时间：2024-04-21 14:43:37
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇虚拟仿真技术教学，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
【摘要】随着时代的发展，科技的进步，虚拟仿真技术在实训教学中的作用也越来越明显。虚拟仿真技术的应用可以有效地提高教学的质量和效率。本论文通过阐论虚拟仿真实训系统的虚拟仿真机器人机械臂模型用到的三维建模技术及软件（如Maya、Max等）、原理以及虚拟仿真技术的应用领域和发展趋势，从而研究它的价值和市场经济效益，并探析了虚拟仿真实训系统开发的技术在实训教学中的应用。
【关键词】虚拟仿真技术/平台；虚拟仿真训练系统；实训教学
一、虚拟仿真实训系统的三维建模技术及软件研究
虚拟仿真系统的功能主要体现在它可以让使用者借助于专用的视、听、触觉等具有感知功能的设备，进入仿真系统制造的虚拟空间，并且还能够与虚拟环境中的人和物体进行实时交互，从而感知和操作虚拟环境中的各种对象，最终达到身临其境的效果。它的组成主要是把计算机作为主要的部分，其次综合利用三维图形、多媒体、仿真等技术构建起一个逼真的虚拟系统。从它的组成部分和应用程序来看，虚拟仿真实训系统对三维图形的利用还是十分频繁的，因此我们应当对其进行重点研究。虚拟仿真实训系统在工业机器人上的应用设计主要是利用三维建模软件，通过虚拟现实标准语言建立虚拟环境中的实体模型表现出来，最后通过描述它们之间的结构关系，快速、真实地显示三维虚拟工业机器人，并为工业机器人控制系统提供一个研究观察平台。本段主要通过对虚拟仿真实训系统的三维建模技术及软件研究，来发现虚拟仿真技术的优点和研究其未来的发展方向。
Maya软件是美国Autodesk公司出品的世界顶级的三维动画软件，通过对Maya软件的运用，能够使虚拟仿真实训系统在一定程度上提高制作三维动画的效率和品质，调节出仿真的角色动画，使其得出更加真实的效果。这是因为Maya软件不仅仅包括一般三维和视觉效果制作的功能，而且还能够和世界上最先进的建模、数字化布料模拟、毛发渲染、运动匹配技术相结合，使得虚拟仿真实训系统所创造出的画面更加真实有立体感。
二、虚拟仿真技术在各领域内的作用
随着科技的发展，虚拟仿真技术在一些高科技等高端领域的地位越来越凸显出来，地位与作用也逐渐提升。尤其是在移动互联网的应用与开发、手机游戏设计及其所用到的一些主流引擎甚至高端引擎方面的价值更为突出。
Maya软件是虚拟仿真技术的一种，它应用的对象是专业的影视广告，角色动画，电影特技等。它能够在工作的过程中展现的比较灵活，易学易用，制作出动画的效率非常高，渲染出画面的真实效果比较强，它对画面中角色动作的捕捉尤为清晰，与画面角色的绑定的联系性也十分紧密，是虚拟仿真实训系统中一个比较不错的系统软件。MAX软件它最开始的应用是在电脑游戏中的动画制作，后来又进一步的开始参与影视片的特效制作，MAX软件还被广泛地应用于广告、影视、工业设计、建筑设计、多媒体制作、游戏、辅助教学以及工程可视化等领域，也就是虚拟仿真实训系统当中。它强大的立体三维功能被新媒体、影视动画、游戏动画等领域广泛运用。
三、虚拟仿真技术为机器智能实验课带来的好处
虚拟仿真技术的应用为现代化的社会带来了许多的方便，让机器实验课、项目实训的智能科学与技术专业实验教学越来越丰富化。虚拟仿真技术的应用可以有效地提高教学的质量和效率。通过对虚拟仿真技术的应用，使得上级和下级、老师和学生的客户信息以及实训项目、实训指导、模拟操作、技能测评等等的信息存储在管理信息库中，与此同时，上级和下级或是老师和学生之间就可以通过客户机对下级或者学生之间的实训进行远程的指导与管理。
随着时代的发展，科技的进步，虚拟仿真技术在在现代职业技能教学中的作用也越来越明显。虚拟仿真技术的不断完善和发展，将为机器智能实验课等实训课程带来更多的方便和益处。由于它能够为人们提供一种高级的人机接口，具备交互性、想象性、沉浸性等特点，所以它主要的应用领域在政府、企业、学校等这些需要实训学习环境的地方。
四、虚拟仿真实训系统的应用领域和发展趋势
作为一项新兴的科学技术，虚拟仿真技术还处在一个不断探索前进与不断完善的阶段当中，其发展趋势呈一个不断上升的大幅增长的趋势。从目前来看，虽然目前政府、教育部门、学校、教师都已经认识到了虚拟仿真技术对于职业教育实践性教学环节的重要作用和发展前景，但在实际中，依然存在着许多问题亟待解决，因此虚拟仿真技术正在与教育、培训等领域不断地相适应和匹配。
其次，虽然目前政府、教育部门、学校、教师都已经认识到了虚拟仿真技术对于职业教育实践性教学环节的重要作用和发展前景，但在实际中，依然存在着许多问题亟待解决。虽然目前政府、教育部门、学校、教师都认识到了虚拟仿真技术对于职业教育实践性教学环节的重要作用和发展前景，但在实际中，依然存在着许多问题亟待解决。例如：虚拟仿真技术对计算机及相关硬件的要求比较高，但是这些方面的发展不能够满足人们对虚拟仿真技术的需要，虚拟仿真软件数据是一个庞大的数据库，三维立体仿真软件的应用对显卡和显示器等也有很高的要求，也就是说，虚拟仿真系统对硬件的要求较高。因此需要对计算机及相关硬件的发展有一个更高的要求。最后，教学类虚拟仿真软件的质量还有待提高、对虚拟仿真技术的研发标准也不统一和对虚拟仿真技术应用不够广泛等等，这些都是需要发展改善的地方，也是未来虚拟仿真技术发展的一个大的趋势。
五、虚拟仿真实训系统的价值和市场经济效益
虚拟仿真实训系统作为一个高端的科技系统，对政府、企业、学校等的发展，起到了至关重要的作用，并为其创造了更大的价值。同时虚拟仿真技术的不断发展，也在打开了市场，扩大了市场份额的同时为市场创造了更多的经济利益。
在市场经济为主导的今天，虚拟仿真实训系统也为市场经济的发展做了一定的贡献，为市场经济的发展添砖加瓦，在自己发展得同时也促进了市场经济的发展。因此，我们应当不断地发展虚拟仿真实训系统，使其深入到更多的地方，让更多的地方和人们体会到虚拟仿真实训系统为人们带来的价值。
总结
虚拟仿真实训系统的日渐完善，使得人们的生活也不断的丰富活跃起来，政府、企业、学校等地方对其的应用，也促进了虚拟仿真实训系统的发展。本论文通过阐论虚拟仿真实训系统的虚拟仿真机器人机械臂模型用到的三维建模技术及软件（如Maya、Max等）、原理以及虚拟仿真技术的应用领域和发展趋势的研究，探讨了虚拟仿真实训系统的价值和市场经济价值，同时也为虚拟仿真实训系统的发展奠定了理论基础。
参考文献：
[1]刘仲波 李瑞涛 《拟仿真技术在城市轨道交通工程实训中的应用》 吉林大学交通学院、吉林交通职业技术学院 2012年第12期
关键词：药学实验教学；虚拟仿真技术；应用分析
0引言
实验作为理科教学中的一个重要组成部分，对于提高教学质量有着重要的作用。所谓的虚拟仿真技术就是在教学中借多媒体、数据库以及网络通讯等多种技术手段，构建一个逼真可视化的虚拟现实环境，进而开展实验操作，达到教学的效果。故此，在药学实验教学中，借助虚拟仿真技术进而提高实验教学的质量和效率[1]。
1虚拟仿真技术的优势
1.1安全。
在实验教学中借助虚拟仿真技术，可以提高实验教学的安全性。在理工科的实验中，尤其是物理和化学实验，在实验的过程中会经常使用到一些化学物品和一些重量性的用具，在实验时如果不注重安全实验，进而影响实验教学的安全。故此，借助虚拟仿真技术，可以提高药物实验教学的安全。
1.2效果。
在实验教学中采用虚拟仿真技术会使教学内容更加直观，学习兴趣更加浓厚。在实验教学中，借助虚拟仿真技术可以让学号是呢过对于一些较为复杂的设备结构进行仔细观察以及剖析，进而让学生把握复杂零部件内部结构特征，进而使教学内容更加直观，同时借助虚拟仿真技术，将仿真模型装配和实体拆装相结合，可以提高学生对实验的兴趣和积极性，进而提高实验效果。
2虚拟仿真技术在药学实验教学中的应用分析
2.1实验操作技能的训练和培养。
在药学的实验教学中，首先要对学生进行实验操作技能的训练，并对学生进行培养。由于虚拟仿真技术是最近在教学中应用，而操作也存在一定的困难，如果仅仅依靠教师对学生进行示范操作办法，并不能让学生掌握其操作技术。故此，在药学实验中运用虚拟仿真技术，要首先要让学生进行实时的操作，让学生借助对试验项目进行反复操作训练，进而节约实验的原料，进而掌握实验操作技能。同时，要对学生进行实验能力的拓展。故此，学生通过虚拟仿真操作训练。培养学生对大型分析仪器的结构、原理等有更深入的认知理解，提高操作仪器设备的能力。
2.2仿真训练。
在药学实验教学中，仿真的训练也是其中的重要内容。在药学实验教学中，虚拟仿真技术的训练可以提高学生的实验效果。在药学实验教学中，采用计算机虚拟仿真技术，包括了GMP标准下的药物颗粒制剂生产、片剂生产、胶囊剂生产、水针剂生产以及卫生水系统、空调空压设备等，进而具有操作能力高、操作便捷以及形象生动等优势，且对许多复杂设备、间歇性生产控制、GMP质量管理等进行了三维立体的场景仿真，具备一定的智能化反应能力，同时学生在药学实验中使用虚拟仿真技术进行实验，可以让学生熟练的练掌握药物制备GMP认证要求及生产操作训练，保证学生在生产实习时能快速适应、掌握药物制备的能力，更好地培养学生的实践能力。故此，仿真训练在学生进入实习企业有着重要的影响[2]。
2.3创新设计能力以及评价。
在药学的实验教学中，要培养学生的创新设计能力，且进行实验自测和考核评价。在药学实验的教学中，学生借助虚拟仿真技术，让学生用计算机模拟的手段设计出和筛选出具有潜在结合功能的药物利用实验验证的方式，进而选择候选药物，同时，中心建设的药物分子虚拟筛选模块转化成供学生操作实训的虚拟仿真平台。实现真实实验难以开展的药物筛选的操作实训，培养学生创新实践能力，之后可以对试验的模块进行仿真考试，利用虚拟仿真技术进行自我测试和考核评价，根据系统给出的评价进行修改实验数据。故此，在药学实验教学中，要创新学生的设计能力，借助虚拟仿真技术对其实验模块进行测评，进而提高药学实验教学的质量[3]。
3结论
总而言之，随着科学技术和大数据的发展，其科学技术以及大数据的应用已经渗透到社会的各个方面，学校教学也不例外。故此，在一些实验教学中，随着科学技术的进步，其实验手段也在不断的发生变化。故此，在药学实验教学中应用虚拟仿真技术，借助虚拟仿真技术的安全、节约、直观以及吸引学生兴趣和注意力等优势，打破原有的实验教学模式，进而提高学生的自主学习能力和创新能力，进而在教学中发挥着重要作用。
参考文献
[1]陈章宝,肖国君,邓君,等.虚拟仿真技术在药学实验教学中的应用研究[J].中国教育信息化,2015(10):86-87.
目前，我国很多高校大学生毕业后都很难找到工作，根本原因不是人才过剩，是供需失衡造成的。毕业生无法满足市场对人才的需求，这是由于高校对人才的培养已经无法跟上时展的脚步。面对这一现状，我国教育部调整了教育策略，提出要加快现代化教育体系的建立，加强普通高校向实用性高校的转变。要想使学生成为技术型人才，实践教学是不可或缺的重要环节。地方院校，特别是民办高等院校，通过对我国传统教育的反思和教育新模式的不断摸索，逐步形成了注重学生创新能力和应用能力的实践教学模式。文章根据我国地方高校的市场营销专业教学实践中存在的各种问题进行逐一分析，并提出将虚拟仿真技术应用到市场营销教学中的策略。
1虚拟仿真技术
虚拟仿真（Virtual Reality）又被称之为“模拟技术”，通过虚拟系统模仿真实系统的一项技术，也就是说，虚拟仿真技术可以通过计算机等媒介感受虚拟世界。随着科学技术的日益成熟，人们逐渐意识到虚拟仿真技术在教学中的应用价值，虚拟仿真实训就是在科学研究和实践创新中采用分布式信息通信技术实现远程协作的一种电子实训平台，在实际教学中，通过多媒体辅助器材，使用仿真软件，建立真实的教学平台。通过虚拟仿真软件模拟真实操作，不仅能够有效提高教研工作效率，还能提高教学效率。目前，我国大部分高校根据自身教学需求，建立虚拟仿真训练室，通过情景教学、人机互动等虚拟体验，增强学生的学习兴趣，从而使教学质量得以提升。
2虚拟仿真技术在市场营销实训中的有效性
21有助于理论和实践的结合
在市场营销实际训练中，使用虚拟仿真技术，具有很强的实践应用价值，学生可以在自由、逼真、专业的环境下感受教学氛围，从而更加形象、直观地理解市场营销理论知识，通过对抽象理论知识的加深理解，能够更好地将所学知识运用到实际操作中，这样能够使自己的专业技能得到有效增强。
22有助于学生参与市场营销的全过程
将虚拟仿真技术应用到市场营销实际练习中，可以?学生充分体验市场营销的全过程，包括产品研发、产品改革、市场调研、数据分析、市场测试、产品定价、促销策略、广告投入、售后服务、资金管理、市场推广等各个流程。虚拟仿真技术可以将市场营销中的营销方式显现出来，让学生在参与演练过程中体会到销售本质。教师在使用虚拟仿真技术过程中，应鼓励学生多次尝试，让学生根据自身情况，有针对性地练习自己的薄弱环节，这样可以帮助学生从错误的思维模式中解放出来，从而找到最合理的解决方针。
23有助于节省实训的时间和成本
在市场营销虚拟案例中巧妙设置现实操作技术，可以打破时间与空间对实际训练的限制，从而将一个企业需要长时间总结的经验在短时间内呈现在学生面前。相较于传统的实际情境教学而言，在虚拟环境下，学生的训练空间得到有效提高，而且训练时间变得更加自由，学生根据自己的时间安排进行实际演练。并且，在虚拟仿真软件中，教师可以安排多名学生同时操作，或是安排学生单独多次操作，让学生的学习变得更加自由主动。通过虚拟练习，可以有效完成对市场营销技术型人才的培养。
24有助于调动学生的学习积极性
相比于传统的教学方式而言，通过虚拟仿真技术进行实际演练所获得的优势是前所未有的。在市场营销实际活动演练中，参加实际训练的学生可以通过虚拟任务，同时参与市场竞争，并探索能否与其他业务互相合作的可能性，从而形成新的竞争与合作关系。很多新鲜元素通过与市场营销相结合的方式，变得更加智能，交互性也更加突出，从而营造出一种更为人性化的学习氛围，让学生能够在更自由、更开放的氛围中实际演练市场营销环节。
3虚拟仿真技术在市场营销实训中的应用策略
31虚拟仿真实训教学课件的开发
在市场营销虚拟仿真实训课程开发过程中应遵循课程整体协同原则，实训课程体系建设要与目前课程教学内容相互结合，课程之间形成关联，倡导教学内容多维化、教学方式多样化、教学主体多元化，使学生的理论知识、实践技能以及素质培养等多方面协调发展，实现综合型、设计型、体验型课程开发的整体建设格局。
32虚拟仿真实训师资队伍的培养
市场营销虚拟仿真实训旨在让学生真实体验企业市场营销的环境，教师作用的发挥对实训的顺利开展至关重要。因此必须整合现有师资，构建一支独立的、相对稳定的实训师资队伍，保证实训教学工作的运行，同时要求教师团队成员中的教师不仅要具备丰富的教学经验，同时也要具有丰富的实践经验。
33虚拟仿真实训教育教学理念的创新
市场营销的实际训练教学观念应注重建立“以学为本，教师辅助”教学理念，将学生设置为“职业人”，让学生占据教学主导地位，教师通过市场规则、经营理念引导学生逐步参与到实际训练中来，并让学生学会承担岗位相应的风险与责任。在不同的实际训练环节，教学理念可以按照模拟岗位的不同做出相应调整，使角色定位变得更加具有多样性。在实际演练过程中，教师作为仿真训练的引导者，应重点提高学生的演练积极性，努力激起学生的参与热情。在实际训练的示范环节中，教师具有一定的权威性，目的是为了让学生的业务操作变得更加规范。在实际演练中，教师是监督者而不是指挥者，应倡导学生在“学中做、做中学”，引导学生主动解决遇到的问题，从而形成学习理念。在考评阶段，老师是发现者而不是评判者，倡导考评指标的多元化，积极发现和激发学生潜能，启发学生个性化成长。
34虚拟仿真实训教学内容的设计
【关键词】虚拟；仿真
一、改革意义
仿真技术是继数学推理与科学试验之后认识世界自然规律的第三类基础方法。虚拟仿真教学是指利用实物和计算机软件共同模拟出真实的情境，让学生在模拟的情境下进行探究和学习。这种教学方法生动形象，很接近现实工作场景，有利于提高学生兴趣，使学生在短时间内进入相应情境，真实的体验在现实生活中进行操作的感觉，以达到更快掌握操作技能的目的，而且这种教学方法可以利用计算机软件的优势创造出灵活多样的工作场景，使学生掌握更多的操作技能。
机电类课程的教学，在传统的教学模式中，理论课与实验课是分离的，这就导致技能训练得不到及时的理论指导，而理论课也没有结合生产、生活实际，这样导致了学生的技能掌握不到位。随着教学改革的发展，出现了“项目教学”、“教、学、做”一体化等新型的教学模式，但在这些新的教学模式下采用的技能训练通常有两种：第一种是仅限于实验箱提供的几个固定实验，学生只需按图接好线、按实验指导书输入程序就可完成实验，学生动手机会少，不能真正地参与到学习活动中；第二种是通过制作一些实际的实验电路板或实物，然后在上面进行安装、试验和调试，大大提高了学生的动手能力，但是实际操作时要受到设备数量、品种等方面的限制，而且耗时大，占用课时太多，耗材的消耗量也很大，成本高。
虚拟仿真教学则以其高效率、低成本、内容丰富、性能有效和安全等优势得到越来越多的应用和推广。因此应该将“项目教学”、“教、学、做”一体化和虚拟仿真教学的方法结合起来，充分发挥各自的优点，得到更好的教学效果。虚拟仿真教学很容易与其他先进的教学方法相结合，因此在机电类课程的教学中，将虚拟仿真教学与其他教学方法相结合有助于提高课程教学效果，而且成本低、效率高，使学生可以不受场地与设备的限制，掌握更多的技能，在机电类课程的教学中具有重要的意义。
二、具体改革的方法思路
本研究将在深度分析学生学习特点和企业真正需求的基础上，在建构主义学习理论和混合式学习理论的指导下，按照独立本科教育工学结合课程改革的基本要求，结合虚拟仿真教学设计的基本原则，借鉴信息化和项目教学设计方法，探索基于典型项目和工作任务的虚拟仿真教学模式，实现“教、学、做”一体化教学设计。
该模式由“项目导入”、“制定计划”、“实施计划”和“成果展示与评价”四个环节组成，其中虚拟仿真教学贯穿了该模式的所有环节。下面简单介绍该模式的具体实施方案：
（1）在“项目导入”环节，任课教师的活动包括三个内容：
① 借助虚拟实验平台，导入项目任务及目标、展示项目结果，让学生对项目有一个直观的认识，然后再布置具体的学习任务；
② 利用虚拟实验环境，让学生明确自己应当完成的具体任务和完成任务后可以得到哪些知识以及达到什么样的水平；
③ 在充分考虑学生的现有知识和能力水平的基础上，按照适合协作学习的分组办法对学生进行分组，安排具体的完成时间和成果的评价方式等。
（2）在“制定计划”环节，学生通过自主学习、小组协作学习等方式，对该项目的
任务目标进行分析，确定任务所涉及的各种要素，充分应用已掌握的前序知识，基于虚拟仿真实验平台进行决策，确定任务的实施步骤，为任务的实施做好充分的准备。
（3）在“实施计划”环节，学生在虚拟仿真实验平台上按照已制定好的计划逐步完
成项目任务。教师借助虚拟仿真实验平台对学生进行指导，实现教师和学生以及学生之间的交流。学生通过应用已学习的知识完成工作任务，进行知识的建构，形成职业岗位能力。
（4）在“展示与评价”环节，学生在虚拟仿真实验平台上展示自己的项目成果，然
后接受他人的评价和教师的反馈。同时，学生在汇报和听取同学汇报的过程中，通过对比自己与其他同学的成果，查找不足，反思其成败。
三、预期效果
将虚拟仿真教学与项目教学更加紧密的结合起来，更好的实现了“教、学、做”一体化，并且在显著改善教学条件、提高教学效果的同时减少了设备消耗，尤其是耗材的使用量，节省了教学经费的开支，而且克服了时间与空间上的限制，使学生更好地利用课余时间进行学习与实践，进一步提高了学风建设。
参考文献：
[1] 姜学智，李忠华. 国内外虚拟现实技术的研究现状.辽宁工程大学技术学报.2004，23（2）：238-240.
关键词 虚拟仿真 大学物理实验 教学改革
中图分类号：TP391.9 文献标识码：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物理实验课一般在一、二年级学生中开设，着力培养学生的理论分析能力、动手实践能力和创新能力，是学生系统接受实验方法和实验技能训练的开端，为学生之后的专业实验课打基础，因此作用和地位极其重要。然而在实验教学过程中，由于教学条件和一些客观原因的限制，实验教学效果并不理想，致使传统物理实验教学方式的弊端逐渐突显。教育信息化是高等学校促进教学改革和提升教学质量的重要举措，虚拟仿真技术为代表的教育信息化手段迅速发展，为大学物理实验教学开辟了一条新的路径。将虚拟仿真技术应用于物理实验教学，必将极大地改善教学效果、提高教学质量和教学效率。①
1 传统物理实验教学的现状及困难
1.1 实验教学模式单一
传统的物理实验教学方式，学生完成一个实验题目的学习任务都要经历实验预习、课上操作、数据处理、撰写报告这一流程。课前，教师要求学生认真预习并撰写预习报告。实验预习是整个实验环节的起点，也是重中之重。然而实际中，在课前预习时没有实验仪器作为参照，面对教材中抽象、枯燥的原理讲述，大部分学生出现了畏难情绪，直接体现就是实验预习敷衍了事，在预习报告中机械性地照搬照抄教材，充当“复印机”的角色，并没有去深刻地了解、探究实验的原理和过程，导致在实验的一开始就留有隐患。课上，教师讲解和演示实验的操作，学生只是复制教师的操作过程完成实验任务。这种传统的实验教学模式，使学生处于被动的地位，即使完成了实验也是不知其所以然，更别提对实验更深层次的思考、探索和创新了。课后，处理数据和撰写实验报告，学生更是敷衍了事，甚至相互抄袭，其数据处理的计算过程和结果经不起实践的检验。
1.2 学生消极对待物理实验
在教学中发现，学生对于基础课程的重视程度明显低于专业课程。一堂完整的实验课通常是3个学时，在这短暂的3个学时中，教师要讲解实验的操作并演示，学生要熟悉仪器和完成实验操作，学生很难再有时间去分析和独立思考，更谈不上去设计实验，这无疑使教学效果大打折扣。不少学生在实验课上就是走一个过场，实验课上并不认真听讲，实验中胡乱操作，得到的实验结论与理论值相差较大，甚至造成仪器损坏。在实际的教学中，我们也探索选择每个班级较为优秀的学生来充当教师的角色，先给这部分学生详细讲解实验的原理和操作，再由他们用课余时间给班级的其他学生讲解，学生之间相互交流沟通较为便利，这样的教学模式也取得了一定的效果，但是由于学生相互讲解时没有实验仪器作为参照，同样也很难调动学生们的积极性。
1.3 实验成绩评定难以把握
传统的实验教学，教师评定成绩的时候通常依照学生的实验预习、实验操作、数据处理的综合情况来考量，每部分各占一定的分值。但是在实际的执行过程中，由于学生人数多、师资力量有限、教师教学任务繁重等诸多原因，教师对学生实验成绩的判定主要凭借实验报告和学生表现，主观性强，并不能客观充分地反映出不同学生实验能力的差异。②
1.4 理论滞后实验
大学物理实验课与大学物理课程同步开设，但是上课时间受到实验室场地、实验仪器、实验教师安排、学生安排等多种因素的影响，时常会导致实验所涉及的理论知识学生在课前并未接触，而实验教师又不能利用有限的实验课时去深入讲解理论支撑。③
1.5 教学状态封闭
目前，部分学校的实验课都是由学校教务部门按照教学计划统一安排，受实验人员有限，实验仪器需要前期准备和后期维护等因素的影响，学生很难在课前预习实验和课程结束后进入实验室自主学习。
2 大学物理虚拟仿真实验的优势与不足
虚拟现实技术（Virtual Reality technology）④⑤是运用计算机仿真技术，在使用者眼前营造一个虚拟环境，并且可以真实反映操作对象的变化。
2.1 虚拟仿真实验教学是教育信息化的新模式
虚拟仿真实验教学，是信息时代高等教育变革的必然产物，为学生开展探究性学习、进行创新实践训练提供了先进手段和优质平台。⑥
物理虚拟仿真实验并不复杂，也不高深。就是把现有的实验原理、过程及相关仪器设备性能进行整合，形成文字、图像、音像资料挂在网上，供学生预习、学习、复习，使他们对实验总体情况有个客观把握。或对某个具体细节（包括具体操作步骤、现象）进行学习、理解，为实际操作打下一个良好基础。虚拟仿真实验可实现远程网络教学，⑦学生在任何一台计算机上通过互联网便可访问安装在学校服务器上的拟仿真实验系统，完成虚拟实验操作过程，不受时间和空间的影响。
2.2 虚拟仿真技术有助于转变单一的实验教学模式
将虚拟仿真技术与传统实验教学方式相融合，有利于转变现有的以教师为主导的单一实验教学模式。学生亲自动手用真实的仪器完成实验，是物理实验教学不可或缺的一个流程。然而，虚拟仿真实验在学生的实验预习环节大有作为。高校校园网的全覆盖已成为普遍现象，开放式的预习环境可以使学生在任何地方通过计算机在没有教师指导的情况下完成实验的虚拟仿真预习，完全不受时间和实验室开放的限制。实验的操作是计算机虚拟完成的，因此实验操作具有较强的重复性，无需考虑实验的消耗，也不会出现操作错误所导致的仪器损坏，同时减轻了实验教师批改预习报告的繁重工作量。虚拟仿真实验系统，能够让学生在课前对整个实验有一个全面充分的了解，能够丰富教学内容和教学手段，有助于提高课堂教学质量和效率，同时更能激发学生的学习兴趣和求知欲望。
2.3 虚拟仿真实验有助于客观评定学生的实验能力
虚拟仿真实验系统以互联网为平台，通过计算机辅助将仪器设备、实验内容、教师指导、学生操作、实验数据处理有机融为一体，打造成一本可操作的实验教科书。⑧虚拟仿真系统中的实验仪器以模块化构成，可进行任意选择和自由组合，可以达到用不同的操作方法完成同一实验任务的目的。系统中随机产生待测物理量，可以对实验误差进行模拟，也可适应同时进行实验操作的不同学生和同一学生的不同次操作。在实验过程中，计算机会自动记录学生的操作过程和数据内容，并对此进行评判，有助于客观评定学生的综合实验能力。同时，还可以借助实验报告自动评判系统定制实验报告模板，对学生完成的实验数据处理进行计算机自动评判，更加客观、公正。
2.4 虚拟仿真实验存在的不足
目前，市面上的虚拟仿真实验系统主要是针对部分高校所使用的物理实验仪器研制的。然而，物理实验仪器生产厂家众多，不同厂家生产的仪器在面板结构、操作方法上都是有区别的，每所高校选用的实验仪器也是不同的。因此，购买的虚拟仿真实验系统肯定不会与本校的每一个实验项目的实验仪器都匹配，导致教师和学生在使用过程中达不到预期的理想教学效果，如果专门定制适合本校的系统则会大大增加投入。
3 结论
根据大学物理实验课程特点和教学需求，构建真实实验与虚拟仿真实验相结合的实验教学体系，充分发挥真实实验与虚拟仿真实验的各自优势，实现虚实结合、相互补充，重点培养学生的掌握知识能力、动手操作能力、独立思考能力、综合设计能力、创新思维能力，将素质能力培养贯穿于实验教学的全过程，势必会在大学物理实验教学改革中取得显著效果，进一步推动高等学校教学信息化向前发展。
基金项目：辽宁省社会科学规划基金项目（L14CGL042）
注释
① 郭文阁.仿真实验在大学物理实验教学应用探讨[J].大学物理实验，2015.28（3）：124-127.
② 张林.虚拟仿真技术对大学物理实验教学影响的探究[J].大学物理实验，2015.28（1）：116-118.
③ 王艳华.虚拟仿真实验――大学物理实验教学多元化的平台[J].课程教育研究，2015：188-189.
④ 杨宏伟.虚拟仿真技术在物理实验中的应用[J].实验室研究与探索，2005.24（9）：38-39.
⑤ 谭守标.计算机虚拟技术在大学物理仿真实验教学系统中的应用[J].中国科学技术大学学报，2005.35（3）：429-433.
⑥ 王卫国.国外高校虚拟仿真实验教学现状与发展[J].实验室研究与探索，2015.34（5）：214-219.
关键词：虚拟仿真 汽车维修 三维建模
中图分类号：U472 文献标识码：A 文章编号：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
当今世界，科学技术迅猛发展，新技术的不断涌F迫使传统行业需要不停地进行自我升级，虚拟仿真技术是当前快速发展和广泛应用的新技术之一，其在工业、教育、娱乐等多个行业有着广泛的应用。伴随着汽车工业技术的飞速发展，其对汽车维修教育水平提出了更高的要求，采用新技术手段来满足这个要求是我们需要深入思考的问题，而虚拟仿真技术与汽车维修教学的结合为提高传统汽修教学的水平提供了很好的技术手段。
1 虚拟仿真技术简介
虚拟仿真技术是当前科技发展的热门话题，在诸多方面有着广泛的应用，虚拟仿真技术是多种前沿技术交叉形成的新技术，主要包括仿真技术、计算机图形学、人机接口技术、多媒体技术、传感技术和网络技术等多种技术的集合交叉。虚拟仿真技术的具体应用主要包括环境模拟、状态感知、人机交互和传感设备等方面。环境模拟是由计算机生成的、实时动态的三维立体逼真图像。状态感知是指理想的虚拟仿真技术应该具有具体应用所需要的感知能力，一般包括视觉感知、听觉感知、触觉感知、力觉感知、运动感知等。人机交互是指用户根据计算机的模拟环境做出相应的动作，同时计算机对用户的输入做出实时响应，形成交互互动的过程。
2 汽车维修训练系统的现状及需求
虚拟仿真技术由于在人机交互及用户体验方面具有良好的应用优势，使其对传统的以汽车实物为对象进行维修教育的模式产生了很大的冲击，其技术优势和广阔的应用前景对教育技术而言是一个革命性的技术变革。
传统的汽车维修教育一般是以汽车实物为教学对象，根据不同的汽车类型和故障模式，通过传统的教学手段和工具进行实体的维修教育，这种教育模式在汽车发明产生有史以来发挥着巨大的作用。但随着汽车技术和教育技术的发展，传统的汽车维修教育模式存在着诸多的弊端，主要表现在以下几个方面。
（1）汽车技术发展的速度越来越快，以传统发动机、变速箱为技术核心的技术体系正被以混合动力以及其他动力为核心的技术体系所冲击，汽车维修教育不能快速地适应汽车技术的更新发展。
（2）传统的使用实体汽车或汽车部件为教学对象的维修教育模式，不能很好地适应现代教育技术的发展，使得维修教育机构培养的汽车维修人才与社会实践实际的维修人才需求相脱节。
（3）思想是行动的先导，由于教育者自身认知能力的不足以及思维定势的影响，导致传统的汽车维修教育机构对于新技术在教学中具体应用的积极程度不高，进而影响到新技术的推广应用。
3 基于虚拟仿真技术的汽车维修教学系统的设计
3.1 需求分析
近十多年来，我国的汽车工业飞速发展，全国的各类汽车保有量大幅提升，对汽车维修的从业人员的需求量也越来越大，进而对汽车维修培训机构的数量、教学质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”，教学质量的提高离不开教学模式的改进，汽车新技术和教育新技术的不断发展涌现，使得汽车维修的教学模式也要随之改变。当前的汽车维修教学主要有以下几个特点。
（1）由于汽车维修的专业性强，细分门类较多，从而要求从业人员必须具备良好的专业理论基础和扎实的实践操作技术功底，能够熟练地掌握各种维修基本技能，主要包括汽车检测、故障诊断、零配件拆装、机电一体化仪器设备的熟练使用等。上述的种种要求需要对传统的汽车维修的教学方式进行变革。
（2）当前，科学技术发展迅速，新技术在各行各业的广泛应用深刻地改变着社会面貌，汽车维修的教学也不例外。计算机技术和虚拟仿真技术的发展及其在教育领域中的具体应用，使得受教者能身临其境地学习到汽车维修的理论和实践知识，与传统的板书、图片、教具及录像等教学模式相比，其教学成效更加显著，所以基于虚拟仿真技术的汽车辅助维修训练系统的设计对于汽车维修教育具有极其重要的实际意义。
（3）通过虚拟仿真汽车维修教学系统的教学，受教者能够迅速地熟练掌握汽车的总体构成框架、各分系统的结构原理、检测设备的使用和汽车故障的诊断维修方法，为今后从事汽车维修行业打下良好的基础。
3.2 总体设计
虚拟仿真技术在汽车维修教学的具体应用主要是通过基于虚拟仿真技术的汽车维修教学系统来完成，该教学系统的总体设计如图1所示，主要由6个部分组成，分别是汽车总体构成、汽车工作原理、分系统检测、零配件拆装、故障诊断维修和维修仪表应用。
系统设计时首先进行汽车三维数字建模，然后对各子模块分别设计并最终合成叠加，在进行子模块设计时需要结合原有教学中开展的相关项目，同时增加考虑新能源汽车、混合动力汽车等新技术的汽车维修需求，进行子模块的方案设计、调试及试运行，并最终形成仿真维修教学系统。
3.3 关键技术
汽车维修仿真训练系统的设计开发核心在于三维数字建模，主要包括3方面的数字建模：一是汽车整车的数字建模；二是汽车零部件的数字建模；三是仪表工具等辅助维修手段的数字建模。这个3个方面的三维数字建模是各子系统开发的基础，且数字建模的过程基本相似，可以分以下3个步骤进行。
第一步是汽车整车、零部件以及仪表工具等辅助维修手段相关数据的收集整理，并对相关的数据进行分析，主要包括物理尺寸、结构框架、电路布局及走向、各部件的相对位置等数据资料。
第二步是根据收集分析的数据，使用三维建模软件（3D Max或者MAYA）进行三维建模和后期处理，三维建模所使用的数据和实际建模后的效果应相互一致并与实际情形相符，在建模完成以后的后期处理，要兼顾光影配合的渲染效果，突出明暗阴影的效果。
第三步是模型合成与优化，将三维建模软件所建立的实体模型的格式转换为Open Flight格式，并按照汽车模型数据库的逻辑结构进行打包压缩存储。
在三维数字建模完成的基础上，完成对图1各个分系统的设计开发。
4 结语
新技术的发展和应用正深刻地改变着这个社会，虚拟仿真技术在汽车维修教学中的应用也将深刻地改变传统的汽车维修教学理念，并大大提高教学成效，使得大批的受教者能更加迅速地掌握各型汽车的维修技能，更好地为服务社会做出贡献。
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【关键词】虚拟现实技术 建筑装饰 微课教学
【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
近年来微课形式的出现吸引了不少教育研究者和一线教师。微课作为传统教育的辅工具，为师生提供了一种全新教学模式。在装饰设计教学中微课的运用丰富了教学手段，有助于提高装饰设计教学质量，但是传统的微课拍摄方式存在不少问题，比如：拍摄出来的微课视频清晰度不高，视频的画面单一不生动、录制的过程让老师感到拘束等问题。由于各种现实条件限制，导致装饰设计微课质量不高。但是近年来虚拟现实技术迅猛发展，在很多领域得到运用，虚拟现实技术也以极快的速度融入教育教学中，同时也在建筑装饰设计教育教学中得到了一定的运用，虚拟现实技术能将三维空间的环境清晰的再现出来，能使学习者直接与虚拟装饰环境中的各种对象进行交互作用，从而使虚拟现实技术在装饰设计微课中的运用成为一种选择，在微课中结合虚拟现实技术并通过多种形式参与到教学的过程中去，从而能够较好的把控整个教学过程。
首先，虚拟现实技术和装饰设计微课具有互补性。虚拟现实技术和装饰设计微课可以相互渗透、相互融合，可以提高装饰设计微课的质量。装饰设计微课以视频为主要载体，核心组成内容是课堂教学视频，课堂教学视频包含教师讲授视频、演示视频，装饰设计中很多课程内容环节需要对建筑空间重构演示，这些重构演示效果是课堂讲授永远无法达到的，而采用装饰空间施工现场拍摄视频往往周期比较长，有些工地施工工期长达几年，花费大量时间而且拍摄效果也不近人意；虚拟现实技术利用计算机建立虚拟的建筑装饰结构模型并生成逼真的三维空间，结构构件可以进行拆分，利用动画漫游可以清晰再现装饰空间，所以利用虚拟现实技术进行建筑空间重构可以较好的解决讲授课程中难以说明的知识点。
其次，虚拟现实技术和装饰设计微课情景化的互通。装饰设计微课资源组成的“情景化”与虚拟现实技术强调的“临场感”具有相似性，虚拟现实技术的“临场感”在装饰设计微课中的运用更具有“情景化”的感受。装饰设计微课营造真实的、具体的、典型案例化的教与学情景中，虚拟现实技术用计算机建立虚拟的建筑装饰模型并生成逼真的三维视、听空间，通过虚拟现实设备，对虚拟建筑装饰世界进行互动。使用者进行位置变换和移动时，电脑能够及时进行复杂的运算，将精确的三维影像反馈，制作成漫游视频，使之产生身临其境的感受。学生在这种仿真的、比较具体的、典型案例化的教学情景中可易于实现“隐性知识”、“默会知识”等高阶思维能力的学习，进一步提高学生学业水平。
第三，虚拟现实技术和装饰设计微课共通性。虚拟现实技术与装饰设计微课在使用时间上有共通性。装饰设计微课教学时间不长，一般5-10分钟左右；虚拟现实在建筑装饰设计教学中的应用不仅仅是一个设计工具，而且还是一个演示媒体，它用计算机建立虚拟的建筑装饰模型并生成逼真的三维视、听等效果，微课制作者可以完全按照自己的构思去构建装饰“虚拟”的空间，并可以任意变换主体在房间中的位置，进行漫游技术处理，生成漫游动画，其效果逼真，具有较强的临场感，而且制作5-10分钟相对来说比较经济，费时不多而且简便实用。
第四，虚拟现实技术和装饰设计微课经典示范案例性。“微课”选取的教学内容一般要求主题突出，追求真实、具体、典型案例化的教与学情景。虚拟现实技术在装饰设计工程技术中的运用，往往可以用来构建经典示范案例；在装饰设计微课教学中，往往有大量的装饰施工案例，这种案例如果使用拍摄视频的形式来制作，具有很长的周期，有些项目施工周期达到四、五年，甚至更久，而且装饰施工项目中的结构构造不容易通过拍摄体现；而虚拟现实技术在装饰工程中的运用可以打破空间、时间的限制，利用虚拟现实技术，可以彻底打破时间与空间的限制。大到建筑群，小到装饰面板、螺丝钉，都可以进入其内部进行结构构建和观察。一些需要长时间的装饰施工过程，通过虚拟现实技术，可以在很短的时间内呈现出来。例如，装饰装修一个大型酒店，其施工过程往往需要几年，而虚拟现实技术在短时间内就可以实现。所以在装饰设计微课中通过虚拟现实技术具有较大的优势。
总之基于装饰设计微课的特征，综合运用虚拟现实技术，可以构成了一个主题鲜明、形象逼真、具有临场感、结构紧凑的装饰设计微课“主题单元资源包”，营造了一个真实的“微教学资源环境”。教师和学生在这种具体的、典型案例化的教与学情景中可易于实现装饰工程“隐性知识”、“默会知识”等高阶思维设计能力的学习并实现装饰技能、风格的模仿和提升，从而迅速提升教师的课堂教学水平、促进教师的专业成长，提高学生学业水平。
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关键词：虚拟仿真；电子类实验教学；应用
TP391.9；TN0-4；G642
一、虚拟仿真技术的概念与优势
虚拟仿真技术在电子类实验教学中的应用主要有两种方面：虚拟仪器技术和仿真。最早虚拟仪器这个概念是由美国仪器公司提出的，其主要含义就是“软件就是仪器”通过对应的软件来实现仪器的主要功能。在使用过程中利用LabvIEW编写虚拟的仪器面板，将各种数据信息采集设备和软件的仿真平台搭建出一个不同的仿真系统。仿真则是利用模型进行实验，对电路环境与电路过程中进行模拟，得到真正实验的全过程。虚拟仿真技术的核心内容就是将虚拟与实际结合，从而达到最佳的实验教学效果。同时，在虚拟仿真技术在使用过程中有以下几种优势
（一）节约成本
在传统的教学模式创新中需要不断的增加各种教学仪器设备，增加教学成本，而且要想进行实验只能在实验室进行。虚拟仿真技术的出现更好的解决了这些问题，在教学过程中只需要具备仿真软件计算机就能在任意地点进行实验，方便教师教学。
（二）理论与实际结合，激发学生兴趣
虚拟仿真技术可以将虚拟与实现结合，学生在接受新知识时还锻炼了学生的动手实践能力。将实验教学内容以更直观的形象展现出来，激发学生的学习兴趣，提高学习效率。
（三）实验平台的统一性和可恢复性
在使用虚拟仿真技术时，可以将多门课程实验进行统一，并为学生提供一个设计、原型、科学、的应用平台，这样不会丢失原有的实验信息，还会完成从原型设计到系统部署之前所有工作，从而将虚拟教学内容与实际教学实验的理论、知识更好的结合起来。
（四）教学内容的灵活性与创新性
虚拟仿真技术不同于其他试验箱数量固定的实验内容，在使用其技术时还会根据不同的需求搭建出一个不同的实验电路，让学生更直观的了解教学内容，同时还有利于教师开展一些综合性与设计性的教学实验，从而培养学生的创新能力。
二、虚拟仿真技术在电子类实验教学中的应用
随着电子技术快速发展以及教学内容不断的更新，传统的实验教学模式已经跟不上社会的发展，其中还存在着一些不足，虚拟仿真技术的出现将实验教学进行全新的完善，激发学生的学习兴趣，提高学生学习效率。电子电路课程是电子类专业必修课程，其中包括了：电路分析、模拟器电子技术、数字电子技术。在这三门课程中虚拟电子技术被学生们认为是一个难度最大，理论性较强的的一门课程。一般来讲，虚拟电子技术是与教学理念同步，有时也会落后于教学课堂。在传统的实验教学过程中，学生对实验的电路理论不够了解，对实验中可能出现的问题还没有特别清楚，因此，对于多数学生来说，在实验过程中一旦出现问题找不到任何的突破点，从而降低学习兴趣。在虚拟仿真技术中以二阶段有源低通滤波器为主的教学实验可以帮助学生加深对知识的了解，锻炼学生的动手动脑能力。
（一）二阶有源滤波器的仿真实验
在虚拟仿真技术中，常用的仿真软件有：Multisim、Pspice、Proteus等。在此，本文对Multisim在虚拟仿真技术中的使用以二阶有源滤波器电路进行了仿真。该技术操作简单容易上手，它在使用过程中具有非常多的元器件、虚拟仪器，它的功能强大，在使用过程中还为学生提供专用的万能表、示波器等常用仪表设备，而且还为学生提供了虚拟仿真技术的网络分析仪、频谱分析仪等仪器设备。二阶有源滤波器在教学过程中具有仿真的电路图，只需要在使用时输入信号频率和幅度，就可以通过滤波器的示波器进行观察，并让学生做出总结。同时，在使用时还可以利用波特图测试仪，设定使用频率的反问，保证学生可以更加直观的观看到二阶有源低通滤波器的频率响应线，学生在上课过程中就可以通过幅频特性曲线找到滤波器的频率。这样，学生就可以搭建出一个更为实际的电路，进行实验，从而总结出自己所得结果，并于教师交流。
（二）二阶有源滤波器的实际电路测试
关键词：计算机仿真 工业工程 实验教学
计算机仿真技术是继数学推理与科学试验之后认识世界自然规律的第三类基础方法。基于计算机仿真技术的虚拟教学是指利用实物和计算机软件共同模拟出真实的情境，让学生在模拟的情境下进行探究和学习。这种教学方法生动形象，接近现实工作场景，有利于提高学习兴趣，使学生在短时间内进入相应情境，真实的体验如在现实中执行任务的感觉，以达到更快掌握技术手段的目的，而且这种教学方法可以利用计算机软件的优势创造出灵活多样的工作场景且不受行业限制，使学生对实践问题的认识更深入，采用的应对方法更灵活。由此“计算机仿真技术”便成为专业学习及实际应用中的重要方法和技术手段。工业工程作为管理科学与工程的二级学科，其人才培养目标是培养出面向生产、管理、服务的高级专业技术和管理人才，面向的工作岗位主要有制造业现场管理、产能计算、生产计划与控制、项目管理、精益生产等，以及服务业的流程优化、工作研究等。其中，制造业涉及行业范围广、产品种类多、工序过程各异，因此，在教学过程中需要通过一系列系统的实验项目培养学生专业的问题提炼能力及问题分析能力，并采用专业的技术方法和手段有针对性的对问题本质进行处理。然而，正是由于工业工程方法应用行业的广泛性及多样性，使得我们不可能如其他5类工程学科般拥有自己典型的实验实训设备，亟需我们在实践教学过程中探索新的教学方法与实验支撑技术。
1工业工程实验课程教学现状分析
工业工程类实验课程的教学，在传统的教学模式中，主要是以“理论课+实验室”的模式，强调学生对工业工程专业基本方法和技能的掌握与应用，如，工作研究、动素分析、人机工程、物流工程、流程优化、现场改善等基本技能与方法论。传统的实验教学过程中，基本上遵照如下流程：首先，引导学生进行以上理论课的学习，使学生知道、了解并掌握这些基本的专业手法与技能；其次，通过开设相关实验课程让学生对所学的这些技术方法展开实践，从而帮助学生达到训练并养成工业工程专业素养的目的。然而，目前所开设的相关实验课程均是就某一独立技术方法而展开的较为单纯的技能训练，如，工作研究的实验主要是针对动作研究、动素分析、生产节拍平衡开展具体分析过程实践，帮助学生深刻体会这些基本专业手法的实际应用场合；人因工程，主要是通过系列人因实验带领学生亲身体验，感受高度、亮度、颜色、频繁度、规律度等人因影响因素带给人视觉、听觉等感官的切实感受，从而探讨基于人因的合理化设计、布局及工作安排；设施规划布局则是基于物流分析方法，通过物流强度度量，分析部门间的相关性强度，从而为合理布局、物流优化提供有效参考。以上这些实验均对学生在工业工程专业基本方法技能的培训上起到了有效效果。然而，却并未在促进学生养成工业工程职业素养上发挥强化作用。原因在于，缺乏像物流工程、系统工程、系统建模及仿真优化等这类有关工业工程系统设计、管理及优化的主干课程的综合性实践项目，要设计出针对本专业基本技能方法的综合性实践项目，需要的制造业相关设备、产品品种等数量巨大，且耗费大、成本高，很难从实际操作入手，计算机仿真方法不失为解决此问题的一种有效方法。基于计算机仿真技术的虚拟教学则以其高效率、低成本、内容丰富、性能有效和安全等优势得到越来越多的应用和推广。因此，应该将“项目教学”“案例教学”“教、学、做”一体化和基于计算机仿真技术的虚拟教学的方法结合起来，充分发挥各自的优点，提升实践教学效果。基于计算机仿真技术的虚拟教学很容易与其它先进的教学方法相结合，因此，在工业工程类实验课程的教学中，将基于计算机仿真技术的虚拟教学与其它教学方法相结合，有助于提高实验课程教学效果，而且成本低、效率高，使学生可以不受场地、行业、设备与产品的限制，使学生更好的掌握专业技能和方法，并通过基于计算机仿真平台开发的综合性实践项目，锻炼学生的工业工程系统设计、管理及优化的综合能力，培养学生的专业素养，从而促进本专业人才培养效果的提升，计算机仿真技术在工业工程类实验课程的教学中具有重要的意义。
2计算机仿真技术在实验课程教学中的应用
计算机仿真技术为人们提供了一个理想的实践教学手段，目前国内外已经普遍将其应用于军事训练、课程教学、运动训练以及医学研究等方方面面。美国是计算机仿真技术虚拟现实的起源地，现在美国计算机虚拟仿真技术的发展水平也比较高，在这个领域代表了国际先进水平，也是第一个把虚拟仿真技术应用在教育教学中的国家，目前在感知、用户界面、后台软件和硬件等几个方面，形成了一个比较系统的虚拟仿真教学仪器架构。如，美国的卡罗莱纳州立大学利用Java技术建立了基于Web的探索式虚拟物理实验室，主要有以下几个模块：基于JavaApplet的虚拟实验设备和实验设施、相关的实验课程模块、实验结果评价模块、协作模块。在欧洲，英国在计算机仿真技术虚拟现实的相关领域处于领先地位，研究出了虚拟仿真软件包，并应用在教学仪器和工业安全培训等方面。如，英国的诺丁汉大学在教育和学术方面对虚拟仿真技术进行了研究与探索，其目标主要在于探索桌面虚拟仿真的输入设备应用上。此外，该小组还和其他学校紧密合作，将其仿真系统应用在了特殊学生教育中。在中国，目前各个大学和科研机构也广泛采用计算机仿真技术建立虚拟场景进行相关领域的教学与研究。例如：中国科技大学开发出第一套基于虚拟仿真的教学仪器系统——利用虚拟仿真技术进行几何光学实验平台的开发，系统将计算机辅助教学仪器的智能化仪器、计算机技术、虚拟仿真和物理教学仪器等有机结合，把物理教学仪器系统推进到了新的领域；北京润尼尔网络科技有限公司以北京邮电大学强势的网络、通讯、电子三门学科为基础，采用JavaApplet技术、B/S结构、J2EE框架，为解决高校日趋紧张的实验设备及实验场地等实验教学问题，由北京邮电大学网络教育技术研究所组织精英力量，经过多年研究，开发出了配套的虚拟实验系统。通过对国内、外的基于计算机仿真的虚拟现实教学应用情况进行对比，我们发现：当前，国外基于计算机仿真的虚拟实验比国内开发时间早，应用相对成熟，不管是在仿真器材还是仿真软件上都比较丰富、且功能较多；同时，国外很多成熟的仿真实验产品价格普遍偏高，且技术难度也不太适合本科学生，更适合研究所或工程师使用。尽管如此，我国还是有很多现行的成熟的计算机仿真软件供我们选择，这些成熟的仿真软件具有界面友好、可扩充性、支持二次开发等特性，甚至大多实现模块化利于定制化实验的开发，基本上能满足国内高等院校实验教学需要及丰富的仿真实验需求。因此，国内很多高校及科研院所普遍采用购买成熟的仿真软件产品，基于自身的仿真实验需求进行对应的二次开发，从而设计出适合自己的基于计算机仿真的虚拟实验平台，并得到了很好的应用发展。就工业工程类实验课程而言，现在市面上流行的仿真软件，如，Flexsim、witness、em-plan等都能提供给我们一个良好的仿真实验平台，供我们在这些平台上进行综合性实践项目的构建和开发。
3基于计算机仿真技术的实验教学模式开发
在深度分析学生学习特点和企业真实需求的基础上，基于建构主义学习理论和混合式学习理论，按照社会发展对人才培养的要求，结合计算机仿真实验教学设计的基本原则，借鉴信息化和项目教学、案例教学设计方法，探索出基于实践项目、真实案例和工作任务的计算机仿真实验教学模式，实现了“教、学、做”一体化的实验设计。该模式由“项目导入、制定计划、实施计划和成果展示与评价”4个环节组成，其中，计算机仿真实验教学贯穿了该模式的所有环节。下面简单介绍该模式的具体实施方案。
（1）在“项目导入”环节，专业教师的活动包括：借助选定的计算机仿真实验平台，导入项目任务及目标、展示项目结果，让学生对项目有一个直观的认识，然后再布置具体的实践任务；利用计算机仿真实验平台，让学生明确自己应当完成的具体任务和完成任务后可以获得哪些知识以及达到什么样的技能水平；在充分考虑学生的现有知识和能力水平的基础上，适当采取分工协作方式，安排具体的任务完成时间及成果的评定方法等。
（2）在“制定计划”环节，学生的活动包括：通过自主学习、分工协作等方式，对具体实践项目的目标、任务进行分析；确定任务所涉及的专业方法和技能手段，充分应用已掌握的专业知识和能力，借助计算机仿真实验平台，设计出仿真实验模型帮助决策与优化；确定仿真实验任务的实施步骤，为仿真实验任务的实施做好充分的准备。
（3）在“实施计划”环节，学生的活动包括：在计算机仿真实验平台上，按照拟定的计划，逐步完成实践项目的仿真任务；在完成实践项目仿真任务的过程中，学生通过应用所学专业知识和技能，建构自己的专业知识，从而帮助自己养成专业素养。
（4）在“展示与评价”环节，学生的工作包括：在计算机仿真实验平台上展示自己的实践项目仿真成果；参与讨论和评价；通过对比分析，学生对自己的实践项目展开进一步的仿真优化处理。
4结语
将计算机仿真技术与项目教学、案例教学更加紧密的结合起来，能够更好的实现“教、学、做”一体化，并且，在显著改善实验教学条件、提升实验教学效果的同时，减少了设备消耗，尤其是耗材的使用量，节省了实验经费，而且克服了时间与空间上的限制，使工业工程综合实验课的开课率和学生的专业综合能力得到显著提升。计算机仿真技术在专业实验教学方面的应用前景广泛,值得深入研究。
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关键词:虚拟仿真;高职教育;建筑工程;实训教学
我国正处于社会信息化深入发展阶段，传统建筑业也在进行自我革新，朝着工业化、信息化以及智能化发展，衍生出工业装配式技术、BIM信息模型技术等。高职教育也在不断探索新技术新方法，2006年，教育部《关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见》(教高［2006］16号)中就实训基地建设方面提出了要充分利用现代信息技术，开发虚拟工厂、虚拟车间、虚拟工艺、虚拟实验。2017年，国务院印发《国家教育事业发展“十三五”规划》中明确指出我国教育进入高质量新阶段，综合利用互联网、大数据、人工智能和虚拟现实技术探索未来教育教学新模式。高职建筑工程技术专业需适应时代的变迁与行业的发展。对此，本文将结合南京城市职业学院建设中的虚拟仿真实训体系探讨这项技术在建筑工程专业中的应用。
一、虚拟仿真技术在建筑工程专业实训体系中的应用
(一)高职建筑工程技术专业实训的困境简单来说，建筑工程技术专业培养的是基于施工员岗位的“懂建筑、精施工、会管理”的高素质技术技能人才，实训体系在整个人才培养方案中具有非常重要的地位。但由于建筑行业的特殊性，校内外实训基地的建设都普遍存在困难。校内实训基地受限于场地和经费，难以重现建筑过程中各项技术，即使一些条件较好、投入较多的学校，建设的一些实训项目也是以展示观摩为主，动手实践部分较少;采购的设备数量有限，难以满足全部学生的操作需求;一些操作难以反复，不利于学生探究性学习。在校外实习基地方面，由于建筑项目周期长并且具有一次性特征，工程进度难以和课程学习相匹配。此外，考虑施工现场的安全隐患和企业自身的经济效益，企业难以多次接待学生短期的参观学习。基于以上困境，不少高职院校建筑工程专业更像是简配版本科土木工程的“学科型”教学体系，工学结合不紧密，学生难以将学到的理论知识运用到实际工作岗位中去。
(二)虚拟现实技术的分类基于以上因素考虑，有必要将虚拟仿真技术融入专业的实训体系建设。虚拟仿真技术主要有以下三种类型:1．桌面虚拟仿真系统利用平面显示器呈现立体的虚拟环境，通常将施工二维平面图纸转换为三维模型，学生可通过鼠标等设备与虚拟环境进行交互，可以在环境中进行观察，将抽象的平面概念具象化，也可模拟某项施工技术过程，将书本枯燥生涩的理论知识转换为更容易接受的立体影像。这项技术成本较低，目前也使用得较为广泛。2．全沉浸式虚拟现实系统使用头盔、机械手柄、身体动作追踪等仪器设备将使用者完全沉浸在虚拟的三维环境中，使用者可以精确的与虚拟环境进行交互，视觉、听觉、触觉与实际环境完全隔离，完全置身于虚拟环境中，在虚拟环境中进行操作、体验。这项技术成本较高，很多高职院校虽有投资，但数量有限。3．分布式虚拟系统通过互联网构建一个多用户的虚拟环境平台，采用统一的结构、标准、协议和数据库将不同时间空间的虚拟终端整合，多名用户之间可以自由交互协同工作。这项技术目前在国外使用较多。
(三)构建三阶段虚实结合的实训教学体系建筑工程技术专业学生应具备识读工程施工图纸、查阅相关图集、测量放线的基础技能，参与工程施工、编制施工组织计划及专项施工方案、工程预决算的核心能力以及BIM技术相关的拓展能力。南京城市职业学院建筑工程技术专业根据人才培养目标，以施工员、资料员典型的工作任务、职业标准为依据，构建三阶段虚实结合的实训体系。校内构建虚实结合的实训体系:实训项目较为容易实现的，一般以实体操作为主，例如钢筋加工、绑扎钢筋、全站仪测量等;实训项目周期长，不易反复操作的，以虚拟仿真技术为主，如建筑工程项目施工———专业岗位仿真训练平台。同时，还配有建筑工程项目管理、招投标沙盘实训项目，大型施工现场布置实体模型。虚拟仿真技术填补了核心课程实训的空白，完善了校内实训体系。校外构建三阶段的实习体系。第一阶段认岗。该阶段主要在基础技能的第一学年，学生通过工程制图，建筑结构等课程的学习后，进入一线施工现场，与已学知识进行匹配，对专业和岗位进行感性认知活动。第二阶段跟岗。学生在第二学年学习了核心课程后，在校外实习基地进行为期两周的跟岗实习，在工程施工现场对已学习的核心技能进行验证和反思。第三阶段顶岗。学生在完成学校的所有学习、获得职业资格证书后，真正进入一线，成为一名工作者，用专业技术解决实际问题，完成学生到专业从业人员的过渡。三阶段的实习可以将校内不同阶段虚实结合的专项实训项目整合起来，体会各工序之间的联系，将不同课程融会贯通，提升学生对知识的掌握和技能的运用。
二、虚拟仿真技术在教学中的应用
(一)现有教学方法与学生不匹配随着高考招生制度的不断改革，高职生源不断多样化，学生素质参差不齐，理论基础薄弱，学习主动性不高。传统的课堂教学，即便配合了多媒体资源、信息化教学平台的使用，也很难集中学生的学习注意力。一方面，这样的教学方法本质上还是以教师的灌输为主，学生是被动的接受知识，知识还是被填到大脑中去，一旦填鸭的过程中出现了不理解、听不懂的环节，后面的学习全部崩塌。另一方面，高职学生的学习生涯很少出现学习的高光时刻，学生对自己的学习能力持否定态度，从内心排斥学习，畏难情绪严重，自信心不足。因此，不少学生在社团活动时候大放异彩，在上课学习时，大脑就停止思考。
(二)虚拟仿真技术下的情境化教学根据建构主义学习理论，学生是学习的中心，是知识信息的加工主体。由建构理论衍生出的情境化教学、探究性学习、问题导向等教学方法能够不断挑战学习者已有的知识架构和经验，从而在交互的过程中形成新的知识。学生在活动中主动学习，而教师是建构过程的引路人。虚拟仿真技术下的三维立体虚拟环境，具有沉浸性和交互性特征，学生置身其中，有很强的临场感，促使学生主动获取知识信息。同时，三维具象化的事物降低了学习的难度，增加了学生学习的自信心。以建筑施工组织中的施工现场布置为例，传统的教学中，教师会引用工程案例将场布中涉及的规范进行罗列。由于施工现场涉及多种对象，罗列的规范很多，注意事项琐碎，学生的上课效果较差，难以完成课程目标。在引入了桌面虚拟仿真技术的三维场布软件后，场布理论课程就转变为场布实训项目。项目源自真实施工案例，在教师的指引下，学生依据施工工程所处城市位置、周围道路环境，考虑风向和天气因素，借助软件中已有的各种施工现场的模型(如在建建筑、围挡、道路、临时设施、工程车辆、大型机械等)，对施工现场进行搭建和布置。搭建施工现场的过程就是学习施工现场规范的过程，同时，在搭建的过程中，学生对规范的理解运用各不相同。虚拟环境允许学生按个人理解对学习对象进行操作，观察不同操作下不同的结果，来验证自己对知识信息的接收加工是否正确，这是一个主动学习和修正过程。虚拟仿真技术下的情境教学，大大提高了学生学习的参与度与主动性，提升了学习效果。
(三)虚拟仿真竞赛由于专业的特殊性，高职建筑专业竞赛总体主要集中在建筑工程识图、CAD软件类等，如省级和国家级的技能大赛就有此类赛项。此外，还有一些工程测量和建筑模型类的比赛。而针对专业核心技能的施工技术、施工组织设计以及工程项目管理类较为少见。虚拟仿真技术的出现，降低了这类竞赛的举办难度，只需电脑和网络便可开展。如某BIM施工项目管理应用技能大赛，包含施工组织设计、三维建模及建筑工程项目策划等。以赛促教的同时也为专业营造出浓厚的学习竞争氛围，走出去多比赛也拓宽了学生的眼界，增强了学生的自信心。
三、虚拟仿真技术的困境和发展
(一)虚拟仿真实训室投入成本过高虚拟仿真实训室虽然能够支持建筑工程技术专业不少实训项目，但是建设成本很高。以一款全景沉浸式虚拟仿真系统为例，虽然该设备可以模拟仿真全站仪测量各种不同地形，但建设投入达两百万。同时，随着建筑行业新技术、新工艺的不断发展，虚拟仿真实训项目也面临软硬件的升级改造，后期的运行维护也需要学校持续的投入。
(二)虚拟仿真对空间想象能力的影响虚拟仿真技术利用信息化手段将抽象的符号具象化，建筑工程专业同样要求学生具有将二维图纸转换为三维立体建筑物实体的能力。由于高职学生空间想象能力较差，所以虚拟仿真技术有助于学生的学习，降低学习如建筑构造等课程的难度。但是如果过分依赖虚拟仿真，学生的空间想象能力反而得不到锻炼和提高。这就要求教师在教学时合理使用虚拟仿真这个工具，教学时需要安排学生进行空间转换的思考过程。
(三)虚拟仿真对注意力的影响虚拟技术打造的虚拟环境通过视觉、听觉、体感向学生传递图形、文字、声音等信息。打造沉浸式体验学习的同时也传递了大量丰富的信息，学生会对情境中某些信息产生更强的临场感，投入更多的注意力，而对其他信息的注意力减少，无法实现学习的目的。例如，安全生产课程通过虚拟现实(VR)技术让学生体验了高空坠落、脚手架坍塌等情境，模拟情境很真实，但学生体验到的是坠楼的刺激，反而忽视了安全的意识、课程的目的。所以，在虚拟仿真的学习过程中，教师要加强引导，同时合理设计虚拟仿真学习的脚本和内容。
(四)多用户虚拟仿真环境“ActiveWorld”平台是国外广泛使用的一款多用户虚拟环境。多名不同地点学习者可以在同一个虚拟环境中自由交互、协同工作。目前，国内使用的虚拟仿真项目多为单人、单项。学习者只能与计算机虚拟的环境交互，实训的内容也是较为单一的观察性学习或是操作性学习。虚拟仿真技术应朝着多用户平台发展，虚拟的环境更综合、更完整，学习者彼此之间以虚拟身份共同探索、观察、讨论和分析，开展更富有效果的合作式学习，特别适合远程教学。同时，参与学习的各方可以共同建设虚拟环境，做到共建共享，节约资源，降低成本。
基于虚拟仿真技术和计算网络技术的实验教学方法已经成为不可或缺的实验教学手段。虚拟仿真实验教学体系的构建，将促进教学资源的科学规划和持续发展。以学科发展为依托、以培养具有综合实践能力和创新能力的人才为目标，本着能实不虚、虚实结合的原则，在实体实验的基础上，打破原有实验教学环节和专业内容所固有的界限，探索构建了三平台、三层次、一体化的“三三一”虚拟仿真实验教学体系。“三三一”体系的构建既丰富了专业实验教学内容，又为学生在基于虚拟仿真技术的跨专业大型综合实验教学资源中，提供更多的应用技能、综合能力和创新能力训练的机会。
关键词:
电气工程;自动化;虚拟仿真
天津大学电气与自动化实验中心承担着面向全校10个专业、47门课程的本科生实验教学工作，其中包括课程实验、课程设计、生产实习、毕业设计等多种教学实验环节。近年来，实验中心为了解决大型综合实体实验项目在建设、运行、维护等工作中受场地或经费等条件限制、阻碍学科建设与发展的问题;为了满足学生创新训练的需要，积极促进科研成果向教学资源的转化，在实体实验教学环境不断完善、发展的同时，对部分专业课实验教学内容进行了虚拟实验环境及仿真系统的开发与建设。先后建设了“智能电网仿真实验教学平台”、“多相流虚拟仿真实验教学系统”、“高电压虚拟仿真实验教学系统”、“机器人及自主系统虚拟仿真实验教学平台”、“工业生产线虚拟环境”等一批虚拟仿真实验教学资源［1－2］，并全部应用于实验教学中。2012年9月为了更好地管理和优化教学资源，学校成立了电气工程与自动化虚拟仿真实验教学中心。按照培养具有综合能力、实践能力和创新能力的高素质人才的需要，本着“相互补充、互融互通”的原则，构建了“三平台、三层次、一体化”的“三三一”虚拟仿真实验教学体系。经过5年的时间，依照“能实不虚、虚实结合”的原则，完成了15个虚拟仿真实验教学项目的建设工作。虚拟仿真实验教学体系为实验资源开发提出了明确的目标。
1虚拟仿真实验教学的特点
充分发挥虚拟仿真实验教学的特点和优势，是构建一套科学、高效、可持续发展的虚拟仿真实验教学体系的关键。其特点如下。
1．1丰富的教学内容
基于互联网的虚拟仿真技术为实验教学带来了不受时间、空间限制的特点，它可以将学生带入未知的科学世界。相比传统实体实验课程的内容，虚拟仿真实验项目可以是千变万化的［3］。学生不仅可以利用所学知识灵活地解决问题，还可以按照自己的兴趣爱好设计问题，探索未知的世界。例如:传统的电机学实验，学生只能观测电机外特性结果，无法从根本上理解电机的内部磁场分布、不同运行工况下的磁场变化。而虚拟仿真实验利用电机电磁场有限元分析软件，使学生能通过虚拟仿真环境，了解电机内部磁场分布及性能特性曲线。同时，虚拟仿真技术打破了不同专业实验室的隔墙，为跨学科的交叉应用提供了广阔的实践天地。
1．2灵活的教学环节
为体现“以人为本”的教育、教学理念，适应个性化学习需求，有利于创新能力的培养，实验教学体系应该包含多层次的实验教学环节，学生可以选择适合自己知识水平、兴趣爱好的实验内容。并且随着学习进度的变化，可以跨越教学层次提升(或回顾以往)实验内容［4］。这在实体实验教学活动中是很难实现的。灵活的虚拟仿真实验资源建立了不同教学环节之间的知识链接，使学生在夯实基础知识的前提下，有更多接触专业实验和创新实践的机会。
1．3不可及和不可逆过程的实现
在涉及高危或极端环境，不可及或不可逆的操作，高成本、高消耗、大型或综合训练等情况时［5］，虚拟仿真技术提供可靠、安全和经济的实验手段。例如:在“高电压虚拟仿真实验教学系统”中学生可以随时观察高压放电的模拟场景。
1．4无处不在的实验室
基于互联网的虚拟仿真实验教学资源不仅可以为学生在任何时间和地点开展实验提供条件［6］，同时也可以将优秀的实验教学资源开放，为兄弟院校、企业、社区提供教学服务。
2虚拟仿真实验教学体系的构建
虚拟仿真实验教学体系在教学大系统中，与实体实验教学体系相互补充，同样需要遵循实验教学的客观规律和基本准则［7－8］。通过利用“互联网思维”和“虚拟仿真技术”对现有实体实验教学活动中的内容和环节进行了全面的、系统的再设计，形成了科学的和可持续发展的虚拟仿真实验教学系统。首先将基础实验、专业综合实验和创新与实践训练的三个虚拟仿真实验教学平台按照理论应用、综合设计、系统构建划分三个教学层次;然后利用虚拟仿真实验教学的特点和优势，将不同平台(教学层次)的实验项目进行互联互通、相互融合，形成了教学体系的一体化。
2．1以教学环节为导向的实验教学平台
以教学环节为导向的实验教学平台包括基础实验教学平台、专业综合实验教学平台以及创新与实践教学平台，如图1所示。
2．1．1基础实验教学平台
该平台侧重基础知识的教学工作。通过验证基础科学和技术原理，使学生切身体验科学发现与工程技术的发展历程，进而内化为其自身的工程意识与素养［9］。虚拟仿真实验教学可以为学生提供不受限于时间、地点的实验环境，“无处不在的实验室”有助于提高学生做实验的兴趣、培养独立思考问题和解决问题的能力。
2．1．2专业综合实验教学平台
专业综合实验平台主要包括课程设计、综合实验、工程设计综合训练等集中教学环节。由于部分综合类实体实验受实验设备功能的限制，学生可以选择的实验内容有限，尤其是一些大型、高风险、高能耗、高成本、不可及或不可逆的项目根本无法对本科生开放。构建虚拟仿真专业综合实验教学平台，将不可能变成可能，不仅可以开设大型综合实验项目的仿真环境，还可以实现跨专业的综合实践训练。为学生提供贴近实际的工程应用，对解决现实条件无法满足专业综合实验教学需求的矛盾有着不可替代的作用。实现了实验室与生产现场的“无缝对接”。
2．1．3创新实践教学平台
科学的创新实践教学方案需要良好的教学平台支撑。利用虚拟仿真技术针对电气工程及自动化专业的学科特色，结合“智能电网”、“航空航天”、“机器人”、“工业自动化”以及“新型传感器”等专业领域前沿技术建立虚拟仿真系统，从实验教学环节加强学生对相关学科前沿成果的深入理解。
2．2以教学目标为导向的三层次
在三个教学平台中学生可以循序渐进的完成知识学习和技能训练。但是，由于学生在专业方向、学习进度、兴趣爱好等方面存在个性差异，所以在学习过程中就会需要在不同的教学平台之间进行广泛的联系，尤其是学科交叉的教学资源中，需要横向的、跨平台的知识融合。每个虚拟实验教学平台分别按照理论应用、综合设计、系统构建三个层次进行划分，充分发挥虚拟仿真技术的优势，建立实验教学平台之间相互补充、互融互通的横向链接。如图2所示。
2．2．1理论应用层
理论应用层重点突出的是围绕基础理论知识，利用虚拟仿真技术为学生提供丰富的实验内容，包括一些看不见、摸不到的物理现象，基础理论在实际工程应用的案例等。更为重要的是，通过互联网虚拟仿真技术的应用，学生可在任何时间和地点直观形象的完成本专业科学理论与科学技术的基础性实验，有助于学生夯实理论知识。
2．2．2综合设计层
综合设计层是将相关专业基础知识交叉综合应用。着重培养学生运用专业基础知识、实验技术和实验手段、分析问题、解决问题的能力，使学生不论在知识的积累上还是实验技能的提高上都有较大的飞跃。通过虚拟仿真技术的应用，实验场景可以更加贴近工程实际，有效解决以往受实验设备或场地限制［10］，用抽象的示意模型代替复杂受控对象的问题;在大幅度提高实验项目丰富程度的同时，通过互联网技术的应用也可以提高教学资源的共享率。
2．2．3系统构建层
系统构建层是让学生在虚拟环境中将所学到的工程研究与创新方法得到应用和训练。让学生体会利用掌握的知识和技能在复杂工程实践中解决问题的快乐，真正做到学以致用［11］。该类实验可培养学生从事科学研究和技术开发的综合能力，为培养具有创新能力的高素质专业人才提供训练条件。虚拟仿真教学体系中的系统构建层实验教学资源有效的解决了生产实习、毕业设计等环节与工程实际脱节的问题。
2．3互融互通、互为补充的一体化理念
虚拟仿真实验教学体系如图3所示，其中教学平台的教学资源根据教学目的而设计，课程内容贯穿资源;教学层次是以培养应用能力为目标，将不同平台教学资源横向连接。在注重专业培养、因材施教的同时，教学平台之间互融互通，教学层次之间相互补充［12］，是虚拟仿真实验教学中心“一体化”建设核心。虚拟仿真实验教学体系一体化建设打通了学科专业界限，是培养创新型人才的新机制。
3结语
一、虚拟仿真技术概述
虚拟仿真技术是虚拟现实技术和系统仿真技术的合称[2]。虚拟仿真技术又叫虚拟仿真或者模拟技术，是将一个真实的系统用虚拟的方法模仿出来。虚拟仿真技术是随着计算机技术发展而逐步形成的一种实验研究技术，是数学推理、科学实验之后人类认识客观规律的第三类方法，已逐渐成为人类认识和改造客观世界的通用性、战略性技术[3]。虚拟仿真技术在多媒体技术、虚拟现实技术、网络通信技术等技术的基础上，将仿真技术与虚拟现实技术结合在一起，构建逼真的虚拟环境。虚拟仿真可以是一个模拟器，一个仿真软件，或者一个数学模型等[4]。虚拟仿真技术应用在军事演习、医学手术模拟、广告宣传等。近年来，随着计算机技术与网络技术的发展虚拟仿真技术广泛地应用于实验教学，虚拟仿真实验已经成为一种新的教学模式[5]。
虚拟仿真技术在实训中具有真实性、交互性、开放性及扩展性[6]。真实性是指虚拟仿真实训中实验环境具有很强的真实感，学习者在虚拟仿真实训中感觉进入了真实的实训室，操作虚拟设备，体验真实的操作过程。交互性是指学习者可以通过键盘、鼠标操作虚拟设备，虚拟设备会在真实实训中所出现的现象。开放性是指可以将虚拟仿真实训以网页的形式，学习者可以随时随地进行虚拟实验，突破了时空的限制。扩展性是指虚拟设备或虚拟软件等可以实现灵活地配置与组合，而且更新与维护方便，可以对虚拟设备或虚拟软件进行二次开发。
二、Packet Trace软件在计算机网络实训中的应用
（一）Packet Trace软件简介
Packet Tracer是思科公司开发的一种虚拟仿真软件，可供网络课程的初学者在虚拟环境中设计网络、配置网络、排除网络故障。该软件采用图形化用户界面，学习者可以通过鼠标拖曳设备及配置线构建网络拓扑;提供的数据包在网络中的流动过程可以适时地观察网络状态;可通过IOS配置对设备进行配置管理，锻炼学习者检查、排除网络故障的能力。
Packet Trace支持大量的设备仿真，比如路由器、交换机、Hub等各类网络连接设备的仿真，每类设备还提供不同的型号;双绞线、同轴电缆、光纤等各种传输介质的仿真;DNS、FTP、WEB、DHCP等服务器的仿真;还可以仿真很多模块。而真实的实训环境中往往不可能提供这么全面的实训设备。Packet Trace运行很多网络协议，支持TCP/IP协议，UDP协议、OSPF协议、HTTP协议、SMTP协议、Telnet协议等常见协议，及不常见的ARP协议、Ethernet协议、HDLC协议、ICMP协议、IPv6等协议。Packet Trace支持逻辑空间设计及物理空间设计两种模式。Packet Trace中的数据包可采用实时传输模式和仿真传输模式，实时传输与真实传输过程一样，仿真传输可以看到数据传送的过程。
（二）Packet Trace软件的应用
假设某公司需要构建自己的网站，并在网站上提供邮件系统服务。通过分析，为了完成本实验需要用到的设备有：首先需要一台网站（Web）服务器、一台邮件（E-mail）服务器;另外还需要一台域名解析（DNS）服务器（通常可以由专门的机构提供，为了方便在仿真软件中构建了自己的DNS服务器）;还需要几台可以上网的PC机;为了将这些设备连接起来，需要一台交换机。还需要配置每个服务器的协议及每个服务器和PC机的地址;如果需要远程登录交换机还需要对交换机进行配置。这个实验可以在真实的环境中完成，也可以在虚拟仿真软件Packet Trace中完成。以下先通过Packet Trace软件进行虚拟仿真实验。
1.构建网络拓扑
将Web服务器、E-mail服务器、DNS服务器、两台PC机拖曳进主界面，并连接好配置线，将设备分别重命名，得到实验的网络拓扑，如图1所示。
图1 网络拓扑结构图
2.配置各设备
（1）配置DNS服务器。鼠标单击DNS服务器，首先在Desktop选项中选择“IP Configuration”设置静态分配（Static），设置好各地址参数，其中IP地址192.168.1.2;然后在Config选项卡中设置GLOBAL项中的Gateway为：192.168.1.1，DNS Server为192.168.2;最后将DNS项以外的其他协议全部关闭，并在DNS中添加网站（fly.com）及邮箱（pop3.163.com，stmp.163.com）的域名解析，如图2所示。
图2 DNS域名解析配置
（2）配置Web服务器。鼠标单击Web服务器，在Desktop选项卡中配置好IP Configuration中各地址，IP地址为192.168.1.8;然后在Config选项卡中设置GLOBAL项中的Gateway为：192.168.1.1，DNS Server为192.168.2;再后将HTTP项以外的其他协议全部关闭，还可以在此处修改网页代码，以修改网页的显示内容。
（3）配置邮件服务器。点开E-mail服务器，配置好IP Configuration中各地址，IP地址为192.168.1.3;然后在Config选项卡中设置GLOBAL项中的Gateway为：192.168.1.1，DNS Server为192.168.2;再后将E-mail项以外的其他协议全部关闭，并在E-mail项中设置Domain name及添加邮箱用户名及用户密码。
（4）配置交换机。如果交换机不需要远程登录进行配置管理，则无需配置。如果需要进行远程登录管理那么需要给交换机配置地址。交换机配置地址需要通过IOS配置方式。给交换机配置地址为192.168.1.253。点开交换机，进入CLI选项，回车后键入命令，下面进行简单的配置命令：
Switch>en//进入特权模式
Switch#conf t //进入全局模式
Switch（config）#inter vlan 1（默认交换机的所有端口都在VLAN1中）//创建并进入VLAN1的接口视图
Switch（config-if）#ip address 192.168.1.253 255.255.255.0//在VLAN1接口上配置交换机远程管理的IP地址
Switch（config-if）#no shutdown//开启接口
Switch（config-if）#exit//回到全局配置模式
（5）配置两台PC机的地址。点开PC0，在Desktop选项中选择“IP Configuration”设置静态分配（Static），设置好各地址参数，其中IP地址192.168.1.4。PC1的设置同PC0，其中IP地址为192.168.1.5。
3.测试验证实验
（1）验证网站功能。在PC0（或PC1）上，点开进入Web Brower选项，输入网址fly.com，再点击go，如果能够正确显示出Web服务器上的主页，则说明Web服务器实验成功。否则需要重新检测故障，并排除故障，直到能够成功显示。
（2）验证邮件收发功能。鼠标单击PC0（或PC1）上，选择Desktop选项，单击E-Mail，进入MAILBROWER，单击Configure Mail，然后进行相应的配置。保存后返回MAIL BROWER，进行收发邮件测试，如果能成功收发邮件，则说明邮件服务器实验成功，否则需要检测并排除故障。
三、Packet Trace虚拟仿真实验与真实实验的对比分析
在Packet Trace虚拟仿真软件中，学习者可以通过图形化界面，对虚拟的设备进行连线、配置、测试、排除故障等，在逼真的环境中，体验真实实验的过程，完成实验，得到真实实验的结果。而且虚拟实验中需要用到的实验设备，只需要用鼠标拖曳出来即可，仿真软件提供不同的设备和相同设备不同型号的选择，实验非常方便灵活。而在真实的实验中，很多实训场所不可能提供这么多的设备，更难具备各种不同型号的设备，仿真软件大大地节约了设备成本。在虚拟实验中，可以不断地重新配置，尝试不同的配置方法，不会损坏设备，配置不成功，可以删除设备，重新拖曳进新设备进行配置，而在真实实验中配置不正确，操作不当，可能损坏真实设备，而且不可能把真实设备丢掉后再用新设备进行配置管理，因此，虚拟仿真实验提供了更灵活的配置方法，增强了学习者的学习兴趣。在虚拟实验中，不需要专门的实训场所，不需要实训室管理维护人员，节约了实训场所成本以及管理人员成本;虚拟实验可以在任意一台电脑上完成，突破了时间与空间的限制，可以使学习者随时随地进行实验，学习更轻松，效率更高。
但是在虚拟仿真实验中有一些与真实实验不完全相同的地方，比如设备之间的连线，只需要选择一种介质即可，甚至可以由系统智能判断选择什么介质，所以配线环节不会出现错误。而在真实实验中，学习者可能不知道具体的设备需要选择哪种传输介质，或者传输介质没有连接好、松动、串扰等都可能造成实验不成功，而这些在虚拟实验中都不会出现。另外，如Web服务器配置，在虚拟实验中没有设备Web站点，只需要将HTTP协议打开即可，而在真实的实验中Web站点的配置存在版本的不兼容、默认站点的位置不正确以及登录用户的权限设置等问题都可能引起Web服务配置不成功。
因此，虚拟实验仿真实验需要与真实实验结合起来，不能只是单纯地进行虚拟仿真实验。比如，可以让初学者先通过虚拟仿真实验，熟悉设备、设备的型号、设备的配置方法、设备的管理方法、设备的排障方法等，然后再结合真实设备进行实验，这样将使学习效果更佳。
