā)展的問(wèn)題;為了滿足學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練的需要，積極促進(jìn)科研成果向教學(xué)資源的轉(zhuǎn)化，在實(shí)體實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境不斷完善、發(fā)展的同時(shí)，對(duì)部分專業(yè)課實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境及仿真系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與建設(shè)。先后建設(shè)了“智能電網(wǎng)仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)”、“多相流虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)”、“高電壓虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)”、“機(jī)器人及自主系統(tǒng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)”、“工業(yè)生產(chǎn)線虛擬環(huán)境”等一批虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源［1－2］，并全部應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。2012年9月為了更好地管理和優(yōu)化教學(xué)資源，學(xué)校成立了電氣工程與自動(dòng)化虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心。按照培養(yǎng)具有綜合能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才的需要，本著“相互補(bǔ)充、互融互通”的原則，構(gòu)建了“三平臺(tái)、三層次、一體化”的“三三一”虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。經(jīng)過(guò)5年的時(shí)間，依照“能實(shí)不虛、虛實(shí)結(jié)合”的原則，完成了15個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的建設(shè)工作。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系為實(shí)驗(yàn)資源開(kāi)發(fā)提出了明確的目標(biāo)。

1虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)

充分發(fā)揮虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，是構(gòu)建一套科學(xué)、高效、可持續(xù)發(fā)展的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的關(guān)鍵。其特點(diǎn)如下。

1．1豐富的教學(xué)內(nèi)容

基于互聯(lián)網(wǎng)的虛擬仿真技術(shù)為實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來(lái)了不受時(shí)間、空間限制的特點(diǎn)，它可以將學(xué)生帶入未知的科學(xué)世界。相比傳統(tǒng)實(shí)體實(shí)驗(yàn)課程的內(nèi)容，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可以是千變?nèi)f化的［3］。學(xué)生不僅可以利用所學(xué)知識(shí)靈活地解決問(wèn)題，還可以按照自己的興趣愛(ài)好設(shè)計(jì)問(wèn)題，探索未知的世界。例如:傳統(tǒng)的電機(jī)學(xué)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生只能觀測(cè)電機(jī)外特性結(jié)果，無(wú)法從根本上理解電機(jī)的內(nèi)部磁場(chǎng)分布、不同運(yùn)行工況下的磁場(chǎng)變化。而虛擬仿真實(shí)驗(yàn)利用電機(jī)電磁場(chǎng)有限元分析軟件，使學(xué)生能通過(guò)虛擬仿真環(huán)境，了解電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)分布及性能特性曲線。同時(shí)，虛擬仿真技術(shù)打破了不同專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的隔墻，為跨學(xué)科的交叉應(yīng)用提供了廣闊的實(shí)踐天地。

1．2靈活的教學(xué)環(huán)節(jié)

為體現(xiàn)“以人為本”的教育、教學(xué)理念，適應(yīng)個(gè)性化學(xué)習(xí)需求，有利于創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系應(yīng)該包含多層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生可以選擇適合自己知識(shí)水平、興趣愛(ài)好的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。并且隨著學(xué)習(xí)進(jìn)度的變化，可以跨越教學(xué)層次提升(或回顧以往)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容［4］。這在實(shí)體實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)中是很難實(shí)現(xiàn)的。靈活的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)資源建立了不同教學(xué)環(huán)節(jié)之間的知識(shí)鏈接，使學(xué)生在夯實(shí)基礎(chǔ)知識(shí)的前提下，有更多接觸專業(yè)實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)踐的機(jī)會(huì)。

1．3不可及和不可逆過(guò)程的實(shí)現(xiàn)

在涉及高?；驑O端環(huán)境，不可及或不可逆的操作，高成本、高消耗、大型或綜合訓(xùn)練等情況時(shí)［5］，虛擬仿真技術(shù)提供可靠、安全和經(jīng)濟(jì)的實(shí)驗(yàn)手段。例如:在“高電壓虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)”中學(xué)生可以隨時(shí)觀察高壓放電的模擬場(chǎng)景。

1．4無(wú)處不在的實(shí)驗(yàn)室

基于互聯(lián)網(wǎng)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源不僅可以為學(xué)生在任何時(shí)間和地點(diǎn)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)提供條件［6］，同時(shí)也可以將優(yōu)秀的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源開(kāi)放，為兄弟院校、企業(yè)、社區(qū)提供教學(xué)服務(wù)。

2虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的構(gòu)建

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系在教學(xué)大系統(tǒng)中，與實(shí)體實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系相互補(bǔ)充，同樣需要遵循實(shí)驗(yàn)教學(xué)的客觀規(guī)律和基本準(zhǔn)則［7－8］。通過(guò)利用“互聯(lián)網(wǎng)思維”和“虛擬仿真技術(shù)”對(duì)現(xiàn)有實(shí)體實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)中的內(nèi)容和環(huán)節(jié)進(jìn)行了全面的、系統(tǒng)的再設(shè)計(jì)，形成了科學(xué)的和可持續(xù)發(fā)展的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)。首先將基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新與實(shí)踐訓(xùn)練的三個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)按照理論應(yīng)用、綜合設(shè)計(jì)、系統(tǒng)構(gòu)建劃分三個(gè)教學(xué)層次;然后利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，將不同平臺(tái)(教學(xué)層次)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行互聯(lián)互通、相互融合，形成了教學(xué)體系的一體化。

2．1以教學(xué)環(huán)節(jié)為導(dǎo)向的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)

以教學(xué)環(huán)節(jié)為導(dǎo)向的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)包括基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)、專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)以及創(chuàng)新與實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，如圖1所示。

2．1．1基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)

該平臺(tái)側(cè)重基礎(chǔ)知識(shí)的教學(xué)工作。通過(guò)驗(yàn)證基礎(chǔ)科學(xué)和技術(shù)原理，使學(xué)生切身體驗(yàn)科學(xué)發(fā)現(xiàn)與工程技術(shù)的發(fā)展歷程，進(jìn)而內(nèi)化為其自身的工程意識(shí)與素養(yǎng)［9］。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以為學(xué)生提供不受限于時(shí)間、地點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，“無(wú)處不在的實(shí)驗(yàn)室”有助于提高學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的興趣、培養(yǎng)獨(dú)立思考問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

2．1．2專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)

專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要包括課程設(shè)計(jì)、綜合實(shí)驗(yàn)、工程設(shè)計(jì)綜合訓(xùn)練等集中教學(xué)環(huán)節(jié)。由于部分綜合類實(shí)體實(shí)驗(yàn)受實(shí)驗(yàn)設(shè)備功能的限制，學(xué)生可以選擇的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有限，尤其是一些大型、高風(fēng)險(xiǎn)、高能耗、高成本、不可及或不可逆的項(xiàng)目根本無(wú)法對(duì)本科生開(kāi)放。構(gòu)建虛擬仿真專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，將不可能變成可能，不僅可以開(kāi)設(shè)大型綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的仿真環(huán)境，還可以實(shí)現(xiàn)跨專業(yè)的綜合實(shí)踐訓(xùn)練。為學(xué)生提供貼近實(shí)際的工程應(yīng)用，對(duì)解決現(xiàn)實(shí)條件無(wú)法滿足專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)需求的矛盾有著不可替代的作用。實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的“無(wú)縫對(duì)接”。

2．1．3創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)

科學(xué)的創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)方案需要良好的教學(xué)平臺(tái)支撐。利用虛擬仿真技術(shù)針對(duì)電氣工程及自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)科特色，結(jié)合“智能電網(wǎng)”、“航空航天”、“機(jī)器人”、“工業(yè)自動(dòng)化”以及“新型傳感器”等專業(yè)領(lǐng)域前沿技術(shù)建立虛擬仿真系統(tǒng)，從實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)加強(qiáng)學(xué)生對(duì)相關(guān)學(xué)科前沿成果的深入理解。

2．2以教學(xué)目標(biāo)為導(dǎo)向的三層次

在三個(gè)教學(xué)平臺(tái)中學(xué)生可以循序漸進(jìn)的完成知識(shí)學(xué)習(xí)和技能訓(xùn)練。但是，由于學(xué)生在專業(yè)方向、學(xué)習(xí)進(jìn)度、興趣愛(ài)好等方面存在個(gè)性差異，所以在學(xué)習(xí)過(guò)程中就會(huì)需要在不同的教學(xué)平臺(tái)之間進(jìn)行廣泛的聯(lián)系，尤其是學(xué)科交叉的教學(xué)資源中，需要橫向的、跨平臺(tái)的知識(shí)融合。每個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)分別按照理論應(yīng)用、綜合設(shè)計(jì)、系統(tǒng)構(gòu)建三個(gè)層次進(jìn)行劃分，充分發(fā)揮虛擬仿真技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，建立實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)之間相互補(bǔ)充、互融互通的橫向鏈接。如圖2所示。

2．2．1理論應(yīng)用層

理論應(yīng)用層重點(diǎn)突出的是圍繞基礎(chǔ)理論知識(shí)，利用虛擬仿真技術(shù)為學(xué)生提供豐富的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，包括一些看不見(jiàn)、摸不到的物理現(xiàn)象，基礎(chǔ)理論在實(shí)際工程應(yīng)用的案例等。更為重要的是，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用，學(xué)生可在任何時(shí)間和地點(diǎn)直觀形象的完成本專業(yè)科學(xué)理論與科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，有助于學(xué)生夯實(shí)理論知識(shí)。

2．2．2綜合設(shè)計(jì)層

綜合設(shè)計(jì)層是將相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)交叉綜合應(yīng)用。著重培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)、實(shí)驗(yàn)技術(shù)和實(shí)驗(yàn)手段、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，使學(xué)生不論在知識(shí)的積累上還是實(shí)驗(yàn)技能的提高上都有較大的飛躍。通過(guò)虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景可以更加貼近工程實(shí)際，有效解決以往受實(shí)驗(yàn)設(shè)備或場(chǎng)地限制［10］，用抽象的示意模型代替復(fù)雜受控對(duì)象的問(wèn)題;在大幅度提高實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目豐富程度的同時(shí)，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用也可以提高教學(xué)資源的共享率。

2．2．3系統(tǒng)構(gòu)建層

系統(tǒng)構(gòu)建層是讓學(xué)生在虛擬環(huán)境中將所學(xué)到的工程研究與創(chuàng)新方法得到應(yīng)用和訓(xùn)練。讓學(xué)生體會(huì)利用掌握的知識(shí)和技能在復(fù)雜工程實(shí)踐中解決問(wèn)題的快樂(lè)，真正做到學(xué)以致用［11］。該類實(shí)驗(yàn)可培養(yǎng)學(xué)生從事科學(xué)研究和技術(shù)開(kāi)發(fā)的綜合能力，為培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的高素質(zhì)專業(yè)人才提供訓(xùn)練條件。虛擬仿真教學(xué)體系中的系統(tǒng)構(gòu)建層實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源有效的解決了生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)與工程實(shí)際脫節(jié)的問(wèn)題。

2．3互融互通、互為補(bǔ)充的一體化理念

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系如圖3所示，其中教學(xué)平臺(tái)的教學(xué)資源根據(jù)教學(xué)目的而設(shè)計(jì)，課程內(nèi)容貫穿資源;教學(xué)層次是以培養(yǎng)應(yīng)用能力為目標(biāo)，將不同平臺(tái)教學(xué)資源橫向連接。在注重專業(yè)培養(yǎng)、因材施教的同時(shí)，教學(xué)平臺(tái)之間互融互通，教學(xué)層次之間相互補(bǔ)充［12］，是虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心“一體化”建設(shè)核心。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系一體化建設(shè)打通了學(xué)科專業(yè)界限，是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的新機(jī)制。

3結(jié)語(yǔ)

篇9

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)教學(xué)；虛擬仿真；網(wǎng)絡(luò)工程；多元協(xié)同；虛實(shí)互動(dòng)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要載體，需要有相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)作為支撐。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)采用實(shí)體形式，以物理空間中的實(shí)體設(shè)備、器件和材料為實(shí)驗(yàn)對(duì)象或載體，具有真實(shí)、直觀、直接的優(yōu)點(diǎn)，但存在更新運(yùn)維成本高、規(guī)模與復(fù)雜度受限、可擴(kuò)展性差、開(kāi)放共享難等不足。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)綜合運(yùn)用信息與通信技術(shù)，在信息空間中構(gòu)建高度仿真的實(shí)驗(yàn)操作環(huán)境和實(shí)驗(yàn)對(duì)象，提供類似于實(shí)體實(shí)驗(yàn)教學(xué)的體驗(yàn)與效果，具有近似、抽象和間接的特點(diǎn)，并在可視性、交互性、安全性、可擴(kuò)展性與可共享性等方面具備優(yōu)勢(shì)，是對(duì)實(shí)體實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有益補(bǔ)充與完善。

一、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題

作為專業(yè)人才培養(yǎng)的重要教學(xué)保障和優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源共享的主要載體，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)不能簡(jiǎn)單停留在對(duì)實(shí)體實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的信息化再現(xiàn)或資源堆砌，必須思考并解決以下六方面的關(guān)鍵問(wèn)題。

第一，建設(shè)理念。涉及虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的基本指導(dǎo)思想、建設(shè)目標(biāo)、服務(wù)面向，以及在專業(yè)人才培養(yǎng)中所應(yīng)承擔(dān)的角色或發(fā)揮的作用。

第二，建設(shè)內(nèi)涵。與指導(dǎo)思想、建設(shè)目標(biāo)與服務(wù)面向相適應(yīng)，涉及虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)的教育教學(xué)品質(zhì)與特色，例如是以基礎(chǔ)研究與教學(xué)為特色，還是以工程研發(fā)或工程應(yīng)用教學(xué)為特色。

第三，建設(shè)主線。涉及虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)的核心線索或體系，需要系統(tǒng)而有效地組織有關(guān)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，以滿足中心的服務(wù)功能與特色。

第四，建設(shè)方法與途徑。通過(guò)什么樣的方法與途徑實(shí)施虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)，是院校單獨(dú)建設(shè)，還是校內(nèi)外協(xié)同；是自主開(kāi)發(fā)，還是購(gòu)買(mǎi)服務(wù)，抑或是多方面結(jié)合。

第五，使用模式。如何將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心資源運(yùn)用于課內(nèi)外教學(xué)，其與實(shí)體實(shí)驗(yàn)之間是什么關(guān)系，如何發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)與長(zhǎng)處，以提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)效。

第六，開(kāi)放共享機(jī)制。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心如何實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)服務(wù)的開(kāi)放共享，包括服務(wù)的對(duì)象與范圍、策略與機(jī)制以及服務(wù)能力等。

二、面向工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)思路

作為地方本科院校，溫州大學(xué)網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)以培養(yǎng)工程應(yīng)用型人才為目標(biāo)。為此，針對(duì)前述六大關(guān)鍵問(wèn)題，我們提出了“學(xué)生發(fā)展為中心、工程應(yīng)用為特色、能力培養(yǎng)為導(dǎo)向、多元協(xié)同為抓手、虛實(shí)互動(dòng)增成效、開(kāi)放共享促輻射”的基本建設(shè)思路。

（1）學(xué)生發(fā)展為中心，解決建設(shè)理念問(wèn)題。服務(wù)于網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)，作為該專業(yè)實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)的重要組成部分，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心立足學(xué)生創(chuàng)新精神、綜合素質(zhì)與實(shí)踐能力的協(xié)調(diào)發(fā)展，支撐問(wèn)題分析、問(wèn)題研究、解決方案設(shè)計(jì)以及現(xiàn)代工具使用等相關(guān)畢業(yè)要求與培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)的達(dá)成，并促進(jìn)學(xué)生的自主性學(xué)習(xí)與個(gè)性化學(xué)習(xí)。

（2）工程用為特色，解決建設(shè)內(nèi)涵問(wèn)題。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)內(nèi)涵與品質(zhì)必須和網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)工程應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)與特色相契合，并著重在三個(gè)層面上予以把握：一是教學(xué)內(nèi)容有效覆蓋網(wǎng)絡(luò)工程生命周期的主要應(yīng)用環(huán)節(jié)，包括規(guī)劃與設(shè)計(jì)、部署與開(kāi)發(fā)、運(yùn)行與維護(hù)等；二是實(shí)驗(yàn)平全支持當(dāng)前主流的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠商及其產(chǎn)品，與業(yè)界主流網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其應(yīng)用無(wú)縫對(duì)接；三是綜合性、設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目都來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)際問(wèn)題或相關(guān)項(xiàng)目案例。

（3）能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，解決建設(shè)主線問(wèn)題。改變傳統(tǒng)的以課程為核心的教學(xué)組織框架，體現(xiàn)以能力為導(dǎo)向，圍繞工程實(shí)踐能力、工程設(shè)計(jì)能力與工程創(chuàng)新能力培養(yǎng)，針對(duì)遞進(jìn)性的分級(jí)能力培養(yǎng)目標(biāo)，對(duì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源在實(shí)現(xiàn)技術(shù)、方式和手段等方面進(jìn)行系統(tǒng)而精細(xì)地設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。

（4）多元協(xié)同為抓手，解決建設(shè)方法與途徑問(wèn)題。為了落實(shí)能力培養(yǎng)核心與工程應(yīng)用特色，依托高校與企業(yè)、教學(xué)與科研、教學(xué)研究與教學(xué)實(shí)踐的多元協(xié)同，建立由教師、研究人員與工程師組成的專業(yè)化團(tuán)隊(duì)，融合虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)相關(guān)的教育、科技與工程優(yōu)質(zhì)資源，深度協(xié)作致力于虛擬仿真中心的開(kāi)發(fā)與建設(shè)。

（5）虛實(shí)互動(dòng)增成效，解決使用模式問(wèn)題。充分發(fā)揮虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)與實(shí)體實(shí)驗(yàn)教學(xué)各自的優(yōu)勢(shì)，改革單純基于實(shí)體實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的傳統(tǒng)模式，結(jié)合分級(jí)能力培養(yǎng)目標(biāo)，構(gòu)建與實(shí)施虛擬實(shí)體高度互補(bǔ)、線上線下有機(jī)互動(dòng)的新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，貫穿課內(nèi)課外的各項(xiàng)教學(xué)活動(dòng)，全面提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

（6）開(kāi)放共享促輻射，解決推廣機(jī)制問(wèn)題。建立管理服務(wù)與技術(shù)服務(wù)的“雙輪驅(qū)動(dòng)”機(jī)制，促進(jìn)虛擬仿真中心的開(kāi)放共享。在管理服務(wù)方面，面向兄弟院校、業(yè)界企業(yè)的團(tuán)體與個(gè)人用戶提供“Lab as a Service”形態(tài)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)云計(jì)算服務(wù)，為兄弟院校提供以全面降低使用門(mén)檻在技術(shù)服務(wù)方面，利用先進(jìn)的虛擬數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提供安全、穩(wěn)健、靈活的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)服務(wù)，充分保障虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)服務(wù)的品質(zhì)。

三、網(wǎng)絡(luò)工程國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)實(shí)踐

依據(jù)上述基本建設(shè)思路，溫州大學(xué)網(wǎng)絡(luò)工程國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心主要進(jìn)行了以下建設(shè)實(shí)踐。

1.能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

以“專業(yè)基本技能一綜合實(shí)踐能力一工程實(shí)踐能力一工程設(shè)計(jì)/創(chuàng)新能力”的遞進(jìn)式模型為主線，圍繞綜合分析和解決復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)工程問(wèn)題的能力進(jìn)行了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系建設(shè)，如下表所示。

其中，專業(yè)基本技能培養(yǎng)階段的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)以演示認(rèn)知型、分析驗(yàn)證型以及基礎(chǔ)操作型等形式為主，以對(duì)少量技能點(diǎn)的認(rèn)知或理解為教學(xué)目標(biāo)，以可視性、交互性表現(xiàn)突出的軟件仿真技術(shù)為主要實(shí)現(xiàn)途徑，網(wǎng)絡(luò)工程問(wèn)題復(fù)雜度低；綜合實(shí)踐能力培養(yǎng)階段的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)以綜合訓(xùn)練型為主，以對(duì)數(shù)個(gè)領(lǐng)域的大量技能點(diǎn)的整體掌握為教學(xué)目標(biāo)，以仿真程度高的硬件虛擬技術(shù)為主要實(shí)現(xiàn)途徑，網(wǎng)絡(luò)工程問(wèn)題復(fù)雜度較高；工程實(shí)踐能力培養(yǎng)階段的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)以工程演練型為主，以掌握真實(shí)網(wǎng)絡(luò)工程項(xiàng)目的部署與實(shí)施、測(cè)試與驗(yàn)證為主要教學(xué)目標(biāo)，以仿真程度高的硬件虛擬技術(shù)為主要實(shí)現(xiàn)途徑，網(wǎng)絡(luò)工程問(wèn)題復(fù)雜度高；工程設(shè)計(jì)/創(chuàng)新能力培養(yǎng)階段的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)以創(chuàng)新設(shè)計(jì)型為主，以掌握真實(shí)網(wǎng)絡(luò)工程項(xiàng)目的規(guī)劃、設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)為主要教學(xué)目標(biāo)，結(jié)合軟件仿真技術(shù)與硬件虛擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)工程問(wèn)題復(fù)雜度最高。

2.工程應(yīng)用為特色的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目庫(kù)

在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目庫(kù)的建設(shè)中，主要通過(guò)以下三種途徑實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用內(nèi)涵與特色。

（1）虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的技術(shù)與產(chǎn)品覆蓋面接軌當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)工程行業(yè)的熱點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域與主流產(chǎn)品。包括網(wǎng)絡(luò)互連、網(wǎng)絡(luò)安全、無(wú)線局域網(wǎng)、協(xié)作網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)、運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)等，支持對(duì)這些領(lǐng)域各主流廠商設(shè)備的軟件仿真或硬件虛擬。

（2）虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的能力點(diǎn)定位與設(shè)計(jì)源于網(wǎng)絡(luò)工程應(yīng)用的實(shí)際需要，根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)工程生命周期各階段對(duì)工程能力要求的分布，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行細(xì)致的梳理與篩選。每門(mén)課程精選出若干能力點(diǎn)，并依據(jù)規(guī)劃與設(shè)計(jì)、部署與開(kāi)發(fā)、測(cè)試與驗(yàn)證、運(yùn)行與維護(hù)等不同階段內(nèi)能力點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)性，有針對(duì)性地設(shè)計(jì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的能力點(diǎn)組合方案。

（3）在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的組織與設(shè)計(jì)上，以能力點(diǎn)目標(biāo)組合方案為出發(fā)點(diǎn)，以網(wǎng)絡(luò)工程案例為背景素材，以實(shí)際需求和工程問(wèn)題為導(dǎo)向，進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，保障其真實(shí)性、時(shí)效性以及針對(duì)性。網(wǎng)絡(luò)工程案例主要來(lái)源于合作企業(yè)工程師參與或主持的工程項(xiàng)目，經(jīng)過(guò)有豐富經(jīng)驗(yàn)的工程師根據(jù)分級(jí)能力目標(biāo)對(duì)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)工程問(wèn)題的分解、梳理與萃取。

當(dāng)前，虛擬仿真中心建成的306個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目對(duì)應(yīng)于分級(jí)能力培養(yǎng)目標(biāo)的項(xiàng)目數(shù)量比例大致為4：4：1：1，其中直接來(lái)源于實(shí)際網(wǎng)絡(luò)工程案例合計(jì)占總數(shù)的一半以上。

3.多元協(xié)同的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心開(kāi)發(fā)與建設(shè)方式

多元協(xié)同的開(kāi)發(fā)與建設(shè)方式體現(xiàn)在三個(gè)方面，即高校與企業(yè)協(xié)同、教學(xué)與科研協(xié)同、教學(xué)研究與教學(xué)實(shí)踐協(xié)同。

首先，通過(guò)與兩家業(yè)界領(lǐng)軍企業(yè)（思科系統(tǒng)與思博倫通信）的校企協(xié)同，在技術(shù)層面獲得了網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化的授權(quán)，解決了對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行高度虛擬和仿真的核心技術(shù)難題，同時(shí)獲得了工程師的加盟，增強(qiáng)了開(kāi)發(fā)與建設(shè)隊(duì)伍的整體技術(shù)實(shí)力；在資源層面得到了企業(yè)一線工程師隊(duì)伍的寶貴經(jīng)驗(yàn)，解決了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目案例主要來(lái)源的關(guān)鍵問(wèn)題；在管理層面借鑒了企業(yè)在線實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放與管理模式，解決了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)服務(wù)的安全性和穩(wěn)健性問(wèn)題。

其次，充分利用高校教師隊(duì)伍教學(xué)與科研并舉的優(yōu)勢(shì)，依托教學(xué)與科研協(xié)同實(shí)現(xiàn)了科研反哺虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)。一是通過(guò)學(xué)生課外科技與創(chuàng)新活動(dòng)等形式，將科研成果直接或間接轉(zhuǎn)化成虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，此類項(xiàng)目占總數(shù)近14%；二是在虛擬仿真中心的開(kāi)發(fā)與建設(shè)中，轉(zhuǎn)化了許多虛擬化與云計(jì)算領(lǐng)域的科研成果，到目前為止直接實(shí)施應(yīng)用的發(fā)明專利共有6項(xiàng)，主題涉及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量、虛擬機(jī)資源配置以及云計(jì)算調(diào)度等。

最后，依托教學(xué)研究與教學(xué)實(shí)踐的協(xié)同解決了虛擬仿真中心建設(shè)各個(gè)層面的多個(gè)關(guān)鍵理論問(wèn)題。例如，針對(duì)虛擬仿真中心硬件平臺(tái)的建設(shè)，先后依托兩項(xiàng)浙江省提升地方高校辦學(xué)水平專項(xiàng)資金項(xiàng)目開(kāi)展了主題為“多租戶虛擬數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)建設(shè)”的研究；針對(duì)虛擬仿真中心軟件平臺(tái)的建設(shè)，依托浙江省高校實(shí)驗(yàn)室工作研究重點(diǎn)項(xiàng)目開(kāi)展了主題為“‘實(shí)驗(yàn)教學(xué)即服務(wù)’的云計(jì)算模式構(gòu)建”的研究；針對(duì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)用，依托浙江省高等教育課堂教學(xué)改革項(xiàng)目開(kāi)展了主題為“依托虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的混合式實(shí)踐教學(xué)模式探索”的課題研究；針對(duì)校企合作開(kāi)發(fā)與建設(shè)虛擬仿真中心的機(jī)制，依托浙江省高等教育教學(xué)改革項(xiàng)目開(kāi)展了主題為“基于企業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的分布式工程實(shí)踐教育中心建設(shè)模式探索與實(shí)踐”的課題研究。

4.虛實(shí)互動(dòng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源使用模式

相對(duì)于傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)體實(shí)驗(yàn)教學(xué)，網(wǎng)絡(luò)工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)在以下方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，對(duì)實(shí)體實(shí)驗(yàn)教學(xué)起到補(bǔ)足與增強(qiáng)作用。

首先，彌補(bǔ)了實(shí)體實(shí)驗(yàn)教學(xué)在開(kāi)放時(shí)間、地點(diǎn)和方式上的不足，實(shí)現(xiàn)在任意安裝有瀏覽器的終端設(shè)備上隨時(shí)隨地訪問(wèn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源以及實(shí)體實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源進(jìn)行練習(xí)，為自主性學(xué)習(xí)和個(gè)性化提供充分的保障。

其次，克服實(shí)體實(shí)驗(yàn)教學(xué)可見(jiàn)性與交互性差的弱點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)工作原理的交互式可視化呈現(xiàn)，促進(jìn)對(duì)基本技能點(diǎn)的J知、理解與掌握。

再次，克服實(shí)體實(shí)驗(yàn)教學(xué)在拓?fù)湟?guī)模、網(wǎng)絡(luò)特性以及管理便捷性等方面的局限，以低成本構(gòu)建特性更豐富、結(jié)構(gòu)更復(fù)雜的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)捷高效的連接與配置管理，提高綜合性實(shí)踐教學(xué)的品質(zhì)。

最后，克服實(shí)體實(shí)驗(yàn)教學(xué)由于成本因素而明顯滯后于工程應(yīng)用發(fā)展水平的局限，支持跨廠商、多系列高端網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，支持對(duì)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)連接與配置的多視角可視化交互管理，用于在專業(yè)實(shí)習(xí)或畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中對(duì)實(shí)際復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)工程項(xiàng)目進(jìn)行快速概念驗(yàn)證。

為充分發(fā)揮虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)在支撐實(shí)踐能力培養(yǎng)目標(biāo)的不同維度上的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合能力分級(jí)目標(biāo)的特點(diǎn)，依據(jù)兩者之間的內(nèi)在邏輯關(guān)系，可以將實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的組合使用模式分為四種：虛輔實(shí)主、虛實(shí)并舉、虛主實(shí)輔以及純虛擬仿真。

（1）虛輔實(shí)主模式。利用上述第一與第二項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，適用于專業(yè)基本技能培養(yǎng)階段。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目是對(duì)實(shí)體實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的近似仿真，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)用于課前預(yù)習(xí)以及課后練習(xí)，而在課堂中使用實(shí)體實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)相互印證。

（2）虛實(shí)并舉模式。利用上述第一與第三項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，適用于綜合實(shí)踐能力培養(yǎng)階段。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要面向開(kāi)放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目、專業(yè)技能競(jìng)賽等課外教育活動(dòng)，而實(shí)體實(shí)驗(yàn)教學(xué)面向日常課堂。

（3）虛主實(shí)輔模式。利用上述第一與第三項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，適用于工程實(shí)踐能力培養(yǎng)階段。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)用于前期耗時(shí)較長(zhǎng)、不依賴于實(shí)體設(shè)備的建模與部署環(huán)節(jié)，實(shí)體實(shí)驗(yàn)平臺(tái)用于后期耗時(shí)較短、依賴于實(shí)體設(shè)備的驗(yàn)證與測(cè)試環(huán)節(jié)。

（4）純虛擬仿真模式。利用上述第一與第四項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，適用于工程設(shè)計(jì)/創(chuàng)新能力培養(yǎng)階段。學(xué)生在進(jìn)入企業(yè)學(xué)習(xí)階段后，用于大規(guī)模復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)工程解決方案的概念驗(yàn)證，包括規(guī)劃與設(shè)計(jì)、建模與開(kāi)發(fā)，用于新建網(wǎng)絡(luò)解決方案的展示、客戶網(wǎng)絡(luò)割接方案的預(yù)演以及客戶網(wǎng)絡(luò)故障排錯(cuò)方案的驗(yàn)證等。

當(dāng)前，虛擬仿真中心所有實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目覆蓋10門(mén)專業(yè)課程、5門(mén)綜合實(shí)踐課程、4大類課外教育活動(dòng)以及專業(yè)實(shí)習(xí)與畢業(yè)設(shè)計(jì)，時(shí)間跨度從大二下到大四。從整體人才培養(yǎng)過(guò)程來(lái)看，隨著專業(yè)教育階段的逐步深入，實(shí)踐能力培養(yǎng)目標(biāo)逐步提升，所涉及的工程問(wèn)題復(fù)雜度隨之提升，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)支持能力的要求越來(lái)越高。相應(yīng)地，所依托的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境也由以實(shí)體中心為主逐漸演變?yōu)樘搶?shí)結(jié)合，最終過(guò)渡到以虛擬仿真中心為主。

5.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)開(kāi)放共享的實(shí)現(xiàn)與推廣

虛擬仿真中心對(duì)外開(kāi)放共享提供虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)服務(wù)的內(nèi)涵包括管理服務(wù)與技術(shù)服務(wù)兩個(gè)方面。在管理服務(wù)方面，使用高級(jí)服務(wù)調(diào)度引擎將所有虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源整合起來(lái)，以“實(shí)驗(yàn)教學(xué)即服務(wù)”（Lab as a Service，LaaS）的形態(tài)統(tǒng)一對(duì)外提供開(kāi)放共享。此外，對(duì)于兄弟院校與行業(yè)企業(yè)等團(tuán)體用戶，為其提供專有的管理門(mén)戶，便于自我管理。在技術(shù)服務(wù)方面，構(gòu)建了安全、健壯、高效、可擴(kuò)展的技術(shù)平臺(tái)架構(gòu)。其中，軟件仿真前端提供可視化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體驗(yàn)；而硬件虛擬后臺(tái)創(chuàng)建虛擬仿真網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行實(shí)例并提供遠(yuǎn)程配置與管理手段，而云監(jiān)控與管理、云備份與安全提供充分的服務(wù)質(zhì)量保障。

篇10

關(guān)鍵詞：應(yīng)用型 經(jīng)濟(jì)管理 虛擬仿真 實(shí)驗(yàn)教學(xué) 建設(shè)思路

一、引言

國(guó)務(wù)院總理在2015年2月26日召開(kāi)的國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議上提出要“引導(dǎo)一批普通本科高校向應(yīng)用技術(shù)型高校轉(zhuǎn)型”。在國(guó)務(wù)院印發(fā)的《關(guān)于加快發(fā)展現(xiàn)代職業(yè)教育的決定》（國(guó)發(fā)[2014]19號(hào)）（以下簡(jiǎn)稱《決定》）中也提出“引導(dǎo)普通本科高等學(xué)校轉(zhuǎn)型發(fā)展”，強(qiáng)調(diào)“采取試點(diǎn)推動(dòng)、示范引領(lǐng)等方式，引導(dǎo)一批普通本科高等學(xué)校向應(yīng)用技術(shù)類型高等學(xué)校轉(zhuǎn)型，重點(diǎn)舉辦本科職業(yè)教育?！泵鎸?duì)高校人才供給與社會(huì)需求突出矛盾，大學(xué)生“就業(yè)難”與企業(yè)“用工荒”的矛盾，高校的發(fā)展與經(jīng)濟(jì)社會(huì)轉(zhuǎn)型不相適應(yīng)的問(wèn)題，高校轉(zhuǎn)型勢(shì)在必行。武漢工商學(xué)院作為應(yīng)用型本科院校轉(zhuǎn)型的試點(diǎn)學(xué)校，較早的把虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于培養(yǎng)適應(yīng)現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會(huì)所需要的應(yīng)用型、技能型經(jīng)濟(jì)管理人才的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，利用虛擬現(xiàn)實(shí)、多媒體、數(shù)據(jù)庫(kù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，構(gòu)建仿真模擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，改進(jìn)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)不具備或難以完成的教學(xué)功能，以達(dá)到理論認(rèn)知驗(yàn)證、專業(yè)技能訓(xùn)練的教學(xué)效果。經(jīng)濟(jì)管理虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)順應(yīng)了教育信息化的發(fā)展趨勢(shì)和現(xiàn)實(shí)需要，必將對(duì)提高高等教育質(zhì)量和深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革發(fā)揮積極而重要的作用。

二、經(jīng)濟(jì)管理虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)思路

我校經(jīng)濟(jì)管理虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心緊緊圍繞學(xué)校的轉(zhuǎn)型發(fā)展和“應(yīng)用技術(shù)型”人才培養(yǎng)目標(biāo)，根據(jù)應(yīng)用型人才（知識(shí)+技術(shù)+能力+素質(zhì)）的結(jié)構(gòu)和教育教學(xué)要求，按照應(yīng)用本科人才培養(yǎng)規(guī)格和人才培養(yǎng)體系，以經(jīng)濟(jì)管理虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)為抓手，重點(diǎn)開(kāi)展資源、平臺(tái)、隊(duì)伍、制度等方面的建設(shè)，著力打造起經(jīng)濟(jì)管理虛擬仿真綜合實(shí)踐平臺(tái)，形成持續(xù)服務(wù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源開(kāi)放共享的有機(jī)整體，以應(yīng)對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變對(duì)人才需求的變化。

經(jīng)濟(jì)管理虛擬仿真綜合實(shí)踐平臺(tái)的建設(shè)以突出應(yīng)用、強(qiáng)化能力、提高素質(zhì)為目的，集合“教學(xué)、實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)、實(shí)習(xí)、科研、培訓(xùn)”六大功能為一體，通過(guò)虛擬仿真的技術(shù)手段，以校企合作、產(chǎn)教融合、區(qū)域支柱產(chǎn)業(yè)、戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)為依托和支撐，形成具有武漢工商學(xué)院經(jīng)濟(jì)管理人才培養(yǎng)特色的完整的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。該平臺(tái)由經(jīng)濟(jì)管理專業(yè)集群虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和經(jīng)濟(jì)管理跨專業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)實(shí)習(xí)平臺(tái)兩大板塊組成，兩者相互聯(lián)系、相互融通，形成一個(gè)完整的有機(jī)體，同時(shí)，在不同的教學(xué)環(huán)節(jié)和培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用實(shí)踐能力、專業(yè)綜合能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力方面發(fā)揮各自相對(duì)獨(dú)立的功能。平臺(tái)總體結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

（一）經(jīng)濟(jì)管理專業(yè)集群虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

專業(yè)集群虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)按照專業(yè)集群建設(shè)的改革思路，以“應(yīng)用技術(shù)型”人才培養(yǎng)目標(biāo)為核心，以行業(yè)和產(chǎn)業(yè)為背景，積極推進(jìn)產(chǎn)教融合、校企合作，構(gòu)建起以各虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)K為主要內(nèi)容的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、專業(yè)實(shí)驗(yàn)、專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)三個(gè)實(shí)驗(yàn)層次的專業(yè)集群實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。該平臺(tái)依托中心指揮管理平臺(tái)，結(jié)合經(jīng)濟(jì)管理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的新動(dòng)態(tài)，依照人才培養(yǎng)目標(biāo)要求開(kāi)展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作。經(jīng)濟(jì)管理專業(yè)集群虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)構(gòu)架，如圖2所示。

經(jīng)濟(jì)管理專業(yè)集群虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)包括國(guó)際貿(mào)易、金融市場(chǎng)、財(cái)務(wù)會(huì)計(jì)、企業(yè)運(yùn)營(yíng)、旅游管理、人力資源、電子商務(wù)、物流及供應(yīng)鏈等8個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊，覆蓋了學(xué)校兩個(gè)專業(yè)集群主要的經(jīng)濟(jì)管理類專業(yè)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容緊密結(jié)合湖北、武漢現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、工業(yè)、服務(wù)業(yè)和新型戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為培養(yǎng)生產(chǎn)服務(wù)一線知識(shí)型、技術(shù)型、創(chuàng)新型高素質(zhì)勞動(dòng)者的專業(yè)綜合能力和職業(yè)能力，提供了有效地支撐。

（二）經(jīng)濟(jì)管理跨專業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)和實(shí)習(xí)平臺(tái)

經(jīng)濟(jì)管理跨專業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)和實(shí)習(xí)平臺(tái)是基于企業(yè)價(jià)值鏈理論的仿真實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，整合了企業(yè)管理、市場(chǎng)營(yíng)銷、會(huì)計(jì)、金融、物流、政務(wù)服務(wù)等多方面的知識(shí)，將各個(gè)專業(yè)涉及的上下游崗位串聯(lián)起來(lái)，使學(xué)生形成立體化的知識(shí)和能力，是跨學(xué)科、跨專業(yè)的綜合型、設(shè)計(jì)型、創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)大平臺(tái)。

經(jīng)濟(jì)管理跨專業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)和實(shí)習(xí)平臺(tái)采用連續(xù)集中、分散集中、半集中教學(xué)形式，通過(guò)博弈、實(shí)景、角色扮演、協(xié)作、討論、激勵(lì)、驗(yàn)證等多種實(shí)習(xí)方法，完成企業(yè)經(jīng)營(yíng)到供應(yīng)鏈競(jìng)合與服務(wù)業(yè)協(xié)同的仿真環(huán)境實(shí)習(xí)，從知識(shí)、能力、職業(yè)素養(yǎng)三方面進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，最終形成各階段實(shí)習(xí)成果，綜合實(shí)習(xí)的特殊性決定了考核評(píng)價(jià)的綜合性，在考核評(píng)價(jià)中將過(guò)程考核與結(jié)果考核相結(jié)合、教師考核與學(xué)生自我考核相結(jié)合，團(tuán)隊(duì)考核與個(gè)人考核相結(jié)合，個(gè)人表現(xiàn)考核與工作業(yè)績(jī)考核相結(jié)合，履行崗位職責(zé)考核與特別貢獻(xiàn)考核相結(jié)合，通過(guò)評(píng)價(jià)指標(biāo)庫(kù)建立評(píng)價(jià)方案，從團(tuán)隊(duì)精神、分工協(xié)作與溝通交流、經(jīng)營(yíng)決策、經(jīng)營(yíng)業(yè)績(jī)、管理制度、業(yè)務(wù)完成情況、公司績(jī)效、資料管理、部門(mén)或公司經(jīng)營(yíng)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、業(yè)務(wù)處理情況、出勤率、提交書(shū)面材料等多點(diǎn)、多方位進(jìn)行評(píng)價(jià)。經(jīng)濟(jì)管理跨專業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)和實(shí)習(xí)平臺(tái)，如圖3所示：

經(jīng)濟(jì)管理跨專業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)和實(shí)習(xí)無(wú)疑是經(jīng)濟(jì)管理虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的一種探索與創(chuàng)新，該平臺(tái)的建設(shè)表明中心的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)入了新的發(fā)展階段。學(xué)生在近似真實(shí)環(huán)境中運(yùn)用已掌握的專業(yè)知識(shí)進(jìn)行與現(xiàn)實(shí)接軌最真實(shí)化、最低成本、零風(fēng)險(xiǎn)的具有社會(huì)層面的、行業(yè)層面的、企業(yè)層面的、崗位層面的各類體驗(yàn)和訓(xùn)練，得到一個(gè)完整全面的認(rèn)識(shí)和鍛煉。經(jīng)濟(jì)管理跨專業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)和實(shí)習(xí)平臺(tái)的建設(shè)，以系統(tǒng)論、信息論、控制論思想統(tǒng)領(lǐng)全局，以教學(xué)設(shè)計(jì)為主導(dǎo)，以計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、云技術(shù)、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)為依托，將網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)與課堂教學(xué)有機(jī)整合，以制造業(yè)為主體，虛擬了商務(wù)環(huán)境、政務(wù)環(huán)境和公共服務(wù)環(huán)境，仿真生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)全流程活動(dòng)，使學(xué)生可以在這一社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的虛擬仿真平臺(tái)上獲得與真實(shí)社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)相近的實(shí)戰(zhàn)效果，同時(shí)提高學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)和自主創(chuàng)新能力。

三、經(jīng)濟(jì)管理虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的創(chuàng)新與特色

（一）構(gòu)建了基于云技術(shù)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化虛擬仿真實(shí)驗(yàn)管理與教學(xué)平臺(tái)

在武漢工商學(xué)院數(shù)字化校園建設(shè)的基礎(chǔ)上，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心以互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)以及現(xiàn)代通信技術(shù)的開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理與服務(wù)支持系統(tǒng)為依托，建立起網(wǎng)絡(luò)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)和經(jīng)濟(jì)管理學(xué)科實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目共享資源服務(wù)體系兩大項(xiàng)目。實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理的信息化和智能化，利用現(xiàn)代技術(shù)教學(xué)手段在實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)中的應(yīng)用，構(gòu)建起資源開(kāi)放與共享的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化環(huán)境；建立了經(jīng)濟(jì)管理學(xué)科實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目共享資源服務(wù)體系，針對(duì)遠(yuǎn)程教學(xué)的環(huán)境，結(jié)合經(jīng)濟(jì)管理學(xué)科專業(yè)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，完善和優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源。

（二）建立起虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，提供可靠、安全、經(jīng)濟(jì)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

利用現(xiàn)代教育信息技術(shù)，以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，將虛擬網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)與有形實(shí)驗(yàn)環(huán)境相結(jié)合，構(gòu)建仿真化、虛擬化相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境。把社會(huì)、企業(yè)搬進(jìn)校園，把經(jīng)管類各專業(yè)的實(shí)習(xí)融合在實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)上，形成高仿真的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境，訓(xùn)練學(xué)生根據(jù)自己的所學(xué)專業(yè)在實(shí)訓(xùn)中操作不同的崗位認(rèn)知和了解企業(yè)內(nèi)部經(jīng)營(yíng)管理及環(huán)境及其關(guān)系，拓展學(xué)生實(shí)踐知識(shí)的寬度，體驗(yàn)企業(yè)經(jīng)營(yíng)的整體框架，使學(xué)生提前感知和適應(yīng)未來(lái)實(shí)際工作時(shí)才有的崗位環(huán)境，增強(qiáng)了學(xué)生的自信心和勝任感。以虛擬現(xiàn)實(shí)、依托多媒體、進(jìn)行人機(jī)交互、利用數(shù)據(jù)庫(kù)和網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)，讓學(xué)生在虛擬的經(jīng)濟(jì)社會(huì)環(huán)境中開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生掌握理論知識(shí)，增加了動(dòng)手、實(shí)踐機(jī)會(huì)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、方法、手段的大膽創(chuàng)新。

（三）依托轉(zhuǎn)型發(fā)展、深化校企合作，培養(yǎng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要的應(yīng)用型人才

經(jīng)濟(jì)管理虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)緊緊圍繞學(xué)校的轉(zhuǎn)型發(fā)展和“應(yīng)用技術(shù)型”人才培養(yǎng)目標(biāo)，根據(jù)應(yīng)用型人才的結(jié)構(gòu)和教育教學(xué)要求，按照應(yīng)用本科人才培養(yǎng)規(guī)格和人才培養(yǎng)體系，依托轉(zhuǎn)型發(fā)展、開(kāi)展校企合作，以經(jīng)濟(jì)管理虛擬仿實(shí)驗(yàn)真教學(xué)為抓手，重點(diǎn)開(kāi)展資源平臺(tái)的建設(shè)，在培養(yǎng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展所需要的應(yīng)用型人才過(guò)程中形成了自己的特色與創(chuàng)新。

四、結(jié)束語(yǔ)

武漢工商學(xué)院經(jīng)濟(jì)管理虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心通過(guò)對(duì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)長(zhǎng)期的探索與實(shí)踐，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)、創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式取得了新的進(jìn)展。提高了應(yīng)用型本科院校的人才培養(yǎng)質(zhì)量，培養(yǎng)了有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才。所取得的成果充分展示了虛擬仿真技術(shù)在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)、實(shí)踐育人方面起到的巨大的作用，夯實(shí)了轉(zhuǎn)型發(fā)展高校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)基礎(chǔ)，突出了教學(xué)特色，促進(jìn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與創(chuàng)新。

參考文獻(xiàn)：

[1] 國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要工作小組辦公室.國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）[EB/ OL].（2010-07-29）.http：//.