虛擬仿真技術建設
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虛擬仿真技術建設范文第1篇
關鍵詞：仿真技術；實踐教學；森林培育
中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）03-0283-02
森林培育學是一門實踐性很強的學科，包括林木種苗繁育、森林營造、森林撫育、主伐更新等技術內容[1，2]。實踐教學作為理論教學延伸和驗證，更具有直觀性，在提高學生吸收理論知識、掌握基本技能、增強操作能力方面起著重要作用[3]。如何將新的教學手段與這門傳統課程結合、更好地服務于教學活動、提高森林培育學實踐教學效果是當務之急。虛擬仿真實驗將網絡通訊技術、多媒體教學、數據庫結合起來，實現人機交互，能夠實現傳統實驗教學模式不能達到或難以實現的教學效果。隨著虛擬仿真實驗教學在各種教育領域的應用逐漸增多，必將對傳統的實驗教學的教學體系、教學模式、教學內容、教學手段等產生深刻的影響[4]。
一、森林培育虛擬仿真實踐教學建設提出的背景
森林培育是從林木種子、苗木、造林到林木成林、成熟的整個培育過程中按既定培育目標和客觀自然規律所進行的綜合培育活動，是森林經營活動的主要組成部分和基礎環節。森林培育學包括良種壯苗培育、造林、林分撫育、主伐更新等內容，具有明顯的技術性、實踐性、區域性和學科前沿性，是林學專業的主干課程和重點課程。由于森林培育過程周期長、工序復雜，有些實驗因存在危險性而難以在現實場景中實施，理論教學內容與生產實踐需求不同步，使得學生不能全程參與和體驗生產實踐技術與效果，而靜態的多媒體課堂教學和片斷化的實驗實習容易導致學生形成惰性，造成思維能力下降。現代林業的整體發展，森林培育規模和質量的提高，科技成果在生產中的推廣應用，生產基地的布局和項目管理的運行等所提供的經驗沒有完全充實到森林培育的教學去，也限制了學生生產實踐能力的提高。通過虛擬仿真實驗，將森林營造與培育過程置于直觀、生動、形象的生產實踐場景中，課程教學與實踐教學相吻合，實現教與學的互動性，使學生的想象力、思維能力得以充分發揮，在此過程中思考如何利用森林培育技術提高森林生產力，從而進一步完善學生的知識結構和技能培養、提升教學質量和效果。
二、森林培育虛擬仿真實踐教學設計
1.森林培育虛擬仿真實踐教學模塊設計。森林培育是一門綜合性的實踐性強的課程，涉及與林木生長相關的基礎理論及林分經營的專業課程，同時又需要應用3S技術以解決營林設計的問題，因此在進行森林培育虛擬仿真實踐教學設計時，根據林木的生長發育階段及相應的技術要點，設置了三個模塊的仿真實驗，見表1。
2.林木工廠化育苗技術虛擬仿真實驗。隨著林業科技的發展，在林木良種化和無性系化的基礎上，林木育苗已實現了工廠化生產，包括組培育苗和輕基質容器育苗技術。該部分對于學生學習現代化育苗生產作業方式、掌握規模化組織苗木生產和經營具有重要的指導作用。由于育苗技術繁鎖、培育時間長，學生難以完成整個苗木培育過程的實驗，往往不能理解或掌握育苗關鍵技術。通過模擬林木組織培養以及容器育苗等過程，使學生在學習理論課的同時，通過直觀演示與操作，系統地掌握工廠化育苗的全過程。
3.人工林造林技術虛擬仿真實驗。人工林造林技術包括造林規劃設計、林地清理、整地、種植點配置、施基肥、密度設置、栽植等環節，這是人工林高產栽培的首要部分。在課程授課中講解了造林技術，并進行了部分環節的操作，但由于造林技術環節跨越冬季、春季以至夏季三個季節，生產時間長，個別工序與理論教學時間不能匹配，且涉及范圍廣、技術內容多、實習成本高等因素，使學生不能深刻理解和感知工程造林的環境與技術要求，不能將基礎理論與實踐相結合。選擇南方種植面積最大的桉樹、杉木、馬尾松作為培育對象，采用虛擬仿真技術對人工林造林各個環節進行模擬，從而激發學生的學習興趣和積極性，提高學習效果。
4.人工林撫育技術虛擬仿真實驗。加強人工林的撫育管理，創造良好的環境條件，及時調控林木的生長發育，是保證桉樹成活、成材的關鍵。一般在造林后的三年內需要進行林分撫育，主要包括除草、施肥、修枝、間伐等技術。各技術環節所實施的季節不同，而且林木資源消耗大、技術復雜、成本高，在有限的學習周期內，無法全程參與、跟蹤和感知林分撫育的實施及效果，并且除草劑的使用涉及用藥危險性和林分安全性的問題，這些因素學生實訓實驗受到限制。采用虛擬現實技術，通過人機互動、場景重現的方式，綜合運用相關的理論知識，體驗和掌握人工林撫育各個環節過程。
三、森林培育虛擬仿真實踐教學的功能與效果
虛擬仿真實驗教學平臺建設，是豐富森林培育實踐教學資源，推動信息化條件下傳統教學方法的轉變，強化對學生實踐能力、創新能力和科學素養的重要途徑，同時也提高了教師的教學能力，增強服務社會和校企協同創新能力。
1.改善以教師講授為中心的教學模式。通過人機交互進行實驗操作與數據處理，真實體驗實驗過程，將枯燥的學習過程游戲化，極大地提高學生的學習興趣。虛擬仿真實驗系統的師生互動平臺可以不受時間和地點的限制，學生和教師可以通過互動平臺進行交流，在節約教學資源與教學師資的情況下，很好地完成教學目的，提高教學的質量。
2.預習實驗和復習實驗的功能。傳統實驗實踐教學中，學生跟著設定好的實驗步驟做，缺乏主觀能動性，而純文字的預習理解加大了預習的難度。森林培育學中的林木工廠化育苗技術部分，雖然在課堂上教師系統地介紹了工廠化育苗的流程，但沒有實際場景的情況下，學生仍不能掌握好育苗技術。如果學生預習實驗內容文字的同時，在電腦上操作虛擬仿真實驗，對林木組織培養以及容器育苗技術環節進行模擬操作，再通過虛實結合，學生可以在理論授課及實踐活動之前或之后，較系統地掌握現代林木育苗技術，加深對相關知識的理解程度，提高動手能力。虛擬仿真實驗對于學生理解實驗原理、明確實驗目的、理清實驗步驟、理解實驗知識起到很好的作用。
3.可進行周期長、危險性高、成本高的實驗。把抽象的概念形象化透過現象看本質，能直觀地進行無法全程參與的實驗或實踐活動，例如人工林造林和人工林撫育技術仿真實驗，通過模擬操作造林技術工序、林分撫育措施，并可進行演示和重復操作，對林分撫育后林木生長的動態監測與數據分析，達到身臨其境的模擬效果。此實驗解決了因撫育周期長、成本高而無法開設相關實驗實習課的問題，提高學生的動手能力，更加深刻理解理論教學內容。同時也節約了實踐教學的成本。
《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010―2020年》和《教育信息化十年發展規劃（2011―2020年）》對高等教育信息化建設提出了明確的要求[5]。將信息技術與教學深度融合，挖掘學生自主學習、自主管理和自主服務的潛能，是現代教育模式和現代教育技術的要求。在教學中，將虛擬仿真實驗系統與學生動手操作的真實實驗相結合，與網絡技術相結合實現校園網絡化運行，促進優質教育資源的共享，更好地服務于卓越農林工程師的培養目標。
參考文獻：
[1]劉勇，宋廷茂，翟明普，等.用系統科學指導和豐富森林培育學[J].林業科學，2008，44（7）：1-5.
[2]劉勇，李國雷，呂瑞恒，等.關于加強森林培育學理論研究的探討[J].世界林業研究，2010，23（3）：64-68.
[3]楊梅，黃寶靈，潘曉芳，等.對森林培育實驗實踐教學的思考與探討[J].教育教學論壇，2012，14：178-179.
虛擬仿真技術建設范文第2篇
【關鍵詞】虛擬仿真技術 高職機電 教學應用
虛擬仿真技術在實際訓練教學過程中有明顯優勢，能夠保證學生得到充分的鍛煉和培訓，在機電專業教學中引入仿真技術，還可以使原料、設備和工具等做到節約，降低操作能耗和環境污染，還能避免設備的損壞。虛擬仿真技術不僅不會對操作設備造成嚴重損害，也不會對操作人員的失誤造成傷亡。虛擬仿真技術在高職機電專業中的應用在本文中還會有進一步分許和闡述，供高職院校參考。
一、高職機電專業教學面臨的困境
高職學校在學術實際訓練方面的設施設備部完善。當前，各個高職學校大都面臨著硬件資源不充分，教育經費不足的情況，沒有能力購買更多的實際訓練實驗器材和場地。面對這種情況，高職機電專業應該通過計算機虛擬仿真技術的使用替代實際操作，這樣既能保證學生的鍛煉，達到實驗的效果，還不至于浪費資源，污染環境。
實際訓練場地開放過少。場所開放太少，高職院校作為面向社會，用人單位和學生的服務單位，主要是開展科研和培訓等業務，但是卻受訓練場地的約束，開放時間不足以滿足社會和學生的需求。學生很難有足夠的時間到實驗室進行訓練，影響了學生的動手實踐能力的提高，目前的高職學生，使用電腦已經得到普及，通過虛擬軟件的運用，能夠讓學生即使不到實驗室也能得到實驗訓練。
高校在實驗設備和器材上的維修和保護都需要一筆不小的經費。硬件設施很容易損傷，而且高額的維修費用學校不一定負擔得起，而設備又必須經過多次的實訓耗材，為實訓帶來了沉重的代價，并加大了實驗室管理人員的壓力。通過虛擬仿真技術的利用，不但不用維修設備，還能為實驗訓練節省許多實驗耗材。
二、在虛擬技術的使用下構建虛擬實驗室
課堂教學和實驗中仍然存在很多問題：首先，當前的教學仍然存在理論教學為主的情況，實驗實習只是作為教學輔助；其次，學生的實驗操作存在問題，受場地和時間的限制，學生只有在上課時間才可以實驗室，平常幾乎沒有時間和機會進行操作鍛煉；最后，實驗設備不足以滿足學生在實驗上的需求，硬件設施落后，且維修成本高。虛擬仿真技術主要為了提高學生的技術操作能力，有構想性、交互性和多感知性的等特點，有利于教師開展實訓教學和專業訓練，在解決高職教育的就業和實習方面具有重要意義。
目前，大多數課程都能通過虛擬仿真技術得以實現實驗教學，建設虛擬仿真實驗室能夠降低高職學校的辦學成本，并促進虛擬仿真技術和有關人才的發展，在解決教育資源匱乏上有十分重要的理論現實指導意義。高職院校在引進虛擬仿真技術時需要結合本校實際情況，創設仿真資源，合理選擇，不同的高職院校針對機電專業的教學內容，就業定位等不完全相同，市場上的虛擬仿真軟件不可能面面俱到，因此，應該擴寬引進渠道，為虛擬仿真技術的購置要選取多種方法，建立仿真資源，在教學上為機電專業提供支持和幫助。
三、虛擬仿真技術在高職機電專業教學中的運用
彌補設備不足的問題。保障實訓教學的完成，并節省成本的使用。為使實踐教學項目的效果得到彰顯，過去落后的實踐教學方法急需一筆巨大的資金，投入到教學設備的購買和置辦方面，而且在教學過程中很容易消耗大部分原材料，傳統的設備和儀器都將被淘汰，不能適應當前的教學需要。站在教學資源的情況來說，虛擬仿真技術實際上減少的資金投入總共包括占地面積、建筑、設備、原材料和教師等方面，據考察，大致能夠降低3/10-4/5。還能減少實訓帶來的環境污染，讓學生在良好的環境下學習，得到實踐，提高教學效果。
替高職院校節省出一筆不小的經費。信息技術的迅速發展，高職教育中的傳統媒介具有較強的信息滯后性。科學技術的發展不斷進步，傳播也需要有一定的載體，例如硬件設施和教學資源的配置等。隨著知識經濟時代的到來，信息技術的發展更加迅速，傳統的硬件教學模式和實訓教學設備不久就可能因為技術落后而從社會上淘汰，然而，設備的改造和更新又存在困難，只能購買先進的設備設施來解決這一教學困難。當前我國的教學資源本就不足，不但使得教學資源更加減少，還可能因為教學過程中沒有使用相應的設備而陷入停滯狀態，更不利于學校的發展。運用虛擬仿真技術建設實驗室就能有效解決這一問題，可以讓實訓次數有所增加，促進軟件的升級和改良，不用把硬件資源全部更換。虛擬仿真技術最有特點的就是不用消耗任何原料，而且可以多次重復實訓的教學內容。虛擬仿真技術以其先進和容易改善的特點備受教育界青睞，不但減少了教育經費不必要的使用，讓教學內容不斷的在虛擬條件下更新進步，還能使實訓教學與技術發展相適應，在變化的教學中滿足學生和社會的需求。
提高學生學習興趣。虛擬仿真技術是教學中優秀的輔助工具，能適用于教學交流和實訓情景多個教學活動，虛擬的教學環境更容易讓學生激發學習興趣。虛擬仿真技術形象生動，直觀和互動性較強，也能及時對學生情況做出反饋，學生學習過程中的假設模型都能以虛擬仿真技術進行虛擬，優勢十分明顯，學生通過觀察虛擬假設得出的結果，還利于培養學生的創造性思維。因此，虛擬仿真技術利于學生較早熟悉實訓環境，盡快掌握專業知識與技能，調動學生學習熱情。
四、結束語
虛擬仿真技術在解決高職教育的實訓問題上具有重要意義，解決了設備不足，器材落后，硬件更新慢等困難，把虛擬技術運用到機電專業教學中，提高教學效果，解決面臨的實際問題，有利于推動高職院校機電專業的教學內容和課程改革，促進了虛擬仿真技術在高職院校中的運用與發展。
參考文獻：
[1]熊淑平.虛擬仿真技術在高職教學中的應用探析[J].黃河水利職業技術學院學報，2013.
虛擬仿真技術建設范文第3篇
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.
虛擬仿真技術建設范文第4篇
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
虛擬仿真技術建設范文第5篇
關鍵詞：實驗教學改革；仿真技術；實驗整合
中圖分類號：G641.0 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044(2011)31-0000-00
Improving Experimental Teaching in the Electronic Information Profession by Simulation
WANG Yan, WU Bo, WANG Fang
(College of Physical and Information Engineering, Henan Normal University, Xinxiang 453007, China)
Abstract: The paper proposed a reform combined with the actual conditions and the experimental teaching problems. Adopting simulation in the experimental system can avoid the space and time constraints, enhance the initiative of students and improve the quality of experiment teaching.
Key words: experimental teaching reform; simulation technology; experiment integration.
實驗是電子信息類專業學生課程教學的一個重要環節，是對理論教學的補充和深化，其開設方式關系到學生對理論知識的掌握和應用，直接影響著學生的操作技能、主觀能動性和實際動手能力的提高，也決定著理論和實驗的教學水平。因此，在教學過程中一定要加強實驗這個實踐性教學環節，充分利用實驗資源來培養和提高學生解決問題的能力和創新能力，使學生能夠更加快速地適應于將來的工作。加強實驗教學環節，最大限度地利用學校的實驗教學資源，對提高教學水平，培養學生的實際應用能力和綜合素質具有重要的意義。
1 實驗教學的傳統模式和問題
在我國高校工科教育中，實驗教學硬件條件普遍不足，或者是硬件實驗條件的發展跟不上技術的要求，同時各高校大幅度擴大招生，實驗教學硬件條件更顯不足。加大對實踐教學條件的投入，加強培養實踐教學科技人才，強化實踐教學內容和條件的改革與建設，在當前來說具有特殊重要性[1]。我國教育主管部門也在積極得進行著推進實踐教學的改革與建設。例如：在全國高校本科教學水平評估中，實驗室建設基地和建設經費以及實驗教學改革就是一項重要的指標內容。越來越多的高校開始響應教育部的號召，實行了“雙基”實驗室，并在此基礎上進一步建設“實驗教學示范中心”。
目前，實驗教學的傳統模式的缺點主要表現有：
1）實驗設備陳舊，實驗模式單一；
2）驗證性實驗分量大，與設計性、綜合性和創新性實驗之間的比例失調；
3）先進的實驗教學手段在實驗教學中的引入還不夠；等。
2 實驗教學方法改革勢在必行
隨著計算機的普及和應用，在教學中也越來越多地借助計算機來輔助設計方法，同樣，在實驗中借助計算機仿真技術具有很大優點：減少實驗中所需的耗材、降低對實驗器材的破壞性、完成更復雜更高難度的設計性實驗、更加全面地分析實驗對象以及結果的性能指標等，具有高效、快速、直觀、完整的優勢。開展仿真實驗作為一種新型的實驗教學方法是在現有實驗室設備的基礎上采用計算機新型軟件對實驗進行模擬，大大提高了學生對本專業知識的應用能力和科研創新能力。因此，在當今的實驗教學中，仿真實驗的引入勢在必行。
對當今高校來說，學生人數不斷增加，實驗室設備和資金滿足不了大學中學生的試驗要求，為了不斷提高實驗教學的質量，又進一步解決實驗設備少、不好維護、建設費用高等問題。將仿真技術引入實驗教學中來，學生一方面可以利用計算機實現實驗方案的設計，又可以直觀地驗證仿真過程和結果，不受實驗室條件和空間的限制，可將實驗設計帶入到課余生活中來進行，大大提高了學生對實驗的操作興趣。利用仿真實驗由于方法的靈活性可以充分發揮學生的想像力和創造力，比起傳統的實驗教學更利于培養科技創新人才，且有利于降低實驗成本，能夠使得實驗室的建設和發展進入一個良性循環中。
3 實驗教學改革方案
3.1 實驗中引入相應的仿真技術來進行虛擬實驗
在實驗教學中引入計算機仿真技術，一方面，充分發揮學生的主觀能動性，激發學生學習興趣，另一方面，老師可以利用計算機技術來觀察學生的實驗過程，采集學生的實驗結果，更好地跟蹤和指導學生，先進的教學理念和教學手段有助于提高實驗教學效果，提高教師的教學水平。而計算機的引入可把實驗設備、理論教學、教師指導和學生的思考、操作有機地融合為一體，克服了傳統實驗教學過程中受到課堂、課時、實驗設備等的限制，使實驗教學內容進一步靈活化，在時間和空間上得到延伸，也進一步激發了學生的實驗熱情。
在實驗中引入相應的仿真技術來進行虛擬實驗，可以使得學生在進行實驗的過程中培養獨立思考能力，激發學生的學習興趣，提高學生的創新意識，同時為學生提供了更加開放靈活的實驗條件。對實驗內容和實驗教材來說，采用仿真技術把將虛擬實驗和真實的電路實驗有機地整合起來，充實了實驗內容，增強了實驗的能動性和趣味性，有利于實現培養學生綜合實踐和探索創新能力[2]。目前，越來越多的高校重新對實驗室建設進行了規劃，利用計算機仿真技術改革實驗教學是一個新的發展方向。在高校實驗室中引入計算機以及相應的軟件技術不僅可改善實驗條件、改革實驗教學方法、充實實驗教學內容，還可大大提高實驗效率，降低實驗成本，增強學生學習的積極性和創新性，為實驗教學和科研提供良好的實驗平臺[3]。
以單片機實驗教學為例，在實驗過程中我們引入proteus仿真軟件，用它來模擬單片機硬件系統。由于軟件的靈活性，可以克服實驗箱硬件電路固定、實驗內容難于改動等局限。整個實驗設計都是基于計算機仿真技術的，除了計算機外不再需要任何硬件即可進行實驗，這樣有利于促成課程和教學改革，更有利于人才的培養。仿真技術的另一應用表現在學生的業余愛好上，比如目前的電子設計大賽，挑戰杯等，學生完全可以利用計算機來進行仿真，先用計算機仿真出相應的實驗模型，在計算機上進行模擬調試，最后用硬件實現。在整個過程中，學生可充分發揮自己的才能，通過大量仿真對比，達到設計目的，學生也可以大膽地反復調試，避免了損壞器件。在電子設計競賽中，我們使用proteus開發環境對學生進行培訓，在不需要硬件投入的條件下，學生普遍反映，對單片機的學習比單純學習書本知識更容易接受，更容易提高。實踐證明，在使用proteus進行系統仿真開發成功之后再進行實際制作，能極大提高單片機系統設計效率。
另外，開展仿真教學對于我國的遠程教學也是一種很好的嘗試，有著重要的意義。
3.2 重新安排各類性質的實驗，適量增加綜合性、設計性實驗
驗證性實驗是實驗中最基本的，可以使學生鞏固理論知識，它的實驗內容相對簡單，重點培養學生的基本操作、數據處理和計算技能，驗證和加深對課本知識的掌握和理解。綜合性實驗則要求學生必須具有一定的專業基礎知識和基本操作技能，能夠運用某一課程或多門課程的綜合知識，進而對實驗技能和實驗方法進行綜合訓練的一種復合性實驗。目前工科高校中越來越多地提出課程設計也是為了加強學生對綜合知識的運用。為充分調動學生的學習積極性和主觀能動性，設計性實驗也必不可少。設計性實驗能加深學生對理論知識的認識，由學生自己負責計劃和執行，充分提高了學生的思維能力、動手能力、分析和解決工程實際問題的能力[3]，發揮了學生的主觀能動性，設計性實驗的完成可以充分借助于計算機仿真技術來完成。
驗證性、綜合性、設計性實驗相結合，培養了學生基本的實驗技能和方法，同時又促進了學生的創新思維，打破了原有實驗教學附屬于理論教學的模式，建立與理論教學并行的，既相對獨立、又相互聯系的實驗教學體系。在某些應用性強的實驗教學中，綜合性和設計性實驗的比例至少要達到60%以上，同時設計性實驗最好要跟得上科學技術的發展。一方面保證基本實驗技能訓練，另一方面，實驗內容應與當今先進技術的發展相結合，適應社會發展的需要，將科研成果轉化為實驗內容，提高實驗的先進性和代表性。那么，工科院校中一方面加大實驗器材的投入，提高實驗教學條件，開設先進的實驗內容，提高學生的積極性，使學生適應當今社會的發展；另一方面，要充分利用現有的條件，引進先進的仿真技術，使得實驗條件進一步升華，充分發揮教師和學生的主觀能動性和創新能力。
3.3 硬件軟件都要抓，都要硬
計算機仿真實驗雖然可以準確地反映整個實驗過程， 是一種新型的應用技術，十分有效，但是仿真技術不是萬能的，它畢竟不是真正的實驗，在許多場合仿真只能起輔助作用。也就是說不能用仿真實驗來全部代替硬件電路實驗，而是將仿真試驗和傳統的硬件實驗相互結合，根據學校的實際情況和實驗的情況靈活運用，虛擬實驗不是萬能的，如果所有的實驗都用虛擬實驗替代的話，學生在虛擬環境中實驗會產生或多或少的不踏實的虛擬感，實踐能力也不可能得到真正的提高。
3.4 加強對實驗課教師的培訓，通過培訓交流更多地了解新的實驗技術
在實驗教學改革的同時，必然對教師提出更高的要求：一是教師也應加強專業知識和技能的學習，來提高自己的業務能力和綜合素質，另外，不斷更新專業知識的結構，了解前沿技術的發展也是必需的；二是高校中要大力創造條件促進教師經常參加基礎理論知識的培訓和實驗的培訓以及學術研討會，從而擴大視野，更新教學觀念，及時了解嵌入式系統發展趨勢和動態，促進電子類實驗技術的發展；三是要大力組織專業教師去積極申報相關的創新實驗和科研項目，提倡以科研資金來促進實驗室的建設，用科研成果去改進實驗內容，同時可以提高教師的科研能力，在科研中更好地去鍛煉自己，為實驗教學服務。
4 結論
隨著社會對人才要求的提高，大力推進實驗教學改革迫在眉睫，而大學實驗教學的改革又直接影響到學生的動手和創新能力。實驗教學必須能夠跟得上時代的腳步，將仿真技術應用到實驗教學中可以充分調動學生的主觀能動性，激發學生的創新能力，加快學生適應社會的能力，同時學習了先進的新技術。
參考文獻：
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