学文网虚拟仿真范文第1篇
摘要：仿真（simulation）技术，或称为模拟技术，就是用一个系统模仿另一个真实系统的技术。从狭义上讲，是指20世纪40年代伴随着计算机技术的发展而逐步形成的一类试验研究的新技术；从广义上来说，仿真则是在人类认识自然界客观规律的历程中一直被有效地使用着。由于计算机技术的发展，仿真技术逐步自成体系，成为继数学推理、科学实验之后人类认识自然界客观规律的第三类基本方法，而且正在发展成为人类认识、改造和创造客观世界的一项通用性、战略性技术。
关键词：仿真技术 系统模仿
1、概念介绍
人们对仿真技术的期望也越来越高，过去，人们只用仿真技术来模拟某个物理现象、设备或简单系统；今天，人们要求能用仿真技术来描述复杂系统，甚至由众多不同系统组成的系统体系。这就要求仿真技术需要进一步发展，并吸纳、融合其他相关技术。
虚拟现实（Virtual Reality）技术，简称VR，是20世纪80年代新崛起的一种综合集成技术，涉及计算机***形学、人机交互技术、传感技术、人工智能等。它由计算机硬件、软件以及各种传感器构成的三维信息的人工环境――虚拟环境，可以逼真地模拟现实世界（甚至是不存在的）的事物和环境，人投入到这种环境中，立即有“亲临其境”的感觉，并可亲自操作，自然地与虚拟环境进行交互。
VR技术主要有三方面的含义：第一，是借助于计算机生成的环境是虚幻的；第二，人对这种环境的感觉(视、听、触、嗅等)是逼真的；第三，人可以通过自然的方法（手动、眼动、口说、其他肢体动作等）与这个环境进行交互，虚拟环境还能够实时地作出相应的反应。
虚拟仿真技术，则是在多媒体技术、虚拟现实技术与网络通信技术等信息科技迅猛发展的基础上，将仿真技术与虚拟现实技术相结合的产物，是一种更高级的仿真技术。虚拟仿真技术以构建全系统统一的完整的虚拟环境为典型特征，并通过虚拟环境集成与控制为数众多的实体。实体可以是模拟器，也可以是其他的虚拟仿真系统，也可用一些简单的数学模型表示。实体在虚拟环境中相互作用，或与虚拟环境作用，以表现客观世界的真实特征。虚拟仿真技术的这种集成化、虚拟化与网络化的特征，充分满足了现代仿真技术的发展需求。
2、基本特性
虚拟仿真技术具有以下四个基本特性：
（1）沉浸性（Immersion）
虚拟仿真系统中，使用者可获得视觉、听觉、嗅觉、触觉、运动感觉等多种感知，从而获得身临其境的感受。理想的虚拟仿真系统应该具有能够给人所有感知信息的功能。
（2）交互性（Interaction）
虚拟仿真系统中，不仅环境能够作用于人，人也可以对环境进行控制，而且人是以近乎自然的行为（自身的语言、肢体的动作等）进行控制的，虚拟环境还能够对人的操作予以实时的反应。例如，当飞行员按动导弹发射按钮时，会看见虚拟的导弹发射出去并跟踪虚拟的目标；当导弹碰到目标时会发生爆炸，能够看到爆炸的碎片和火光。
（3） 虚幻性（Imagination）
即系统中的环境是虚幻的，是由人利用计算机等工具模拟出来的。既可以模拟客观世界中以前存在过的或是现在真实存在的环境，也可模拟出客观世界中当前并不存在的但将来可能出现的环境，还可模拟客观世界中并不会存在的而仅仅属于人们幻想的环境。
（4）逼真性（reality）
虚拟仿真系统的逼真性表现在两个方面：一方面，虚拟环境给人的的各种感觉与所模拟的客观世界非常相像，一切感觉都是那么逼真，如同在真实世界一样；另一方面，当人以自然的行为作用于虚拟环境时，环境做出的反应也符合客观世界的有关规律。如当给虚幻物体一个作用力，该物体的运动就会符合力学定律，会沿着力的方向产生相应的加速度；当它遇到障碍物时，会被阻挡。
3、结语
由于采用电子虚拟仿真技术设计电子产品具有安全系数高、投入设备少、周期短、性能高，所以新世纪设计电子产品的新理念是：构思电路――虚拟仿真――绘制电路板――焊接调试――出产品。
参考文献：
[1]樊爱华，胡忠东．虚拟现实的建模技术[J]．计算机仿真
[2]孙开翠，王汝传等．基于VRML的虚拟场景构造工具的研究[J]．南京邮电学院学报，自然科学版
虚拟仿真范文第2篇
摘 要 本文主要针对人们对模拟、虚拟、仿真概念界定不清等情况，详细介绍模拟、虚拟、仿真及模拟仿真与虚拟现实的概念及相互之间的区别。
关键词 模拟 虚拟 仿真 模拟仿真 虚拟现实
中***分类号：TP3 文献标识码：A
1 模拟与仿真
模拟经常采用虚拟具体假想情形的方法，也经常采用数学建模的抽象方法。利用模型复现实际系统中发生的本质过程，并通过对系统模型的实验来研究存在的或设计中的系统。这里所指的模型包括物理的和数学的，静态的和动态的，连续的和离散的各种模型。所指的系统也很广泛，包括电气、机械、化工、水力、热力等系统，也包括社会、经济、生态、管理等系统。当所研究的系统造价昂贵、实验的危险性大或需要很长的时间才能了解系统参数变化所引起的后果时，一般采用模拟的方式来完成。
仿真是一种特别有效的研究手段。仿真的重要工具是计算机。仿真与数值计算、求解方法的区别在于它首先是一种实验技术。仿真的过程包括建立仿真模型和进行仿真实验两个主要步骤。仿真技术的实质也就是进行建模、实验。现代仿真技术的发展是与控制工程、系统工程及计算机技术的发展密切相关联的。控制工程和系统工程的发展促进了仿真技术的广泛应用，而计算机出现及计算技术的迅猛发展，则为仿真提供了强有力的手段和工具。因此，计算机仿真在仿真中占有越来越重要的地位。一般认为，建立模型是仿真的第一步，也是十分重要的一步。仿真基本上是一种通过实验来求解的技术。通过仿真实验要了解系统中各变量之间的关系，要观察系统模型变量变化的全过程，此外，为了对仿真模型进行深入研究和结果优化，还必须进行多次运行，系统优化等工作，因此，良好的人机交互性是系统仿真的一个重要特性。
模拟侧重于软件，强调过程。仿真则侧重于硬件，仿真的重要工具是计算机、模拟器。无论模拟还是仿真都与实验相关，整个实验叫仿真，而实验过程应该叫模拟，所以模拟仿真不可分割，发展到今天统称为模拟仿真。
2 模拟与虚拟
模拟是对真实事物或者过程的虚拟。模拟要表现出选定的物理系统或抽象系统的关键特性。模拟的关键问题包括有效信息的获取、关键特性和表现的选定、近似简化和假设的应用，以及模拟的重现度和有效性。可以认为仿真是一种重现系统外在表现的特殊的模拟。虚拟是对真实的模仿，对训练过程的假想。
3 虚拟现实与模拟仿真
虚拟现实（VirtualReality，简称VR），是一种基于可计算信息的沉浸式交互环境，具体地说，就是采用以计算机技术为核心的现代高科技生成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境，用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互作用、相互影响，从而产生亲临等同真实环境的感受和体验。虚拟现实是高度发展的计算机技术在各种领域的应用过程中的结晶和反映，不仅包括***形学、***像处理、模式识别、网络技术、并行处理技术、人工智能等高性能计算技术，而且涉及数学、物理、通信，甚至与气象、地理、美学、心理学和社会学等相关。
概括地说，虚拟现实是模拟仿真在高性能计算机系统和信息处理环境下的发展和技术拓展。我们可以举一个烟尘干扰下能见度计算的例子来说明这个问题。在构建分布式虚拟环境基础信息平台应用过程中，经常会有由燃烧源产生的连续变化的烟尘干扰环境能见度的计算，从而影响环境的视觉效果、仿真实体的运行和决策。某些仿真平台和***形***像生成系统也研究烟尘干扰下的能见度计算，仿真平台强调烟尘的准确物理模型、干扰后的能见度精确计算以及对仿真实体的影响程度；***形***像生成系统着重于建立细致的几何模型，估算光线穿过烟尘后的衰减。而虚拟环境中烟尘干扰下的能见度计算，不但要考虑烟尘的物理特性，遵循烟尘运动的客观规律，计算影响仿真结果的相关数据，而且要生成用户能通过视觉感知的逼真***形效果，使用户在实时运行的虚拟现实系统中产生亲临等同真实环境的感受和体验。
虚拟现实技术是二十世纪末才兴起的一门崭新的综合性信息技术，是由计算机硬件、软件以及各种传感器构成的三维信息的人工环境——虚拟环境，用户投入这种环境中，就可与之交互作用、相互影响。它融合了数字***像处理、计算机***形学、多媒体技术、传感器技术等多个信息技术分支，从而也大大推进了计算机技术的发展。目前，虚拟现实技术已在建筑、教育培训、医疗、***事模拟、科学和金融可视化等方面获得了应用，渐已成为21世纪广泛应用的一种新技术。
模拟仿真是一种物理模拟技术的应用，它主要是通过模拟实车、实兵或实战环境，来培养单兵或小范围作战编组的作战技能。
模拟训练，所用的模拟器可能比它所模拟的真实装备还要贵。为了解决部队训练问题，美国***高级研究计划局l983年开始实施模拟器联网计划，把分散在各地的训练器用计算机联成网络，形成分布式交互仿真，实现异地联通与互操作。美***已研制的虚拟现实模拟系统可以在视觉、听觉和触觉等方面逼真地显现未来战争可能出现的各种情况，可以使没有打过仗的指挥官身临其境般地体验战争，可以使驻扎在世界各地的部队通过互联网络同时演练同一想定，可以在同一模拟系统上演练在不同国家、不同地形、不同气候、不同作战对象的各种战争行动。如美海***陆战队的模拟网络可将分布在全球执行各种任务的陆战队特遣队司令部连接起来。一支远征部队陆战营可与4800公里之外的另一支远征部队的团级司令部进行诸***兵种联合演练。
虚拟现实强调现实的真实感（身临其境的感觉），模拟仿真强调对现实的模拟（例如物体的物理特性、化学特性，强调数据）
虚拟仿真范文第3篇
摘要：本文分析了基础医学综合设计性实验教学目前面临的困难和问题，阐述了在中医药院校开设综合设计性实验的虚拟仿真课程的意义和任务，提出了综合设计性实验的虚拟仿真课程开设的目标和模式，使基础医学综合设计性实验拥有新的实验教学补充模式，可有效地推动实验教学改革和实验教学信息化建设，从而有效提高实验教学质量。
关键词：基础医学；综合设计性实验；虚拟仿真课程；设计
基础医学综合设计性实验是我校在国家***策号召下开设的一门用于培养创新型大学生的教学改革课程。虚拟仿真实验可以将虚拟与现实相结合，为实验教学提供新的方法。开设综合设计性实验的虚拟仿真课程可在一定程度上解决实验流程复杂学生不容易入手、实验课程开设专业的限制的问题，同时提高学生学习的兴趣，并侧重在综合素质和创新能力方面的培养。综合设计性试验虚拟仿真课程是创新型人才培养模式的一种，创新型人才培养模式是提高中医实验教学质量的关键，是实验教学的发展趋势[1-2]。
一基础医学综合设计性实验存在的问题
综合设计性实验具有时间长、费用高、实验不确定因素多等特点，实验流程繁琐，从实验宣讲、课题设计、耗材申报、确定实验方案、预实验、正式实验、结项答辩每个环节都需要学生与带教老师及实验准备老师的配合才能完成。繁琐的实验环节，导致学生和老师之间的沟通出现问题，影响实验的正常进行。此外，由于专业开设的限制，部分专业学生不能得到相关的培养。有些学生设计的实验，由于试剂或耗材的不安全性而导致实验不能开设，需要重新更改实验方案。实验方案难易参差不齐，较难观察的实验结果打击学生的积极性，同时也增加了带教老师的指导难度[3]。
二开设基础医学综合设计性实验虚拟仿真
课程的意义综合设计性实验旨在提高学生的综合能力，使学生熟悉科研课题的开题、实验研究、结项等过程，为以后的科研实验奠定基础。设置综合设计性实验虚拟仿真课程具有非常重要的意义，将实验的过程设计成虚拟仿真的模块，学生通过操作模块可以在短期内熟悉实验各个环节，及其在每个环节中需要完成的任务、每个环节的沟通流程，极大的解决学生在实验过程中不知该做什么、不知哪些能做的问题，并在一定程度上提高了效率。虚拟仿真课程开设后，学生将不受专业限制选择该课程，进行虚拟综合设计性实验，并在相关评分体系及纠错体系模块中对实验课程的完成进行评价和指导。虚拟仿真实验应遵循“虚实结合、能实不虚”的原则，在实验开设过程中，将一些有毒有害环节设置成虚拟模式，让学生在掌握知识的同时又免受毒害，减轻对环境的污染。
三设计模块及流程
综合设计性实验虚拟仿真课程的设计应按照实验流程的各个环节进行设计，共包括：范例参考、模拟实验、考核三个部分。范例参考是将往届经典案例按照模拟实验的流程完整列出，供学生进行参考。其中模拟实验包括：实验宣讲、课题设计、耗材申报、确定实验方案、预实验、正式实验、结项答辩七个模块。实验宣讲模块中将学生实验过程中的注意事项，实验课题的研究方向等详细列出，在本模块结束时对学生进行考核，加强学生对实验注意事项的理解和重视程度。课题设计模块中主要指导学生如何查找资料、如何填写立项依据、如何辨别课题的创新性和新颖性，如何将所有的课题思路设计成一个完整规范的实验方案。在本模块结束时对学生进行考核，考核的内容是在查找资料、立项依据、课题的创新性和新颖性方面出题，让学生用模块中指导的方法进行判断，以提高学生的动手动脑能力，学以致用。耗材申报方面对申报的每一种耗材，在备注栏里列出详细需要的用量及依据、参考书、参考文献等，做到尽可能的节俭，同样在模块结束时对学生进行考核，列出一些实验的耗材、试剂和药物的用量，让学生进行计算和判断。确定实验方案模块是有带教老师对实验方案进行审核提出修改意见，由学生进行修改经带教老师审核结束后方可进入下一步实验。预实验环节主要是让学生掌握实验操作，如煎药时应先浸泡多长时间、煎煮火候、药物浓缩等，以及给药剂量的计算，实验观察指标的观察方法、试剂盒的使用方法、各种仪器的操作方法等，让学生熟悉并掌握；并在本模块结束时就给药剂量计算、试剂盒的使用方法、各种仪器的操作方法进行考核。正式实验中严格按照实验方案的流程进行试验，并在此项中增加对团队协作意识的考核，对可同时开展的实验项目进行分工合作，考核学生是否能在规定的时间内同时完成多个实验内容；并在本模块结束时就团队协作效率，给药剂量计算、试剂盒的使用方法、各种仪器的操作方法的熟练程度进行考核。结项答辩环节中是考核学生在完成实验后对实验结果的处理、实验报告的撰写、答辩PPT的制作等能力。同时在每个模块结束时，由带教老师进行审核、提出修改意见并进行指导。
四设计过程中存在的主要问题
综合设计性实验虚拟课程学生不能在短时间内完成，要让学生能坚持完成这个实验还缺乏一个有效的监督体系和奖励机制。综合设计性实验复杂，设计模块较多，项目复杂，学生设计思路较广，如何能够使软件正常运行是一个较难解决的技术问题。虚拟仿真实验的设计原则是“虚实结合、能实不虚”，如何将虚拟课程与传统课程有机结合是需要重点研究的问题，对虚实及虚实结合的环节的判断，是亟待解决的问题。作为一个非必修课程，我们还应在如何调动学生参与的积极性方面进行努力。
五展望
虚拟仿真教学是互联网时代的特定产物，它不能取代传统教学，同时虚拟仿真综合设计性试验课程也不能取代传统设计性实验课程，而是将其融入到传统的实验教学中与其结合，实现提高学生综合素质的目标。综合设计性实验虚拟课程目前处于设计阶段，还存在很多未发现的问题，任何的改革都不会轻易成功，需要许多人的付出和坚持不懈，在实践中进一步探索和完善，以推动和促进我校教学质量的提升。
作者:龚曼 孙慧娟 张明昊 李玉洁 赵珍珍 朱艳琴 孙曙光 单位:河南中医药大学
参考文献
[1]贾永森,田福玲,齐峰,吴范武,马会霞,高秀娟.中医理论实验课优化与整合初探[J].中医学报,2011,09:1054-1055.
[2]张紫娟,闫秀娟,杜彩霞.开设“基础医学综合设计性实验”全面提升学生能力[J].中医药管理杂志,2015,10:37-38.
[3]张君胜,解慧梅,杨晓志等.高职动物微生物综合设计性实验教学模式实施与思考[J].畜牧兽医杂志,2012,31(2):72-74.
虚拟仿真范文第4篇
工程***学课程教学理论与实践相结合是非常重要的特别是学生的动手及创新能力的培养，是理论性和实践性都较强的课程，因此实验教学环节对学好这门课程至关重要。通过加强实践教学环节，才能使学生真正理解和掌握该学科的理论知识。
工程***学课程的教学是很具体形象的，它注重机构的运动及动作，在理论教学中由于缺乏真实感受，学生听课时常会感到枯燥乏味、内容很难理解；机械类课程中的实验设备大多很昂贵，有些情况下，不能完全满足相应的实验要求，尤其是对每个学生而言，学生实验通常是分组，对有些实验，实验设备很少时，分组的人数会很多，这样学生在做实验时会没有很多机会熟练掌握；因此，如果能在教学中进行虚拟仿真实验教学，不但在一定程度上可以弥补实验资源的匮乏，而且可以提高学生观察问题、分析问题和解决问题的能力，以求达到掌握一门专业技术技能。
1虚拟仿真实验应用于教学中的现实意义
目前国内大多数高校的实验还是采用传统方式，即老师讲解、演示，再由学生自己动手。而国外已经从传统实验转为实物实验与虚拟实验相结合，充分利用先进的计算机设备进行虚拟仿真实验教学，取得了较好的效果。
传统的教学模式以教师为中心，知识的传递主要靠教师对学生的灌输，作为认知主体的学生在教学过程中自始至终处于被动状态，其主动性和积极性难以发挥，不利于培养学生的发散性思维、批判性思维和创造性思维，也不利于创造性人才的培养。虚拟仿真实验突破了传统教学手段上的局限。学生自己动手操作，亲身参与整个实验过程的操作，通过将实际生产的工艺过程以影像、动画等生动的形式表示，从而增强学生的感性认识和学习兴趣，提高教学效果，使其实践能力、观察能力及归纳能力等都得到很好的锻炼。虚拟实验技术创设了一个人性化的学习环境，使学生能够在自然、互动的气氛中进行学习。基于以上思考，尝试在《工程***学》教学中应用“虚拟仿真实验教学”进行教学改革的探索。
2虚拟仿真实验设计目标
虚拟实验的开发工具主要是网络虚拟现实建模语言(VRML)和三维建模软件。VRML是一种用于建立真实世界的场景模型或人们虚构三维世界的场景建模语言。VRML的基本目标是建立因特网上的交互式虚拟对象、场景、三维模型，基本特征包括分布式、三维、交互性、多媒体集成、境界逼真性等，是目前Intenet上基于“www”的三维互动网站制作的主流语言。
虚拟现实系统的设计要达到以下目标：
a)要使参与者有“真实”的体验。这种体验就是“沉浸”或“投入”，即全心地进入，简单地说就是产生在虚拟世界中的幻觉。理想的虚拟环境应达到用户难以分辩真假的程度，甚至比真的还“真”。这种沉浸感的意义在于可以使用户集中注意力。为了达到这个目标，就必须具有多感知的能力，理想的虚拟现实系统应具备人类所具有的一切感知能力，包括视觉、听觉、触觉，甚至味觉和嗅觉。
b)系统要能提供方便的、丰富的、主要是基于自然技能的人机交互手段。这些手段使得参与者能够对虚拟环境进行实时的操纵，能从虚拟环境中得到反馈信息，也能便系统了解参与者的关键部位的位置、状态、变形等各种系统需要知道的数据。实时性是非常重要的，如果在交互时存在较大的延迟，与人的心理经验不一致，就谈不上以自然技能的交互，也很难获得沉浸感。
3零、部件测绘实践虚拟辅助教学
《工程***学》课程为机械类专业一门主要技术基础课，是一门理论性和实践性都较强的课程，因此实验教学环节对学好这门课程至关重要。通过加强实践教学环节，才能使学生真正理解和掌握该学科的理论知识。本项目的实施内容主要是采用inventor2008，3Dmax，AutoCAD及vrml软件系统设计虚拟实验系统，使之能够对齿轮油泵(***1)、减速器(***2)、虎钳(***3)的装配进行动态模拟，通过影像、动画等生动的形式对装配过程进行动态模拟，可以充分发挥学生的主观能动性，有利于学生获得丰富的感性认识，激发学生进一步提出问题与寻求解决问题的兴趣，有助于拓宽学生的知识面，有效地支持理论学习。
零部件测绘实践虚拟辅助教学技术的做法是，以实物模型为基本要素、以实物模型测绘为主线，用计算机虚拟现实的方法，制作***画和动画形式为主的直观形象，去解析零部件的形状结构和测绘过程。
将虚拟辅助教学融于测绘实践教学的过程是：布置测绘任务；观测分析实物模型；教师依据实物模型通过虚拟辅助教学课件集中指导；学生依据实物模型，参照虚拟辅助教学课件自主测绘；教师集中讲评。
虚拟辅助教学主要构件是以虚拟***象为主，配有少量文字说明的电子文档。分别是：以动画为主去表达零部件形状结构的***画集，以对零部件形状结构分析和视***分析为主的***画集，以对零部件测绘方法和过程指导为主的***画集，以对尺寸、技术要求、***样、作业要求指导为主的***画集。
4零、部件测绘实践虚拟辅助教学技术的特点
a)基于实体的虚拟。计算机虚拟现实、虚拟三维***与构形思维和视觉及视觉心理密切相关。实践表明：没有实体模型做基准没有构形思维和视觉及视觉心理的支持，计算机虚拟现实、虚拟三维***就会成为没有意义的作品；另一方面，没有构形思维和视觉及视觉心理知识去指导计算机虚拟现实、虚拟三维***的创作，也不能获得效果良好的作品。
b)基于***学素质对测绘对象(零、部件)的选择。选择好测绘对象是保障零、部件测绘实践教学效果的首要条件。简单化和过度复杂化都不可取，都可能给大学总体教学带来损害。选择测绘对象(零、部件)的第一因素是考虑对学生***学素质培养的要求，其次是考虑后续课的需求。阀类、泵类、夹具类(虎钳)、减速器类是常选测绘对象，其主要原因是便于教学。按***学素质培养的要求考虑，所选零、部件的测绘内容应当尽量多的涵盖***学主要的核心内容。例如，表达方法典型、全面，结构具有代表性。按后续课的需求考虑，所选零、部件的测绘内容要含有后续课的主要要素。
5结语
开发零、部件虚拟测绘装配实验是为了拓宽实验教学平台，改进测绘方法，提高测绘效率和品质，减轻教学负担。这一教学技术的核心涉及到传统测绘的方方面面，也涉及到现代教育技术的深层理论和技术问题。当然虚拟仿真实验不能完全替代实物实验，但可以探索将其作为实物实验及课堂理论教学的补充。
虚拟仿真范文第5篇
摘要：***虚拟仿真课程是一种新型的***教育模式。本文从课程范围、信息载体、建设路径三个方面讨论了***虚拟仿真课程与传统***课程的不同，总结出***虚拟仿真课程具有沉浸性、交互性、针对性的特点，具体分析了***虚拟仿真课程所具备的优势，详细介绍了***虚拟仿真课程的分类，并预测了***虚拟仿真课程的发展趋势。
关键词：***虚拟仿真课程；***课程；虚拟仿真
近十多年传统***课程正处速发展中，建设课程数量、种类越来越多，参与课程的人数与日俱增，但问题和质疑也随之而来。以文字、视频为主的传统***课程可以很好地满足理论教学需要，然而，对于具有很强实践性的学科，诸如化学、机械、护理学等，实验、实训是必不可少的教学环节，仅仅依靠视频讲解，缺乏实际操作是很难满足实践教学的需要。因此，***教育亟需一种全新的手段帮助更新教育理念、深化教学改革、形成创新型的培养模式。随着虚拟仿真技术商业化程度加深，它越来越被普罗大众所熟知，其独特的交互方式使得它成为教育领域的宠儿，被视为一种具有颠覆性的教育手段。当***课程与虚拟仿真技术相结合，便形成了一种新型的***教育模式——***虚拟仿真课程。
1***虚拟仿真课程和传统***课程的差异
总的来说，***虚拟仿真课程的概念相对较窄，而传统***课程更为宽泛。目前来看，***虚拟仿真课程是传统***课程的一个相对***的特殊分支。
1.1课程范围不同
传统***课程是为学习者提供多样学习的需要，为推进信息技术与教育教学的深度融合而开展建设，其范围比较宽泛，可以是理论课、实验课或者两者兼有的课程，是真实课程的网络化，并不强调虚拟化和仿真。与传统***课程（含微课、SPOC、MOOCs、网络公开课等）相比，***虚拟仿真课程范围是以实验、实践和相关教学资源为主体，通过虚拟仿真技术在网络平台上模拟现实教学环境完成课程教学，可以用来弥补真实世界不具备或是难以完成的教学内容。
1.2信息载体不同
传统***课程的主要信息载体是视频类，通过对教学内容教学过程的录播、直播形成的视频的传播，完成学习信息的传递，可以补充其他资源例如动画、音频、操作软件等，以看、听为主；而***虚拟仿真课程的主要信息载体三维模型、交互软件、虚拟仿真设备（如VR头盔、MR头显、AR眼镜等），通过提前预设的程序展现，在对信息载体的认识、编辑、控制、操作的交互过程中，完成学习信息的传递。
1.3建设路径不同
***虚拟仿真课程建设技术难度大，硬件条件要求高，单独依靠高校力量很难完成课程的建设任务，提倡高校为主、校企合作的模式，主要是弥补高校懂专业、不懂技术的状况，高校提供需求，企业提供技术；而传统***课程在对软件、硬件、技术方面的要求相对较低，甚至教师个人就可完成建设任务，因此倡导的是“高校主体、***府支持、社会参与”的方式，高校牵头建设，企业辅助配合。
2***虚拟仿真课程的特点
2.1沉浸性
沉浸性是指学习者借助显示、音效、力反馈等设备将自己的视觉、听觉、感觉完全融入网络营造的虚拟环境，让学习者感觉自己已成为虚拟环境的一个组成部分，从而从被动的观察者变成了主动的参与者。2.2交互互性指学习者与学习课程的双向互动程度。***虚拟仿真课程不同于传统***课程的“你讲我听”，它有大量的交互，这种交互并不是简简单单的点击，而是需要学习者通过观察、思考后对虚拟对象精确地操作，而不同的动作又会反馈给学习者不同的结果，直至达到预期的学习效果。
2.3针对性
针对性是指满足不同学习者在学习过程中的学习需求。传统***课程给每个学习者的课程资源是一样的，学习者至多可以改变学习顺序、学习时间长度，学习针对性不强。而***虚拟仿真课程赋予学习者极大权限，可以定制学习内容，优化学习过程，尝试解决问题的不同方法。如在虚拟的化学实验课中，学习者可自由改变物料比得到不同的实验结果，实现课程的个性化。
3***虚拟仿真课程的优势
3.1***虚拟仿真课程是“学为主体”的必然要求
***虚拟仿真课程的整个学习过程是依靠学习者自己结合系统的引导，主观能动地探究知识，进行启发式的学习，学习者是课堂的唯一主体，成为知识的信息加工者。教师的作用体现在脚本的设计上，不再进行单方向的知识灌输。真正让学习者能摆脱施教者的影响，充分挖掘自己学习的潜能，构建自己的知识体系架构，贯彻了“以学生为中心”的教学理念，这点正是高素质人才所要培养的。
3.2***虚拟仿真课程是实验实践类课程的创新发展
***虚拟仿真课程对于实验实践类课程有着得天独厚的优势，例如，很多专业课都是要结合真实部件进行现场授课的，虚拟仿真技术可以让学习者在任何时间、地点进入构建的虚拟世界，并能实现学习者对虚拟对象进行无异于真实世界的交互训练，如对汽车驾驶与互动训练等，实现了学习者和课程内容的互动，让学习者更加沉浸其中。这种新颖的教学手段极大地增加了课堂的趣味性，更加能刺激学习者内在的学习动机，提升学习效果。
3.3***虚拟仿真课程是个性化自主探索式学习的具体体现
***虚拟仿真课程将教师的启发引导转化为预先设置的程序、脚本，并将教学环境和教学内容融为一体，使得学习者可以自主学习和协作交流，从而完成观察、操作、质疑、猜想、探究、推理等富有创造性的一系列活动。由于***虚拟仿真课程提供的学习内容是可编辑、可探索和可交互的，这使得学习者能够在知识的探索中形成自己特有的学习个性，并能组建自己特有的知识体系。
4***虚拟仿真课程的分类
4.1嵌入式与外挂式
根据***虚拟仿真课程是否***运行，可以分为嵌入式和外挂式，前者将虚拟仿真模块嵌入到网页中，并形成有机整体，共同运行；后者虽然也通过网络管理，但需要***后，以EXE或APP的形式***运行,其中EXE版运行在Windows系统上,APP版运行在安卓、苹果等系统上。4.1.1嵌入式嵌入式***虚拟仿真课程是指课程所有的内容均***上完成，将虚拟仿真实验模块嵌入到***开放课程的平台中，满足对虚拟实验、实训的需要。以《液压与气压传动》***虚拟仿真课程为例，整个课程实施离不开网络平台，而这个平台的构成要素和一般***开放课程基本一致，都包含学习资源、***测试、***交流等要素。但学习资源中融入了“回路仿真”、“虚拟元件库”等虚拟仿真实验模块，学习者可以依托网络平台进行虚拟实验，拓展了虚拟教室的功能作用。4.1.2外挂式外挂式***虚拟仿真课程的虚拟仿真模块不再嵌入到一般***开放课程平台中，***运行，多用于辅助线下教学。课程以虚拟实验、训练为主，强化学习者和课程内容间的交互，注重操作、技能的培养，将答疑解惑、主题研讨、***交流等教学活动移至线下。以《汽车结构与维修》课程为例，其主体功能包括结构组成、工作原理、虚拟拆装、考核评估等，学生可以通过APP方式在本机运行和学习，但是系统后台会适时采集学习过程数据，包括学习进度、考核成绩等信息，便于后期查询、分析、统计。
4.2固定式和移动式
根据***虚拟仿真课程客户端设备是否移动，可以分为固定式和移动式，前者一般在普通电脑终端等不易移动设备上运行，后者通过可移动XR设备（包括VR虚拟现实设备、AR增强现实设备、MR混合现实设备等）进行交互。4.2.1固定式固定式***虚拟仿真课程可通过键盘、鼠标、激光笔等输入设备对教学资源进行漫游式学习。该类课程具有3个层次的漫游形式：单纯式。学习者使用键盘鼠标在立体逼真虚拟场景中漫游，比如对一些机械零部件的结构组成学习就可以采用单纯式漫游，学习者通过拖动鼠标左键、按下鼠标中键（滚轮）、滚动鼠标滚轮分别实现旋转、左右平移、放大和缩小场景和模型等操作。互动式。根据课程要求，在单纯式的基础上，对某些虚拟对象增加交互功能，学习者根据自身需求点击激活需要详细了解的部分，虚拟对象显示知识内容或提示操作步骤，达到交互操作的效果。比如对机械零部件检修的学习训练，就可以采用互动式实现零部件拆装、维修等虚拟操作。含逻辑属性式。根据运动学、物理学、力学、化学等逻辑属性的算法提前对虚拟对象的自身运动或者交互运动进行编辑，当学习者触发相应操作时，实现虚拟对象的逼真动作。比如在挖掘机操作的虚拟训练时，设计挖掘机各部件的动作，使学习者在交互过程中获得真实的动作效果。4.2.2移动式移动式***虚拟仿真课程是指结合虚拟现实技术、混合现实技术、增强现实技术，利用VR头盔、定位头套、数据手套、手柄、AR眼镜等可穿戴设备进行交互学习。此类课程的沉浸感、交互性大大提升，VR头盔生成和真实世界相似的虚拟世界，让学习者完全沉浸在其中，并通过数据手套等传感器，和虚拟世界中的事物进行交互，这种交互不在是单纯漫游式的交互，而是更加多维度的、更加趋近于真实世界的深度交互，其课程体验具有极强的真实感。例如，基于虚拟现实的深水水下应急维修仿真系统可为无经验的工程人员提供维修培训，使之在低成本前提下极大提高对实际事故快速处置的能力与维修操作的精度，降低作业风险。可穿戴***虚拟仿真课程为学习者提供了一个更加有效的学习途径，但由于需要专门的设备，以及技术发展的限制，课程还尚未真正普及。
4.3其它分类方式
从面向产业看，***虚拟仿真课程可以分为第一产业、第二产业、第三产业课程。以第一产业为例，课程可以包括农田灌溉虚拟仿真、农场播种虚拟仿真、水利工程虚拟仿真等。从所属专业看，***虚拟仿真课程可以分为马克思主义、法学、建筑、物理、电器、地质、医学、***事等课程。以建筑为例，课程可以包括建筑设计虚拟仿真、高层建筑防火与消防疏散虚拟仿真等。从受众层次看，***虚拟仿真课程可以分为大学、中小学、社会群众课程。以社会群众为例，课程可以包括******情科普虚拟仿真、******苗接种虚拟仿真等。
5***虚拟仿真课程的发展趋势
***虚拟仿真课程既是***教育的特殊分支，也是***教育的发展方向。随着“开放共享”“知识公益”“终身学习”等理念逐步传播，浏览器性能逐步强大，XR设备功能逐步强大，***虚拟仿真课程伴随着***教育的快速兴起，也在不断壮大和发展。在我国，“国家虚拟仿真实验教学中心”（2014）、“国家虚拟仿真实验教学项目”（2019）、“虚拟仿真‘金课’”（2019）等建设项目加快了虚拟仿真技术和高等教育的融合，推动了***虚拟仿真课程的进一步发展。
5.1专业门类更加齐全
根据国家虚拟仿真实验教学课程共享平台，目前已经由2079个专业开展了***虚拟仿真课程，包括法学类15个、建筑类21个。但是海洋科学类、材料类、自动化类、公安技术类还处于空白状态，后期相关专业肯定会越来越丰富。
5.2社会参与更加广泛
随着***虚拟仿真课程的不断推进，各类社会组织参与的积极性必然显著增强，也是大众了解相关产品的必然需求。这里的参与度包括2个方面，一是各类公司利用仿真课程向公众展示其产品；二是公司参与到***府、高校等机构的教育学习活动中，通过研制相关***课程来获取公司效益。
5.3仿真设备不断涌现
HTC已经衍生出多款VR头盔，AR眼镜也不断涌现，包括Google、华为、爱普生等，MR典型代表HoloLens也推出了第二代产品。
5.4技术手段更加先进
随着科技的发展，***虚拟仿真课程的技术手段必然会越来越先进，包括硬件设备、软件性能、网络承载、资源检索等。其中，***虚拟仿真课程的资源检索，利用爬虫工具搜索并获取现有网络上的MOOCs资源，并嵌入到当前课程中。
5.5虚拟考核更加科学
***虚拟仿真课程不仅仅包含普通教学功能，还会结合云计算、大数据等手段进行虚拟考核，并适时采集考核过程与结果数据，使考核更加科学，数据更加精确，分析更加全面。通过这些考核，形成一定的学分，便于各类院校、企业对人才的认定。此外，虚拟考核也可以为当前各级***府大力推广的学分银行建设提供重要支撑和依据。
参考文献：
[1]汪芳,石鑫,秦俊.信息化背景下产业经济学***开放课程建设研究[J].现代商贸工业,2018,39(31):156-158.
[2]赵梅.“互联网”背景下高效***课程评价的有效性探讨[J].教育观察,2020,9(45):54-56.
作者：王硕 钱坤 单位：陆***工程大学野战工程学院
虚拟仿真范文第6篇
摘要：车削加工实训教学作为工程实训课程中的重要环节，在实训教学过程中大多使用“指导教师讲解演示，学生观摩后操作”的模式，故学生实训操作过程存在一定的安全隐患。传统的教学模式效率较低，实训教学效果不佳，而虚拟仿真技术在改革车床传统教学模式、提升学生工程素养方面可以起到重要作用。鉴于此，以C6132D卧式车床为基础，探究了车削加工虚拟仿真教学系统的设计思路，对系统的功能与技术、教学应用等方面进行了设计与介绍，并对系统投入使用时可能面临的问题进行了分析。
关键词：车床实训；虚拟仿真技术；工程实训教学
在工程实训教学中，传统的普通车床实训教学项目比较注重动手操作，但是由于工程实训中心的设备数量不足，加上有经验的实训指导教师人数、学生实训操作安全等方面的限制，传统车床的实训教学已无法满足学生的需求[1]。随着计算机技术的不断发展，由计算机控制的数控车床逐步取代人工操作的普通车床，已经成为一个不可逆转的趋势[2]，但是普通车床作为数控车床的基础，依然很重要，高等学校所开设的工程实训课程中仍将普通车床作为一个重要的实训项目[3]。依托计算机、网络、***像处理等技术的成熟，虚拟仿真技术已应用于各实训教学项目中，其能够实现实训教学的虚拟化、三维可视化；实现实训教学项目的交互与沉浸，使学生能够更主动地进行实训操作；还能解决车床实训教学过程中存在危险、车床设备数量不足等问题。与此同时，在注重工程专业认证的当下，虚拟仿真技术在工程实训方面的应用，对工程专业认证也有着重要的加分作用[4-5]。
1车削加工虚拟仿真教学系统设计思想
普通车床实训涉及的内容较多，学生需要掌握的知识不仅包括刀具、夹具和切削加工基础知识，还包括C6132D普通车床的相关操作知识。要想通过系统自学普通车床的加工操作过程，就不能抱着只是在系统上用鼠标、键盘简单地点击几下或敲几个按键的想法。使用虚拟仿真教学系统学习，学生须扎扎实实地掌握相关知识。基于这个目的，该系统从设计开始就需要有知识学习、操作演示、动手实践等基础的设计思想，给学生提供丰富的车削加工知识，通过向学生演示车削加工的实例，方便学生进行模拟操作。因此，该系统应是一个集实训教学与实训操作于一体的系统，同时可以依靠网络打破时间、空间的限制，让学生实现自主实训。
2车削加工虚拟仿真教学系统的开发软件构想
在车削加工虚拟仿真教学系统中，需要模拟出一个真实的工件从毛坯到车削加工成型的过程，使学生能身临其境地感受到车削加工的过程。AuthorWare作为备选软件，能将***像、声音、***片和动画等结合在一起形成一个完善的系统；非专业的编程人员也能创造出一个与车削加工操作相关的多媒体应用软件。在车削加工虚拟仿真开发方面，VisualBasic作为主要编程软件，基于可视化编程技术与多媒体功能，能搭建出集声音、动画和***像于一体的多媒体应用程序，营造出与车床实际操作过程相同的实训环境。为了使界面更加完美，动画显示更加真实，还可以使用Photoshop、Flash和3dsMax软件来处理***像和制作动画，实现虚拟仿真系统的各种功能。
3车削加工虚拟仿真教学内容
车削加工虚拟仿真教学系统是2020年山东科技大学虚拟仿真实验教学建设的项目之一，该系统在人机交互界面上力求反映真实的车床加工实际操作过程，具备较强的真实感、顺畅的交互性和一定范围内的容错性。该虚拟仿真教学系统可分为3个模块：3.1车削基础知识模块。该模块主要功能是为初次参与工程实训的学生提供一个车削加工设备的认知过程，学生在此模块中可以学到车削加工的基本知识，内容如下：（1）车削加工实训目的及要求：让学生在操作前充分掌握实训目的，了解与车削加工相关的专业知识。（2）车削加工实训安全技术要求：虽然学生通过虚拟仿真模拟车削加工过程没有危险性，但是虚拟模拟的最终目的还是要回归于实际的操作中，因此，详细地告知学生在实际操作过程中的注意事项十分必要。要明确说明什么可以做，什么不可以做，避免学生在实际操作过程中出现失误，导致实训设备损坏或发生严重的人身伤害事故。（3）车削加工的概念与工作原理：涉及车削加工的介绍，车削加工的优点、缺点，车削加工的范围等，学生可多角度观察车削加工过程。（4）车床结构（C6132D普通车床的结构）：通过车床模型可多角度任意旋转、缩放观察车床的结构，包括主轴箱、进给箱、挂轮箱、床身、溜板箱、尾架、光杠、丝杠、车床上各种按钮和手柄的功能等。（5）常用量具：让学生认识常用量具，例如游标卡尺、螺旋测微器等，并辅以动态***演示常用量具的结构及使用方法。（6）常用车刀与夹具介绍：向学生介绍常用车刀，包括内孔车刀、偏刀、切槽刀等，辅以车刀模型的结构、名称的展示，包括夹持部分、切削部分，夹具常使用的三爪卡盘、顶尖、中心支架等，并介绍它们的主要结构，辅以动态模型演示不同夹具的装夹原理。该模块还向学生介绍常见的车削加工设备，介绍车床的发展与演化过程，激发学生的学习热情。此外，该模块还提供了大量的车削设备实际加工过程的视频录像和动画演示，以便学生理解车削加工操作中车削设备的运行情况。3.2车削实训操作模块。此模块涉及车削加工的基本操作内容，学生不仅能够通过系统演示进行观察，还可以通过车削加工虚拟仿真教学系统来模拟相关操作。主要内容如下：（1）车刀安装：在虚拟仿真教学系统中，学生可通过三维模型动态演示学习车刀安装操作，并在系统演示后自行操作模拟安装车刀的过程。安装过程中需要注意，车刀安装在方刀架上，刀尖一般应与车床主轴中心等高。此外，车刀在方刀架上伸出的长度要适宜，垫刀片要放平整，车刀与方刀架均要锁紧。（2）三爪卡盘安装工件方法：三爪卡盘是车床上最常用的装夹工具，在虚拟仿真教学系统中，学生可通过三维模型动态演示学习如何将工件安装到三爪卡盘上，并在演示后自行模拟将工件安装到三爪卡盘上的过程。（3）车端面：车端面是车削加工中最基本、最常见的工序之一，改变的是工件的长度。车端面时，车刀的刀尖应对准工件的中心，以免车出的端面中心留有凸台；当背吃刀量较大时，容易扎刀；凸台是逐渐车掉的，所以车端面时使用弯头刀较为有利。（4）车外圆：车外圆也是车削加工中最基本、最常见的工序之一，改变的是工件的直径。为使车刀的主切削刃垂直于工件的轴线，可在先车好的端面上对刀，使主切削刃与端面贴平。3.3车削实训考核模块。该模块的作用是对学生进行考核，即学生在学习过车削加工的基本知识，以及车削加工的操作后，给学生一个具体的操作项目让学生在虚拟仿真系统上进行操作。在学生进行操作的过程中，该模块可以对学生的操作过程进行监督预警，如果操作步骤出现问题，可以及时提醒学生加以改正。在操作结束后，该模块还能对学生的操作过程进行评价，并给出一个分数。这个分数可以作为学生能否继续参加线下车削加工实训的标准，此外，这个分数还可以按一定比例折合算入学生车削加工实训的总成绩。
4车削加工虚拟仿真存在的问题
4.1虚拟仿真系统建设成本较高。虚拟仿真系统除了软件以外还需要有相关的硬件设备，最基础的设备就是计算机。学生通过计算机的鼠标、键盘与虚拟仿真实训软件进行信息交互，如果想让学生有更好的虚拟仿真实训体验，还需要有相应的配套设备，如VR眼镜、VR数据手套、VR手柄等。这些外置设备单价较高，如果要满足一个班的学生同时进行实训的需求，那么建成一个完整的虚拟仿真实训教室的费用就会相当可观。4.2虚拟仿真实训存在局限性。虚拟仿真实训也有其局限性，虚拟仿真无法全面模拟实训过程。例如，对实训中出现的一些偶发性问题可能无法全面模拟，学生就不能掌握其具体的解决方法，导致学生在实际操作机床的过程中遇到类似问题也不知道怎么处理。此外，实训操作中一些具体的过程，如装刀、装工件，以及操作过程中紧急情况下制动的使用等内容可能都无法涉及。
5结语
依托虚拟仿真技术在教学领域的发展，可实现车削加工实训的虚拟仿真，建设车削加工虚拟仿真系统，实现车削加工实训的虚拟体验教学。学生可以使用基本的计算机等设备在虚拟仿真教学系统上实现技能、知识的交互，增强认知，学习车床的基本知识、操作技能等内容，并通过考核模块对自主实训效果进行检验，提高实训指导老师的教学效率，提高车削加工实训的质量。
[参考文献]
[1]王荣校.新工科形势下普通车床实训教学思考与探索[J].科学咨询（科技•管理），2018（8）：9-10.
[2]汤秀红，莫足琴.车床数控加工与改造设计[J].湖南农机，2013，40（11）：76-77.
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[4]李世丁，黄启昭，薛裕童，等.基于VRML的虚拟车床仿真系统[J].无线互联科技，2017（11）：143-144.
[5]阚亚雄.基于虚拟仿真技术的车床工艺教学系统研究[J].镇江高专学报，2020，33（3）：39-42.
作者:时慧喆 贝广霞 宋正阳 单位:1.山东科技大学工程实训中心 2.中国重汽集团泰安五岳专用汽车有限公司