發(fā)布時間：2023-04-23 15:24:55
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的計算機仿真技術論文樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
英文名稱：Computer Simulation
主管單位：中國航天科技科工集團公司
主辦單位：中國航天科工集團公司第十七研究所
出版周期：月刊
出版地址：北京市
語
種：中文
開
本：大16開
國際刊號：1006-9348
國內刊號：11-3724/TP
郵發(fā)代號：82-773
發(fā)行范圍：
創(chuàng)刊時間：1984
期刊收錄：
中國科學引文數據庫(CSCD―2008)
核心期刊：
中文核心期刊(2008)
期刊榮譽：
Caj-cd規(guī)范獲獎期刊
聯系方式
論文摘 要：實驗室擔負著向學生傳播知識與技術、培養(yǎng)學生動手的能力和創(chuàng)新能力的重要使命。隨著社會經濟的發(fā)展及教學改革地不斷深入, 實驗教學在整個教學體系中的地位越來越突出，實驗教學模式的改革已經迫在眉睫。本文主要分析了實驗教學的傳統(tǒng)模式與存在的問題，并提出了提高電子信息類專業(yè)實驗教學質量的方法[1]。
0 引 言
實驗教學是學校教學活動的重要組成，教學質量的好壞是對學校人才培養(yǎng)層次與質量的直接體現。實驗作為實驗教學活動的主要內容, 在改善教學質量方面發(fā)揮著不可替代的作用。實驗室在傳播知識的同時，更重要的作用體現在對學生的創(chuàng)造性思維與想象力的培養(yǎng)上。通過實驗教學，學生分析解決問題以及動手能力明顯提高。伴隨教學改革的日益深入, 實驗教學的改革也越來越引起人們的關注，以往的教師灌輸式的理論教授方式，學生被動接受的教學模式，已無法滿足社會經濟發(fā)展的要求。當前，社會需要的是主動型、能力為主的人才培養(yǎng)。加強學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，必須切實轉變以往重理論教學輕實驗教學的錯誤觀念，重新認識實驗教學在學校教學活動中的地位與作用，根據當前社會經濟對人才的要求， 改革傳統(tǒng)的實驗教學模式，改革實驗教學手段，優(yōu)化更新實驗教學的內容，切實提高實驗教學質量。
1 實驗教學的傳統(tǒng)模式與存在的問題
國內高校工科教育當中，實驗教學存在著硬件條件不足、硬件實驗條件的發(fā)展與技術要求不相符[2]，加上近幾年高校擴招，實驗教學的硬件條件更是供不應求。進一步加大對教學硬件條件的投入，豐富實踐教學的內容、加強實驗條件的改革及建設，在目看來具有特殊的重要性。面對這種情況，我國的教育主管部門采取了一些推進實踐教學改革及建設的措施。如：在全國高校本科的教學水平評估中，實驗室基地建設與建設投資及其實驗教學改革被列為一項重要的指標。并且，各高校也逐漸開始響應教育部的的這一舉動，紛紛實行了“雙基”型實驗室[2]，與此同時，建設了“實驗教學示范中心”。當前，傳統(tǒng)實驗教學模式的缺點主要有以下幾點：驗證性的實驗所占比例較大，與綜合性、設計性、創(chuàng)新性實驗之間的比例失調；實驗模式單一、實驗室設備陳舊；實驗教學中缺乏先進的實驗教學手段。
2 提高電子信息類專業(yè)實驗教學質量的方法
2.1 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，能夠充分調動學生主動學習的積極性，培養(yǎng)學生的學習興趣。同時，教師能夠通過計算機技術對學生的實驗操作的全過程進行觀察，對學生進行良好的跟蹤與指導，更好地進行學生實驗結果的采集工作，先進科學的教學理念與教學手段對于提升實驗教學效果，提高實驗教學水平具有重要作用。引入計算機技術后，理論與實驗教學，教師教學指導與學生操作、思考融合成一個有機整體。以往傳統(tǒng)實驗教學中課堂、課時以及實驗設備因素的限制作用得到了解決，實驗教學更加靈活化，教學內容在時空上得到進一步的延伸，更好地激發(fā)了學生進行實驗的熱情。
將計算機仿真技術引入到實驗教學中，通過相應技術進行的虛擬實驗，為學生提供了更為靈活開放的實驗環(huán)境，能夠更好地培養(yǎng)學生在實驗過程中獨立思考能力，增強學生的的學習創(chuàng)新意識。對于實驗教學內容，仿真技術的應用，將虛擬性實驗與真實的電路實驗整合成有機整體，實驗的能動性與趣味性明顯提高，同時實驗內容的充實，有利于學生綜合實踐以及探索創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。當前，已經有越來越多的高校重新進行了實驗室的規(guī)劃建設，通過計算機仿真技術進行虛擬實驗是實驗教學改革發(fā)展的新方向。將與實驗教學相關的計算機軟件技術引入到高校實驗室中，為實驗科研提供了良好的平臺，對于激發(fā)學生學習的主動性與積極性，培養(yǎng)創(chuàng)新能力具有重要作用。計算機仿真技術的應用，一方面能夠改善實驗教學條件、充實實驗教學的內容，另一方面，還能夠明顯降低實驗成本，提高實驗教學的效率。通過單片機的實驗教學，能夠發(fā)現，教學過程中引入proteus仿真軟，通過該軟件對單片機的硬件系統(tǒng)進行模擬，克服了實際實驗過程中硬件電路固定以及實驗內容不易改動等因素的限制。實驗設計全過程，除計算機外不用再進行任何硬件的添加即可實驗，這有力地推動了實驗課程教學改革，更有利于學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。仿真技術的另一重要應用主要表現在學生的業(yè)余愛好上，如挑戰(zhàn)杯、電子設計大賽等等，學生就能夠用計算機來實現仿真，首先用計算機仿真出實驗的模型，再在計算機上進行相應的模擬調試，最終用硬件來實現。在整個仿真的過程中，學生可以自由發(fā)揮自己的潛能，通過大量的仿真對比，來達到設計目的，也可大膽反復地調試，避免了器件的損壞。電子設計競賽中，由于proteus開發(fā)環(huán)的運用，培訓過程中不需投入任何硬件的條件下，學生卻普遍反映，對于單片機的學習比單純理論知識的學習更易接受也更易得到提高。事實證明，運用proteus進行系統(tǒng)仿真成功后進行的實際制作，可明顯的提高單片機系統(tǒng)的設計效率。此外，遠程教學中仿真教學的運用具體重要的意義，對于教學改革是一種很好的嘗試[2]。
2.2 實驗中引入matlab軟件內建的simulink組件技術
目前，我國開設了電子信息類專業(yè)的高校中，大部分都將matlab軟件作為重要的實驗教學平臺，對定理以及算法進行仿真和驗證實驗。simulink組件作為matlab的重要組成，能夠為用戶提供一個仿真分析與動態(tài)建模的集成系統(tǒng)環(huán)境。該環(huán)境下，只需利用鼠標進行簡單直觀的操作，就能夠完成復雜系統(tǒng)模型的構建，在此過程中避免了大量繁雜的書寫程序。由于 simulink組件具有適應性強、效率高，結構仿真精細、流程清晰且貼近實際、效率高、使用靈活等諸多優(yōu)點，simulink組件技術已經被廣泛地運用于處理數字信號與控制理論等復雜的仿真設計之中。同時simulink能夠通過連續(xù)、離散采樣時間以及兩種采樣時間混合的的方式進行建模，該組件還可支持多速率系統(tǒng)，不同的系統(tǒng)組成部分的采樣速率不同。此外，simulink為動態(tài)系統(tǒng)模型的創(chuàng)建，提供的圖形用戶接口(gui) ，使在進行模型方塊圖的創(chuàng)建時只需通過鼠標單擊與拖動鼠等簡單操作即可完成，為用戶提供了一種更便捷、更直接的創(chuàng)建方式，同時能夠立即獲得系統(tǒng)仿真結果。
該組件的這一特性，一方面可以使算法的驗證更為簡單，減少學生投入在驗證性實驗中所用的時間，而將大部分精力投入到設計性、綜合性試驗中；另一方面，可以使學生更快捷的驗證新思路、新算法，而不會由于代碼調試方面的問題影響了創(chuàng)新實驗的開展。以自適應濾波中的經典rls 算法為例，如果直接采用matlab編程方式，在進行代碼調試時，就會消耗掉大量的精力，代碼長度將達到200 行以上。而如果采用simulink組件模塊化設計的思想，只需要鼠標對模型的拖拽，就能以流程圖的形式將濾波器搭建起來。由于simulink提供了豐富的元件庫，采用圖形化的表示方法，學生在進行算法驗證的時候只需調用成熟的模塊進行參數設計即可。這樣的實驗方法事半功倍，思路清晰，參數的調整也十分便捷，廣受學生歡迎。由此可見，引入simulink組件后的實驗，既不會影響實驗效果，又能夠提高實驗效率，對學生模塊化編程的思想也有較好的促進作用。
3 結 語
當前，社會對人才綜合素質的要求不斷提高，進行實驗教學改革已經迫在眉睫，而大學實驗教學的改革又直接影響到學生的動手和創(chuàng)新能力。實驗教學必須能夠跟得上時代的腳步，把計算機仿真技術與simulink組件技術應用到實驗教學中可以充分調動學生主動學習的積極性，充分發(fā)掘學生的創(chuàng)造能力，在學習到先進技術的同時，提高學生對社會的適應能力。
參考文獻
論文摘要：高等職業(yè)教育實踐教學對于促進學生知識理解和掌握、培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力方面發(fā)揮著非常重要的作用。但是由于我國高等職業(yè)教育教學條件相對不足，實踐教學不能最大限度的實現，利用虛擬現實技術來仿真模擬現場可以使學生產生身臨其境進行實踐教學的效果。
實踐教學在高等職業(yè)教育教學活動中占有非常重要的位置，對于深化學生對知識的理解和掌握、培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力具有重要的作用。但是我國高等職業(yè)學校實踐教學特點及條件的限制，阻礙了學生的動手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。不能最大程度的激發(fā)學生的求知欲望，在一定程度上影響了學習的效果，而用虛擬現實技術來進行實踐教學卻可以解決這些難題。
1 虛擬現實技術的內涵及特征
虛擬現實(Virtual Reality，VR)又稱臨境技術，是一種利用計算機系統(tǒng)來創(chuàng)建和體驗虛擬世界(Virtual World)的技術。虛擬現實技術是綜合應用各種技術來制造逼真的人工模擬環(huán)境，并能有效地模擬人在 自然環(huán)境中的各種感知系統(tǒng)行為的高級的人機交互技術，使用戶身臨其境地感知虛擬環(huán)境中的物體，通過虛擬現實的三維設備與物體接觸，從而真正地實現人機交互?？梢哉f人處在虛擬環(huán)境之中跟現實環(huán)境是沒有差別的。
VR技術是計算機技術、計算機圖形學、計算機視覺、視覺生理學、視覺心理學、仿真技術、微電子技術、多媒體技術、信息技術、立體顯示技術、傳感與測量技術、軟件工程、語音識別與合成技術、人機接口技術、網絡技術及人工智能技術等多種高新技術集成之結晶。其逼真性和實時交互性為系統(tǒng)仿真技術提供有力的支撐。它同時具有沉浸性(immersion)、交互性(interacdon)和構想性(imagination)L2 J，VR技術的發(fā)展始終圍繞這三個特征而前進。沉浸性是指用戶對虛擬世界中的真實感，此種真實感將使用戶難以覺察、分辨出其自身正處于一個由計算機生成的虛擬環(huán)境中；交互性是指用戶對虛擬世界中的物體的可操作性；構想性是指用戶沉浸在虛擬世界的多維信息空間中，依靠自身的感知和認知能力獲取新的知識，提高感性和理性認識，從而深化概念并萌發(fā)新意 J。因而可以說 ，虛擬現實可以啟發(fā)人的創(chuàng)造性思維。VR技術的實質是一種采用計算機技術制作仿真的假想世界的技術 J，采用計算機產生一個被仿真世界的動態(tài)、三維視覺環(huán)境，使操作者產生一種身臨其境的感覺。實現的方式主要是戴上特制的頭盔顯示器、數據手套以及身體部位跟蹤器，通過聽覺、觸覺和視覺在虛擬場景中進行體驗。
2 虛擬現實技術在高等職業(yè)教育實踐教學中的應用
2．1 高等職業(yè)學校實踐教學的現狀
我國正處于社會、經濟的快速發(fā)展時期，時代需要大量應用型人才、高技能人才?！凹涌炫囵B(yǎng)高質量技能型人才，是當前我國職業(yè)教育面臨的緊迫任務；加強實踐教學的建設和改革，是提高技能型人才培養(yǎng)質量的關鍵環(huán)節(jié)”[5]。因此，高等職業(yè)教育要將學生職業(yè)技能的培養(yǎng)工作落到實處，實踐教學起著不可替代的作用，加強實踐性教學可提高教學效果和開發(fā)學生創(chuàng)造能力，進而達到鞏固理論知識、提高綜合素質和實踐能力的目的?？梢?，加強實踐性教學，是當前高等職業(yè)教育改革與發(fā)展的重中之重。幫助學生形成實踐操作技能和職業(yè)能力，滿足就業(yè)的需要是職業(yè)技術教育普遍的教學終端目標。
高等職業(yè)教育實踐教學通常存在的問題：(1)專業(yè)實訓設備體積較大而實訓教學的場地有限，教師在講授設備操作、使用、注意事項時，只有在設備附近的少數學生能看清楚。(2)專業(yè)實訓設備結構比較復雜、單價較高，為實訓教學增加設備的臺數勢必大幅度增加購置經費，而且每次使用機器成本較大(包括原材料、電力、機器損耗和設備維修費用，而實驗產品是不能投放市場產生經濟效益的)。(3)實驗設備更新速度相對滯后于技術更新的速度。如果按照現在的技術更新速度同步進行實驗設備的更新，投入將是非常巨大的，由此造成的浪費也是非常嚴重的。(4)由于實驗故障等原因導致的設備損耗較為嚴重。對實驗過程指導不力或實驗過程中的失誤，易導致設備非正常損耗。(5)對于沒有實踐經歷的學生在真實實驗或生產車間進行操作存在一定的危險性。因而在現實教學中，一般采用教師演示或組織學生看錄像的方式，但學生很難獲得感性認識，實驗效果大打折扣。(6)教師只能對機械外表進行講授，而機器的運作原理及內部運作無法了解，當機器運轉時內部結構無法講授(機器運轉時不能拆開機殼)；(7)在財經、管理等文科專業(yè)教學中存在單純依靠語言講授，實踐不足的現象；旅游等專業(yè)的學生實踐教學要專程到旅游景點進行，費用太高等問題。
2．2 虛擬現實技術在實踐教學中的應用特點
2．2．1 教學手段先進 用現代化計算機仿真技術展示設備，學生能真實的對虛擬設備進行操作，且操作過程清晰易懂。同時，在立體投影屏幕上顯示相應的圖像和交互操作的效果，坐在虛擬現實教室的其余近百名學生則可帶上立體眼鏡進行觀摩學習，課堂氣氛活躍，參與度高，有利于學生的正確理解和掌握。
2．2．2 降低辦學成本 用現代化計算機仿真技術，減少設備臺數，沒有原材料消耗，旅游等專業(yè)減少了異地實踐的費用，可大大降低辦學成本。
2．2．3 學習效果明顯提高 用現代化計算機仿真技術，將設備三維“虛擬”出來，并可產生互動，學生通過在計算機反復操作練習后，掌握基本操作技能的時間比以前大大減少，提高了教學質量。
2．2．4 學習興趣增強 用現代化計算機仿真技術，學生可使用計算機進行仿真操作，使一些比較枯燥難于操作的實驗、實訓變得有趣和便于掌握。
2．3 利用虛擬現實技術加強高職學校理工科學生實踐能力的培養(yǎng)
對于高等職業(yè)教育理工科專業(yè)的實踐教學，通過了解實驗儀器的結構、原理及使用，科學驗證或展開演繹課程的理論，從而加深學生對理論的認識。而對于專業(yè)方面的實踐課程，培養(yǎng)學生的動手能力是十分重要的。傳統(tǒng)實踐教學專業(yè)實訓設備結構比較復雜、單價較高，設備損耗較為嚴重，且存在設備非正常損耗現象，有的專業(yè)實踐操作還有一定的危險性，并且存在設備更新速度在很大程度上滯后于技術發(fā)展速度的現象。采用虛擬現實技術可減少資金投入并保持設備更新。通過虛擬現實技術可保護昂貴的真實設備，減少誤操作的危險，縮短占用設備的時間。特別對于一些本來具有一定危險性的實驗實訓教學活動，毫無危險性的虛擬現實 VR教學系統(tǒng)的應用尤為重要。例如，虛擬的化學實驗，通過模擬現實世界真實場景，營造一個虛擬的三維實習實驗環(huán)境，這個環(huán)境的真實感尤為重要。對于化學專業(yè)的實踐教學來說，應盡量精確逼真地表現化學實驗的操作內容、過程和現象。學習者可以通過虛擬操作獲得直觀的親歷體驗，從而在獲得安全操作方面知識的同時，提高他們在不同的復雜環(huán)境下的推理判斷和瞬間決策能力。以這種方式獲得的經驗也會成功的轉移到學習者現實生活的實踐中。
【論文摘要將虛擬仿真技術引進教學領域后對傳統(tǒng)教學手段產生了強烈沖擊。本文針對航空電子裝備教學中如何應用虛擬仿真技術給出了應用方法和心得。
1.引言
自 20世紀 9O年代以來,以計算機仿真技術 、多媒體技術和虛擬現實技術為特征的“虛擬仿真實驗室”開始在世界各地出現,并逐步滲透到教學領域。作為一種新型的實驗教學手段,虛擬仿真教學對傳統(tǒng)的教學手段產生了強烈沖擊,并引發(fā)了教學領域一系列深刻的變化。種種跡象表明,虛擬仿真教學將是今后實驗教學改革的一個重要發(fā)展方向。本文結合多年來在航空電子裝備教學中應用虛擬仿真技術的經驗,探索在航空電子裝備教學軟件中應用虛擬仿真技術的方法和心得。
2.虛擬仿真技術簡介
虛擬仿真技術是對虛擬現實技術和系統(tǒng)仿真技術的合稱。
2.1虛擬現實技術
虛擬現實技術就是利用三維建模技術,構建一個和現實世界的物體和環(huán)境相同或相似的虛擬三維場景,并能響應用戶的輸進,根據用戶的不同動作做出相應的反應。虛擬現實的關鍵技術主要有動態(tài)環(huán)境建模技術、實時三維圖形 天生技術、立體顯示和傳感器技術等。虛擬現實技術主要側重于對真實物體物理特征的仿真,也稱為視景仿真,它主要用于產品設計和展示、貿易廣告、游戲設計等。
在航空電子裝備教學中,大量用 到對裝備的外觀 、結構 、組成 、連接 、機安裝位置的展示 ,傳統(tǒng)教學大都采用實物展示 的方法 。近年來隨著大量航空電子裝備 的更新換代,因受經 費、場地及使用壽命等因素的限制 ,傳統(tǒng)教學方法 已遠遠不能滿足要求 ,而采 用虛擬現實技術的展示方法則 以其廉價 、無場地限制和效果 良好得以廣泛應用。
目前有大量成熟的軟件平臺可以進行視景仿 真的開發(fā),主流平臺Creator Vega Vega Prime VTree OPENGVS QUEST3D VRTOLLS EON、WEB3D、JAVA3D、GLStudio等。其中,MULTIGEN公司的虛擬現實數據庫 OPENFLIGHT已經成為 了產業(yè)標準 ,在軍事 、航空航天等領域應用都 比較成熟 。在航空 電子裝備虛擬仿真軟件的開發(fā)中我們采用r Vega Prime、GLStudio和 EON作為視景仿 真開發(fā)的技術平臺 ,解決物理模型的創(chuàng)建、場景顯示等新題目。該平臺可以達到照片級 的視景仿真效果 .同時采用嵌進 OPENGL技術來解決物理模型 的交互新題目。
2.2系統(tǒng)仿真技術
系統(tǒng)仿真技術是伴隨著計算機技術的發(fā)展而逐步形成的一門新興學科 .它通過建立實際系統(tǒng) 的數學模 型 ,利用計算機運算來達到對被仿真系統(tǒng)的分析、探究、設計等目的。系統(tǒng)仿真技術主要側重于對真實系統(tǒng)的內在機理、運動方式 的仿真,也稱為行為仿真。系統(tǒng)仿真技術最初主要用于航空、航天、原子反應堆等價格昂貴、周期長、危險性大實際系統(tǒng)試驗難以實現等少數領域,后來逐步發(fā)展到電力、石油、化工、冶金、機械等一些主要產業(yè)部分,并進一步擴大到社會系統(tǒng)、經濟系統(tǒng)、交通運輸系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)等一些非工程系統(tǒng)領域。 在航空電子裝備教學中,對裝備工作原理的講解既是重點也是難點。傳統(tǒng)教學方法主要通過教員的講述,配合一些靜態(tài)的圖形幫助學員理解 .教學效果主要依靠于教員的授課水平和技巧 。近年來.我們嘗試將系統(tǒng)仿 真技術應用到航空電子裝備教學中,根據被仿真裝備的工作原理,建立系統(tǒng)的數學模型,并根據裝備的不同工作狀態(tài),對模型進行動態(tài)運行.結合虛擬現實技術實現的逼真場景.較好地模擬實際裝備的工作情況。利用該技術開發(fā)、研制的教學軟件不但可供教員教學使用.也可供學員自學,并達到了較好的教學效果。
目前,有很多成熟的系統(tǒng)仿真開發(fā)平臺軟件.如 Simulink、SystemView等,這些軟件以其功能強大和使用方便、易用性受到廣大用戶歡迎.但價格較為昂貴,且大多未提供對外的仿真數據接口.仿真系統(tǒng)應用的靈活性、擴展性和可變性受到很多限制。當然也可自行開發(fā)適用 的仿真開發(fā)平臺軟件。在航空電子裝備虛擬仿真軟件的開發(fā)中我們采用的是自行開發(fā)的系統(tǒng)仿真平臺軟件。
3.虛擬仿真技術在航空電子裝備教學中的應用方法和步驟
3.1建立仿真模型
這里所說的仿真模型既包括反映航空電子裝備外觀、結構的三維物理模型 ,也包括揭示其內在工作機理及行為的數 學模 型。對三維物理模型的建立,主要依據裝備本身的物理狀態(tài),其原則就是在盡量減小面數的同時進步逼真度。對系統(tǒng)數學模型的建立,則需要視系統(tǒng)的復雜程度進行取舍和優(yōu)化,本著夠用為度的原則 ,以盡量減小運算量。建立數學模型時 ,還應考慮到系統(tǒng)運行時的參數調整。
3.2創(chuàng)建仿真裝備的虛擬場景并驅動
對于虛擬場景的驅動,根據使用方式的不同采用了不同的方式假如進行的僅是裝備外觀、結構的展示,可使用EON進行動作的編輯和驅動;假如需要對裝備進行虛擬操縱仿真,則使用 GLStudio軟件先進行操縱面板、虛擬儀表的編輯和制作,然后再利用 Vega Prime驅動以實現更復雜的交互操縱。
3.3系統(tǒng)集成
系統(tǒng)集成就是將上述做好的模型、場景按照教學軟件所需的形式將其有機的整合在一起,使之成為_個完整的 、規(guī)范的教學軟件。系統(tǒng)集成可以使用目前常用的軟件開發(fā)平臺如 VB、vc++等。由于上述虛擬現實驅動軟件如 EON、GLStudio及Vega Prime等均以ActiveX控件方式提供 了可用 于常用 軟件開發(fā)平臺的運行插件,因此,系統(tǒng)集成變得十分方便。編寫程序時,只需考慮軟件功能的布置,注重程序間的兼容性即可。
系統(tǒng)集成時,還需要將系統(tǒng)行為仿真的結果通過視景仿真表現出來,即用行為仿真的數據來驅動三維物理模型的動作。由于系統(tǒng)行為仿真采用了專門的運行平臺,和視景仿真處于不同的系統(tǒng)進程中.因此這種驅動是通過兩進程間的實時通訊來完成的。這里還需要考慮進程間的同步新題目。
在歐美等發(fā)達國家，理論與實踐教學的學時比一般為1：2或1：3，遠高于國內大部分理工科高校。長期以來，國內理工類高校實驗占教學之比重較低，普遍存在重理論輕實踐的傾向，這樣不利于人才的培養(yǎng)。教育部和財政部等單位于2012年2月了《關于進一步加強高校實踐育人工作的若干意見》，[1]文中針對加強實踐教學提出了明確的要求和具體的措施。其中第5條指出：深化實踐教學方法改革，加強實踐教學方法是專業(yè)建設的重要內容。因此，需要從學生能力培養(yǎng)著手，對過去單一的實驗教學模式包括實驗內容、方法和形式等方面做進一步的探討和改革。
一、實驗教學內容的調整
“電路”課程高等工科院校是電子信息類專業(yè)的一門非常重要的專業(yè)基礎課。我校電子信息工程學院12版教學大綱規(guī)定，電氣類專業(yè)的“電路”理論課程在大一的下學期開設，教學共計劃84學時，其中理論課時占64個，實驗課時占12個，共安排6次。實驗涉及到的課程主要內容有：電路的基本概念與基本定律、電阻元件的VCR，電源的等效變換、線性電路的基本分析方法、基本定理、含有理想運放的電路分析、一階電路的時域分析、二階電路的時域分析、正弦穩(wěn)態(tài)電路的分析等。
針對新形勢下對人才培養(yǎng)的要求，“電路”課程的實踐教學改革應該采取對不同教學對象因材施教、人盡其才的分層次教學方法，實踐環(huán)節(jié)的內容和形式應多樣化。作為民族院校，生源的差異性較大，對基礎較差的學生要求完成必做的驗證性實驗；對基礎較好的學生除完成基本要求之外，還要完成綜合性實驗；對動手能力強和創(chuàng)新意識強的學生，可分成興趣小組，完成設計性和自定項目的實驗。分層次的實驗教學可以充分調動不同層次學生學習的積極性，充分發(fā)揮其主觀能動性，為社會的發(fā)展培養(yǎng)和提供各種急需的復合型人才。[2]
在“電路”實驗內容的調整上，將原來只要求做驗證性實驗改為計算機仿真實驗和硬件實驗兩大部分，其中硬件實驗又劃分為驗證性、綜合提高性和設計性三個層次。
將計算機仿真技術引入“電路”實驗，[3-4]采用EWB計算機軟件進行仿真實驗，可以實現驗證性、測試性、設計性、糾錯性和創(chuàng)新性等不同形式的針對性訓練，有效地培養(yǎng)學生運用計算機提高分析、應用和創(chuàng)新能力。而且，對復雜的實驗過程在計算機仿真過程中會更便捷高效，可保證一些高壓強電實驗的安全性。安排的相關實驗內容包括電路的直流分析、一階RC電路的瞬時響應、二階RLC串聯電路的瞬時響應、電路的交流分析等。計算機仿真實驗安排兩次實驗，實驗內容在以上指定實驗中選做。
實驗硬件化三個層次的教學內容安排如下：
1.驗證性實驗
驗證性實驗也是基本實驗，教學計劃改革后保留少量的2-3個驗證性的實驗，要求所有的學生一人一組獨立完成。驗證性實驗的部分實驗電路已模塊化，在電路板上連接好；另外的一部分實驗電路要求學生根據實驗要求，自己用給定的元器件在面包板上搭建實驗電路。鑒于學生剛接觸電路實驗，驗證性實驗要求學生在完成指定實驗內容的同時，熟悉各種常規(guī)電子儀器儀表的使用，掌握對電路中關鍵物理量的測量方法，掌握常用元器件的識別方法，以及掌握搭建電路的基本技能，學會對實驗數據的分析和處理方法，旨在培養(yǎng)學生實事求是的良好的工作態(tài)度和腳踏實地的科學作風。
實驗內容包括：電阻元件伏安關系的測試、受控源特性的測試、疊加定理的驗證、直流電路中戴維寧等效和諾頓等效、交流等效參數的測量等。
2.綜合提高性實驗
綜合提高性實驗的目的是一方面要求學生能合理地選擇和使用元器件，另一方面培養(yǎng)學生扎實的基本功和嚴謹的工作作風，提高分析問題和解決問題的能力，以及撰寫小論文的能力，使一部分學生能夠脫穎而出。學生按照老師提出實驗任務和設計要求，設計好實驗電路、寫出實驗步驟、并估算各元件參數。實驗可讓不同層次的學生進行組合，不再局限于一人一組，安排1-2個實驗內容。內容包括：電阻網絡分壓電路設計、動態(tài)調諧電路的設計、運算放大器與有源器件、最大功率傳輸和匹配網絡的設計等。
3.設計性實驗
設計性實驗主要著重培養(yǎng)學生的靈活運用理論知識的想象力和創(chuàng)新能力，為社會的發(fā)展輸送高素質的專業(yè)人才。設計性實驗對學生提出了更高的要求，不再要求所有學生參加，將有選擇性地挑選有基礎扎實、能力強、有潛力和精力的學生參加，將他們分成興趣小組，由指導教師專門指導其完成設計性和自定項目實驗。通過設計性實驗可以進一步挑選，讓其中能力強的學生進入學院創(chuàng)新團隊，重點培養(yǎng)他們參加全國各類電子設計制作競賽，以獲得更多的成長機會。設計性實驗的內容包括：非正弦周期信號與選頻濾波電路的研究、波形產生和波形變換器的設計、直流穩(wěn)壓源和恒流源的設計等。
在時間上，實驗室在一定條件下對學生開放；在內容上，除必做實驗外，還安排有選作實驗和采用現場指導、網絡答疑等多種指導方式；充分利用視頻、實物模型和演示等內容豐富、形式多樣的教學手段。對不同程度學生實行因材施教。
二、硬件實驗平臺的改造
我?！半娐贰痹囼灲虒W改造前主要是依托計算與試驗中心的電工實驗室來完成的。該實驗室使用的KHDG-1電工試驗平臺由于存在使用年限長，設備老化嚴重，維護維修不方便，實驗電路已模塊化固定，只能完成驗證性實驗，無法進行綜合設計型的試驗，根本不能滿足新形勢下我院“電路”課程教學改革和實踐教學的要求，以及由此課程展開的培養(yǎng)學生實踐技能和創(chuàng)新活動能力的需要。由此進行了實驗平臺的改造，自制了試驗箱，改造后的實驗平臺的功能主要表現在：
針對驗證性實驗，將實驗中的驗證性實驗電路模塊化；針對綜合提高性和設計性實驗，可以在實驗平臺上自由搭建實驗電路。
引入該電路實驗平臺后，使得“電路”實踐教學具有以下幾個特點：
新的實踐教學平臺的設計制作和實驗內容的調整，以及配套實驗教材的編寫。給任課老師一個提高理論教學與實踐能力的機會，尤其是對年輕教師，由此得到了鍛煉，從而促進了教學改革，使教學質量真正得到了提高。
新的實驗平臺的實施與使用，使學生盡快接觸到實際的電路元器件，熟練掌握元器件的識別與合理選擇及其正確使用，以及熟練掌握搭建電路的技能，在教學上可以靈活設置實驗教學內容。
通過實驗教學改革，提高了實驗平臺的實用性。靈活多樣的實驗內容，真正的使學生通過本課程和實踐環(huán)節(jié)的訓練后，具備從事電路設計的基本技能和實踐能力。
為創(chuàng)新性活動提供了一個良好的條件。實驗不再局限于課本上的理論知識的驗證，綜合性實驗和設計性實驗培養(yǎng)了學生靈活運用理論知識的應用能力，為學生提早進入各種課外科技活動、各類電子設計競賽等活動提供了良好的條件。
實現了資源共享和優(yōu)化。新的實踐教學平臺的研制及使用，不僅降低了試驗教學的成本，而且改造后的實驗平臺也適用于其他專業(yè)相關學院如生醫(yī)學院、計算機學院等同類課程的試驗。
三、實驗教學改革后的效果
改造后的實驗平臺經過兩年多的實踐，表現出良好的教學效果，主要體現在以下方面：
1.規(guī)范和完善了教學體系和教材建設
根據新的教學大綱重新編寫了實驗教材， 增加了提高性、綜合設計性的實驗內容，符合了不同層次的教學對象，給學生個性的發(fā)展提供了空間和自由，調動了學生的積極性和主動性。
2.獨立性、自信心和學習積極性得到了鍛煉和提高
改造后的實驗平臺性價比高，可操作性強，可實現一人一組，真正使每個學生主動參與到實驗中去，切切實實的通過實驗達到提高，學生普遍反映效果好?；緦嶒灥耐瓿尚Ч浅：?，大部分學生的自信心得到了很大的提升，所有學生的積極性都有明顯的改變。
3.提高了理論知識的靈活應用能力
由改造后的實驗平臺來實行分層次教學，最大限度提高了對理論知識的掌握和實踐的能力，使學生能真正透徹理解電路的基本概念并牢固記憶，切實掌握實驗的基本技能和基本方法，并將課本知識靈活的運用到實際問題中，提高了分析問題和解決問題的能力。
4.創(chuàng)新能力提高
綜合提高性實驗和設計性實驗教學的實施，充分發(fā)展學生學習興趣和個人專長，提高了靈活掌握和運用理論知識的能力，培養(yǎng)和提高了學生的創(chuàng)新意識和能力。
5.利用計算機仿真技術提高設計能力
將 EWB計算機仿真技術引入電路實驗，學生在仿真時可以放心大膽地連接電路，大大地激發(fā)了學生的創(chuàng)新意識和能力，教師著重引導學生對一個實驗嘗試多種電路，比較優(yōu)缺點，選擇合適的方案，比較仿真軟件的分析方法、測量方法與硬件電路的異同以及測量結果的差異，引導學生去發(fā)現問題。
關鍵詞：虛擬制造技術；現代機械工程設計；機械制造；機械產品；機械設計
文獻標識碼：A中圖分類號：TH166文章編號：1009-2374（2016）05-0073-02
作者簡介：伊紀斌（1994-），男，山東淄博人，山東理工大學國防教育學院學生，研究方向：機械設計
隨著知識經濟和工業(yè)制造的快速發(fā)展，現代化的市場要求產品生產廠商要以最快的速度、最優(yōu)的品質、最短的研發(fā)時間、最低的成本消耗和最佳的服務來滿足顧客的需求。傳統(tǒng)設計一般是在圖紙結合產品的特性和設計的具體要求進行的，在機械設計的過程中需要提前對設計中的設備裝配的干擾因素的不確定進行考慮，但是產品在裝配中的缺陷只有在產品開發(fā)的后期才能暴露出來或者在產品的試制階段和裝配中顯現出來。如果設計的零件已經開始投入生產了，那么損失就更加嚴重了。產品的質量在傳統(tǒng)的設計和制造方式上不能得到很好的保證，并且傳統(tǒng)設計的工藝比較粗糙、開發(fā)的效率低、花費時間比較長、耗費的資金比較大。在變化速度快、持續(xù)性發(fā)展和不可預測性市場中難以適應。因此，企業(yè)的生產活動需要具備高度的柔性和快速的反應，與此同時信息技術的飛速發(fā)展保證了機械制造的先進性，信息化的使用對于現代機械工程設計十分重要。
1虛擬機械制造技術
以往傳統(tǒng)的機械設計技術的設備條件比較差，設計技術性不強，傳統(tǒng)的設計觀念比較保守，設計的手段主要依靠的是粗略的計算和估算，主要是在較多的簡化和靜止化假設中完成機械工程的設計，傳統(tǒng)設計具有較大的隨意性，并且設計的關鍵過程還對設計者的經驗和設計習慣具有很大的依賴性。設計的過程很難實現合理、高效和準確。但是在現代化虛擬設計的相關技術可以很好地實現設計經驗依賴性強、設計過程靜態(tài)性和設計理念隨意性向現代化設計精確性、以數據知識工程和專家系統(tǒng)為保證的設計方式的發(fā)展，虛擬計算機技術需要對必要的信息進行檢索、分析和收集。最終找出最優(yōu)的設計方案和數值運算的方式，當然也會對CAD技術和人工智能技術、數據庫技術等進行大量的應用。虛擬機械制造技術主要是在虛擬環(huán)境下對計算機的模型進行虛擬分析的一種計算機設計技術。該技術集成并綜合應用了綜合性的機械制造環(huán)境，主要包括了各種仿真、分析、應用等工具以及信息模型和控制工具等。虛擬制造需要經歷的主要階段有裝配產品的概念設計、動態(tài)仿真、回收利用。依靠虛擬制造技術，機械設計人員不需要將所有的零件設備生產制造出來，可以通過對零件模型的建立，隨后對零件進行虛擬裝配，并對各零件部位之間的裝配間隙進行干涉、對裝配的狀態(tài)實現檢查，對零件設計中的錯誤及時發(fā)現，如果零件不符合設計要求，可以依靠計算機技術方便及時更改模型，最后形成新的零部件設計圖和裝配圖，達到設計、裝配和制造檢驗的協調。
2虛擬制造技術的關鍵
虛擬制造技術包含了許多方面，主要有設計技術的提出、產品制造過程的抽取、原模型的建立、集成基礎結構、建模仿真等。下面就對虛擬制造技術中的關鍵技術進行詳細的介紹：
2.1虛擬技術中的建模技術
虛擬指的是在系統(tǒng)中將現實制造系統(tǒng)映射到虛擬環(huán)境下，主要涉及了RMS的模型化、形式化、計算機化的抽象描述和表示。VMS建模的主要內容有生產模型建立、產品模型建立、工藝模型建立的信息化體系結構的建立。生產模型中有靜態(tài)描述和動態(tài)描述兩種。靜態(tài)描述主要是關于對系統(tǒng)生產能力和生產特性。動態(tài)描述是在已經被得知的系統(tǒng)狀態(tài)和需求的性質上對產品的整個過程進行全面的預測。在制造過程中我們將種種實體對象總的稱之為產品模型。在產品的模型建立中需要對產品的明細、形狀特征等方面進行描述。對于VMS而言，要實現產品實施過程的全部繼承必須具備完整的產品模型。因此在虛擬制造中的產品模型不再是單一和靜止的，它可以運用抽象的技術實現各種模型面貌的提取。工藝模型主要指的是在制造過程中對產品的工藝參數和關于產品功能的各種因素進行聯系，最終實現對產品模型和生產模型之間相互作用的反映。
2.2虛擬制造技術中的仿真技術
仿真指的是通過計算機實現復雜現實系統(tǒng)的抽象化和簡潔化最終形成的系統(tǒng)模型，并且在仿真的基礎上對模型進行應用，最終得到相應的系統(tǒng)性性能分析。仿真主要以系統(tǒng)模型為主體的研究方法，它對實際的生產系統(tǒng)沒有直接的干擾作用，并且仿真系統(tǒng)可以對計算機的計算能力進行應用，實現在短時間內完成在實際工作中需要很長時間的工作，有效縮短了生產決策的時間，最大化地避免了對人力、物力和資金的投入以及浪費。計算機技術還有很好的仿真修復功能，最大化地保證了方案的最優(yōu)。仿真技術過程的主要步驟有系統(tǒng)研究、數據收集、系統(tǒng)模型建立、仿真算法的確定、仿真模型的計算、仿真模型的運行、結果的輸出和分析。仿真在產品的制造過程主要被分為制造的仿真和加工的仿真。在系統(tǒng)產品的開發(fā)中主要涉及的是產品建模、設計交互行為仿真等。方便對設計結果的評價，及時進行反饋，降低產品設計中的錯誤。加工過程的仿真主要有切削、裝配、檢驗及焊接、壓力加工和鑄造等。以上兩種仿真過程是相對獨立的，兩者不能實現集成，而VM中應建立全面過程的統(tǒng)一仿真。
2.3虛擬制造中的虛擬現實技術
虛擬現實技術的目的是改善計算機的交互方式，提高計算機的可操作性，它是在對計算機圖形系統(tǒng)和多種顯示以及控制等接口設備的基礎上，以交互的三維環(huán)境為人提供沉浸體驗的技術。虛擬現實技術主要由圖形系統(tǒng)和多種接口設備組成，使人在虛擬環(huán)境中感受到真實的沉浸感覺，交互性計算機系統(tǒng)是虛擬現實系統(tǒng)的基礎。虛擬現實系統(tǒng)中有操作者、機器和人機接口。它幫助提升人和計算機間的和諧度，同時也是最有力的仿真工具。在VRS的作用下實現對真實世界的模擬。在用戶交互輸入以及輸出修改虛擬環(huán)境的條件下，使人達到身臨其境的沉浸感覺。VM的關鍵技術之一就是虛擬現實技術。
3機械虛擬樣機技術介紹
虛擬樣機技術在機械工程設計中被稱作機械系統(tǒng)動態(tài)仿真技術，它是20世紀80年代在計算機技術的快速發(fā)展中發(fā)展起來的一種計算機輔助技術。在計算機建立樣機模型后，對模型的多種動態(tài)性能進行具體的分析，最后對樣機方案實現改進。用數字化模型代替物理性的樣機。通過虛擬樣機技術的作用，簡化了機械產品的設計開發(fā)過程，有效縮短產品開發(fā)的時間，最大程度降低產品的開發(fā)成本和費用，實現產品質量和系統(tǒng)性能的提升，使設計產品實現最優(yōu)化和最具創(chuàng)新性。綜合以上優(yōu)勢，該技術一經出現就受到了眾多工業(yè)發(fā)達和高等院校及設計和生產企業(yè)的重視，許多著名的產品開發(fā)設計者都對該技術進行了引入并運用在自身產品的開發(fā)中，并且取得了極好的經濟和生產效益。在機械工程設計中應用仿真技術對零件進行設計、生產工序等方面的選用以及工藝參數、加工工藝、裝配工藝等構件的運動性等均可以實現建模仿真。
4虛擬制造技術在機械工程中發(fā)揮的優(yōu)勢
4.1強大的通用性和分析處理復雜問題的能力
虛擬樣機技術建立和發(fā)展的基礎是分析力學和多體運動力學，該技術的關鍵是對復雜機械系統(tǒng)進行自動建模。因此，大多數的虛擬樣機技術軟件主要運用的是帶約束乘子的微分代數混合方程。令每個構件都有六個自由度是它的核心，還要要求其對多余的自由度進行限制，實現其具有良好的通用性，達到適用性強的目的。與此同時，虛擬樣機技術還對機械系統(tǒng)的詳細環(huán)節(jié)進行考慮，具體指彈性、接觸和摩擦等因素。
4.2為機械系統(tǒng)建模帶來便利
傳統(tǒng)的機械系統(tǒng)建模中要先建立運動分析，隨后在運動分析的基礎上進行動力分析，這中間需要許多的圖形分析和公式推導。但是圖形的分析和公式的推導過程往往比較復雜，并且錯誤率高。同樣的建模過程中設計人員只需要將機械的構成方式和連接方法以及相應的物理參數實施輸入，其后的建模和求解只需要計算來完成就可以了，極大地幫助設計人員承擔了許多的設計難度。
4.3強大的后期處理能力
在傳統(tǒng)的分析方法上通常得出的是大量的數據，數據的理解還要依靠豐富的經驗和理論。但是運用虛擬樣機計算軟件為復雜性的數據提供了可視化技術，使得設計人員直觀地看到機械設計的性能和運動效果。
5結語
虛擬制造技術實現了現代工程機械工程設計領域中的設計、試制等一系列過程的直觀性。實現了在產品真正制造出來前，可以在虛擬的制造環(huán)境中生成產品的原型，更好地替代現實中的硬件產品，更方便地對設計產品的性能和可生產性進行評估，極大地縮短了產品的設計和生產周期，最大化地節(jié)約了產品開發(fā)的成本，保證產品的開發(fā)和設計可以適應市場的靈活性的變化。虛擬制造技術是現實技術和計算機仿真技術在機械制造中的綜合應用。在現代化計算機虛擬設計技術的幫助下實現對眾多產品的開發(fā)和設計，不僅不會造成實際物質的浪費，并且還能更直觀地了解產品生產的具體情況，打開了機械制造和設計的全新局面。
參考文獻
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根據高職醫(yī)學影像技術專業(yè)電工電子技術課程教學中存在的問題,針對高職生特點,從教學內容選取,教學方法、教學手段、考核方法改革等方面進行分析、總結。
關鍵詞：
高職；醫(yī)學影像技術專業(yè)；電工電子技術
電工電子技術是醫(yī)學影像技術專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎課程，理論性和實踐性都非常強。本文針對醫(yī)學影像技術專業(yè)高職生專業(yè)和職業(yè)能力需求，根據高職生特點，以實踐、應用為主線淺談其教學改革。
1存在問題
1.1理論與實踐脫節(jié)
傳統(tǒng)教學中理論教學與實踐教學是分開的，且過分追求教學內容的系統(tǒng)性與完整性，忽視了電工電子技術作為應用學科的實用價值，學生缺乏明確的學習目標，難以理解課程目的和意義，影響了教學質量提高和應用型、技能型人才培養(yǎng)。
1.2教學方法陳舊
教學基本上采用“教師講，學生聽”的灌輸式方法，有些教師對新的教學方法和手段不熟悉、不適應，課堂上講得過多、過細，缺乏新意，沒有留出足夠的時間供學生思考回味。此外，課后作業(yè)過多也使學生無暇思考，導致其始終處于被動狀態(tài)，無法產生學習興趣和熱情。
1.3考核方式單一，內容片面
電工電子技術課程考核采用閉卷筆試方式，主要考查學生理論知識掌握情況。這樣既不利于學生對知識的全面掌握，又不符合高職生學習特點。
2改進措施
2.1課程整合和優(yōu)化
打破學科體系，改革課程設置，實施課程內容的簡約、集成與重組，體現高職教育特色。以實際應用能力培養(yǎng)為主線，精簡教學內容，去除理論推導、證明、驗證內容，注重技術重現和技術實現。實現做中學，弱化過深、偏難的理論，突出知識的實際應用。以適用、實用為原則，優(yōu)化知識技能結構，形成與職業(yè)崗位需要相一致的教學內容。從職業(yè)崗位需要出發(fā)，將課程知識與技能有機結合起來，增加實用性和針對性，刪去與今后工作關系不大的內容。例如，很多教材大篇幅講解二極管如何形成單向導電性、三極管內部載流子的傳輸情況，然而在實踐中，只有專門從事研究的人員才可能用到這些原理，對于高職生而言，教學重點應該放在二極管、三極管的作用，如何判斷二極管正負極，三極管的標號及管腳判別鑒定，如何通過參數來選擇二極管、三極管的型號等內容上。對電子電路應強化集成電路方面內容（特別是集成電路的應用），而難度較大、求解過程復雜的例題、習題應予以刪減。
2.2加強與專業(yè)課程的對接
電工電子技術是專業(yè)基礎課，一般在大一第一學期開設。此時，學生對專業(yè)還不夠了解，授課內容既要注意與各學科專業(yè)基礎知識的銜接，又要兼顧同后續(xù)課程的聯系。教學內容應滿足各層次學生對課程深度和廣度的要求。
2.3課堂教學方法靈活多樣
高職生基礎相對薄弱，教師應根據學生實際水平，對基礎知識、基本內容和重點內容精心組織，運用多種教學方法，如比喻法、類比法、啟發(fā)質疑法、講練法、實驗演示法，使學生克服厭學心理，樹立自信心，提高學習興趣。對于理論性較強的內容，教師要耐心講解，引入各種案例，多講多練，反復強化，務必使學生掌握。
2.4充分利用現代科技，豐富教學手段
抽象的電工原理講解起來容易使學生覺得枯燥乏味且生澀難懂，如電容的充放電等，若合理巧妙地使用輔助教具，往往能收到事半功倍的效果。教師可以通過教學錄像、實物模型、幻燈片、投影以及生動詳盡、圖文并茂的教學課件，激發(fā)學生學習興趣，開闊學生視野，進一步強化對基礎理論的掌握。為了適應目前既要減少教學時數又要增加課堂信息量的教學改革形勢，培養(yǎng)學生學習主動性，提高自學能力，充分利用網絡資源是有效可行的方法之一。在理論教學中引入仿真技術來提升教學質量，使理論得以驗證。比如，對于一些較抽象的內容，教師用語言不易描述，學生也難以理解，還有許多概念需要通過實驗闡述和驗證。在講授需要實驗演示的電路時，可利用事先建立的仿真電路文件進行現場演示，不但提高了教學效率，而且降低了教學難度。實驗教學中引入仿真技術，具有3個優(yōu)點：（1）實驗信號存在時間過短，用常規(guī)儀器往往很難觀察到，借助仿真技術可以方便觀察；（2）將實驗任務布置給學生，讓學生先進行理論設計，然后按照設計要求進行計算機仿真設計，再到實驗室按照仿真電路裝配實際電路進行測量；（3）進行虛擬仿真實驗，根據教學內容和專業(yè)要求，聯系生產實際提出簡單的設計題目，讓學生進行理論設計，然后在計算機上完成仿真實驗，檢驗和完善自己的設計。
2.5理論教學與實踐教學相結合
電工電子技術是一門基礎學科，也是一門應用學科，學生不僅要掌握必要的理論知識，還要把這些理論靈活應用于實踐。但是，學生到企業(yè)實踐的機會很少，無法了解具體工作流程。為此，教學中，每章都從最基本的應用實例出發(fā)，由實際問題入手引入相關知識和理論，由實訓引出相關概念。首先，教師提出學習內容、目的、要求及注意事項，學生自主學習，再通過自己動手來加深對所學知識的理解，同時訓練相關技能。這種在教師指導下，感性認識與理性認識的交互，對學生自主學習能力的培養(yǎng)起到了促進作用。教學所選實訓項目應與醫(yī)學影像技術專業(yè)相關，這樣會極大地激發(fā)學生學習興趣。此外，實踐教學場所應按照職業(yè)環(huán)境來布置，突出職業(yè)特點。同時，實踐教學嚴格按照生產、建設、管理、服務第一線的現場有關規(guī)定，強化學生職業(yè)技能和職業(yè)素質，促使學生形成一絲不茍、嚴格認真的工作作風。
2.6建立以能力為中心的課程考核體系
改變傳統(tǒng)考核方式，強調學生能力考核，實現向過程考核的轉變。學生學習效果的好壞主要取決于教學過程，與之相對應的考核也應貫穿整個教學過程?？荚嚥辉倬窒抻趩我坏拈]卷形式，而是采用開放靈活的方式，包括開卷考試、課程論文、口試、實際操作、調查報告、綜合考查等。不同內容采用不同考核形式，如基本理論考核采用閉卷形式；實訓技能考核采用項目任務形式，根據學生態(tài)度和操作情況，綜合評定實驗實訓成績；平時作業(yè)可以結合生產實際寫課程論文和調查報告。課程結業(yè)成績由平時成績、實驗實訓成績、期末成績（試卷）組成。為使學生全程參與，將其注意力轉移到日常學習上來，可擴大平時成績和課程測驗比例，具體為：平時成績占20％，課程測驗成績占40％，期末成績占40％。另外，改革平時測試和實驗考核記分方式，實行實質性評價，部分考核可按照A、B、C、D級評分，淡化分數，促進學生全面發(fā)展。注重考核反饋，通過反饋使學生了解自己的不足，使教師調整教學方式。
3結語
論文關鍵詞:虛擬現買技術 培訓 作用
論文摘要:我國石油行業(yè)發(fā)展迅速，職工的素質直接影響到石油企業(yè)的效益及安全生產狀況，因此，企業(yè)對職工的技術要求越來越嚴格。鉆井模擬器采用基于虛擬現實的虛擬制造技術，開發(fā)過程運用多種先進的計算機技術，并結合了鉆井工程的實際工藝，改變了原有的鉆井培訓方法。作為針對油田具體情況開發(fā)的新型培訓系統(tǒng)。鉆井模擬器有著積極的意義。本文重點分析了該系統(tǒng)的開發(fā)過程，詳述了虛擬現實技術在油田培訓鉆井井控人員過程中的作用。
1．引 言
我國石油行業(yè)的發(fā)展與現場地質情況等密不可分，充滿著危機和挑戰(zhàn)。對于員工的能力和安全意識要求很高，傳統(tǒng)的進場培訓有一定的局限性，例如：職業(yè)培訓效果是否良好主要依賴于教師的水平，培訓過程沒有明確統(tǒng)一的評價標準，針對性差，沒有可重用性等。可見傳統(tǒng)的培訓技術不但受時間、空間的限制，而且在人力、資源、經費、組織實施等方面都存在很大問題。尤其對于危險作業(yè)或不具備實驗條件的高級培訓，傳統(tǒng)的培訓方式更是難以實現。傳統(tǒng)培訓模式的局限性制約了人們所期望的培訓質量和培訓效率，滿足不了現代社會的需求。
鉆井模擬器采用虛擬制造技術的概念，開發(fā)過程基于現代計算機控制技術、計算機仿真技術、計算機圖形技術、計算機網絡技術，并結合了鉆井工程的實際工藝，改變了原有的鉆井培訓方法。它為用戶提供了起下鉆、鉆進、井控和鉆井事故及復雜情況處理等作業(yè)的操作過程模擬，主要用于鉆井司鉆、鉆井技術人員的操作培訓和安全培訓，并為學員培訓考核提供了教師評分系統(tǒng)，解決了傳統(tǒng)培訓過程中客觀上無法解決的技術難題。作為新型的針對油田具體情況開發(fā)的培訓系統(tǒng)，鉆井模擬器有著積極的意義。
2．基于虛擬現實技術的虛擬培訓
該設備是以控制為中心的VM設備，主要用于鉆井人才的培訓。這套虛擬培訓設備運用虛擬現實技術 ，真實生動的模擬了鉆井工藝流程的細節(jié)。學員能夠通過對仿真鉆機設備的操作，直接觀察到鉆井平臺上的活動以及操作結果，最終達到讓培訓人員掌握正確操作過程的效果。虛擬培訓有以下特征：
2．1 仿真性
在虛擬現實技術支持下，虛擬培訓設施與真正的培訓設施功能相同，操作方法也一樣，學員通過虛擬培訓設施訓練技能與現實培訓基地里同樣方便。這是因為虛擬培訓環(huán)境無論是現實的環(huán)境還是構想的環(huán)境，都是虛擬的但又是逼真的。理想的虛擬環(huán)境應該達到使受訓者難以分辨真假的程度。
2．2 開放性
虛擬培訓環(huán)境可以為所有受訓者在任何時間、地點提供各種培訓的場所。實際上，虛擬培訓環(huán)境的內涵是廣泛的，它不同于傳統(tǒng)的培訓基地概念，它具備可以進行類似于傳統(tǒng)培訓項目的環(huán)境，但更擅長的是使學員置身于培訓項目對象中的逼真環(huán)境。凡是受訓者可以通過有關器具操作，來學習或訓練某種技能的虛擬環(huán)境，并都歸之于虛擬培訓環(huán)境。
2．3 超時空性
虛擬培訓環(huán)境具有超時空的特點，它能夠將過去世界、現在世界、未來世界、微觀世界、宏觀世界、客觀世界、主觀世界幻想世界等擁有的物體和發(fā)生的事件單獨呈現或進行有機結合，并可隨時隨地提供給學員進行培訓。
2．4 可操作性
受訓者可通過使用專門設備，用人類的自然技能實現對虛擬環(huán)境的物體進行操作，就像在現實世界中一樣。
2．5 對應性
學員的培訓內容與虛擬環(huán)境是密切對應的。例如，學員要學習飛行器駕駛技術，那么虛擬環(huán)境就是飛行器飛行的模擬環(huán)境。對應性將能為受訓者設定各種復雜的情況，以提高受訓者的應變能力，從而使得他們在實際環(huán)境下能得心應手的處理各種情況。另外，虛擬現實技術能按每個學員的基礎和能力，對應性的開展個性化的教育培訓。
3．鉆井模擬器視景仿真系統(tǒng)的分析與設計
計算機圖形學是研究現實場景計算機顯示的科學，也是利用計算機處理人類所能看見的圖景的手段和方法。視景仿真技術是以計算機圖形學為理論基礎的三維模型動態(tài)顯示技術，基本原理是：根據觀察點及觀察方向對場景進行實時計算和實現，并做到對三維復雜環(huán)境中物體運動的實時交互控制，產生良好的動畫效果。實現三維模型視景的實時動態(tài)顯示，一方面要求計算機硬件有高速運算能力和很強的三維圖形處理功能；另一方面還要求在算法和軟件上有所發(fā)展，以便在硬件平臺上取得更好的實時動態(tài)顯示效果。視景仿真系統(tǒng)是鉆井模擬器的重要組成部分，它提供給用戶一個三維的真實感視覺環(huán)境。
3．1 鉆井模擬器視景仿真系統(tǒng)分析
鉆井模擬器在虛擬培訓過程中需要模擬井場環(huán)境和操作結果，這就需要視景仿真系統(tǒng)根據鉆井模擬器司鉆控制臺的操作過程，實時模擬出井場環(huán)境的變化和司鉆、井控操作對鉆井過程的影響。在現實的司鉆和井控過程中，操作錯誤和地質環(huán)境變化都是事故的誘因，在鉆井模擬器視景仿真系統(tǒng)中也模擬了事故發(fā)生過程和事故排除的情況。實時地顯示鉆井過程中的數據，計算參數。根據司鉆臺操作的具體行為，依照物理模型和數學模型來模擬設備運動的過程，使得鉆井模擬器視景仿真系統(tǒng)的三維動畫過程更貼近現實。
鉆井模擬器視景仿真系統(tǒng)需要對井場設備、自然環(huán)境、井下情況進行實時的動態(tài)模擬，使培訓者在培訓過程中除了學習操作知識 ，還能更有效、直觀的學習到理論知識。硬件設施和三維圖形軟件的結合實現了虛擬模擬系統(tǒng) ，培訓人員能夠通過這套虛擬培訓設備完成所有鉆井工作人員所需要的專業(yè)知識和實際操作技術。
3．2 實時場景系統(tǒng)組成
根據鉆井模擬器視景仿真系統(tǒng)的需要，開發(fā)過程在Windows xP平臺上，建模部分使用3D MAX完成機械部件的模擬，模型的管理由3D Explorer~成，并實現模型數據文件的轉換導出。程序對模型的控制由C++Builder6．0實現，整個開發(fā)過程基于OpenGL2．0。
鉆井模擬器視景仿真系統(tǒng)的實時場景組成包括以下幾個部分：三維圖形實體模型、鉆井模擬器視景仿真系統(tǒng)控制程序、GLSL編寫的渲染效果。
在整個組成部分中，最重要的是鉆井模擬器視景仿真系統(tǒng)控制程序，在程序中完成了以下工作：場景初始化、工藝動畫控制、與主控機通信、參數顯示、碰撞處理以及特效渲染。
場景初始化：由于鉆井工藝的復雜性和虛擬培訓的操作性，每個作業(yè)當前場景都有所不同。在一個新的作業(yè)開始前，圖形程序在接收到控制機發(fā)出的作業(yè)指令后初始化當前場景，例如：鉆井平臺上各操作部件當前的數量、狀態(tài)以及位置。
工藝動畫控制：在完成規(guī)定工藝作業(yè)的過程中，司鉆控制臺做出的每一個動作都將轉換成數字信號傳遞給主控機，再由主控機發(fā)送協議數據給圖形程序，圖形程序得到參數后，做出具體反映。在圖形機上體現出鉆臺上各種控制系統(tǒng)的運動參數、具體動作、視圖選擇(包括上視角、井下視角、防噴器視角、多視圖顯示等)等。
與主控機通信及參數顯示：主控機的設計主要由鉆井模擬器設計的需求決定，由于這套儀器主要用于虛擬培訓 ，教師和學生之間有教與學的關系，主控機能夠提供給教師一個教育平臺，提供作業(yè)調度、控制、評分等功能，與此同時，傳遞司鉆控制臺上發(fā)來的各項數據，并把與操作有關的數據發(fā)給圖形機，即鉆井模擬器視景仿真系統(tǒng)，兩方通信，傳遞參數并進行數據處理，在屏幕上顯示操作過程中需要操作者了解的參數值。
碰撞處理：在三維圖形的運動仿真過程中是不允許有“穿墻而過”的狀況發(fā)生的，因此要對運動物體作碰撞檢測的處理。為了遵循模型運動的真實感，鉆井模擬器視景仿真系統(tǒng)當然也包括碰撞的檢測與處理部分。
渲染特效：實現對火焰 、氣泡 、液體噴涌效果的模擬，使用GLSL實現電影級的光照效果，可以分別模擬白天，夜晚，探照燈等光照模式，大大地提高了圖形效果和真實感。
3．3 鉆井模擬器視景仿真系統(tǒng)設計
一個性能優(yōu)越、功能完備的系統(tǒng)需要在設計階段就進行詳細的設計規(guī)劃。這樣，在后期的開發(fā)過程中才能完成高質量的軟件項目。鉆井模擬器視景仿真系統(tǒng)的設計遵循面向對象的原則，在系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可擴展性和兼容性等方面都有突出的表現。
3．4 系統(tǒng)特點及設計目標
鉆井模擬器視景仿真系統(tǒng)要求有以下特點：
1)可以生成高質量的圖形，實現實時的可控動畫。
2)圖形的生成快速穩(wěn)定，對圖形硬件要求不高。目前，系統(tǒng)配置為NVIDA6800，NVIDA6系列以上顯卡都可以實現高質量的圖形動畫。
3)提供給用戶多角度、多視圖的工作窗口，方便用戶定位觀測，在操作過程中既能觀察整個場面，又能集中觀察工藝作業(yè)下重要部件的工作過程。
4)建立模型細致、真實 ，宏觀模型和微觀模型通過軟件和程序分別建模，真實感程度高。
經過分析鉆井模擬器視景仿真系統(tǒng)的系統(tǒng)特點后，設定該系統(tǒng)要達到以下目標 ：
可擴展性：對于新模型、新器件、新工藝的增加，方便快捷，可以在短時間內完成對系統(tǒng)的擴展。
兼容性 ：系統(tǒng)可以用于Windows2000／XP平臺，兼容于各種圖形加速硬件。
敏捷性：圖形生成迅速、穩(wěn)定，一般的圖形加速硬件既可滿
足要求；系統(tǒng)應達到反應迅速、操作靈敏的功效。
3．5 基于面向對象的系統(tǒng)設計
鉆井模擬器圖形系統(tǒng)的設計是基于面向對象的，系統(tǒng)規(guī)模較大，設計復雜?；谠阢@井工藝中涉及到的物體較多，并且各個物體在不同的方面有不同的特性，因此在設計之前，應確定設計類的準則。對本系統(tǒng)而言 ，這里關心的是用物體如何展現工藝流程 ，所有類的設計應該圍繞物體的動畫功能需要來進行。
在鉆井各工藝流程中，大鉤、鉆桿等物體是系統(tǒng)動畫的載體，具有物體自身的方法和屬性，因此 ，可以將其封裝成類。根據圍繞物體的運動功能來設計類的思想 ，將液壓大鉗和液壓大鉗的活塞、吊卡的主體和活頁設計成不同的類，這樣設計不僅可以使動畫更加逼真，還能提高系統(tǒng)靈活性。
