第一篇：基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的自主學(xué)習(xí)研究

基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的自主學(xué)習(xí)研究

摘 要：虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等教育信息化建設(shè)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)的重要內(nèi)容，是學(xué)科專業(yè)與信息技術(shù)深度融合的產(chǎn)物[1]。為了研究基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)的過程和效果，文章基于北京郵電大學(xué)電子信息虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，以《集成運(yùn)算放大器的基本應(yīng)用―低通濾波器》實(shí)驗(yàn)為例，歸納沒有模擬電路基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)者通過自主學(xué)習(xí)完成虛擬仿真電路實(shí)驗(yàn)的過程，并采用調(diào)查問卷的方式收集學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，虛擬實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)習(xí)者獲得相關(guān)的電路知識(shí)，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以作為學(xué)習(xí)者自主學(xué)習(xí)的工具，并且在自主學(xué)習(xí)的過程中提高了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣和發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力，培養(yǎng)了學(xué)習(xí)者的探索精神。

關(guān)鍵詞：自主學(xué)習(xí)；虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)；模擬電路；學(xué)習(xí)效果

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1673-8454（2018）06-0093-04

在現(xiàn)代教育中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)占有越來越重要的地位，為了培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力和觀察能力，很多課程往往需要學(xué)生進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)，而且許多實(shí)驗(yàn)需要多協(xié)同操作才能完成。但現(xiàn)實(shí)中許多問題在真實(shí)環(huán)境下實(shí)驗(yàn)具有不可見性、危險(xiǎn)性或需要昂貴的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，成為制約教學(xué)質(zhì)量提高的重要因素。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是解決此問題的有效方案[2]。

虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)不僅可以解決上述問題，而且對于提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)有很大的幫助。在利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)的過程中，完全是以學(xué)習(xí)者為中心，學(xué)生可以自主調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)的時(shí)間、地點(diǎn)、順序以及學(xué)習(xí)的進(jìn)度，鼓勵(lì)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)，有利于學(xué)習(xí)者的主動(dòng)建構(gòu)，符合建構(gòu)主義的教育觀和?W習(xí)觀，具有較高的理論意義和實(shí)踐價(jià)值[3]。自主學(xué)習(xí)虛擬實(shí)驗(yàn)還有利于培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的探索精神和實(shí)踐能力。學(xué)習(xí)者在自主學(xué)習(xí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的過程中，也提高了遇到問題解決問題的能力，并且確實(shí)獲得了實(shí)驗(yàn)的相關(guān)知識(shí)。將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)引入教學(xué)有利于推進(jìn)高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化建設(shè)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與發(fā)展。

一、研究現(xiàn)狀及不足

1.虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)現(xiàn)狀

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室受到了各國高校的普遍關(guān)注，我國教育部從2013年起開展了國家級虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作，截止2015年共評審出300個(gè)國家級虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心。科技部2010年將《虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用示范》作為“十一五”國家支撐計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目開展研究，清華大學(xué)、北京大學(xué)、上海交通大學(xué)、北京郵電大學(xué)、華南理工大學(xué)等高校已陸續(xù)在網(wǎng)上提供了虛擬實(shí)驗(yàn)服務(wù)。在國際上有芝加哥伊利諾伊大學(xué)的數(shù)字化有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，卡羅萊納州立大學(xué)利用Java技術(shù)建設(shè)基于Web的探索式虛擬物理實(shí)驗(yàn)室，密歇根大學(xué)為操作系統(tǒng)和高級語言課程建設(shè)了虛擬網(wǎng)上系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室等。

2.國內(nèi)研究現(xiàn)狀及啟示

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的結(jié)合方式主要有兩種，一種是先實(shí)驗(yàn)教學(xué)后虛擬實(shí)驗(yàn)，這里虛擬實(shí)驗(yàn)主要是用于鞏固知識(shí)，完善知識(shí)結(jié)構(gòu)，提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力。這也屬于先理論后實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方式，李旭鋒在《“先實(shí)驗(yàn)后理論”化學(xué)教學(xué)方法探析》[4]中提出“先理論后實(shí)驗(yàn)”的教學(xué)方法會(huì)抑制學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問題的積極性和探索創(chuàng)新的主動(dòng)性。另一種是先虛擬實(shí)驗(yàn)后實(shí)驗(yàn)教學(xué)，這里虛擬實(shí)驗(yàn)主要是來達(dá)到預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)的目的，有利于教學(xué)更加順利地進(jìn)行，如藺智挺在《基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的模擬集成電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)》[5]一文中，以模擬集成電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，介紹了安徽大學(xué)基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的做法和效果，利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心，緩解了課時(shí)的矛盾，較好地達(dá)到了預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)的目的，拓展了實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，對實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的深化產(chǎn)生了積極而深遠(yuǎn)的影響。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可以作為學(xué)生自主學(xué)習(xí)的資源，培養(yǎng)學(xué)生的自主性、探究性學(xué)習(xí)能力。如潘雪濤、鄔華芝等在《創(chuàng)新虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式 培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力》[6]一文中提出“三三三”教學(xué)理論新模式，其中虛擬實(shí)驗(yàn)室在課前應(yīng)用，激發(fā)學(xué)習(xí)者興趣，進(jìn)行自主預(yù)習(xí)；在課中應(yīng)用，主要用于教學(xué)互動(dòng)，提高效率；在課后應(yīng)用，用于自主復(fù)習(xí)，自主訓(xùn)練。多年的實(shí)踐證明，教學(xué)改革成果顯著，教學(xué)效果明顯，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和實(shí)踐創(chuàng)新能力不斷提高。趙琪、孫紅等在《基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)構(gòu)建研究》[7]中，提出開放式網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)豐富了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和手段，逐漸成為學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自助學(xué)習(xí)的重要場所和學(xué)習(xí)方式，能夠突出探究、實(shí)踐和創(chuàng)新，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)和探究性學(xué)習(xí)能力。

3.當(dāng)前研究的不足之處

通過以上文獻(xiàn)分析可以看出，廣大研究者對開發(fā)出的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在教學(xué)中的應(yīng)用情況不太關(guān)注，對虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)應(yīng)用于教學(xué)的過程設(shè)計(jì)與效果分析、虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)開發(fā)評價(jià)等方面的研究不多，尤其是關(guān)于學(xué)生對虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)學(xué)習(xí)體驗(yàn)的調(diào)查和從學(xué)生視角對使用虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行學(xué)習(xí)的評價(jià)很少。實(shí)際上，這方面的研究，對于檢查所開發(fā)平臺(tái)的有效性、實(shí)用性有很重要的意義[8]。

已有研究大多關(guān)注利用虛擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué)改革或者虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)，目前尚未有研究者進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)的自主學(xué)習(xí)過程以及學(xué)習(xí)效果驗(yàn)證的研究，而基于沒有模擬電路知識(shí)基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)者的自主學(xué)習(xí)更能反映出虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對于知識(shí)掌握和實(shí)踐能力提高的效果。因此筆者基于北京郵電大學(xué)自主研發(fā)的電子信息虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，以未學(xué)習(xí)過《模擬電路》相關(guān)課程的學(xué)習(xí)者為研究對象，對學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程、學(xué)習(xí)積極性、學(xué)習(xí)效果進(jìn)行研究。

二、研究方法及過程

1.研究目的

本研究旨在通過對沒有模擬電路知識(shí)基礎(chǔ)的學(xué)生進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的自主學(xué)習(xí)過程和效果的調(diào)查研究，來分析通過自主學(xué)習(xí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，學(xué)生是否可以獲得相關(guān)的電路知識(shí)；學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中積極性和注意力的集中程度如何，發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力是否有所提高，以及實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的易用性等問題，通過此次調(diào)查，了解虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是否可以作為學(xué)生自主學(xué)習(xí)的工具。

2.研究對象

本次調(diào)查問卷以40名研究生為例。在樣本的選取上，本次調(diào)查對象為沒有學(xué)過《模擬電路》相關(guān)課程、沒有做過任何一個(gè)模擬電路實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)者，這樣更能體現(xiàn)出自主學(xué)習(xí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的效果；本研究所用的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是由北京潤尼爾網(wǎng)絡(luò)科技有限公司研發(fā)、北京郵電大學(xué)電子信息虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心運(yùn)營的。實(shí)驗(yàn)課程類屬《模擬電路》，實(shí)驗(yàn)名稱：《集成運(yùn)算放大器的基本應(yīng)用―低通濾波器》，學(xué)習(xí)方式：自主學(xué)習(xí)。

3.研究工具

本次研究采用的工具為一份問卷調(diào)查表，在填寫完問卷之后采用訪談的方法來獲取被試者的主觀感受。

（1）問卷調(diào)查

本問卷的題目包括三個(gè)部分：第一個(gè)部分是第1題，是關(guān)于研究對象的個(gè)人信息，是否做過任何一個(gè)模擬電路的實(shí)驗(yàn)。若做過，則被視為無效問卷；第二個(gè)部分是2～6題，從做實(shí)驗(yàn)的積極性和注意力的集中性（問題2～3），遇到問題的解決辦法（問題4～6）三個(gè)方面來了解學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的過程。第三部分是7～9題，分別從實(shí)驗(yàn)的原理（問題7）、器材的種類（問題8）、器材的作用（問題9）、學(xué)習(xí)虛擬實(shí)驗(yàn)的基本步驟（問題10）、虛擬實(shí)驗(yàn)對學(xué)習(xí)的幫助程度（問題11）四個(gè)方面來調(diào)查學(xué)習(xí)效果以及虛擬實(shí)驗(yàn)對自主學(xué)習(xí)的有用性。

實(shí)驗(yàn)在2017年6月份進(jìn)行，每個(gè)學(xué)生自主學(xué)習(xí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的時(shí)間不限制，可以使用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行信息的查詢，學(xué)習(xí)過程沒有硬性要求，學(xué)習(xí)順序自主安排。調(diào)查問卷安排在做完實(shí)驗(yàn)之后，其中問卷的第10題是關(guān)于學(xué)習(xí)者對學(xué)習(xí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的步驟排序。將學(xué)習(xí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的過程進(jìn)行精簡和編碼：①進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)界面，瀏覽實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；②打開各個(gè)儀器的開關(guān)；③根據(jù)網(wǎng)絡(luò)實(shí)物圖連接完整的電路圖；④尋求場外人員幫助；⑤調(diào)節(jié)各個(gè)儀器的量程；⑥根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理圖連接實(shí)物圖的基本部分。分析學(xué)習(xí)者的排序，得出學(xué)習(xí)過程的活動(dòng)圖如圖1所示。

進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)界面，瀏覽實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)報(bào)告以及實(shí)驗(yàn)操作平臺(tái)。通過實(shí)驗(yàn)原理可得知：濾波電路的基本功能是濾除（抑制）某一頻率段的輸入信號。低通濾波器抑制的是高頻段的信號，通過低頻段的信號，當(dāng)信號和噪聲在不同的頻帶時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)信號分離，濾除噪聲。

通過參照實(shí)驗(yàn)原理圖和百度的完整實(shí)物圖在虛擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行電路連接。在實(shí)驗(yàn)過程中遇到不認(rèn)識(shí)的器材，通過雙擊實(shí)驗(yàn)器材來獲得器材的屬性以及幫助信息，遇到不太懂的地方則通過網(wǎng)絡(luò)搜索或者尋求他人的幫助，原理圖中的三角形器件為運(yùn)算放大器，有八個(gè)引腳，有放大信號的功能；信號發(fā)生器發(fā)出信號，通過泰克示波器來展示波形。

當(dāng)完成電路的物理連接后，打開和調(diào)節(jié)各個(gè)儀器設(shè)備。但是波形并沒有顯示出來，然后通過檢查自己的電路圖是否連接正確來進(jìn)行排錯(cuò)處理，查完之后還沒有出現(xiàn)波形，請其他人員幫助，通過調(diào)節(jié)泰克示波器的量程來顯示出波形，實(shí)驗(yàn)成功。實(shí)驗(yàn)臺(tái)如圖2所示。

在整個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的過程中發(fā)現(xiàn)，認(rèn)知虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)只需要三分鐘左右，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)簡單易用，查詢信息方式很多，有獲取實(shí)驗(yàn)幫助、獲取智能指導(dǎo)、獲取器材信息等等，實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生一直都保持很高的積極性，注意力很集中，遇到問題時(shí)，能夠積極主動(dòng)的尋找問題的來源，主動(dòng)尋求幫助，提高了發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。

（2）訪談

填寫完問卷，筆者對于調(diào)查對象關(guān)于做虛擬實(shí)驗(yàn)的主觀感受以及填寫問卷的認(rèn)真程度進(jìn)行訪談。經(jīng)訪談發(fā)現(xiàn)，學(xué)習(xí)者表示不用去實(shí)驗(yàn)室就能把實(shí)驗(yàn)做出來，很方便快捷，學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中充滿了好奇心，尤其是當(dāng)波形調(diào)出來之后，覺得很神奇，自主學(xué)習(xí)的結(jié)果能夠?qū)崟r(shí)的被觀察到，能夠激勵(lì)學(xué)習(xí)者進(jìn)一步學(xué)習(xí)，并且所有的被試者都認(rèn)真完成實(shí)驗(yàn)和問卷，沒有無效問卷。

4.資料處理與分析

本研究共回收實(shí)驗(yàn)問卷40份，其中第一題的選項(xiàng)均為B，即在本次實(shí)驗(yàn)之前沒有做過虛擬實(shí)驗(yàn)，因此問卷全部為有效問卷。

問卷首先調(diào)查了學(xué)習(xí)者在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)的注意力保持情況，和學(xué)習(xí)者在使用虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)時(shí)的態(tài)度，筆者將注意力的五級進(jìn)行編碼，在SPSS（“統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品與服務(wù)解決方案”軟件，用于統(tǒng)計(jì)分析）中將選項(xiàng)依次賦值，A為4分，B為3分，C為2分，D為1分，E為0分，統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，被試學(xué)習(xí)者的注意力平均水平為2.9分，說明虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)可以使學(xué)習(xí)者的注意力保持在中等偏上水平。

相關(guān)研究表明，根據(jù)認(rèn)知負(fù)荷理論，當(dāng)使用虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)習(xí)者往往需要先掌握相關(guān)的知識(shí)與技能，比如了解虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的操作規(guī)范和技術(shù)流程等，雖然這些知識(shí)和技能可能跟當(dāng)前學(xué)習(xí)任務(wù)沒有必然聯(lián)系，但其實(shí)無形中增加了學(xué)習(xí)者的認(rèn)知負(fù)荷[9]。本組下的另一個(gè)研究主題是關(guān)于學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)積極性，通過圖3可以看出，被試對象的積極性保持在較高水平，所有的學(xué)習(xí)者都選擇了“積極”或“非常積極”。本主題的研究結(jié)果表明，與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式相比，學(xué)習(xí)者的認(rèn)知負(fù)荷反而降低了。

虛擬實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生可以隨時(shí)登錄網(wǎng)站進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)，操作實(shí)驗(yàn)設(shè)備，不受時(shí)間和空間的限制；學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中自主發(fā)現(xiàn)并解決問題，有利于培養(yǎng)在實(shí)際操作中分析和解決問題的能力，可以有效提高學(xué)生的動(dòng)手能力[10]。本部分問卷題目設(shè)置的目的是探索學(xué)習(xí)者在自主學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)過程中解決問題的途徑選擇。

由圖

4、圖5可以看出，當(dāng)學(xué)習(xí)者在自主學(xué)習(xí)過程中遇到問題時(shí)，最常用的辦法是查看實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中的實(shí)驗(yàn)幫助。此結(jié)果說明，在未來的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)或者其他在線學(xué)習(xí)的平臺(tái)建設(shè)過程中，需要提供盡可能詳細(xì)、準(zhǔn)確的平臺(tái)幫助或說明。詢問他人，說明自主學(xué)習(xí)的過程常常與學(xué)習(xí)者的社會(huì)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)。

本??卷的7至9題分別從實(shí)驗(yàn)的原理（問題7）、器材的種類（問題8）、器材的作用（問題9）檢驗(yàn)了虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的教學(xué)效果，其中問題7、8的正答率為100%，問題9正答率為97.5%，只有一位同學(xué)答錯(cuò)，說明沒有模擬電路基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)者經(jīng)過虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的操作和學(xué)習(xí)，可以對模擬電路的基礎(chǔ)知識(shí)達(dá)到很好的掌握程度，驗(yàn)證了虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的實(shí)際教學(xué)效果。

圖6顯示了被調(diào)查者在試驗(yàn)后對于虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的主觀評價(jià)，如圖6可知90%的學(xué)習(xí)者認(rèn)為虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對于掌握低通濾波器的知識(shí)和技能有幫助，驗(yàn)證了筆者在上文中提出的假設(shè)，實(shí)驗(yàn)證明，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)確實(shí)可以作為學(xué)生自主學(xué)習(xí)的工具。

三、研究結(jié)論

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛱岣邔W(xué)習(xí)者的興趣，可以作為自主學(xué)習(xí)的工具。在完成虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的過程中，學(xué)習(xí)者被深深吸引，能夠保持極高的注意力，學(xué)習(xí)效率極高。學(xué)習(xí)者在自主學(xué)習(xí)虛擬實(shí)驗(yàn)的過程中能夠主動(dòng)的發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，提高了學(xué)習(xí)者的動(dòng)手實(shí)踐能力。沒有模擬電路基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)者通過虛擬實(shí)驗(yàn)可以獲得相關(guān)的電路知識(shí)，學(xué)習(xí)效果良好。虛擬實(shí)驗(yàn)室降低了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的成本，解決了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室受時(shí)間、地點(diǎn)限制的問題，虛擬實(shí)驗(yàn)簡單方便，虛擬儀器具有靈敏性與高效性。開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以延伸實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間和空間，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和水平。在今后的教學(xué)實(shí)踐中，我們要發(fā)揮虛擬實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢，使之能夠與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)密切融合。課堂教學(xué)、虛擬實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室教學(xué)深度融合是現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展模式，能夠培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、動(dòng)手實(shí)踐能力以及發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。

參考文獻(xiàn)：

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第二篇：生物學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)是教育部直屬、國家“211工程”建設(shè)的全國重點(diǎn)大學(xué)，在近120年的辦學(xué)歷史中，積淀了“勤讀力耕、立己達(dá)人”的辦學(xué)傳統(tǒng)；形成了以農(nóng)科為優(yōu)勢，以生命科學(xué)為特色，多學(xué)科協(xié)調(diào)發(fā)展的學(xué)科體系和用現(xiàn)代生物技術(shù)提升傳統(tǒng)農(nóng)科、培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新人才的辦學(xué)特色。

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心成立于2001年，2005年獲批為湖北省高校首批實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，2007年獲批為國家級示范中心。中心總面積4500平方米，設(shè)有植物學(xué)、微生物學(xué)、細(xì)胞與遺傳學(xué)、生化與分子生物學(xué)、生物信息學(xué)、學(xué)生創(chuàng)新等8個(gè)功能分室；儀器設(shè)備臺(tái)件數(shù)1929臺(tái)，總價(jià)值達(dá)1530萬元。每年承擔(dān)全校15個(gè)生物類專業(yè)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)30萬人學(xué)時(shí)。中心有教師96人，包括國家名師、長江學(xué)者、國家杰青等一批高層次人才，為開展高質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了堅(jiān)實(shí)的保障。

中心堅(jiān)持“理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)并重、實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練和科學(xué)思維訓(xùn)練并舉”，根據(jù)生物學(xué)學(xué)科特點(diǎn)，由淺入深，構(gòu)建了從群體到分子水平的“3+3+1”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。2009年以來，中心教師先后主持省級教改項(xiàng)目9項(xiàng)，建成國家精品及視頻公開課7門，發(fā)表教改論文10余篇，獲省級以上教學(xué)成果獎(jiǎng)6項(xiàng)。

隨著實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的不斷深入，教學(xué)資源分散，綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)周期長、成本高，高精尖設(shè)備本科生無緣接觸等實(shí)體實(shí)驗(yàn)教學(xué)的局限性日益凸顯。如何應(yīng)用信息技術(shù)集成優(yōu)勢、破解發(fā)展瓶頸，成為中心思考和實(shí)踐的重要課題。

2014年，在教育部虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)思想的指導(dǎo)下，學(xué)校按照 “統(tǒng)一規(guī)劃、分期實(shí)施；集成優(yōu)勢，共享資源”的建設(shè)思路，依托作物遺傳改良國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、農(nóng)業(yè)微生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、微生物農(nóng)藥國家工程研究中心等國家和省部級研發(fā)平臺(tái)，以生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心為主干，集中作物學(xué)、水產(chǎn)養(yǎng)殖、動(dòng)物醫(yī)學(xué)等3個(gè)國家級和6個(gè)省級實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的力量，建成校內(nèi)8個(gè)與生命科學(xué)相關(guān)學(xué)院共享的生物學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心。

虛擬仿真中心以“學(xué)科特色、產(chǎn)業(yè)實(shí)踐、技術(shù)前沿、創(chuàng)新能力”為導(dǎo)向，建立了包含四大模塊的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)資源：

I 綜合設(shè)計(jì)性虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目模塊

本模塊以生物學(xué)所屬12個(gè)二級學(xué)科為邊界，針對生命科學(xué)技術(shù)呈現(xiàn)向多學(xué)科、多領(lǐng)域綜合發(fā)展的特點(diǎn)，充分挖掘本校特色學(xué)科資源開發(fā)綜合設(shè)計(jì)性虛擬項(xiàng)目，培養(yǎng)學(xué)生綜合創(chuàng)新能力。目前已開發(fā)了果蠅綜合實(shí)驗(yàn)、水稻遺傳轉(zhuǎn)化等經(jīng)典或前沿綜合設(shè)計(jì)性虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。其中，水稻遺傳轉(zhuǎn)化虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目依托“國家轉(zhuǎn)基因重大專項(xiàng)”和我校全球領(lǐng)先的轉(zhuǎn)基因水稻研發(fā)技術(shù)成果，讓學(xué)生全面理解和掌握愈傷組織的誘導(dǎo)及繼代、農(nóng)桿菌侵染、共培養(yǎng)、抗性愈傷組織篩選、外源基因轉(zhuǎn)化瞬時(shí)表達(dá)檢測、轉(zhuǎn)基因植株的分化及移栽、外源基因穩(wěn)定表達(dá)檢測等水稻遺傳轉(zhuǎn)化的全程技術(shù)，使學(xué)生盡早接觸學(xué)科前沿。

II校內(nèi)外實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)虛擬仿真模塊

本模塊立足于為學(xué)生創(chuàng)造一個(gè)開展宏觀生物學(xué)學(xué)習(xí)、實(shí)踐和了解、掌握生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的環(huán)境。校園及神農(nóng)架國家生物學(xué)野外實(shí)習(xí)基地?cái)?shù)字植物地圖仿真項(xiàng)目，目前已涵蓋校園內(nèi)200余種植物的形態(tài)特性、生物學(xué)特性及分布地點(diǎn)。學(xué)生可通過植物在校園或?qū)嵙?xí)點(diǎn)的位置查詢掌握植物的分類及生物學(xué)特性。

藻類是目前生物工程中進(jìn)行規(guī)?；囵B(yǎng)以獲得特定產(chǎn)物的一個(gè)典型代表類群，經(jīng)濟(jì)價(jià)值前景廣闊。藻類規(guī)模化培養(yǎng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，可讓學(xué)生了解從藻類細(xì)胞制種、擴(kuò)大培養(yǎng)、規(guī)模化培養(yǎng)、誘導(dǎo)、收獲和提取加工等整個(gè)藻類細(xì)胞培養(yǎng)和利用的流程，使學(xué)生從宏觀上了解生物技術(shù)從理論走向?qū)嵺`的全過程。

III 尖端儀器設(shè)備虛擬仿真模塊

隨著生命科學(xué)研究的不斷深入，生物學(xué)研究手段也不斷更新。本模塊圍繞本校用于生物學(xué)研究的尖端儀器設(shè)備，開發(fā)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，讓學(xué)生掌握操作原理，熟練操作過程，接觸前沿實(shí)驗(yàn)技術(shù)，為進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室預(yù)約使用設(shè)備、開展科研訓(xùn)練和后續(xù)深造打下基礎(chǔ)。目前該模塊已將學(xué)校蛋白質(zhì)平臺(tái)的流式細(xì)胞分選儀、分析超速離心機(jī)、蛋白質(zhì)純化儀開發(fā)成虛擬仿真項(xiàng)目，很好的滿足了本科生對這類尖端設(shè)備的使用需求。

IV 生物學(xué)資源拓展模塊

本模塊主要是整合全校相關(guān)的生物學(xué)資源，為師生搭建共享學(xué)習(xí)的平臺(tái)。動(dòng)植物數(shù)字切片平臺(tái)，提供了動(dòng)物、植物、微生物等形態(tài)切片300余份，可滿足各專業(yè)學(xué)生對其形態(tài)、功能的學(xué)習(xí)需求。建設(shè)中的校園數(shù)字博物館平臺(tái)，將提供數(shù)萬份珍貴動(dòng)物、植物、土壤與地質(zhì)礦藏?cái)?shù)字標(biāo)本資源。

虛擬仿真中心已建立了功能齊全的綜合管理平臺(tái)，不僅可以對實(shí)體實(shí)驗(yàn)中心資源進(jìn)行系統(tǒng)管理，還可以對學(xué)生參與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行測試考核，在線管理師生互動(dòng)交流，從而建立起“虛-實(shí)-虛”有機(jī)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系和考核體系。

中心的建設(shè)與改革為學(xué)校培養(yǎng)生物學(xué)創(chuàng)新人才提供了有力支撐，發(fā)揮了重要示范輻射作用。國家生物學(xué)理科基地曾兩次被評為全國優(yōu)秀，100余所高校來校交流。2009年以來，“三生”專業(yè)本科生在《核酸研究》等國際雜志發(fā)表論文50余篇，先后摘取IGEM、美國數(shù)學(xué)建模等多項(xiàng)賽事桂冠，每年出國和深造率超60%。

虛擬仿真中心將秉承我校生命科學(xué)的優(yōu)勢和特色，瞄準(zhǔn)學(xué)科和產(chǎn)業(yè)發(fā)展前沿，不斷推進(jìn)資源整合、校企聯(lián)合、開放融合，構(gòu)建“經(jīng)典與現(xiàn)代、虛擬與現(xiàn)實(shí)”相融通的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，打造教研產(chǎn)協(xié)同的創(chuàng)新人才培養(yǎng)環(huán)境，努力實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)的現(xiàn)代化與國際化。

第三篇：虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心遍地開花

近期，教育部批準(zhǔn)100個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心為國家級虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心、批準(zhǔn)100個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心為國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心。陜西省12所高校8個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心獲批國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心、9個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心獲批國家級虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心。

陜西批準(zhǔn)為國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的有：西北大學(xué)電子信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心、西安交通大學(xué)機(jī)械工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心、西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與信息安全實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心、西安工業(yè)大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心、西安建筑科技大學(xué)冶金技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心、陜西師范大學(xué)地理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心、第四軍醫(yī)大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心、空軍工程大學(xué)通信工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心。

陜西批準(zhǔn)為國家級虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的有：西安交通大學(xué)應(yīng)急管理決策虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心、西安電子科技大學(xué)集成電路設(shè)計(jì)與制造虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心、西安建筑科技大學(xué)土木工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心、西安科技大學(xué)礦山建設(shè)工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心、長安大學(xué)工程機(jī)械虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心、西北農(nóng)林科技大學(xué)森林生物學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心、陜西師范大學(xué)心理學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心、第四軍醫(yī)大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心、第二炮兵工程大學(xué)導(dǎo)彈測試與控制虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心。

【西安交通大學(xué)】機(jī)械工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心、應(yīng)急管理決策虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心獲批。機(jī)械工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心面向“中國制造2025”戰(zhàn)略，依托該校機(jī)械工程一級學(xué)科，通過統(tǒng)籌校內(nèi)高端制造裝備、三維(3D)打印、制造系統(tǒng)等高水平科研基地和校外國家級工程實(shí)踐教育中心等優(yōu)質(zhì)資源而建設(shè)。中心堅(jiān)持“專業(yè)與素質(zhì)并重、實(shí)踐與實(shí)戰(zhàn)創(chuàng)新”的理念，以構(gòu)建“硬件設(shè)施一流、資源融合充分、結(jié)構(gòu)體系完整、學(xué)科特色鮮明”的機(jī)械工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)為核心，積極推進(jìn)實(shí)踐教學(xué)模式改革，形成了專業(yè)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、工程?shí)踐能力、創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)三位一體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，探索得到了一系列行之有效的實(shí)踐教學(xué)新方法，建立了相應(yīng)的以工程教育認(rèn)證為導(dǎo)向的實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，為培養(yǎng)引領(lǐng)未來的機(jī)械工程專業(yè)拔尖創(chuàng)新人才提供有力支撐。應(yīng)急管理決策虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心總占地面積約3500平方米，擁有實(shí)驗(yàn)室24間，設(shè)備固定資產(chǎn)總值1600余萬元。面向管理科學(xué)與工程類、工商管理等2大類7個(gè)專業(yè)開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，已建設(shè)30個(gè)真實(shí)實(shí)驗(yàn)無法展開的虛擬仿真綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，如“突發(fā)事件預(yù)測預(yù)警實(shí)驗(yàn)”“應(yīng)急聯(lián)動(dòng)多部門協(xié)作實(shí)驗(yàn)”“應(yīng)急物流運(yùn)力交易實(shí)驗(yàn)”“應(yīng)急決策仿真實(shí)驗(yàn)”等，其中50%以上實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為自主研發(fā)。通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)，縮短了理論學(xué)習(xí)和現(xiàn)實(shí)應(yīng)用之間的距離，可以幫助學(xué)生更加深入的理解課本知識(shí)，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。突發(fā)事件的頻發(fā)要求管理類學(xué)生需要掌握和具備處理突發(fā)事件的能力。針對我國社會(huì)發(fā)展與應(yīng)急管理的重大現(xiàn)實(shí)需求，管理學(xué)院成立了學(xué)科交叉的科研與教學(xué)協(xié)同的應(yīng)急管理決策虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心。該中心的建設(shè)核心目標(biāo)是提高管理類學(xué)生應(yīng)對突發(fā)事件、實(shí)時(shí)綜合管理決策的能力，培養(yǎng)具有國際化視野及社會(huì)責(zé)任感的創(chuàng)新型管理人才。

【陜西師范大學(xué)】心理學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心、地理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心獲批。心理學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心按照“以實(shí)為本，以虛為媒，虛中求實(shí)”的建設(shè)原則，遵循“內(nèi)隱加工形象化，發(fā)展進(jìn)程短時(shí)化，特殊案例再現(xiàn)化，風(fēng)險(xiǎn)情境安全化，技能訓(xùn)練系統(tǒng)化”的建設(shè)理念，形成了“認(rèn)知與行為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ε囵B(yǎng)平臺(tái)”“現(xiàn)代認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)創(chuàng)新能力培養(yǎng)平臺(tái)”“航空航天心理學(xué)及人因工程仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”和“病理心理虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”四個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)仿真平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與現(xiàn)代教學(xué)手段的有機(jī)融合，豐富了心理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，提高了教育教學(xué)水平，發(fā)揮了輻射示范帶動(dòng)作用。地理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心依托該校地理學(xué)一級學(xué)科、歷史地理學(xué)國家重點(diǎn)學(xué)科、地理科學(xué)國家級特色專業(yè)，按照“室內(nèi)實(shí)驗(yàn)與野外實(shí)踐一體化”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念，立足黃土高原和秦巴山地，抓住西部資源環(huán)境與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展熱點(diǎn)，創(chuàng)新了自然地理學(xué)、人文地理學(xué)、遙感與地理信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與方法，成為我國西部地區(qū)創(chuàng)新型地理學(xué)人才培養(yǎng)的核心基地。中心形成了立足地理科學(xué)，實(shí)現(xiàn)多學(xué)科實(shí)驗(yàn)教學(xué)融合;立足校內(nèi)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)多元化實(shí)驗(yàn)教學(xué)拓展;立足黃土高原，多渠道服務(wù)西部發(fā)展;立足學(xué)生發(fā)展，多層次創(chuàng)新人才培養(yǎng)的特色。

該校相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，此次兩個(gè)國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的獲批，是陜西師大多年來一貫重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作結(jié)出的碩果，是相關(guān)學(xué)科集體智慧的結(jié)晶。截至目前，陜西師大建成了4個(gè)國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心(化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心、數(shù)字傳媒技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心、跨學(xué)科X-物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心、地理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心)，3個(gè)國家級虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心(化學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心、生物學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心、心理學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心)。國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)，推動(dòng)了學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，促進(jìn)了學(xué)校人才培養(yǎng)水平的不斷提升，標(biāo)志著該校實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平邁上了一個(gè)新的臺(tái)階。

【長安大學(xué)】工程機(jī)械虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心獲批。工程機(jī)械虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心是長安大學(xué)“211工程”及“985優(yōu)勢學(xué)科平臺(tái)”重點(diǎn)建設(shè)實(shí)驗(yàn)室之一，成立于2012年6月，2016年1月成為國家級虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心。目前有實(shí)驗(yàn)教學(xué)人員55人，其中教授12人，副高職29人，中級職稱及其他14人，獲得博士學(xué)位的47人，碩士學(xué)位及其他7人，平均年齡43歲。中心用房面積近1200m2，儀器設(shè)備1432臺(tái)，價(jià)值1800余萬元。近期獲得省級教學(xué)成果獎(jiǎng)6項(xiàng)，省級教改項(xiàng)目5項(xiàng)。獲得省級及以上科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)5項(xiàng)，編寫教材17部，發(fā)明專利46項(xiàng)，現(xiàn)擁有工程機(jī)械關(guān)鍵零部件現(xiàn)代虛擬制造平臺(tái)、工程機(jī)械原理展示、工程機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其分析計(jì)算、工程機(jī)械電液控制系統(tǒng)、工程機(jī)械拆裝與駕駛、工程機(jī)械施工控制等共6個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、開設(shè)近百項(xiàng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

【西北大學(xué)】電子信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心獲批。至此，該校國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心數(shù)量達(dá)到7個(gè)，在全國高校中并列第六，在全國地方高校排名第一。電子信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心成立以來不斷加強(qiáng)內(nèi)涵建設(shè)和改革創(chuàng)新，按照《高等學(xué)?；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》要求進(jìn)行了資源整合，形成了以“加強(qiáng)基礎(chǔ)，強(qiáng)化應(yīng)用，提高素質(zhì)，注重創(chuàng)新，激勵(lì)個(gè)性，體現(xiàn)特色”的人才培養(yǎng)思路，構(gòu)建了分模塊、分層次、分階段的“立體化”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，培養(yǎng)了一大批信息學(xué)科高素質(zhì)創(chuàng)新型人才。該校相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，此次獲批為國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，將進(jìn)一步推動(dòng)該校本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。學(xué)校也將一如既往高度重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)，在“十三五”期間，依托“教學(xué)實(shí)驗(yàn)室提升計(jì)劃”，全面改善教學(xué)實(shí)驗(yàn)室基本條件，推進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)整體改革，進(jìn)一步提高學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。

【西安科技大學(xué)】礦山建設(shè)工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心獲批。西安科技大學(xué)礦山建設(shè)工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心是依托該校國家級采礦工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心、國家煤炭工業(yè)采礦工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、教育部西部礦井開采及災(zāi)害防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、陜西省巖層控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和陜西省巖土工程教學(xué)示范中心建設(shè)完成的。該中心面向礦山建設(shè)、土木工程、采礦、安全、地質(zhì)、測繪等專業(yè)開設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程，為學(xué)生開設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目46個(gè)，其中科研轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目18個(gè)。針對本科教學(xué)實(shí)驗(yàn)高難度、高危險(xiǎn)、高成本的特點(diǎn)，按照“虛實(shí)結(jié)合、相互補(bǔ)充、能實(shí)不虛、以虛擴(kuò)實(shí)”的建設(shè)原則，創(chuàng)新性的構(gòu)建了“三層次，四類型、四結(jié)合”一體化的虛擬仿真試驗(yàn)教學(xué)體系，強(qiáng)化礦山建設(shè)工程特色，建立了現(xiàn)代化礦山工程虛擬仿真、礦山建設(shè)工程施工工藝與檢測技術(shù)虛擬仿真、礦山建設(shè)工程優(yōu)化設(shè)計(jì)虛擬仿真及礦山建設(shè)工程數(shù)值模擬等四個(gè)各具特色、相互補(bǔ)充的礦山建設(shè)工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。近年來，實(shí)驗(yàn)中心承擔(dān)國家級、省級、校級大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課題1000余項(xiàng)，獲得科技作品競賽國家級、省級獎(jiǎng)350余項(xiàng)，承擔(dān)國家級項(xiàng)目100余項(xiàng)，獲省級以上獎(jiǎng)項(xiàng)34項(xiàng)，出版學(xué)術(shù)專著10部，獲國家發(fā)明專利17項(xiàng)，實(shí)用新型專利、軟件著作權(quán)等50余項(xiàng)。作為陜西地區(qū)首批省屬高校及西北地區(qū)唯一一家礦山建設(shè)專業(yè)的國家級虛擬仿真中心，其具有受眾面廣、輻射面寬、綜合效益高等特點(diǎn)，對促進(jìn)學(xué)校及陜西省信息技術(shù)與優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源深度融合，改革試驗(yàn)教學(xué)方法和教學(xué)手段，創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，提高創(chuàng)新性人才培養(yǎng)質(zhì)量方面發(fā)揮積極作用。

第四篇：虛擬汽修仿真教學(xué)系統(tǒng)

虛擬汽修仿真教學(xué)系統(tǒng)

中國已成為全球汽車的第一大市場，快速發(fā)展的汽車工具為我國經(jīng)濟(jì)注入了一支強(qiáng)心劑，拉動(dòng)了各個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，隨著我國汽車保有量的不斷攀升，另一個(gè)問題已經(jīng)浮出水面——汽車維修維護(hù)。

不僅是現(xiàn)有的4S店，社會(huì)上的各類大大小小的汽車維修店如雨后春筍般涌現(xiàn)，而汽車維修維護(hù)人才卻極為缺乏，近年來汽車工業(yè)和汽車技術(shù)不斷發(fā)展，新能源汽車也不斷普及，對汽車的維修維護(hù)提出了更高的要求。作為汽修人才培養(yǎng)的主力：職業(yè)院校，如何解決社會(huì)汽修人才的問題，成為了最大的教學(xué)要求。

汽車作為一個(gè)高度機(jī)電一體化的產(chǎn)品，內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，需要全面了解汽車的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行原理，才可能對維修維護(hù)有深刻的認(rèn)識(shí)和技能，利用先進(jìn)的IT技術(shù)，使用虛擬汽車教學(xué)培訓(xùn)系統(tǒng)，對培養(yǎng)汽修人才有著巨大的促進(jìn)作用。

鳳凰創(chuàng)壹虛擬汽車教學(xué)培訓(xùn)系統(tǒng)以3D互動(dòng)方式直觀展現(xiàn)汽車的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，以及虛擬拆卸與安裝（每一步互動(dòng)操作都有相應(yīng)的語音解說或提示）。并提供3D互動(dòng) 故障診斷及考核功能。本系統(tǒng)包含汽車機(jī)械常識(shí)、汽車文化、汽車的美容與裝飾、汽車電子電工技術(shù)應(yīng)用、汽車結(jié)構(gòu)與拆裝、汽車使用日常維護(hù)、汽車的修理、汽車 性能檢測、汽車故障診斷九大模塊：（1）汽車機(jī)械常識(shí)包含量缸表的使用、曲軸的測量、汽缸的測量；（2）汽車文化包含汽車駕駛的演示和汽車駕駛的實(shí)訓(xùn)；（3）汽車的美容與裝飾章節(jié)包含的主要課程（汽車清洗、汽車護(hù)理、汽車漆膜修補(bǔ)、汽車車身裝飾、汽車室內(nèi)裝飾、車身電器的裝飾等）；（4）汽車電子電工技 術(shù)應(yīng)用主要包含電源系統(tǒng)繪制與連接、啟動(dòng)系統(tǒng)繪制與連接、點(diǎn)火系統(tǒng)繪制與連接、照明系統(tǒng)繪制與連接；（5）汽車結(jié)構(gòu)與拆裝包含整車拆裝，發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝，發(fā)電 機(jī)拆裝，發(fā)電機(jī)拆裝（含工具），自動(dòng)變速器原理，變速器內(nèi)部展示與拆裝，汽車整車展示與拆裝，汽車底盤展示與拆裝等（所有拆裝均包括：自動(dòng)拆卸，自動(dòng)安 裝，手動(dòng)拆卸，手動(dòng)安裝。其中自動(dòng)拆卸，自動(dòng)安裝是為了讓學(xué)員學(xué)習(xí)整個(gè)拆裝過程，手動(dòng)拆卸，手動(dòng)安裝是為了學(xué)員練習(xí)對所學(xué)拆裝步驟的熟悉度）；（6）汽車使用日常維護(hù)包含調(diào)整點(diǎn)火正時(shí)、交流發(fā)電機(jī)各部件的檢修、啟動(dòng)機(jī)故障診斷與排除、前照明燈的檢查與排除、電動(dòng)門窗故障診斷與調(diào)整等。（7）汽車的修理包 含汽油泵拆裝、分電器拆裝、曲柄連桿機(jī)構(gòu)拆裝、活塞環(huán)更換、噴油器拆裝、汽油機(jī)竣工驗(yàn)收、柴油機(jī)竣工驗(yàn)收、氣缸壓力的測量、變速器的拆裝、前橋拆裝、轉(zhuǎn)向 器拆裝桑塔納主減速器拆裝、東風(fēng)制動(dòng)閥拆裝、交流發(fā)電機(jī)拆裝、分電器拆裝、四缸發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝、以及制冷劑進(jìn)行瀉放、添加及抽真空等常見汽車修理內(nèi)容；（8）汽車性能檢測功能模塊可讓學(xué)員在三維互動(dòng)的場景中學(xué)習(xí)動(dòng)手進(jìn)行制動(dòng)性能檢測、燈光性能檢測、汽車尾氣性能檢測、側(cè)滑性能檢測、蓄電池性能檢測、交流發(fā)電機(jī) 性能檢測、啟動(dòng)機(jī)性能檢測、點(diǎn)火性能檢測、點(diǎn)火能量檢測等性能檢測；（9）汽車故障診斷包含機(jī)械故障，電控故障，電器故障。機(jī)械故障主要檢查器件磨損間 隙，裂紋，變形，老化等故障（包括冷卻系統(tǒng)，潤滑系統(tǒng)，啟動(dòng)系統(tǒng)，點(diǎn)火系統(tǒng)等故障）；電控故障檢查發(fā)動(dòng)機(jī)控制和各個(gè)系統(tǒng)控制反饋信號的檢測，查看各個(gè)功能 傳感器的故障（防盜系統(tǒng)，燃油系統(tǒng)，排氣系統(tǒng)，點(diǎn)火系統(tǒng)，空氣供給系統(tǒng)等故障）；電器故障檢查各個(gè)系統(tǒng)的電器原件故障(如雨刮噴水系統(tǒng)，燈光照明系統(tǒng)，儀 表系統(tǒng)，啟動(dòng)系統(tǒng)，充電系統(tǒng)，玻璃升降系統(tǒng)，電動(dòng)后視鏡系統(tǒng)等故障)。本系統(tǒng)還提供排除故障過程中需要用到相關(guān)儀器儀表，例如：汽車故障檢測儀，示波表，千分尺，內(nèi)徑千分尺等三維互動(dòng)模型。

在職業(yè)院校汽修專業(yè)中推廣和普及虛擬汽車維修維護(hù)培訓(xùn)系統(tǒng)，是汽修教學(xué)改革的一大進(jìn)步，不僅在教學(xué)方法是進(jìn)行了改革，在教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式上都是巨大的進(jìn)步和變革，對我國大力發(fā)展汽修人才有巨大的推動(dòng)作用。

第五篇：焊接虛擬仿真培訓(xùn)系統(tǒng)

1、焊接培訓(xùn)行業(yè)狀況

焊接是一項(xiàng)對過程要求很高的工作，在現(xiàn)有的手工焊接生產(chǎn)中，采用MAG/MIG焊接的約占50%，TIG焊接約占30%，MMA焊接約占20%；如：在造船行業(yè)中，MAG約占70%，MMA約占30%；那么，這就需要焊工要有扎實(shí)的操作手法、規(guī)范的動(dòng)作。而在焊接培訓(xùn)過程中傳統(tǒng)方式存在以下多種問題：（1）消耗大量的焊條(絲)、焊件和保護(hù)氣體等材料；（2）對學(xué)員的培訓(xùn)過程難以準(zhǔn)確掌握；（3）對學(xué)員的焊接水平難以評價(jià)；（4）培訓(xùn)效果不盡理想；

（5）培訓(xùn)過程環(huán)境污染嚴(yán)重，有害健康；（6）培訓(xùn)過程安全性差。

2、項(xiàng)目實(shí)施目的

1）減少甚至避免焊接練習(xí)過程中強(qiáng)光、高溫、明火及煙塵以及有毒氣體的產(chǎn)生，全面保護(hù)教師和學(xué)員的身體健康；

2）減少或者避免焊接實(shí)訓(xùn)過程中對空氣污染的有害氣體的排放，防止對環(huán)境造成污染；

3）能夠讓無工作經(jīng)驗(yàn)的學(xué)員快速、真實(shí)的投入到焊接實(shí)訓(xùn)中，提高培訓(xùn)效率，避免由于無經(jīng)驗(yàn)操作產(chǎn)生的事故。同時(shí)能夠讓有經(jīng)驗(yàn)的訓(xùn)練者有更高的訓(xùn)練平臺(tái)，提高焊接技術(shù)；

4）節(jié)省真實(shí)焊材、工件等焊接材料以及工業(yè)用電，降低培訓(xùn)成本； 方便教學(xué)。

3、焊接仿真模擬器概述

電焊操作訓(xùn)練模擬器系統(tǒng)是由武漢科碼軟件有限公司獨(dú)立自主研發(fā)的焊接虛擬仿真培訓(xùn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)是基于虛擬計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，是以中高度仿真的教學(xué)培訓(xùn)系統(tǒng)，能讓學(xué)員在接近真實(shí)的模擬環(huán)境下進(jìn)行焊接技術(shù)的訓(xùn)練。該系統(tǒng)能促進(jìn)焊接技能向?qū)嶋H工況焊接的有效轉(zhuǎn)換。與傳統(tǒng)的焊接培訓(xùn)相比減少了焊材的浪費(fèi)。

該設(shè)備結(jié)合了：焊工的動(dòng)作、仿真焊接焙池、焊接聲音及焊接手感，使用該系統(tǒng)的受訓(xùn)者能夠感受到幾乎真實(shí)的焊接過程。

電焊模擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)是新一代環(huán)保、節(jié)能、通用型操作技能實(shí)訓(xùn)與評價(jià)平臺(tái)。該系統(tǒng)采用分布式仿真實(shí)訓(xùn)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、微機(jī)測控技術(shù)、聲音仿真技術(shù)及計(jì)算機(jī)圖像實(shí)時(shí)生成技術(shù)。在不需要真實(shí)焊機(jī)的情況下，通過仿真主控系統(tǒng)、位置追蹤系統(tǒng)，將焊接演練過程中焊槍的位置、速度和角度等進(jìn)行采集處理，并實(shí)時(shí)生成虛擬焊縫。

該系統(tǒng)將仿真操作設(shè)備、實(shí)時(shí)3D技術(shù)及渲染引擎相結(jié)合，演練過程真實(shí)，視覺效果、操作手感與真實(shí)一致。在焊接演練的過程中，學(xué)員能夠看到焊接電弧以及焊液從生成、流動(dòng)到冷卻的過程，同時(shí)聽到相應(yīng)的焊接音效。

該系統(tǒng)與傳統(tǒng)的焊接技藝教學(xué)能有機(jī)的融合在一起，是實(shí)現(xiàn)靈活、高效、安全、節(jié)約、綠色無污染的焊接模擬培訓(xùn)教學(xué)與考核的最佳教學(xué)方法。

通過電焊模擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，學(xué)員不僅僅可以獲得與傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)相同的操作經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)通過系統(tǒng)內(nèi)置的數(shù)據(jù)采集、智能專家輔助模塊和量化考核評價(jià)系統(tǒng)等一系列先進(jìn)獨(dú)特的教學(xué)功能，配合合理明晰的焊接知識(shí)穿插講解，使學(xué)員可以獲得在傳統(tǒng)教學(xué)實(shí)踐過程中難以量化的精確焊接培訓(xùn)指導(dǎo)，大幅度提升學(xué)員在培訓(xùn)過程中的方向性和目的性，有效縮短學(xué)員的培訓(xùn)周期，降低教師的教學(xué)負(fù)擔(dān)，達(dá)到以低成本、低投入實(shí)現(xiàn)“精教、精學(xué)、精煉”的焊接培訓(xùn)機(jī)制。

電焊模擬器主機(jī)效果圖

電焊模擬器設(shè)備圖片

4、技術(shù)基礎(chǔ)

當(dāng)操作者進(jìn)行訓(xùn)練時(shí)，系統(tǒng)中的多個(gè)傳感器將獲得的多個(gè)焊槍實(shí)時(shí)參數(shù)反饋給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，并在顯示裝置和音響上顯示相應(yīng)的焊接畫面和焊接聲音。焊接實(shí)訓(xùn)設(shè)備應(yīng)具有以下技術(shù)：

1、數(shù)字圖像處理、信息技術(shù)。

2、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、傳感與控制技術(shù)。

3、多種焊接操作技術(shù)、安全操作規(guī)范。

4、融多項(xiàng)高新技術(shù)于一體，呈現(xiàn)代職業(yè)教育之先進(jìn)手段。

5、新型的焊接訓(xùn)練實(shí)訓(xùn)設(shè)備是一種低成本、高效率、現(xiàn)代化的焊接訓(xùn)練解決方案。

焊接模擬器技術(shù)原理圖

5、視景仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

焊接模擬器視景仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

各個(gè)模塊應(yīng)具有的功能如下：

1、數(shù)據(jù)輸入模塊主要負(fù)責(zé)將焊接工藝參數(shù)和焊槍運(yùn)動(dòng)參數(shù)狀態(tài)信息傳遞給焊接仿真模型模塊和仿真引擎模塊。

2、仿真模型模塊主要負(fù)責(zé)對工件、焊槍等焊接仿真環(huán)境進(jìn)行靜態(tài)幾何建模, 完成焊縫模擬、煙、光照、火光、陰影、光照等特效3D圖形渲染。

3、焊接仿真引擎是系統(tǒng)的核心，它主要探尋焊接工藝、焊槍運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)和焊縫橫截面幾何參數(shù)之間的關(guān)系。

4、仿真結(jié)果輸出模塊包括評價(jià)系統(tǒng)模塊和其它功能子模塊。主要負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)監(jiān)測仿真狀態(tài), 輸出動(dòng)態(tài)仿真結(jié)果，分析、評價(jià)仿真過程數(shù)據(jù)。

5、具備培訓(xùn)效果可評估功能：具有實(shí)時(shí)可視的操控信息反饋、虛擬焊縫的實(shí)時(shí)檢測指導(dǎo)、訓(xùn)練者操作技能的實(shí)時(shí)評估功能。

6、學(xué)員端系統(tǒng)功能與特點(diǎn)

1、性能與優(yōu)勢： 1）、多種焊接工藝。

本套實(shí)訓(xùn)設(shè)備可以模擬訓(xùn)練多種焊接工藝，焊條焊、氣體保護(hù)焊、氬弧焊、，還可擴(kuò)展直流焊、鋁焊、氣焊，并包含焊接共享資源庫。

（1）焊條電弧焊模擬訓(xùn)練系統(tǒng)

焊條電弧焊模擬訓(xùn)練系統(tǒng)可模擬焊條與工件互相熔化并在冷凝后形成焊縫，從而獲得牢固接頭的焊接過程的模擬系統(tǒng)。本系統(tǒng)可進(jìn)行酸性焊條J422（Φ2.5、Φ3.2、Φ4.0）、堿性焊條J507（Φ2.5、Φ3.2、Φ4.0）的多種訓(xùn)練，并可對焊件進(jìn)行平焊、立焊、橫焊和仰焊等多種不同位置的焊接訓(xùn)練。訓(xùn)練者在手工焊接操作時(shí)可看到焊縫熔池實(shí)時(shí)生成，訓(xùn)練者的手工操作直接影響到了熔池成形的結(jié)果，并由系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的專家評定焊接缺陷，以便訓(xùn)練者了改進(jìn)焊接手法，以達(dá)到焊條電弧焊訓(xùn)練效果。

（2）CO2氣體保護(hù)焊模擬訓(xùn)練系統(tǒng)

CO2氣體保護(hù)焊模擬訓(xùn)練系統(tǒng)可模擬以二氧化碳?xì)怏w作為電弧介質(zhì)，保護(hù)金屬熔滴、焊接熔池和焊接區(qū)高溫金屬的一種熔焊模擬系統(tǒng)。本系統(tǒng)可選用藥芯焊絲YJ502、YJ507、YJ507CuCr、YJ607、YJ707； 自保護(hù)焊絲：直徑Φ1.0、Φ1.2、Φ1.6。并可對焊件進(jìn)行平焊、立焊、橫焊和仰焊等多種不同位置的焊接訓(xùn)。訓(xùn)練者在手工焊接操作時(shí)可看到焊縫熔池實(shí)時(shí)生成，訓(xùn)練者的手工操作直接影響到了熔池成形的結(jié)果，并由系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的專家評定焊接缺陷，以便訓(xùn)練者了改進(jìn)焊接手法，以達(dá)到CO2氣體保護(hù)焊訓(xùn)練效果。

（3）氬弧焊模擬訓(xùn)練系統(tǒng)

氬氣體保護(hù)焊可模擬200A/mm2左右的高強(qiáng)度電流密度效果，焊接過程中系統(tǒng)可體現(xiàn)氬弧焊燃燒穩(wěn)定、熱量集中、熔滴細(xì)小、飛濺少的使用特點(diǎn)。并可對焊件進(jìn)行多種不同位置的焊接訓(xùn)。訓(xùn)練者在手工焊接操作時(shí)可看到焊縫熔池實(shí)時(shí)生成，訓(xùn)練者的手工操作直接影響到了熔池成形的結(jié)果，并由系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的專家評定焊接缺陷，以便訓(xùn)練者了改進(jìn)焊接手法，以達(dá)到氬弧焊訓(xùn)練效果。

2)、三種焊槍

本套實(shí)訓(xùn)設(shè)備包含以下三種焊槍，與真實(shí)焊槍比例一致：焊條電弧焊槍、CO2氣體保護(hù)焊槍及氬弧焊槍，操作過程中有焊條融化的縮短真實(shí)體驗(yàn)和焊條

自動(dòng)更換功能，并能體驗(yàn)到操作手感。見下圖：

3）多種接頭（焊件）形式

本實(shí)訓(xùn)設(shè)備可以模擬多種焊接接頭形式，對接、角接、T接接頭形式以及I形、V形（單面焊雙面成形）、Y形坡口類型。

系統(tǒng)還可模擬管對板，管對管接頭的形式。還可擴(kuò)展多種焊接形式。

4）、多種焊接位置

本實(shí)訓(xùn)設(shè)備有獨(dú)立的操作臺(tái)，可以在虛擬場景中靈活地調(diào)節(jié)多種焊接位置，讓訓(xùn)練者無障礙進(jìn)行平焊、立焊、橫焊、仰焊等多角度焊接位置訓(xùn)練。示意圖如下：

5）、能夠真實(shí)的模擬焊接過程中的各種條件設(shè)置，引弧、焊接、收弧中的

各種手法，在焊接過程中具有自動(dòng)換條功能，并能體驗(yàn)操作中的力量反饋感，電弧、明暗場、飛濺、焊縫、聲效表現(xiàn)逼真。

6）、系統(tǒng)設(shè)置簡單，虛實(shí)結(jié)合，通過真實(shí)的焊板、焊槍、示教器進(jìn)行焊接訓(xùn)練；系統(tǒng)可提供完善的語音提示，焊接過程中可以通過圖形及語音提示幫助學(xué)員校正操作姿勢，輔助指導(dǎo)學(xué)員的培訓(xùn)過程與應(yīng)用。

（1）該系統(tǒng)具有仿真示范教學(xué)功能，示范最佳的焊槍姿態(tài)（包括焊接速度、焊槍角度、焊槍與工件的距離和位置等）。

（2）系統(tǒng)可體驗(yàn)焊接過程中的的使用感覺，包括焊條的更換等。

（3）系統(tǒng)具有可觀察高仿真熔池反應(yīng)的模擬界面，焊接完成后可看到高仿真的焊縫成形現(xiàn)象。