導語：如何才能寫好一篇虛擬仿真課程資源建設，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

文章編號：1671-489X（2016）10-0021-04

Construction of Mechanical and Electrical Virtual Simulation Experiment Teaching Center//LI Jifang， XIE Huomu， SUN Daoheng， ZHUO Yong， XU Yingjie

Abstract To train students’ comprehensive design and innovation ability， we share quality teaching resources and improve the experimental training and teaching system for undergraduates in Xiamen University. Relying on technology as virtual reality， multimedia， HCI， databases， and network communication， we practically construct the mechanical and electrical virtual simulation experiment teaching center. Based on combination of virtual and real （preferring real once it is available）， we focus on construction of virtual simulation teaching resources， virtual simulation platform and the teaching team.

Key words mechanical and electrical engineering； virtual simu-lation； experimental teaching center

1 引言

在機電類學生實驗實訓以及綜合創新能力培養中，有一些是真實實驗不具備或難以完成的教學內容，如機械設備內部結構不易觀察；有一些是真實實踐訓練學生參與程度低、成本高的內容，如機床拆裝、復雜模具裝配等；還有一些實踐訓練高危、消耗大、不可逆。同時，實踐教學存在實驗教學空間有限、設備臺套數不足、學生課上實驗實訓時間受限、教學資源緊張等問題。隨著計算機技術和信息技術的發展，結合高等教育信息化建設開展機電類專業實踐教學改革，成為克服實踐教學環節技術困難的一條重要途徑[1]。

虛擬仿真實驗教學是高等教育信息化建設和實驗教學示范中心建設的重要內容。2013年，教育部根據《教育信息化十年發展規劃（2011―2020年）》，決定開展國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作。

廈門大學機電工程訓練中心是省級實驗教學示范中心，面向全校16個專業對約2000名本科生開設機械技術實踐訓練和電氣技能實踐訓練的課程，年實驗人時數超過10萬。另外，省級測控技術及儀器實驗教學示范中心承擔學院機電類各專業約300名本科生的專業實驗課程教學。

隨著學校機電類多學科的發展，對虛擬仿真實驗教學的要求不斷擴大，為了全面培養學生創新精神和提高實踐能力，共享優質實驗教學資源，進一步完善本科實驗教學體系，以及滿足可持續發展的需要，學校在機電工程訓練中心和測控技術及儀器實驗教學中心兩個省級示范中心的基礎上，整合機電類相關學科專業的虛擬仿真實驗教學資源和人力資源，按照國家級實驗教學示范中心的建設要求，組建“廈門大學機電類虛擬仿真實驗教學中心”。中心以建設和共享信息化優質實驗教學資源為重點，開發大量虛擬實驗項目和教學資源，搭建網絡信息化管理平臺，逐漸形成校內全部開放、校外預約開放的虛擬仿真實驗教學模式，取得較大效益和成果。2013年12月，廈門大學機電類虛擬仿真實驗教學中心入選首批100個國家級虛擬仿真實驗教學中心。

機電類虛擬仿真實驗中心的建設工作主要體現在以機電類虛擬仿真資源的建設為核心、以虛擬仿真實驗教學平臺的建設為支撐以及加強教師隊伍建設三個方面。

2 以機電類虛擬仿真實驗資源建設為核心

虛擬仿真實驗教學中心建設理念 機電類專業具有實踐性強，對學生工程能力培養要求高的專業特點。廈門大學機電類專業虛擬仿真實驗教學中心規劃建設上以達到教學大綱所要求的教學目的為基本要求，以提高學生創新精神和實踐能力為宗旨，以實現真實實驗不具備或難以完成的教學功能為建設重點，明確虛擬實驗的定位，確立了“虛實結合，注重基礎，融入前沿，開放共享”的建設理念。以“虛”來加強理論知識與實踐動手操作的聯系，以“實”來提高學生解決工程實際問題的能力，注重學生基礎性實踐技能的培養。建設資源滿足反復練習、強化記憶的功能。充分利用本學科教師前沿的研究成果轉化成虛擬仿真教學資源，讓學生接觸到本學科前沿技術，豐富實踐教學內容。充分利用網絡通信技術開放共享，學生可以24小時隨時訪問虛擬仿真實驗室，滿足更多學生在平臺下自主學習、探究學習、協作學習的學習需求。

虛擬仿真實驗室是傳統實驗室的延伸和有效補充，它可以彌補傳統實驗室的不足，可以豐富實踐教學的內涵，帶動實踐教學模式的創新。虛擬仿真還可以輔助理論教學，使之成為理論學習的重要輔助手段。理論教學中抽象的、難以理解的內容可以通過虛擬仿真的形式展現出來，易于學生的學習與掌握。虛擬仿真實驗深刻影響教師教學授課方式，帶動專業建設與改革；可以激發學生學習興趣，提高學習質量，增強教學效果[2]。

中心基于多年來虛擬現實技術的研究積累，在建設上充分利用機電類學科專業優勢，發揮教師的自主研發能力，并積極利用合作企業的開發能力和支持服務能力建設虛擬仿真實驗教學資源。多種形式的資源建設途徑為虛擬實驗教學提供了可持續發展的思路，校園網寬帶技術的支撐為可持續發展提供了物質保證，優秀的教學團隊及合作企業為教學資源的建設提供了技術保證，校企合作模式可保證新教學資源的開發和資源的維護更新，并進一步豐富教學內容。

虛擬仿真實驗實訓教學體系的構建 中心在深入研究機電類包含的機械設計及其自動化、測控技術及儀器、電氣工程及其自動化以及飛行器動力工程等機電類專業本科生培養計劃的基礎上，圍繞“卓越工程師計劃”，瞄準“培養具有創新精神和實踐能力的高質量工程應用型人才和選拔科學研究型人才”目標，在充分分析現有真實實驗資源的基礎上，本著“虛實結合、相互補充、能實不虛”的原則，構建了機電類虛擬仿真實驗實訓教學體系。

在機電類虛擬仿真實驗實訓教學環節中，采取階梯遞進式教學方式，在建設中把虛擬仿真實驗實訓教學內容分為三個實踐層次：一是以強化專業基礎實訓技能為主導的實踐層次；二是以強化專業課程實驗技能為主導的實踐層次；三是以強化學生綜合設計和創新能力為主導的實踐層次。通過建設和整合，各種形式的虛擬仿真實驗教學資源構成了既層次分明、各有側重，又相互滲透、互相促進的實踐教學體系。

圖1所示是中心虛擬仿真實驗教學資源建設架構圖。其中，專業基礎實訓類實驗資源有15項，專業課程實驗類實驗資源有14項，綜合創新實踐類實驗資源有12項。

第一層次：以強化專業基礎實訓技能為主導的實踐層。該層次的虛擬仿真實驗課程設置以機電類相關的基礎課程為主，包括電工學、模擬電子技術、數字電子技術、單片機技術與應用、機床數控技術訓練、數控切削技術訓練、數控銑削技術訓練等必修課程的實訓。

這一類資源為軟件共享資源，不帶有實物對象，構建了高度仿真的虛擬實驗環境和實驗對象，包括電氣技術實踐訓練、數控技術實踐訓練、電子技術實踐訓練以及模具設計與制造4個實訓門類共15門課程。這部分資源與機電工程訓練中心從資源配置上充分體現了虛擬結合、相互補充的原則，其中一部分課程可補充目前實踐訓練所缺乏的參與程度低、成本高的部分，如模具拆卸與組裝、數控機床機械安裝等課程；一部分課程可作為真實實訓教學的訓前準備課程，這部分課程可減少真實實訓的高消耗，如數控切削技術訓練、數控銑削技術訓練課程。

該層次的建設目的是讓學生系統學習機電類專業的基礎實驗知識，掌握基礎實訓技能，深化理論知識的學習，培養學生獨立思考、團結協作的精神，加強分析問題和解決問題能力的培養，從而達到培養學生專業學習的興趣。

第二層次：以強化專業課程實驗技能為主導的實踐層。該層次的實驗課程設置以機電類相關的專業課程為主，構建幾個實驗平臺。

1）基于虛擬儀器技術建設的可遠程訪問虛擬仿真實驗平臺，屬于儀器共享資源，含有信號與系統及傳感器原理兩門課程資源，共建設了15個實驗項目，輔助理論教學，豐富實驗內容。

2）工業機器人一體化實訓平臺，選取國內外主流品牌的典型工業機器人，以真實的工程應用項目為背景，基于真實的工作過程，構建集課程資源包、虛擬仿真軟件、實物機器人為一體的“理、虛、實”一體化的教學與實訓系統，可完成包括示教編程、離線編程、維護保養、裝調維修、綜合應用在內的全方位教學與實訓任務。

工業自動化技術課程作為電氣、自動化、測控專業一門典型的應用型課程，正面臨從傳統的PLC編程教學，向項目引導、實踐型、工程化、開放性方向靠攏，實驗室總是存在空間有限、資源有限的問題。中心自主建設大量工業虛擬仿真被控對象，同時積極引進國內外成熟的生產流水線的教學對象，充分重視虛擬實驗環境的真實感、可操作性，解決了工業自動化技術實驗教學中的瓶頸問題，促使教學方式方法改革，提供全開放學習環境，有效節約教學資源，激發學生學習興趣。

另外，對機電類專業的一些核心專業課程，充分利用教師的教研成果，轉化為虛擬仿真實驗項目，豐富了實踐教學內容。

該層次的建設目的是讓學生系統學習相關專業實驗知識，掌握專業實驗技能，引導學生自主發現問題、解決問題，培養學生的創新能力、動手能力與團隊合作精神。學生還可以綜合運用多門課程知識實現完整應用，逐步建立系統的概念。

第三層次：以強化學生綜合創新設計能力為主導的實踐層。該層次的資源設置主要圍繞完成綜合性實驗，以實驗項目驅動的方式，由學生自主設計完成虛擬仿真創新型實驗。另外，參加各種層次學生創新設計實踐大賽完成科研方法訓練。在這一層次的教學中，中心設立獨立創新實驗室，為創新活動提供指導，提供儀器設備和場所。采用開放的實驗室管理方式，實驗室全天對學生開放，有專任指導教師給予指導和服務。

該層次的建設目的是讓學生在掌握基礎實訓技能和專業實驗技能后，充分利用綜合類實驗資源，對學生進行創新能力和科研方法訓練，培養學生創新設計和系統設計能力，激發學生創新熱情和參與創新活動的積極性。

3 以虛擬仿真實驗教學平臺為支撐

虛擬仿真實驗教學資源能夠為學生提供生動、逼真的實驗學習環境，在廣泛的學科領域提供更多的虛擬和仿真體驗，從而加速和鞏固學生學習知識的過程和成果。虛擬仿真實驗教學平臺應支撐教學資源的開放，包括支持虛擬資源的在線開放、虛擬與真實的結合開放。平臺還應具有良好的交互特性，如實驗數據的采集、實驗過程的指導、實驗報告的在線收集與成績評判等。

廈門大學機電類虛擬仿真實驗教學中心目前已有成熟的信息化網絡平臺，一方面擁有獨立的門戶網站，能實現中心概況、實時新聞、中心動態、全部課程介紹等信息的；另一方面建設有遠程虛擬仿真實驗平臺，能實現實驗實訓課程開放、學生選課、遠程答疑、作業提交批改等教學管理功能。中心特別配套有專門高性能服務器，以滿足信息化平臺對性能及穩定性的要求。校園門戶網站對校內外公布虛擬仿真實驗教學信息，提供虛擬仿真實驗教學平臺鏈接等相關服務。

教學資源集成在遠程虛擬仿真實驗平臺上，通過互聯網可開展網上學習、考試、評價和互動交流等活動。平臺提供不同的權限。

1）學生通過賬號、密碼由學生端登錄系統，完成學習、閱讀公告、自我測試、上傳作業、實驗實訓項目練習、在線提問、討論等內容。

2）教師可通過賬號密碼登錄教師端，完成公告、授課、報告評判等授課行為。針對不同的學習群體，可以設置不同實驗實訓項目，組織學習與培訓，并可以實時查看學員的學習次數及學習效果；針對總體情況，靈活調整個性化學習方案。平臺集學習、實驗實訓、考試、評價、管理功能于一體，充分利用網絡資源開展虛擬實驗實訓，實現了教學的在線網絡化。

3）教務管理人員通過平臺實現人員管理、教務管理等功能。

4）教學平臺的運行與維護由負責后臺管理的技術員完成，包括賬號管理、權限設置以及實驗模板管理。

虛擬仿真應用于教育是教育技術發展的一個飛躍。它營造了“自主學習”的環境，由傳統的“以教促學”的學習方式轉變為學生通過自身與信息環境的相互作用，實現自主學習、探究學習、協作學習。學生可通過互聯網24小時操作，徹底打破傳統實驗室時間與空間的限制，在保證教學效果的前提下，極大地節省了成本。

4 加強教師隊伍建設

中心在建設過程中著力建設成了一支教學、科研、技術人員相結合，核心骨干人員相對穩定，結構合理的虛擬仿真實驗教學團隊，形成一支教育理念先進、學術水平高、教學科研能力強、實踐經驗豐富、勇于創新的虛擬仿真實驗教學和管理隊伍。中心設置主任1人、副主任2人，并成立了機電類虛擬仿真實驗教學中心發展委員會。本中心學科專業教師與信息技術研發人員配置合理，有專業教師36名（專任教師兼職為主），其中教授7人、副教授12人、助理教授17人，負責課程制定和教授；工程技術人員38

名，高級工程師6人，工程師32人，其中實驗指導及資源維護25人，網絡資源管理團隊5人，負責網站建設、信息、課程教務管理；研發團隊8人，與合作企業配合，能根據課程需要完成網絡課程資源的開發、維護及更新。

中心借助廈門大學現有青年教師人才培養計劃的政策優勢、平臺優勢，通過吸取寶貴經驗，積極拓寬人才培養渠道，進一步加強虛擬仿真和實驗教學方面青年教師人才的培養力度。

5 結語

廈門大學機電類虛擬仿真實驗教學中心通過虛擬仿真教學資源的建設推廣，達到了以下效果。

1）實現了教學資源的大范圍共享，可供本校全校學生共享和部分校際共享。

2）豐富了課堂教學內容，利用更形象、直觀的教學手段進一步激發了學生的學習熱情，引導學生主動參與到實驗教學環節，增強了教學效果。

3）豐富了實踐教學手段，通過三維虛擬現實的動畫演示、手工操作，增強了教學過程的真實性，引導學生能夠親自參與各種實踐環節，提高了動手操作能力。

篇2

關鍵詞：虛擬仿真實驗；實驗教學；土木工程；實驗室建設；

作者簡介：徐明(1972—)，男，黑龍江大慶，博士，研究員級高級工程師，實驗教學中心副主任，主要研究方向為實驗教學及實驗技術

1土木工程專業的實驗教學特點

土木工程專業的實驗與實踐教學具有行業的特殊性。

(1)空間體量巨大。土木工程的服務對象是建筑物、橋梁、隧道，一般體量巨大。現在世界最高的建筑物高度超過800m，橋梁的最大跨度達1991m，超高層建筑物的單根柱子、單根樁基的承載能力上萬噸。進行這些結構或構件的實體實驗幾乎是不可能的，即使是縮尺實驗，也存在實驗構件及加載設備體量大、實驗環境惡劣、實驗費用高的問題，限制了學生的參與。

(2)施工周期長。土木工程的建設周期一般比較長，世界最高建筑物———迪拜塔的建設歷時6年，通常一幢普通的住宅樓施工工期也需要1年以上。由于時間的限制，學生的認識實習和生產實習無法得到工程建設全過程的體驗。

(3)工程參與方多。土木工程存在不同的建設參與方(建設方、設計方、施工方、監理方等)，在學生認識實習和生產實習過程中，往往只能體驗其中某一方的工作，無法從不同參與方的視角去感受和經歷工程。

(4)危險性高。土木工程實驗很多是破壞性試驗，并且是脆性破壞，具有一定的突然性，學生在實驗過程中的安全問題十分突出。同時，由于施工現場工序復雜、人員眾多，而很多學生又缺乏施工經驗和對危險源的判別能力，這使得很多施工單位在安排學生的認識實習和生產實習時存在顧慮。

(5)實驗難度大。在土木工程的實驗中，災害環境(如臺風、火災、地震、滑坡和泥石流等)的模擬設備造價高(大型地震模擬振動臺的造價上億元、大型風洞的造價幾千萬元)。災害環境實驗難度大、危險性大、費用高。

為解決土木工程傳統理論教學與學生工程化培養之間的矛盾，拓展實驗及實踐教學的深度和廣度，提高實驗教學的實效，實現理論教學與實踐教學的緊密結合，特別是進行災害環境對土木工程影響的分析、解決重大工程的防災問題，盡可能減少實驗成本和潛在危害，東南大學在課堂理論教學、原有實體實驗、認識實習和生產實習的基礎上，利用專業的仿真軟件，采用多媒體技術以及網絡通信平臺，構建了具有高度真實感、直觀性和精確性的虛擬仿真實驗教學平臺，作為實體實驗及實踐教學的有益補充和創新［1－5］。

2實驗教學資源建設

早在2005年“工程結構設計原理”與2006年“建筑結構設計”國家精品課程建設期間，東南大學就開始組建土木工程計算機輔助結構設計實驗室，此后結合“土木工程施工”、“工程合同管理”、“結構力學”及“工程結構抗震與防災”幾門國家精品課程和其他相關課程的建設，又相繼成立了土木工程施工虛擬仿真實驗室、土木工程管理信息化等實驗室。2013年通過資源整合，依托國家級土木工程實驗教學示范中心，成立了東南大學土木工程虛擬仿真實驗教學中心。

中心面向土木工程、建筑學、交通工程及其他相關專業，形成了“三層次、四模塊、五結合”的教學體系。

(1)三層次：按照人才培養需求與教學規律，將實驗教學內容劃分為基礎訓練、提高訓練和創新訓練；

(2)四模塊：按專業知識體系與工程實踐規律，搭建土木工程設計、施工、管理、創新實踐4個虛擬仿真實驗平臺；

(3)五結合：與理論課程相結合、與實體實驗相結合、與科研項目相結合、與實際工程相結合、與企業實踐相結合。

其中，四模塊的18門實驗課程支撐8門專業主干課程與12門實體實驗實踐課程，輻射其他16門專業課程，基本覆蓋了土木工程專業的主要專業課。

2.1土木工程結構分析與設計虛擬仿真模塊

模塊主要包括：(1)基本構件虛擬仿真、樓蓋設計虛擬仿真及單層工業廠房設計虛擬仿真等基礎訓練層次的虛擬仿真實驗項目；(2)建筑結構抗震虛擬仿真、高層建筑結構設計虛擬仿真、大跨空間結構設計虛擬仿真及橋梁結構設計虛擬仿真等提高訓練層次的虛擬仿真實驗項目；(3)復雜結構虛擬仿真、基于MTS混合實驗、大跨橋梁抗風虛擬仿真、結構構件抗火虛擬仿真等創新訓練層次的虛擬仿真實驗項目，是“工程結構設計原理”、“建筑結構設計”與“工程結構抗震與防災”這3門國家級精品資源共享課的重要建設內容。

結構分析與設計虛擬仿真實驗項目充分體現了CDIO(conceive-design-implement-operate)的工程教育理念［6－7］，是從工程的構思到概念設計，再進行仿真分析，根據仿真分析結果對概念設計進行優化調整，最后按優化后結構進行施工圖設計的全過程虛擬仿真實驗，實現虛實結合的實踐教學。

以特色實驗項目“基于MTS系統混合模擬實驗平臺”為例，傳統的建筑物抗震防災實驗大多數是對整個結構進行的，由于整體實驗成本較高且實驗項目較多，導致實驗場地和實驗時間安排緊張。為了提高實驗項目的實際效果和設備的有效利用，將結構的大部分替換為數值子結構并采用計算機進行仿真，而只有小部分結構在實驗室進行足尺實驗(見圖1)。仿真實驗具有參數可調、實驗方案可擴展、不存在硬件損耗的特點，能夠加深學生對實驗的理解；實體實驗具有真實可靠、直觀性強的特點，能夠提高學生的動手能力和觀察能力。采用計算機仿真實驗與實體實驗相結合的手段，可以有效提高學生綜合應用所學知識的能力。同時，實時混合實驗作為目前最先進的抗震防災實驗手段之一，有助于培養學生的創新意識，提高學術水平。

2.2土木工程施工虛擬仿真模塊

該模塊主要包含基本施工技術虛擬仿真、復雜工程施工技術虛擬仿真及關鍵施工技術仿真分析3部分。基本施工技術虛擬仿真主要包括土方、樁基礎、模板、鋼筋工程等施工過程的虛擬仿真，是模塊的基礎訓練部分；復雜工程施工技術虛擬仿真主要是針對超高層建筑結構、大跨空間結構、大跨橋梁結構等典型工程施工全過程的虛擬仿真，向學生介紹最新的施工技術和復雜工程的施工組織，它是模塊的提高訓練部分；關鍵施工技術仿真分析部分主要針對全新的施工技術，通過對施工過程中關鍵部分的仿真分析，確保施工的順利和安全，它是模塊的創新訓練部分。

以典型實驗項目“大跨橋梁結構施工虛擬仿真”為例，該實驗項目以銅陵長江大橋工程為案例，與中鐵大橋局集團和柳州歐維姆機械股份有限公司合作完成。對該工程的施工全過程進行了虛擬仿真，包含樁基礎施工、沉井施工、主塔施工、鋼桁梁吊裝施工、斜拉索施工等子系統(見圖2)。通過該項目的學習，學生可以了解大跨斜拉橋施工的主要步驟、施工工藝、技術措施等。

2.3土木工程管理虛擬仿真模塊

該模塊包含工程項目管理、工程造價管理、工程合同管理和工程管理BIM綜合4個部分。傳統的信息技術類課程教學模式比較注重信息系統管理知識的介紹和基礎軟件操作，但是存在信息技術類知識體系在不同部分之間的割裂問題，使學生難以形成結構化、模塊化的專業信息技術能力和素質。土木工程管理虛擬仿真實驗平臺對傳統課程設置模式進行了改革，根據多學科對信息技術的應用需求，注重學生專業核心能力的培養，形成信息技術類實驗課程平臺。

以典型實驗項目“工程管理BIM綜合虛擬仿真”為例，該項目根據給定的工程項目設計(包括建筑、結構、設備等)方案、相應的城市規劃條件以及有關的地理環境數據，從施工單位、設計單位或咨詢單位的角度進行項目建筑設計方案的多維可視化仿真(見圖3)，并利用BIM模型進行輔助施工管理，包括項目的日照分析、建筑能耗分析、綠色建筑評價、建筑體量計算等。

2.4土木工程創新實踐虛擬仿真模塊

本模塊主要分為基于創新訓練計劃的虛擬仿真和基于學生參加科技競賽的虛擬仿真兩部分，以滿足學生課外研學課程的需要，在實驗項目的設計上充分體現CDIO的工程教育理念。學生根據項目的要求，利用已學的專業知識，對結構進行概念設計，然后運用仿真分析軟件進行模型計算分析，根據仿真分析結果對模型設計進行優化，完成實體模型的制作，將制作好的模型進行加載或讓其完成特定功能。通過本模塊實驗項目的訓練，可以加深學生對各類結構體系、設計分析的理解和認識，使學生在知識運用能力、創新能力、動手能力、團隊協作精神等方面得到全面提升［8－9］。

以典型實驗項目“創新結構體系虛擬仿真實驗”為例(見圖4)，要求學生設計并制作創新結構模型，以反映學生的力學概念、結構概念和創新思維。實驗項目鼓勵節能減排、循環經濟的創新思路，旨在通過指導學生對結構概念設計、基本構件受力狀態、空間結構體系及特點、典型工程案例分析等內容的學習，培養學生勤于觀察與思考，并動手制作結構模型的能力，使學生能夠從結構整體上把握建筑物的結構體系及受力特點，并通過學習報告、制作模型及加載體驗的方式提高學生的動手實踐能力和創新意識。

3教學特色

3.1依托優質教學資源建設虛擬仿真實驗平臺

土木工程虛擬仿真實驗教學中心長期堅持實體實驗項目建設和虛擬仿真項目建設相結合，通過國家級教學團隊的規劃，完善了實驗教學體系，并將學生實驗訓練的學時數比例由總學時的19%增加到25%。中心依托國家級土木工程實驗教學示范中心，與理論教學緊密結合，進行虛實結合的實驗教學資源建設，有力地支撐了6門國家精品課程、5門國家級精品資源共享課程和1門國家級視頻公開課的建設，提升了課程建設和專業建設的水平。2013年，土木工程專業以優秀成績第4次通過住建部高等教育土木工程專業評估委員會的評估，在2012年的全國學科評估中，東南大學土木工程學科名列全國第三。

3.2來源于科研項目，面向創新能力培養

中心依托“國家預應力工程技術中心”、“混凝土與預應力混凝土教育部重點實驗室”等國家和部省級科研基地，不斷地將最新科研成果轉化為虛擬仿真實驗項目。通過把科研成果轉化為實驗教學內容，把科研方法融入實驗教學活動，向學生傳授科研理念、科研文化、科研價值，使學生了解科技最新發展和學術前沿動態，激發科研興趣，啟發科研思維，培養科研道德，提升學生科學研究和科技創新能力。

3.3來源于工程實踐，面向工程實踐能力培養

中心的大量虛擬仿真實驗項目來自于真實的工程實例，是以實際工程為背景，解決工程實際問題為目標的“實戰型”項目。通過真實項目的演練，指導學生綜合運用專業知識，進一步培養學生的工程素質和實踐能力，為社會輸送合格的“來之能戰”的畢業生。

已將典型重大工程轉化為實驗項目的實例有：

(1)山東博物館屋蓋薄壁箱型結構虛擬仿真；

(2)廣州南站大跨空間結構溫度應力虛擬仿真；

(3)廣州白云機場復雜鑄鋼節點虛擬仿真；

(4)潤揚長江大橋大跨橋梁抗風虛擬仿真；

(5)深圳大運會體育館鋼結構安裝施工虛擬仿真；

(6)滬通長江大橋橋梁沉井施工全過程虛擬仿真。

3.4面向防災減災，開展災害虛擬仿真

現代土木工程的最大威脅來自于各種自然災害和人為災害———地震、臺風、海嘯、火災、爆炸、泥石流等。各種災害因其巨大的時空尺度而難以再現，因其復雜的生成原因而無法重復，所以要借助現代虛擬仿真技術進行演示。中心依托云計算中心每秒37萬億次峰值浮點計算能力，運用大型虛擬仿真分析軟件，開展地震、臺風、火災及爆炸等災害的模擬，提升學生防災意識和減災水平。

篇3

關鍵詞：虛擬仿真；計算機虛擬仿真實驗教學中心；建設與實踐

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）03-0267-02

在國家信息化發展戰略的指導下，教育信息化在教育教學領域和管理過程中的應用正在逐步深入，該應用有力地促進了教育模式、教學方法和學習方式的深刻變革。高等教育信息化建設和實驗教學示范中心建設的重要內容就是建立虛擬仿真實驗教學中心。2013年，教育部開展了國家虛擬仿真實驗教學中心的建設工作。虛擬仿真實驗教學中心的建立是信息化技術與學科專業、實驗教學改革以及實驗教學示范中心建設發展深度融合的產物，它順應了現代教育信息化的發展趨勢和現實需要，對高等教育質量的提升和實驗教學改革的深化，產生了積極而重要的影響。

一、計算機虛擬仿真實驗教學中心建設必要性

國內高校的計算機專業本科生的理論基礎知識相對比較扎實，但實踐與創新能力與世界一流大學的計算機專業本科生之間有較大的差距。探索提升計算機實驗教學的效果，提高本科生的實踐動手能力，培養學生的創新意識，是高校計算機教師近幾年不懈努力的方向。計算機虛擬仿真實驗教學中心的建立的必要性：①它可以為提高學生對計算機實踐課程的興趣和動力提供有效途徑。②它是培養學生自主構建計算機仿真模型體系的最佳機會，有利于夯實學生的專業基礎，促進實踐創新能力的發展。③它是拓寬實驗教學的必經之路，可以促使高等教育的功能從“人才培養者”向“人才設計者”轉變。綜上所述，實驗教學現已全面進入信息化時代，建立計算機虛擬仿真實驗教學中心是實驗教學改革發展的必然趨勢。

二、西安理工大學計算機虛擬仿真實驗教學中心建設的具體實施

西安理工大學計算機虛擬仿真實驗教學中心（下面簡稱中心）是隸屬于校、院兩級管理的教學單位，它依托陜西省計算機實驗教學中心以及網絡計算與安全技術重點實驗室平臺建設，并由學校網絡中心為其提供網絡技術支持。中心主要針對計算機科學與技術、軟件工程兩個一級學科專業，以及其他學院計算機相關專業對于虛擬仿真實驗教學的需求，利用計算機科學與工程學院雄厚的技術力量，圍繞計算機實驗教學的特點，開發虛擬仿真實驗的硬件設備及軟件系統，開展基于虛擬現實、數據仿真、網絡攻防等技術的實驗教學及科學研究工作。

篇4

1我校化學反應工程授課現狀

我校的化學反應工程課程只針對化學工程與工藝專業本科生開設。我校的化學工程與工藝專業開設于上世紀九十年代，而化學反應工程課程的授課歷史也已有二十多年。近年來，隨著西部大開發進程的加快，成都及周邊地區特別是民族地區對化學化工類人才的需求旺盛，我校每年化學工程與工藝專業的招生人數始終保持在140人左右。前幾年由于學校工科基礎薄弱，我校反應工程課程主要通過課堂教學為主，缺乏實驗實踐設備和場地，學生對于課程中涉及的基本原理僅有一些感官認識，無法深入理解。隨著人才市場對學生素質要求的不斷提升，僅局限于課堂授課的化學反應工程課程急需通過改革課程內容和授課方法，提升課程教學質量和學生素質。

2虛擬仿真技術與化學反應工程課程的融合

從去年開始，隨著我校化學類虛擬仿真實驗教學中心獲批省級實驗教學中心，學校加大了對化學類虛擬仿真教學平臺的建設，本項目團隊適時、創新性地提出將虛擬仿真技術和化學反應工程的教學實踐相結合，大膽嘗試提升化學反應工程課程教學效果的新方式方法。2.1利用虛擬仿真素材真正實現多媒體教學十四年前，我校就全面實現了多媒體教學，但是由于多媒體素材開發的滯后，使得過去的多媒體教學大部分是文字、公式、圖片等的羅列。由于PPT播放速度快，多數學生對于課程理論內容一知半解，對學習的公式和圖片很難融會貫通。從2014年開始，化學類虛擬仿真教學平臺的一期建設項目中加大了對教學課件素材的購買和建設，如“合成氨素材庫”“工業反應器素材庫”等等，化學反應工程課程在多媒體教學中更多采用flas等動態多媒體形式進行教學，將公式、文字和圖片融會貫通，復雜的內容變得淺顯易懂，學生在課堂上的學習負擔減輕，提升了學習效果。

2.2通過實物和實訓模型加深理論學習效果

過去由于實驗經費和場地緊缺，化學反應工程課程缺乏對應的實驗和實訓課程。自2015年開始，借助化學類虛擬仿真教學平臺的實物模型和實訓模型，我們開設了“化工仿真”和“化工專業實驗”兩門課程，通過專業實驗加深學生對于工業反應過程和反應器理論的認識，通過實訓課程擴展學生對于實際反應器具體操作方法的知識了解。例如:通過全混流反應器和平推流反應器仿真模型，學生可以深入理解“返混”的概念;通過多釜串聯實訓模型，學生可以深入理解停留時間的評價方法。實踐過程中，學生通常4～6人一組，每個人均能夠動手操作，因此加深了理論聯系實際的效果。

2.3仿真軟件教學使表面學習轉變為底層學習

除了課件素材和模型以外，化學類虛擬仿真教學平臺建設中還包括了“基礎實驗”、“專業實驗”、“生產實訓”三大仿真軟件教學模塊。其中，與化學反應工程課程相關的軟件包括“CO中溫－低溫串聯變換反應”、“乙苯脫氫制苯乙烯”、“催化反應精餾法制甲縮醛”等。以上軟件的使用將學生對于理論課程的學習不再停留于公式推導、反應器結構等孤立的表面學，而是通過工業實例使學生將原理、實物、工業運用融會貫通，實現一種基于深層次理解的底層學習。這一過程使得該課程的學習效果顯著提升。

2.4課上被動學習轉化為課下主動學習

由于我校為二本院校且學生多來自少數民族地區，學生的知識基礎較為薄弱，為了掌握課程內容需要反復練習和操作，需要更多的學習時間。但學校的實驗設備和場地等硬件設施和資金均無法滿足學生的長時間的課上學習。因此，我校化學類虛擬仿真教學平臺建設投入部分資金建設了虛擬仿真網絡共享平臺，使得學生能夠通過電腦、手機等客戶端可以方便的訪問學校的虛擬仿真軟件資源。在課余時間，學生為了掌握課程內容、提升考試成績，可以花大量的時間通過網絡有針對性的對個別難點內容進行反復操練。這一舉措將學生的學習由課上轉變為課下，將學習方式由被動轉變為主動。這一措施提升了學生對化學反應工程課程的學習熱情，讓教師有時間和動力去豐富共享平臺資源，進而從根本上改變了課程的學習方式，提升了學習效果。

3成績與問題

通過近一年的教學改革，我校化學反應工程課程的教學效果初見成效，學生對該課程的學習熱情極大提升，課程期末考試優秀率增加至10～15%，學習效果有效提高。在實踐過程中，我們也發現了不少現存問題需要解決。本次課程教學改革主要在于虛擬仿真技術和多媒體課堂授課之間的融合，由于探索時間短，故目前主要存在的問題都在于二者之間融合的兼容性問題，如:(1)如何實現多個課程之間的系統性融合從反應工程課程角度而言，新開的化工仿真和化工專業實驗是反應工程學習的輔助課程，但從整個化工專業角度，三者均為專業教育服務，如何能將這局部與整體之間的關系進行融合是一個系統性問題。(2)硬軟件資源與共享平臺無法全方位融合目前，共享平臺對于提升學生學習積極性和自覺性有很大幫助，但是由于共享平臺和硬件、軟件資源的接口不同，導致存在兼容性問題，要實現所有硬軟件資源與共享平臺的全方位融合需要學校和各個硬軟件生產企業深入合作，這需要政策、人力、資金等多方位的支持。(3)實踐硬件設備和專業軟件之間缺乏直接聯系目前，實踐硬件設備和專業軟件之間并無必然聯系，有些硬件設備沒有相應的軟件支持，而多數軟件也沒有硬件實物作為對照，故而學生學習時對某個對象只能了解其硬件和軟件方面，無法全面深入理解。為了解決這個問題，需要硬軟件生產廠家提升自身產品研發深度，盡可能做到硬軟件結合。

4結語

篇5

關鍵詞：經濟管理 虛擬仿真實訓 區域經濟發展

為貫徹《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號文）中“不斷推進教學資源的共建共享”的指導意見，加強對經濟管理類專業教學資源庫建設的統籌協調和指導，促進利用現代信息技術改革教學內容和方法。同時，為了順應遼寧經濟發展中對先進制造業生產管理人才需求的情況，我們將國家資源庫內涵建設的思路與方法輻射到經濟管理課程的建設上，在遼寧努力打造經濟管理類跨專業虛擬仿真實訓中心。

一、根據區域經濟發展，遼寧對經管類人才的需求

近年來遼寧省經濟發展迅速，特別是沿海經濟帶和沈陽經濟區上升為國家戰略，擴大了遼寧省的影響力。多年來，遼寧按照保增長、擴內需、調結構的總體要求，工業系統緊緊圍繞裝備制造業結構優化和產業升級，突出裝備制造業的核心地位，推進先進裝備制造業基地建設。“十二五”時期，產業集群以其獨到的發展特征和經濟效應，成為遼寧省結構優化升級、經濟發展方式轉型和區域經濟發展的必然選擇。到2015年，我省百億以上產業集群將達到100個以上，其中五百億到千億的產業集群達到30個，千億產業集群達到10個以上。隨著我省產業集群的快速發展，遼寧省對各類人才的需求將大大增加，尤其對先進制造業生產管理人才提出了強烈的需求。

遼寧省《2010-2020年人才發展規劃》中提到，到2020年，人才資源總量從現在的457萬人增加到720萬人，增長58%，其中包含經營管理人才95萬人。在遼寧省重點企業重點項目緊缺人才需求分析中，急需人才崗位排名中第一位是機械（11.8%）、第二位的即為經營管理（9.8%），其人才需求以基層員工為主，半數以上企業不注重學歷，以實際能勝任崗位為用人的著眼點，注重人才的實際能力。從606家企事業單位上報的未來五年緊缺人才需求情況，可以看到：人才需求將不斷增長，人才需求總數是當前需求的1.37倍，需求熱門的崗位包含財務金融、經營管理、人力資源。

在遼寧省的經濟發展中，中小企業占據“半壁江山”，2010年的成績單則顯示，我省中小企業占全省生產總值的比重已經超過了六成。“十二五”期間，我省將按照國家總體部署，集中對12.7萬戶規模以上成長型中小企業和7.22萬戶成長型中小企業給予六大扶持政策。從遼寧省社會保障廳提供的數據來看，未來五年，我省中小企業需要高等職業教育的應用型技能型人才將達到33.4萬人，其中基層管理崗位需要25.7萬人，平均每年需要5.2萬人，占77%以上。

“十二五”時期，遼寧省要完成經濟的增長，迫切需要大批各種層面的經管類應用型人才。而傳統的經濟管理理念和方法已經無法滿足經濟高速發展的需要。現代社會對經濟管理專業人員素質的總體要求是：創新型、應用型、復合型。經濟管理人員不僅要系統地掌握管理、經濟、法律等專業理論知識，還必須懂得相關產業的技術、生產流程、產品特性等業務知識。具有創新能力、創業能力、深入研究解決問題的能力、領導能力，以及高度的社會責任感。持續、快速、健康的經濟增長目標與效率低下的傳統企業管理方式之間的矛盾，催生了打造遼寧省經濟管理類應用型專業人才培養基地（工商企業管理虛擬仿真綜合實訓中心）建設的思路。

二、建立經管類跨專業虛擬仿真實訓中心的必要性

（一）培養高技能、應用型管理人才，為遼寧經濟社會發展服務

建設經濟管理類跨專業虛擬仿真實訓中心是適應國家信息化與工業化兩化融合發展戰略對信息化管理人才的需要，是服務于遼寧經濟社會發展的需要。隨著遼寧產業結構調整、產業不斷升級，人才需求結構在迅速變化，對高素質應用型人才的需求顯著增加。本項目的實施可以為遼寧經濟發展提供急需的信息化管理人才，并拓展管理類專業為社會服務的功能，開放學院教學資源，建立互動交流機制為我省企業服務，可以更好地為遼寧經濟社會發展服務。

建設集管理工作場景模擬和管理軟件模擬于一體的經濟管理類跨專業虛擬仿真實訓中心，在實踐教學中引用企業經營管理虛擬仿真模式，將“走出校門”的要求與應用現代化教學手段相結合，采取教學方法、教學工具和手段創新的方法使學生置身于真實企業的運營管理氛圍，模仿企業的實際運作狀況進行生產的計劃與控制等工作，可以讓學生在緊張而極具趣味性的模擬運營管理中得到能力的鍛煉、職業素質的提高，提高學生對管理的感性認知和崗位技能，培養高技能、應用型管理人才。虛擬仿真實訓l中心的建立顯得尤為必要和迫切。

（二）建設完整的跨專業實踐教學體系，提供專業基礎技能的綜合訓練

高等學校課程體系主要解決兩個相關的問題：一是實現培養目標應選擇的課程及其內容的深度與廣度；二是各課程內容和呈現方式間的互相配合和銜接。課程體系是一個具有特定功能系統，不僅要將內部的要素諸如各類課程連結成一個統一整體，還必須充分體現培養目標和培養規格，適應社會經濟發展的需要，反映科學技術發展的現狀與趨勢，符合學制及學時限制。

建設跨專業綜合實訓l中心能有效促進經管類專業實驗教學內容體系的有效整合，對經管類各專業學生既具有較強的針對性，又具有高度的資源共享性，能夠為各專業學生提供專業基礎技能的綜合訓練。

（三）建設多位一體的實訓基地，促進職業教育更好、更快發展

建設經濟管理類跨專業虛擬仿真實訓中心，可以使職業教育獲得更有力的資源支持，將實訓中心建成集教學、職業培訓、職業技能鑒定、技術研發應用推廣多位于一體的實訓基地，能夠使其成為一個輻射遼寧省的示范性工商企業管理培訓基地，極大地改善工商企業管理專業群相關專業的實驗實訓教學條件。實訓教學整體的實習環境和條件也將得到極大的改善與提高，為職業教育更好、更快發展奠定堅實基礎。

三、建立經管類跨專業虛擬仿真實訓中心的可行性

（一）校企共建模式創新

有專家預測，未來5年內，整個職業教育行業將根據“鞏固現有成果、擴大合作范圍、提升合作效率”的方針政策來開展校企合作的探索，以此繼續拉升就業率。“校企合作”將會開拓更為廣闊的空間，并呈現出“政府、企業、學校”三方立體合作的局勢。

目前，很多軟件公司已與高職院校簽署了共建管理信息化人才培養基地戰略合作協議書，成為校企合作戰略伙伴，已經進入了實質性的工商企業管理虛擬仿真綜合實訓中心設計階段。例如某軟件公司，已與清華大學等多家院校共建管理信息化實訓中心和經管類人才培養基地。軟件公司對經濟管理類跨專業虛擬仿真實訓中心建設的不斷加大投入，并深度合作，共同設計實訓中心、共同開發實訓l項目、共同培養人才，共同建設和管理實訓中心。

（二）跨專業的協同訓練

專業知識和具體實踐是多對多的體系，一個具體實踐需要超脫專業范圍的綜合理論束縛，不存在理論和實踐的一一對應模式。因為實踐的主體是人，專業或職業實踐是一種社會活動，是人與人之間的合作，表現為人與人之間的相互影響。因此，很多院校在實踐教學中關注協同訓練的問題。

跨專業協同訓練的教學活動已經在一些課程中開展。如《ERP沙盤模擬》，《企業管理設計》，《企業經營模擬》等等。由不同專業學生組成實驗團隊對多個專業領域知識和實踐進行訓練，溝通人與人、學校與社會、專業與專業之間的關系，學生通過訓練掌握知識，培養實踐能力和合作精神，掌握不同專業理論知識的應用條件和作用范圍。

（三）特色專業實訓與綜合實訓l的有機結合

根據經管類實踐教學的發展規律，在完成了課程級、專業級、專業綜合級實訓l教學課程建設的基礎上，可以通過經管類跨專業校內綜合實訓平臺開設跨專業綜合實訓課程，培養學生的綜合能力，形成特色專業建設與綜合實訓的有機結合。

各類學校也可以在跨專業實訓l的基礎上，進行特色專業平臺的打造，實現實踐教學的統一管理。在教學內容上實現學科體系到行動體系的轉變。

（四）高度重視實踐教學

“重基礎、強實踐”一直是經管類專業教學的基本原則。作為高等教育創新體系建設的重要組成部分，加強實驗室建設以及加強實踐環節教學也是教育部“質量工程”建設的重要內容，深化教學改革的重要體現。因此，各類院校都高度重視經濟管理專業實訓教學工作，并將實訓教學改革作為人才培養模式改革的切入點，及以推動教學理念、教學體系、教學內容、課程體系、教學方法、教學手段以及管理體制、運行體制等方面的改革與創新。

近年來，各類院校已陸續建立了經管類專業實驗室，培養一批有一定實訓指導經驗的教師和實訓指導專職教師，這些工作為經管類跨專業實訓中心的建設奠定了良好的基礎。

四、經管類跨專業虛擬仿真實訓中心的功能實現

以“立足學情、校企合作、突出特色、資源共享”為原則，通過統籌規劃和高端設計，實現實訓教學從分散管理向集成管理的轉變，實訓教學體系由重視單一能力培養向重視綜合能力培養的轉變，實驗室建設從單獨設計向綜合規劃轉變，實驗室功能從單一功能向綜合功能轉變，探索構建一個有利于“基礎好、能力強、復合式應用型”人才培養的經管類綜合實訓l教學新模，建立一個經管類跨專業虛擬仿真綜合實訓中心。跨專業綜合實訓中心建成后同時具備四個功能：

（一）人才培養功能

經濟管理類跨專業虛擬仿真實訓中心是針對行業或崗位的技能培養而設立的工作環境，是系統的技能訓練場所，其運行從形式上強調企業性，從運作上講求職業性，它讓學生在一個仿真的企業環境下進行綜合能力素質的訓練。而且虛擬仿真實訓中心的建成，能夠同時滿足以工商企業管理專業為主體的經管類所有專業的課程單項試驗、專業綜合實訓、認識實習、專業實習和畢業實習等實踐教學的需要，并輻射遼寧省內其他同類專業院校。

實訓中心的企業職能模擬訓練既可培養學生的創業精神和實踐能力，又可激發學生的創造性和創新思維，為遼寧經濟的發展培養高素質的人才。

（二）資源共享功能

在政府有關部門的支持與協調下，把跨專業虛擬仿真實訓中心建成省內實踐教學及培訓基地、人才培養中心和技能鑒定中心。這樣，可利用有限的實訓基地中心為社會和其他院校服務。避免重復建設，實現資源共享。通過資源共享，讓學生盡可能多地獲得職業技能的培訓l與考核，積累較多的工作經驗，提前與社會接軌，縮短就業上崗后的適應期。

（三）服務社會功能

可根據職業崗位群或專業技術領域對知識和能力的要求，制訂相應的培訓大綱和設置培訓l項目。除面向高職高專學生上崗前的職業培訓外，還面向社會開展職業培訓，滿足省內企業管理人員的進修培訓、新員工崗前培訓l、管理咨詢、管理軟件開發、各種認證考試等社會需要。

經濟管理類跨專業虛擬仿真實訓l中心逐步創造條件，成為職業資格鑒定中心，按照政府勞動和社會保障部門及職業技能鑒定機構對學生職業技能鑒定的具體要求，設置考核模塊，建立試題庫，供培訓與考核選擇。凡是經過培訓的人員都可以在基地進行職業資格鑒定，取得職業資格證書，成為培訓、考核現有技術應用性人才和進行繼續教育和職業技能鑒定的重要基地。

（四）科學研究功能

篇6

1建立虛擬仿真實驗室的必要性

實驗室是現代大學的心臟，是實踐創新設想、產生創新思維和培養創新能力的重要場所。21世紀信息化的快速發展使教育發生了重大變革，教育信息化受到了國家的高度重視。《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020年）》指出：信息技術對教育發展具有革命性影響，必須予以高度重視［2］。教育部印發了《教育信息化十年發展規劃（2011—2020）》，要求“利用先進網絡和信息技術，整合資源，構建先進、高效、實用的高等教育信息基礎設施”，推進“實驗教學平臺等信息化建設”［3］。虛擬仿真實驗室的建設順應了新常態下高等教育的發展趨勢，是高等學校實驗教學信息化的最新舉措。以華中師范大學為例，近年來，學校堅持“一體兩翼，建設高水平大學”的辦學思想，大力推進信息化、國際化兩項重點改革舉措。在數字化建設和網絡教育建設的基礎上，華中師范大學整合心理、信息、工程等學科資源，依托2010年獲批的“青少年網絡心理與行為教育部重點實驗室”和2012年獲批的“國家級心理學實驗教學示范中心”，大力推進心理與行為虛擬仿真實驗室的建設，并于2014年1月獲批建設“國家級心理與行為虛擬仿真實驗教學中心”（以下簡稱“中心”）。該中心旨在貫徹教育部“科學規劃、共享資源、突出重點、提高效益、持續發展”的指導思想，將虛擬仿真技術引入心理學的教學和科研，更好地促進對處于多維信息空間中的個體如何與外部世界進行信息交流的理解和探索，成功模擬、實現了一批在傳統實驗室中無法做到，或者具有高風險和高成本的心理學實驗教學項目，體現了綠色實驗教學的理念，有效地拓展了實驗的時間和空間，提高了心理學實驗教學質量。

2虛擬仿真實驗室在心理學實驗中的作用

1989年，美國的Wulf教授提出了虛擬仿真實驗室概念。虛擬仿真實驗室使用虛擬現實（virtualreal－ity，VR）技術，綜合了各種計算機技術和網絡技術，是現代仿真技術的延伸。它是由計算機模擬真實的環境，參與人員對虛擬環境中的目標進行操控和交流，從而產生與真實環境相同或相近的體驗［4］。對于心理學實驗來說，虛擬現實技術可以很好地呈現視覺圖形，也能呈現聽覺刺激，而這兩種通道是人獲得外部世界信息的主要通道，占人所獲得外部信息量的95％，是進行心理學研究的主要領域。VR技術不但可以較好地模擬、再現現實場景，構建某些基于倫理學原因無法通過其他手段使用的實驗場景（例如道德兩難問題的實驗場景），還可以對其所模擬場景中的元素（包括刺激的內容和表象、任務的復雜度和被試的響應等）實施精確、實時、全面的控制與記錄。總之，以虛擬現實為代表的虛擬仿真技術在心理學實驗教學、研究中具有廣泛的應用價值和深遠的意義。

2．1突破時空和各種因素的限制

虛擬仿真實驗室是基于網絡平臺的實驗室，因此學生可隨時隨地進行學習和交流，不受時間、空間和實驗次數的限制。對于某些傳統實驗教學中需要數天或更長時間才能觀察到的變化過程，虛擬仿真實驗室則可在較短的時間內將全部過程及結果模擬、呈現給學生進行觀察分析［5］。以虛擬“數字化生理心理實驗平臺”為例，它的界面設置簡潔、選單操作清晰，只需進行點選就能完成高度復雜的虛擬解剖實驗操作，獲得連續人體斷層掃描數據信息（每個斷層厚度約1mm），能涵蓋人體所有的解剖結構。該系統有助于教師和學生全方位觀察人體任一器官的形態、內部結構、在人體中的位置以及斷層中的位置，并且可以做任意角度的旋轉觀察，可方便地用于系統解剖學、局部解剖學、斷層解剖學以及運動解剖學等多門課程的教學，擺脫了傳統生理解剖實驗對實驗動物和人體器官模型實物的依賴。此外，通過借助校園高速無線網絡，學生在校園各場所（教室、圖書館、宿舍、運動場等）都可以隨時隨地登錄客戶端，高速、快捷、互動地開展生理心理實驗項目，從而達到突破實驗課時空限制，隨時隨地開展數字化生理、心理實驗操作。

2．2創新虛擬仿真實驗項目，豐富實驗教學內容

實驗項目建設是實驗教學的靈魂。虛擬仿真實驗室在改進、完善傳統實驗項目的基礎上，重點補充了有助于提高學生研究、創新能力和動手能力的創新型虛擬仿真實驗項目。中心在實驗課程建設方面明確提出：在虛擬仿真實驗項目建設中體現虛實結合、相互補充、能實不虛的原則。中心明確要求骨干實驗課教師根據自己實驗課程的專業特色，將傳統實驗項目與虛擬現實技術相融合，將每門實驗課程安排20％～30％的學時開展虛擬仿真實驗教學。在實驗內容方面，新增加的虛擬仿真實驗項目既包括相關學科最新、最前沿的一些實驗，也包括一些利用已有科研成果轉化的實驗教學內容。通過持續的實驗項目建設，實驗項目庫不斷擴大和創新，大大地豐富了實驗教學內容，為學生提供了實驗的多樣性和靈活性［6］。目前，實驗項目庫中已增加了近30項心理學綜合性、創新型實驗，例如：“虛擬學習情境中注意多動障礙兒童認知加工特征”、“虛擬現實在社交焦慮癥治療中的應用”、“虛擬現實在恐高癥治療中的應用”、“虛擬創造性問題解決實驗”、“虛擬兒童養育系統”、“虛擬情境下執行功能檢測和訓練”、“虛擬情景中人類空間導航”等實驗項目。

2．3模擬高危環境，避免實驗風險

利用虛擬仿真實驗室可以模擬一些在傳統實驗室中無法做到的有高度風險、高成本的實驗教學項目。以虛擬心理咨詢與治療實驗平臺為例，通過構建一系列能夠使恐高癥患者產生恐高心理的模擬實驗場景（例如觀光電梯、高樓頂層、空中索道、懸崖頂端等），然后讓患者反復暴露在這些場景中，利用系統脫敏法減少患者的恐高心理。虛擬仿真治療中的任何一個恐高癥模擬場景，都可以應患者要求隨時開始、暫停、中止和結束。這使得虛擬場景治療方法更安全、也更具有彈性。虛擬仿真實驗對真實事物的模擬，使危險系數較真實實驗降低很多，學生無需為自己的失誤承擔后果，給他們帶來更多的安全感，滿足學生心理安全的需要。

2．4開放性和共享性

虛擬仿真實驗打破了傳統實驗的模式。學生利用課余時間登錄網站，輸入正確的用戶名、密碼就可進入虛擬仿真實驗室，選擇相應的實驗項目就可以進行虛擬仿真實驗操作。以虛擬現實心理實驗平臺為例，該平臺依托虛擬現實、多媒體呈現、人機交互、數據庫和高速網絡通信等技術，構建高度仿真的心理與行為虛擬仿真實驗環境，讓學生在虛擬環境中進行實驗，達到教學大綱所要求的教學效果［7］。在實驗教學中，教師和學生無需親歷每個真實環境，卻能最大化地體驗真實環境，開展實驗教學和示范應用。中心的虛擬仿真平臺還可以幫助尚不具備真實實驗條件和心理學應用服務條件的地區，大幅度提高實驗教學和心理學應用服務水平，實現心理學實驗教學資源的地區平衡和最大化共享。再以“數字化生理心理實驗平臺”為例，該平臺所有教學過程的中間環節都能夠以圖像方式輸出，并支持音頻、視頻文件導入。因此，教師的教學過程、學生的學習過程以及師生的互動過程都可以通過添加語音、視頻標簽的方式保留記錄。該設計思路旨在方便教師編輯教案和解答學生提出的疑問。教師和學生也可以就虛擬仿真實驗教學和學習過程中遇到的問題，在中心教學管理平臺的“互動交流”頻道開展反饋與交流。

2．5提供多項虛擬心理學實踐技能訓練項目

華中師范大學是一所具有鮮明的“教師教育”特色的部屬重點師范大學，不但重視培養學生較強的基礎教育和基礎研究能力，也高度重視培養面向社會、面向市場的理論與實踐結合的復合型、高技術人才。利用本中心的專業資源優勢和虛擬仿真技術，華中師范大學心理與行為虛擬仿真實驗教學中心面向校內高年級本科生、研究生，提供了多項以實踐技能為導向的大型綜合性心理學實訓項目。這些大型實訓項目，依托當代最前沿的虛擬現實技術，廣泛采用網絡視頻、在線交流、多媒體演示等信息化教育手段，模擬學生在課堂管理、教學技術、心理咨詢與治療等過程中所接觸的實踐場景與環節。通過數字化教學演示和學生在虛擬實踐平臺中的反復練習，讓學生將心理學理論知識與解決實際問題的實踐技能相結合［8］。這種虛擬仿真的實訓方式既生動又安全，又可對場景多次重復，有助于培養學生的實踐創新能力。

2．6綠色環保，降低成本

傳統的實驗需要借助于具體實驗設備，然而實際使用的一些實驗設備昂貴、損耗大、實驗成本較高；而虛擬仿真實驗室最大的優點是成本低。虛擬設備只是概念上的設備，沒有磨損、損壞，可供學生無限次重復使用。另外，由于虛擬仿真實驗室設備是由軟件虛擬出來的，因此可有效避免大型設備重復購置，在同一計算機中運行不同的實驗系統就可構建不同的虛擬仿真實驗室，使實驗室建設成本降低。此外，虛擬仿真實驗室不會出現傳統實驗室因管理不善造成的儀器損壞、器械丟失等問題，使實驗室運行成本降低。虛擬仿真實驗室在教學前無須準備各種器械、材料，教學結束也無須進行瑣碎的整理工作，維護管理工作量減少，使實驗室管理成本降低［9－14］。

3結束語

篇7

目前基礎醫學實驗教學模式大多仍然遵從傳統的醫學實驗教學模式，在進行實驗教學和管理的同時也暴露出許多問題。一是現有的教學模式都是教師先講解實驗步驟，學生再一步一步做，與其說做實驗不如說體會實驗過程，學生在其中很少能夠得到思考，只是機械地完成課程任務，這樣的教學模式無法培養學生學習的主觀能動性與創造性，也不會激起學生的濃厚興趣，更不會深刻理解教學內容從而學以致用;二是課堂實驗開展的僅僅只是一部分有代表性、易操作、經濟、常用的簡單實驗，對于那些需要昂貴儀器、比較耗時的實驗大多并不開展;三是實驗課的資源(如實驗動物、儀器設備等)緊張，經常多人共做一次實驗，而開展的實驗大都較為簡單，可以自己獨立完成，某些復雜實驗因為資源緊張只做教學示教，沒有鍛煉機會，這些都不利于學生動手能力的提高及對實驗的理解;四是隨著科技的不斷發展，一些高端精密儀器設備也逐步應用于基礎醫學實驗教學當中，但是生均實驗設備擁有量低，而且該類儀器由專人操作，采用示范教學的方法，不利于學生培養;五是部分基礎醫學實驗標本和耗材難于購置(如局部解剖學、斷層解剖學等課程需用的大量尸體，部分稀缺微生物寄生蟲大體標本，蟾蜍、狗等特殊實驗動物等)，導致資源的極度緊張;六是某些實驗存在危險性，如分子生物學實驗和免疫學實驗所必須使用的一些試劑有劇毒或神經毒性，醫學微生物學實驗中必須用到許多致病菌(如大腸桿菌、痢疾桿菌、結核分歧桿菌等)，一旦學生操作不慎或失誤都會對學生的健康造成威脅。

2基礎醫學虛擬仿真實驗教學中心建設的目標

基礎醫學虛擬仿真實驗教學中心是針對本校的管理需求，采用先進的設計理念和教育技術，整合國內外成熟的虛擬實驗研究成果，與機能學實驗、形態學實驗、人體解剖學實驗、斷層解剖學實驗、局部解剖學實驗、分子生物學實驗及病原生物學實驗相結合，研究開發和部署開放式虛擬仿真實驗教學的管理和共享平臺，提供數字化網上實驗教學環境，在全校范圍內開展應用。在現有的校園網和省級醫學基礎實驗教學示范中心平臺的基礎上，以各個學科的特點建設不同的虛擬仿真實驗模塊，實現以學生為主體、全天候開放的基礎醫學虛擬仿真實驗教學平臺。搭建“真實與虛擬相結合，教學與科研相結合”的現代化實驗教學平臺，創建了“理論授課－虛擬實驗－實驗室教學”融合的醫學基礎類學科實驗教學體系，為醫學教育科研服務。基礎醫學虛擬仿真實驗教學平臺包含機能學虛擬仿真實驗平臺、形態學虛擬仿真實驗平臺、人體解剖學虛擬仿真實驗平臺、分子生物與免疫學虛擬仿真實驗平臺4個虛擬模塊。主要目的在于實現虛實統一、網絡學習與課堂模擬相結合，使現代計算機圖形技術、多媒體技術、傳感器技術、人機交互技術、網絡技術、仿真技術等多種技術融合于基礎醫學實驗當中，為學生提供一個新的學習環境，激發學生的學習興趣與熱情，提高學生實體操作的動手能力，激發學生對科學實驗的興趣，真正實現綠色、安全、經濟的實驗教學。基礎醫學虛擬仿真平臺的建設將為學校大大節約實驗動物、實驗用尸體標本、顯微鏡、切片購置和維護成本，解決珍稀標本如胚胎等和尸體標本的來源。同時使基礎醫學各學科實驗教學內容優化重組，增加觀念創新、實驗技術創新的設計性、綜合性實驗，培養學生的創新意識，增強學生分析問題、解決問題的能力及跨學科綜合運用知識和動手的能力。

3基礎醫學虛擬仿真實驗教學中心建設模式的探索與實踐

3．1優化實驗模式

在基礎醫學實驗教學設計中積極探索各種類型實驗的優勢互補，將動畫模擬、虛擬仿真、錄像和實體實驗優化組合。對于生理、病理及機能學等實驗可使模擬醫學實驗教學系統和原有的多道生理信號處理系統實驗軟件配合，使高仿模擬實驗、實驗指導實現隨意切換。每一個教學實驗包括實驗指導、模擬實驗、動手實驗3大部分。可完成多達幾十個實驗項目，介紹生理科學實驗的儀器常識、常用儀器設備，常用實驗動物種類、品系、實驗操作技術等知識，擁有多部生理學、病理生理學和藥理學操作視頻。高仿實驗有真實實驗場景，實驗儀器、裝置、實驗對象與真實實驗現場情況一致，實驗儀器界面和操作與真實的道生理信號采集處理系統相仿;實驗步驟按實際實驗設計;實驗操作與實驗對象的活動應用實景動畫;實驗數據進行生理指標的定量分析測量，并可導出。可滿足不同學生的需求，增強學生對機能學實驗的興趣，提高學生在真實實驗中的動手能力，能節約部分實驗動物，并且能解決以往在實體實驗時由于操作失誤導致實驗動物的浪費現象。針對系統解剖學、局部解剖學、斷層解剖學、麻醉解剖學課程將虛擬解剖系統與傳統的尸體解剖實驗相結合，可開設幾十個虛擬仿真實驗項目，可查看彩色塑化切片圖像，可根據教學需要鎖定顯示畫面，3D解剖模型與2D切片截面圖像完美結合，帶來無與倫比的視覺感受，可完全滿足臨床醫學、影像學、中醫骨傷科學等特殊專業對解剖學課程的不同要求。使現代醫學解剖教學擺脫了日常教學中對尸體解剖的完全依賴，滿足教學需要，并可緩解教學尸體緊缺的難題。運用3D技術并有機合理地組合文字、圖片、聲音、動畫、視頻等多種媒體，把枯燥乏味的課堂知識形象、生動、活潑地展現出來，讓學生在生物化學與分子生物學實驗中擺脫以往的抽象枯燥且具有一定危險性的實驗環境，讓學生在快樂中輕松地掌握更多分子生物與免疫學實驗的知識，能夠在虛擬仿真的過程中掌握聚合酶鏈反應(PCR)技術，克隆核酸電泳，瓊脂糖凝膠電泳，測序DNA、RNA提取，逆轉錄cDNA，以及蛋白免疫印跡(Westernblotting)等實驗技術相關的實驗項目，可減少分子生物和免疫學實驗過程中有毒、有害物質對學生的傷害;減少分子生物與免疫學實驗過程中對耗材、試劑、抗體等昂貴實驗材料的需求以減少實驗經費，使學生通過虛擬仿真實驗掌握基本技術、操作步驟以及特殊儀器設備使用后能順利完成實體實驗，同時，分子生物學與免疫學虛擬仿真實驗也可作為對本科生、研究生及教師科研基本功的培訓。

3．2流程化的實驗管理

注重操作細節，規范實驗管理，通過虛擬仿真實驗平臺可完成實驗教學的全流程業務功能。通過實驗課程管理、實驗教學設計、實驗教學安排、實驗前預習、實驗過程指導、實驗結果批改、實驗成績分析等，實現對實驗教學過程的全流程跟蹤。各類教學資源建設也進行流程管理。基于網絡的流程化管理有效促進各種類型實驗的統一安排、優化組合，提高實驗教學工作的效率和規范，為開放共享虛擬仿真實驗資源奠定良好基礎。

3．3智能化的教學服務

為了減輕實驗指導教師的工作量，提高實驗教學的質量和效果，在課前預習階段，采用智能組卷技術對學生進行應知應會測試。在實驗過程中，采用人工智能技術，實現虛擬仿真實驗的網上實時智能指導，根據實驗過程中的問題，階段性地對學生進行個性化的有效指導。實驗結束后，對學生的實驗結果和實驗報告進行自動化的輔助批改。整個教學過程中，學生隨時可以通過智能答疑系統答疑，學生可搜索常見問題，與教師實時互動或者向教師發送郵件。實驗管理者和教師可以對實驗過程的數據進行詳實的統計與分析，通過大數據挖掘，發現教學過程中的問題，改進實驗教學。

3．4規范化的資源建設

篇8

關鍵詞：3D虛擬仿真；教學實訓模式；實訓創新改革

中圖分類號： G712 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2017）03-154-2

0 引言

在現今的高職院校當中，對學生開展的教學活動具有針對性的特點，在專業課程學習過后，要為學生對理論知識掌握能力進行檢驗鍛煉和提升，這對學生的成長和專業技能的掌握具有重大的意義。而在以往實訓教學課程活動開展的過程中，由于受到環境和設備的影響，很多具有危險性的教學活動無法正常開展。這樣對學生能力和技能的鍛煉產生一定的影響。因此，在高職院校中開展3D虛擬仿真形式的教學勢在必行。

1 3D虛擬仿真形式教學實訓的作用

1.1 能夠創建仿真的教學環境

由于3D虛擬仿真形式的實訓課程能對實際的教學內容進行模擬，為學生提供了良好的鍛煉環境。采用仿真技術所建立的技能訓練，能對實際課程內容所需要的真實環境、工藝和工具進行全面的模擬，這樣的環境使得學生如入真實的環境，通過使用計算機中設計的相應系統，實現對各個單元控制操作裝置和生產設備設施采取仿真形式的操作，在這樣的模擬操作下，能夠達到相同的實驗結果，真正實現了對學生開展實訓課程教育的意義[1]。

1.2 降低學生實訓過程中潛在的安全風險

由于3D虛擬仿真形式的模擬課堂能對真實的教學環境進行模仿，仿真實訓系統為學生創設了優質的教學環境，很多具有安全隱患實訓課程無法為學生呈現。導致這樣原因的因素是高職學校的相應設備和設施不完善，很難保障學生在實訓階段的安全性。而3D虛擬實訓課堂的建立和出現，為學校解決了這樣的問題，在提升學生個人能力的同時，能保障學生專業技能和技術的熟練掌握，這對學生和學校具有重大的意義。另外，省去了教師在開展實訓教學活動中對安全方面的顧慮，能全心全意地為學生進行示范，降低了實際操作中錯誤操作導致不良后果出現的概率。

1.3 為學生獲得雙證書提供便利的條件

通過3D虛擬仿真實訓教學模式的開展，不僅能到達以上幾種教學效果，同樣提升了實訓教學課程開展的效率。這是由于在傳統的實訓課程開展的過程中，在課程準備、教師示范和學生演練等環節中，耗費了大量的時間和精力，每周開展的實訓課程的頻率較低，這樣的方式不利于學生對專業課實操能力的學習和鍛煉，延遲了學生活動實操證書的時間。而在采用3D虛擬仿真形式的實訓課程之后，學生得到鍛煉的頻率較高，增加了鍛煉自身專業技能的次數，提高了學生的實操的水平，進而提升學生的獲得雙證書的概率，為學生的證書含金量的提升提供了重要的保障[2]。

2 3D虛擬仿真形式教學實訓的建設模式

通過上文的論述得知，3D虛擬仿真形式課堂的開展，為學生提供了較為優質的學習環境，提升其自身專業實際操作能力。這是由于3D虛擬仿真課堂的開展融合了眾多先進的技術和設備，這樣實訓課堂的開展才更具有高效性。但是與此同時，也增加了學校在該方面的投資，對于普通高職院校而言，成為一種負擔。基于這樣的狀況，學校在開展這樣的教學活動的過程中，應借助相關合作單位的力量，開展校企合作來為學生創辦更好的教學環境。例如，計算機科技公司和電氣設備生產企業，在第三方的幫助下，完成對3D虛擬仿真形式實訓課堂的建設，這樣不僅能為學生提供良好的學習環境，減輕學校的經濟投資壓力，同時也為社會培養了專業性較強的綜合型人才[3]。

3 3D虛擬仿真形式教學實訓改革內容探究

3.1 實訓教學平臺的設計

3D虛擬仿真實訓教學平臺是服務于教學活動而設計的，通過對高職院校中相關零部件與組裝技術實際操作的聯系，進行完全的模仿，并最終實現在網絡平臺上，為學生的使用提供便捷的服務。在這樣的教學模式中，教師可以開展遠程教學的模式。讓學生根據3D虛擬仿真課程中的內容來鍛煉專業的技能，完成教師分發的任務，而教師也能通過這樣的平臺來完成對學生學習技能的效果進行評價。在對該平臺進行建立的過程中，應保障其支持介入市面上主流建模工具相應的模型文件，通過對內置轉換到平臺中進行設計。另外，該平臺中還需要提供更多模型庫與建模的工具，同時還可以按照學校需求實現其他課程和專業的3D虛擬仿真課程的開展[4]。

3.2 實訓課程設計的重點

在整個3D虛擬仿真課程開展的過程中，存在很多不可預計的差錯發生。因此，為了更好地避免在實際應用過程中出現多變性的事故發生，在對3D虛擬仿真課程進行設計的過程中，應注重以下幾個方面。一是對業務進行分層設計。為了保證各個仿真實訓課程順利地開展，在設計環節中，應對所有操作的流程獨立的設計，這樣能保障各個系統之間相互不受影響。二是將實訓結果進行分類設計。為了讓學生在參與實訓教學過程中獲得較大的成長，應對實訓后的效果進行評價，將成績合格與不合格進行分類設計，并對當中操作不當的部分呈現給學生，使學生明確自身存在的不足，進而及時改正。

3.3 實訓課程教學模式設計中應用的關鍵技術

在3D虛擬仿真課程進行設計的過程中，主要使用的關鍵技術有以下幾種。一是3D建模技術。由于該殊形式平臺和系統的設計有仿真的效果，對3D建模技術的應用必不可少，該種技術主要是通過對三維空間進行構建，并構建出三維形式的數據信息模型，能夠滿足實訓環境下資源模型的需求。其中代表性的系統軟件有Maya、3Dmax。二是3D軟件編寫程序。主要是通過計算機程序對三維物體模型進行繪制，進而實現對該模型的管理和操控，例如，位移和屬性變化。現階段，在市場上主流開發軟件經常使用的軟件是Unity3D，能對三維動畫進行設計，并能支持多種不同類別的計算機腳本語言，具有較高的智能性[5]。

4 3D虛擬仿真形式教學實訓形式展望

隨著計算機技術的開發和應用，為當前高職學校提供了有利的技術支持，同樣在科學技術和系統軟件的升級下，在未來的發展中，更多先進技術將會使用在3D虛擬仿真實訓課堂中。采用3D虛擬仿真技術的三維立體效果模型的建立、信息數據的實時交互、信息屬性的抓取的特征，將對有效促進教學實訓后得到的教學效果，有效地解決了實訓投資成本高、實訓效率低、各項資源耗費大和環境污染嚴重等方面的問題。在教學理念與3D虛擬仿真技術的升級下，3D虛擬仿真實訓教學活動的開展，能為現今更多的學生提供優質的教學服務，并在不斷的試驗和修正中得到完善和提升，進而更好地應用到各大高職院校中，檠生實訓課程的開展提供技術支持。

5 結論

通過本文的論述得知，在現今的高職院校中，對學生開展實訓的教學活動受到很大的局限，這樣不利于學生專業技能的培養和鍛煉。通過3D虛擬仿真形式實訓課程的開展，能為高職學校解決開展實訓課程面臨的難題。基于3D虛擬仿真形式實訓課堂具有眾多的優勢，單靠學校擁有的資源很難順利地完成實訓課程的改革和創新。因此，要借助于第三方的力量來完成對該種新型教學模式的設計。在本文的論述中，對3D虛擬仿真形式教學實訓改革內容進行探究，通過對實訓教學平臺的設計、實訓課程設計的重點及其應用的關鍵技術進行分析，望能促進D虛擬仿真形式實訓課程的創新和改革，進而為社會培養更多優秀的人才。

參 考 文 獻

[1] 王娟，吳永和，段曄，等.3D技術教育應用創新透視[J].現代遠程教育研究，2015，01：62-71.

[2] 梁承龍，莫品疆.建筑工程技術課程教學中虛擬實訓室的研究與實踐[J].經營管理者，2015，08：372.

[3] 周鵬，潘燕.虛擬仿真技術在高職教學中的應用[J].安徽電子信息職業技術學院學報，2015，05：43-45.

篇9

關鍵詞：學習內容；管理機制；工程管理

一、前言

工程管理虛擬仿真教學依托仿真實驗工作環境以及仿真實驗系統，教學信息量大、直觀、全面、客觀，打破現有的實踐和實驗教學管理模式的限制，已成為工程實踐教學發展的必然趨勢。國內很多高等院校已經開始建設虛擬仿真實驗教學中心，通過對施工項目建立三維虛擬仿真環境，分析研究規劃、設計、施工、管理中存在的問題。因此，工程管理虛擬仿真教學的培養模式和運行機制方面的研究與實踐，已成為亟待解決的問題。

二、工程管理虛擬仿真實踐平臺基本結構

虛擬仿真教學平臺建設的目標就是高效管理實驗教學資源，實現校內外、本地區及更廣范圍內的實驗教學資源共享，滿足多學科專業的虛擬仿真實驗教學的需求。平臺整合學校購置的實驗軟件，通過系統間的無縫連接，使之達到整體的實驗效果。開放式虛擬仿真實驗教學管理和共享平臺的基本架構見圖1。

三、工程管理虛擬仿真實踐平臺的學習內容與管理機制

1．主要仿真模塊構成包括工程項目管理模塊、工程造價管理模塊、工程合同管理模塊和工程管理BIM設計實施管理綜合模塊四個部分。2．主要的功能層次構成(1)第一層次———是專業學習基礎課程入門階段的模擬仿真實踐，鞏固理論基礎，增強專業知識的理解與應用。(2)第二層次———開放型綜合實驗的構成。(3)第三層次———創新科研型實驗的構成，以學生科研創新為基礎，以各類競賽為切入點。

四、工程管理虛擬仿真實踐優勢分析

綜合來看，虛擬仿真實訓具有以下特點:1．情景性。全部訓練在三維場景下進行，學生模擬真實，彌補了下現場難的困難。2．過程性。虛擬仿真實訓以真實工程項目為背景，以施工工藝為主線，以技術規范為指導，具有較強的實用性。3．交互性。實訓貫徹以學生為主體的思想，設有項目設計、施工組織、項目管理、造價分析等環節，可以在網絡環境下由學生自主操作，突出了技能訓練。

五、結語

工程管理虛擬仿真實驗實踐教學應面向社會變革和教學實際需求，構建虛擬仿真實驗實踐教學一體化模式，學生綜合應用知識解決工程實際問題的能力將得到增強。不僅能夠推進專業課和綜合設計實踐的教學需求，還對挑戰杯、BIM大賽等提供有力的軟硬件的支持和保障。同時，工程管理專業學生通過與企業聯合開展仿真案例教學培訓，積極參與生產實踐，從而提升學生就業的能力優勢。

參考文獻:

［1］李慧，張靜曉．開放型工程管理專業仿真實踐教學構建研究［J］．高等建筑教育，2012，(01):116－121．

［2］熊梅．工程管理專業實踐教學研究與改革探討［J］．價值工程，2012，(12):237－239．

［3］鄒祝英，彭文武．仿真教學在工程教育中的應用分析［J］．衡陽師范學院學報，2012，(02):146－149．

篇10

關鍵詞：虛擬仿真；實驗教學；材料學科

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）27-0267-02

一、引言

實驗教學是工科院校歷來特別重視的教學環節，實驗教學是培養材料學科高素質人才的重要實踐性環節，擔負著培養學生動手能力和創新實踐能力的職責，尤其是實驗性質特別明顯的材料學科更是如此。當前，國內多數開設材料科學與工程一級學科的高校均實行大類培養，對所有材料學科的本科生均開設了諸多專業基礎課。由于實驗教學內容的多樣性和破壞性，其呈現出課時多、班級多、實驗項目多、實驗消耗大、耗時長、設備儀器復雜和占地面積較多等特征。尤其在招生規模擴大和實行小班分組教學之后，使得實驗教學的困境越發明顯，實驗教學經常呈現顧此失彼、疲于奔命的情況。

二、傳統實驗教學存在問題

當前，傳統的實驗教學體系具有一定的局限性，表現在以下幾個方面：（1）培養方式一成不變，學生在接受實驗授課時為“多對一”的培養模式，也就是一個老師要為一個班甚至一個學院來做服務；（2）由于課時關系，在有限的課堂時間內，學生的接受能力有限，難以在有限時間內充分理解課程內容和實踐環節，經常是一知半解，課后的習題和報告冊也是草草了事，效果非常不好；（3）學生在實驗課堂上很少有參與感，親身感覺還不夠到位；（4）實驗教師隊伍整體水平還不夠高，個別教師長期為一線實驗操作人員，難以科學地、直觀地展示所有教學內容，展示的深度和廣度還不夠；（5）實驗教學資源平臺各司其政，實驗教學示范中心的優質數字化資源沒有充分系統化和條理化，各個平臺上的教學資源不能得到有效共享，沒有使其社會效益和經濟效益得到最大化的利用。

三、虛擬仿真在實驗教學中的應用

近些年逐漸興起的虛擬仿真技術日益成熟，也逐漸應用于實驗教學中來。虛擬現實（VR）技術、增強現實（AR）技術和混合現實（MR）技術的逐漸興起可以利用計算機生成模擬環境，將多源信息的交互式三維動態視景和實體行為的系統仿真，能夠生成近似真實環境的視覺、聽覺、觸覺、感覺等感知信息的虛擬環境，使用戶沉浸到該環境中，實現虛擬世界與現實世界的混合世界體驗，達到虛擬仿真的終極形態。美國學者Ivan Sutherland提出虛擬現實技術概念的雛形，其是利用計算機生成一種三維模擬環境，通過各種傳感設備和輸入輸出設備，使得用戶有親身經歷的感覺。基于虛擬現實技術的力學性能實驗可以使得學生在客戶端下載APP或者在電腦前就可以完成以前必須進入實驗室才能完成的實驗課程項目。借助專用設備和虛擬仿真技術具有的多感知性和模擬的浸沒感，使得用戶感到自己以第一主角的身份存在于模擬環境中，借助理想的模擬環境完全投入到三維虛擬世界中去。而且，學生能夠在體驗過程中感受到最為重點和直觀的知識點，使學生的學習效率更高。同時，虛擬仿真技術在力學性能實驗中的應用使得現有實驗臺套數不足和實驗教師不足的情況得以緩解。而且，整個實驗的過程可重復性好，數據穩定，學生對實驗掌握得更好。

四、材料學科的虛擬仿真課堂建設

1.虛擬仿真課堂構成。材料學科虛擬仿真實驗課堂建設包括管理和虛擬仿真實驗系統兩個部分，如圖1所示，其中，管理包括材料學科實驗課堂的學生管理、實物實驗預約申請和結果評定；虛擬系統指的是具體的虛擬實驗項目建設，每一個實驗項目包括全局演示、指導教師操作演示、主觀操作模擬實驗和互動交流四個部分。

2.虛擬仿真課堂功能。進入虛擬仿真課堂主界面后，選擇不同模塊進入不同的虛擬仿真實驗項目，例如：《材料科學基礎》實驗中的原子堆垛方式、三元相圖和《材料的力學性能》實驗中的斷裂韌性試驗等內容，每個實驗項目都包含以下內容：（1）全局展示：在虛擬仿真課堂開始，對實驗中展示具體實驗項目的基本原理、實驗依據、設備操作步驟、試驗方法制定過程、數據結果格式進行全局展示。學生可以通過原理展示對整個實驗過程有一個總體的把握。（2）指導教師操作演示：在掌握原理之后，實驗教師通過規范的實驗操作步驟對具體的細節內容進行進一步的講解，利用虛擬課堂中便捷的圖文并茂的方式，使得學生快速、有效了解實驗過程及數據結果處理方法。（3）主觀操作模擬實驗：這一部分是整個虛擬仿真課堂的核心部分，學生在客戶端通過自行操作進行實驗學習，操作錯誤會及時給出錯誤提示，并解釋原因。學生可以通過自行設置樣品尺寸、試驗參數、變形條件、環境溫度等信息，從而得到不同的試驗結果，并輔助以實物實驗的視頻資料作為參考，最終提交實驗報告，系統自動進行打分排名。（4）互動交流：學生在虛擬仿真課堂中遇到的問題和疑難點通過在線與實驗教師進行交流或者通過學生之間進行分享，教師實時可以監測學生的虛擬實驗進度及出錯情況，優選出錯率最多的部分進行著重講解。

五、使用效果及未來展望