時間：2024-04-21 14:43:37
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇虛擬仿真技術教學，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
【摘要】隨著時代的發展，科技的進步，虛擬仿真技術在實訓教學中的作用也越來越明顯。虛擬仿真技術的應用可以有效地提高教學的質量和效率。本論文通過闡論虛擬仿真實訓系統的虛擬仿真機器人機械臂模型用到的三維建模技術及軟件（如Maya、Max等）、原理以及虛擬仿真技術的應用領域和發展趨勢，從而研究它的價值和市場經濟效益，并探析了虛擬仿真實訓系統開發的技術在實訓教學中的應用。
【關鍵詞】虛擬仿真技術/平臺；虛擬仿真訓練系統；實訓教學
一、虛擬仿真實訓系統的三維建模技術及軟件研究
虛擬仿真系統的功能主要體現在它可以讓使用者借助于專用的視、聽、觸覺等具有感知功能的設備，進入仿真系統制造的虛擬空間，并且還能夠與虛擬環境中的人和物體進行實時交互，從而感知和操作虛擬環境中的各種對象，最終達到身臨其境的效果。它的組成主要是把計算機作為主要的部分，其次綜合利用三維圖形、多媒體、仿真等技術構建起一個逼真的虛擬系統。從它的組成部分和應用程序來看，虛擬仿真實訓系統對三維圖形的利用還是十分頻繁的，因此我們應當對其進行重點研究。虛擬仿真實訓系統在工業機器人上的應用設計主要是利用三維建模軟件，通過虛擬現實標準語言建立虛擬環境中的實體模型表現出來，最后通過描述它們之間的結構關系，快速、真實地顯示三維虛擬工業機器人，并為工業機器人控制系統提供一個研究觀察平臺。本段主要通過對虛擬仿真實訓系統的三維建模技術及軟件研究，來發現虛擬仿真技術的優點和研究其未來的發展方向。
Maya軟件是美國Autodesk公司出品的世界頂級的三維動畫軟件，通過對Maya軟件的運用，能夠使虛擬仿真實訓系統在一定程度上提高制作三維動畫的效率和品質，調節出仿真的角色動畫，使其得出更加真實的效果。這是因為Maya軟件不僅僅包括一般三維和視覺效果制作的功能，而且還能夠和世界上最先進的建模、數字化布料模擬、毛發渲染、運動匹配技術相結合，使得虛擬仿真實訓系統所創造出的畫面更加真實有立體感。
二、虛擬仿真技術在各領域內的作用
隨著科技的發展，虛擬仿真技術在一些高科技等高端領域的地位越來越凸顯出來，地位與作用也逐漸提升。尤其是在移動互聯網的應用與開發、手機游戲設計及其所用到的一些主流引擎甚至高端引擎方面的價值更為突出。
Maya軟件是虛擬仿真技術的一種，它應用的對象是專業的影視廣告，角色動畫，電影特技等。它能夠在工作的過程中展現的比較靈活，易學易用，制作出動畫的效率非常高，渲染出畫面的真實效果比較強，它對畫面中角色動作的捕捉尤為清晰，與畫面角色的綁定的聯系性也十分緊密，是虛擬仿真實訓系統中一個比較不錯的系統軟件。MAX軟件它最開始的應用是在電腦游戲中的動畫制作，后來又進一步的開始參與影視片的特效制作，MAX軟件還被廣泛地應用于廣告、影視、工業設計、建筑設計、多媒體制作、游戲、輔助教學以及工程可視化等領域，也就是虛擬仿真實訓系統當中。它強大的立體三維功能被新媒體、影視動畫、游戲動畫等領域廣泛運用。
三、虛擬仿真技術為機器智能實驗課帶來的好處
虛擬仿真技術的應用為現代化的社會帶來了許多的方便，讓機器實驗課、項目實訓的智能科學與技術專業實驗教學越來越豐富化。虛擬仿真技術的應用可以有效地提高教學的質量和效率。通過對虛擬仿真技術的應用，使得上級和下級、老師和學生的客戶信息以及實訓項目、實訓指導、模擬操作、技能測評等等的信息存儲在管理信息庫中，與此同時，上級和下級或是老師和學生之間就可以通過客戶機對下級或者學生之間的實訓進行遠程的指導與管理。
隨著時代的發展，科技的進步，虛擬仿真技術在在現代職業技能教學中的作用也越來越明顯。虛擬仿真技術的不斷完善和發展，將為機器智能實驗課等實訓課程帶來更多的方便和益處。由于它能夠為人們提供一種高級的人機接口，具備交互性、想象性、沉浸性等特點，所以它主要的應用領域在政府、企業、學校等這些需要實訓學習環境的地方。
四、虛擬仿真實訓系統的應用領域和發展趨勢
作為一項新興的科學技術，虛擬仿真技術還處在一個不斷探索前進與不斷完善的階段當中，其發展趨勢呈一個不斷上升的大幅增長的趨勢。從目前來看，雖然目前政府、教育部門、學校、教師都已經認識到了虛擬仿真技術對于職業教育實踐性教學環節的重要作用和發展前景，但在實際中，依然存在著許多問題亟待解決，因此虛擬仿真技術正在與教育、培訓等領域不斷地相適應和匹配。
其次，雖然目前政府、教育部門、學校、教師都已經認識到了虛擬仿真技術對于職業教育實踐性教學環節的重要作用和發展前景，但在實際中，依然存在著許多問題亟待解決。雖然目前政府、教育部門、學校、教師都認識到了虛擬仿真技術對于職業教育實踐性教學環節的重要作用和發展前景，但在實際中，依然存在著許多問題亟待解決。例如：虛擬仿真技術對計算機及相關硬件的要求比較高，但是這些方面的發展不能夠滿足人們對虛擬仿真技術的需要，虛擬仿真軟件數據是一個龐大的數據庫，三維立體仿真軟件的應用對顯卡和顯示器等也有很高的要求，也就是說，虛擬仿真系統對硬件的要求較高。因此需要對計算機及相關硬件的發展有一個更高的要求。最后，教學類虛擬仿真軟件的質量還有待提高、對虛擬仿真技術的研發標準也不統一和對虛擬仿真技術應用不夠廣泛等等，這些都是需要發展改善的地方，也是未來虛擬仿真技術發展的一個大的趨勢。
五、虛擬仿真實訓系統的價值和市場經濟效益
虛擬仿真實訓系統作為一個高端的科技系統，對政府、企業、學校等的發展，起到了至關重要的作用，并為其創造了更大的價值。同時虛擬仿真技術的不斷發展，也在打開了市場，擴大了市場份額的同時為市場創造了更多的經濟利益。
在市場經濟為主導的今天，虛擬仿真實訓系統也為市場經濟的發展做了一定的貢獻，為市場經濟的發展添磚加瓦，在自己發展得同時也促進了市場經濟的發展。因此，我們應當不斷地發展虛擬仿真實訓系統，使其深入到更多的地方，讓更多的地方和人們體會到虛擬仿真實訓系統為人們帶來的價值。
總結
虛擬仿真實訓系統的日漸完善，使得人們的生活也不斷的豐富活躍起來，政府、企業、學校等地方對其的應用，也促進了虛擬仿真實訓系統的發展。本論文通過闡論虛擬仿真實訓系統的虛擬仿真機器人機械臂模型用到的三維建模技術及軟件（如Maya、Max等）、原理以及虛擬仿真技術的應用領域和發展趨勢的研究，探討了虛擬仿真實訓系統的價值和市場經濟價值，同時也為虛擬仿真實訓系統的發展奠定了理論基礎。
參考文獻：
[1]劉仲波 李瑞濤 《擬仿真技術在城市軌道交通工程實訓中的應用》 吉林大學交通學院、吉林交通職業技術學院 2012年第12期
關鍵詞：藥學實驗教學；虛擬仿真技術；應用分析
0引言
實驗作為理科教學中的一個重要組成部分，對于提高教學質量有著重要的作用。所謂的虛擬仿真技術就是在教學中借多媒體、數據庫以及網絡通訊等多種技術手段，構建一個逼真可視化的虛擬現實環境，進而開展實驗操作，達到教學的效果。故此，在藥學實驗教學中，借助虛擬仿真技術進而提高實驗教學的質量和效率[1]。
1虛擬仿真技術的優勢
1.1安全。
在實驗教學中借助虛擬仿真技術，可以提高實驗教學的安全性。在理工科的實驗中，尤其是物理和化學實驗，在實驗的過程中會經常使用到一些化學物品和一些重量性的用具，在實驗時如果不注重安全實驗，進而影響實驗教學的安全。故此，借助虛擬仿真技術，可以提高藥物實驗教學的安全。
1.2效果。
在實驗教學中采用虛擬仿真技術會使教學內容更加直觀，學習興趣更加濃厚。在實驗教學中，借助虛擬仿真技術可以讓學號是呢過對于一些較為復雜的設備結構進行仔細觀察以及剖析，進而讓學生把握復雜零部件內部結構特征，進而使教學內容更加直觀，同時借助虛擬仿真技術，將仿真模型裝配和實體拆裝相結合，可以提高學生對實驗的興趣和積極性，進而提高實驗效果。
2虛擬仿真技術在藥學實驗教學中的應用分析
2.1實驗操作技能的訓練和培養。
在藥學的實驗教學中，首先要對學生進行實驗操作技能的訓練，并對學生進行培養。由于虛擬仿真技術是最近在教學中應用，而操作也存在一定的困難，如果僅僅依靠教師對學生進行示范操作辦法，并不能讓學生掌握其操作技術。故此，在藥學實驗中運用虛擬仿真技術，要首先要讓學生進行實時的操作，讓學生借助對試驗項目進行反復操作訓練，進而節約實驗的原料，進而掌握實驗操作技能。同時，要對學生進行實驗能力的拓展。故此，學生通過虛擬仿真操作訓練。培養學生對大型分析儀器的結構、原理等有更深入的認知理解，提高操作儀器設備的能力。
2.2仿真訓練。
在藥學實驗教學中，仿真的訓練也是其中的重要內容。在藥學實驗教學中，虛擬仿真技術的訓練可以提高學生的實驗效果。在藥學實驗教學中，采用計算機虛擬仿真技術，包括了GMP標準下的藥物顆粒制劑生產、片劑生產、膠囊劑生產、水針劑生產以及衛生水系統、空調空壓設備等，進而具有操作能力高、操作便捷以及形象生動等優勢，且對許多復雜設備、間歇性生產控制、GMP質量管理等進行了三維立體的場景仿真，具備一定的智能化反應能力，同時學生在藥學實驗中使用虛擬仿真技術進行實驗，可以讓學生熟練的練掌握藥物制備GMP認證要求及生產操作訓練，保證學生在生產實習時能快速適應、掌握藥物制備的能力，更好地培養學生的實踐能力。故此，仿真訓練在學生進入實習企業有著重要的影響[2]。
2.3創新設計能力以及評價。
在藥學的實驗教學中，要培養學生的創新設計能力，且進行實驗自測和考核評價。在藥學實驗的教學中，學生借助虛擬仿真技術，讓學生用計算機模擬的手段設計出和篩選出具有潛在結合功能的藥物利用實驗驗證的方式，進而選擇候選藥物，同時，中心建設的藥物分子虛擬篩選模塊轉化成供學生操作實訓的虛擬仿真平臺。實現真實實驗難以開展的藥物篩選的操作實訓，培養學生創新實踐能力，之后可以對試驗的模塊進行仿真考試，利用虛擬仿真技術進行自我測試和考核評價，根據系統給出的評價進行修改實驗數據。故此，在藥學實驗教學中，要創新學生的設計能力，借助虛擬仿真技術對其實驗模塊進行測評，進而提高藥學實驗教學的質量[3]。
3結論
總而言之，隨著科學技術和大數據的發展，其科學技術以及大數據的應用已經滲透到社會的各個方面，學校教學也不例外。故此，在一些實驗教學中，隨著科學技術的進步，其實驗手段也在不斷的發生變化。故此，在藥學實驗教學中應用虛擬仿真技術，借助虛擬仿真技術的安全、節約、直觀以及吸引學生興趣和注意力等優勢，打破原有的實驗教學模式，進而提高學生的自主學習能力和創新能力，進而在教學中發揮著重要作用。
參考文獻
[1]陳章寶,肖國君,鄧君,等.虛擬仿真技術在藥學實驗教學中的應用研究[J].中國教育信息化,2015(10):86-87.
目前，我國很多高校大學生畢業后都很難找到工作，根本原因不是人才過剩，是供需失衡造成的。畢業生無法滿足市場對人才的需求，這是由于高校對人才的培養已經無法跟上時展的腳步。面對這一現狀，我國教育部調整了教育策略，提出要加快現代化教育體系的建立，加強普通高校向實用性高校的轉變。要想使學生成為技術型人才，實踐教學是不可或缺的重要環節。地方院校，特別是民辦高等院校，通過對我國傳統教育的反思和教育新模式的不斷摸索，逐步形成了注重學生創新能力和應用能力的實踐教學模式。文章根據我國地方高校的市場營銷專業教學實踐中存在的各種問題進行逐一分析，并提出將虛擬仿真技術應用到市場營銷教學中的策略。
1虛擬仿真技術
虛擬仿真（Virtual Reality）又被稱之為“模擬技術”，通過虛擬系統模仿真實系統的一項技術，也就是說，虛擬仿真技術可以通過計算機等媒介感受虛擬世界。隨著科學技術的日益成熟，人們逐漸意識到虛擬仿真技術在教學中的應用價值，虛擬仿真實訓就是在科學研究和實踐創新中采用分布式信息通信技術實現遠程協作的一種電子實訓平臺，在實際教學中，通過多媒體輔助器材，使用仿真軟件，建立真實的教學平臺。通過虛擬仿真軟件模擬真實操作，不僅能夠有效提高教研工作效率，還能提高教學效率。目前，我國大部分高校根據自身教學需求，建立虛擬仿真訓練室，通過情景教學、人機互動等虛擬體驗，增強學生的學習興趣，從而使教學質量得以提升。
2虛擬仿真技術在市場營銷實訓中的有效性
21有助于理論和實踐的結合
在市場營銷實際訓練中，使用虛擬仿真技術，具有很強的實踐應用價值，學生可以在自由、逼真、專業的環境下感受教學氛圍，從而更加形象、直觀地理解市場營銷理論知識，通過對抽象理論知識的加深理解，能夠更好地將所學知識運用到實際操作中，這樣能夠使自己的專業技能得到有效增強。
22有助于學生參與市場營銷的全過程
將虛擬仿真技術應用到市場營銷實際練習中，可以?學生充分體驗市場營銷的全過程，包括產品研發、產品改革、市場調研、數據分析、市場測試、產品定價、促銷策略、廣告投入、售后服務、資金管理、市場推廣等各個流程。虛擬仿真技術可以將市場營銷中的營銷方式顯現出來，讓學生在參與演練過程中體會到銷售本質。教師在使用虛擬仿真技術過程中，應鼓勵學生多次嘗試，讓學生根據自身情況，有針對性地練習自己的薄弱環節，這樣可以幫助學生從錯誤的思維模式中解放出來，從而找到最合理的解決方針。
23有助于節省實訓的時間和成本
在市場營銷虛擬案例中巧妙設置現實操作技術，可以打破時間與空間對實際訓練的限制，從而將一個企業需要長時間總結的經驗在短時間內呈現在學生面前。相較于傳統的實際情境教學而言，在虛擬環境下，學生的訓練空間得到有效提高，而且訓練時間變得更加自由，學生根據自己的時間安排進行實際演練。并且，在虛擬仿真軟件中，教師可以安排多名學生同時操作，或是安排學生單獨多次操作，讓學生的學習變得更加自由主動。通過虛擬練習，可以有效完成對市場營銷技術型人才的培養。
24有助于調動學生的學習積極性
相比于傳統的教學方式而言，通過虛擬仿真技術進行實際演練所獲得的優勢是前所未有的。在市場營銷實際活動演練中，參加實際訓練的學生可以通過虛擬任務，同時參與市場競爭，并探索能否與其他業務互相合作的可能性，從而形成新的競爭與合作關系。很多新鮮元素通過與市場營銷相結合的方式，變得更加智能，交互性也更加突出，從而營造出一種更為人性化的學習氛圍，讓學生能夠在更自由、更開放的氛圍中實際演練市場營銷環節。
3虛擬仿真技術在市場營銷實訓中的應用策略
31虛擬仿真實訓教學課件的開發
在市場營銷虛擬仿真實訓課程開發過程中應遵循課程整體協同原則，實訓課程體系建設要與目前課程教學內容相互結合，課程之間形成關聯，倡導教學內容多維化、教學方式多樣化、教學主體多元化，使學生的理論知識、實踐技能以及素質培養等多方面協調發展，實現綜合型、設計型、體驗型課程開發的整體建設格局。
32虛擬仿真實訓師資隊伍的培養
市場營銷虛擬仿真實訓旨在讓學生真實體驗企業市場營銷的環境，教師作用的發揮對實訓的順利開展至關重要。因此必須整合現有師資，構建一支獨立的、相對穩定的實訓師資隊伍，保證實訓教學工作的運行，同時要求教師團隊成員中的教師不僅要具備豐富的教學經驗，同時也要具有豐富的實踐經驗。
33虛擬仿真實訓教育教學理念的創新
市場營銷的實際訓練教學觀念應注重建立“以學為本，教師輔助”教學理念，將學生設置為“職業人”，讓學生占據教學主導地位，教師通過市場規則、經營理念引導學生逐步參與到實際訓練中來，并讓學生學會承擔崗位相應的風險與責任。在不同的實際訓練環節，教學理念可以按照模擬崗位的不同做出相應調整，使角色定位變得更加具有多樣性。在實際演練過程中，教師作為仿真訓練的引導者，應重點提高學生的演練積極性，努力激起學生的參與熱情。在實際訓練的示范環節中，教師具有一定的權威性，目的是為了讓學生的業務操作變得更加規范。在實際演練中，教師是監督者而不是指揮者，應倡導學生在“學中做、做中學”，引導學生主動解決遇到的問題，從而形成學習理念。在考評階段，老師是發現者而不是評判者，倡導考評指標的多元化，積極發現和激發學生潛能，啟發學生個性化成長。
34虛擬仿真實訓教學內容的設計
【關鍵詞】虛擬；仿真
一、改革意義
仿真技術是繼數學推理與科學試驗之后認識世界自然規律的第三類基礎方法。虛擬仿真教學是指利用實物和計算機軟件共同模擬出真實的情境，讓學生在模擬的情境下進行探究和學習。這種教學方法生動形象，很接近現實工作場景，有利于提高學生興趣，使學生在短時間內進入相應情境，真實的體驗在現實生活中進行操作的感覺，以達到更快掌握操作技能的目的，而且這種教學方法可以利用計算機軟件的優勢創造出靈活多樣的工作場景，使學生掌握更多的操作技能。
機電類課程的教學，在傳統的教學模式中，理論課與實驗課是分離的，這就導致技能訓練得不到及時的理論指導，而理論課也沒有結合生產、生活實際，這樣導致了學生的技能掌握不到位。隨著教學改革的發展，出現了“項目教學”、“教、學、做”一體化等新型的教學模式，但在這些新的教學模式下采用的技能訓練通常有兩種：第一種是僅限于實驗箱提供的幾個固定實驗，學生只需按圖接好線、按實驗指導書輸入程序就可完成實驗，學生動手機會少，不能真正地參與到學習活動中；第二種是通過制作一些實際的實驗電路板或實物，然后在上面進行安裝、試驗和調試，大大提高了學生的動手能力，但是實際操作時要受到設備數量、品種等方面的限制，而且耗時大，占用課時太多，耗材的消耗量也很大，成本高。
虛擬仿真教學則以其高效率、低成本、內容豐富、性能有效和安全等優勢得到越來越多的應用和推廣。因此應該將“項目教學”、“教、學、做”一體化和虛擬仿真教學的方法結合起來，充分發揮各自的優點，得到更好的教學效果。虛擬仿真教學很容易與其他先進的教學方法相結合，因此在機電類課程的教學中，將虛擬仿真教學與其他教學方法相結合有助于提高課程教學效果，而且成本低、效率高，使學生可以不受場地與設備的限制，掌握更多的技能，在機電類課程的教學中具有重要的意義。
二、具體改革的方法思路
本研究將在深度分析學生學習特點和企業真正需求的基礎上，在建構主義學習理論和混合式學習理論的指導下，按照獨立本科教育工學結合課程改革的基本要求，結合虛擬仿真教學設計的基本原則，借鑒信息化和項目教學設計方法，探索基于典型項目和工作任務的虛擬仿真教學模式，實現“教、學、做”一體化教學設計。
該模式由“項目導入”、“制定計劃”、“實施計劃”和“成果展示與評價”四個環節組成，其中虛擬仿真教學貫穿了該模式的所有環節。下面簡單介紹該模式的具體實施方案：
（1）在“項目導入”環節，任課教師的活動包括三個內容：
① 借助虛擬實驗平臺，導入項目任務及目標、展示項目結果，讓學生對項目有一個直觀的認識，然后再布置具體的學習任務；
② 利用虛擬實驗環境，讓學生明確自己應當完成的具體任務和完成任務后可以得到哪些知識以及達到什么樣的水平；
③ 在充分考慮學生的現有知識和能力水平的基礎上，按照適合協作學習的分組辦法對學生進行分組，安排具體的完成時間和成果的評價方式等。
（2）在“制定計劃”環節，學生通過自主學習、小組協作學習等方式，對該項目的
任務目標進行分析，確定任務所涉及的各種要素，充分應用已掌握的前序知識，基于虛擬仿真實驗平臺進行決策，確定任務的實施步驟，為任務的實施做好充分的準備。
（3）在“實施計劃”環節，學生在虛擬仿真實驗平臺上按照已制定好的計劃逐步完
成項目任務。教師借助虛擬仿真實驗平臺對學生進行指導，實現教師和學生以及學生之間的交流。學生通過應用已學習的知識完成工作任務，進行知識的建構，形成職業崗位能力。
（4）在“展示與評價”環節，學生在虛擬仿真實驗平臺上展示自己的項目成果，然
后接受他人的評價和教師的反饋。同時，學生在匯報和聽取同學匯報的過程中，通過對比自己與其他同學的成果，查找不足，反思其成敗。
三、預期效果
將虛擬仿真教學與項目教學更加緊密的結合起來，更好的實現了“教、學、做”一體化，并且在顯著改善教學條件、提高教學效果的同時減少了設備消耗，尤其是耗材的使用量，節省了教學經費的開支，而且克服了時間與空間上的限制，使學生更好地利用課余時間進行學習與實踐，進一步提高了學風建設。
參考文獻：
[1] 姜學智，李忠華. 國內外虛擬現實技術的研究現狀.遼寧工程大學技術學報.2004，23（2）：238-240.
關鍵詞 虛擬仿真 大學物理實驗 教學改革
中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A DOI：10.16400/ki.kjdkz.2017.01.055
Influence of Virtual Simulation Technology on the Teaching of
College Physics Experiment
GUO Xiaochun
（National Police University of China， Shenyang， Liaoning110854）
Abstract The college physics experiment course is a basic course for students of science and engineering ins universities， which is also a necessary link in the cultivation of students' practical ability and innovative ability. With the advancement of information technology education reform， virtual simulation technology and the traditional university physics experiment teaching mode integrate with each other to construct a new model of three-dimensional teaching， which will have a significant effect on teaching， as well as a profound influence on the college physics experiment teaching reform.
Keywords virtual simulation； college physics experiment； teaching reform
0 引言
大W物理實驗課一般在一、二年級學生中開設，著力培養學生的理論分析能力、動手實踐能力和創新能力，是學生系統接受實驗方法和實驗技能訓練的開端，為學生之后的專業實驗課打基礎，因此作用和地位極其重要。然而在實驗教學過程中，由于教學條件和一些客觀原因的限制，實驗教學效果并不理想，致使傳統物理實驗教學方式的弊端逐漸突顯。教育信息化是高等學校促進教學改革和提升教學質量的重要舉措，虛擬仿真技術為代表的教育信息化手段迅速發展，為大學物理實驗教學開辟了一條新的路徑。將虛擬仿真技術應用于物理實驗教學，必將極大地改善教學效果、提高教學質量和教學效率。①
1 傳統物理實驗教學的現狀及困難
1.1 實驗教學模式單一
傳統的物理實驗教學方式，學生完成一個實驗題目的學習任務都要經歷實驗預習、課上操作、數據處理、撰寫報告這一流程。課前，教師要求學生認真預習并撰寫預習報告。實驗預習是整個實驗環節的起點，也是重中之重。然而實際中，在課前預習時沒有實驗儀器作為參照，面對教材中抽象、枯燥的原理講述，大部分學生出現了畏難情緒，直接體現就是實驗預習敷衍了事，在預習報告中機械性地照搬照抄教材，充當“復印機”的角色，并沒有去深刻地了解、探究實驗的原理和過程，導致在實驗的一開始就留有隱患。課上，教師講解和演示實驗的操作，學生只是復制教師的操作過程完成實驗任務。這種傳統的實驗教學模式，使學生處于被動的地位，即使完成了實驗也是不知其所以然，更別提對實驗更深層次的思考、探索和創新了。課后，處理數據和撰寫實驗報告，學生更是敷衍了事，甚至相互抄襲，其數據處理的計算過程和結果經不起實踐的檢驗。
1.2 學生消極對待物理實驗
在教學中發現，學生對于基礎課程的重視程度明顯低于專業課程。一堂完整的實驗課通常是3個學時，在這短暫的3個學時中，教師要講解實驗的操作并演示，學生要熟悉儀器和完成實驗操作，學生很難再有時間去分析和獨立思考，更談不上去設計實驗，這無疑使教學效果大打折扣。不少學生在實驗課上就是走一個過場，實驗課上并不認真聽講，實驗中胡亂操作，得到的實驗結論與理論值相差較大，甚至造成儀器損壞。在實際的教學中，我們也探索選擇每個班級較為優秀的學生來充當教師的角色，先給這部分學生詳細講解實驗的原理和操作，再由他們用課余時間給班級的其他學生講解，學生之間相互交流溝通較為便利，這樣的教學模式也取得了一定的效果，但是由于學生相互講解時沒有實驗儀器作為參照，同樣也很難調動學生們的積極性。
1.3 實驗成績評定難以把握
傳統的實驗教學，教師評定成績的時候通常依照學生的實驗預習、實驗操作、數據處理的綜合情況來考量，每部分各占一定的分值。但是在實際的執行過程中，由于學生人數多、師資力量有限、教師教學任務繁重等諸多原因，教師對學生實驗成績的判定主要憑借實驗報告和學生表現，主觀性強，并不能客觀充分地反映出不同學生實驗能力的差異。②
1.4 理論滯后實驗
大學物理實驗課與大學物理課程同步開設，但是上課時間受到實驗室場地、實驗儀器、實驗教師安排、學生安排等多種因素的影響，時常會導致實驗所涉及的理論知識學生在課前并未接觸，而實驗教師又不能利用有限的實驗課時去深入講解理論支撐。③
1.5 教學狀態封閉
目前，部分學校的實驗課都是由學校教務部門按照教學計劃統一安排，受實驗人員有限，實驗儀器需要前期準備和后期維護等因素的影響，學生很難在課前預習實驗和課程結束后進入實驗室自主學習。
2 大學物理虛擬仿真實驗的優勢與不足
虛擬現實技術（Virtual Reality technology）④⑤是運用計算機仿真技術，在使用者眼前營造一個虛擬環境，并且可以真實反映操作對象的變化。
2.1 虛擬仿真實驗教學是教育信息化的新模式
虛擬仿真實驗教學，是信息時代高等教育變革的必然產物，為學生開展探究性學習、進行創新實踐訓練提供了先進手段和優質平臺。⑥
物理虛擬仿真實驗并不復雜，也不高深。就是把現有的實驗原理、過程及相關儀器設備性能進行整合，形成文字、圖像、音像資料掛在網上，供學生預習、學習、復習，使他們對實驗總體情況有個客觀把握。或對某個具體細節（包括具體操作步驟、現象）進行學習、理解，為實際操作打下一個良好基礎。虛擬仿真實驗可實現遠程網絡教學，⑦學生在任何一臺計算機上通過互聯網便可訪問安裝在學校服務器上的擬仿真實驗系統，完成虛擬實驗操作過程，不受時間和空間的影響。
2.2 虛擬仿真技術有助于轉變單一的實驗教學模式
將虛擬仿真技術與傳統實驗教學方式相融合，有利于轉變現有的以教師為主導的單一實驗教學模式。學生親自動手用真實的儀器完成實驗，是物理實驗教學不可或缺的一個流程。然而，虛擬仿真實驗在學生的實驗預習環節大有作為。高校校園網的全覆蓋已成為普遍現象，開放式的預習環境可以使學生在任何地方通過計算機在沒有教師指導的情況下完成實驗的虛擬仿真預習，完全不受時間和實驗室開放的限制。實驗的操作是計算機虛擬完成的，因此實驗操作具有較強的重復性，無需考慮實驗的消耗，也不會出現操作錯誤所導致的儀器損壞，同時減輕了實驗教師批改預習報告的繁重工作量。虛擬仿真實驗系統，能夠讓學生在課前對整個實驗有一個全面充分的了解，能夠豐富教學內容和教學手段，有助于提高課堂教學質量和效率，同時更能激發學生的學習興趣和求知欲望。
2.3 虛擬仿真實驗有助于客觀評定學生的實驗能力
虛擬仿真實驗系統以互聯網為平臺，通過計算機輔助將儀器設備、實驗內容、教師指導、學生操作、實驗數據處理有機融為一體，打造成一本可操作的實驗教科書。⑧虛擬仿真系統中的實驗儀器以模塊化構成，可進行任意選擇和自由組合，可以達到用不同的操作方法完成同一實驗任務的目的。系統中隨機產生待測物理量，可以對實驗誤差進行模擬，也可適應同時進行實驗操作的不同學生和同一學生的不同次操作。在實驗過程中，計算機會自動記錄學生的操作過程和數據內容，并對此進行評判，有助于客觀評定學生的綜合實驗能力。同時，還可以借助實驗報告自動評判系統定制實驗報告模板，對學生完成的實驗數據處理進行計算機自動評判，更加客觀、公正。
2.4 虛擬仿真實驗存在的不足
目前，市面上的虛擬仿真實驗系統主要是針對部分高校所使用的物理實驗儀器研制的。然而，物理實驗儀器生產廠家眾多，不同廠家生產的儀器在面板結構、操作方法上都是有區別的，每所高校選用的實驗儀器也是不同的。因此，購買的虛擬仿真實驗系統肯定不會與本校的每一個實驗項目的實驗儀器都匹配，導致教師和學生在使用過程中達不到預期的理想教學效果，如果專門定制適合本校的系統則會大大增加投入。
3 結論
根據大學物理實驗課程特點和教學需求，構建真實實驗與虛擬仿真實驗相結合的實驗教學體系，充分發揮真實實驗與虛擬仿真實驗的各自優勢，實現虛實結合、相互補充，重點培養學生的掌握知識能力、動手操作能力、獨立思考能力、綜合設計能力、創新思維能力，將素質能力培養貫穿于實驗教學的全過程，勢必會在大學物理實驗教學改革中取得顯著效果，進一步推動高等學校教學信息化向前發展。
基金項目：遼寧省社會科學規劃基金項目（L14CGL042）
注釋
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關鍵詞：虛擬仿真 汽車維修 三維建模
中圖分類號：U472 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）02（a）-0160-02
Abstract：With the development of automotive technology， the demands of vehicle maintenance and repair education are higher and higher. This paper introduces the specification of virtual simulation and analyses the traditional education`s current situation and requirements. At last we design the education system based on virtual simulation and give the overall scheme and key technology. Through the education of virtual simulation， the education level and the student’s ability will be improved.
Key Words：Virtual simulation； Vehicle maintenance and repair； 3D modeling
當今世界，科學技術迅猛發展，新技術的不斷涌F迫使傳統行業需要不停地進行自我升級，虛擬仿真技術是當前快速發展和廣泛應用的新技術之一，其在工業、教育、娛樂等多個行業有著廣泛的應用。伴隨著汽車工業技術的飛速發展，其對汽車維修教育水平提出了更高的要求，采用新技術手段來滿足這個要求是我們需要深入思考的問題，而虛擬仿真技術與汽車維修教學的結合為提高傳統汽修教學的水平提供了很好的技術手段。
1 虛擬仿真技術簡介
虛擬仿真技術是當前科技發展的熱門話題，在諸多方面有著廣泛的應用，虛擬仿真技術是多種前沿技術交叉形成的新技術，主要包括仿真技術、計算機圖形學、人機接口技術、多媒體技術、傳感技術和網絡技術等多種技術的集合交叉。虛擬仿真技術的具體應用主要包括環境模擬、狀態感知、人機交互和傳感設備等方面。環境模擬是由計算機生成的、實時動態的三維立體逼真圖像。狀態感知是指理想的虛擬仿真技術應該具有具體應用所需要的感知能力，一般包括視覺感知、聽覺感知、觸覺感知、力覺感知、運動感知等。人機交互是指用戶根據計算機的模擬環境做出相應的動作，同時計算機對用戶的輸入做出實時響應，形成交互互動的過程。
2 汽車維修訓練系統的現狀及需求
虛擬仿真技術由于在人機交互及用戶體驗方面具有良好的應用優勢，使其對傳統的以汽車實物為對象進行維修教育的模式產生了很大的沖擊，其技術優勢和廣闊的應用前景對教育技術而言是一個革命性的技術變革。
傳統的汽車維修教育一般是以汽車實物為教學對象，根據不同的汽車類型和故障模式，通過傳統的教學手段和工具進行實體的維修教育，這種教育模式在汽車發明產生有史以來發揮著巨大的作用。但隨著汽車技術和教育技術的發展，傳統的汽車維修教育模式存在著諸多的弊端，主要表現在以下幾個方面。
（1）汽車技術發展的速度越來越快，以傳統發動機、變速箱為技術核心的技術體系正被以混合動力以及其他動力為核心的技術體系所沖擊，汽車維修教育不能快速地適應汽車技術的更新發展。
（2）傳統的使用實體汽車或汽車部件為教學對象的維修教育模式，不能很好地適應現代教育技術的發展，使得維修教育機構培養的汽車維修人才與社會實踐實際的維修人才需求相脫節。
（3）思想是行動的先導，由于教育者自身認知能力的不足以及思維定勢的影響，導致傳統的汽車維修教育機構對于新技術在教學中具體應用的積極程度不高，進而影響到新技術的推廣應用。
3 基于虛擬仿真技術的汽車維修教學系統的設計
3.1 需求分析
近十多年來，我國的汽車工業飛速發展，全國的各類汽車保有量大幅提升，對汽車維修的從業人員的需求量也越來越大，進而對汽車維修培訓機構的數量、教學質量等方方面面也提出了更高的要求。“工欲善其事必先利其器”，教學質量的提高離不開教學模式的改進，汽車新技術和教育新技術的不斷發展涌現，使得汽車維修的教學模式也要隨之改變。當前的汽車維修教學主要有以下幾個特點。
（1）由于汽車維修的專業性強，細分門類較多，從而要求從業人員必須具備良好的專業理論基礎和扎實的實踐操作技術功底，能夠熟練地掌握各種維修基本技能，主要包括汽車檢測、故障診斷、零配件拆裝、機電一體化儀器設備的熟練使用等。上述的種種要求需要對傳統的汽車維修的教學方式進行變革。
（2）當前，科學技術發展迅速，新技術在各行各業的廣泛應用深刻地改變著社會面貌，汽車維修的教學也不例外。計算機技術和虛擬仿真技術的發展及其在教育領域中的具體應用，使得受教者能身臨其境地學習到汽車維修的理論和實踐知識，與傳統的板書、圖片、教具及錄像等教學模式相比，其教學成效更加顯著，所以基于虛擬仿真技術的汽車輔助維修訓練系統的設計對于汽車維修教育具有極其重要的實際意義。
（3）通過虛擬仿真汽車維修教學系統的教學，受教者能夠迅速地熟練掌握汽車的總體構成框架、各分系統的結構原理、檢測設備的使用和汽車故障的診斷維修方法，為今后從事汽車維修行業打下良好的基礎。
3.2 總體設計
虛擬仿真技術在汽車維修教學的具體應用主要是通過基于虛擬仿真技術的汽車維修教學系統來完成，該教學系統的總體設計如圖1所示，主要由6個部分組成，分別是汽車總體構成、汽車工作原理、分系統檢測、零配件拆裝、故障診斷維修和維修儀表應用。
系統設計時首先進行汽車三維數字建模，然后對各子模塊分別設計并最終合成疊加，在進行子模塊設計時需要結合原有教學中開展的相關項目，同時增加考慮新能源汽車、混合動力汽車等新技術的汽車維修需求，進行子模塊的方案設計、調試及試運行，并最終形成仿真維修教學系統。
3.3 關鍵技術
汽車維修仿真訓練系統的設計開發核心在于三維數字建模，主要包括3方面的數字建模：一是汽車整車的數字建模；二是汽車零部件的數字建模；三是儀表工具等輔助維修手段的數字建模。這個3個方面的三維數字建模是各子系統開發的基礎，且數字建模的過程基本相似，可以分以下3個步驟進行。
第一步是汽車整車、零部件以及儀表工具等輔助維修手段相關數據的收集整理，并對相關的數據進行分析，主要包括物理尺寸、結構框架、電路布局及走向、各部件的相對位置等數據資料。
第二步是根據收集分析的數據，使用三維建模軟件（3D Max或者MAYA）進行三維建模和后期處理，三維建模所使用的數據和實際建模后的效果應相互一致并與實際情形相符，在建模完成以后的后期處理，要兼顧光影配合的渲染效果，突出明暗陰影的效果。
第三步是模型合成與優化，將三維建模軟件所建立的實體模型的格式轉換為Open Flight格式，并按照汽車模型數據庫的邏輯結構進行打包壓縮存儲。
在三維數字建模完成的基礎上，完成對圖1各個分系統的設計開發。
4 結語
新技術的發展和應用正深刻地改變著這個社會，虛擬仿真技術在汽車維修教學中的應用也將深刻地改變傳統的汽車維修教學理念，并大大提高教學成效，使得大批的受教者能更加迅速地掌握各型汽車的維修技能，更好地為服務社會做出貢獻。
參考文獻
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【關鍵詞】虛擬現實技術 建筑裝飾 微課教學
【Abstract】With the development of virtual reality technology， virtual reality technology is increasingly integrated into the teaching， the virtual reality technology in architectural design of micro teaching with traditional production methods elusive advantage； modern interior design education and curriculum integration of theory and the practice is a great supplement.
【Keyword】Virtual reality technology；Building Decoration；Micro Teaching
近年來微課形式的出現吸引了不少教育研究者和一線教師。微課作為傳統教育的輔工具，為師生提供了一種全新教學模式。在裝飾設計教學中微課的運用豐富了教學手段，有助于提高裝飾設計教學質量，但是傳統的微課拍攝方式存在不少問題，比如：拍攝出來的微課視頻清晰度不高，視頻的畫面單一不生動、錄制的過程讓老師感到拘束等問題。由于各種現實條件限制，導致裝飾設計微課質量不高。但是近年來虛擬現實技術迅猛發展，在很多領域得到運用，虛擬現實技術也以極快的速度融入教育教學中，同時也在建筑裝飾設計教育教學中得到了一定的運用，虛擬現實技術能將三維空間的環境清晰的再現出來，能使學習者直接與虛擬裝飾環境中的各種對象進行交互作用，從而使虛擬現實技術在裝飾設計微課中的運用成為一種選擇，在微課中結合虛擬現實技術并通過多種形式參與到教學的過程中去，從而能夠較好的把控整個教學過程。
首先，虛擬現實技術和裝飾設計微課具有互補性。虛擬現實技術和裝飾設計微課可以相互滲透、相互融合，可以提高裝飾設計微課的質量。裝飾設計微課以視頻為主要載體，核心組成內容是課堂教學視頻，課堂教學視頻包含教師講授視頻、演示視頻，裝飾設計中很多課程內容環節需要對建筑空間重構演示，這些重構演示效果是課堂講授永遠無法達到的，而采用裝飾空間施工現場拍攝視頻往往周期比較長，有些工地施工工期長達幾年，花費大量時間而且拍攝效果也不近人意；虛擬現實技術利用計算機建立虛擬的建筑裝飾結構模型并生成逼真的三維空間，結構構件可以進行拆分，利用動畫漫游可以清晰再現裝飾空間，所以利用虛擬現實技術進行建筑空間重構可以較好的解決講授課程中難以說明的知識點。
其次，虛擬現實技術和裝飾設計微課情景化的互通。裝飾設計微課資源組成的“情景化”與虛擬現實技術強調的“臨場感”具有相似性，虛擬現實技術的“臨場感”在裝飾設計微課中的運用更具有“情景化”的感受。裝飾設計微課營造真實的、具體的、典型案例化的教與學情景中，虛擬現實技術用計算機建立虛擬的建筑裝飾模型并生成逼真的三維視、聽空間，通過虛擬現實設備，對虛擬建筑裝飾世界進行互動。使用者進行位置變換和移動時，電腦能夠及時進行復雜的運算，將精確的三維影像反饋，制作成漫游視頻，使之產生身臨其境的感受。學生在這種仿真的、比較具體的、典型案例化的教學情景中可易于實現“隱性知識”、“默會知識”等高階思維能力的學習，進一步提高學生學業水平。
第三，虛擬現實技術和裝飾設計微課共通性。虛擬現實技術與裝飾設計微課在使用時間上有共通性。裝飾設計微課教學時間不長，一般5-10分鐘左右；虛擬現實在建筑裝飾設計教學中的應用不僅僅是一個設計工具，而且還是一個演示媒體，它用計算機建立虛擬的建筑裝飾模型并生成逼真的三維視、聽等效果，微課制作者可以完全按照自己的構思去構建裝飾“虛擬”的空間，并可以任意變換主體在房間中的位置，進行漫游技術處理，生成漫游動畫，其效果逼真，具有較強的臨場感，而且制作5-10分鐘相對來說比較經濟，費時不多而且簡便實用。
第四，虛擬現實技術和裝飾設計微課經典示范案例性。“微課”選取的教學內容一般要求主題突出，追求真實、具體、典型案例化的教與學情景。虛擬現實技術在裝飾設計工程技術中的運用，往往可以用來構建經典示范案例；在裝飾設計微課教學中，往往有大量的裝飾施工案例，這種案例如果使用拍攝視頻的形式來制作，具有很長的周期，有些項目施工周期達到四、五年，甚至更久，而且裝飾施工項目中的結構構造不容易通過拍攝體現；而虛擬現實技術在裝飾工程中的運用可以打破空間、時間的限制，利用虛擬現實技術，可以徹底打破時間與空間的限制。大到建筑群，小到裝飾面板、螺絲釘，都可以進入其內部進行結構構建和觀察。一些需要長時間的裝飾施工過程，通過虛擬現實技術，可以在很短的時間內呈現出來。例如，裝飾裝修一個大型酒店，其施工過程往往需要幾年，而虛擬現實技術在短時間內就可以實現。所以在裝飾設計微課中通過虛擬現實技術具有較大的優勢。
總之基于裝飾設計微課的特征，綜合運用虛擬現實技術，可以構成了一個主題鮮明、形象逼真、具有臨場感、結構緊湊的裝飾設計微課“主題單元資源包”，營造了一個真實的“微教學資源環境”。教師和學生在這種具體的、典型案例化的教與學情景中可易于實現裝飾工程“隱性知識”、“默會知識”等高階思維設計能力的學習并實現裝飾技能、風格的模仿和提升，從而迅速提升教師的課堂教學水平、促進教師的專業成長，提高學生學業水平。
參考文獻：
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關鍵詞：虛擬仿真；電子類實驗教學；應用
TP391.9；TN0-4；G642
一、虛擬仿真技術的概念與優勢
虛擬仿真技術在電子類實驗教學中的應用主要有兩種方面：虛擬儀器技術和仿真。最早虛擬儀器這個概念是由美國儀器公司提出的，其主要含義就是“軟件就是儀器”通過對應的軟件來實現儀器的主要功能。在使用過程中利用LabvIEW編寫虛擬的儀器面板，將各種數據信息采集設備和軟件的仿真平臺搭建出一個不同的仿真系統。仿真則是利用模型進行實驗，對電路環境與電路過程中進行模擬，得到真正實驗的全過程。虛擬仿真技術的核心內容就是將虛擬與實際結合，從而達到最佳的實驗教學效果。同時，在虛擬仿真技術在使用過程中有以下幾種優勢
（一）節約成本
在傳統的教學模式創新中需要不斷的增加各種教學儀器設備，增加教學成本，而且要想進行實驗只能在實驗室進行。虛擬仿真技術的出現更好的解決了這些問題，在教學過程中只需要具備仿真軟件計算機就能在任意地點進行實驗，方便教師教學。
（二）理論與實際結合，激發學生興趣
虛擬仿真技術可以將虛擬與實現結合，學生在接受新知識時還鍛煉了學生的動手實踐能力。將實驗教學內容以更直觀的形象展現出來，激發學生的學習興趣，提高學習效率。
（三）實驗平臺的統一性和可恢復性
在使用虛擬仿真技術時，可以將多門課程實驗進行統一，并為學生提供一個設計、原型、科學、的應用平臺，這樣不會丟失原有的實驗信息，還會完成從原型設計到系統部署之前所有工作，從而將虛擬教學內容與實際教學實驗的理論、知識更好的結合起來。
（四）教學內容的靈活性與創新性
虛擬仿真技術不同于其他試驗箱數量固定的實驗內容，在使用其技術時還會根據不同的需求搭建出一個不同的實驗電路，讓學生更直觀的了解教學內容，同時還有利于教師開展一些綜合性與設計性的教學實驗，從而培養學生的創新能力。
二、虛擬仿真技術在電子類實驗教學中的應用
隨著電子技術快速發展以及教學內容不斷的更新，傳統的實驗教學模式已經跟不上社會的發展，其中還存在著一些不足，虛擬仿真技術的出現將實驗教學進行全新的完善，激發學生的學習興趣，提高學生學習效率。電子電路課程是電子類專業必修課程，其中包括了：電路分析、模擬器電子技術、數字電子技術。在這三門課程中虛擬電子技術被學生們認為是一個難度最大，理論性較強的的一門課程。一般來講，虛擬電子技術是與教學理念同步，有時也會落后于教學課堂。在傳統的實驗教學過程中，學生對實驗的電路理論不夠了解，對實驗中可能出現的問題還沒有特別清楚，因此，對于多數學生來說，在實驗過程中一旦出現問題找不到任何的突破點，從而降低學習興趣。在虛擬仿真技術中以二階段有源低通濾波器為主的教學實驗可以幫助學生加深對知識的了解，鍛煉學生的動手動腦能力。
（一）二階有源濾波器的仿真實驗
在虛擬仿真技術中，常用的仿真軟件有：Multisim、Pspice、Proteus等。在此，本文對Multisim在虛擬仿真技術中的使用以二階有源濾波器電路進行了仿真。該技術操作簡單容易上手，它在使用過程中具有非常多的元器件、虛擬儀器，它的功能強大，在使用過程中還為學生提供專用的萬能表、示波器等常用儀表設備，而且還為學生提供了虛擬仿真技術的網絡分析儀、頻譜分析儀等儀器設備。二階有源濾波器在教學過程中具有仿真的電路圖，只需要在使用時輸入信號頻率和幅度，就可以通過濾波器的示波器進行觀察，并讓學生做出總結。同時，在使用時還可以利用波特圖測試儀，設定使用頻率的反問，保證學生可以更加直觀的觀看到二階有源低通濾波器的頻率響應線，學生在上課過程中就可以通過幅頻特性曲線找到濾波器的頻率。這樣，學生就可以搭建出一個更為實際的電路，進行實驗，從而總結出自己所得結果，并于教師交流。
（二）二階有源濾波器的實際電路測試
關鍵詞：計算機仿真 工業工程 實驗教學
計算機仿真技術是繼數學推理與科學試驗之后認識世界自然規律的第三類基礎方法。基于計算機仿真技術的虛擬教學是指利用實物和計算機軟件共同模擬出真實的情境，讓學生在模擬的情境下進行探究和學習。這種教學方法生動形象，接近現實工作場景，有利于提高學習興趣，使學生在短時間內進入相應情境，真實的體驗如在現實中執行任務的感覺，以達到更快掌握技術手段的目的，而且這種教學方法可以利用計算機軟件的優勢創造出靈活多樣的工作場景且不受行業限制，使學生對實踐問題的認識更深入，采用的應對方法更靈活。由此“計算機仿真技術”便成為專業學習及實際應用中的重要方法和技術手段。工業工程作為管理科學與工程的二級學科，其人才培養目標是培養出面向生產、管理、服務的高級專業技術和管理人才，面向的工作崗位主要有制造業現場管理、產能計算、生產計劃與控制、項目管理、精益生產等，以及服務業的流程優化、工作研究等。其中，制造業涉及行業范圍廣、產品種類多、工序過程各異，因此，在教學過程中需要通過一系列系統的實驗項目培養學生專業的問題提煉能力及問題分析能力，并采用專業的技術方法和手段有針對性的對問題本質進行處理。然而，正是由于工業工程方法應用行業的廣泛性及多樣性，使得我們不可能如其他5類工程學科般擁有自己典型的實驗實訓設備，亟需我們在實踐教學過程中探索新的教學方法與實驗支撐技術。
1工業工程實驗課程教學現狀分析
工業工程類實驗課程的教學，在傳統的教學模式中，主要是以“理論課+實驗室”的模式，強調學生對工業工程專業基本方法和技能的掌握與應用，如，工作研究、動素分析、人機工程、物流工程、流程優化、現場改善等基本技能與方法論。傳統的實驗教學過程中，基本上遵照如下流程：首先，引導學生進行以上理論課的學習，使學生知道、了解并掌握這些基本的專業手法與技能；其次，通過開設相關實驗課程讓學生對所學的這些技術方法展開實踐，從而幫助學生達到訓練并養成工業工程專業素養的目的。然而，目前所開設的相關實驗課程均是就某一獨立技術方法而展開的較為單純的技能訓練，如，工作研究的實驗主要是針對動作研究、動素分析、生產節拍平衡開展具體分析過程實踐，幫助學生深刻體會這些基本專業手法的實際應用場合；人因工程，主要是通過系列人因實驗帶領學生親身體驗，感受高度、亮度、顏色、頻繁度、規律度等人因影響因素帶給人視覺、聽覺等感官的切實感受，從而探討基于人因的合理化設計、布局及工作安排；設施規劃布局則是基于物流分析方法，通過物流強度度量，分析部門間的相關性強度，從而為合理布局、物流優化提供有效參考。以上這些實驗均對學生在工業工程專業基本方法技能的培訓上起到了有效效果。然而，卻并未在促進學生養成工業工程職業素養上發揮強化作用。原因在于，缺乏像物流工程、系統工程、系統建模及仿真優化等這類有關工業工程系統設計、管理及優化的主干課程的綜合性實踐項目，要設計出針對本專業基本技能方法的綜合性實踐項目，需要的制造業相關設備、產品品種等數量巨大，且耗費大、成本高，很難從實際操作入手，計算機仿真方法不失為解決此問題的一種有效方法。基于計算機仿真技術的虛擬教學則以其高效率、低成本、內容豐富、性能有效和安全等優勢得到越來越多的應用和推廣。因此，應該將“項目教學”“案例教學”“教、學、做”一體化和基于計算機仿真技術的虛擬教學的方法結合起來，充分發揮各自的優點，提升實踐教學效果。基于計算機仿真技術的虛擬教學很容易與其它先進的教學方法相結合，因此，在工業工程類實驗課程的教學中，將基于計算機仿真技術的虛擬教學與其它教學方法相結合，有助于提高實驗課程教學效果，而且成本低、效率高，使學生可以不受場地、行業、設備與產品的限制，使學生更好的掌握專業技能和方法，并通過基于計算機仿真平臺開發的綜合性實踐項目，鍛煉學生的工業工程系統設計、管理及優化的綜合能力，培養學生的專業素養，從而促進本專業人才培養效果的提升，計算機仿真技術在工業工程類實驗課程的教學中具有重要的意義。
2計算機仿真技術在實驗課程教學中的應用
計算機仿真技術為人們提供了一個理想的實踐教學手段，目前國內外已經普遍將其應用于軍事訓練、課程教學、運動訓練以及醫學研究等方方面面。美國是計算機仿真技術虛擬現實的起源地，現在美國計算機虛擬仿真技術的發展水平也比較高，在這個領域代表了國際先進水平，也是第一個把虛擬仿真技術應用在教育教學中的國家，目前在感知、用戶界面、后臺軟件和硬件等幾個方面，形成了一個比較系統的虛擬仿真教學儀器架構。如，美國的卡羅萊納州立大學利用Java技術建立了基于Web的探索式虛擬物理實驗室，主要有以下幾個模塊：基于JavaApplet的虛擬實驗設備和實驗設施、相關的實驗課程模塊、實驗結果評價模塊、協作模塊。在歐洲，英國在計算機仿真技術虛擬現實的相關領域處于領先地位，研究出了虛擬仿真軟件包，并應用在教學儀器和工業安全培訓等方面。如，英國的諾丁漢大學在教育和學術方面對虛擬仿真技術進行了研究與探索，其目標主要在于探索桌面虛擬仿真的輸入設備應用上。此外，該小組還和其他學校緊密合作，將其仿真系統應用在了特殊學生教育中。在中國，目前各個大學和科研機構也廣泛采用計算機仿真技術建立虛擬場景進行相關領域的教學與研究。例如：中國科技大學開發出第一套基于虛擬仿真的教學儀器系統——利用虛擬仿真技術進行幾何光學實驗平臺的開發，系統將計算機輔助教學儀器的智能化儀器、計算機技術、虛擬仿真和物理教學儀器等有機結合，把物理教學儀器系統推進到了新的領域；北京潤尼爾網絡科技有限公司以北京郵電大學強勢的網絡、通訊、電子三門學科為基礎，采用JavaApplet技術、B/S結構、J2EE框架，為解決高校日趨緊張的實驗設備及實驗場地等實驗教學問題，由北京郵電大學網絡教育技術研究所組織精英力量，經過多年研究，開發出了配套的虛擬實驗系統。通過對國內、外的基于計算機仿真的虛擬現實教學應用情況進行對比，我們發現：當前，國外基于計算機仿真的虛擬實驗比國內開發時間早，應用相對成熟，不管是在仿真器材還是仿真軟件上都比較豐富、且功能較多；同時，國外很多成熟的仿真實驗產品價格普遍偏高，且技術難度也不太適合本科學生，更適合研究所或工程師使用。盡管如此，我國還是有很多現行的成熟的計算機仿真軟件供我們選擇，這些成熟的仿真軟件具有界面友好、可擴充性、支持二次開發等特性，甚至大多實現模塊化利于定制化實驗的開發，基本上能滿足國內高等院校實驗教學需要及豐富的仿真實驗需求。因此，國內很多高校及科研院所普遍采用購買成熟的仿真軟件產品，基于自身的仿真實驗需求進行對應的二次開發，從而設計出適合自己的基于計算機仿真的虛擬實驗平臺，并得到了很好的應用發展。就工業工程類實驗課程而言，現在市面上流行的仿真軟件，如，Flexsim、witness、em-plan等都能提供給我們一個良好的仿真實驗平臺，供我們在這些平臺上進行綜合性實踐項目的構建和開發。
3基于計算機仿真技術的實驗教學模式開發
在深度分析學生學習特點和企業真實需求的基礎上，基于建構主義學習理論和混合式學習理論，按照社會發展對人才培養的要求，結合計算機仿真實驗教學設計的基本原則，借鑒信息化和項目教學、案例教學設計方法，探索出基于實踐項目、真實案例和工作任務的計算機仿真實驗教學模式，實現了“教、學、做”一體化的實驗設計。該模式由“項目導入、制定計劃、實施計劃和成果展示與評價”4個環節組成，其中，計算機仿真實驗教學貫穿了該模式的所有環節。下面簡單介紹該模式的具體實施方案。
（1）在“項目導入”環節，專業教師的活動包括：借助選定的計算機仿真實驗平臺，導入項目任務及目標、展示項目結果，讓學生對項目有一個直觀的認識，然后再布置具體的實踐任務；利用計算機仿真實驗平臺，讓學生明確自己應當完成的具體任務和完成任務后可以獲得哪些知識以及達到什么樣的技能水平；在充分考慮學生的現有知識和能力水平的基礎上，適當采取分工協作方式，安排具體的任務完成時間及成果的評定方法等。
（2）在“制定計劃”環節，學生的活動包括：通過自主學習、分工協作等方式，對具體實踐項目的目標、任務進行分析；確定任務所涉及的專業方法和技能手段，充分應用已掌握的專業知識和能力，借助計算機仿真實驗平臺，設計出仿真實驗模型幫助決策與優化；確定仿真實驗任務的實施步驟，為仿真實驗任務的實施做好充分的準備。
（3）在“實施計劃”環節，學生的活動包括：在計算機仿真實驗平臺上，按照擬定的計劃，逐步完成實踐項目的仿真任務；在完成實踐項目仿真任務的過程中，學生通過應用所學專業知識和技能，建構自己的專業知識，從而幫助自己養成專業素養。
（4）在“展示與評價”環節，學生的工作包括：在計算機仿真實驗平臺上展示自己的實踐項目仿真成果；參與討論和評價；通過對比分析，學生對自己的實踐項目展開進一步的仿真優化處理。
4結語
將計算機仿真技術與項目教學、案例教學更加緊密的結合起來，能夠更好的實現“教、學、做”一體化，并且，在顯著改善實驗教學條件、提升實驗教學效果的同時，減少了設備消耗，尤其是耗材的使用量，節省了實驗經費，而且克服了時間與空間上的限制，使工業工程綜合實驗課的開課率和學生的專業綜合能力得到顯著提升。計算機仿真技術在專業實驗教學方面的應用前景廣泛,值得深入研究。
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[14]宋菲.計算機仿真技術在《電路分析》課程教學中的應用研究[J].中國電子商務,2015(1):290-290.
關鍵詞:虛擬仿真;高職教育;建筑工程;實訓教學
我國正處于社會信息化深入發展階段，傳統建筑業也在進行自我革新，朝著工業化、信息化以及智能化發展，衍生出工業裝配式技術、BIM信息模型技術等。高職教育也在不斷探索新技術新方法，2006年，教育部《關于全面提高高等職業教育教學質量的若干意見》(教高［2006］16號)中就實訓基地建設方面提出了要充分利用現代信息技術，開發虛擬工廠、虛擬車間、虛擬工藝、虛擬實驗。2017年，國務院印發《國家教育事業發展“十三五”規劃》中明確指出我國教育進入高質量新階段，綜合利用互聯網、大數據、人工智能和虛擬現實技術探索未來教育教學新模式。高職建筑工程技術專業需適應時代的變遷與行業的發展。對此，本文將結合南京城市職業學院建設中的虛擬仿真實訓體系探討這項技術在建筑工程專業中的應用。
一、虛擬仿真技術在建筑工程專業實訓體系中的應用
(一)高職建筑工程技術專業實訓的困境簡單來說，建筑工程技術專業培養的是基于施工員崗位的“懂建筑、精施工、會管理”的高素質技術技能人才，實訓體系在整個人才培養方案中具有非常重要的地位。但由于建筑行業的特殊性，校內外實訓基地的建設都普遍存在困難。校內實訓基地受限于場地和經費，難以重現建筑過程中各項技術，即使一些條件較好、投入較多的學校，建設的一些實訓項目也是以展示觀摩為主，動手實踐部分較少;采購的設備數量有限，難以滿足全部學生的操作需求;一些操作難以反復，不利于學生探究性學習。在校外實習基地方面，由于建筑項目周期長并且具有一次性特征，工程進度難以和課程學習相匹配。此外，考慮施工現場的安全隱患和企業自身的經濟效益，企業難以多次接待學生短期的參觀學習。基于以上困境，不少高職院校建筑工程專業更像是簡配版本科土木工程的“學科型”教學體系，工學結合不緊密，學生難以將學到的理論知識運用到實際工作崗位中去。
(二)虛擬現實技術的分類基于以上因素考慮，有必要將虛擬仿真技術融入專業的實訓體系建設。虛擬仿真技術主要有以下三種類型:1．桌面虛擬仿真系統利用平面顯示器呈現立體的虛擬環境，通常將施工二維平面圖紙轉換為三維模型，學生可通過鼠標等設備與虛擬環境進行交互，可以在環境中進行觀察，將抽象的平面概念具象化，也可模擬某項施工技術過程，將書本枯燥生澀的理論知識轉換為更容易接受的立體影像。這項技術成本較低，目前也使用得較為廣泛。2．全沉浸式虛擬現實系統使用頭盔、機械手柄、身體動作追蹤等儀器設備將使用者完全沉浸在虛擬的三維環境中，使用者可以精確的與虛擬環境進行交互，視覺、聽覺、觸覺與實際環境完全隔離，完全置身于虛擬環境中，在虛擬環境中進行操作、體驗。這項技術成本較高，很多高職院校雖有投資，但數量有限。3．分布式虛擬系統通過互聯網構建一個多用戶的虛擬環境平臺，采用統一的結構、標準、協議和數據庫將不同時間空間的虛擬終端整合，多名用戶之間可以自由交互協同工作。這項技術目前在國外使用較多。
(三)構建三階段虛實結合的實訓教學體系建筑工程技術專業學生應具備識讀工程施工圖紙、查閱相關圖集、測量放線的基礎技能，參與工程施工、編制施工組織計劃及專項施工方案、工程預決算的核心能力以及BIM技術相關的拓展能力。南京城市職業學院建筑工程技術專業根據人才培養目標，以施工員、資料員典型的工作任務、職業標準為依據，構建三階段虛實結合的實訓體系。校內構建虛實結合的實訓體系:實訓項目較為容易實現的，一般以實體操作為主，例如鋼筋加工、綁扎鋼筋、全站儀測量等;實訓項目周期長，不易反復操作的，以虛擬仿真技術為主，如建筑工程項目施工———專業崗位仿真訓練平臺。同時，還配有建筑工程項目管理、招投標沙盤實訓項目，大型施工現場布置實體模型。虛擬仿真技術填補了核心課程實訓的空白，完善了校內實訓體系。校外構建三階段的實習體系。第一階段認崗。該階段主要在基礎技能的第一學年，學生通過工程制圖，建筑結構等課程的學習后，進入一線施工現場，與已學知識進行匹配，對專業和崗位進行感性認知活動。第二階段跟崗。學生在第二學年學習了核心課程后，在校外實習基地進行為期兩周的跟崗實習，在工程施工現場對已學習的核心技能進行驗證和反思。第三階段頂崗。學生在完成學校的所有學習、獲得職業資格證書后，真正進入一線，成為一名工作者，用專業技術解決實際問題，完成學生到專業從業人員的過渡。三階段的實習可以將校內不同階段虛實結合的專項實訓項目整合起來，體會各工序之間的聯系，將不同課程融會貫通，提升學生對知識的掌握和技能的運用。
二、虛擬仿真技術在教學中的應用
(一)現有教學方法與學生不匹配隨著高考招生制度的不斷改革，高職生源不斷多樣化，學生素質參差不齊，理論基礎薄弱，學習主動性不高。傳統的課堂教學，即便配合了多媒體資源、信息化教學平臺的使用，也很難集中學生的學習注意力。一方面，這樣的教學方法本質上還是以教師的灌輸為主，學生是被動的接受知識，知識還是被填到大腦中去，一旦填鴨的過程中出現了不理解、聽不懂的環節，后面的學習全部崩塌。另一方面，高職學生的學習生涯很少出現學習的高光時刻，學生對自己的學習能力持否定態度，從內心排斥學習，畏難情緒嚴重，自信心不足。因此，不少學生在社團活動時候大放異彩，在上課學習時，大腦就停止思考。
(二)虛擬仿真技術下的情境化教學根據建構主義學習理論，學生是學習的中心，是知識信息的加工主體。由建構理論衍生出的情境化教學、探究性學習、問題導向等教學方法能夠不斷挑戰學習者已有的知識架構和經驗，從而在交互的過程中形成新的知識。學生在活動中主動學習，而教師是建構過程的引路人。虛擬仿真技術下的三維立體虛擬環境，具有沉浸性和交互性特征，學生置身其中，有很強的臨場感，促使學生主動獲取知識信息。同時，三維具象化的事物降低了學習的難度，增加了學生學習的自信心。以建筑施工組織中的施工現場布置為例，傳統的教學中，教師會引用工程案例將場布中涉及的規范進行羅列。由于施工現場涉及多種對象，羅列的規范很多，注意事項瑣碎，學生的上課效果較差，難以完成課程目標。在引入了桌面虛擬仿真技術的三維場布軟件后，場布理論課程就轉變為場布實訓項目。項目源自真實施工案例，在教師的指引下，學生依據施工工程所處城市位置、周圍道路環境，考慮風向和天氣因素，借助軟件中已有的各種施工現場的模型(如在建建筑、圍擋、道路、臨時設施、工程車輛、大型機械等)，對施工現場進行搭建和布置。搭建施工現場的過程就是學習施工現場規范的過程，同時，在搭建的過程中，學生對規范的理解運用各不相同。虛擬環境允許學生按個人理解對學習對象進行操作，觀察不同操作下不同的結果，來驗證自己對知識信息的接收加工是否正確，這是一個主動學習和修正過程。虛擬仿真技術下的情境教學，大大提高了學生學習的參與度與主動性，提升了學習效果。
(三)虛擬仿真競賽由于專業的特殊性，高職建筑專業競賽總體主要集中在建筑工程識圖、CAD軟件類等，如省級和國家級的技能大賽就有此類賽項。此外，還有一些工程測量和建筑模型類的比賽。而針對專業核心技能的施工技術、施工組織設計以及工程項目管理類較為少見。虛擬仿真技術的出現，降低了這類競賽的舉辦難度，只需電腦和網絡便可開展。如某BIM施工項目管理應用技能大賽，包含施工組織設計、三維建模及建筑工程項目策劃等。以賽促教的同時也為專業營造出濃厚的學習競爭氛圍，走出去多比賽也拓寬了學生的眼界，增強了學生的自信心。
三、虛擬仿真技術的困境和發展
(一)虛擬仿真實訓室投入成本過高虛擬仿真實訓室雖然能夠支持建筑工程技術專業不少實訓項目，但是建設成本很高。以一款全景沉浸式虛擬仿真系統為例，雖然該設備可以模擬仿真全站儀測量各種不同地形，但建設投入達兩百萬。同時，隨著建筑行業新技術、新工藝的不斷發展，虛擬仿真實訓項目也面臨軟硬件的升級改造，后期的運行維護也需要學校持續的投入。
(二)虛擬仿真對空間想象能力的影響虛擬仿真技術利用信息化手段將抽象的符號具象化，建筑工程專業同樣要求學生具有將二維圖紙轉換為三維立體建筑物實體的能力。由于高職學生空間想象能力較差，所以虛擬仿真技術有助于學生的學習，降低學習如建筑構造等課程的難度。但是如果過分依賴虛擬仿真，學生的空間想象能力反而得不到鍛煉和提高。這就要求教師在教學時合理使用虛擬仿真這個工具，教學時需要安排學生進行空間轉換的思考過程。
(三)虛擬仿真對注意力的影響虛擬技術打造的虛擬環境通過視覺、聽覺、體感向學生傳遞圖形、文字、聲音等信息。打造沉浸式體驗學習的同時也傳遞了大量豐富的信息，學生會對情境中某些信息產生更強的臨場感，投入更多的注意力，而對其他信息的注意力減少，無法實現學習的目的。例如，安全生產課程通過虛擬現實(VR)技術讓學生體驗了高空墜落、腳手架坍塌等情境，模擬情境很真實，但學生體驗到的是墜樓的刺激，反而忽視了安全的意識、課程的目的。所以，在虛擬仿真的學習過程中，教師要加強引導，同時合理設計虛擬仿真學習的腳本和內容。
(四)多用戶虛擬仿真環境“ActiveWorld”平臺是國外廣泛使用的一款多用戶虛擬環境。多名不同地點學習者可以在同一個虛擬環境中自由交互、協同工作。目前，國內使用的虛擬仿真項目多為單人、單項。學習者只能與計算機虛擬的環境交互，實訓的內容也是較為單一的觀察性學習或是操作性學習。虛擬仿真技術應朝著多用戶平臺發展，虛擬的環境更綜合、更完整，學習者彼此之間以虛擬身份共同探索、觀察、討論和分析，開展更富有效果的合作式學習，特別適合遠程教學。同時，參與學習的各方可以共同建設虛擬環境，做到共建共享，節約資源，降低成本。
基于虛擬仿真技術和計算網絡技術的實驗教學方法已經成為不可或缺的實驗教學手段。虛擬仿真實驗教學體系的構建，將促進教學資源的科學規劃和持續發展。以學科發展為依托、以培養具有綜合實踐能力和創新能力的人才為目標，本著能實不虛、虛實結合的原則，在實體實驗的基礎上，打破原有實驗教學環節和專業內容所固有的界限，探索構建了三平臺、三層次、一體化的“三三一”虛擬仿真實驗教學體系。“三三一”體系的構建既豐富了專業實驗教學內容，又為學生在基于虛擬仿真技術的跨專業大型綜合實驗教學資源中，提供更多的應用技能、綜合能力和創新能力訓練的機會。
關鍵詞:
電氣工程;自動化;虛擬仿真
天津大學電氣與自動化實驗中心承擔著面向全校10個專業、47門課程的本科生實驗教學工作，其中包括課程實驗、課程設計、生產實習、畢業設計等多種教學實驗環節。近年來，實驗中心為了解決大型綜合實體實驗項目在建設、運行、維護等工作中受場地或經費等條件限制、阻礙學科建設與發展的問題;為了滿足學生創新訓練的需要，積極促進科研成果向教學資源的轉化，在實體實驗教學環境不斷完善、發展的同時，對部分專業課實驗教學內容進行了虛擬實驗環境及仿真系統的開發與建設。先后建設了“智能電網仿真實驗教學平臺”、“多相流虛擬仿真實驗教學系統”、“高電壓虛擬仿真實驗教學系統”、“機器人及自主系統虛擬仿真實驗教學平臺”、“工業生產線虛擬環境”等一批虛擬仿真實驗教學資源［1－2］，并全部應用于實驗教學中。2012年9月為了更好地管理和優化教學資源，學校成立了電氣工程與自動化虛擬仿真實驗教學中心。按照培養具有綜合能力、實踐能力和創新能力的高素質人才的需要，本著“相互補充、互融互通”的原則，構建了“三平臺、三層次、一體化”的“三三一”虛擬仿真實驗教學體系。經過5年的時間，依照“能實不虛、虛實結合”的原則，完成了15個虛擬仿真實驗教學項目的建設工作。虛擬仿真實驗教學體系為實驗資源開發提出了明確的目標。
1虛擬仿真實驗教學的特點
充分發揮虛擬仿真實驗教學的特點和優勢，是構建一套科學、高效、可持續發展的虛擬仿真實驗教學體系的關鍵。其特點如下。
1．1豐富的教學內容
基于互聯網的虛擬仿真技術為實驗教學帶來了不受時間、空間限制的特點，它可以將學生帶入未知的科學世界。相比傳統實體實驗課程的內容，虛擬仿真實驗項目可以是千變萬化的［3］。學生不僅可以利用所學知識靈活地解決問題，還可以按照自己的興趣愛好設計問題，探索未知的世界。例如:傳統的電機學實驗，學生只能觀測電機外特性結果，無法從根本上理解電機的內部磁場分布、不同運行工況下的磁場變化。而虛擬仿真實驗利用電機電磁場有限元分析軟件，使學生能通過虛擬仿真環境，了解電機內部磁場分布及性能特性曲線。同時，虛擬仿真技術打破了不同專業實驗室的隔墻，為跨學科的交叉應用提供了廣闊的實踐天地。
1．2靈活的教學環節
為體現“以人為本”的教育、教學理念，適應個性化學習需求，有利于創新能力的培養，實驗教學體系應該包含多層次的實驗教學環節，學生可以選擇適合自己知識水平、興趣愛好的實驗內容。并且隨著學習進度的變化，可以跨越教學層次提升(或回顧以往)實驗內容［4］。這在實體實驗教學活動中是很難實現的。靈活的虛擬仿真實驗資源建立了不同教學環節之間的知識鏈接，使學生在夯實基礎知識的前提下，有更多接觸專業實驗和創新實踐的機會。
1．3不可及和不可逆過程的實現
在涉及高危或極端環境，不可及或不可逆的操作，高成本、高消耗、大型或綜合訓練等情況時［5］，虛擬仿真技術提供可靠、安全和經濟的實驗手段。例如:在“高電壓虛擬仿真實驗教學系統”中學生可以隨時觀察高壓放電的模擬場景。
1．4無處不在的實驗室
基于互聯網的虛擬仿真實驗教學資源不僅可以為學生在任何時間和地點開展實驗提供條件［6］，同時也可以將優秀的實驗教學資源開放，為兄弟院校、企業、社區提供教學服務。
2虛擬仿真實驗教學體系的構建
虛擬仿真實驗教學體系在教學大系統中，與實體實驗教學體系相互補充，同樣需要遵循實驗教學的客觀規律和基本準則［7－8］。通過利用“互聯網思維”和“虛擬仿真技術”對現有實體實驗教學活動中的內容和環節進行了全面的、系統的再設計，形成了科學的和可持續發展的虛擬仿真實驗教學系統。首先將基礎實驗、專業綜合實驗和創新與實踐訓練的三個虛擬仿真實驗教學平臺按照理論應用、綜合設計、系統構建劃分三個教學層次;然后利用虛擬仿真實驗教學的特點和優勢，將不同平臺(教學層次)的實驗項目進行互聯互通、相互融合，形成了教學體系的一體化。
2．1以教學環節為導向的實驗教學平臺
以教學環節為導向的實驗教學平臺包括基礎實驗教學平臺、專業綜合實驗教學平臺以及創新與實踐教學平臺，如圖1所示。
2．1．1基礎實驗教學平臺
該平臺側重基礎知識的教學工作。通過驗證基礎科學和技術原理，使學生切身體驗科學發現與工程技術的發展歷程，進而內化為其自身的工程意識與素養［9］。虛擬仿真實驗教學可以為學生提供不受限于時間、地點的實驗環境，“無處不在的實驗室”有助于提高學生做實驗的興趣、培養獨立思考問題和解決問題的能力。
2．1．2專業綜合實驗教學平臺
專業綜合實驗平臺主要包括課程設計、綜合實驗、工程設計綜合訓練等集中教學環節。由于部分綜合類實體實驗受實驗設備功能的限制，學生可以選擇的實驗內容有限，尤其是一些大型、高風險、高能耗、高成本、不可及或不可逆的項目根本無法對本科生開放。構建虛擬仿真專業綜合實驗教學平臺，將不可能變成可能，不僅可以開設大型綜合實驗項目的仿真環境，還可以實現跨專業的綜合實踐訓練。為學生提供貼近實際的工程應用，對解決現實條件無法滿足專業綜合實驗教學需求的矛盾有著不可替代的作用。實現了實驗室與生產現場的“無縫對接”。
2．1．3創新實踐教學平臺
科學的創新實踐教學方案需要良好的教學平臺支撐。利用虛擬仿真技術針對電氣工程及自動化專業的學科特色，結合“智能電網”、“航空航天”、“機器人”、“工業自動化”以及“新型傳感器”等專業領域前沿技術建立虛擬仿真系統，從實驗教學環節加強學生對相關學科前沿成果的深入理解。
2．2以教學目標為導向的三層次
在三個教學平臺中學生可以循序漸進的完成知識學習和技能訓練。但是，由于學生在專業方向、學習進度、興趣愛好等方面存在個性差異，所以在學習過程中就會需要在不同的教學平臺之間進行廣泛的聯系，尤其是學科交叉的教學資源中，需要橫向的、跨平臺的知識融合。每個虛擬實驗教學平臺分別按照理論應用、綜合設計、系統構建三個層次進行劃分，充分發揮虛擬仿真技術的優勢，建立實驗教學平臺之間相互補充、互融互通的橫向鏈接。如圖2所示。
2．2．1理論應用層
理論應用層重點突出的是圍繞基礎理論知識，利用虛擬仿真技術為學生提供豐富的實驗內容，包括一些看不見、摸不到的物理現象，基礎理論在實際工程應用的案例等。更為重要的是，通過互聯網虛擬仿真技術的應用，學生可在任何時間和地點直觀形象的完成本專業科學理論與科學技術的基礎性實驗，有助于學生夯實理論知識。
2．2．2綜合設計層
綜合設計層是將相關專業基礎知識交叉綜合應用。著重培養學生運用專業基礎知識、實驗技術和實驗手段、分析問題、解決問題的能力，使學生不論在知識的積累上還是實驗技能的提高上都有較大的飛躍。通過虛擬仿真技術的應用，實驗場景可以更加貼近工程實際，有效解決以往受實驗設備或場地限制［10］，用抽象的示意模型代替復雜受控對象的問題;在大幅度提高實驗項目豐富程度的同時，通過互聯網技術的應用也可以提高教學資源的共享率。
2．2．3系統構建層
系統構建層是讓學生在虛擬環境中將所學到的工程研究與創新方法得到應用和訓練。讓學生體會利用掌握的知識和技能在復雜工程實踐中解決問題的快樂，真正做到學以致用［11］。該類實驗可培養學生從事科學研究和技術開發的綜合能力，為培養具有創新能力的高素質專業人才提供訓練條件。虛擬仿真教學體系中的系統構建層實驗教學資源有效的解決了生產實習、畢業設計等環節與工程實際脫節的問題。
2．3互融互通、互為補充的一體化理念
虛擬仿真實驗教學體系如圖3所示，其中教學平臺的教學資源根據教學目的而設計，課程內容貫穿資源;教學層次是以培養應用能力為目標，將不同平臺教學資源橫向連接。在注重專業培養、因材施教的同時，教學平臺之間互融互通，教學層次之間相互補充［12］，是虛擬仿真實驗教學中心“一體化”建設核心。虛擬仿真實驗教學體系一體化建設打通了學科專業界限，是培養創新型人才的新機制。
3結語
一、虛擬仿真技術概述
虛擬仿真技術是虛擬現實技術和系統仿真技術的合稱[2]。虛擬仿真技術又叫虛擬仿真或者模擬技術，是將一個真實的系統用虛擬的方法模仿出來。虛擬仿真技術是隨著計算機技術發展而逐步形成的一種實驗研究技術，是數學推理、科學實驗之后人類認識客觀規律的第三類方法，已逐漸成為人類認識和改造客觀世界的通用性、戰略性技術[3]。虛擬仿真技術在多媒體技術、虛擬現實技術、網絡通信技術等技術的基礎上，將仿真技術與虛擬現實技術結合在一起，構建逼真的虛擬環境。虛擬仿真可以是一個模擬器，一個仿真軟件，或者一個數學模型等[4]。虛擬仿真技術應用在軍事演習、醫學手術模擬、廣告宣傳等。近年來，隨著計算機技術與網絡技術的發展虛擬仿真技術廣泛地應用于實驗教學，虛擬仿真實驗已經成為一種新的教學模式[5]。
虛擬仿真技術在實訓中具有真實性、交互性、開放性及擴展性[6]。真實性是指虛擬仿真實訓中實驗環境具有很強的真實感，學習者在虛擬仿真實訓中感覺進入了真實的實訓室，操作虛擬設備，體驗真實的操作過程。交互性是指學習者可以通過鍵盤、鼠標操作虛擬設備，虛擬設備會在真實實訓中所出現的現象。開放性是指可以將虛擬仿真實訓以網頁的形式，學習者可以隨時隨地進行虛擬實驗，突破了時空的限制。擴展性是指虛擬設備或虛擬軟件等可以實現靈活地配置與組合，而且更新與維護方便，可以對虛擬設備或虛擬軟件進行二次開發。
二、Packet Trace軟件在計算機網絡實訓中的應用
（一）Packet Trace軟件簡介
Packet Tracer是思科公司開發的一種虛擬仿真軟件，可供網絡課程的初學者在虛擬環境中設計網絡、配置網絡、排除網絡故障。該軟件采用圖形化用戶界面，學習者可以通過鼠標拖曳設備及配置線構建網絡拓撲;提供的數據包在網絡中的流動過程可以適時地觀察網絡狀態;可通過IOS配置對設備進行配置管理，鍛煉學習者檢查、排除網絡故障的能力。
Packet Trace支持大量的設備仿真，比如路由器、交換機、Hub等各類網絡連接設備的仿真，每類設備還提供不同的型號;雙絞線、同軸電纜、光纖等各種傳輸介質的仿真;DNS、FTP、WEB、DHCP等服務器的仿真;還可以仿真很多模塊。而真實的實訓環境中往往不可能提供這么全面的實訓設備。Packet Trace運行很多網絡協議，支持TCP/IP協議，UDP協議、OSPF協議、HTTP協議、SMTP協議、Telnet協議等常見協議，及不常見的ARP協議、Ethernet協議、HDLC協議、ICMP協議、IPv6等協議。Packet Trace支持邏輯空間設計及物理空間設計兩種模式。Packet Trace中的數據包可采用實時傳輸模式和仿真傳輸模式，實時傳輸與真實傳輸過程一樣，仿真傳輸可以看到數據傳送的過程。
（二）Packet Trace軟件的應用
假設某公司需要構建自己的網站，并在網站上提供郵件系統服務。通過分析，為了完成本實驗需要用到的設備有：首先需要一臺網站（Web）服務器、一臺郵件（E-mail）服務器;另外還需要一臺域名解析（DNS）服務器（通常可以由專門的機構提供，為了方便在仿真軟件中構建了自己的DNS服務器）;還需要幾臺可以上網的PC機;為了將這些設備連接起來，需要一臺交換機。還需要配置每個服務器的協議及每個服務器和PC機的地址;如果需要遠程登錄交換機還需要對交換機進行配置。這個實驗可以在真實的環境中完成，也可以在虛擬仿真軟件Packet Trace中完成。以下先通過Packet Trace軟件進行虛擬仿真實驗。
1.構建網絡拓撲
將Web服務器、E-mail服務器、DNS服務器、兩臺PC機拖曳進主界面，并連接好配置線，將設備分別重命名，得到實驗的網絡拓撲，如圖1所示。
圖1 網絡拓撲結構圖
2.配置各設備
（1）配置DNS服務器。鼠標單擊DNS服務器，首先在Desktop選項中選擇“IP Configuration”設置靜態分配（Static），設置好各地址參數，其中IP地址192.168.1.2;然后在Config選項卡中設置GLOBAL項中的Gateway為：192.168.1.1，DNS Server為192.168.2;最后將DNS項以外的其他協議全部關閉，并在DNS中添加網站（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服務器。鼠標單擊Web服務器，在Desktop選項卡中配置好IP Configuration中各地址，IP地址為192.168.1.8;然后在Config選項卡中設置GLOBAL項中的Gateway為：192.168.1.1，DNS Server為192.168.2;再后將HTTP項以外的其他協議全部關閉，還可以在此處修改網頁代碼，以修改網頁的顯示內容。
（3）配置郵件服務器。點開E-mail服務器，配置好IP Configuration中各地址，IP地址為192.168.1.3;然后在Config選項卡中設置GLOBAL項中的Gateway為：192.168.1.1，DNS Server為192.168.2;再后將E-mail項以外的其他協議全部關閉，并在E-mail項中設置Domain name及添加郵箱用戶名及用戶密碼。
（4）配置交換機。如果交換機不需要遠程登錄進行配置管理，則無需配置。如果需要進行遠程登錄管理那么需要給交換機配置地址。交換機配置地址需要通過IOS配置方式。給交換機配置地址為192.168.1.253。點開交換機，進入CLI選項，回車后鍵入命令，下面進行簡單的配置命令：
Switch>en//進入特權模式
Switch#conf t //進入全局模式
Switch（config）#inter vlan 1（默認交換機的所有端口都在VLAN1中）//創建并進入VLAN1的接口視圖
Switch（config-if）#ip address 192.168.1.253 255.255.255.0//在VLAN1接口上配置交換機遠程管理的IP地址
Switch（config-if）#no shutdown//開啟接口
Switch（config-if）#exit//回到全局配置模式
（5）配置兩臺PC機的地址。點開PC0，在Desktop選項中選擇“IP Configuration”設置靜態分配（Static），設置好各地址參數，其中IP地址192.168.1.4。PC1的設置同PC0，其中IP地址為192.168.1.5。
3.測試驗證實驗
（1）驗證網站功能。在PC0（或PC1）上，點開進入Web Brower選項，輸入網址fly.com，再點擊go，如果能夠正確顯示出Web服務器上的主頁，則說明Web服務器實驗成功。否則需要重新檢測故障，并排除故障，直到能夠成功顯示。
（2）驗證郵件收發功能。鼠標單擊PC0（或PC1）上，選擇Desktop選項，單擊E-Mail，進入MAILBROWER，單擊Configure Mail，然后進行相應的配置。保存后返回MAIL BROWER，進行收發郵件測試，如果能成功收發郵件，則說明郵件服務器實驗成功，否則需要檢測并排除故障。
三、Packet Trace虛擬仿真實驗與真實實驗的對比分析
在Packet Trace虛擬仿真軟件中，學習者可以通過圖形化界面，對虛擬的設備進行連線、配置、測試、排除故障等，在逼真的環境中，體驗真實實驗的過程，完成實驗，得到真實實驗的結果。而且虛擬實驗中需要用到的實驗設備，只需要用鼠標拖曳出來即可，仿真軟件提供不同的設備和相同設備不同型號的選擇，實驗非常方便靈活。而在真實的實驗中，很多實訓場所不可能提供這么多的設備，更難具備各種不同型號的設備，仿真軟件大大地節約了設備成本。在虛擬實驗中，可以不斷地重新配置，嘗試不同的配置方法，不會損壞設備，配置不成功，可以刪除設備，重新拖曳進新設備進行配置，而在真實實驗中配置不正確，操作不當，可能損壞真實設備，而且不可能把真實設備丟掉后再用新設備進行配置管理，因此，虛擬仿真實驗提供了更靈活的配置方法，增強了學習者的學習興趣。在虛擬實驗中，不需要專門的實訓場所，不需要實訓室管理維護人員，節約了實訓場所成本以及管理人員成本;虛擬實驗可以在任意一臺電腦上完成，突破了時間與空間的限制，可以使學習者隨時隨地進行實驗，學習更輕松，效率更高。
但是在虛擬仿真實驗中有一些與真實實驗不完全相同的地方，比如設備之間的連線，只需要選擇一種介質即可，甚至可以由系統智能判斷選擇什么介質，所以配線環節不會出現錯誤。而在真實實驗中，學習者可能不知道具體的設備需要選擇哪種傳輸介質，或者傳輸介質沒有連接好、松動、串擾等都可能造成實驗不成功，而這些在虛擬實驗中都不會出現。另外，如Web服務器配置，在虛擬實驗中沒有設備Web站點，只需要將HTTP協議打開即可，而在真實的實驗中Web站點的配置存在版本的不兼容、默認站點的位置不正確以及登錄用戶的權限設置等問題都可能引起Web服務配置不成功。
因此，虛擬實驗仿真實驗需要與真實實驗結合起來，不能只是單純地進行虛擬仿真實驗。比如，可以讓初學者先通過虛擬仿真實驗，熟悉設備、設備的型號、設備的配置方法、設備的管理方法、設備的排障方法等，然后再結合真實設備進行實驗，這樣將使學習效果更佳。
