仿真实验教学范文

仿真实验教学范文第1篇

关键词：传热学 仿真实验 探讨

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2013）08（b）-0040-02

1 实验教学存在的问题

实验教学是工科类专业素质教育的重要组成部分，是巩固课堂所学知识、培养学生的科学研究方法、实验基本技能以及创新能力的重要途径。加强实验教学改革有助于提升整体教学水平。实验室硬件水平是开展教学实验的基本保障，但由于人力、物力、财力的限制，实验室硬件通常不能满足实际教学需求。比如，实验室缺乏必要的专业实验设备导致教学计划中的一些教学实验无法顺利开展，或者部分教学设备陈旧老化、数量严重不足，无法为每个学生提供全程动手操作的机会，另外某些专业实验设备价格昂贵甚至实验过程存在一定的危险性也导致许多学校在开设实验项目时常常有所保留。有些实验受到场地和课时限制，在规定的时间内无法完成实验或实验效果不理想，这些都直接影响了实验课的教学效果。上述问题除了通过合理的实验室建设和设备购置来解决外，还可借助现代计算机仿真技术开展仿真实验教学来解决。

2 仿真实验

仿真实验是指在交互状态下，借助编程软件、多媒体、仿真等技术在计算机上营造可辅助、部分替代传统实验各操作环节的相关软硬件操作环境，学生可以像在真实环境一样完成各种实验项目，所得的结果甚至优于实际实验结果。仿真实验具有很多的优点它营造了多样化的教学环境，能大大提高学生的学习兴趣；将仿真实验与网络链接后，学生可以利用校园网进行实验课程的学习，打破了传统实验教学时间和空间的限制；可以节省实验经费，实现多种实验目的。

一些高等院校和企业开发了适用于不同专业、实现不同功能的实验仿真软件，促进了仿真实验在工科实验教学中的应用。如能实现离心泵测定、精馏、吸收等功能的化工原理仿真实验、验证电工基本定理的电工电子仿真实验、大学物理仿真实验、建筑工程仿真实训系统等。在热能与动力工程专业中有西安交通大学[1]开发的制冷过程多媒体演示与模拟教学实验，浙江大学[2]开发的基于web的小型冷库教学系统，东南大学[3]开发的制冷空调综合创新模拟实验平台，长沙理工大学[4]开发的能够实现二维稳态导热、竖壁附近自然对流换热和辐射角计算3个虚拟实验的传热学虚拟实验等。这些仿真实验借助计算机仿真技术，通过声音、动画、彩色图像等丰富的表现力为学生提供了内容丰富、形象直观的学习环境，充分调动了学生的学习积极性，取得了较好的教学效果。

3 传热学仿真实验

传热学实验教学是热能与动力工程专业的专业基础课实验教学，与传热学理论课程互为补充，是课堂理论教学的继续和深化，对于培养学生的解决工程实际问题能力和研究开发能力具有重要的作用。在传热学教学中引入仿真实验，是为了更好地完成大纲中规定而实际无条件实现的实验项目和内容。以我校热能与动力工程专业为例，目前本专业传热学实验内容主要包括隔热材料导热系数测量（10台）、外掠管束对流传热系数测量（2台）、换热器性能测试（3台）等。实验内容相对较少且实验台数量太少远远不能满足实际需要，导致实验过程中无法保证每个同学的实际动手操作。另外，因实验设备使用过于频繁导致其老化加快，实验中就曾出现因设备部件故障而无法继续实验的情况，如换热器性能实验中因热电偶出错影响了实验的顺利进行。因此，在不能保证足够实验设备数量前提下，借助计算机仿真实验来辅助传热学实验教学不仅能扩展本专业实验教学内容，还能帮助学生深入了解实验原理，保证实验的顺利进行。

3.1 传热学仿真实验介绍

根据传热学实验教学内容和目标，我们对现有的硬件实验设备进行了综合分析，确定了这些设备能够开展的实验内容，把无法开展的实验内容用计算机仿真实验来代替。为此，我们开发了一套传热学实验仿真软件，下面就此软件进行介绍。

传热学实验仿真软件采用的开发工具为Visual Basic 6.0软件，该软件可以很方便地实现用户界面、菜单、操作按钮和工具条的制作，能够完成实验过程需要的原理演示、实验装置构成显示、阀门开关与开度调节、数据读取、数据处理、实验帮助等功能，开发的软件用户容易上手，使用起来很方便。图1为其中的水平圆管壁面自然对流传热关联式仿真实验主界面。界面主要由标题栏、状态条、实验设备、操作按钮组成。点击操作按钮可以实现加热器的电压调节，可以查看并学习实验指导书的相关内容，还可以查看实验过程中的换热量和温度参数的动态变化情况以及确定读取实验数据。

传热学实验仿真软件的功能是能实现圆球法测导热系数实验、二维导热温度场的数值计算、非稳态导热温度场的数值计算、水平圆管壁面自然对流传热关联式实验、中温辐射物体黑度测试和换热器性能测试实验等6项实验内容。与实验室现有的硬件实验教学设备形成互补后，基本上涵盖了包括导热、对流、辐射和换热器在内的所有传热学实验内容。

传热学实验仿真软件采用模块化建模，开发过程中，将每部分实验内容作为一个单独模块。每个模块中除了包括实验台系统动画图形外，还包括实验目的、实验原理、实验步骤、数据处理方法和思考题等内容。开发过程中采用了动态模拟技术，实验过程中的实验参数可以实现动态即时显示，使模拟实验更贴近于实际情形，学生可根据参数的动态变化随时了解实验进行情况并判断数据读取的时机。由于该仿真软件详细地介绍了每个实验的原理、内容、操作步骤、数据处理等内容，所以它也可作为传热学实验的系统学习工具使用。

3.2 仿真实验教学效果

通过使用该传热学实验仿真软件，取得了较好的实验教学效果。首先，该传热学实验仿真软件能够实现因缺少相关实验室硬件而无法进行的实验项目，完成了传热学实验教学大纲规定的教学内容。学生使用后，加深了对数值计算、对流传热、辐射、换热器性能等实验涉及的理论和实验测试内容的理解，丰富了学生的传热学实验实践，实现了学生对传热学知识的全面学习和理解。

其次，由于实验形式新颖，加上界面设计友好，学生学习兴趣较高，实验后普遍反映对所进行的实验尤其是原理和数据处理等相关内容有了更全面和深刻的了解。另外，由于该仿真软件具有完善的用户帮助功能，且可以直接在Blackboard教学平台上进行操作，学生实验时不受实验时间和空间限制，也可多次进行，使用起来相当方便，效果较好。

为了取得更好的教学效果，未来将在该传热学实验仿真软件中进一步增加测试与评分模块，实现用户仿真实验效果的即时测试与打分。还将在该实验仿真软件中增加更多的动态模拟内容，使其更喜迎并方便用户使用。

4 结论

针对现有实验教学中存在的问题，本文探讨了计算机仿真在实验教学中的应用，分析了仿真实验的优点。对我们开发的一套传热学实验仿真仿真软件进行了介绍，并概括描述了仿真实验的教学效果。

参考文献

[1] 晏刚，吴业正，厉彦忠，等.发挥实验室优势，完善实践教学改革[C].2004年制冷会议论文集，2004：135-137.

[2] 张华，刘楚芸，王勤.基于web的小型冷库教学系统的设计与开发[C].2004年制冷会议论文集，2004：142-144.

[3] 张小松，蔡亮，李舒宏，等.建立多功能开放实验台，培养学生创新科研能力[C].2004年制冷会议论文集，2004：148-153.

[4] 姜昌伟，傅俊萍，赵李铁.基于Matlab的传热学虚拟实验开发[J].中国电力教育，2008：316-317.

①基金项目：烟台大学教学改革与研究项目（编号：C080）；

仿真实验教学范文第2篇

关键词 虚拟仿真；实验教学平台；教学资源

中图分类号：G642.423 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2015）22-0149-02

Some Thinkings on Virtual Simulation Experiment Teaching//YUE Fengli， CAI Ling， ZHANG Xin， CHEN Ke

Abstract Based on the virtual experimental platform， some relevant experiments are designed according to the syllabus and the experimental teaching resources are shared. The virtual simulation experiment platform is constructed， which has profound significance in breaking the limits of time and space， realizing the real-time interaction and collaboration between the teachers’ teaching and students’ studying， sharing of educational resources.

Key words virtual simulation； experiment platform； experimental teaching resources

1 前言

虚拟仿真实验教学依托现代计算机等手段，通过动画与计算机模拟构建高度仿真的虚拟实验模型，使学生在网络终端开展实验，达到教学大纲所要求的教学效果。虚拟仿真实验教学应根据专业教学大纲进行设计，发挥专业教师的主观能动性，进行虚拟实验的设计与编制。虚拟仿真实验教学平台的建设是一个多学科合作的项目，涉及专业教学、计算机设计、工程仿真等方面，需要学校进行统一规划，必要时可以和专业软件公司合作，共同完成虚拟仿真实验教学平台建设。

虚拟仿真实验教学中心应实现真实实验不具备或难以完成的教学功能。在涉及高危或复杂、难以重复的实验项目等情况时，提供安全、可靠和经济的实验项目。虚拟仿真实验教学中心建设应充分体现专业实验教学特色，将教师的科研成果融入实验教学之中，注重对学生专业技能和专业创新技能的培养。虚拟仿真实验教学应发挥学校学科专业优势，整合学校实验教学仪器与设备，根据实验教学大纲进行虚拟仿真实验教学的统筹规划。

2 虚拟仿真实验教学中心功能

1）利用信息化的重要技术，如有限元模拟、实验动画、企业生产现场录像、人机交互、数据库和网络技术等，实现虚拟实验教学，通过虚拟实验模拟仿真，增强学生专业知识掌握和基本能力训练；

2）构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，学生通过网络终端设计实验方案，输入实验参数，获得实验结果与实验数据，验证实验方案的合理性；

3）虚拟仿真实验为车辆工程教学设计和实现服务，按照教学大纲的要求，合理安排实验资源，实现实验教学资源开放共享。

3 虚拟仿真实验教学中心效果

虚拟仿真实验平台按照教学大纲设计相关实验，包括实验大纲、实验目标、实验内容、实验指导、实验过程动态演示、实现操作视频、实验作业等，制作不同工艺参数的影响规律仿真动画，实现人机对话与实验资源共享。学生可以通过客户端直观地看到各种实验现象与实验过程的规律，深入理解相关专业知识，有更多机会参加高水平的实验，享用优质实验教学资源，实践能力和创新精神得到提升。同时使教师教学理念得到更新，教学能力得到提升，促进教学管理体系和能力现代化。

4 虚拟仿真实验教学中心平台

虚拟实验教学平台系统功能框架如图1所示。学生登录系统后，进入虚拟实验平台主界面，根据专业方向，选择希望学习的实验项目。用户通过虚拟实验教学平台可以查看对应项目的实验教学大纲、实验讲义（包括实验目标、实验原理、实验内容、实验作业）、实验操作规程与操作视频，进行虚拟实验。在虚拟实验界面下，用户自行确定实验参数，系统通过后台分析，确定与该实验参数对应的实验结果仿真动画，并提供实验现场照片对比分析。用户还可以进一步下载仿真结果后处理文件，利用有限元工具，进行后处理分析，获得各种实验数据，完成实验报告。

此外，系统还提供了BBS论坛功能，学生可以把实验过程遇到的问题提出来，与教师一起讨论，充分调动学生的学习主动性与积极性。系统管理功能可以实现实验项目查询、实验人员管理、实验设备管理、系统帮助与系统推出等功能。考虑到学生缺少企业生产现场的工作经验，系统还提供了生产现场仿真功能，学生可以以通过该功能了解企业生产一线设备与工艺情况，加深对本专业知识的理解深度与广度。

通过虚拟实验教学平台系统还可以实现：

1）帮助学生进一步认识和了解相关专业知识，掌握实验技能；

2）学生可以通过网络完成并提交实验作业与报告，及时和专业指导教师进行沟通；

3）学生可以根据自身实际情况合理安排实验时间，避免因故错过实验课程的训练环节；

4）实验教师可以及时掌握学生完成实验的情况，同时也可以为学生在真实环境下的实验进行预约安排。

5 结语

虚拟仿真实验教学是各教学单位实验课程建设的一个重要环节，也是未来实验教学的一个发展趋势。虚拟仿真实验教学平台的实现，有助于教师合理科学地安排专业实验课程，最大效率地发挥学校的实验教学能力，同时也有助于学生掌握本专业实验技能，灵活安排实验时间。■

参考文献

[1]岳峰丽，刘劲松.车辆工程课程在计算机中的应用基础网络教学平台建设[J].教育教学论坛，2013（20）：216-217.

仿真实验教学范文第3篇

(一)会计仿真实验教学理论基础建构主义的学习就是在一定的情境下。借助其他人的帮助，通过人际间的协作交流活动而实现意义建构的过程。建构主义学习环境包含情境、协作、交流和意义建构四大要素。情境、协作、交流强调学习的条件和过程，而意义建构则是整个学习过程的最终目标。可以将建构主义学习理论指导下的教学模式概括为：以学生为中心，在整个教学过程中由教师起组织者、指导者、帮助者和促进者的作用，利用情境、协作、交流等学习环境要素充分发挥学生的主动性、积极性和创造性，最终达到使学生有效地实现对当前所学知识的意义建构的目的。

(二)会计仿真实验教学目标发展性教学观认为，教学的目的应该是促进学生的发展。这种发展不仅仅是知识和技能的获得，而是知识与技能、过程与方法、情感与态度价值观三位一体的发展。促进学生三位一体的发展是会计仿真实验教学的总目标。从“知识与技能”目标看，会计仿真实验应该能够深化学生对理论知识的理解，培养学生会计核算、财务预测决策能力。从“过程与方法”目标看，会计仿真实验应该使学生对企业经营有身临其境的感觉，亲身经历企业经营的完整流程，掌握企业经营预测决策的方法，感悟企业经营的真谛。从“情感、态度与价值观”目标看，会计仿真实验不再将会计实验教学局限于操作和认知领域。而强调一种更为广泛的人文涵养，如训练学生团队精神和沟通协调能力，引发学生思考企业价值及企业的社会责任等问题，使学生初步面对上下级关系、同事关系、诚信和职业道德等为人处世问题等。

二、会计仿真实验教学模式构建

(一)会计仿真实验教学环境会计仿真实验在ERP沙盘实验室进行。借助于ERP沙盘模拟企业经营系统为会计实验教学搭建仿真企业环境，将一家生产型企业交给学生模拟经营，使学生在仿真企业生产经营活动环境下，从财务角度透视企业整体运营过程，对产品研发、筹措资金，投资回收、现金流管理等分析，从仿真企业经营活动中自主获取会计数据，进行账务处理，编制财务报表。

(：)会计仿真实验教学组织会计仿真实验课程将学生分成6个模拟经营团队，每个团队约8人，各代表一个模拟公司，他们互相是同行业的竞争对手。团队成员分别担任模拟公司的企业总监(CEO)、财务总监(CFO)、生产总监(COO)、采购总监(CSO)、营销总监(CMO)、信息总监(CIO)等角色。教师给定企业目前的发展状况，给定未来的市场环境等信息，给定模拟经营规则。各个模拟经营团队必须做出诸如新产品的开发、生产设施的改造、新市场中销售潜能的开发、财务管理等重要决策，必须在两天时间内模拟企业6年的经营周期，力争在产供销各个环节实现信息流、物流和资金流的紧密结合与有效管理。达到预期的企业经营目标，取得模拟经营的优胜地位。

(三)会计仿真实验教学模式的操作程序会计仿真实验教学按照如下程序进行：(1)模拟企业经营的初始年度。各个模拟经营团队熟悉模拟经营环境，制定企业发展规划，进行市场预测、产品开发决策，销售预测、生产预测、固定资产投资预测、资金预测、现金流量预测等工作。(2)年度经营。初始年度做好各项预测与决策工作后，各个企业开始进行第一年至第六年的经营。每个年度分四个季度来做。在开展模拟经营活动时，要填制备种原始单据，并及时传递到财务部门进行编制记账凭证、登记账簿、分摊费用、成本计算等工作，期末编制财务报表。(3)年末。在每一经营年度的年末，学生总结当年经营的成功或失败的经验，对当年的财务报表进行分析。对下年度的生产能力、存货采购、现金流量、资金筹集等方面编制预算。训练学生运用盈亏平衡图、毛利率、销售回报率、资产周转率等分析问题，学会用这些财务工具使投资和决策更加理性化。(4)6年经营完毕，评价各个团队的经营业绩。

(四)师生角色定位会计仿真实验教学模式以学生为主体，学生处于中心地位，模拟经营团队有绝对的自主经营权，企业发展规划的制定、经营活动的开展、财务核算等工作由学生自主完成。

在会计仿真实验教学模式中，教师起主导作用，扮演多种角色。(1)教师扮演组织者角色。教师要制定教学目标。设计教学方法和教学环境，合理组织安排教学程序。如完成实验需要多少课时，总体实验分为几个步骤，课时怎样分配，在每个步骤中学生先做什么后做什么，这些都需要教师的精心组织和安排。教学程序的组织和安排直接关系到学生的学习效果，关系到仿真实验教学任务能否顺利完成，关系到教学质量的优劣。(2)教师扮演监督员角色。督促学生遵守模拟经营规则，促进模拟经营团队之间的公平竞争。(3)教师扮演政府、供应商和客户等角色。教师代表政府向模拟企业最新的法规政策并征收税金，代表供应商向模拟企业供应原材料，代表采购商向模拟企业产品订单。(4)教师扮演分析评论员角色。每个经营期末，教师要对各个模拟经营团队的经营活动进行分析评价，对下年度的工作提出指导性意见。(5)教师扮演业务顾问角色。学生在模拟经营中出现问题时，教师要适时点拨引导学生。如学生不知道如何完成具体实验任务时，教师要提醒学生用什么知识或方法可以解决问题；决策失败时。教师提醒学生应使用的科学决策方法；因经营失利而灰心丧气时，教师要鼓励学生，点拨引导学生分析模拟经营中存在的问题，帮助其走出困境。仿真实验教学随时需要这种有针对性的点拨引导，这不仅能帮助学生顺利完成实验任务，而且可以起到画龙点睛的作用，使学生对问题和知识有幡然醒悟的感觉，对学生综合能力的提升有极大促进作用。

三、会计仿真实验教学模式特点

(一)实验目的从核算监督为主向预测决策为主转变传统的会计实验教学主要是“核算型”实验教学，培养学生的记账、算账、报账的能力。随着企业信息化的发展，会计信息系统职能由以核算，监督为主向以预测、决策为主转变，相应地要求会计人员具备预测、规划、分析和决策等能力，因而对会计教学提出了新的要求。本文所构建的会计仿真实验教学模式主要是训练学生的预测与决策能力、分析解决问题和创造性思维能力、自主获取会计数据进行账务处理的能力以及会计职业判断能力。

(二)实验形式新颖会计仿真实验以沙盘模拟经营、模拟经营团队之间对抗的形式进行，使学生感受到现场的实战气氛，能够激起学生参与的热情，调动学生学习的积极性和创造性。以组建模拟经营团队的形式开展实验，能够培养学生团队精神，增强学生沟通技能。会计仿真实验要求学生遵守各种“模拟经营规则”，能够培养学生的诚信意识。

(三)实验内容有利于培养学生的综合协调能力会计仿真实验训练学生从企业整体战略的角度制定企业发展规划，从产品的研发、设备的投资与改造、生产能力规划、物料需求计划、资金需求计划及成本、市场营销、财务指标分析、信息系统建设及组织分工、人力资源的管理等企业管理的各个层面进行综合考虑平衡规划。

学生要预算现金流，要分析固定资产的投资可行性，要对比分析不同融资方式的融资成本等。会计仿真实验调动学生综合运用其大学期间所学专业知识对问题进行综合分析与判断，因此，会计仿真实验课程涉及的实验内容面广，有利于培养学生的综合协调能力。

(四)实验过程能充分体现企业所有部门的配合以及信息对企业的重要性传统的会计实验只是进行日常账务处理，学生难以体会公司财务部门与其他部门之间的协调合作，很难理解会计信息在整个公司管理中的地位和作用。会计仿真实验给学生提供了仿真企业环境，学生经历了相互的争论与合作，从“拍脑袋”决策到科学决策中懂得了信息的重要性，从成功与失败的经验教训中深切体会到企业的良好运作需要所有部门的全力合作。

四、会计仿真实验教学模式及教学策略

(一)学生的中心地位和教师的主导作用两者并重以建构主义学习理论为指导的会计仿真实验教学模式强调学生是认知过程的主体。克服了传统教学中“重教轻学”、学生被动接受知识的缺陷。但在强调“以学生为中心”的同时，还要重视发挥教师的主导作用。因为学生自主的意义建构是以已有的知识经验为基础的，而学生的个人经验毕竟有限，没有教师很好的指导，学生所学知识很大程度上是不完善的，就会使学生的学习盲目而低效。为此，在会计仿真实验教学中，既要突现学生在学习过程中的主体地位，强调学习者的自主能动性，又要充分发挥教师的主导作用。使教师成为教学过程的组织者、指导者，学生自主意义建构的帮助者、促进者。只有两者并重，才能保证会计仿真实验教学目标的实现。

(二)引导学生系统运用知识解决问题会计仿真实验课的目的之一是对学生过去所学理论知识的检验。学生通过各门会计课程的学习，已经掌握了丰富的理论知识。但这些知识在学生头脑中是零散的知识，学生不知道这些知识之间的关系，应怎样运用等。因此，教师要引导学生将财务管理、管理会计、财务会计、企业管理等知识从头脑中调出来，综合运用这些知识解决模拟经营中出现的现实问题，以此深化学生对理论知识的理解与掌握。

(三)重视学生能力的培养会计仿真实验教学的另一个目的是初步培养学生各方面能力。首先，要培养学生的实践能力和敢于冒险精神。沙盘课程对学生而言是一门全新的课程，很多学生在课程之初持观望态度，不敢动手去做。教师要鼓励学生敢于冒险，敢于运用其智慧进行大胆实践。其次，要培养学生沟通与协作能力。教师要鼓励学生发挥模拟经营团队成员之间的合作精神，鼓励每个学生尽自己最大努力与团队其他成员进行沟通、协调。最后，要鼓励学生敢于创新。在实验课上，很多学生的模拟经营行为很保守。教师要鼓励学生：一要运用科学方法决策，切忌盲目“拍脑袋”决策；二要敢想，大胆制定企业发展战略，不仿效不盲从其他企业，敢于“独辟蹊径”；三要敢做，认准了目标就要敢于行动，不畏首畏尾；四遇到问题不慌乱，能够顶住压力妥善解决问题。

(四)进行开放性、多元性的评价会计仿真实验教学目标的实现程度。关键在于学生的参与程度。因此，应建立一种能够激发学生潜能和调动学生参与积极性的评价机制。传统教学中只重视学习结果的评价。学生能力的培养和教学目标的实现是在实验教学过程中形成，因此还应评价学生在实验过程中的多方面表现：如学生能否灵活地运用知识解决问题，分析问题时展现出来的思维能力如何以及思维能力有何突破等。因此，会计仿真实验应采用以形成性评价为主、形成性评价与终结性评价、教师评价与学生自主评价相结合的开放性、多元性评价形式。

五、会计仿真实验教学模式实施前提

(一)对学生素质的要求会计仿真实验属于一种综合性的实验，是在教师的指导下，由学生团队独立完成模拟企业经营的全过程。为确保会计仿真实验的顺利进行，学生需具备全面的财会及经营管理知识，有一定的分析解决问题的能力和沟通协作能力。在开设该课程前，要求学生已修完会计学基础、财务会计、成本会计、管理会计、财务管理、企业管理学、战略管理、会计手工实验等课程。因此，该课程适合在大三下学期或大四上学期进行。

(二)对教师素质的要求会计仿真实验课程涉及企业战略规划、市场调研与市场开发、营销管理、采购管理、生产计划与生产运作管理、财务计划与财务预算、财务决策、会计核算等多方面的专业知识。因此，为了确保教师能发挥好实验的组织者、指导者的作用，当好学生模拟经营的顾问和参谋，要求任课教师具备全面的会计、财务管理和企业经营管理等相关专业的知识。

仿真实验教学范文第4篇

摘要：机能学实验作为护理专业的一门重要实践课程，对于提高学生对人体生理及病理机能的综合理解，加强护理专业学生对岗位所需的职业能力和综合职业素质的培养具有重要意义。将虚拟仿真实验平台合理地运用于机能学实验教学过程中，能够实现虚拟仿真和实操的优势互补，在培养学生实践能力的同时，更好地培养学生自主学习能力和创新精神，达到实验教学资源的优化及教学质量的提高。关键词：虚拟实验平台；机能学；实验教学中图分类号：G642.0

文献标志码：A

文章编号：1674-9324（2016）44-0273-02 医学机能学实验是由生理学、病理生理学、药理学（医学三理）等三门课程实验教学内容渗透融合而成的综合性实验教学体系，既是一门实践性和理论性均很强的学科，又是一门与多学科有密切联系的综合性学科。它的主要任务是研究生物体正常机能及疾病发生机制和药物作用下生理功能、代谢变化及其发生发展的规律。计算机与网络技术的发展，为高校实验教学改革带来新的更大的发展空间。机能学虚拟实验教学平台由服务器、虚拟实验软件和客户端等设备所构成，使用安装有虚拟实验软件的客户端通过局域网络访问服务器，进行虚拟实验操作。在计算机系统中采用虚拟现实技术，建立各种虚拟实验环境，使学生可以像在真实的环境中一样运用各种虚拟实验器械和设备，对建立起来的实验模型进行实时仿真操作。在机能学实验教学过程中，结合虚拟实验教学平台及学生对实验动物的真实操作，将有可能提高学生的实验成功率和学生分析问题及解决问题的能力。一、机能学虚拟仿真实验教学系统简介机能学虚拟仿真实验教学系统由仪器介绍，实验原理，手术操作，模拟仿真、实验波形以及实验测试等几部分内容组成，系统整体结构完整，内容丰富，包含资料室、动物房、实验准备室、模拟实验室和考场五个模块。其中，软件系统包括学生端软件和服务器软件，学生端软件可以为学生提供交互学习功能，根据学生的选择从服务端获取、解释、显示数据，获取的数据包括文字、录像、Flash交互动画等。服务器软件提供数据管理功能，在MySQL专业数据库的支持下，提供各种医学机能虚拟实验需要的素材库，提供数据服务功能，对客户端的数据访问提供应答，并将相应的数据传给客户端。该系统采用客户/服务器的体系结构，既可以在实验室局域网，又可以在校园网范围内进行访问，方便学生的使用，也便于系统的扩充和升级。每个仿真实验包括：简介、原理、操作仿真、实验录像和实验波形模拟5个部分的内容，便于学生对实验操作的全方位理解和掌握。二、机能学虚拟仿真实验教学平台的建立基础医学机能学的实验教学体系整合已经成为机能学实验教学改革的必然趋势，全国高职医学院校机能学实验的整合模式主要包括三种，我校护理专业机能学实验是将生理学、病理生理学及药理学等三门课程的实验内容有机结合在一起所形成的一门独立、完整、系统的实验课程，是护理专业一门重要的专业基础课。为了优化实验教学体系，我们重新修改了机能学实验教学纲要，并编写配套的机能学实验指导及教案。重点改变原有的教师讲授后，学生直接实际操作实验动物的教学模式，将虚拟实验教学平台仿真模拟操作纳入整个实验教学体系，形成教师讲授后学生通过虚拟实验教学平台仿真模拟操作，再进行实验动物操作的连续性、立体化实验教学模式。并将虚拟平台仿真模拟操作考核纳入最终的实验考核当中，将原有的考核方式：平时成绩50%，操作考核50%，优化为：平时成绩50%，实操考核30%，平台仿真模拟考核20%。三、机能学虚拟仿真实验教学平台的应用优势1.经费成本优势。机能学实验是一门实操性非常强的实践课程，教学过程中需大量的实验动物、实验器械和试剂、耗材等，需要大量的实验经费投入。而且除了部分实验器械可以重复利用外，大部分实验用品包括实验动物等在内均为一次性消耗品，浪费较大。仿真实验教学平台的应用，能够通过虚拟网络实现资源共享，部分简单操作可以通过仿真模拟完成教学过程，避免大型、贵重仪器设备的重复购置，同时又减少了以往实验中由于学生操作不当等发生的不必要的仪器损坏，实验动物浪费等现象。这在一定程度上解决了动物来源不足、学生人均实验动物数量减少、试剂耗材经费紧张的问题，达到实验教学效果和投入经费的最佳配比和良好优化。2.教学优势。传统的机能学实验教学模式为教师讲授后学生直接实际操作实验动物，但是由于实验时间及次数有限，如果学生不能完全领会实验操作过程中的基本要领，操作不熟练，很有可能导致实验动物的中途死亡，实验成功率大大降低，失败组的学生只能通过观察成功组的实验过程，对核心技术只能产生感性认识，无法满足学生对实验过程与结果的理性分析。在机能学实验教学过程中，引入机能学虚拟仿真实验教学平台，在教师讲授后学生直接通过虚拟实验教学平台进行仿真模拟操作，学生可以不受时间、空间、实验器械和试剂、耗材等限制，可以对多种如手术器械的使用、静脉注射、血管分离、插管等护理专业学生需掌握的核心操作进行重复训练，既锻炼了学生的实操能力，又避免了教师的重复授课，使教师有充足的时间注重实验过程中的细节和重点，有的放矢的对学生的实操进行指导。在传统的实验教学中，如果学生不能够完成上一个操作步骤，后续的操作过程将无法继续进行，对于学生系统的掌握实验技能将会产生很多不良影响。相反模拟仿真实验不需要实验动物及实验准备，但可以发挥帮助学生充分理解实验的操作步骤以及实验效果的功能，可以作为机能学实验教学的有益补充，这是虚拟仿真实验教学平台中的一个重要优势。3.考核及评价优势。原有的机能学实验纲要中规定的考核方式为：成绩考核主要依据是实验报告、实验情况与实验技能操作考试等。在完成实验及实验报告的前提下，根据实验课每次所交实验报告、学习态度等给予平时成绩，占50分；实验技能操作考试占50分。实验成绩按百分制计算，满分100分，成绩达到60分及以上者，可以获得相应学分。但是，由于实验任课教师数量和课时有限，除了实验报告外，对实验学习态度等隐性指标无法合理量化，同时实验操作考试以一次实操给予成绩，不能形成更合理的过程性考核。而机能学虚拟仿真实验教学平台中的考核模块对学生的考核更具有时效性和可操作性。教师可以在教学过程中，对每堂课的核心教学指标随机抽取学生进行随堂考试，在不浪费实验动物和实验耗材的前提下，加大平时的形成性考核过程，达到考核的合理和公开。4.学生能力的培养优势。传统的机能学教学模式主要以教师的“灌输式”授课为主，学生只是被动接受，分成小组后对实验动物进行实际操作过程中，操作前教师灌输的很多重点和细节，根本没有引起学生的足够重视。实验过程中如果遇到主动性强的学生，其能够积极向授课教师咨询，由于授课教师及课时有限，部分学生对实验过程和实验技能只是得过且过或力不从心。机能学虚拟仿真实验教学平台的应用，使学生可以自主通过虚拟实验室观看实验操作录像或分项技能，加深对实验原理、实验过程的理解，最终带着问题进行实物操作，增加了实验成功率。同时教师可以节省时间关注实操过程中的重点、难点和关键细节以及操作困难的学生，而且遇到问题学生随时可以调用虚拟实验室当中的操作过程，形成规范化训练。如此，既培养了学生分析问题、解决问题及自主学习能力，又实现了教师的个体化、个性化授课。四、结语应用型医学护理学人才在具有敬业精神、执业能力、人际沟通能力、团队协作能力等基本素质的基础上，同时对人才的创新精神提出更高的要求。人才的质量是高校人才培养的生命线，高水平的教学是保障人才质量的关键，加强对大学生的实践能力、创新意识、创新能力的培养，是推进素质教育的核心。要培养应用型医学技术人才，需要形成教育观念新、创新意识强、特色鲜明的教学模式。随着互联网技术的发展和应用，虚拟仿真教学系统为包括机能学实验等基础医学实验教学模式的改革和实施提供了重要的辅助条件和保障。参考文献：[1]王冬梅，田余祥.医学院校机能学实验教学现状分析与发展思路[J].实验室科学，2009，3（3）：46-48.[2]房辉，朱艳妮，周连英，卢俊，丁浩敏.高职高专护理专业医学机能学实验教学改革与探索[J].卫生职业教育，2012，30（13）：100-101.[3]王德利，汤海峰，刘洋，孟威，孟庆繁，滕利荣.虚拟系统在机能学实验教学中应用[J].实验室研究与探索，2014，33（8）：112-115.

仿真实验教学范文第5篇

摘 要：自动控制原理是测控技术与仪器专业的重要主干课，该门课程的实验教学是提高基础理论教学效果，增强学生对控制系统深入认识的重要手段。由于各高校的实际校情不同，实验条件相差很大，很多学校无法进行有成效的在实验台上的实验，而进行控制系统的仿真是解决这一问题的有效途径。针对上述问题，建立了自动控制原理的计算机仿真实验体系，只需借助于MATLAB/SIMULINK软件，即可完成各种控制系统的分析、研究和实验。

关键词：测控技术与仪器 自动控制原理 MATLAB/SIMULINK 计算机仿真

中图分类号：G420 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）07（a）-0119-02

1 自动控制原理的实验教学

自动控制原理这门课理论性强，比较抽象，学生学习有一定的难度，因此实验环节教学效果的好坏对学生牢固掌握课堂理论知识、提高教学效果起着非常重要的作用。在目前普遍课时压缩，教学要求提高的前提下，实验教学要解决以下几个方面的问题：如何加深学生对课程中基本概念基本理论的理解；如何提高学生理论联系实际的能力；如何培养学生实践动手能力、分析解决控制过程中实际问题的能力；如何在实验教学中融入新的科技发展成果，培养利用现代化的实验和仿真手段快速检验和实现新的控制理论和算法的能力。

2 自动控制原理的计算机仿真实验体系

采用MATLAB/SIMULINK软件进行仿真，可以避免对专用实验场地的依赖，可以进行各种控制试验，完成实验效果，达到实验目的。自动控制原理的教学内容比较丰富，包括经典控制理论、现代控制理论，既涉及线性时不变系统，又涉及非线性系统，既涉及连续系统，又涉及离散系统。仿真实验采用两种模式，一种是运用MATLAB语言进行编程，完成相应的控制系统的构建和性能分析，一种是采用MATLAB中集成的仿真环境SIMULINK进行模块化设计。该文仅以少学时的自动控制原理中讲到的经典控制理论中的线性时不变连续系统为例加以说明。仿真实验内容主要包括：控制系统建模；各类模型之间的转化；复杂控制系统的化简；典型输入信号分析；典型环节的响应分析；二阶系统的性能指标分析；采用多种方法进行系统稳定性分析；线性系统的根轨迹分析；控制系统的频域特性及频域性能指标分析；系统校正效果分析等。

下面以典型二阶系统的阶跃响应为例，介绍一下MATLAB脚本语言编程与SIMULINK模块仿真。该实验的目的是通过改变系统动态模型的参数，研究二阶系统的重要参数阻尼比对系统动态响应的影响。二阶系统的传递函数为：，比较当=10，=0，0.25，0.5，0.7，1.2时系统的响应特性。

采用MATLAB语言编写的脚本文件：

Wn=10；

Kosi=[0，0.25，0.5，0.7，1.2]；

Num=Wn^2；

figure（1）

hold on

for i=1：5

Den=[1，2*Kosi（i）*Wn，Wn^2]；

t=[0：0.01：4]；

Step（Num，Den，t）

end

hold off

title（'Step Response'）

响应曲线如下：

从图中可以清楚地看到二阶系统的响应规律，当一定时，随着的增加，振荡减弱，超调减少，调节时间减小。

同样，可以采用SIMULINK建立二阶系统的控制模型，通过双击示波器Scope，可以看到SIMULINK的仿真曲线。

通过仿真实验可以体会到，二者均可以有效地进行控制系统的仿真，可以有效地达到实验目的。采用SIMULINK构建系统模型更加方便快捷，而采用MATLAB脚本语言则更能锻炼同学的逻辑思维能力。

3 结语

通过仿真实验，不仅能帮助同学们深入熟悉和掌握自动控制原理的基本知识，而且能锻炼同学们的逻辑思维和编程能力，为其以后在测控系统设计和计算机控制算法的实现方面打下坚实基础，对自动控制原理的教学起到画龙点睛的作用。

参考文献

[1] 隋修武，李大鹏，张宏杰，等.基于“课程群建设”及“浸润式实践”的测控专业人才培养模式[J].教育教学论坛，2013（49）：140-141.

仿真实验教学范文第6篇

关键词：车路协同；虚拟仿真实验教学系统；实验平台；案例库

现代交通系统是复杂巨系统，人、车、路、环境、信息等系统构成要素相互关联、高度耦合，边界开放，众多问题难以通过现场观测和理论建模进行分析，但虚拟仿真技术为分析和解决复杂交通问题提供了有效的工具和手段。近年来，新工业技术发展给交通学科带来巨大冲击，其受大数据、人工智能、云计算等新技术的影响越来越显著，未来交通系统的发展将具有更大的不确定性，构建完善的虚拟仿真实验教学体系是培养学生综合能力和创新实践能力的重要途径。目前，道路交通系统正在经历全新变革，呈现智能化、网联化、协同化的趋势，车路协同技术成为国际智能交通研究和实践的热点与前沿，仿真测试成为工业界和学术界进行科技攻关的重要手段[1]；随着交通系统的变革与发展，交通运输专业核心课程如交通流理论与仿真分析、车路联网与协同系统、交通控制系统理论、交通管理与控制等也面临重大变革。课程内容随着技术的发展也在不断拓展和更新，单纯的微观交通系统虚拟仿真(简称交通仿真)软件本身已难以直接满足车路协同环境下交通仿真的需求，亟须开发车路协同虚拟仿真实验教学系统，以满足课程教学及学生创新实践的实验需求。

1开发的必要性

根据专业设置与认证的相关要求，国内各高校交通运输类专业一般都开设了交通仿真实验课程，并搭建了相应的交通仿真实验平台[2-5]，但针对车路协同实验需求，仍存在诸多不足，主要有以下几个方面。1.1仿真工具缺乏单纯的微观交通仿真软件，如VISSIM，本身难以直接满足车路协同环境下交通仿真的需求，难以实现算法生成与接入、实时交通信息的提取以及车辆速度路径的控制等。因此亟须开发车路协同虚拟仿真实验系统，以满足验证性实验、综合性实验以及创新实践课题中对车路协同策略的测试、评估和优化需求。1.2标准模型缺乏不论是课程实验或创新实践课题，学生往往从零开始建立仿真模型，由于缺乏实证数据或学生建模水平有限，可能出现基础模型精度差、可信度低的情况，且由于基础模型不同，导致车路协同策略的横向可比性较差，因此为学生提供统一且可信的基础模型库至关重要。1.3参考案例缺乏车路协同技术目前尚不成熟，缺少可参考案例，这成为学生实验中的最大障碍，学生感觉无从下手。因此，有必要结合工业界和科研中相对成熟的一些车路协同策略，建立相应的案例库，为学生实验提供参考，现有的算法和结果也可作为为学生实验的验证对象或新方案的对比对象。

2车路协同虚拟仿真实验教学系统的开发

2.1系统构成

车路协同虚拟仿真实验教学系统由车路协同虚拟仿真实验平台和案例库构成，如图1所示。其中，案例库包括仿真模型库和车路协同策略库。车路协同虚拟仿真实验平台依托VISSIM软件，通过VISSIMCOM连接VISSIM和Python，Python通过VISSIMCOM提取所有静态环境信息和动态车辆信息，将参数输入仿真模型，Python通过调用开源求解器SCIP的官方package实时求解模型，并将结果通过Python环境和VISSIMCOM接口返回到VISSIM路网中，最终VISSIM控制实现网联车相关功能，从而支撑场景生成、车路协同算法调试、可视化展示与评价。仿真模型库主要基于VISSIM交通流微观仿真软件构建标准化的单点、干线、快速路主线和瓶颈区域，以及路网的仿真模型，并结合实证数据进行标定，为车路协同策略效果的对比分析提供可信的统一基础模型。车路协同策略库主要包括目前常用的安全类和效率类策略。对于每一种车路协同策略，既给出策略的功能定位、选取经典算法或现行通用算法，也给出算法原理、算法流程、代码、模型评价指标及评估结果等内容。

2.2车路协同虚拟仿真实验平台

2.2.1实验平台基本架构车路协同虚拟仿真实验平台包括应用层、算法层、仿真层(见图2)。应用层主要定义场景。一方面，确定场景的目标与功能：车路协同交通管控的目标一般包括平均速度提升、停车次数减少、燃油消耗和排放减小等，功能则是界定该场景所需要的车路协同基础设施，如路侧计算与监测设施、车载通信模块与显示预警模块、车载自动控制模块等；另一方面，明确场景的测试范围与适用性，如场景是用于快速路或地面道路，还是路段或交叉口，以及该场景可能适用的道路交通条件、网联车渗透率等。算法层主要分析特定场景所需解决的核心问题并提出相应解决方案。基于各个场景的基础设施和可得数据，分析该车路协同场景需要解决的核心问题，针对各场景核心问题提出算法，且算法必须要满足两个条件：算法有效性和算法实时性。算法有效性指的是可以在预期适用性范围内满足车路协同策略的目标；算法实时性是指该算法计算时间必须在车辆运动过程中完成，通常要求必须在秒级甚至毫秒级以内，否则最终算法无法在实际环境中应用。仿真层主要在仿真软件中测试算法有效性和实时性，重点要解决算法要求的操作在仿真软件内部实现。仿真层与算法层是独立的，同一个算法可以在多种仿真软件中实现。本课题目前主要以PTVVISSIM为仿真平台，实现所有场景的仿真和车路协同算法测试。VISSIM的优势在于其强大的COM接口，可以实现车辆驾驶行为参数修改、期望速度的改变、期望路径的修改和实时位置的移动，可以实现绝大部分车路协同算法要求的操作。2.2.2实验平台工作原理使用VISSIM作为算法测试平台，并要求使用Python作为程序设计语言。因此算法实现基本路线是通过VISSIMCOM连接VISSIM和Python，Python通过VISSIMCOM提取所有静态环境信息和动态车辆信息，将参数输入车路协同算法优化模型，并将结果通过Python环境和VISSIMCOM接口返回到VISSIM路网中，最终VISSIM控制实现车路协同策略建议算法的优化结果。此外，在最终的结果评价时，无论是定量指标计算还是车辆轨迹的可视化，都是处理在仿真过程中收集的车辆实时位置得到的，这也是通过VISSIMCOM和Python环境接口完成的，具体流程见图3。

2.3案例库

2.3.1仿真模型库为保证基础模型的可信和可比，基于VISSIM分别搭建了大场景基本仿真模型，包含单点交叉口、干线、快速路主线、快速路瓶颈区、路网等，并结合实证数据进行标定，模型精度达85%以上，可满足不同地点的测试需求。2.3.2车路协同策略库面向安全/效率的需求，分别设计了包含单点交叉口动态盲区检测、超视距行人/非机动车避让、非保护相位右转车通行辅助、冲突避免、单点/干线公交优先控制、速度引导、快速路CACC跟驰/汇入/汇出、动态车道管理、车道流量均衡、匝道汇入辅助、路网拥堵识别、路径诱导等15类功能场景，并构建了相应的车路协同算法，形成了策略案例库。每一个车路协同策略案例涵盖策略的功能定位、算法原理、算法流程、代码、模型评价指标及评估结果等内容。

3结语

针对目前面向车路协同实验仿真工具缺乏、标准模型缺乏、参考案例缺乏等问题，笔者开发了车路协同虚拟仿真实验教学系统。该系统由车路协同虚拟仿真实验平台和案例库构成，其中案例库包括仿真模型库和车路协同策略库，包含单点交叉口、干线、快速路主线、快速路瓶颈区及路网等五大场景标准化可信模型，以及15种安全/效率车路协同策略案例，涵盖策略的功能定位、算法原理、算法流程、代码、模型评价指标及评估结果等内容。该系统为交通工程专业车路协同相关课程的学习及创新实践课题中车路协同策略的测试、评估和优化提供了有效的平台支撑。

参考文献

[1]任刚,曲栩,张国强.OBE导向的交通仿真实验课程建设与教学改革[J].公路交通科技(应用技术版),2020(9):402-404.

[2]孙海浩,吴娇蓉,毋妙丽.交通工程学科实验教学体系研究[J].实验室研究与探索,2012(2):151-153,157.

[3]胡明伟,崔海鹏.交通工程专业实验教学体系的设计[J].实验技术与管理,2011(7):28-31.

[4]臧晓冬.交通工程专业课程实验体系设计与改革[J].教育教学论坛,2015(52):246-247.

[5]王艳丽,王忠宇,吴兵.基于“三个面向”的交通工程专业实验教学改革探讨[J].教育教学论坛,2020(21):202-204.

仿真实验教学范文第7篇

智能配电网仿真平台介绍

本实验平台是基于美国电力科学研究院的OpenDSS仿真工具，在江苏省智能电网信息工程综合训练中心现有实验平台基础上，通过开发智能配电网运行规划、自愈控制技术和并网/孤网运行控制等仿真模块而实现的，能够对智能配电网的实例场景进行仿真。如图1所示，仿真平台包含三个部分。第一部分是人机交互界面，提供配电网数据统计、结果输出打印、信息告警等。第二部分是数据储存与处理平台，储存大量的历史和实时数据，并根据需要对数据进行处理。第三部分是功能模块平台，提供智能配电网运行规划、自愈控制技术和微电网运行控制分析。

智能配电网运行规划模块

地理信息系统（GIS）将地学空间数据处理与计算机技术相结合，通过系统建立、操作与模型分析，产生对区域规划及管理决策等方面的有用信息，因此地理信息系统非常合适作为配电网规划设计的数据基础。GIS系统具有强大的空间数据处理和网络分析能力，可以方便地处理配电系统与空间有关的信息，这能极大地方便规划数据的管理，提高配电网规划工作效率。

该模块是基于GIS的集数据管理、网络分析与评价、网络优化规划为一体的规划平台，是智能配电网科学规划的基础，对配电网科学化管理和经济运行有着非常重要的意义。模块是通过借鉴国外一些基于GIS的配电网管理软件，采用一些成熟的平台和组件技术、规范信息结构和各组件的接口实现而来的。

自愈控制技术模块

配电网自愈控制技术是指配电网的自我预防和自我恢复能力。实施自愈控制技术的目的是为了能及时发现、诊断和消除潜在隐患，避免配电网运行恶化;在故障发生后，能快速切除故障，维持配电网可靠运行;进行优化分析，提高配电网运行安全裕度;以及让配电网运行在更经济的状态。

该模块中自愈控制策略分为四步：紧急控制、恢复控制、校正控制和预防控制。控制流程如图2所示。仿真模拟时，基于实时调度结果，形成自愈控制策略，通过基于无线网络传感器的电气设备在线监控系统，控制可编程逻辑的配电网保护装置（逻辑编程达到保护的元件级并支持在线动态修改定值），调整配电网运行方式和分布式电源的投/退，完成智能配电网自愈控制。

微电网运行控制模块

微电网构成主要包括分布式电源和负荷。在正常情况下，微电网与配电网之间的开关是闭合的，微电网与配电网并网运行，这种运行模式称为联网模式;当配电网发生故障或是配电网电能质量不满足要求时，微电网与配电网之间的开关断开，微电网独立运行，这种运行模式称为孤网模式。因此，微电网运行控制主要是指在保证配电网和微电网的安全稳定的前提下，控制微电网的运行模式切换。微电网模式切换分为计划并网转孤网和计划孤网转并网两种情况。

该模块采取分布式协调/自适应控制方式，基于3层Multi-Agent结构，可以实现继电保护、稳定补救和无功补偿装指定值的自适应修改，以及实现解列后微电网的分布式智能控制。另外，各级EMS、DMS、厂站自动化系统之间的分布协调控制，也是由认知层、协作层和反应层构成的Multi-Agent来实现的。

智能配电网仿真平台实验内容

在智能配电网仿真平台的基础上，根据本科生所学的相关知识和培养要求，设计了一个适用于电气工程专业本科生的2学时专业实验，以提高本科生对配电网基本概念和配电网规划的相关知识的理解。根据研究研究生所学的相关知识和培养要求，设计了两个适用于电力系统专业研究生的6学时科研创新实验，以提高研究对配电网运行与控制相关知识的理解，增强研究生在配电网相关领域研究的基础和创造性。设计的3个实验如表1所示。

表1 实验项目设置

序号 实验项目 实验内容 学时 实验类型 适用学生

1 智能配电网运行规划 居民小区负荷特性分析和预测;小区配电网供电能力和可靠性分析;配电网无功分布优化分析 2 专业基础 本科生

2 配电网自愈控制技术仿真 配电网故障风险分析;配电网分布式协调/自适应控制技术仿真 6 科研创新 研究生

3 微电网并网/孤网运行控制 微电网并网运行与控制仿真;微电网孤网运行与控制仿真;微电网故障诊断与分析;微电源对微电网保护策略的影响仿真 6 科研创新 研究生

智能配电网运行规划

（1）实验内容

本实验内容包括以居民小区为单位，对负荷进行分类、特性分析和模式辨识，预测含分布式电源配电网的电力负荷;分析分布式电源对配电网各类指标的影响，评价考虑负荷转移的配电网最大供电能力;分析含分布式电源的配电网的可靠性，分析分布式电源不同运行方式对配电网可靠性的影响;分析/规划含分布式电源的智能配电网的无功分布。

开展智能配电网规划，是为了找到最好的方法使得配电网建设投资方案最优。因此，在进行以上实验内容时，需要满足配电网规划的一些基本要求：保证供电质量;满足负荷增长的需要;经济性;同环境协调一致。

（2）实验效果和目的

基于GIS的配电网运行规划模块能够直观地展示以小区为单位的负荷时空变化曲线，便于学生理解配电网的电力负荷特性和运行模式。通过配电网电气接线的显示和联络开关操作的动画演示，利于学生理解负荷转移的具体过程。通过把相关电气量显示在配电网电气接线图上，并对电气量变化进行动画显示，可以让学生直观地理解分布式电源对配电网可靠性和无功分布的影响。

配电网自愈控制技术仿真

（1）实验内容

基于实时测量的概率风险评估，预测最有可能失败的设备、发电设备和线路;实时应急分析配电网整体的健康水平，预测可能导致电网故障发展的早期故障事件;配电网出现故障或发生其他问题时，基于对地和远程设备通信得到电压、电能质量、过载等信息，分析应对配电网故障所采取的分布式协调/自适应控制手段的效果。

（2）实验效果和目的

通过对配电网故障风险的评估、设备运行失败的预测，让学生理解配电网可靠性评估的具体内容和主要方法。平台分别在时间和空间两个维度上对配电网的电气量进行动画显示，让学生直观感受分布式协调/自适应控制带来的配电网自愈效果。

微电网并网/孤网运行控制

（1）实验内容

微电网在并网运行情况下，对接入点的潮流方向进行控制;微电网在并网运行情况下，微电网内部故障对配电网的影响分析以及微电网对配电网故障的支持作用分析;微电网在孤网运行情况下，计算微电网内故障电流大小，设计合适的故障诊断方式;分析微电源（分布式发电系统、电动汽车、储能元件）和负荷对保护的影响，制定合适的微电网保护策略。

（2）实验效果和目的

平台构建的微电源发电系统、微电网运行控制、电动汽车等仿真模块，可使学生了解微电网的构成、运行方式和控制技术。通过开合微电网与配电网之间的开关，让学生理解微电网并网/孤网运行方式。通过调整微电网内的微电源出力和负荷大小，掌握接入点的潮流方向控制方法。通过在微电网和配电网内设置故障，让学生了解故障对微电网和配电网的影响，掌握故障电流大小计算方法。平台对微电网和配电网对故障的响应进行动画显示，让学生直观感受配电网保护动作的全过程，利于学生对实验结果和内容的理解。

仿真实验教学范文第8篇

关键词：虚拟仿真实验；医学；教学

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）25-0260-02

医学实验在培养医学生的专业教学过程中占有重要的地位，医学作为一门实践性很强的专业，实验教学方法对医学生掌握实验操作至关重要。随着日新月异的科技发展，新的医学理论和技术层出不穷。实验技术和方法对学科的辐射越来越大，在临床预防、诊断、治疗以及科研工作中得以广泛应用，对基础医学和临床医学各学科的发展起到了极大的推动作用。虚拟仿真实验依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通信等技术，构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，突破传统实验教学模式限制，提高学生学习的积极性和主动性，将抽象的内容具体化、形象化，给学生留下深刻的记忆，也给教员提供了方便，大大提高了教学质量[1]。

一、虚拟仿真实验的应用优势

虚拟仿真实验系统是以计算机虚拟现实和数码仿真技术为核心，生物仿真引擎、处理因素数据库、虚拟环境界面等多种技术为支撑的虚拟现实系统。在计算机环境中建立的虚拟实验环境使实验者可以像在真实的环境中一样运用各种虚拟实验器械和设备，对实验对象进行虚拟操作，完成各种预定的实验项目，起到学习训练的作用。该系统由于不受试验动物、试剂的制约，学生在预习、复习或拓展训练时采用虚拟实验比实时实验有更大的优越性。虚拟仿真实验教学是教师综合应用虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库以及网络通讯等多种技术，通过构建一个逼真可视化的实验操作环境和实验对象，使学生在开放、自主、交互的虚拟环境中开展高效、安全且经济的实验，达到真实实验不具备或难以实现的教学效果。虚拟仿真实验教学具有明显优势，并对传统实验教学思想、体系、模式、内容、方法以及手段等都产生了颠覆性影响。学生通过对仿真实验系统的反复多次模拟操作，可以加深对实验原理及操作步骤的理解，还可节省大量时间进行综合性、设计性、探究性的实验，为学生综合能力、创新精神和创新能力的培养提供保障。

二、虚拟仿真实验应用于医学实验教学的必要性

目前我国高校医学专业实验教学面对日益扩大的招生规模，师资力量相对不足；医学生学习过程中，开设动物实验是增加学生学习兴趣、降低理论学习难度，应用学习技术的有效措施，但在目前的基础医学教学中，由于受实验动物、试剂、器材、实验准备、教师、场所及时间协调和一些特殊设备的影响，很多实验课的大规模开设非常困难。试剂的配置、仪器的检修、人员的配套，开设大规模实验课的运作成本也居高不下；教学资源的限制不能满足每个学生独立完成整套实验操作；很多医学院校的基础医学教学只能开设有限的几个传统性实验，这使学生理解实验机制受到了很大的限制；多数医学院校使用的教材因受出版周期和征订程序等因素的影响，其更新速度远不及医学理论的飞速发展，最新的科研进展往往难以在教科书中得到及时的体现[2]；部分学生过分关注分数，对实验课程没兴趣，不重视，更忽略对实验过程和结果的讨论分析，平时也很少关注新技术新理论的发展，缺少创新思维，走入临床后动手操作能力比较弱，对异常结果无法做出合理的解释。面临这种人才培养与临床实际需求之间脱轨的现状，迫切要求采用一种新的教学模式来适应社会的发展。要将科研成果有效地应用于教学，使学生在掌握已成定论的基础知识的基础上，又能理解有关疾病发生机制的最新进展，就更需要借助于来自于实验的感性认识，以进一步增强学生的创新能力[3]。

仿真实验教学范文第9篇

（一）安全层面

从表面上来看，“安全”很容易理解，但是在网络安全协议学习过程中，学生很难掌握“安全”的要点。之所以产生这样的问题是因为协议安全是站在攻击者角度来说的，包括掌握攻击者信息并和攻击方式，通过分析，做出合理假设。假设是在现实攻击途径上总结出来的，所以，对刚刚涉猎网络协议安全的学生来说协议安全是一个抽象的概念，并不能全面掌握其中的奥义。

（二）分析方法层面

安全协议一个最大的特点就是交互性，学生要在正确理解协议的基础上对基础安全方案进行运用，除此之外，协议之间的时序关系也是必须理解的，正是这种复杂的关系，协议安全分析像是被蒙上了一层纱。一些基于基础方案的网络安群，看似并没有什么问题，但是如果没有处理好消息时序的关系，也很有可能导致不安全。如果教师在教学过程中仍然采用传统的理论分析方法，根本不可能使学生对协议安全产生的深刻认识，特别是对一些复杂协议来说，这种方法是在欠缺有效性和科学性。如果能够将协议安全内容置于真实网络环境中进行讲解，学生看到的也只是表面，对于整个攻击过程还是无法理解，而且这种攻击实验不容易重复。由此可见，上述两种教学方式均不符合教学要求。因此，学校和教师的首要任务就是要研究出一个适合复杂协议、直观表达和协议分析的一个教学工具，并以增加学生实践机会、锻炼学生自主设计和分析能力为核心。笔者在多年教学工作中，总结出了符合教学要求的教学模式，该模式以软件房展的安全协议分析方法为手段。经过长期实践，学生对于网络安全协议的难点有了更加深入的了解，一些抽象化的概念逐渐清晰，有效克服了学生在学习过程中遇到的重重阻碍，教学有效性得到了保证。

二、教学方法

通过对本校学生进行调查发现，学生所面临的障碍主要有两点：一方面是安全性概念较为抽象，不容易掌握；另一方面就是分析工具的不完善。以仿真实验为基础开展网络安全协议教学能够有效克服上述问题。从本质上来说，这种教学模式将仿真软件和协议建模结合在一起，通过计算机就能够找出破坏协议安全的攻击途径，因此，在教学过程中，教师通过相应操作，就能够直观的向学生展示协议不安全的原因，还可以通过演示向学生说明为什么要将一些看似不重要的设计应用其中。该教学模式主要包括三个特点：第一，该教学模式采用了建模方法，能够直观反应出破坏途径等，因此对于初学者来说更容易掌握。该平台协议由时序模型表达，而传统的分析平台主要以形式符号为主，因此，对初学者来说比较难。第二，概念不再抽象化，而是变成了更加具象化的模型，这样学生就可以做到准确理解。学会凭借实验软件自己就可以进行观察，在亲自动手的过程中发现问题、提出问题。比如一些正确协议方案学生能够进行针对性修改，通过该平台对攻击仿真进行寻求，从而对自己的设计方案做出验证，同时可以明确方案存在的不足。对学生来说，是积累经验的最佳方法。第三，该平台采用了先进的分析算法，以坚实的理论基础为制衡，只要协议不符合安全目标，该平台都能够发现至少一处攻击途径，为分析结果的可靠性提供了保障。该教学模式并非理论式教学，而是一方面为理论分析提供验证途径，另一方面是引导理论的重要工具。传统教学模式中的理论分析不再作为重点，而是对仿真实验结果进行分析的一个步骤，并且提升了学生的学习兴趣、激发了学生的创造性思维。

三、教学平台设计

（一）建模

首先，协议本身建模。主要包括两个部分：一个是每条协议的组成结构，也就是我们通常所说的消息表达式，另一个就是消息时序。其次，协议安全目标建模。例如对身份认证协议的抗欺诈目标、密钥交换协议的抗欺诈性和保密性目标等。此类建模是针对协议类型而言的，所以在该系统内置地实现，在每次开展仿真分析实验前，对于具体协议，用户只需要完成第一类建模即可。该平台以时序图为基础，用以表达协议工作流程，并对界面进行图形化处理，更加自然，而且表达效果十分直观。

（二）分析

该平台的主要任务是寻找网络安全协议攻击途径。该系统内部具有一组基本的攻击模型，正是通过这个模型进行组合演算，从而对具体协议的供给链做出判断。如果存在供给链，需要继续计算，最终将其计算出来。

四、结语

近年来，随着计算机的快速发展，网络安全协议也逐渐呈现出多样化的特点，这也说明了攻击途径也更加复杂多变。因此，新形势下，对网络安全工程师提出了更高的要求，要求其具有较高的协议设计能力和协议分析能力。学校作为人才的摇篮，必须与时俱进，尤其是面对更新速度如此之快的计算机技术，要转变传统教学模式，将新方法、新模式引入到教学活动中。我们对对学生在网络安全协议方面的困难进行了分析，通过不断探索和实践总结出来了仿真实验教学模式。通过长期实践，该教学模式取得了令人十分满意的成果，学生的学习困难被逐一克服，兴趣不断提升，而且知识的理解能力、自主学习能力、分析能力均得到了提升。

仿真实验教学范文第10篇

关键词：仿真实验；物理实验；创新

中图分类号：G642 文献标识码：A

文章编号：1009-0118（2012）06-0039-02

物理实验是物理学和科学实验的重要部分，在物理学的创立和发展中物理实验占有十分重要的地位，同时在推动其他科学、工程技术的发展中也起到重要的作用。

大学物理实验是学生进入大学后接收系统实验方法和实验技能训练的开端，是理工类各专业学生进行科学试验训练的重要基础。它的目的是:（1）培养学生的以下几方面的科学实验工作能力：即正确使用仪器、进行测量、出来数据、分析结果以及撰写实验报告等，使学生初步掌握实验科学的思想和方法；（2）培养学生的创新意识和科学思维，使学生掌握实验研究的基本方法，提高学生的创新能力和分析能力；（3）提高学生的科学素养，培养学生严格、细致、实事求是、认真严肃、一丝不苟的科学态度，培养学生积极主动的探索精神以及团结合作、爱护国家财产的道德品质；（4）培养学生善于动脑、乐于动手、讲究科学方法、遵守操作规程、注意安全等科学习惯［1］。总之，是为学生今后的学习和工作奠定一个良好的实验基础。

一、物理实验教学中存在的问题

（一）由于学校扩招及多很实验设备耗资太大、实验室不能购买等原因，很多高校实验室存在仪器设备落后、实验项目单一等问题［2］。严重制约了实验教学质量的提高及实验室的建设和发展，不利于培养与时俱进的人才。

（二）每个实验开始之前，都要求学生进行预习，但是学生在写预习实验报告时［3］，往往是照抄照搬教材上的内容，对于实验原理、设备、操作步骤和操作过程中的注意事项根本没有用心去阅读并体会，这样的应付性劳动，极大的限制了学生的思维。

二、物理仿真实验在教学中的积极作用

（一）提高教学质量和效率

物理仿真实验是虚拟环境下进行的实验，实验仪器主要是虚拟仪器，只需购置计算机等少量的硬件资源和软件《大学物理仿真实验》即可开设实验。《大学物理仿真实验》分为三部分，包含了凯特摆测重力加速度、核磁共振、螺线管磁场及其测量、检流计的特性、单透镜物理实验、分光计实验、空气比热容比测定、电子荷质比的测定、杨氏模量、迈克耳逊干涉仪、牛顿环测量曲率半径、介电常数的测量等丰富的实验内容，只要将仿真软件安装到计算机上，就可以进行软件里面的任何实验，这就解决了实验室仪器设备落后、实验项目单一的问题，而且由于有丰富的资源,更有利于学生自主开发实验,故更利于培养学生的创造能力和创新思维。有些实验仪器比较昂贵，易于损耗，普通高校一般难以开出［4］。而仿真实验能营造一个虚拟的实验环境使无法开设的实验得以开设，学生只要在装有《大学物理仿真实验》软件的电脑上就能进行整个实验的操作，并且能看到测量结果完成实验。由于是在虚拟环境下进行的实验，所以不存在仪器设备的损坏，操作者的心理压力小，更乐于去动手，在操作过程中遇到问题解决问题。

仿真实验是一种新的实验方式，它利用计算机把实验目的、实验仪器、实验内容、教师指导和学生操作有机地融为一体［4］。如果学生在做实验之前没接触过该实验仪器，很多学生就会拿着书与仪器的部件一一进行对照，甚至在不清楚仪器正确使用方法和操作注意事项的情况下而进行了错误的操作，导致实验中断、仪器损坏。仿真实验中实验仪器的关键部位能够拆卸，增强学生对仪器功能的熟悉和使用方法的训练。而如果课前学生通过仿真实验进行预习，对实验所用仪器的整体结构建立起直观的认识后，那么上面损坏仪器的情况出现的几率就会大大降低。比如分光计的调整与使用实验，每台仪器近乎万元，让学生在对仪器毫不熟悉的情况下直接接触实验仪器会增加仪器受损的风险。所以我们首先进行分光计的仿真实验教学,学生通过仿真实验的学习，对仪器的结构和调试技术有了整体认识，而通过计算机操作，也掌握了一定的操作技巧，然后我们再让学生去做相关实物实验。而对于实验难度较高的实验,也是先进行仿真实验教学,再进行实物实验,如此就缩短了做实验的时间。通过仿真实验的学习后,学生对实验有一个整体的认识,然后在进行实物实验时会感到心中有数，操作起来更轻松，这样就大大提高了实验教学的效率和质量。

（二）营造多样化教学环境［5］。我们学院专门拿出一间计算机机房作为物理仿真实验室，每周周一至周五开放，学生可以随时去进行实验操作。如果学生自己拥有计算机，便可在课外继续实验亦可以通过网络进行自学，为学生对实验的课前预习和课后复习带来了方便。计算机仿真实验使实验教学走出实验室,克服了实验教学长期受到场地、课时限制的困扰,使实验教学内容在时间和空间上得到延伸，学生能够充分的学习和掌握实验教学内容［5］，这也利于学生根据自己的兴趣选择实验,可满足不同层次学生的需求，极大的调动了学生学习的积极性。

（三）对于实物实验,实际操作中由于仪器的缺陷、实验环境以及人为不当操作等因素的影响,致使结果误差较大,从而影响学生对实验的兴趣。仿真实验采用虚拟的实验环境,最大限度地避免了实际中存在的各种不利因素,实验结果较准确,所以通过仿真实验可以极大地增强学生科学实验的信心,有利于培养学生实事求是的科学实验态度,是对传统实验一个有益的必要的补充［2］。

三、仿真实验在教学中的不足之处

尽管仿真实验在实验教学过程中有一定的积极作用，但它仍具有有一定的局限性。一方面，仿真实验中的仪器相对比较精确,使学生不能通过数据处理、误差分析等环节训练来体验和分析产生误差的主要原因。另一方面，在使用仿真软件的过程中，对仪器的操作主要是通过鼠标点击来实现，缺乏真实感，并且缺少实际动手的机会，从而减少了学生在实验中遇到实验故障并排除故障的机会。

四、结论

综上所述，我们清楚的知道，仿真实验不能完全取代实物实验，为了更好的教学质量，最好的办法是在教学过程中将仿真实验与实物实验相结合,正确处理好仿真实验与实物实验之间的关系［6］，开创物理实验教学的新模式，使仿真实验在教学中起到应有的作用。

参考文献：

\[1\]向必纯,马景琦,包兴明,李筱柏.大学物理实验\[M\].成都:西南交通大学出版社,2008:1-3.

\[2\]黄英群,王秀娥,俱海浪.计算机仿真实验在物理实验教学中的作用\[J\].大学物理实验,2011,(2):91-92.

\[3\]吴晶晶.物理仿真实验在大学物理实验教学中的地位\[J\].中小企业管理与科技,2010,(8):164-164.

\[4\]程阳.物理仿真实验教学心得\[J\].数理医药学杂志,2009,(2):241-242.

\[5\]王晓蒲,霍煎青,杨旭.大学物理仿真实验和教学实践\[J\].物理实验,2001,(1):28-29.