虚拟仿真技术教学(收集3篇)
虚拟仿真技术教学范文篇1
关键词:工程测量；虚拟仿真技术；实践教学：教学改革
1前言
工程测量课程是土木工程专业的必修基础课程，其课程目标是培养学生掌握测绘的基本理论和测量仪器的操作，及计算方法和应用技能，以解决实际工程建设过程中出现的各类测绘问题的能力。由此可见，工程测量是一门实践性很强的课程，围绕测量仪器开展的实践教学是教学的重要环节，是理论联系实际培养学生动手操作能力的有效途径。近年来，随着测绘科学技术的快速发展，测绘行业传统的测量工具更新迭代，外业数据采集手段快速且多样化，这对工程人才的需求和工程技能素质要求，在随着行业的发展出现同步增长势态。在此推动下原有传统的工程测量实践教学方法和手段已不能适应测绘学科的发展，转变教学方式，培养“厚基础、宽口径、强能力、高素质”的技能型创新人才是开展实践教学改革的当务之急。本文基于南方测绘仿真实训平台，提出应用虚拟仿真技术作为一种创新教学模式，对工程测量的实践教学进行较大的教学改革，有效提高学生的动手和创新能力。
2目前工程测量实践教学存在的问题
2.1实践教学设备、经费不足与教学经费的平衡性问题
教学经费的总量是一定的，对于测量行业来说，由于经费的不足，仪器的更新迭代速度远远超出教学仪器的更新，严重滞后于生产和科研单位，甚至许多院校常用仪器数量的配置也有限，课间实验往往3~4人一组，测量实习一般5~6人一组，学生只能在特定时间、特定场合接触和使用仪器设备，难以实现对理论原理和实践技能熟练掌握的教学目标。
2.2教材的更新速度落后于新技术的发展速度
随着科技的发展，新的测量技术和测量方法层出不穷，测量数据的数字化处理技术越来越先进，如全站仪、无人机、数字测图技术等，传统的教学内容变得滞后，原有的教材已经无法满足对新时代条件下人才培养的需求，这就需要我们引入更先进的教学手段。
2.3实践操作场地不规范
工程测量实习大多设在校园或学校周边地区，这样的实习环境地貌单一，教学环境和场地难以构建复杂或极端的大型综合性场景，学生得不到更好的锻炼，难以完全满足该课程的实践需求。
2.4实践教学内容枯燥，教学手段单一
实验教学内容、方法、和手段与时代脱节，受传统教学模式的影响，目前仍没有完全摆脱以教师为中心的教学模式，在实验中学生按老师布置的任务做，通常对单一内容进行重复操作，耗费大量的时间和精力，往往学生是被动的，缺乏主动性、挑战性、创新性，让学生失去了实训的兴趣与激情。基于以上原因，这就需要我们改变传统的教学方法和教学手段，通过引入新方法来满足对人才培养的需求。
3工程测量虚拟仿真教学优势
虚拟仿真又称模拟技术或虚拟现实技术，其本质就是用一个虚拟的系统来模拟另一个真实系统的技术[2]。虚拟仿真技术是由计算机硬件、软件以及各种传感器构成的高度仿真三维信息人工虚拟环境，可以逼真地模拟现实世界存在的事物，或创造不存在的事物和环境[1]。基于虚拟仿真技术，工程测量实验教学模式是以人物为驱动、问题的解决为教学活动主线，以学生的学为中心，倡导探究式、资源型、协作化的学习模式，更加注重学生信息能力、逻辑思维能力、创新意识与创新能力的培养。将虚拟仿真技术引入工程测量实践教学中，可以有效解决目前传统教学中存在的问题，完善和提高工程测量教学质量。
3.1克服设备落后的技术难点，提高实践教学深度
通过虚拟仿真技术构建测绘虚拟仿真实训平台，采用多终端应用，摆脱了实体硬件设备限制，可提供“即时可学、随处可学”的虚拟学习环境：理论到实践、理解到强化、模仿到独立、知识面由小到大的实训学习过程，是学生课堂知识巩固、提升实践操作技能的实训工具库。通过虚拟仿真教学系统提供的测量设备的认知、操作、架设等功能，学生可以任意选择，自由操作和架设仪器设备，学生在虚拟场景中人机交互，真实的体验仪器的应用，通过对虚拟设备的认识、操作，降低了实际操作过程中因理论或实践知识掌握不足，造成的设备损坏和安全事故的发生，并且摆脱了教学设备及实验环境的限制，改善了测量设备有限的状况，为教学提供更多的方式，教师可以安排教学中所需的任何实践操作内容，大大提高了实践教学质量。
3.2实践教学虚拟化，激发学生的学习兴趣
虚拟仿真技术在实践教学应用中，对工程测量的场景、设备、实验项目等各个环节进行真实的模拟仿真，如图1所示。学生在逼真三维场景中，通过模拟真实空间数据获取仪器，并使用仪器模拟真实测量，完成选点、基准站建设，导线测量、碎部点测量、绘图等。通过工程测量虚拟仿真实验教学，改变了传统枯燥生硬的教学方式，将抽象的理论知识生动的直观地表现出来，提高了学生的感观认识，开拓了学生视野，让烦琐的实践教学课程变高效、简单，让教学知识点深入浅出的被学生掌握，激发了学生的学习兴趣和热情[3、4]。
虚拟仿真技术教学范文篇2
关键词：虚拟仿真；Matlab；电力电子技术；实验实训
中图分类号：G642.0文献标志码：A文章编号：1674-9324（2016）02-0134-02
作者简介：王波（1982-），男，浙江义乌人，博士研究生，副教授，研究方向：电工、电子和自动化
一、引言
电力电子技术是目前最活跃、发展最快的一门新兴学科，且广泛应用于工业、交通、IT、通信、国防以及民用电器、新能源发电等领域，它的应用领域几乎涉及国民经济的各个工业部门。
二、电力电子技术课程教学现状
当前高职院校基本都采取理论教学加实践操作的模式进行电力电子技术课程的教学。首先，讲解电力电子器件的工作原理、特性以及使用方法；然后对各种变流电路（包括整流、逆变、斩波和交流变换等）的电路构成、工作原理和波形等进行分析；最后在实验实训台上进行实操、搭建电路、观察波形等进行验证。电力电子技术课程本身属于电类各专业课程中较难的课程之一，教学对象又为高职学生，他们理论基础差，计算能力弱，因此教学重心一定偏向实操。然后，在对电力电子电路进行实验实训分析的过程中，由于电力电子器件具有非线性等特点以及电力电子电路的复杂性，造成实验实训结果不明显，单从示波器显示波形不能很好地检测电路的正确性。而且电力电子技术的实验实训都涉及到220V或者380V的高电压，具有一定的危险性。往往造成学生实验实训项目做得迷迷糊糊，不知道结果是否正确，即使知道错误了也很难进行排故，导致学生学习兴趣减低，形成恶性循环。
三、虚拟仿真技术在电力电子技术教学中的应用
虚拟仿真技术是近年来随着计算机技术迅猛发展而逐步形成的一类实验研究的新技术，它在各类专业各种类型的课程当中被广泛应用。虚拟仿真技术的优点主要有：（1）实验硬件门槛低，基本不需要专业的实验设备，只需要普通计算机即可；（2）实验过程安全可靠，不涉及高电压、高电流；（3）实验过程迅速、结果清晰明显，能快速地在计算机屏幕上显示所需要的所有结果，一目了然；（4）纠错排故简单，基本的仿真实验修改只需要在仿真环境下进行器件或者连接的修改。鉴于以上优点，虚拟仿真技术在电力电子技术课程实验当中进行应用十分合适，并能有效地提高电力电子技术课程的教学效果。目前，可对电力电子电路及系统进行虚拟仿真的软件较多，如Matlab、Pspise、Saber以及Multisim等。这些模拟仿真软件的出现，为电力电子电路及系统的分析提供了方便、有效的手段，大大简化了电力电子电路及系统的设计和分析过程。其中Matlab软件由于其Simulink环境下提供的SimPow-erSystems工具箱在电力系统分析、电力电子电路分析中令人满意的表现、友好的界面和模块化的形式受到广大用户的青睐。根据电力电子技术课程教学的要求，结合课程实验操作内容，我们设计、建立并实现了涵盖高职教学要求的十五个电力电子技术Matlab仿真项目。下面以直流升压斩波电路为例，详细介绍使用Matlab软件进行模拟仿真的方法和步骤。
四、仿真实例
本节以直流升压斩波电路为例，详细介绍使用Matlab软件进行电力电子电路仿真的方法和步骤。直流升压斩波电路是典型的直流斩波电路之一，它通过电容、电感元件的储能以及电力电子器件（此处使用IGBT）的通断控制，使负载上得到比电源电压高的电压。根据电路原理图，在Matlab的Simulink中建立直流升压斩波电路仿真模型，步骤如下：
1.仿真平台建立。启动MATLAB，进入MATLAB环境，点击工具栏中的Simulink选项，进入所需的仿真环境，点击File/New/Model新建一个仿真平台。
2.模块提取。在Simulink环境中拉取所需要的模块到仿真平台中，具体做法是点击左边的器件分类，电力电子仿真实验一般只用到Simulink和SimPowerSys-tems两个，分别在它们的下拉选项中找到我们所需的模块，用鼠标左键点击所需的模块不放，然后直接拉到仿真平台中。
3.仿真模型建立。将提取的各模块，按照原理图布局好位置并进行连线。具体做法是移动鼠标到一个模块的连接点上，会出现一个“+”字型光标，按住鼠标左键不放，一直拉到所要连接的另一个模块的连接点上，放开左键，连线就完成了。
4.参数设置。参数设置分为模块参数设置和仿真参数设置。模块参数设置如下：直流电压源的幅值设置为100V。电阻负载设置为1Ω。控制脉冲电压由脉冲发生器产生，电压幅值设置为3V，周期设置为0.001S，脉冲宽度比的大小设置可改变输出负载电压的大小。IGBT、功率二极管、信号分解器、电感和电容可保持默认设置。示波器根据需要输出的波形个数设置输入端口数。仿真参数设置如下：将开始时间设置为0，终止时间设置为0.01，算法设置为ode23tb。
5.仿真。完成以上步骤后便可以开始仿真，仿真结束后双击示波器观察波形。直流升压斩波电路在控制脉冲电压宽度比为80%和40%时的仿真波形如图3所示，与理论分析值一致。五、小结虚拟仿真技术随着计算机技术的发展在近些年得到了长足的发展，越来越多的课程在教学中引入了虚拟仿真技术，它对课程教学效果的提供具有较大的作用。文章在分析教学现状的基础上，引入了使用Matlab软件的虚拟仿真技术，并以直流升压斩波电路为例，详细介绍使用Matlab软件进行电力电子电路仿真的方法和步骤。
参考文献：
[1]王波.虚实结合、理实一体的电力电子技术课程改革的探索与实践[J].时代教育，2015，（7）.
[2]牛天林，樊波，张强，等.Matlab/Simulink仿真在电力电子技术教学中应用[J].实验室研究与探索，2015，34（2）.
虚拟仿真技术教学范文篇3
关键词:虚拟仿真;教学实验系统;应用
中图分类号:TP391.9文献标识码:A文章编号:1007-9599(2010)05-0000-01
ApplicationofTeaching&ExperimentSysteminVirtualReality
ShanzengLiangjie
(NorthwestUniversityforNationalities,MathematicsandComputerScienceCollege,Lanzhou730000,China)
Abstract:Thepaperintroducedtheconceptionofvirtualrealityandvirtuallabsinthefieldofeducation,andconstructedthestructuremodelofteachingandexperimentsystemwithvirtualreality.Adesignexampleofcomputerinterfaceexperimentteachingandexperimentsystemwithvirtualrealitywaspresented,andthemajorproblemswhichneedtobearousedduringtheprocessofmakingapplicationofvirtualrealityinvirtuallabswerepointedout.
Keywords:Virtualreality;TeachingandExperimentSystem;Application
一、引言
虚拟仿真技术是对虚拟现实技术和系统仿真技术的合称。虚拟现实技术是先进的人―计算机接口技术,其实质是利用计算机产生一个三维的、基于感知信息的临场环境。人可以参与和控制环境,同时环境能够对人的控制行为做出动态的交互反应。系统仿真技术是随着计算机技术的发展而形成的新兴学科,它是通过建立真实系统的数学模型,利用计算机来达成对系统的分析、研究、设计等目的。目前,虚拟仿真技术在军事、教育、医学、工业设计等多个领域都得到了应用。在教育教学领域,虚拟仿真技术能够进行教学活动或实验操作的模拟,具有经济性好、安全性高以及可重复等多种优势,已经开始替代某些费时、费力、费钱的真实试验和教学演示,对传统的教学活动产生了强烈冲击,引发了教学领域产生一系列深刻的变化。
二、虚拟实验的概念
虚拟实验是指借助于多媒体、系统仿真和虚拟现实等技术在计算机上营造辅助实验、部分替代甚至全部替代传统实验各个操作环节的相关软硬件平台。虚拟实验是建立在一个虚拟的实验环境(仿真平台)之上,其重点关注的是实验操作的交互性和实验结果的真实性,因此,在虚拟实验室或者实验设备上,实验者可以完全像在真实的实验环境中一样完成各种实验项目,所进行的操作就像是在真实的实验设备上进行的,并且能够取得不低于或者超出在真实实验环境中或者在真实设备上所取得的实验效果。尤其对于一些对经费、场地和器材等方面都要求较高的实验,虚拟实验具有相当的优势。尤其随着网络技术的发展,基于网络的虚拟实验更是突破了传统实验对“时间和空间”方面的限制,不论是实验者还是指导教师都可以方便的上网进入虚拟实验室进行各种实验,虚拟实验的开展极大的促进了教学实验活动的进行。
三、虚拟仿真教学实验系统的模型结构和实例分析
(一)虚拟仿真教学实验系统的模型
虚拟教学实验系统的设计的着眼点主要建立在对实物实验设备和实验环境的仿真上,包括对实验场景和实验对象的实体仿真以及实验对象内部的数学仿真,对应的仿真模型是实体模型和数学模型,具体的模型结构如图1所示。
图1虚拟仿真教学实验系统的模型结构
在这样的模型结构中,实体模型的优劣程度直接影响虚拟实验的真实感与交互性,而数学模型的精确程度则影响着实验的效果和实验质量。在虚拟实验系统的模拟中,为了逼真地模拟出实验场景,使实验仪器和元器件等对象在外形上与操作上都具有真实感,一般采用三维建模技术进行场景和实体的建模。对于数学模型的构建,则是依据系统之间的相互关系和内在联系机制,依据成熟的理论和模型在分系统之间建立确定的对应关系。因此,对于不同的虚拟实验类型,一般具有不同的数学模型。
(二)微机接口电路教学实验系统的虚拟仿真设计实例
下面介绍了基于虚拟仿真技术建立的微机接口电路教学实验系统设计实例。传统微机接口电路实验中,需要专门的硬件实验设备与普通微机相连,实验的主要过程是在微机中利用asm等工具软件进行接口实验程序的调试操作。其基本过程如图2所示。
图2微机接口电路“半虚拟化”设计方案
对这一基本实验采用虚拟仿真技术进行虚拟教学实验系统设计,应该主要针对“专用硬件实验台”进行虚拟化设计,其实现难点在于真实的实验软件与虚拟的接口电路之间进行虚拟“连接”。利用Windows对底层硬件设备的管理和访问控制方法,可以设计专门的设备驱动程序(VxD)软件来代替外部的实验接口电路。具体的应用技术和设计方法如图3。
图3虚拟硬件接口电路实现方法
(三)虚拟仿真技术在教学实验系统中应用需要注意的问题
随着虚拟仿真技术在教学实验系统的应用日益广泛,在具体实践中也需要注意两个问题:首先,注意强化虚拟仿真技术与多媒体技术的有机结合。多媒体技术具有直观、逼真的视觉效果,有利于构建和营造逼真的实验环境,要充分利用、虚拟技术来,营造逼真的训练工作环境,仿真技术则通过建立真实的数学模型,能够进行实时仿真,这两者之间的融合,有利于构建真实环境下的实时仿真平台,实现虚拟与仿真的无缝联接。其次,根据不同实验的特点确定虚拟教学实验系统的设计思想和仿真工具。虚拟教学实验系统的开发应该注意将实验工程环境的开发和实验仿真过程开发进行结合,一般把仿真过程主要在后台运行,强调实时性和可靠性,而具体的实验工程环境的运行作为前台,强调真实性和高仿真性。因此需要根据具体的实验需求加以侧重。
三、结束语
虚拟仿真技术应用于教学实验系统,是对实物实验的补充、完善和扩展,能够保证实验教学系统中具有良好的开放性和具有真实感的交互,必将引发实验教学领域的深刻变化,虚拟仿真实验教学也将成为实验教学改革的一个重要方向。
参考文献:
