时间：2023-09-13 17:13:14
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇计算机仿真技术学习，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）13-0253-03
Abstract： with the continuous development of social economy and science and technology， computer simulation technology become in recent years to compare one of the commonly used types of computer. Computer simulation technology in the simulation of the effect of do the effect is more accurate， more real， so is the recognition of the application of the broad masses of the people. Signal as the computer simulation technology in an important way and an abstract expression of the concept， the simulation technology is convert the sight can be seen the true image of these invisible abstract things. Information processing as an important part of computer and in simulation technology is is a significant part of computer information processing is closely linked. So， the computer simulation technology and information processing technology are interrelated， interdependent relationship.
Key words： computer； simulation technology； combination of inquiry
计算机仿真技术是现代社会中用到的最广泛的的技术之一，发展的速度极为快速，适用人群众多，无论是生活还是工作，渗透到各个方面。作为计算机技术的一种方式，它的工作原理是以计算机为基础，加以模拟仿真，达到仿真的再现，将抽象的看不见的形象通过仿真展现出来。目前由于这项技术具有精确的仿真效果，受到各行各业的青睐，在各个领域中都有广泛的应用。对于计算机仿真技术的研究，一直是计算机技术研究领域的一个重要的话题和工作。对于信息技术而言，也与计算机仿真技术具有紧密的联系，也是计算机发展领域的一个重要的方面。信息化依靠仿真技术得到抽象化的转化，进行有关的信息处理的工作。
1 计算机仿真技术
1.1 计算机仿真技术的含义
计算机仿真技术是运用相关的信息进行软件处理工作，可以对音频、视频及图片等方面进行整理，把现实中的各种事物模拟成计算机仿真的形式，再通过各种信息媒介进行传达给观众。在观看某个事物时候，如果利用计算机仿真技术观看，可以有多种视觉的角度进行观赏，并且可以对环境进行任意的观察，营造一种实与虚结合的视觉效果。对于让人们可以多方面的进行交流信息具有重大的意义和作用。
计算机仿真技术有两点重要的意义。第一，计算机的仿真技术是与一些计算机工程的进行紧密联系的，缺一不可。计算机仿真技术对于系统的工程的开发，起到了至关重要的作用。第二，计算机仿真技术是一种重要的商业分析信息的工具，在公司的运行中，可以运用计算机仿真技术节约各种投资的成本，降低投资的风险等工作，为企业的发展具有预算和分析的作用。
1.2 计算机仿真技术的应用
计算机仿真技术应用于社会生活中的各个领域，涉及到工作和生活的方方面面，推动了不同的行业的方展方向，为工作带来了新的发展动力和源泉。对于计算机的仿真技术的应用主要是用于以下的几个领域。
1.2.1 在教育界的应用
最近几年，由于教育的不断改革，逐渐的对学生的实操能力越来越重视，所以对于学生的实际操练的水平就可以用计算机的模拟实验来进行考核工作。计算机模拟实验是一种新型的考核项目，利用现代信息技术的各方面元素把教学的内容和指导实践等合理有效的整合成一个有机体，建立起一个实操平台，能够提高学生的学习兴趣，提高学生的实践能力的水平。
这项模拟实验方式的出台，活跃了原本闭塞的学习氛围，把理论与实践充分的结合了起来，培养了学生的实际操练的能力，对所学习的理论内容能够进一步的加深理解和记忆。培养学生的全面素质发展。
1.2.2 在运输界的应用
随着现代化科技的发展，交通运输工具早已普及到城市及小镇的各个街道。由于车辆的不断增加，交通事故也就常有发生，现在而言，交通方面的安全隐患一直是出于事故发生的主要问题。在运输的系统中，避免不了三个方面的因素，主体是人，客体是车和路。所以，计算机仿真技术的应用，可以作为分析交通安全的现代化先进的方式。工作原理就是，建立起一个模拟形式的交通路段，在这个交通路段中系统的研究发生事故的原因，并通过对交通事故的分析对交通的安全方面做出评价和探究。
交通的安全仿真系统中，计算机仿真技术是它的最核心的部分。作为该系统的仿真技术，用于交通的安全的仿真技术系统是与其他的一般的仿真数据存在一定的区别的。在对一个区域的交通安全进行评估的时候，交通安全仿真系统必须运用精确的数法和事故率法进行评价，而且还必须考虑到人们的各种思想和行为方面的因素等。对于进行摸模拟的交通路段，交通工具的选择就可以做任意的选择，环境设置也没有固定的要求，尽量把环境设置的真实化。再以一个旁观者的角度来对交通事故进行分析与探讨，通过进行系统的分析得出交通路段的精确的安全评估结果，并为安全事故提供出一个合理的解决方法。
1.2.3 在制造界的应用
计算机仿真技术在制造行业方面也具有较为广泛的应用。比如，将这一技术运用于汽车制造业，可以为投资进行风险预测，解决成本大、难度高的相关问题。计算机仿真技术在对进气管内气体的流动的模拟工作的时候，就可以把发动机工作的整个过程呈现出来，能够进行较较直观的描述。计算机仿真技术在汽车流场上的应用，可以模拟出气流的分离的整个状态，将抽象的形式表达出来，建立起了一个空气动力学模型。如果遇到汽车碰撞的状况，计算机仿真技术可以通过一些相关的数据建立碰撞的数学模型。
1.2.4 在通信业中的应用
随着通信技术的发展，传统式的设计方法已经不能够适用于通信系统的多端的要求。通信系统的仿真技术已经成为现代的通信的手段的重要应用方式。比如说，可以做对通信系统的规划工作，以及测试它的性能等方面。计算机仿真技术对于通信系统的不同的模块具有精确的分析性能的作用。
在网络协议教学中，很难运用传统的数学来分析它的复杂性。在协议设计的教学过程中间，通信网络协议中的代码可以把它设计成为可以得以实现的代码。所以，在信息的学科教学中，仿真技术在网络协议的复杂性问题的解决中也有相当重要的作用。这项技术可以做到对一些信息学科进行的网络教学过程中网络协议进行合理有的评估工作。另外，如果运用这项技术也能够避开由于不恰当的分析造成的判断阻碍。通过对网络建模工作，实现参数的精确确认，就能够迅速的把模拟的系统在现实环境中展现出来。所以根据这项仿真技术的应用，可以把教学中的相关评估工作进行改进处理。同时为了考察网络信息传输的及时性和应用的效率，要构建起相关的通信网络。所以，通过以上可以看出计算机仿真技术对现实生活中的网络协议仿真具有至关重要的分析和进行评估的作用和意义。
2 计算机仿真技术的类型
计算机仿真技术已经广泛的运用在各个领域，具有较强的实用性。在对技术上的分析，计算机仿真技术主要有两种类别。一种是OOS，它是一种面向对象的计算机仿真技术，运用操作目标的对象，把系统的功能和对象充分的运用起来，再通过与对象间的信息进行传送工作。另一种是DIS，它是一种分布式的计算机交互的仿真技术，它主要是通过计算机的网络方面的系统进行设备之间的相互连接，形成一个虚拟的仿真环境。
3 计算机仿真技术的技术分析
计算机仿真技术，它的主要核心技术就是计算机平台的一种虚拟模拟技术，包括了建模的思想，数字化的基础，以及对图像的处理技术。计算机仿真技术由于它的仿真技术做到极其逼真，所以这项技术运用的领域也是极广泛的，具有极强的优势条件能够把显示仿真的效果做到最好。计算机仿真技术的实现方式有几个步骤：
3.1 建立数据模型
建立起数据模型，是计算机仿真技术建立的前提工作。对于其的建立方式会有两种不同的方法，一般可以运用演绎法或者归纳法。或者两种方法结合起来一起运用也能达到对数据模型的建立。在分析法中，第一步工作是把数字化模拟的数据进行分析，将数据模型建立是以实际情况为前提的。建立模型的工作中，先做数据分析的工作，充分的对数据做好分析工作，然后再进行仿真的准备。
3.2 实现仿真模型
在数据模型建立完毕后，就要对数据模型进行程序化的处理工作。在这一工作过程中，要运用很多的编程语言来完成。把它模型化是一个重要而有些难度的工作，必须经过对大量的数据进行分析，然后做程序化的管理，最终才能实现数学模型的建立。
3.3 仿真实验验证
通过建立好数据模型，和实现数学模型的仿真，接下来的工作就是验证仿真实验。验证的工作中，是对数据进行验证工作，进而得到相关的仿真结果。
4 计算机仿真技术的发展
社会科学技术的不断革新与进步，使计算机仿真技术也要根据时代的需求进行不断的完善发展，适应社会的发展步伐，与时俱进，才能够在未来的市场应用中能够持续稳步的发展。
4.1 计算机仿真技术会与网络联系交融
计算机仿真技术现在虽被广泛的运用在了各个领域，但是目前开发出来的绝大多数都还不能够交融或者转移，要实现共享的局面还达不到要求，具有一定的困难性。对于计算机仿真技术的高成本的开发现状，这还是一个急需解决的问题，关键之处就是将计算机仿真技术进一步的扩展到网络化的层面。这项工作在未来的发展中必将会有更为广阔的运用前景，首先一点就是可以避开又一次的投资，另外，可以在这项工作进程中获得一些共享资费。所以，实现计算机仿真技术的网络化具有重要的意义。
4.2 虚拟制造技术
该领域是计算机仿真技术发展的又一广阔前景。虚拟制造技术的各项工作的完成，要依托计算机仿真技术的应用，比过程之中的产品的设计，产品出厂和企业的管理工作等等，都离不开计算机仿真技术的应用使其正常运营。另外，虚拟制造已经能够实现对制造的多维度的进行预测工作，制造技术不再单一。
4.3 计算机仿真技术
该技术是在软件模拟的实验下进行的一项科学的实验。作为一个先进的技术，运用较经济，安全可靠，并且还可以实现多次的实验。仿真技术在现代的很多实验系统中都有所应用，是对系统分析并进行涉及的重要方式。
5 计算机仿真技术与信息处理结合的分析
对于计算机仿真技术，在不同的层面上进行分析以后确切的认识到，之所以这项技术能够被广泛的运用到生活和工作的各个领域，就是因为它具有极强的使用价值。在对新的处理方面当然也会有更大的运用意义。在对光的信息的处理上，起着至关重要的作用。
作为先进的信息技术的处理方式，光信息处理的最大的优点在于容量大，速度快和具有并行的特性。计算机技术中的处理二维码图像信息的技术，光的信息处理可以对信息的增强处或者一些特别的特征方面进行识别都有很重要的影响作用。现在，有很多的计算机软件都对信息的处理技术具有深刻的研究和发展。
计算机仿真技术对信息的处理方法还有对软件的信息处理。例如，matlab软件是科学计算机软件的一种，对于信息的处理也具有极强的灵活性，处理的方式涉及到矩阵的运算和信息处理的很多方面。运用此项信息处理是先利用软件输入进信息进行的仿真模拟，最后进行可视化信息处理工作。这项软件输入快速，运算很安全，而且具有方便的处理信息的优点。
将计算机的仿真技术与光信息处理技术结合起来，仿真技术的功能也会更加的进步与发展。通过将仿真技术和信息处理技术的结合，能够作为一项很好的信息处理方法。把抽象的信息具体的展现出来，使其实现可视化，对于信息的处理的精确性能够有更高层次的提升。所以，基于此原因，要做好计算机仿真技术与信息处理的结合运用工作。
因此，计算机仿真技术作为灵活性较强的计算机技术，计算机的应用也主要是对信息进行处理工作。把计算机仿真技术与信息处理结合起来，可以有效的提高信息处理的精确性和工作的效率。计算机仿真技术通过图像技术或者数学建模思想，进行虚拟的转换，将现实世界利用图像的形式表现出来，具有可观，并可以把抽象的信息具体化，再进行高效率的处理工作，能够适应现代社会中高效率快节奏的环境。
6 结语
计算机仿真技术在未来的发展道路上，必将随着时代的进步步伐不断的完善自己科学化的发展。作为目前应用最为广泛的计算机技术，在数字计算或是信号通信方面都都有他的独特的优势和应用价值。仿真技术中，它将虚拟的抽象世界还原成可视的现实世界。而对于信息处理，它另一方面来说又被大量的植入进计算机仿真技术中。所以，将计算机仿真技术与信息处理合理的结合起来，就具有极强的发展空间，同时有更广阔的研究价值。
参考文献：
[1] 艾莉莎.物联网空间域的泛传播构型[D].北京邮电大学，2014.
[2] 唐颖.蜡印图案的数字仿真及喷墨印花[D].江南大学，2011.
一、计算机仿真技术在教育领域的作用
计算机仿真是一种强有力的辅助教育工具，利用计算机仿真技术增加了学生动手实践的机会，使传统教学更生动形象。计算机仿真技术在教学中的应用改变了以往实验教学的被动性，学生通过自身与计算机仿真环境的相互作用来获得知识和技能，充分挖掘实验的潜能，引入计算机仿真技术可以优化实践过程，改善实践教学的环境。
二、计算机仿真技术在实践教学中的应用和意义
计算机仿真技术应用于实践教学，是计算机辅助教学的形式之一。计算机仿真技术是利用计算机多媒体技术，制造一个接近真实的训练环境，让学生身处其中，获得经验，掌握工作能力。这种实验目的在于培训技能。
展示的现象必须与学生所要学习的现实事物的原理、构造、规律完全一致。学生需要了解真实世界，因此使用虚拟现实技术是重现或放大真实事物，而绝不能歪曲事物的结构性质和固有规律。
三、计算机仿真技术在计算机网络实践教学中的作用
计算机网络基础课程是一门抽象、多学科、实践性强的课程，课程中抽象的内容不易理解，例如对于帧的构成，在进行讲解过程中，学生只是从表面对其有所了解，但对于帧的具体工作原理和过程并不能真实掌握，如何解决这一难题，是提高教学质量的关键。
依靠常规的教学手段和实践教学方法不能解决这一难题，笔者经过几年的教学实践探索，采用计算机仿真技术很好的解决了这一难题。
一是在理论教学的实验过程中采用吉林中软的计算机网络仿真系统来辅助理论教学。该系统可以全面地仿真和监视网络协议数据，使网络行为透明化，同时还可以编辑和发送网络协议包，分析网络协议原理，协助网络程序的编写和调试。覆盖了以TCP/IP为主的多种常见网络协议，对于一些较新的，如CIFS等协议也有所涉及。实验方式以综合设计型为主，同时结合一些验证性内容，强调学生的实际动手能力和分析问题、解决问题能力。
二是在实验过程中学生通过手动进行帧的编辑、IP报文的编辑，解决了学生对计算机网络基础抽象内容的理解，强化了对计算机网络数据流向的认识，从而把一门抽象的课程可视化。通过对网络状况的监控和对网络故障的仿真，学生对网络流量控制、网络故障发生的抽象原理的具体实现有了感性认识。
通过在实验中采用计算机仿真技术很大程度上解决了计算机网络及处理论教学的抽象性问题，真正做到了实践教
学辅助理论教学的目的。
四、利用仿真软件模拟网络设备
计算机网络实践课程中，有一个很重要的内容就是网络互联设备的使用，如交换机、路由器等。但是要建设一个30人的网络配置实验室（5组，每组2台路由器、2台3层交换机、2台二层交换机和6台计算机）至少需要30万元，但由于许多学校由于经费有限，只能购买一到两组设备，学生实训时实行分组，几个人一组，这样由于台套数不足导致实验时间过长和设备终端接入数以及网络设备配置的特殊性的原因，保证不了实训效果，我们采用了计算机仿真的方法，由于Cisco的设备在应用中还是占据主流位置，在实训时先让学生在电脑上利用Cisco 的CCNP软件做虚拟实验，然后轮流安排学生到实际的网络设备上进行操作。该软件先根据网络拓扑结构设计出网络，然后对该网络中的设备进行配置。通过使用该软件可使学生掌握每一种路由器模式下的各条命令、路由器对网络配置的作用和交换机的配置作用。这样让所有的学生学会相关设备的操作。
这样，网络课程的实践教学环节就不仅局限在实验室，学生可在业余时间进机房进行虚拟实验，突破了时间空间的限制，使学生完全置身于开放的环境中进行学习，为学生提高实践动手能力提供机会。
五、计算机仿真技术在计算机网络实践教学中应注意的问题
虽然计算机网络仿真技术解决了计算机网络基础理论教学的难题，增强了实践教学的力度，但不能完全依赖计算机仿真实验而取消真实实验。仿真实验是虚拟的环境，它的处理是理想的而且缺少实物感，像路由器、交换机等网络设备种类、型号非常多，各自的配置方式都有所不同，网络设备接口也是多种多样，在仿真实验中学生是无法见到的。因此，在具体实施中，应该虚实结合，有目的地让学生在真实环境中进行操作，让他们对相关设备或网络环境有亲身体会，印象深刻。计算机仿真技术除了应用于计算机网络实践教学外，还可用于其他课程。随着计算机技术、多媒体技术、网络技术及相关技术的高速发展，计算机仿真技术在教育教学领域将有更广阔的应用。
参考文献：
[1] 任条娟，王章权.浅谈电子信息类专业实验的“虚拟技术”和“网络技术”[J].浙江树人大学学报，2004（4）.
[2] 刘安枕，权养利， 周建华. 基于现代教育技术的虚拟实验系统构建模式的研究[ J ]. 现代电子技术，2004 (3) .
[3] 王晶琳，焦玮. 虚拟现实技术与应用[ J ]. 实验技术与管理，2003(1) .
[关键词] 计算机仿真电子商务仿真
电子商务作为一个新兴领域,各个院校在电子商务专业建设中,培养目标和课程体系不是完全统一，因此侧重点是不同的。普遍存在的问题是重理论而轻实践的现象非常严重,不利于电子商务人才地培养。原因很简单，就是实践的电子商务平台很难搭建，应用仿真技术可以解决这一问题。利用计算机技术、网络技术等现代信息技术从事商务活动,突出学生的动手能力,培养融IT与商务于一身的高素质复合型人才。
随着互联网的全面普及，基于互联网的电子商务也应运而生，并在近年来获得了巨大的发展，成为一种全新的商务模式，被许多经济专家认为是新的经济增长点。这种电子商务模式对管理水平、信息传递技术都提出了更高的要求，其中安全体系的构建又显得尤为重要。如何建立一个安全、便捷的电于商务应用环境，对信息提供足够的保护，是商家和用户都十分关注的话题。
一、概述
计算机仿真技术可以为学生提供虚拟的仿真情境, 为学生创设一种开放的、主动的、发现式的探索式的学习环境, 发展学生的高级思维能力和问题解决能力, 从而通过对该情境的操纵、观察和思考得出合理的结论。计算机仿真可以在很大程度上激发学生的高水平思维活动, 让学生通过反省性的、高水平的思维活动来建构深层的、灵活的、真正的知识,近几年, 计算机模拟教学在国内外的电子商务课程中屡见不鲜, 但仿真教学在计算机教学中的应用、尤其是在计算机网络课程中的应用还处于探索研究的阶段, 将计算机模拟应用于教学活动中, 往往能够收到事半功倍的效果。
电子商务引起人们的普遍关注，细说起来也不过是最近几年的事情。电子商务网络仿真实验室可以提供一个真实的环境,在这个环境中,学生可以模拟电子商务的各种活动。因此,电子商务网络仿真实验室具有可操作性、仿真性及适应性强的特点。可操作性,是指电子商务网络仿真实验室中的计算机所需软件;仿真性,是指学生在电子商网络实验室的计算机上安装了相关软件后,能够模拟IT 环境,进行各种电子商务活动等;适应性强,是指电子商务网络仿真实验室能够成为与电子商务相关的多门课程的实习实训基地。在电子商务网络仿真实验室,学生可以学习基本的电子商务网站的建设流程。
二、计算机仿真技术
计算机仿真技术(computer?simulation?technology)是利用计算机科学和技术的成果建立被仿真系统的模型，并在某些实验条件下对模型进行动态实验的一门综合性技术。它具有高效、安全、受环境条件的约束较少、可改变时间比例尺等优点，已成为分析、设计、运行、评价、培训系统（尤其是复杂系统）的重要工具。计算机仿真，是在研究系统过程中，根据形式性原理，利用计算机来逼真模仿研究对象。研究对象可以是真实的系统，也可以是设想中的系统。传统的仿真方法是一个迭代过程，即针对实际系统某一层次的特性（过程），抽象出一个模型，然后假设态势（输入），进行试验，由试验者判读输出结果和验证模型，根据判断的情况来修改模型和有关的参数。在没有计算机以前，仿真都是利用实物或者它的模型来进行研究的，这种方法的优点是直接、形象、易信，但模型受限、容易破坏、难以重用。而计算机仿真是将研究对象进行数学描述，建模编程，且在计算机上运行实现。它不怕破坏、容易修改、可重用。因此在现代化生产建设中得到了广泛的采用。并取得了丰硕的成果，带来了可观的经济效益。
计算机仿真技术的核心是按系统工程原理建立真实系统的计算机仿真模型，然后利用模型代替真实系统在计算机上进行实验和研究。由于近年来信息技术的发展特别是高性能海量并行处理技术，可视化技术，分布处理技术，多媒体技术，虚拟现实技术的发展，使得建立人――机――环境一体化的分布的多维信息交互的仿真模型和仿真环境成为可能，从而使仿真方法有了一些新的发展，形成了一些新的研究仿真方法热点，如：定性仿真方法；面向对象的仿真方法；分布式交互仿真方法；人――机和谐仿真环境建立方法学。
三、电子商务网络仿真实验室
利用仿真技术可以构建电子商务仿真实验室，通用的通信网络硬件实验平台《计算机网络》或《计算机网络与通信》是计算机专业的必修专业课程。它的实验主要是从以下几个方面进行设计的:网络技术做实验:它包括网络布线与制作,计算机操作系统的安装与配置,局域网的设计与实现,广域网的设计与实现。其目的主要是让学生了解常用网络的设备的连接、安装与配置。通过设计、连线和配置,完成网络数据通信实验。计算机网络原理的模拟与仿真:计算机网络模型,有许多协议支持实现,每种协议实现都有些算法。原理的模拟与仿真就是解决其中的一些算法实验,这种实验通常用软件加以实现,但同时也需一些硬件配合完成。其目的主要是使学生通过实验对算法应用理解更深刻。如:数据链路层的连续ARQ,网络安全中的加密算法等。网页虚拟实现交互指导实验:有些网络设备费用很高,也没有必要全部实做,设计一些虚拟网页,通过网络的操作达到实验的目的。如:网络的测试仪的使用,高端网络设备的使用和配置等。
在教学应用中，通过仿真技术不但可以节约教学成本，而且能取得良好的教学效果。
四、结束语
计算机软硬件技术的飞速发展，带动了计算机仿真技术的发展，使得计算机仿真方法有了更广阔的应用空间，其中对复杂的工业生产过程的仿真就是一个重要方面。面向计算机仿真方法学的几个主要发展趋势是定性仿真方法、面向对象仿真方法、分布式交互仿真方法和人机和谐仿真环境等。
摘要：针对多年来本科教育中电机学实验缺乏理论仿真的问题，本文提出了计算机仿真技术与实验相结合的电机学实验的教学改革。通过引入计算机仿真技术，直观的展示了电机的动静态性能，增强了学生的建模思想，使学生能够在仿真与实验结合中找到学习兴趣，提高应用型本科高校的人才培养质量。
关键词：教学改革；计算机仿真技术；建模思想；人才培养质量
一引言
电机学是电气工程类专业的一门重要的专业课程，该课程具有很强的理论深度及实践性[1,2]。目前多数高校对电机学的理论教学进行了一系列的教学改革，且大多数引入了高端的应用型手机学习软件，诸如学习通和翻转校园等，这在一定程度上激发了学生的学习兴趣，然而针对高校电机学实验的教学改革并不多见，为提高学生对电机学理论知识的深入理解，电机学实验需要一次全方位的改革。基于此，笔者根据平顶山学院本科院校的重新定位，提出了以计算机仿真技术与实验平台相结合的电机学实验的教学改革，以培养工程应用型人才为目标，服务区域经济的发展。
二计算机仿真技术与电机学实验相结合的教学改革探索
（一）电机学实验的特点电机学是大学中重要的一门专业课程，其应用范围覆盖了电力、电子、工业控制等众多领域，在工业生产中占有及其重要的地位[3,4]。该课程的主要任务是研究各类电机的基本原理、基本计算和一般的应用分析。而电机学实验是本课程非常重要的实践环节，使学生能够在实践的过程中掌握电机的基本实验原理和方法，初步培养学生对电机进行一般操作的动手能力和对实验数据的分析能力。由于电机学课程涉及内容较多且专业性极强的特点，为使学生能够通过实验的方式理解专业性强的理论知识，作为实验的一线教师在教学方式上要采用贴合实际应用的教学方式，体现教而用的教学理念[5,6]。培养具有研究能力、实践能力和专业技能全面发展的应用型人才。
（二）计算机仿真技术与电机学实验相结合的作用计算机仿真技术利用现代计算机的优势，以低成本的方式能够很好的完成真实环境中较难完成的电机学实验的教学任务，且可以通过网络的手段实现电机模型和建模思想的共享，可以更加合理化的让学习利用网络教学资源，有利于让学生进行反复的无成本的操作和对理论知识的反复验证及设计，同时打破了时间及空间的限制，可以实现随时随地的进行电机模型的搭建及对理论知识的验证。为项目或任务驱动教学法以及翻转课堂教学模式的实施提供了有利条件[7,8]。
（三）电机学实验存在的问题电机学实验是电机学理论课程的重要教学实践环节，笔者根据自己多年来从事电机学实验教学工作，将从教学方法、教学内容的设置和教学资源开发等方面考虑，认为目前电机学实验主要存在以下几个方面的问题：1.电机学实验教学以传统的教学为主，授课方式单一，不利于调动学生的学习兴趣，这将导致学生掌握到的知识较弱，进而引发了学生对电机学理论知识的不理解。特别的对于电机学部分章节中的理论性极强且内容枯燥无味的情况，采用这种单一的教学方法显然非常不利于学生对理论知识的掌握与理解。2.大多数电机实验室内的实验设备笨重，价格昂贵且运行及维护的成本较高，尤其涉及到工业控制中使用的大功率型的电机还存在着人身危险的因素，若只采用传统实验教学内容已不能满足当前的需要，近些年随着数字控制技术的发展，电机的控制技术也得到了长足的发展，同时不同类型的电机层出不穷。如若紧跟时代的步伐，当前电机实验室不能得到大额的资金支持来满足对各类实验电机的需求，显然限制了学生对各类电机的实际应用，特别是对一些新型电机的使用更是无法保障，同时受到实验空间的限制，学校更无法为每一位学生提供足够的实验空间和实验创新的机会，这更加不利于培养学生的应用创新能力。
（四）改革措施和对策针对以上电机学实验存在的问题，从以下几个方面进行电机学实验的改革。1.完善课程体系由于需要在本科教育中引入计算机仿真技术，需要在课程建设方面进行完善。在学生的大学一年级阶段增设系统的建模与数值分析的相关课程，建模思想早早的植入于学生们的大脑内，为大学二年级所学的电机学做好铺垫。同时在大学的课程体系内需要引入与电机学相关的专业计算机仿真软件，将与电机学相关的计算机仿真软件的学习作为大学一年级的必修内容，且通过严格的考试过关来衡量学生对计算机仿真软件的掌握程度，对于计算机仿真软件的学习可通过项目驱动法的教学方式培养学生运用计算机仿真软件对相关电路的实践设计能力。2.计算机仿真技术应用于电机学实验中的改革针对以上问题2可知单纯的实验平台上的项目实验限制了每位学生的创新性设计思路，在实验平台上只是简单的进行一些项目的验证性实验，缺乏了对实验的理论深度思考。计算机仿真技术的引入能够更加直观的让学生发现电机电气模型中有关的电压、电流、转速、转矩等相关参数的实时动态变化，更加容易的找到电机调速等一般性规律，同时能够及时发现问题，解决问题。在实际应用中，以目前国内权威性较高的MATLAB仿真软件为例，该软件集成了几十种不同类型的电机模型，以此软件为基础而开发的电机学仿真模型，可以改变电机学实验中的单一实验形式，它可以使学生由被动地接受教师的灌输转变为主动地探究实验的真谛。并且在该仿真软件下根据同样的设计要求，可以很容易的在计算机界面上实现不同的解决方案，这就能调动学生的积极性和主动性，培养他们发现问题﹑分析问题和解决问题的能力以及他们的创新能力。另外除了课上的时间以外，学生还可以利用课下的时间使用计算机仿真软件继续进行相关实验。这就打破了实验时间和空间的限制，保证了学生有足够的空间和时间来完成实验，达到了“线上、线下”都可以进行的教学模式，解决了在原有实验条件下受到时间和空间的不足而影响学生质量的培养问题。
三结束语
计算机仿真技术引入电机学实验的教学模式，激发了学生的深入学习电机理论的兴趣，融合了线上、线下两种不同的教学方法，对电机学理论及实践进行了有益的补充。该种教学方式可以充分的使学生体验到不同的学习方式，加深了学生对电机学理论知识的理解。进而完善了电气工程专业的课程体系、革新了不同模式下的教学内容和丰富了学生对电机学认知，探索出一条行之有效的教学改革之路，必将提高平顶山学院电气工程专业学生的人才培养质量。
关键词：教学模式改革；计算机仿真；电力电子技术
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）15-0034-03
一、前言
《电力电子技术》是一门面向机械电子、自动化等专业开设的实践性很强的应用技术型专业基础课程。其主要研究内容为电能的变换和控制，涉及各种电力半导体器件及变流装置，如整流、逆变、直流斩波、交-交变换等电能变换及PWM控制和软开关技术等内容[1-2]。在该课程的课堂理论教学中，有大量的电路波形分析及电量计算内容，需要画出相应的电压、电流信号波形图并作相关电量的数学公式推导及谐波分析。在传统教学模式中主要采用PPT动画及课堂板书等教学方式，不仅费力费时，且电路波形的动态变化表现不足，交互性很差，尤其对电路的谐波分析非常抽象、复杂而不易理解。特别是当需要改变电路参数及负载性质时，所有的波形图必须重新画出，非常不方便，不仅使得教学课时紧张，而且内容单调枯燥，大大降低了学生的学习兴趣，难于达到理想的教学效果。为了克服传统课堂教学模式的缺点，形象直观地进行教学，变抽象为具体，变枯燥为生动，激发学生的学习兴趣，提高教学质量，有必要将MATLAB/SIMULINK及PSIM等计算机仿真技术引入到课堂教学中，作为传统课堂教学手段的补充，对现有课堂教学模式进行改进及完善[3-6]。
《电力电子技术》课程具有很强的实践性，实验教学在整个课程教学中占有非常重要的地位。实验不仅可以验证课堂教学讲授的理论、加深对课堂理论知识的理解，而且可以锻炼学生的动手能力及解决实际问题的能力，在整个课程教学中具有不可或缺的作用。本课程所开设的实验均是依托“电力电子技术及电机控制实验装置”完成的。由于该实验装置操作复杂，加之每个实验学时有限，使得学生不易熟练掌握装置的使用，在实验中存在以下几方面的问题：（1）由于操作不当容易造成器件损坏，查找故障及更换损坏器件又会减少学生的实验时间，影响实验效果。（2）由于每台实验装置只配备了一台双踪示波器，同一时刻只能观察分析最多俩路电压、电流或驱动控制信号波形，难于对实验电路的各处波形有一个全面的观察，影响对电路工作情况的整体理解。（3）实验设备及元器件的老化等问题可能使得实验结果与理论分析出现较大差异甚至异常情况，从而影响实验效果。（4）每次的实验结果及观察的波形需先记录在实验数据记录表中，实验结束时由指导教师检查实验数据及波形是否正确并给出成绩。但若实验结果不正确，则学生没有时间去纠正，还需另约时间重新完成实验，不利于提高实验效率。针对实验中存在的问题，需要对传统的实验教学模式加以改进和完善，在实验教学中引入计算机仿真技术，开发对应实验项目的MATLAB仿真虚拟实验，并提供给学生，作为学生实验时的辅助实验手段，达到及时解决实验中出现问题的目的，提高实验教学质量[7-10]。
二、《电力电子技术》课程课堂教学及实验教学模式改革的思路
基于传统课堂理论教学及实验教学中存在的问题和不足，引入计算机仿真技术，对《电力电子技术》课程课堂教学模式及实验教学模式进行改革。
1.课堂教学模式改革思路。在传统的PPT加板书授课的基础上，引入专用电力电子仿真软件MATLAB/SIMULINK和PSIM，针对课程主要教学知识点和重要电路开发若干课堂教学计算机仿真实例。通过在课堂教学中引入MATLAB及PSIM教学仿真实例，对关键的电力电子电路进行交互式动态波形分析，帮助学生理解课堂所讲理论内容。采用PPT动画+课堂板书+计算机仿真等三位一体的教学模式，提高课堂利用率，调动学生学习兴趣。将相关MATLAB及PSIM教学仿真实例提供给学生，以便学生能够在课前熟悉及课后复习课堂讲授内容，达到提高学习兴趣和教学质量的目的，同时让学生熟悉电力电子电路的计算机仿真方法，为以后在实际工作的应用打下基础。
2.实验教学模式改革思路。在传统装置实验的基础上，利用MATLAB仿真软件中的SIMULINK工具箱开发每一个实验项目的MATLAB仿真虚拟实验，在实验前提供给学生，使学生对所做实验的电路及需要观察的波形有一个直观、感性的认识。将MATLAB仿真虚拟实验程序预存在实验室计算机上并对学生开放，以使学生随时能够针对实验中出现的问题进行仿真，观察正确的波形，以便于帮助确定问题所在，达到快速解决问题的目的，提高实验效率。通过虚拟实验+装置实验的实验教学模式，达到激发学生的学习兴趣，提高电力电子技术实验教学质量的目的。为了配合实验教学改革，还需编写一套内容完整、难易度适中、针对不同专业特点的《电力电子技术实验指导书》，以使不同专业的学生能有针对性地选择不同的实验项目，从而使学生更好地得到实验技能的训练，提高专业技术水平。
三、《电力电子技术》课堂教学模式的改革
根据《电力电子技术》课堂教学改革的思路及渐进式的设计思想，从易到难，从简到繁，利用计算机仿真软件MATLAB/SIMULINK及PSIM开发设计了12个相关的教学仿真实例[11-12]。分别为单相桥式全控整流电路、三相半波可控整流电路、三相桥式全控整流电路、三相半波有源逆变电路、三相桥式有源逆变电路、BUCK降压斩波电路、BUCK滤波降压斩波电路、BOOST升压斩波电路、升降压斩波电路、CUK斩波电路、单相电压型PWM逆变电路及三相电压型SPWM逆变电路等课堂教学仿真实例。这12个实例基本涵盖了《电力电子技术》课程的主要教学内容和重要知识点，通过在课堂教学中加以应用，能够直观、动态、形象及交互地对电力电子电路进行动态电压、电流波形分析，提供了一种图形化的交互环境，从而使得复杂的电力电子电路仿真和分析及波形观察变得十分容易，改进及完善了以往仅用PPT动画及课堂板书的教学方式，构成了PPT动画+课堂板书+计算机仿真等三位一体的新课堂教学模式。为达到更好的教学效果，进一步提高课堂的教学效率及教学质量，在课程开始时，就将教学仿真实例的源程序提供给学生，使得学生可以课前进行预习，课后进行复习，不仅可以提高学生的学习兴趣，而且还可培养学生的自学能力，同时使学生逐步熟悉和掌握MATLAB和PSIM这两种常见的电力电子电路仿真设计软件的使用，为以后在实际工作的应用打下基础。
下面以三相电压型SPWM逆变电路仿真实例为例介绍计算机仿真技术在课堂教学中的应用。三相电压型SPWM逆变电路是《电力电子技术》课程非常重要的一个教学内容。该教学知识点除了需要介绍电路工作原理外，还包括大量的波形分析、公式推导及谐波分析和相关电量的计算。采用传统的PPT+板书教学模式时，学生普遍反映内容复杂、抽象、枯燥、不易理解，教学效果不理想。为了弥补传统课堂教学模式的不足，利用MATLAB/SIMULINK开发了三相电压型SPWM逆变电路教学仿真实例，其MATLAB仿真电路模型如图1所示，相应的仿真结果示于图2中。
MATLAB仿真软件具有丰富的电路波形分析功能，可方便地利用MATLAB/SIMULINK的Scope示波器观察多路指定信号随时间变化的动态波形。图2中示出了三相对称的SPWM输出电压ua、ub、uc的波形及三相对称输出电流ia、ib及ic的波形。通过仿真波形可清楚地动态观察到对应波形间的幅值及相位关系，并可根据需要放大局部波形，而这在传统教学模式中是难于做到的。MATLAB软件另一个优势是具有强大的数学计算能力，特别适合电力电子电路的谐波分析及相关电量计算。利用FFT功能模块可对输出SPWM电压波形作指定次数谐波的幅值及相角计算，利用RMS功能模块可对信号进行有效值计算。图1中示出了利用FFT模块及RMS模块对输出电压ua进行谐波分析及有效值计算的方法，相应的动态计算结果通过Display数字显示器可直接给出。通过以上实例可以看出，在课堂教学中，利用计算机仿真作为教学的辅助手段，可有助于将烦琐、枯燥、抽象的理论分析及推导变得生动、直观且易于理解，可有效引起学生的关注和学习兴趣，达到提高教学效率及教学质量的目的。
四、电力电子技术实验教学模式的改革
依据实验教学模式改革思路并结合实验室的具体情况，本课程共开设4个实验：三相半波可控整流电路实验、三相半波有源逆变电路实验、三相桥式全控整流及有源逆变电路实验、直流变换电路实验等。所有实验均可在“电力电子技术及电机控制实验装置”实验成。不同专业的学生可根据专业需要选择其中3个作为必做实验，1个为选做实验。针对该实验设备操作复杂、实验学时有限的问题，编写了与实验设备配套的《电力电子技术实验指导书》，对每一个实验均详细说明了实验要求、电路的工作原理及实际操作过程等内容。利用MATLAB仿真软件中的SIMULINK工具箱开发了每一个实验项目的MATLAB仿真虚拟实验程序。分别为：三相半波可控整流电路虚拟实验、三相半波有源逆变电路虚拟实验、三相桥式全控整流及有源逆变电路虚拟实验、BUKE降压斩波电路虚拟实验、BOOST升压斩波电路虚拟实验、升降压斩波电路虚拟实验及CUK斩波电路虚拟实验等，对应每一个实验，均编写了虚拟仿真实验指导。在实验前，将相应的虚拟实验仿真程序提供给学生，使学生对实验电路的结构、电路元器件连接关系、相关的电压、电流波形等有一个直观、感性的认识，以提高实验效率和实验效果。所开发的所有虚拟实验程序均安装在实验室计算机中，学生在实验中可随时调用相关仿真程序，通过对相应电路波形的对比，帮助确定实验中出现问题的原因，找到解决问题的方法。图3为三相桥式全控整流电路虚拟实验MATLAB仿真模型，其仿真波形示于图4中。
由图4中虚拟实验仿真波形可以看出，学生可以同时观察到相位依次相差120°的对称三相电源线电压uab、ubc、uca的波形，三相电流ia、ib、ic的波形，6个晶闸管依次相位相差60°的门极触发信号ug1～ug6的波形，整流输出电压ud及输出电流id的波形等。通过仿真波形，可观察到全部相关信号之间的相位关系。尤其重要的是可仿真当某个晶闸管的门极触发信号缺失或是晶闸管故障时电路相应节点的波形，当实验中出现相应故障时，可以帮助学生确定故障原因，提高学生独立解决实际问题的能力，而这是实际装置实验中仅利用双踪示波器观察波形时无法实现的。从三相桥式整流电路的MATLAB仿真虚拟实验的例子可以看出，虚拟实验具有装置实验所不能实现的功能，是装置实验的重要辅助手段。采用计算机仿真虚拟实验+实际装置实验的实验教学模式可以达到提高实验效率和实验教学质量的目的。
五、结束语
本文针对传统课堂教学及实验教学中存在的问题和不足，在课程教学中引入计算机仿真技术，对《电力电子技术》课程教学模式进行了改革。提出了PPT动画+课堂板书+计算机仿真三位一体的课堂教学模式，基于MATLAB/SIMULINK及PSIM电路仿真软件开发了教学仿真实例应用到课堂教学中，可以实现对电力电子电路进行电路原理及波形的交互式动态分析，形象直观，便于理解和掌握。基于MATLAB/SIMULINK开发了虚拟实验程序，提出了虚拟实验+装置实验的实验教学模式，提高了学生独立解决实际问题的能力。计算机仿真技术应用到课程教学中，提高了学生的学习兴趣及教学的效率，让学生逐步熟悉电力电子电路的计算机仿真方法，为以后在实际工作的应用打下基础，是一种值得肯定和进一步发展完善的教学改革方向。
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【关键词】教育技术；计算机仿真；教学平台
【中图分类号】G420 【文献标识码】A 【论文编号】1009―8097（2009）06―0124―03
引言
现代信息技术环境为信息教育的开展提供了重要保证。在这样的环境下，如何对学与教的过程和学与教的资源进行设计、开发、使用、评价和管理，是一个有待于开发和探讨的课题[1]。
作为现代信息技术的重要组成部分−− 机器人仿真技术一般 用于工程设计，还没有用于高等学校听障学生学习计算机编程语言先例，它优良的计算机界面图象仿真功能，从视觉补偿角度非常适用于听障学生的特点。利用这一特性，我们将计算机编程语言学习中听障学生所遇到的难点，教学点用仿真图示的方法进行新的教学方法组合。例如：流程图设计与编写计算机指令的关系，我们抛开听障学生不易明白的技术术语，以工程设计项目为方式，机器人创新教育的教学训练的模式[2] ，设计了流程图与指令对应同时与所写指令有明确执行效果的教学方法（见下图1）。
由于是工程项目设计，目标易于理解，听障学生可以很容易地根据目标选用流程图中的图形进行过程组合，而在流程图的组合过程中对应的计算机指令也实事 的显示出来。指令的用法也一目了然。听障学生通过这一方法，首先知道流程图的基本画法，其中每一个图框中应写那 条指令，而且明白所写指令对应的实际效果是什么。利用这种图、文、做一体的简便方式，听障学生可以很清楚的看到计算机语言的编写过程和机器指令的使用方法。针对结果中出现的问题可以很清楚地知道在何处修改，同时可实时看到修改的结果。用这种教学模式可使听障学生的“入门” 较轻松，沟通较容易，这样便 使他们对学习编程建立信心。
一 基本设计思路
常规的计算机高级语言的教学一般选用指令分类的形式讲解, 每条指令的含义可用语言、文字解释。教材可以简洁明了。但听障学生由于听力障碍, 基础术语、语言文字能力较差，简洁的教材, 使得讲解十分困难, 同时没有听障学生适用的辅助教具, 更增加了听障学生的理解难度。为解决以上所涉及的难题，在本教学环节设计中引入仿真机器人，采用了屏幕机器人仿真和流程图与计算机语言对照的方式来讲解计算机高级语言, 大家知道：在计算机辅助教学系统中，被计算机程序化的影像起着视听教材的作用[3]。根据这一原理，我们将语言的学习变成屏幕游戏的编写, 不刻意强调每条指令的结构, 用简单的图面对比来告诉听障学生指令的意义和用法。这种视觉补偿的方式, 可很好地兼顾听障学生的生理特点, 扬长避短。设计原理框图见图2：
二 课程设计方案
1教学对象分析
在教学过程中, 我们发现听障学生极易放弃他们认为不易掌握的知识, 尽管有些在正常人看来是及其 简单的。为使听障学生能达到既定的学习目标，教师必须考虑听障学生达到此教学目标所经历的心理历程。本教学环境选用了视觉补偿的概念, 利用计算机仿真技术从基础知识入手，利用显、浅、易、懂的方式引导听障学生进入教学情景, 最大限度的集中听障学生在课堂上学习的注意力，积极参与到既定的教学过程中,提高学习效率。
从教学内容来讲，要分析掌握技能与听障学生原有学习习惯之间存在的差异，面向学生的学习需要[4]，听障学生还有多少知识没有掌握。从教材上来讲，教师应努力以鲜活的知识、通俗易懂的教授形式把生硬的教材符号简单化。
以往教学目标关注较多的是知识， 技能。缺少为达到此目标所进行的感情、能力的关注。对听障学生而言，教学目标与他们的生理、心里、认知能力之间有很大的联系, 而沟通难是工科学科教学中的一大难点。因此教学目标的设计首先要以如何使听障学生能够学会为主要目的，即用仿、学、做结合的方式改变“沟通难” 的问题。
2 教学目标
（1）根据知识的性质确定教学方式[5]。通过仿真教学辅具的帮助，听障学生能够较有成效地学习计算机编程语言的知识及基本操作，培养听障学生建立基本工程设计的概念，使听障学生能运用计算机仿真的手段将制定项目 设计构思以直观形象表达 出来，同时听障学生可用此方法完成自定义项目的练习。
（2）教学设计过程要根据听障学生的生理特点和知识水平选择教授知识的切入点，教师应“激活” 以符号为主要载体的书本知识，并对其进行个性化解读和诠释[6]。教授给 听障学生学会选择，正确使用，把学习内容分解成为一系列更易处理的单一子任务，从而使听障学生获得一种较为轻松的学习环境。感受到科学的有用和研究的
乐趣，在亲历体验的过程中构建他们动态的知识体系，从而学会学习、乐于学习。
三 设计方法
1 课前准备
（1）教学点：流程图设计与编写计算机指令的关系及设计效果。
（2）构建计算机仿真技术支持的学与教实践教学环境。
学生每人一台教学计算机，在机器上装有仿真教学辅助软件。
学生自由组合组成练习小组，搭建实践教学用仿真场地同时配备教学机器人一台。
2 教学流程
（1）复习流程图的基本知识。
（2）利用仿真教学平台中流程图设计子系统，建立指定项目的设计流程。观察流程图的设计过程与指定项目之间的逻辑关系，流程图的图示化选择是否正确，并分析原因。
（3）观察流程图的图形模块所生成的计算机指令与单一指令设计的不同。
（4）将流程图对应生成的计算机指令调入到计算机语言的编译环境中，进行语法检查，通过后，进入仿真。
例如：―― 设计一个《机器人走四边形》的工程训练项目，学习条件转移语句的使用。
首先：抛开听障学生不易明白的技术术语，以工程设计项目为方式，利用《聋教育仿真教学平台》设计了流程图与指令对应同时与所写指令有明确执行效果的教学方法（见图3）。
第二：对应学习计算机编程语言指令― 讲解用while实现虚拟前行的方法，条件循环走正方形指令。
第三：指导学生利用教学软件在计算机屏幕上利用图形化C语言编译环境工具完成指定教学科目的训练，教授对应学习的手段和方法。让学生了解语言编程的基本方法和调试手段。
3 教学过程
根据图2我们可知，这是一个虚拟机器人运动的工程项目，我们将此单元课程设计为：
第一：设定工程目标： 虚拟机器人向前行走一段距离然后右转,重复进行。
第二：选用流程图与机器指令对应的设计方法讲解计算机语言。
首先用图形化编辑的方法列出流程图，此时每一个流程图形所对应的机器指令亦同时在屏幕上对应显示出来。
第三：学习机器指令，讲解使用方法。
第四：屏幕仿真，观看设计结果。见图4。若有误差对应修改。
第五：保存结果。
四 小结
利用这种图、文、做一体的简便方式，听障学生可以很清楚的看到计算机语言的编写过程和机器指令的使用方法。针对结果中出现的问题可以很清楚地知道在何处修改，同时可实时看到修改的结果。用这种教学模式可使听障学生的“入门” 阶段的学习较轻松，技术沟通较容易，这样便使他们对学习编程这门课程建立信心。用这种方法作为“入门”阶段的的教学途径，降低入门难度，从教学结果看听障同学掌握较好，课堂氛围轻松。
仿真技术用于听障学生的计算机语言教学实际上是一个新的课题。本着浅显易懂的教学理念，在教学时进行了如下设计：
第一：课前准备。将现代仿真技术成为听障学生课堂教学的组成元素。创建一个新颖的实践教学环境。减轻听障学生学习难度, 树立学习的信心。这样可以减轻听障学生学习计算机高级语言普遍存在的畏难情绪。
第二：从整个教学设计中关注学生自主参与，要照顾聋生的思维进程[7]，将合作学习贯穿在查找、收集、交流、构思（设计）和运行等各个教学环节之中，确立学生的主体地位，培养了合作精神。提倡项目式合作训练，使学生把学习过程当成一种“游戏” ，轻松愉快，减轻了学习过程中的心理压力。
第三：重视以发展的眼光来评价学生的设计，尽可能挖掘学生在学习中的闪光点，并给予充分的肯定，让每个学
生都有成功的体验，从而让他们树立信心，初步学会计算机语言的编程规律。 有一个良好的开端。
五 教学后记
通过教学辅具在听障教学中的使用，以构建计算机仿真技术支持的学与教创新环境为出发点，利用计算机仿真的教学手段，同时运用身心障碍补偿和技能训练的方法，对有听力障碍的学生进行现代技术知识的传授。教师利用这一教学载体，通过机器人创新教育的教学训练模式，力求解决听障学生学习计算机语言“入门难” 的问题，听障学生能借助此技术来改善学习境况，同时建立一种新的听障教学的实践模式。
特殊教育象征着一个社会的文明程度和发展水平，特教教学是一个复杂而细腻的过程, 教师的一个手势，一个微笑，一句称赞等各种表示都会对聋哑学生产生很大的影响，更由于听障教学人文主义色彩较为浓厚，这种作用就更为重要。而我们在发展的同时要始终把握好一个原则，那就是技术只能是一种工具，无法代替人的情感因素。根据听障学生认知活动的特点来选择恰当的教学策略[8]。将情感因素带入教学中，帮助听障学生克服心理障碍，提高学习质量，达到最终教学目标。
参考文献
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The Design and Practice of Computer Programming Language Teaching for Deafness Students
HAN Yu-min
(Special Education College of Beijing Union University Beijing100075,China)
关键词：计算机；大学物理；模拟仿真；理论教学
一、前言
在大学物理课堂教学中，计算机可以快速完成常规的计算并仿真模拟物理过程，强化教学效果，对培养学生的学习兴趣、科学思维能力、探索发现和创新精神等能起到积极的作用[1]。
计算机仿真技术是一门基于计算机建立的系统模型进行动态研究的综合性技术。20世纪初，仿真技术就已得到初步应用。20世纪40年代至50年代，航空航天和原子能技术的发展推动了仿真实验技术的发展和应用。20世纪60年代之后计算机技术的发展，为仿真实验提供了先进的平台，加速了仿真技术的发展和应用[2][3]。
随着仿真技术的发展，计算机仿真实验应运而生。20世纪90年代初，国内部分高校和机构开始着手于计算机仿真实验的研发。其中由科大奥瑞首创开发的计算机仿真实验教学软件大学物理仿真实验，是国内最具权威的大学物理仿真实验教学系统，已在国内外多所高校获得应用。仿真物理实验作为计 算机辅助物理实验教学的一个发展方向，已经成为了大学物理实验的一个新亮点。
二、仿真教学的研究
大学物理的理论教学与实验教学同等重要。对于计算机专业的大学物理课程而言，仿真教学既可以成为教学内容也可以作为一种教学手段。仿真教学是利用计算机仿真技术，实现大学物理课程知识和计算机专业能力并重培养的过程。这样，仿真教学拓宽了大学物理教学内容，把以教授知识为主的课堂教学转变为教授知识和能力培养并重的课堂教学。
笔者结合近两年在安徽信息工程学院（原安徽工程大学机电学院）计算机专业的大学物理教学实践，总结其中存在的以下问题，也是促使课堂进一步实行仿真教学的原因。
（1）学生理科基础薄弱。在工科专业中，计算机专业的学生的知识基础相对较差，尤其是对数学、物理等理科基础知识的掌握。仿真教学基于软件平台，其中核心的算法需要一定的数学基础。而算法需要的基础知识是应用层面的，比纯粹的理论知识更容易接受，这也符合“通过做数学来学数学”的思想。因此，仿真教学反过来还可以巩固和增强理科基础知识的理解和应用。
（2）学生缺乏学习动机和学习兴趣。大学物理作为高校理工科专业基础课程，其重要性可见一斑。学生对基础课程的认识不足，直接导致学习动机降低。仿真教学作为一种教学手段，既体现了大学物理的实用性，也加强了计算机专业实践，能有效发挥学生的主观能动性，增强学习动机和提高学习兴趣。教学内容、方法和考核方式也会影响学生学习的动机和兴趣。
（3）教学内容陈旧。大学物理的基本内容是几十年甚至几百年前就建立起来的，课本中研究的更是简化了的、能用解析方法求解的典型问题。而实际问题是复杂的，且随着科学技术的发展，人类对问题的认识也会发生改变。仿真教学具有交互性，可以开拓教学内容。因为物理仿真对象来源于实际，需要学生去生活中寻找和探究对应应用，然后结合大学物理理论知识进行模拟仿真，达到深化教学内容的目的。由于仿真需要一定计算机专业知识，这样仿真教学也侧面增强了专业知识的运用。
（4）教学方法传统、考核评价方式单一。在教学中，笔者所在学校的大学物理依旧采用传统的教学方法，即教师的单方面讲授。即便采用了多媒体辅助教学手段，也仅仅停留在展示物理模型或过程的阶段。一方面是由于大班教学的限制；另一方面，由于课时数量的缩减，使得讲授成为一种高效传授知识的方式。但这种教学方法效果不理想，课堂上普遍出现学生睡觉和玩手机的现象。针对计算机专业学生采取的课堂仿真教学，需要学生及时参与，结合一定的专业基础理解和应用物理知识。仿真教学要求教师布置电子作业，需要学生投入更多课后时间去实践，且由于作业加强了与专业课程知识的联系，这样就简化了作业的操作性，但提高了作业的挑战性、趣味性和创造性。
由于实际物理问题的复杂性，许多问题都要用到精确的数学计算。仿真教学充分利用了计算机的强大功能，丰富计算机辅助教学的内涵，使计算机不仅是教师的辅助教学工具，也是学生W习的工具和内容。笔者在课堂仿真教学上还参考了美国大学的多种教学方法。因为课堂教学不是一言堂，而是多言堂；不是单向灌输，而是双向甚至多向互动；不是单调、乏味的，而是生动、活泼，充满生机活力的[4][5][6]。
三、仿真教学的改进措施
传统大学物理的考核方式比较单一，针对计算机专业实施的仿真教学，笔者在考核方式上也进行了一系列改革。
传统的大学物理教学内容、教学方法和考核评价形式均存在一定问题，对于计算机这种工科专业，学生会很难从大学物理这门基础课程中受益，那么大学物理打基础、搭桥梁的重要功能也就得不到体现。因此必须通过教学改革来改善这种局面，结合计算机专业特点进行的大学物理课堂仿真教学是一种有效尝试。
1.仿真教学软件
仿真教学基于软件，以下是在大学物理课堂仿真教学中使用到的软件。
（1）Flash。Flash是由Macromedia公司推出的交互式矢量图和Web 动画的标准，广泛应用于创建应用程序，可以包含视频、声音、图形和动画。课堂教学中可使用Flash来创建多媒体课件中的动画、视频内容，也可以通过添加图片、声音、视频和特殊效果，单独构建Flash应用程序。在仿真教学中，Flash可以用来制作精美的动画，添加到课件中，可形象模拟物理现象和过程[7]。
（2）Java。Java是一种面向对象的程序设计语言，具有通用性、高效性、平台移植性和安全性等特点。目前，很多国家和机构都建立了基于Java技术的仿真实验系统。如美国俄勒冈大学物理系主办的物理仿真实验网站和科罗拉多大学波德分校（University of Colorado Boulder）创办的PhET网站，网站中的仿真项目均是基于Java语言编写的。国内的华中科技大学李元杰教授组织构建的DTP（digital teaching of physics）也是基于Java语言的（如图1所示）。
相对于Flash，Java_发更具交互性。对于计算机专业学生，Java更是一门需要学习和运用的语言。
（3）MATLAB。MATLAB是MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。MATLAB的处理单元是矩阵，比用C、FORTRAN等语言完成相同的事情更简便。Simulink提供了一个系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需编写大量程序，只需通过简单的鼠标操作，即可构造出复杂的系统。比如在演示振动和波动的叠加时，用Simulink演示就比较直接方便。
Flash可以制作出精美的动画，而MATLAB也有多种方式实现动画效果[8]。因此，在仿真教学中，MATLAB不仅可以进行数值计算，也可以进行可视化模拟仿真（如图2所示）。
（4）VRML。VRML即虚拟现实建模语言，可用于建立动态的虚拟世界。目前，国内有高校成功开发了基于VRML技术的三维仿真实验中心。比如，华中科技大学开发的液压元件装拆实验，学生可以在仿真的环境中认识和操作各零部件。虚拟现实技术作为第二代互联网技术的重要基础，已经引起越来越广泛的关注和应用。比如，当前火热的VR（虚拟现实）和AR（增强现实），对于计算机专业的学生，接触并了解这类技术对专业学习是有益处的。
以上是大学物理仿真教学中可以运用和接触了解的软件，其他专业学科类的仿真软件暂未涉及。
2.仿真教学内容
大学物理理论教学内容较多，但教学课时是有限的（笔者所在学院一学年安排96课时）。作为专业基础课，大学物理还必须为后续专业课程学习打好基础，因此仿真教学内容必须是精简的、与专业紧密相关的内容。
物理研究的对象是物质（包括能量和场），因此仿真教学的内容也是客观的物质。物理中关于物质运动的规律是经过抽象概括的，主要通过模型来描述。物理模型可以分为心理模型和概念模型。心理模型是学生脑海中建立的关于物理现象认识的模型，而概念模型是建立在物理概念之上的模型。学生的学习就是不断克服和打破心理模型，接受概念模型的过程。而大学物理仿真教学的主要内容就是基本物理概念模型的仿真。
在仿真教学中，笔者把物理模型分为：运动类、能量类、振动类、波动类、热学类、电磁场类和光学类等。根据仿真教学要求编制的教学大纲包含了具体的仿真教学模型和实现方式。
3.仿真教学实施
课堂仿真教学的实施，需要学生和教师双方的参与。教学中，教师和学生均会面临一些新的困难和挑战，包括假设生成、模型设计、数据解释以及对发现过程的自我监控等。因此，仿真教学需要建立有效的反馈机制，包括仿真教学在内容选择以及过程设计上应该针对学习者的困难提供相应的学习支持，只有这样才能真正发挥计算机模拟在学习中的优势。
仿真教学的教学效果还需要建立评价机制，包括学生对教师的评价和教师对学生的评价。课程评价“本质上是一个确定课程与教学计划实际达到教育目标的程度的过程”，是贯穿于课程实施全程并推进课程进展的内在动力， 也是连接课程目标与课程实施的桥梁。教师应根据教学评价结果，及时反复修改教学大纲，达到教学目的。
4.教学评价
教学的中心是学生，因此需要学生参与到教学评价中来。从学生角度，学生需要知道自己是否达到了学习的要求以及是否需要改进学习方法。因此需要教师对教学中学生学习情况进行评估，除了学校教务系统必须完成的学生对教师的评测以及平时的面谈等形式外，还可以通过以下形式完成对仿真教学的评估。
（1）调查形式。调查是一种直接有效的检验学习效果的形式。包括：物理期望调查，对物理科学的认识信心的调查，科学观点的调查以及其他内容调查。
（2）反馈形式。首先是组长收集组内成员（大约十名）对教师的测评表（结合由笔者制订的教学目标），经过整理分析后，交给学习委员；其次是学习委员结合组长平时的表现，给组长收集的信息打可信度系数；最后把有系数的测评表交到笔者手里，完成学期反馈评估。
（3）作业形式。作业包括纸质作业和电子作业，且安排了分组。纸质作业主要是对课本习题的思考，对于有一定难度的习题，要求学生写上自己对课堂仿真的思考、疑问或者对老师上课的意见等。电子作业是要求组内完成课堂上某个仿真程序的编写和运行，其中均包含对仿真教学的反馈。
（4）报告形式。在每一学期教学中，安排PPT报告。根据课堂上的仿真教学，结合课本未讲述的内容制作PPT并进行报告。报告要求分工合作， 其中包含对课堂仿真教学和教师的评价。
根据以上教学评估结果，对学生和教师学期表现进行综合评价。
笔者针对计算机专业理科基础薄弱、物理学习动机和兴趣的缺乏、教学和考核方式单一、教学内容陈旧、理论与实践脱节等问题，在大学物理课堂教学实施了仿真教学，同时改革了教学内容、教学方式和评价机制等。教学实践表明，仿真教学精简了大学物理理论知识内容，减轻了学生学习负担；增强学生学习的动机，提高学生学习的兴趣，参与课堂教学；加强了与专业的关联性， 提高了学生的专业实践能力。此教学研究将大学物理理论知识与计算机专业应相结合，强调了学科的实用性，推进应用型本科高校的改革。
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【关键词】仿真技术；实践教学；应用
中图分类号：G64
文献标识码：A
文章编号：1006-0278（2015）04-143-01
目前钢铁行业受到行业背景的冲击，出现了“寒冬”现象，企业效益和发展生存受到挑战，对接收学生实习的积极性不断下降，即使接收学生实习，时间也被大大缩短，冶金工程专业的学生在实习中企业很少给动手操作的机会，教学效果难以达到教学目标的要求。若将先进计算机仿真技术应用于实习教学环节中，能弥补传统教学的不足之处。
一、仿真技术在实践教学中的必要性
随着计算机技术与网络的发展，仿真技术运用在各个学科领域和工程技术项目当中，为推进科技进步和经济发展起到了重要作用。同时，在高校实践教学中的作用也十分的突出。以计算机和专用设备为工具，人在虚拟的环境中可以获得和现实环境中相同的感受。并根据真实环境中的理论和实际操作情况在虚拟的环境中进行操作、验证、设计、运行等教学方式。在教育教学中应用仿真软件，对提高教学成效，促进教学相长有十分重要的意义。
目前，仿真技术主要应用于电子信息、机械加工、工程管理等相关专业的实践教学，在冶金工程技术专业的应用还不是太广泛。冶金工艺技术类课程是冶金技术专业的必修课程，该类课程主要特点是将原理整合到工艺中，在理解原理的基础上制定合理的冶金工艺制度，解决实际生产问题。传统的教学模式中，原理和工艺不能有效的融合在一起，原理苦涩难懂，工艺不能联系实际生产情况。现代钢铁企业设备多，人员多、规模大，到冶金企业当中开展实践教学会受到很多因素的影响与制约。学生无法接触到大量实际操作，只能走马观花似的对冶金工艺流程及设备有表面的了解。在相关的课程教学中，仅仅依靠图片、动画、视频资料是远远不够的，所以教学效果并不理想。因此，改善教学方法和教学模式，加强仿真技术教学在冶金工程技术专业实践教学中的应用是十分重要的。
二、仿真技术在实践教学中的应用
传统的实践教学多为教师带队赴钢铁企业参观认知实习，传统的实践教学很难保证实习的系统性。授课过程受到现场噪音、现场生产调度、设备和人身安全等因素的影响。在此就造成了不能保证每位学生都有足够的时间详细的了解每个生产环节的生产工艺及操作制度。学生在带队教师或现场人员的讲解下被动接受知识，缺乏自主学习意识。同时，现场时间产生交通、住宿、厂方协商等多项费用，增加学生培养成本。因此在传统实践教学中操作和培训的效率低，教师工作量大，教学成本高。
利用计算机仿真技术，进一步辅助教学，可实现同步教学，通用性强，经济性良好。模拟仿真系统以计算机为平台，配以丰富和真实的界面显示，再现钢铁企业生产现场，搭建虚拟的烧结、炼铁、炼钢、精炼、连铸、轧钢等生产实践平台。学生进入平台进行实践学习，实现人机交互。可以使抽象的内容具体化，形象化，教学生动性得以加强。
在实习实训教学中运用计算机仿真教学是解决上述问题的有效途径。它可以有效的在计算机后台集成各类生产工艺模型，进行数据模拟运算，建立合理的评价管理体系。采用三维技术、动画技术等将现场工艺、设备逼真的呈现在计算机界面，极大的激发了学生学习兴趣。增强了教学的生动性、直观性和趣味性。可以建立完整的体系，教学时可以按照生产工艺先后顺序、设备工作原理进行系统性讲授。可以说，这是冶金专业教学方面的一条捷径，可以投入较少的人力、物力出色的完成教学任务。
三、仿真实践教学平台功能
（一）丰富理论教学环节
仿真实践教学平台以冶金热力学、动力学为基础，将冶金原理与工业生产实际相结合，实现课本理论知识和实际操作的紧密结合。通过展示生动形象的动画视频资料刺激学生的感官，提高学生对生产操作的感性认识。在仿真实践教学平台中，知识的呈现多种多样，有很多模块和游戏，内容丰富；知识点难易程度适当，学生能够轻易的理解很多钢铁方面的知识。在教学过程中完整地再现钢铁生产工艺流程，使学生愉快的完成学习任务。
（二）完善实践教学环节
由于学生毫无生产实践经验，实习单位出于安全及经济效益等诸多因素的考虑，不能让学生进行现场体验操作，实习效果大打折扣，实践能力难以得到提升。针对以上问题，学院引入仿真实践教学平台，打破时间和空间的限制，为学生建立多维的专业实习平台。在仿真实践教学平台中，学生自行设计生产工艺路径和参数，学生能够因变量错误或操作错误导致异常工况，便于学生提高分析问题、解决问题的能力。通过仿真实践教学平台，学生能掌握钢铁企业中各个岗位的操作技能，增加实践能力和创新能力。
总之，冶金仿真实践教学的这一新的教学模式的应用还在起步和研究阶段，利用现有资源，只要积极思考在应用中产生的问题并加以分析解决，加之与理论知识有效结合和互补，一定会达到良好的教学效果。
参考文献：
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关键词:叶片零件;数控加工;计算机仿真;工艺设计;虚拟执行
引言
自上世纪中期MIT开发出第一代数控机床后，数控技术的伴随着信息技术的发展已经带动了国防工业、高端制造业的飞速发展，先进工艺的提升解决了传统工艺无法满足的制造条件。当前，国家提倡建设“智能制造”强国［1，4－5］，先进的数据化制造技术是未来实现工业4.0的基础，计算机仿真技术作为数控技术研究的补充，对数控技术的研究提供完整、准确的数据环境，并且为制造执行过程提供数据分析，为研究人员验证算法提供稳定的环境支撑［2－3］。叶片零件作为高端产品的核心部件，提升其精度、耐用度是产品竞争力的核心体现，主要体现在复杂产品空间自由曲面的加工精度以及后期人工修正的比率，当前国内对于叶片零件的加工主要采用数字机床，叶片零件加工的精度直接关系到最终产品的成败，如XXX驱逐舰的国产化主要取决于国产数控技术的发展，提升了国产内燃机的强度，促进了大型军舰国产化的进度。叶片零件的仿真技术主要通过计算机仿真工具对叶片加工过程进行模拟化，如采用计算机辅助制造技术(CAM)自动完成叶片加工路径规划、控制程序编辑以及校验、加工以及装配等整个流程的模拟仿真，并且通过记录过程数据对整个流程关键点进行实时分析为制造人员提供关键数据支持。本文通过CAM软件设计叶片零件的加工过程的仿真，并通过实际实验进行仿真结果分析［18－22］。
1叶片零件数控加工仿真
1.1有限单元分析法介绍
随着计算机仿真技术在工程设计、分析阶段的应用，叶片零件在其加工前期会利用有限元理论进行受力实验分析，对其后期加工成品后整体应力、加工误差控制、表面质量提升等方面有质的提升。有限单元分析法是指将连续的整体单元通过离散成为有限数量(特定数量)的单元，而各个单元在边界处即可相互连接，而对于结果分析是通过单元受力结果的集合进行综合代替，该过程在工程力学的研究中被称为是有限单元法，最终的实际结果是否准确取(接近实际物理结果)决于有限单元结构的选取以及单元网络划分是否准确，而在实际工程中，为了提升分析结果的准确性，往往通过提高单元数量来提升结果的精度，但是该方法是以增加计算开销作为代价的。研究人员主要在确保满足工程精度要求的前提下，降低目标对象的复杂度，从而缩短分析、计算的时间。本文采用Ansys软件作为有限元分析工具，结合与CAD的三维模型数据的无缝接入，通过数据处理、计算分析以及结果处理三个阶段完成工程过程分析。其流程如图1所示。
1.2计算机辅助制造仿真
本文设计过程中采用UGNX的CAM模块进行辅助制造仿真，主要包含人机交互的工艺参数输入、刀具轨迹分析计算、刀具轨迹编辑、刀具轨迹仿真以及结果后处理程序构成。(1)工艺参数输入:该单元利用人机交互界面，将设计过程中所相关的工艺参数作为输入，包含毛坯、刀具、夹具等工艺参数数据;(2)刀具轨迹分析计算单元:该单元主要完成对工艺方法的制定，包含了业界主流的加工工艺，例如针对削铁工艺，包含单向切、双向切、环切等平面统削模式，并且利用投影法在刀面上通过控制刀具实现曲面加工;(3)刀具轨迹编辑单元:该单元主要针对在计算过程中出现的偏差问题进行临时参数更改解决过程中的问题;(4)刀具轨迹仿真单元:该单元主要完成对目标过程的仿真，根据实际工程处理过程虚拟相关零部件完成正流程的仿真执行;(5)结果后处理程序:该单元主要针对仿真结果进行统计分析，并且调用系统工具将最终的执行程序生成所需的数控代码［14－17］。其编程步骤如图2所示。
1.3物理模型算法介绍
作为在数控加工过程中模拟叶片零件切割的过程，热效应对叶片的生产过程有相对较高的影响，本文充分考虑了热效应在叶片加工过程中的影响因素，如公式1所示为热传导效应表示:(1)其中:T为温度;t为时间;ρ为密度;c为比热;L为潜热;λ为导热系数;(x、y、z)为坐标;fs为固相的质量分数。通常难以计算定向凝固中的热辐射，因为存储每个表面因素对其他视觉因子所需的大量学习，本文中，采用蒙特卡罗方法得到的数值方法来处理定向凝固中的辐射，需要更少的记忆和更高的精度。然后，被切割的叶片单元表面i所包围可划分为具有相同数量n的常规离散空间单元，其温度计算为包括的表面单元的平均值，之后可以计算名为i－j的特定空间单元与表面单元i之间的热辐射如公式2所示。(2)其中:Ti为表面单元i的温度;Ti－j为叶片表面单元i－j的温度;Fi和Fi－j分别为两个叶片单元表面的面积，s为Stefan－Boltzman常数。1.4叶片零件的数控加工仿真模型基于仿真系统工具的模型设计主要通过二次开发工具对叶片曲面特征函数进行编写，通过计算求得曲面各个型质点出的曲率半径，其程序设计如图3所示。工过程中对发生干涉现象的参数进行微调即可，提升切削效率、在UGNX的CAM模块中参数设置如图4所示，主要对主轴转速、快速进给率、切削进给率等进行了设置。通过调用以上算法程序对初始化参数进行执行，得出一组实验数据，经过校验处理，最终通过后处理程序进行处理形成数据代码，如图5所示。
2结论
本文主要从数控机床在叶片类零件设计过程中用到的仿真技术进行介绍，从有限元单元分析法、CAM技术以及模型构建等数控加工仿真等相关进行介绍，主要对叶片编程与加工过程仿真，叶片切削过程中的切削受力变形进行了较详细的研究。
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近年来，全国各所高校大规模扩招，每所学校的入学人数每年都在增加，而学校教学设施的更新却跟不上这种速度。以我校为例，10年前我校每年的招生人数为300人左右，而如今每年的入校新生超过2000人。很多院校的实验教学出现“捉襟见肘”的现象，特别是医学院校的物理实验教学，多位学生共用一台实验仪器，甚至有的学生根本不参与实验。
2、仿真技术在医用物理实验教学中的应用及优势
2.1仿真技术改变以教师为中心的“填鸭式”教学模式
随着计算机和网络的普及，将计算机仿真实验软件放入校园网络或计算机实验室中，能使实验教学走出课堂，在时间和空间上得到延伸。由于仿真软件的可视性和可操作性，学生可以提前结合实验教科书进行预习、学习和探究，大大激发了学生探索和创新的兴趣。到上实验课时，学生不再被迫接受“填鸭式”灌输，而是主动提出问题和想法，并在实验过程中予以解决和验证。
2.2仿真技术增加了合理的实验内容
2005年，我校购买了中国科技大学的大学物理仿真实验软件，此软件包含了大量的基础物理实验，其中核磁共振、原子光谱分析、核衰变的统计等实验，解决了由于资金不足无法开设和现代医学相关的近代物理实验的问题，开阔了学生的视野，使学生进一步认识到物理学的重要性，提高了学生学习物理学的热情。除此之外，该套软件里的分光计实验、偏振光的研究等降低了光学实验调节步骤的复杂性，节约了购买昂贵光学仪器的费用。
2.3仿真技术缓解了实验场地不足的情况
由于学校扩招，学生人数大量增加，导致实验场地不足。引入仿真软件，再结合学校机房的计算机就可缓解实验场地不足的情况。由于学校机房的计算机数量较多，学生可以每人一台，这样就解决了多人共用一台实验仪器的问题，使每位学生都参与到实验的过程中。
3、仿真实验和实物实验的关系
关键词:仿真实验室;化学检验工培养
中图分类号:G710文献标识码:A文章编号:1003-2851(2010)08-0101-02
随着计算机软件和硬件技术的发展,计算机模拟仿真实验室辅助教学的应用日益广泛。然而计算机模拟仿真化学化工实验室建设受到办学理念、教学场地、投人资金,以及人员水平等条件的制约,发展水平差别很大。
一、计算机仿真实验技术的概述
计算机仿真实验是利用计算机创建的一个可视化实验操作环境,其中的每一个可视化仿真物体代表一种实验仪器或设备,通过操作这些虚拟的实验仪器或设备,即可以进行各种实验,达到与真实实验相一致的教学要求和目的。计算机仿真实验是虚拟仿真技术、计算机技术和专业理论知识多方面结合的结晶。各种仿真实验室一般具有两个基本特点。
(一)仿真性
实验环境和实验仪器具有高度真实感,学生在计算机上进行操作就如同置身于真实的实验环境,面对真实的实验仪器进行操作。
(二) 交互性
仿真实验使实验成为学生与计算机的双向交流,学生利用鼠标或键盘自由地对仪器进行操作,自由地选择实验内容和实验进程,极大地调动了学生的学习积极性。
二、技校专业技能培养的现状
由于培养目标和知识结构的要求,技校教育课程设置具有应用性、实践性和综合性等特点。技校教育强调对学生进行专业核心技能的培养,对教学内容的设置、教学手段和教学设施的要求较高。但是,当前技校化工化学实习教育还不能满足技能培养的要求,其中主要影响教学质量的因素如下:
(一)教师的知识体系结构不合理
目前多数技工学校的专业实习指导教师是从学校毕业后又直接走进学校,缺乏实际工作经验,因此相当比例的专业教师需要知识更新。
(二)教学内容陈旧
改革开放三十年,使我国工业现代化进程加快。以电力、化工及石油化工为例,工业自动化水平已进入计算机为核心的集散型( D C S ) 控制时代。现代工业的特征是,高科技含量大、系统复杂程度高、涉及知识面广。相比之下当前化学化工实习教育的内容显得有些陈旧。
(三) 教学设备不足
化学化工实验所须的设备投入很大,而且跟踪技术发展逐年更新,而当下多数技校受资金的限制的投入不足,实验室仪器设备台数不足,一直是困扰实验教学的瓶颈。如仪器分析实验室的气相色谱、液相色谱、原子吸收、红外光谱仪等仪器。
综上所述,专业技能培养的过程有大量的实践教学环节,需要大量的教学设备及教学指导人员。其中许多化学化工实验由于装置复杂、药品稀贵、操作技术要求高、危险性大、反应速率过慢等原因而无法进行,在一定程度上影响了实习教学过程的完整性。模拟化学化工实验室将为开发此类实习教学提供了一个有效途径。此外,建立计算机模拟化学化工实验室,有利于化学化工实验的绿色化改革;有利于培养学生综合实验能力;有利于提高化学化工实验室建设的投资效益。
三、 仿真化学化工实验室的建设
(一)硬件配置
对计算机要求:一般配置的电脑就能满足要求
(二) 软件配置
仿真实验室的软件平台由系统软件、应用软件和专用的仿真软件构成。
系统软件:主要为服务器和工作站的两大系统软件。服务器采用Windows 2003 Server或以上操作系统,工作站操作系统为Windows XP或更高版本。
应用软件:主要有FLAS播放软件,常用视屏播放软件以及OFFICE办公软件等。
专用的仿真软件分为以下两大类:
1、专业素材库类:以flash和3D为主制作的电子挂图,将各类化工设备和化学仪器的内部结构、工作原理、工作流程等均以立体或平面的动画形式呈现出来, 利用仿真室的网络多媒体系统在各终端机上进行演示和讲解。
2、实验类仿真系统:主要包括化工类仿真系统和化学类仿真系统。北京东方仿真软件技术有限公司开发的化学化工类仿真软件已广泛应用于学校和企业。
(三)建设过程及费用
仿真实验室从筹划到初步建成历时数月, 由于软、硬件市场提供了丰富的产品, 只要统一谋划, 精打细算, 充分了解市场行情, 引进招标机制, 按高性价比购买, 30万元人民币基本上可以完成上述工作。
四、仿真化学化工实验室的应用
(一)形象化教学
仿真实验的运用,改变了传统的实验教学模式,模拟化学化工实验室可以拓展传统实验教学的领域,将信息技术融入化学化工实验教学,对传统的教育思想和教学方法无疑是一场革命。将抽象的知识转变为动态的具体的形象,以使技校教育向现代化、信息化发展。
计算机强大的信息处理能力,使教学中枯燥的理论和设备得到形象化的表达,精确地反映对象的内在本质。仿真技术不但可以模拟对象的视、听等外部形态,而且可形象地描述其内在的本质。大型仪器的仿真软件,将常用的原子吸收、气相色谱、液相色谱、红外光谱仪的工作原理、操作过程等立体地呈现在学生面前,可调动学生的学习兴趣;对这些仪器的结构和工作原理有了深入的了解,能解决传统教学中平面图形难以解决的问题 ,同时也可增加师生互动,节省课时,提高教学效果和设备利用率。
(二)节省了实验经费,保证了实验的项目和数量
传统的实验教学方法,通常是在学生自己动手操作前,教师花费较多的时间板书或利用挂图对实验原理及步骤进行讲解,然后再进行实验操作的简单示范,教学手段单调,学习枯燥 ,效率不高,实验操作过程的演示不够全面及细致,有的学生甚至看不到教师的演示操作,对理解整个实验过程及掌握规范的分析操作技术有很大的影响,学生的学习效果不够理想。
模拟实验作为一种现代化的教学手段,具有形象直观、生动便捷、经济省时等多种优点。如典型化工设备的模拟软件,通过设计友好的对话窗口,可使学生根据自己的需要和水平,选择不同的学习内容或不同的学习层次,从而使学生能真正自主地控制学习进程,并给不同水平的学生以不同的帮助。自动跟踪模拟实验的进 展,对操作信息进行分析和校正,如操作过程的提示、错误操作的危险警告等。学生用模拟实验室进行操作,不仅可巩固所学知识,而且可增加学习的趣味性和灵活性,调动了学生学习的积极性。
(三) 实验技能评测
实验技能的掌握对学生来说有着重要的意义,然而,当前实验技能测评的主要手段仅限于纸笔测验、实验报告、表现性评定和检核表等几种,远不能满足教学的需要,但是仿真实验室能够实现基于计算机仿真的实验技能测评。仿真实验室构建了一个可以协同工作的虚拟实验平台,根据集体测评的要求,学生在该虚拟实验室中完成各种规定的试验内容,该内容可以是封闭的,如提供实验指导下的实验操作,也可以是开放的,如没有任何约束的物质鉴别等,在学生完成实验的过程中,计算机将记录整个实验过程,其中包括实验操作的过程,协同工作的过程,实验操作的结果等,在测评的最后,计算机根据已有的评分规则和主体的操作过程及结果,给出一个正确的评价。
(四)仿真实验与传统实验教学相结合能大大提高实验教学质量
仿真实验是计算机技术飞速发展的必然产物, 是一种现代化的教学手段, 它能弥补传统实验教学的不足, 具有许多优点, 但是我们也不能将实验教学完全建立在仿真实验的基础上, 因为仿真实验毕竟也有自己的缺陷, 比如完全用仿真实验来进行实验教学会淡化学生对真实仪器的感受, 减弱学生的基本操作技能。学生长期缺乏必要的实际操作体验无疑会影响他们的实验技能。最理想的情况是仿真实验与传统实验相结合。可以先用仿真实验进行预习, 熟悉实验仪器、实验原理、内容和实验操作, 等对实验有一定感性认识后再进行实际操作, 课后学生也可用仿真实验系统对该实验进行复习, 这样不仅可以加深学生对该实验的理解, 提高实验质量, 也能提高实验效率。仿真实验与实际实验操作相结合是今后实验教学发展的必然趋势。
(五) 促进网络教学
模拟化学化工实验室与互联网对接,可以成为网络化学化工实验室。学生可以不受时间和地点的限制,完成模拟化学化工实验,上传实验报告,与教师交流等。还可以实现跨单位、跨地区乃至全国范围的教学协作。建设高水平的大型计算机模拟化学化工实验室,可以使优势的教学资源得到共享。
五、 结论
计算机仿真模拟实验是计算机技术飞速发展的必然产物,是一种现代化的教学手段,可以弥补传统教学手段的不足,具有传统教学手段无法比拟的优点。将计算机仿真模拟实验与传统实验操作相结合,能够加深对实验过程的理解,提高实习教学的质量和效率。
参考文献
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关键词： 仿真技术 中学物理实验 探究式
物理是一门以实验为基础的自然科学，物理实验是中学物理教学的重要环节。新课程标准特别提出在中学物理教学中应注重学科探究式教学，对教学手段和教学方法提出了新的要求和挑战。仿真技术作为现代化教学手段之一，其在中学物理实验探究式教学中的应用受到越来越多教师和研究者的关注，并进行了许多研究［1］―［3］。我根据新课程标准选修实验之一：“通过实验认识光的干涉、衍射、偏振现象已经在生活中的应用”，以光的单缝衍射为例，通过计算机仿真，开展探究式教学，取得了很好的教学效果。
1.光的单缝衍射原理和仿真［4］
图1 单缝衍射的光路图
如图1，单色光入射到狭缝上，发生衍射，在P点产生叠加，形成衍射图样。P点的光强为：I=I()，其中α=，a为缝宽度。
利用MATLAB语言对其进行仿真：
f=700;a=0.04； %设置缝宽 r=700e-6；%设置波长
x=linspace(-20，20，300);
seta=atan(x/f);aphr=2*pi*a*sin(seta)/r;Ir=(sinc(aphr)).^2;%计算光强
for i=1:50
Iw(i，:，1)=Ir;
end
I=Iw*255;imshow(I); %显示衍射条纹
得到仿真结果如图2，衍射条纹中央是亮条纹，两边是对称的、亮暗相间的条纹。
2.探究式教学过程
开始时我列举生活中的衍射现象，学生还是饶有兴趣的，但在讲解衍射的过程和原理时，很多学生都表现出迷惑和无趣。当我给出仿真效果时，学生马上来了兴趣。启发：如果我们改变狭缝的宽度，结果会是怎么样的呢？请总结衍射现象随缝宽变化的规律（仿真结果如图3）。
总结：比较图2和图3可知，随着缝宽的增大，衍射条纹变密变细；同理，随着缝宽的减小，衍射条纹变宽变粗。
学生探究：如果狭缝一直增大，结果又会怎么样呢？一直减小结果又会怎么样呢？产生明显的衍射现象对狭缝宽度有什么要求？
学生探究：如果怎就狭缝数又会有什么结果呢？
教师启发：如果我们改变入射光波长，结果会是怎么样的呢？请总结衍射现象随光源变化的规律（仿真结果如图4）。
总结：比较图2和图4可知，随着波长的减小，衍射条纹变密变细；同理，随着波长的增大，衍射条纹变宽变粗.
学生探究：如果使用白光作光源，结果会怎么样呢？（仿真结果如图5）
总结：白光是复合光，当用白作为光源时，中央是白色的两条纹，两边是彩色的条纹。
课堂上，学生不断提出新的问题，对实验产生了极大的兴趣，我要求他们按照刚才提出的问题，逐一通过实验去验证，并与老师仿真的结果进行比较，总结规律，完成实验报告。
3.结语
我把计算机仿真技术应用到实验教学中，把抽象的理论生动地表现出来，使学生更好地理解，并提高了兴趣，激发了学习热情和好奇心，培养了探究能力和探究精神。之后学生通过自己动手实验，得出实验结果，提高了动手能力和实践能力。特别要强调的是，仿真只能作为探究式教学的辅助手段，用于帮助学生理解抽象理论，激发学生兴趣，指导实验，启发学生，但要取得好的实验效果，一定要学生自己动手。仿真不能取代实验。
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