生物仿真技术范文

生物仿真技术范文第1篇

关键词：三维仿真；中学生物；教学

引言

随着信息科技的不断发展，多媒体技术逐渐应用到了教学过程中，在中学生物教学过程中通过多媒体技术既能丰富课堂教学手段，提升学生的学习积极性，还能够帮助学生对课堂上的重难点进行突破，同时通过多媒体教学能够促进不同层次学生的发展。因此应当对多媒体技术在中学生物教学中的有效运用进行研究[1]。特别是在具体生物模型的讲解介绍上，教师可以利用三维仿真技术，下载并操作三维模型，使学生全方位无死角地了解模型的详细功能和结构，达到事半功倍的教学效果。

一、三维模型的基本概念

三维模型是三维仿真技术的重要体现，它作为物体的多边形表示，通常用计算机或者其它视频设备进行显示。显示的物体可以是现实世界的实体，也可以是虚构的物体。任何物理自然界存在的东西都可以用三维模型表示。

现在，三维模型已经用于各种不同的领域。在医疗行业使用它们制作器官的精确模型；电影行业将它们用于活动的人物、物体以及现实电影；视频游戏产业将它们作为计算机与视频游戏中的资源；在科学领域将它们作为化合物的精确模型；建筑业将它们用来展示提议的建筑物或者风景表现；工程界将它们用于设计新设备、交通工具、结构以及其它应用领域。广为人知的三维模型创建软件3D Studio Max，简称为3ds Max或MAX，是一种常见的三维动画渲染和制作软件。在中学生物教学中，教师在安装3ds Max软件之后，即可在互联网下载所需的三维模型，读取之后并进行展示，实现对指定模型的放大、缩小、旋转以及动画设定等操作。

二、三维仿真技术对生物教学的重要意义

信息技术与生物教学的有效整合，是增强生物教学的形象性和趣味性，提高课堂教学效果的必然选择。生物科学是研究生命现象和生命活动规律的科学，涉及到人类生产生活的各个方面。有效引导学生自主学习犹如登山，虽步履艰难却步步升高，最终能尝到成功的喜悦。在教学中，利用计算机、多媒体对教材中一些抽象的概念、原理等知识理论，对难以观察的细微结构、生命现象和活动过程等进行信息处理和图像传输，模拟或再现其真实情景，可以尽最大限度地满足学生的视听等感官需求，在学生头脑中建构理论模型和知识结构，轻而易举地突破重难点[2]。像《神经调节》中的兴奋的传导这个难点，传统教学手段教师难于讲清，学生难于理解，而用三维仿真技术模拟出兴奋在“神经元内”“神经元间”的电位变化和突触内递质的释放过程。

2.1 激发学生的学习兴趣

“兴趣”是最好的老师，是一种渴求知识、探索事物的心理倾向。学生一旦对学习发生兴趣，就会由被动学习转化成主动学习，甚至达到乐此不疲，废寝忘食的地步。初中生物教学中，有很多教学内容具有时空性、运动性、微观性或宏观性等特点，这些特点使得有许多生物学的真实情景不能直观地展现在学生面前。教师在教学中要根据教学内容、学生的认知水平、教学习惯灵活有效地利用现代信息技术把相关的文字、图形、图像、声音、动画、影视等多种信息融为一体，创设出具有真实感和表现力，生动而富有启发性的情境，引导学生动情入境，激发学习兴趣和求知欲，充分调动学生学习的积极性、主动性，为提高学习效率奠定基础。

比如：在“心脏的功能”一节时可下载利用三维仿真软件3D MAX制作的人体心脏模型，向学生详细介绍心脏的血流方向。并用三维动画的演示方式呈现左：肺静脉左心房左心室主动脉（流动脉血），右：上腔静脉、下腔静脉右心室肺动脉（流静脉血）。又如，在“昆虫的生殖和发育”一节时可利用多媒体播放“毛毛虫”变成美丽蝴蝶的三维动画来“刺激”学生的视觉，并配以解说和巧妙提问导入新课，这样既可激发学生的学习兴趣，又可激活学生的思维和求知欲。

2.2 帮助学生掌握重点突破难点

在生物课堂教学中，我们常会遇到一些抽象的概念、原理等理论知识，以及不易观察到的生命现象如细胞显微结构、生命活动过程如尿液的形成等教学内容。这些内容单纯用常规的教学方式是很难向学生讲清楚，缺乏形象性、直观性和生动性，学生也会感到枯燥无味，不易理解，但这些内容常常又是教学中的重点和难点。对这些抽象的、不易观察的知识，最好的教学方法就是利用现代信息技术处理，制作图片、动画、模拟或再现其真实情景，尽最大限度地给予学生视听等感官刺激，帮助学生建构理论模型和知识结构，轻松掌握教学重点并突破难点[3]。

比如：在教学“细胞的生长和分裂”的“细胞分裂的概念”这个重、难点时，教师可以通过三维模型演示细胞分裂过程的动态图，把枯燥的内容形象化、生动化，帮助学生认识细胞分裂过程的变化情况，获得“细胞分裂的概念”。

三、在中学生物教学中运用三维模型应注意的问题

在中学生物教学过程中应用三维模型具有非常多的优点，但是在教学过程中要合理利用多媒体技术，只有这样才能将三维仿真技术的优点充分展现出来。在教学过程中主要应该注意以下几个方面的问题：首先教师应该理性地认识三维模型教学的应用，三维模型只是教学过程中的一种手段，只能对教学起到辅助的作用，由于中学生物教学过程中实验是非常重要的，因此在生物教学软件选择、制作和使用的过程中应当坚持辅、实验优先、科学性以及高效率等原则[4]。

其次，如果教师在教学过程中盲目追求视觉冲击，从而造成了教学过程中的三维仿真吸引了学生太多的注意力，学生并不能集中注意力到课堂内容的学习上，这样就会使多媒体教学起到反作用，因此应当根据不同的教学内容来选择不同的三维模型内容，例如在染色质与染色体形态的转变的教学过程中，为了比较形象地展示转变过程，用一根细铁丝就能实现，可以适当应用其他多媒体技术来增强教学效果。

再次，教师在三维模型展示的教学过程中都是亲自对多媒体计算机进行控制，来进行教学的演示，这种教学方式持续下去就会影响学生和教师的交互性，只是将三维仿真教学灵活演示的特点发挥了出来，不能有效提升教学效果。针对这种问题，教师在教学软件设计与制作的过程中应当留给学生足够的自主学习空间，通过互动教学将学生和教师充分联系起来，只有这样才能充分发挥信息新技术教学的优点。

结束语

生物学是一门实验探究学科。传统的教学方式往往通过演示实验或学生实验探究生物学问题、培养学生实验技能，在教学中对一些容易出现错误的技能或实验难点教师常用讲解、演示的方式进行教学，有一定的局限性。三维仿真技术能很好地解决这一点。教师可用多媒体将实验过程的动画或视频通过播放，引导学生有目的、有针对性地观察规范的实验操作、清晰的实验现象，从而起到举一反三的效果。

实践证明这是一种很优化的教学模式。信息技术是不断发展丰富的，生物学科教学与信息技术必须是有机的结合，整合是动态的、变化的、发展的。我们只有积极行动起来，用现代化教育理论武装自己的头脑，努力提高自己的信息素质，适应信息时代对教师的素质要求，在生物学科教学中，积极开展信息技术整合，才能发挥学生的主动性，提高教学质量和效率。

参考文献

[1] 张丰.探索信息技术在生物教学中的价值[J]. 中国教育信息化，2009（8）：65-67.

[2] 王在芝.发挥现代信息技术在生物教学中有效性的途径[J]. 黔南民族师范学院学报，2013（5）.

[3] 胡晓悦.谈谈多媒体技术在高中生物教学中的优点[J].科技创新导报，2014.26（3）：32-36.

[4] 高翠贤. 多媒体技术在高中生物教学中的有效运用[J].科教导刊.2015（6）：119―120.

生物仿真技术范文第2篇

关键词：分子生物学；研究生；PBL教学；仿真技术

中图分类号：G642.4？摇 文献标志码：A？摇 文章编号：1674-9324（2014）15-0109-02

分子生物学是研究核酸等生物大分子的功能、形态结构特征及其重要性和规律性的科学，是人类从分子水平上真正揭示生物世界的奥秘，由被动地适应自然界转向主动地改造和重组自然界的基础学科[1]。是生物类及医学各专业研究生的必修课程。在分子生物学的教学中强调学生对实验技术和原理的掌握，长期以来笔者和广大的相关教育工作者都发觉在分子生物学的教学中存在诸多问题。改变传统的理论及实验教学模式迫在眉睫，我们在本校2012及2013级研究生该课程的理论教学中大胆引进PBL（Problem-Based Learning）教学法，在实验教学中加入虚拟仿真实验技术，这些改革和尝试取得了较好的教学效果。

一、PBL教学模式在医学生研究生分子生物学理论教学中的应用

以问题为基础的教学法（problem―based leaming，PBL）于1969年在加拿大的麦克玛斯特大学首创后在高校各个专业的教育中得到广泛的应用，并根据各国、各学科的特点发展为不同形式的PBL[2]。我国高校的研究生教育目前普遍的实际情况仍采用以大班级为形式、以学科为界限组织理论教学。长期存在教学内容与课时数矛盾及理论与实践脱节等问题，笔者在长期的分子生物学理论教学实践中越来越感觉到这种单一的教学模式已经远远跟不上时代。故在近两届研究生的分子生物学理论教学中积极引进PBL教学模式，现将教学情况介绍给大家。

1.教学内容的选择。以“寻找并验证与乳腺癌发病机制相关的基因”作为PBL教学内容，教材为高等教育出版社出版、朱玉贤主编的《现代分子生物学》第4版。选择这个内容进行PBL教学最好在该课程进行到教学中期的时段开始，此时分子生物学研究法（上）（下）等内容已学完，学生从理论上基本掌握了分子生物学的核心技术，如何应用这些技术，通过PBL教学可以让同学们把这些知识活学活用，融会贯通并解决他们在各自开题报告中如何书写技术路线及研究方案的问题。

2.教学前的准备。为了充分掌握PBL教学，笔者查阅了大量有关PBL教学的相关文献和资料，并到上海相关培训机构进行了培训。PBL作为一种开放式的教学模式，对教师自身素质和教学技巧都有很高的要求，在实施该问题的PBL教学之前合理安排教学过程，明确教学目标，拟定教学大纲。把该内容设计整理成三段式PBL教学计划，第一个阶段引导学生整理出一个大概的思路，对乳腺癌的发病机制有一个认识，让学生掌握查找文献掌握文献的能力；第二个阶段设计实验找出目标基因，引导学生充分利用之前所学的分子生物学研究方法（上）中的技术，合理设计实验；第三个阶段引导学生利用分子生物学研究方法（下）中的技术，设计相关技术路线对所选基因进行功能分析。教学目的是帮助学生完成一份开题报告。

3.学生分组及讨论。将参加PBL教学的36名2013级研究生分成4个组，按照不同专业及性别合理组合，每组9人，选定组长和秘书，组长由学生自己推选。讨论前把题目提前发给学生，准备一周左右，期间学生自行分配任务，任务完成以笔记形式交付，进行讨论的时间以教学计划安排的课时时间为准，讨论由组长主持，教师旁听，讨论以每个阶段的问题为核心，以1名同学发言为主，其他学生补充或修正，秘书负责记录。若问题经由讨论可以解决，教师负责总结归纳和评价，如不能解决，教师可做适当的引导和启发，如果仍不能解决，或出现新的问题，适当放宽准备时间，增加讨论课时。三个阶段的问题进度可能会出现不一致的现象，教师尽量把总的讨论课时控制在计划课时以内。整个过程中要坚持以学生为主，教师尽可能地隐身于后，作为旁观者对其进行评价。但如果发现学生偏题太远，教师也可以适时给予纠正。期间PBL教学没完成一个阶段的学习，导师要对每一组的讨论过程及结果及时做出评价和归纳总结，对表现好的学生进行表扬和高分评价，表现差的学生给予鼓励，使其争取能在后面的阶段弥补自己的不足。

4.PBL效果评价。为了客观地对PBL的教学效果进行评价，采取了两种评价模式，一是成绩测试，以闭卷考试的方式来检验学生对分子生物学核心内容的掌握程度；二是设计师生互评的问卷进行调查分析。结果和往届没有经过PBL教学的学生成绩进行对比分析，结果显示经过PBL教学，学生成绩普遍有所提高，师生评价教学效果好。

二、仿真技术在医学研究生分子生物学实验教学中的应用

分子生物学技术实验教学是教学过程的重要组成部分，是学生理解理论知识、探究客观现实规律不可缺少的途径。作为信息技术发展的产物，虚拟实验具有透明性、互动性、自主性及可扩展性等特点，能为目前实验教学中迫切需要解决的问题提供策略和方法。

我们购买了部分由南京医科大学与南京凡超科技有限公司共同开发研制的生化与分子生物学虚拟实验教学软件[3]，包含有总RNA的提取、RT-PCR扩增、质粒小量制备实验等。该软件是图、文、声及活动影像4种功能兼备的实验教学工具。其中每个步骤中关键知识点还以选择题的方式插入播出，学生在课堂上只需按照提示按照实验步骤顺序循序渐进，既模拟操作了整个实验过程，也巩固了相关技术理论知识。

软件中使用的实验试剂、仪器、工具都来自于实验室中的实景照片，在虚拟实验操作过程中设计了一系列在实验中容易出错的场景，如果操作不当，同样得不到正确的结果，同时界面上还会给出一个醒目的提示，让学生在学习操作的过程中对错误的认识会留下深刻的印象。通过课堂上对各个实验的虚拟操作，让学生在理论上和技术要点上能做到“纸上谈兵”后，进入实验室后，大部分实验学生能够独立完成。受过这样训练的研究生在进入自己的课题实施过程中普遍反映实际操作起来还是不够熟练，但是实验的原理掌握得很牢靠，实验中出了问题，研究生也能够进行主动思维和分析去解决问题。在传统的实验教学环境中结合虚拟学习环境，通过自身的参与，加深理论知识的理解并锻炼科学的思维方式，这样的教学模式在实践中得到了广大师生的好评。

三、结语

自20世纪50年代随着各种生物技术如重组DNA技术、聚合酶链式反应（PcR）技术、转基因技术、分子诊断技术等的建立，分子生物学已渗透到生命科学的各个研究领域，并逐渐地影响和改变着人类的生活[4]。医学领域分子生物学研究快速的发展，使人类对疾病的认识、诊断和治疗已经从整体、细胞水平逐步深入到了分子水平。所以医学研究生分子生物学理论及其技术的学习和应用成为他们解决医学难题的强有力工具，并成为衡量其论文质量的一个重要指标。为了提高教学质量，笔者和教研室各位教师在不断提升个人的科研及教学素养的同时，努力探索新的教学方法并积极引入教学过程中。实践证明，PBL教学方式在我校研究生教育改革中的推行具有重大的意义，在培养学生解决问题能力、创新能力和自主学习能力方面具有巨大的潜力。但是，任何一种教学模式都不能解决所有的问题，所以我们要广开思路，不断接受和学习新的教学方式，如虚拟实验的构建，仿真技术在实验教学中的应用等。相信通过我们不断地努力一定可以提升我们的教学质量，为国家培养出大量的创新型人才。

参考文献：

[1]朱玉贤，李毅，郑晓峰，等.现代分子生物学[M].北京：高等教育出版社，2013.

[2]曹博，程志，曹德品，等.PBL教学模式在医学教学改革中的应用[J].中国高等医学教育，2007，（7）.

[3]韩志芬，管冬元，郭春荣，等.分子生物学虚拟实验教学软件的应用[J].实验室研究与探索，2011，30（6）.

生物仿真技术范文第3篇

2.内蒙古农业大学食品科学与工程学院 内蒙古呼和浩特 010018

摘 要：发酵工程是一门内容丰富、涉及面广，并与生产实际紧密联系的一门课程，是工业生物技术的核心。通过仿真技术在发酵工程教学中的应用，阐述了仿真技术与发酵工程教学结合的基本思想，并通过实例阐明了仿真技术应用的优缺点，对仿真教学的方式进行了探讨。

关键词：仿真技术；发酵工程；教学实践；教育改革

Application of artificial technique in teaching of fermentation engineering

Liang Ruifang1, Xu Long1, Weng Hongzhen1, Yuan Qian2

1. Baotou light industry vocational technical college, Baotou, 014035, China

2. Inner Mongolia agricultural university, Hohhot, 010018, China

Abstract: Fermentation engineering with rich contents, covering a wide range and close connection with actual production, is the core of industrial biotechnology. With appllication of artificial technique in teaching of fermentation, this paper expound the basic idea of artificial technique combined with teaching of fermentation engineering, the advantages and disadvantages of application of artifical technique. Mode of simulation teaching was studied.

Key words: artificial technique; fermentation engineering; teaching practice; educational reform

从我国目前的教育发展现状及未来的发展需求来看，以信息化教育带动现代化教育已经成为教育改革的趋势。与此同时，如何推进实验、实训和教学模式的改革和创新，提高学生的动手实践能力、分析问题和解决问题的能力，已经成为提高教育质量的关键，对职业教育更是重中之重。发酵工程是微生物、生物制药、生物工程、生物技术、食品等专业的重要基础课，课程内容丰富、涉及面宽，并且与生产实际紧密联系。为培养学生对发酵工程科学原理的理解与掌握，提高实验操作、科学研究及实际动手能力，需要在理论教学的基础上，向实验室小试、中试、生产性试验及工厂实践的方向发展，而且很多教学内容都应将单元操作与生产紧密结合。从教育改革的需要出发，立足于发酵工程教学的特点，我系在发酵工程教学中引入了仿真技术，传统的教育模式得到改善，使得教与学的方式发生了根本性变化。

1 基本思想

仿真技术在航天、航空、军事领域的应用具有悠久的历史，是设计的基本方法。随着现代科学技术的进步，尤其是计算机虚拟技术的发展，使仿真技术的应用领域和范围得到了迅速扩大，涵盖了社会的各个方面。随着现代教育技术的发展，仿真技术被引入到了实验教学中，称为仿真实验[1]。仿真技术综合集成了多个技术领域的知识，以相似原理、系统技术、信息技术及其应用领域有关的专业技术为基础，以各种物理效应设备和计算机为工具，利用系统模型对设想的或实际的系统进行实验研究的一门综合性技术[2]。

发酵工程在狭义上称为微生物工程，是在特定条件下通过人为控制，利用微生物或动植物细胞的生命活动而获得特定物质的技术过程，是现代生物技术的重要组成部分[3]。发酵工程主要包括上游工程，中游工程和下游工程三部分。其中优良菌株的选育，最适发酵条件的确定，营养物的准备等属于上游工程；最适发酵条件下，在发酵罐中大量培养细胞并生产代谢产物属于中游工程；从发酵液中分离和纯化产品属于下游工程。而下游工程技术又包括固液分离、细胞破壁、蛋白质纯化以及产品的包装处理等技术[4]。

若要利用电脑创造虚拟环境来模拟各种真实环境，并根据真实环境和实际操作情况在虚拟的环境中进行操作、验证、设计、运行，把仿真技术和发酵工程教学完美结合起来，需要将发酵工程中各个研究对象共性的规律提炼出来，归纳为各个单元操作，并将这些单元操作按照发酵工艺过程整合为菌种、培养基、种子扩培、发酵过程控制、提取、精制及包装一条主线，开发出基于企业的虚拟仿真场景的实践教学软件或技能训练平台。不仅可以节省学校的资金投入，快速而高效率地提高学生技能实践的进度；还可以实现技能训练中与仿真设备的交互，能够无限制地使用和复制，减少人为损坏的可能性；通过修改模型有效增加新设备的功能，优化资源库；充分利用网络实现发酵应用技能合作性训练、协同性训练以及远程训练等，达到资源共享[5]。从学生的角度，让学生根据所学的内容在相应仿真环境中，进行开车操作，可以自由改变各个工艺点的参数，自由控制各个节点的阀门，观察工艺反应现象，了解生产实践中每一部分对结果的影响，直到掌握工艺操作，模拟生产出合格产品为止。

2 发酵工艺仿真软件的应用

仿真技术在教学中的应用，可以通过我系引进的青霉素发酵工艺仿真软件实例来说明。该软件主要用于制药工程相关专业的教学培训，使参加培训的学生能够充分地理解青霉素生产工艺流程，一对一亲自动手操作，观察工艺反应现象，进行开车操作，同时对于操作过程和结果进行客观的考核与评定。

仿真软件以青霉素的生产工艺过程为主线，以各节点单元操作控制为重点来进行实践培训。如图1所示，在青霉素生产过程中，重点控制预处理、提取流程、精制流程、一次BA萃取、一次反萃取、二次BA萃取、脱色操作、结晶操作、抽滤干燥等控制点，使学生能够清晰地认识到关键控制点，并进行单元操作。

图1 青霉素生产工艺流程界面(图片均来自于教学软件)

在各单元中还细分出子模块。以预处理单元为例(如图2所示)，子模块包含菌种介绍、孢子制备、灭菌、培养基配制、发酵工艺操作、发酵罐操作等，进一步深入到单元里的精细流程，并给予各模块非常鲜活的模拟现场，使学生能够在纵观全局的基础上，对设备和参数进行控制。

图2 发酵流程界面

涉及具体的操作控制时，可进入操作界面(如图3所示)进行各项参数的控制及阀门的开关，如对发酵过程中的温度、pH值、时间、各种填料、出料等参数条件的控制。在各参数设定好的情况下还可以对发酵情况进行实时观察，通过发酵情况(如图4所示)来确定各参数设定及操作是否正确，如果操作失误会产生故障，在故障的产生和排除过程中，锻炼学生的应急能力，熟练操作技能。

图3 发酵罐操作界面

图4 菌种曲线界面

青霉素发酵是典型工艺，可见仿真软件具有界面直观、生动，操作方便，易学易用的特点；仿真手段符合实际工艺要求，设备齐全逼真，弥补了传统实习中学生无法亲自动手操作的不足。通过对青霉素发酵工厂实物设备的仿真模拟，使学生对青霉素发酵的工艺原理、操作环境、控制系统、故障处理有了更深的理解。

3 仿真软件应用的弊端

虽然仿真软件在教学中具有高效率、高精度、安全、无消耗等特点，但是，仿真软件不应该也不可能取代实物实践。因为实物实践中会产生许多意想不到的问题并能发现思维盲点，而仿真过程是一个理想化的过程，在仿真软件中仪器、元器件的温度、料液浓度、黏度、颜色等物理特性无法感知；添加剂及化学药品的味道、气味也无法感知。同时，仿真操作时因为不用担心误操作带来的后果(例如：温度过高导致管道、罐体等设备的炸裂)，操作不当造成的泄露、爆炸或实践装置损坏等意外事故，容易使学生麻痹大意。长此以往不利于培养学生严谨科学的学风，并且会削弱学生分析和解决实际问题的能力[6,7]。可见，仿真软件并不能完全取代现实教学中的实践操作。

4 仿真教学方式的思考

仿真软件的应用虽然大大提高了学生实验的积极性和主动性，给教学注入了新的活力，但它毕竟是教学的辅助工具，为了让它融入教学中，对传统教学的方式方法和观念进行改革，提高教学质量，笔者结合教学经验从以下几方面进行探讨。

(1)优化教学内容。发酵工程不仅与微生物学、生物化学和化工原理等课程密切相关，而且不同院系和专业对该课程的侧重点不同。需要我们选用的教材在内容阐述符合教学规律的基础上，能够反映学科发展的动态性和现实性，并体现课程本身的专业性和系统性，注重知识性和应用性。教师则要有针对性地编写教学大纲和安排教学内容，要求重难点突出，学时分配得当，避免重复[8,9]。因为教材平面图及仿真软件具有感官方面的不足，因此随着发酵工程学研究内容的不断丰富和发展，教学内容也必须不断充实更新，要充分利用资料图片或到工厂实地考察，使设备及部件变得更加生动直观。

(2)强化生物学和工程学两个基础。发酵工程是利用微生物特定机能在特定反应器中生产产品的技术过程，因而要坚持生物学基础和工程学基础并重，力求让学生在掌握生物学基本原理的基础上，利用工程学认识发酵过程的放大与控制的基本特点[3]。基于以上要求，我们加强了反应动力学方面的讲解。利用仿真软件把发酵过程放大，使发酵过程控制等内容与工程相关的理论基础与实践应用结合起来，并通过仿真软件展现发酵过程的多尺度问题，将生物学和工程学基础有机地结合起来。从而锻炼学生通过工程的视角和思维，运用工程的原理和方法解决实际问题的能力。

(3)建立良好的协作学习模式。在教学及仿真软件操作过程中，对学生进行组或工段的划分，建立岗位模拟的协作学习模式，使学生进行自由探索和自主学习，并在学习中互相支持和配合。 注重各岗位或工段之间的配合及与环境的交互作用，一方面引导学生通过仿真软件，根据自己本身的情况，从不同的角度选择自己学习的切入点，建立起理论知识和实践的结合点，达到对新知识的掌握；另一方面，学生可以利用实际工程设备以及网络集成信息系统进行学习的自我考核，并在教师的组织和引导下一起讨论和交流，使学习者群体的智慧与思维被整个群体所共享，共同完成对所学知识的完善和更深刻的理解[10]。

(4)开放实验室。实验课是高等教育教学体系的组成部分。发酵工程实验是培养学生科研思维和实践能力的重要手段之一，在生物工程教学中占有十分重要的地位[11]。应打破实验室只在上课时间对学生开放的传统模式，采取在整个课程期间，对学生全天候开放实验室及其仪器设备，并提供相应的仿真软件的实验室管理模式。这样，学生就可以根据自己的需要随时进入实验室，进行课程知识的实验操作，方便其自主地预习或复习课程。实验室的开放，能够最大限度地发挥教学资源效益，扩展学生自主发展和实践锻炼的空间[12]。

(5)加强实践教学环节。发酵工程是来源于工厂实践，又应用于工厂生产的综合性和实践性都很强的课程。实践在这门课程中占有非常重要的地位，而仿真软件正是理论教学与实践之间的桥梁，仿真软件实现了理论与实践教学有机结合。为了让学生深刻理解理论讲解内容，仿真教学环节应让学生加强了解并初步掌握发酵设备。利用仿真操作对学生进行严格的基本功训练，并进行阶段性的基本技能考核，合格者方能进入工厂实践，以此来调动学生学习的积极性、主动性，培养学生刻苦钻研的精神。但仿真软件不能完全取代工厂实践。虽然仿真软件很直观，但和实际情景有很大的差别，实际仪器元件的使用有很多经验问题，仪器的摆放、设备的布局及连接操作等在电脑上也是不能实现的，这方面的经验必须从实际操作中获得。这就要求教学实训基地要和企业具有长期的合作关系，不仅能让学生进行参观学习，还要能够让学生进入车间进行生产实践。

5 结束语

将仿真教学应用在发酵工程教学中，可以节约大量的教育成本，带来很多方便。对学生来讲，也摒弃了一些不好的学习习惯，有效地提高了学习效果和效率，是辅助教学、提高教学质量的有效手段和重要途径，是我们应该大力提倡和推广的。但是仿真教学还具有一些弊端，因此我们不能完全依靠仿真教学解决实践教学任务，不能用仿真教学完全替代实物教学和生产实习。综上所述，我们应该将仿真教学和实践教学有机结合起来，相辅相成，扬长避短，充分发挥各自的特点，推动我国教育的发展。

参考文献

[1] 习晓远.仿真技术在实验教学中的作用和地位[J].实验室研究与探索,2002,21(2):24-25.

[2] 李妍,崔永利.仿真技术在实践教学中的应用与研究[J].信息技术,2006,11:107-111.

[3] 陈叶福,肖冬光,陈宁.对发酵工程课程教学的几点思考[J].中国轻工教育,2010,2:64-65.

[4] 谢希贤,陈宁,徐庆阳.发酵工程开放式教学的改革探讨[J].中国科教创新导刊,2010,7:181-182.

[5] 陈鹏.虚拟仿真技术在服装工艺教学中的应用研究[D].长沙:湖南师范大学,2009.

[6] 何连琴,陈跃华.仿真技术的实验教学应用与探讨[J].中国现代教育装备,2009,15:73-76.

[7] 潘应晖.数控仿真软件教学应用探讨[J].武夷学院学报,2011,30(2):81-84.

[8] 黄方一,杨登想,杨艳燕.高职院校发酵工程课程教学改革探析[J].现代农业科技,2009,23:370-375.

[9] 黄金林,潘志明,焦新安.发酵工程课程教学的思考与探索[J].生物学杂志,2005,22(5):46-50.

[10] .仿真教学在高等职业教育中应用研究[D].济南:山东师范大学,2008.

[11] 王文娟,李莉,杨建.开放实验室,深化细胞生物学试验教学改革[J].山西医科大学学报(基础医学教育版),2008,10(6):688-689.

生物仿真技术范文第4篇

一计算机仿真技术概述

1定义

“仿真”一词译自英文Simulation，另一个曾用的译名是“模拟”。1961年G·W·Morgenthler[1]首次对仿真一词作了技术性的解释，认为“仿真”是指在实际系统尚不存在的情况下，对系统或活动本质的复现。而计算机仿真(Computer Simulation)[2]又称计算机模拟(Computer Analogy)[3]或计算机实验。所谓计算机仿真是指在实体尚不存在或者不易在实体上进行实验的情况下，先通过对考察对象进行建模，用数学方程式表达出其物理特性，然后编制计算机程序，并通过计算机运算出考察对象在系统参数以及内外环境条件改变的情况下，其主要参数如何变化，从而达到全面了解和掌握考察对象特性的目的。

计算机仿真技术是一种分析和研究系统运行行为、揭示系统动态过程和运动规律的一种重要手段和方法。近年来，随着系统科学研究的深入,控制理论、计算技术、计算机科学与技术的发展，计算机仿真技术已发展成一门新的学科。信息处理技术的突飞猛进，更使得仿真技术得到迅速发展。

2特点

计算机仿真是利用计算机科学和技术的成果建立被仿真的系统的模型，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。

（1）模型参数任意调整

模型参数可根据要求通过计算机程序随时进行调整、修改或补充，使人们能够掌握各种可能的仿真结果，为进一步完善研究方案提供了极大的方便。

（2）系统模型快速求解

借助于先进的计算机系统，人们在较短时间内就能知道仿真运算的结果(数据或图像)，从而为人们的实践活动提供强有力的指导。这是通常的数学模型方法所无法实现的。

（3）运算结果准确可靠

只要系统模型、仿真模型和仿真程序是科学合理的，那么计算机的运算结果一定准确无误(除非机器有故障)。因此，人们可毫无顾虑地应用计算机仿真的结果。

（4）实物仿真形象直观

把仿真模型、计算机系统和物理模型及实物联结在一起的实物仿真(有些还同时是实时仿真)，形象十分直观，状态也很逼真。

3应用

计算机仿真技术是以数学理论、相似原理、信息技术、系统技术及其应用领域有关的专业技术为基础，以计算机和各种物理效应设备为工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行试验研究的一门综合性技术。它集成了计算机技术、网络技术、图形图象技术、面向对象技术、多媒体、软件工程、信息处理、自动控制等多个高新技术领域的知识。

计算机仿真的用途非常广泛，已经渗透到社会的各个领域。如在核领域，未来的核试验不用核弹而是用计算机仿真模拟来进行。1996年9月10日联合国通过了《全面禁止核试验条约》，但是条约只是说明核试验在实爆方面的结束，俄罗斯军事专家说：“许多西方发达国家，即使不进行核试验，也能运用高速大规模计算机，在三维空间对核爆炸全过程进行全方位模拟。”这是目前的现实。据外界估计，到目前为止，能进行计算机模拟仿真核试验的国家和地区有：美国、俄国、英国、法国、中国、日本及台湾地区。

在我国已经实现了计算机仿真技术在生命科学领域中的应用，主要是通过建立人体模型或动物模型来进行一些参数的研究。例如：一些医学研究室通过建立神经网络系统模型来研究药物的行进或者通过建立人体膝关节模型并设定参数来研究它的力的承受范围。

二医学细胞生物学教学

医学细胞生物学教学所采用的方法一般是理论教学法，主要依据课本来进行讲授；更进一步可将课本上的知识与多媒体等技术结合起来，或者采用PBL教学法提高学生学习的主动性[4]。

1PBL教学法的应用

PBL是指在临床前期或临床课中，以病人问题为基础，以学生为中心的小组讨论式教学。讨论中，学生围绕问题进行思维、推理和分析，教师不直接回答学生的问题，只起导向作用，维持小组学习向既定的教学目标行进。其特点是打破学科界限，围绕问题编制综合课程；教师为引导，学生为中心；以获得基本知识培养有效运用已有的知识，去理解获取新知识，解决新问题的能力作为教学目标。其教学过程大致分为：提出问题—自学解疑—重点讲授和总结归纳。它是近年来国内外医学教育改革的热点。传统的教学法具有传授信息量大、进展速度容易掌握、系统性强的特点，但不能很好地激发学生的学习主动性，而PBL教学法能提高学生学习的主动性，培养其创造性思维的能力。

2多媒体教学的应用

医学细胞生物学的教学普遍存在教材内容多、课时安排少的矛盾，多媒体技术通过感官综合刺激获取的信息量比仅听教师的讲解要多得多；再者，它还具有灵活多变的形式，把图片、动画等媒体素材呈现出来，激发了学生学习的兴趣，同时节约了教师大量的板书时间，极大地提高了教学效率[5]。

三计算机仿真与医学细胞生物学的结合

计算机仿真技术是作为分析和研究系统运行行为、揭示系统动态过程和运动规律的一种重要手段和方法。近年来，随着系统科学研究的深入，控制理论、计算技术、计算机科学与技术的发展，计算机仿真技术已发展成一门新的学科。信息处理技术的突飞猛进，更使得仿真技术得到迅速发展。

计算机仿真技术所具备的模型参数可任意调整、快速准确、动画显示实物形象直观等这些不受环境、时间和空间限制的优点若与医学细胞生物学结合起来将产生巨大的影响。尤其是基于视景仿真和视景三维建模技术等从众多方面对人体细胞的各系统进行模拟并以动画的方式显现出来，通过参数的设定而将暂时看不到结果或影响的例证通过高科技手段显现出来，这些对于细胞各组分与疾病关系的探讨将非常有帮助。比如对“蛋白质合成的信号假说”和“G蛋白介导的第二信使信号通路”相关内容讲述时，单纯的动画展示和讲述的结合很生硬，如果用上仿真技术则会让学生身临其中，整个接受过程会变得流畅而简单，这部分对于学生来说曾晦涩难懂、抽象的内容就会变得生动形象起来，在过程中改变一些参数，效果将更加直观。当然，个人来实现比较困难，但在整个学科中推广开来则会变得简单，大家可资源共享。

科研的进步可以激发教学的进步，通过对一些病理和病例及复杂的组织和结构的仿真，如内质网和高尔基体的复杂结构，知识会更加容易理解和接受。有了新的研究成果就会进一步促进医学细胞生物学的教学，将相应的教学方法再加上配套的教学手段、哪章内容更适合如何呈现给学生[6-7]，把这些都融会贯通到一起，相信我们对医学本科生的培养会更上一个台阶。

参考文献

[1]李书臣，赵礼峰.仿真技术的现状及发展[J].自动化博览，2000(1).

[2]Law A M，Kelton w D.Simulation?modeling and analysis[M].McGraw HiU，Inc，1991.[3]Drago Matko.Simulation?and?Modeling of Continuous? System[M].Prentice Hall,1992.

[4]于海涛，岳丽玲，朴贤玉，王玉.PBL教学法在医学细胞生物学教学中的实践和探索[J].医学研究杂志，2006(2).

[5]彭琬昕，龚爱华，金洁，邵根宝.关于医学细胞生物学中多媒体课件运用的几点体会[J].考试周刊，2010(25).

[6]胡建国，鲍明升，唐宝定，廖亚平，等.医学细胞生物学.教学方法实践与探讨[J].蚌埠医学院学报，2011(7).

生物仿真技术范文第5篇

分析化学是关于研究物质的组成、含量、结构和形态等化学信息的分析方法及理论的一门科学。分析化学的主要任务是鉴定物质的化学组成、测定物质的有关组分的含量等，是药学专业的一门重要课程。同时，分析实验技能也是药学专业学生需要掌握的一门重要技能。目前的化学实验基本上是在实验室中进行的，该运作方式存在着投入大、损耗大、效率低、周期长、维护困难等缺点。而且，分析化学实验课时的多少也是制约学生熟练掌握该技能的一大因素。由此导致理论与实训课程不能及时有效地结合起来，学生练习时间少，缺乏创新和学以致用的能力。仿真实训系统的使用，既解决了实验实训室与实验实训设备引发的问题，又可以增加学生实训的课时。将仿真技术引入到分析化学实验课的教学当中，使教学更为生动形象，实验设计更加灵活，既培养了学生的创造能力，又提高了教学质量。该分析化学虚拟实验室平台主要包括基本仪器、仪器的使用和经典实验三大板块，包括了各种分析化学实验中可能用到的量器及仪器的介绍和基本使用方法的介绍，还包括了6类经典分析化学实验，在每一类实验中，都分别筛选了一些重要的实验。每个代表性实验的实验步骤均配有文字及相应的动画演示，常用仪器也有相应的视频讲解。通过虚拟演示实验不仅可以提高学生学习分析化学实验的兴趣，培养学生分析问题及实际操作的能力，还可以使学生在进行实际动手操作前对实验内容、步骤等方面有更为充分的认识，获得身临其境的体验和感受。

2仿真实验在药学其他专业课程教学中的应用

药学专业的很多课程都与化学相关，除了分析化学以外，还有众多化学课程也已经开始应用仿真实验来辅助教学，如有机化学、物理化学、生物化学等。信息技术深刻影响了高等教育，仿真实验弥补了传统实验教学的不足。对于生物化学来说，仿真技术深入地展现了生物化学与分子生物学实验的微观机制，加深了学生对该学科的了解，对生物化学实验教学的发展起到了推动作用。而对于物理化学来说，传统物理化学实验教学模式存在诸多弊病，将计算机仿真实验应用于物理化学实验教学中后，充分体现了仿真技术在化学学科领域中的优势，极大地提高了学生的学习积极性。这种教学方式与实际实验操作有机结合之后，能够更好地构建出一个合理、有效的化学实验教学体系。实践也已证明，通过进入有机化学虚拟实验室学习，学生的学习兴趣得到了很大提高，学生的实验动手能力和实践能力也得到了加强，仿真实训有力地推动了有机化学实验教学的改革和教学质量的提高。

3仿真实验在药学专业教学中的应用展望

随着现代化技术的发展和教育理念的更新，仿真技术正一步一步地拓展着传统实验教学领域。传统的实验教学方法通常是在学生自己动手操作前，教师花费时间对实验原理及步骤进行讲解，然后再进行实验操作示范，教学手段单调，实验操作过程的演示也不够全面，有的学生甚至看不到教师的演示，对其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，因而学生的学习效果不够理想。仿真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。目前，越来越多的专业课程已经开始利用各种现代化技术来辅助教学，如中药鉴定、药物化学等。中药鉴定的主要任务是研究和鉴定中药的品种和质量。中药的品种繁多，我国现有中药资源达12807种，在这些种类中，传统中药约1200种，其中常用中药约500余种，就算是选择一些常用的中药来学习也是一项繁重的任务，对教学资源来说更是一个严峻的考验。因此，建立丰富的仿真资源库，利用仿真技术对各种中药鉴别进行剖析、模拟并应用于教学将是未来教学发展的一大方向。而对于药物化学来说，药物的合成实验也是一项繁琐的实践，不同的合成工艺有不同的合成结果，目前，仿真技术已经广泛应用于药物化学中的合成工艺研究，相信不久的将来也能广泛应用于药物化学的教学中去。

4结语

计算机仿真模拟实验是一种现代化的教学手段，可以弥补传统教学的不足。学生在仿真模拟实验室进行操作，不仅可验证所学知识，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。课后也可以再用仿真软件进行复习，加深对实验的理解以及对理论知识的巩固。因此，仿真实验将会在药学的专业教学中得到越来越多的应用。

生物仿真技术范文第6篇

【关键词】仿真技术；体育教学；应用研究

随着计算机技术的进步，计算机模拟仿真技术在多个领域都取得较快的发展。仿真技术的大量应用，提高了生产和生活的效率。对于体育领域来讲，仿真技术的应用使体育科研人员对体育技术动作有了更科学的认识，对于发挥运动员最大的动作优势和训练结构提供了有益支持。它可以创造相似的模式训练或实战环境、模型化的物理环境与用户融为一体，使运动员产生身临其境的感觉。这种人机和谐的仿真环境的探索已广泛展开，诸如可视仿真、多媒体仿真、虚拟现实等等。在实际应用中，这些仿真技术互有偏重，又互为补充。在体育教学中，往往以多媒体仿真和虚拟现实技术的应用更为广泛。

1仿真技术概述

仿真技术是利用计算机技术建造被研究的真实系统的模型、进行模拟实验研究的一种方法。它是建立在系统科学、系统识别、控制理论、计算技术与控制工程基础上的一门综合性很强的实验科学技术。应用到体育领域，就是通过计算机模拟技术再现体育教师的教学经验、教练员的训练意图、管理者的组织方案和运动员的训练过程，从而达到对体育系统的解释、分析、预测、评价的一种实验技术学科。仿真技术的关键技术主要有数学建模和运动数据的获取。

虚拟现实及其仿真技术日益发挥出越来越大的作用，为高科技在竞技体育领域的应用提供了更加广阔的空间。作为大自然和人类社会的主宰，人体自身的建模处于一个非常重要的位置，已成为人类工程学、计算机图形学、人工生命及生物力学研究的热点。

国内外的很多学者进行了大量的研究和探索，建立了人体的数学模型，对人体运动分析提供了很大的帮助。代表人物有德国的R??Gawtonski和波兰的B??Macukow，他们采用经典的分析力学的理论基础，推导出人体的二阶非线性拉氏方程；美国斯坦福大学的Kane建立了一套新的建模理论，主要基于内坐标与外坐标转换的方法；美国的Roberson德国的Wittenburg采用了图论中理论，建立了树形多体系统的建模方法；南非的Hazte采用了优化结合同步测量方法，模拟了人体的运动。

1??1建立模型

建立仿真模型是一个复杂的过程，模型的有效性直接影响着仿真的效果。我们常见的有二维模型和三维模型。他们都是用抽象的数学方程来描述系统内部变量之间的关系，从而建立起来的模型。体育运动中运用较多是人体模型，要显示二维或三维的人体效果，首先要建立人体模型。用计算机进行三维建模是目前比较流行的，真实感和逼真度都较好，且可以多角度展示。

人体是由多个旋转关节组成的复杂形体，普通的三维摄像机量即多姿态角不能模拟真实的人体运动，完整人体仿真技术需要提供所有的关节数据。因此运动仿真技术要远复杂于一般的刚体。运动仿真的要素，首先利用相关设计软件建模，即建立三维人体模型，其次是根据生物力学和物理学相关知识产生模型各关节运动的驱动数据。

建模的类型根据不同的需要有不同的设计方案。以曲面建模为例，曲面是把人体骨架围绕起来，曲面由小平面组成，可以表现运动中关节处曲面的变化。曲面模型由于计算方便，运算规则较为成熟，显示三维效果较好。建模完成后，基本的仿真效果已经具备，但是，为了使三维图像看上去更加真实，最大程度地展现动作轨迹或模拟比赛、教学场景，还必须对教学环境进行设定，例如地理、气候、教学设备、场地等效果。

1??2运动数据的获取

运动仿真系统是将文字、图像、声音、动画和视频等素材进行综合分析，那么这么多的数据是如何获取的？那就需要专业的摄像设备和分析系统。专业的摄像设备是捕获运动数据的重要工具，它可以给我们提供第一手真实运动的数据资料，这些资料包含了丰富的时间信息，使得人体的运动变化更加逼真。一般都要先对相机参数进行标定，通过场景几何模型建立获取相机内部参数以及旋转矩阵、平移矩阵等外部参数。然后我们通过三维人体运动参数，根据人体关节点的三维位置信息，并经过数据转换，从而得到人体的关节在各个局部坐标系的旋转角度信息，人体姿态的关节角度数据可以直接输入到三维虚拟模型，进行行为驱动。

在人体图像运动过程中，关节点三维位置会跟随着运动，把这些点连接起来就会形成人体连续的、平滑的运动曲线。我们可以根据运动曲线的连续性和平滑性来预测和修改数据。如果捕获的数据帧中有关节点缺失，可以利用曲线的连续性对关节点位置进行估测，如果关节点位置偏移较大，在运动曲线上会表现为一个突变，可以根据运动曲线的平滑性对关节点位置进行调整。

2运动仿真技术在体育教学中的作用

运动仿真系统可以实现体育训练方法的进步和转变。即利用高精度视频捕捉设备与分析系统相结合，更精确地测量人体运动的轨迹，再利用人体运动仿真模拟分析改进运动的训练方法，使训练更加有效。运动仿真系统常见的功能主要有动作对比、动作分解和技术分析。

动作对比是将运动员实际运动轨迹与标准运动轨迹视频叠加在一起，同步回放，以一致的视角做同步对比。动作分解是指将运动员实际训练轨迹与运动员的动作以全景的方式暂停在一个平面上，以微小的帧率定格在某一个平面上。技术分析是基于运动仿真的多维多态分析，根据运动员实际运动过程中速度、加速度、位移、力及力矩的变化，计算各环节所存在的不足和优势。这可以给教练员指导训练提供科学的依据，便于设计和改进比赛中的技战术方案，也可用于青少年运动员的选材。

生物仿真技术范文第7篇

关键词：虚拟仿真；森林保护学；实验教学体系

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）21-0268-03

实验教学体系是与理论教学有机结合，以“拓展式实验教学”为主导，以能力培养为核心，多层次、多模块、衔接紧密的科学系统，虚拟仿真实验教学体系与教学内容建设是虚拟仿真实验教学中心建设的核心[1]。广西大学自2014年入选国家首批卓越农林人才教育培养计划试点高校以来，根据卓越农林人才培养计划目标，加强学生实践能力培养，强化实践教学环节。其中，广西大学林学院林学专业作为国家首批复合应用型农林人才培养模式改革试点专业，积极推进实验教学改革和实验手段创新，把虚拟仿真技术应用于实验教学，构建了虚实融合的森林保护学虚拟仿真实验教学体系，为卓越农林人才培养和深化教学改革开辟了一条新的途径。

一、森林保护学实验的特点

森林保护学是以保障林业植物健康和森林生态安全为目标，研究病、虫、草、鼠等林业有害生物的生物学特性、发生危害与灾变规律及其防治理论和防治技术的学科。它主要由森林病理学、森林昆虫学、病原真菌学、病原细菌学、病毒学、植物化学保护、林业有害生物预测预报学和林业植物检疫学等多学科组成的综合性学科。森林保护学的功能主要是预防和持续控制林业有害生物的发生和危害，减少灾害损失，保护森林资源和生态安全，促进林业经济可持续发展。森林保护的学科性质和功能决定了森林保护学实验具有以下特点：

（一）实验对象的鲜活性

森林保护学实验的对象往往是鲜活的生物体，如昆虫发育有效积温的测定、昆虫的人工饲养、林木病原菌的分离与鉴定等实验的对象均是鲜活的生物体，实验过程需要确保这些生物体正常的生活环境。

（二）实验事件的偶然性

森林病虫害、火灾等是一种灾害，具有偶然性，也是现实中不希望发生的，当它发生的时候也只有在教学进度和时间合适、实验经费允许的条件下可以安排学生去进行防治实验。相反，当按照实验教学日历要进行森林病虫害防治实验以及森林防火等有关实验的时候却很难找到大片发生病虫害或火灾的森林进行防治和灭火实验。

（三）实验过程的危险性

森林病虫害的化学防治是森林病虫害防治的一种常规技术，但是此类实验由于需要使用具有较大毒性的化学农药，该实验过程及其实验废物的排放均对人体健康造成威胁而不能开设。

（四）实验时间的季节性

森林保护学实验对象的鲜活性决定了森林保护学实验具有季节性。病虫害的发生往往具有明显的季节性，高温高湿的季节发生比较严重，冬季和春季发生比较轻，森林火灾则在干旱的秋冬季较易发生。

（五）实验场所的开放性

森林保护学的一些综合性实验（包括探索性实验、生产性实验和研究性实验），如林业有害生物普查测报、林业有害生物灾害监测预警、林业有害生物综合防治、农药药效试验、重大林业有害生物灾害的应急处置、森林火灾隐患排查、森林火灾扑救、森林可燃物类型的划分、森林火险等级预测预报等实验需要在广阔的林间进行。

二、森林保护学实验虚拟化的必要性

虚拟仿真实验教学是对传统实验教学在思想体系、实验内容、实验方法和手段等颠覆性的变革。它综合应用虚拟现实、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，进而达到真实实验不具备或难以实现的教学效果[2-5]。虚拟实验具有沉浸感、模拟性、交互性、感知性和构想性等特点[6]，有利于提高实验教学的效果，培养学生创新能力和解决问题的能力。采用虚拟仿真技术于实验教学，可以为学生营造“自主实验”的氛围，具有实验成本低、无污染、突破现实实验中时空的限制等优点[7，8]。

因此，将森林保护学实验中一些由于受到场地、时间季节、实验成本、危险性以及不可再重现等方面的限制，难以在传统实验教学中实施的实验开发成虚拟仿真实验是非常必要的。虚拟仿真实验作为真实实验的补充和扩展，具有仿真性、参与感、安全性等特点，与传统实物实验结合，可以使学生获得全面的训练，对培养学生动手能力、观察能力、独立思考能力和创新能力具有重要意义。

三、森林保护学虚拟仿真实验教学体系的构建

广西大学林业科学与工程虚拟仿真实验教学中心根据“虚实结合，能实不虚，以虚扩实”的建设原则，建了“模块化、层次化、多元化”的虚拟仿真实验教学体系（如图1所示），即“森林昆虫、森林病理、化学保护和森林防火”4个模块，每个模块包含“基础实验、专业技能和综合创新”3个层次。形成了虚实融合，以综合创新为特色，以能力培养为核心，多层次、多模块、衔接紧密的森林保护学虚拟仿真实验教学体系。

（一）虚拟仿真实验的四模块

1.森林昆虫虚拟仿真实验模块。本模块主要针对森林昆虫的个体发育、行为习性、危害调查与综合防治等方面的实验进行虚拟仿真。如在森林昆虫多样性调查虚拟仿真实验中，采用虚拟仿真技术虚拟仿真实验背景，制作调查样线及3D化的智能昆虫模型，每种模型昆虫的数量参照当地森林中的丰富度来设定。开展多样性调查时，可将各种昆虫在树林中出现的限制因子设定为季节，以便在不同季节进行多样性调查时得出的结果与自然界相吻合。对调查到的每一种昆虫，配以真实照片，以便学生进行鉴定，做到虚实结合。

2.森林病理虚拟仿真实验模块。本模块主要针对森林病原物的分离鉴定、病害发生发展与综合防治等方面的实验进行虚拟仿真。如桉树青枯病菌主要通过根部和根颈部伤口入侵，在植物体内繁殖，沿着维管束蔓延全株发病，植株失水萎蔫枯死。但这一过程无法在常规的实验课中让学生观察到，也难以让学生理解和掌握。通过虚拟仿真技术，把桉树青枯病症状诊断、发病规律、侵染循环以及防控技术直观呈现，提高学生对桉树青枯病的诊断和防控技术水平。

3.化学保护虚拟仿真实验模块。化学保护的核心是如何科学地使用农药，根据农药、有害生物与环境之间的关系合理使用农药。农药往往具有较大毒性，实验过程及其实验废物的排放均对人体健康造成威胁。本模块主要包括农药的毒力测定、药剂室内药效筛选、林间小区药效试验、农药对植物的药害作用、除草剂的选择作用及防除效果、农药残留分析等仿真实验。

4.森林防火虚拟仿真实验模块。真实森林火灾发生与控制实验具有极其危险性与不可重复性。通过虚拟仿真技术，可以模拟森林火灾场景，通过调整参数输入设置不同火灾发生发展过程，针对不同火灾发展阶段调用不同控制火灾策略和技术，直观展示火灾控制效果。本模块主要包括火灾发生过程的仿真演示、森林火灾隐患排查、森林可燃物类型的划分、森林火险等级预测预报、森林火灾发生与控制技术等仿真实验。

（二）虚拟仿真实验的三层次

1.基础实验层次。该层次主要是演示性试验，让学生了解掌握森林保护学的基础知识和基础技能。

2.专业技能层次。该层次主要是专业技能实验，让学生了解掌握森林有害生物的调查与防治、森林植物检疫、物理防治、生物防治、森林火灾隐患的排查与扑救、农药的配制与使用等专业技能。

3.综合创新层次。该层次主要面向学科前沿和林业生产第一线，让学生参与教师的科研项目，将科研项目研究成果转化为虚拟仿真实验教学资源。此外，森林保护学是一门应用性很强的学科，常常需要解决林业生产上有害生物防治的实际问题。如天敌昆虫的人工饲养及其应用仿真实验可以结合生产实践开展花绒寄甲人工饲养并用于防治松褐天牛。

四、结语

虚拟仿真技术在实验教学中的应用，极大地拓展了实验教学的内容和时空，一些在传统实验条件下难以安排的实验得以全面的开展[9]。但是虚拟仿真实验不能完全代替真实实验，只能作为真实实验的补充和扩展，虚拟仿真实验必须与传统实验相结合，使学生获得全面的实验训练。

多层次、多模块、衔接紧密的森林保护学虚拟仿真实验教学体系把各种森林保护学实验有机串联起来，注重纵向知识体系和横向知识的相互浸透，注重森林保护的基础知识、专业技能和综合创新各个方面的衔接。该体系把实验教学、专业能力培养和科研综合创新有机结合，为卓越农林人才培养和深化教学改革开辟了一条新的途径。

参考文献：

[1]陈国辉，刘有才，刘士军.虚拟仿真实验教学中心实验教学体系建设[J].实验室研究与探索，2015，34（8）：169-172.

[2]张敬南，张H钟.实验教学中虚拟仿真技术应用的研究[J].实验技术与管理，2013，30（12）：101-104.

[3]刘亚丰，吴元喜，苏莉，等.生命科学与技术虚拟仿真实验教学体系的构建[J].实验技术与管理，2015，32（9）：120-123.

[4]王卫国.虚拟仿真实验教学中心建设思考与建议[J].实验室研究与探索，2013，32（12）：5-8.

[5]李平，毛昌杰，徐进.开展部级虚拟仿真实验教学中心建设提高高校实验教学信息化水平[J].实验室研究与探索，2013，32（11）：5-8.

[6]谭珂，潘新华，高原.医学虚拟仿真教学环境的构建[J].中国医学教育技术，2012，26（5）：535-538.

[7]张红宾，赵二刚，张颖.虚拟仿真在电子类实验教学中的应用探讨[J].实验室科学，2015，18（3）：44-46.

[8]傅舒，王洪志，张微，等.虚拟仿真技术在中医学实验教学中的实践与探索[J].成都中医药大学学报（教育科学版），2013，15（4）：13-14.

生物仿真技术范文第8篇

此次会议推介的项目聚焦密码芯片、生物医药、新材料和医疗器械等领域。九州华兴集成电路设计（北京）有限公司、北京健联医疗科技有限公司、北京云道智造科技有限公司、北京颐维生物医药科技有限公司、北京睿宇博为医疗技术有限公司和北京尚水信息技术股份有限公司等六家公司进行了现场路演。本刊记者就其中四家企业进行详细报道。

打破国外垄断

进军高性能密码芯片市场

九州华兴集成电路设计（北京）有限公司（以下简称“九州华兴”）是一家密码芯片领域的高技术海归企业。自2012年成立以来，公司一直致力于我国自主知识产权的高性能高安全性的密码芯片的研发和市场开拓。

在我国芯片市场，美国Cavium公司几乎占据我国所有高性能密码芯片市场，荷兰恩智浦（NXP）公司占据我国95以上的智能卡市场，国民技术公司占据我国USBKey芯片市场的20%市场份额。九州华兴三个序列芯片一旦投入市场，势必将突破外资公司垄断国内芯片市场的局面。

截至目前，九州华兴拥有我国唯一自主知识产权的高性能椭圆曲线密码处理芯片，支持SM2/SM3/SM4国家商用密码算法的高性能密码芯片，有“后量子时代”的密码芯片之称的NTRU格理论密码芯片，以及云计算全通态加密芯片等核心技术。芯片产品已经进入交通、航天、云计算和互联网等领域。

公司由国家“”专家丁丹博士的美国海归团队倾力打造，丁丹本人是密码专家和芯片设计专家，师从我国著名密码学家、清华大学教授王小云，从事后量子密码和密码芯片方面的研究。他领导的核心技术团队全部拥有清华大学、北京大学，以及美国加利福尼亚大学硕士以上学历，并具有美国英特尔、西雅图软件、高通、清华同方等知名企业和实验室多年一线研发经验。

芯片按照性能来划分市场，可以分为超高性能芯片市场、高性能芯片市场、移动智能芯片市场和智能卡芯片市场。

具体而言，超高性能芯片市场主要用于卫星通信和SAR雷达等领域，以军队和航天为主要客户。高性能密码芯片市场主要用于云计算、互联网大型机和安全PC等领域，我国每年出货量4亿台PC和200万台服务器都是高性能密码芯片应用领域，包括曙光、浪潮、华为、联想等大型机集成和云计算提供商，以及PC生产商都是主要客户。在移动终端密码芯片市场，以智能手机为主的智能终端、平板电脑，用于手记移动支付安全和终端的信息安全是主要需求。在智能卡密码芯片市场，主要针对金融IC卡市场，我国现存27亿张磁条卡亟需换成芯片卡，以及数亿张公交卡，市场需求数百亿元。

丁丹认为，“除了上述市场外，在未来云计算安全和物联网等方面的安全需求，密码芯片市场前景不可限量。”根据国家密码局数据，未来五年仅金融密码芯片市场就将形成5000亿以上市场份额。

丁丹为公司制定的战略是，迅速打开和占领大型机、服务器和云计算数据中心系统中的高性能密码芯片市场，即高性能密码芯片市场。

九州华兴研制的Serica THUECC500芯片是我国第一片椭圆曲线密码芯片，从2004年清华大学微电子所诞生以来，经过10年积累，已经相当成熟。这块芯片在制定我国商用密码公交标准过程中起到了巨大的作用。

高性能密码芯片不仅广泛应用于电子政务、电子商务、金融安全、智能卡、通信安全、航天和军工、云计算和物联网、智慧城市、移动支付等诸多领域。

“未来三到五年，首先我们要全面占领高性能密码芯片市场。在全面开拓高性能市场的同时，开始研发移动智能终端密码芯片。接着，在IPO前后，我们还要尝试研发智能卡芯片，进军金融智能IC卡市场，也就是智能卡芯片市场。”用丁丹的话来说，公司研发和市场战略是循序渐进，单点突破。

目前，我国在政策层面开始大力推广密码芯片的国产化和密码算法的国家标准化，这对内资企业是相当大的利好消息，但风险在于政策的延续性和推广力度。对此，九州华兴提出，芯片与国际接轨，既支持我国的密码算法国家标准，又支持欧洲和国际密码算法标准，兼容国内国际两套标准。

两年以来，九州华兴研发投入了近400万元，第一代主打产品研发完成，储备了多项具备颠覆性的先进技术，未来公司计划再投入5000万元，用于研发和市场投入，研发和推广第二代和第三代芯片及解决方案。按照丁丹的预想，公司在未来两三年内年销售额将达到上亿元。

此次，九州华兴计划A轮融资2000万元，2017年下半年开始B轮融资1.2亿元。投资机构必须是全内资公司。

打造领先国外的

第三代仿真件平台

仿真技术是工业企业数字化研发设计的核心技术，在工信部的《智能制造发展规划（2016-2020年）》里，将“建模与仿真技术”列为重点任务之一。

但是，目前我国仿真市场被国外软件垄断，市场份额高达97%以上，国内没有一款拥有完全自主知识产权的通用仿真软件，国外软件使用难、使用成本高等问题，严重制约了仿真技术在我国的普及应用。

北京云道智造科技有限公司（以下简称“云道智造”）是国内领先的大型通用仿真软件平台自主研发机构和技术服务提供商。公司以“仿真技术大众化”和“仿真驱动工业4.0”为使命，采用“互联网+仿真”的模式，解决CAE技术使用难、使用成本高等行业问题，实现仿真技术在制造业的快速普及和应用。

云道智造自成立以来，提出“平台+数字样机”第三代仿真软件架构，提供“私有云平台”定制和专项仿真技术服务等解决方案。

屈凯峰是公司创始人兼总经理，清华大学电机系电气工程博士，在IEEE上发表过7篇文章，获得过国内发明专利3项。2013年，作为核心技术完成人获得国家科技进步二等奖。屈凯峰先后在澳大利亚Zenergy公司、中国电力科学研究院、新西兰斐雪派克公司从事仿真技术咨询服务十余年，对仿真市场需求有精准的把握。龙井平作为首席科学家，曾经是美国移民局杰出人才，掌握CAE软件研发的关键技术，在云道智造负责软件开发和研发团队管理。

云道智造研发的“大型通用仿真软件平台”项目，以打造国产、自主、通用的仿真软件平台为切入点，采用“平台+数字样机”模式，将仿真技术与三维描述、大数据、高速运算等技术有机融合，实现仿真技术的国产化、大众化和智能化。

就技术原理而言，云道智造研发的仿真平台，利用最新的编程语言和互联网思维，将传统仿真软件重构，将求解器、网格剖分、前后处理等核心模块打造成“平台内核”，基于内核搭建数字样机开发环境，开放数字样机开发接口，大幅降低数字样机开发难度，使仿真工程师可以便利地将仿真模型和经验固化成数字样机。用工信部领导的话来说，就是“从传统的几何样机向性能样机、制造样机和维护样机拓展，形成与实体产品对应的数字样机生态体系。”设计师可以下载、使用数字样机，并通过数字样机调用平台内核的仿真技术模块，实现仿真技术和设计技术的分离。

就竞争优势而言，平台开发涉及数学、物理、计算机等多个领域等30多个学科，开发难度大，技术门槛高。平台采用最新的开发语言和最先进的第三代仿真软件平台架构，领先于国外仿真软件。

未来，云道智造将以电力行业为切入点，积极拓展军工、医疗、汽车市场。未来三年，公司计划融资1亿元，主要用于巩固和强化行业领先地位，加快研发进度，强化技术服务实力。其中，4000万元用于平台的开发和完善，6000万元用于市场推广和平台升级。

在国内首创

细胞外泌体原料和技术服务

北京颐维生物医药科技有限公司（以下简称“颐维生物”）是一家聚焦“细胞外囊泡”这一新兴生命科学热点领域进行产业转化的生物技术公司。

在“细胞外囊泡”产业链中，颐维生物处于中上游，提供用于产品生产和研发的原料供给和技术服务。

细胞外泌体是细胞分泌的直径30-100nm的天然磷脂双分子纳米囊泡机构，内含多种活性生物分子，是介导细胞间通讯和旁分泌调节功能的重要介质。

外泌体是液体活检的重要检测指标之一，也是当今体外检测研发的重点方向，外泌体内的生物标志物可用于疾病的早期发现和治疗跟踪，对于临床检验具有非常重要的价值。此外，干细胞外泌体作为干细胞分泌的主要生物活性成份，在促进组织修复和再生、调节免疫机能、改善局部微环境方面具备显著优势，是干细胞生物治疗的前瞻方向。

此外，作为天然的纳米囊泡结构，外泌体是良好的药物载体，在生物兼容性、安全性和免疫原性等方面显著优于病毒载体、脂质体等纳米药剂方案。并且通过生物技术加工，可实现精准靶向给药，以及跨血脑屏障给药，是纳米药剂学的前沿领域之一。

具体而言，颐维生物基于自主搭建的工业级生产平台和工艺流程，首先，面向从事液体活检的研究和临床检测机构及细胞外囊泡基础研究的科研工作者提供外泌体分离纯化试剂盒；其次，面向干细胞治疗研发机构、科研院所、医疗美容机构、健康会所等提供干细胞外泌体产品及定制生产服务，用于美容抗衰老产品的研发生产及干细胞生物治疗的医学研究；其次，面向制药公司和新药研发公司提供天然纳米药物载体，共同研发靶向给药和跨血脑屏障的新药。

颐维生物CEO梁宇是日本东京工业大学分子生物学博士，曾经在清华大学医学院从事博士后研究工作，在分子生物学、抗衰老生物学方面有深入研究。

这一项目的核心优势在于，为自主搭建的工业级细胞外泌体生产及分离纯化平台，可以实现细胞外泌体的工业级批量生产，在标准生产流程和质量标准下，可保证批次稳定性。与实验室规模相比较，平台具有显著的成本优势、稳定性和产能优势。在这一平台生产的外泌体产品可用于干细胞美容抗衰老产品的二次研发和生产，以及用于干细胞治疗的基础研究、临床前研究和临床试验，还可用于和生物药研发企业合作进行新型药剂研发。

截至目前，国内还没有专业从事细胞外囊泡产业转化的生物技术公司，所以颐维生物具有先发优势。

颐维生物将在天使轮融资500万元，出让10%股份。“希望投资人在生物药，尤其是小核酸药物，以及生物治疗领域，包括细胞治疗、干细胞产业链中下游等，具有前瞻性布局。”屈凯峰表示。

降低医疗费用

填补国内高端CT领域空白

北京健联医疗科技有限公司（以下简称“健联医疗”）成立于2015年1月，主要氖赂叨艘搅朴跋裆璞浮⒎帕粕璞负鸵窖软件产品的研发、生产、销售，以及人才培训和技术服务。

用公司创始人邹宇博士的话来说，“健联医疗成立时间虽短，但却积累了北京大学医学物理学科22年发展的成果，核心团队都来自北京大学物理学院”。

作为健联医疗CT首席科学家兼总经理，邹宇毕业于中科院物理研究所，回国前任职美国东芝医学研究院CT首席科学家、杰出科学家，在CT重建算法、X-光物理、光谱CT/双能CT设计、图像处理领域取得了世界领先水平的重大技术突破。

健联医疗拓展的产品和服务可以分为CT领域和产品，特殊用途的专用磁共振成像设备，MRI领域技术和产品，以及医疗软件等四大模块。

健联医疗研发生产的高端CT与国内传统CT相比，以国际领先的电子散射算法解决了噪声对信号的干扰问题，具有大规模、高分辨率、信噪比高、速度快等优点。MRI引导放疗机与传统的引导放疗系统相比，可以系统整合能力，实现更精准的引导，最重要的是安全无辐射。

生物仿真技术范文第9篇

关键词：法医学；三维虚拟技术；实验教学

虚拟仿真技术，又称虚拟现实技术，是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，通过计算机、仿真、人工智能等多种技术，给使用者创造一个三维虚拟世界，并可通过头盔显示器、数据手套等辅助传感设备，让使用者沉浸于一个观测与该虚拟世界交互的三维界面，可直接参与并探索仿真对象在所处环境中的作用与变化，达到身临其境的效果。三维虚拟仿真技术在教育、工业、医学等多个领域都得到了广泛的运用，教育部《关于开展部级虚拟现实实验教学中心建设工作的通知》（教高司函〔2013〕94号）提出：虚拟仿真实验教学是高等教育信息化建设和实验教学示范中心建设的重要内容，是学科专业与信息技术深度融合的产物。近年来，全国各个高校根据本学科及本专业特色，建设了贴合专业的虚拟仿真实验中心，法医学是公安院校刑事技术专业的主干课，是一门对专业与实践要求都很高的学科，学生的动手操作能力与专业知识在培养目标中都非常重要，公安院校重点培养专业的应用型人才，为此，我们利用虚拟仿真技术，建立了法医三维虚拟仿真实验教学平台，本文将从三维虚拟仿真技术在法医学教学中的必要性、建设内容与应用、建设前景等几个方面进行阐述。

1虚拟仿真技术在法医实验教学中应用的必要性

目前，公安院校传统的教学模式与实训方法在培养学生的动手能力，尤其是现场勘验能力方面有着明显缺陷，既往的教学方法主要通过教师课堂讲授知识，检验学生学习效果也是以试卷考试方式为主，侧重学生专业理论知识的掌握情况，虽然也开设一定的实验操作课，但因实验场地、设备等条件的限制，实验内容简单、过时，无法与公安实战紧密结合，且一般情况下，实验教学要求在规定场所规定时间内完成，制约了实验教学的深度与广度；法医学专业课的学习场地局限于校园，而如命案、杀人、交通事故、灾难事件等真实犯罪现场的实验实训场景难以模拟，学生在实训中不能体验真实现场的现场勘验和尸体检验过程，实训教学缺乏生动性；再加上任课教师自身常年从事单纯的教学工作，并非实战部门的法医，缺乏实战经验，实训教学效果不太理想；在实习阶段，因为公安实践中案件的突发性以及现场勘查的及时性等特殊要求，学生所能获得的实践锻炼机会也十分有限。因此，学生毕业走上工作岗位后面对真实案件时，难以迅速担任现场勘查等专业任务，一般需要经过较长时间的学习、摸索才能胜任。三维虚拟仿真实验突破传统实验教学模式的限制，将传统的学习变成直观展示、动态可变的虚拟仿真的沉浸式体验学习，使学生可以沉浸于虚拟的案件现场，模拟勘查员或者法医进行现场勘查与尸体检验，提高学生学习的积极性和主动性，也给教师的教学提供了方便，大大提高了教学质量。同时，搭载智慧教学系统的三维虚拟仿真实训平台也可打破时间与空间的限制，最大限度地利用碎片化时间反复进行模拟操作，从而达到熟练掌握操作步骤的目的，虚拟仿真实验教学建设顺应了教育信息化的发展趋势和现实需要，更符合公安院校学生学习法医学的需求。

2法医三维虚拟仿真实验教学系统的建设内容

2.1虚拟仿真实验教学管理平台的建设

在学院智慧校园的基础上建设三维虚拟仿真实验教学管理与共享平台，通过此平台可以进行实验教学开课、选课管理、实验教学过程化管理（课前预习、课中考勤、实验过程考核、线上实验报告、实验成绩评分）、在线学习（视频课件学习、在线练习、在线考核、在线答疑、虚拟仿真实验、课程导读）、实验教学资源开放共享、实验室仪器设备管理、开放实验管理等，同时可根据学院的需要对接云平台上第三方虚拟实验课程资源或自建课程资源，为学院虚拟实验教学环境提供应用平台。另外，此平台可以与学校已经建设完成的校级实验室开放管理平台、远程视频管理系统无缝对接，实现虚拟仿真实验教学管理与共享管理平台的智能管控，实现实验教学的“虚实结合”，“智能、智慧型”管理。如图1。

2.2三维虚拟仿真命案现场勘查系统的建设

通过虚拟仿真引擎工具为技术开发平台，结合3D建模、计算机网络、动画模拟、人机交互等手段，结合二维和三维多种方式，仿真模拟一个现代小区场景，提供一整套三维场景，包含犯罪现场场景（外景、中心现场场景）、指挥中心场景、法医解剖室、讯问室场景、痕迹实验室场景、声像实验室场景、专案组场景、物证技术室内场景等场景，虚拟仿真还原真实案件的全过程，包括接报案、立案、现场勘查、尸体检验、现场走访、案情分析、物证技术检验、侦查措施与侦查技术的应用、抓捕、讯问、结案等环节的案件侦查综合实验。通过三维仿真技术，以第一人称的形式模拟现场勘查的整个过程，包括现场巡视、拍照、获取现场视频资料、寻找案发中心现场，在现场勘查时，对现场勘查箱里的常见工具、设备、试剂进行三维建模，通过对这些工具、试剂和设备仿真模拟操作，模拟在现场勘查中的发现、固定、提取、包装并记录现场生物物证以及足迹、手印等痕迹物证，通过虚拟命案现场的仿真操作，选择不同的提取方法来实现物证的发现提取方法，从而掌握现场检材的正确勘验方法，系统根据学生的操作流程及规范，对操作错误的地方进行启发性指导，并在后台进行记录、扣分等处理方式，加强学生对易错环节的记忆。打造不同性质不同类别的案件虚拟仿真勘查操作系统，具有紧贴公安实战、案件现场高度还原、操作深度参与的特点。通过对虚拟物证的反复操作训练，让学生对各类物证的发现、固定、提取及包装能更规范、更全面，进而掌握案件现场勘查的基本技能与勘查思维。如图2。

2.3建设三维虚拟仿真尸体检验系统

通过三维虚拟仿真技术，操作者以第一人称的形式，进入现场内，完成案发现场的初步尸体检验，模拟办案的常规步骤，进入虚拟仿真的法医病理解剖实验室（如图3），并通过对解剖工具进行三维建模，模拟法医分别对尸体进行衣着检验、尸表检验及尸体解剖，模拟检验、记录衣着情况，衣服损伤情况等，尸表检验则对建模的尸体进行常规尸体外表检验、创伤检验、尸体现象等的模拟检验，尸体解剖则模拟选用不同解剖工具对人体体腔、器官进行解剖检验，模拟检验还需记录各种阳性发现和阴性结果，并尽可能全面提取组织、体液、毛发、指甲等生物检材以备检。通过虚拟操作尸体解剖检验了解人体的基本结构以及损伤特征，三维虚拟仿真的尸体检验系统能将抽象的人体结构与损伤逼真地呈现出来，通过虚拟操作，加深了无医学基础知识的公安院校学生对法医学知识的理解，提高学生规范保护、处理尸体以及物证的能力。图3三维虚拟法医病理解剖实验室上述的现场勘查系统与尸体检验系统在虚拟操作时分为教学模式和考核模式。在教学模式下，让学生重复实验操作练习，并提供实验操作流程的详细指导，学生能够根据操作提示一步一步进行练习，如果学生操作错误，系统会根据学生的操作流程及规范，对操作错误的地方进行启发性指导，并在后台进行记录、扣分等处理。考核模式下则不提供指导，系统统计学生错误点自行扣分，老师可导出成绩到指定的虚拟实验管理平台，在操作实验的过程中，对带有摄像头的电脑，可间断性的采集正在做实验的同学头像并进行存档，用以监控学生的整个实验过程。虚拟勘验结束之后学生可进入现场调查访问、实验室物证检验、办案人员案情分析等场景，物证检验环节则将学生在现场勘查、尸体检验过程中提取的物证进行检验分析，包含手印分析、足迹检验、生物物证的DNA检验等，学生需根据检验结果、调查访问情况等对案情进行综合分析与研判，对案件性质、死者死亡原因、致伤物等作出判断。最后，系统根据学生的操作和答题情况给出得分和成绩分析，实现整个虚拟实验过程性评价。

3虚拟仿真技术在法医学实验教学中的应用前景与不足

三维虚拟仿真技术在法医学实验教学中的应用主要借助于计算机、传感器等设备构建的虚拟案件场景与角色，让学生在虚拟仿真的场景中进行实验操作，不仅可以突破现实实验时间与空间条件的限制，开设一些在现实实验室中无法进行的实验操作，大大拓展实验内容，还可以通过沉浸体验式的操作练习，激发学生的学习兴趣，提升学生实验操作技能。学生还可以依托网络教学平台，不限时间与场地，从而实现学生无边界的学习，对提升教学效率，加大实验教学改革具有重大意义。因此，三维虚拟仿真技术应用于法医学的实践教学中，对于法医学专业发展有较大的影响，发展潜力巨大，同时应用前景也较广阔。近年来，全国各地公安院校在实验教学中逐步引入了三维虚拟仿真技术，已成为实验教学改革的新趋势，在提高公安专业学生现勘能力和培养合格的公安实战型人才等方面，虚拟仿真技术的重要性将越来越凸显。我们将在今后的工作中，不断完善我校的法医学虚拟仿真实验教学新模式，逐渐实现法医病理、法医物证、法医毒物、痕迹检验等多门刑事技术学科的融合，为该技术在公安教育中推广普及提供支持。三维虚拟仿真实验教学虽然解决了传统教学方式中的场地与部分内容无法实现等问题，但仍只是在法医学实验教学中起到一定作用，并不能完全代替真实的实验操作，尤其是一些精细的动手操作的实验步骤，三维虚拟仿真实验尚不能完全达到效果，还需要在真实的实际操作中进行训练，尽量做到“虚实结合，能实不虚”，让三维虚拟仿真技术既能有效补充实体实验的不足，同时又做到不依赖，不盲从。三维虚拟仿真技术的真实性尚不能满足实际运用的要求，要模拟真实性达到与真实人体接近，不仅要升级硬件，更需优化软件，将实验设计能力要求降低，让教师能根据课程及教学的实际需要，实现设计自主化、智能化。另外，虚拟图像易使使用者眼睛疲劳，导致头晕恶心，尤其是在使用VR头盔时，易失去平衡和方向感，容易出现摔跌现象，因此三维虚拟技术的人机界面也需持续改进，提升画面质量。

生物仿真技术范文第10篇

【关键词】电子仿真技术 电气维修 软件 应用

随着社会经济的突飞猛进，电子仿真技术逐渐进入到人们的视野当中。就现阶段而言，电子仿真技术作为一项新型的解决电气维修问题的手段，逐渐受到更多的关注和重视。但随着电气维修中的问题越来越多，涉及的范围也越来越广泛，电子仿真技术的应用恰好能帮助解决一些电气维修问题，并为之提供高效的工作环境。电子仿真技术操作性强，在电气维修领域有很大的功能，如进行电路设计、处理、解决电路问题以及对出现故障的设备进行问题分析，加强电气维修工作对电子仿真技术的学习力度，是新时代提升电气维修工作者实际工作技能的手段之一，也是跟随时代步伐、与时俱进的一大体现。

1 电子仿真技术

电子仿真技术是一门涵盖了PSpice、Edison仿真软件、电路图工作过程当中所要运用到的图像编辑和图像处理程序以及电路文本文件等综合性技术软件。换言之，电子仿真技术是一门包含了多种软件和技术的综合技术，其工作原理是以现有信息技术和系统理论为指南，以计算机和其它设备为依托，进行实际操作和演练。

信息化时代已悄悄进入我们的生活当中，基于信息化的时代背景，电子信息技术及计算机技术早已广泛被应用在各大行业和领域当中，电子仿真软件是将集电子信息技术和计算机技术结合起来，组成一个由真实设备和其它计算机系统组成的结构。随着社会的发展和计算机的越来越普及，电子仿真技术也在慢慢的突破传统工业生产的领域，开始往更广泛的领域发展，如生物、经济领域等。电子仿真技术主要分为硬件和软件，仿真硬件即以计算机系统为基础，其它多媒体软件为辅助，计算机系统包括模拟和数字计算机两种形式，这两种形式是计算机系统软件应用的一种特殊体现形式。通过将电子仿真软件应用电气维修领域中，有利于快速解决问题，大大的提高工作效率，降低成本。

2 电子仿真技术在电气维修中的应用

由于电子时代的到来和各种电子技术的发展，传统的电气维修技术已得不到满足，因此对于新的电气维修技术就有了急切的渴求。基于此，一种集高科技及应用性强的维修技术即电子方针技术随之而衍生并备受关注，这就是虽处于起步阶段但早已被业内人士看重并熟知的电子仿真技术。除此之外，电气维修行业除了要对基本维修技能及电路设计、处理等有系统的了解和对问题进行快速的判断和诊断，还需要能够通过实际电气设计维修熟悉的参数测量和处理优势，因此这导致电气维修人员需要通过熟练掌握其中问题设置参数才能完善处理各种一环和问题，电子仿真技术恰好能帮助电气维修工作者传达设置参数，从而提高工作者的工作效率。目前电子仿真技术在电气维修中的应用主要分为如下两种：

2.1 电子仿真软件在电气维修中的应用

将电子仿真软件应用到电气维修当中不仅能节约维修成本，而且能锻炼和提升维修工作者应用电子软件的能力。对于电子仿真软件在实际电气维修操作过程首先是将电路中的元件找出来再通过电子仿真软件匹配相应的参数最后运用示波器观察各个点的输出波形的结果。通过电子仿真软件的应用能减少仪器的损坏和节约维修师傅的时间，节省了大量人力物力及财力，原理是传统电气维修所使用的方法会让对于接触示波器比较少的使用者在使用真实的示波器时可能由于陌生或紧张造成示波器的损坏，从而导致成本的增加。相反地，电子仿真软件在电气维修中的应用则不会出现上述现象，通过电子仿真软件可以非常清楚的看到波形结果，这是由于电子仿真软件中装载的示波器和真实示波器相似，非常容易上手，这样就能减少仪器的损坏和节约维修师傅的时间，同时也能提升电气维修工作者能力。

2.2 电子仿真软件网络虚拟实验室在电气维修中的应用

作为当前的一项热门技术，虚拟技术拥有广阔的应用前景，涉及领域广，在军事、航空、通信以及医疗、电气维修等方面有应用十分广泛，而在电气维修领域也有应用的地方，即虚拟实验室，是指通过新兴技术，如多媒体、电子计算机以及电子仿真技术为电气维修者实现一个安全可靠的工作环境，这种虚拟制造出来的工作环境与真实的环境相似，那么就可以让工作者熟识工作内容并且在问题和状况发生之前有所察觉。就现阶段而言，我国网络虚拟技术还不太成熟，正处于起步阶段，较之国外而言还有许多需要改进的地方。目前我国对网络虚拟实验室的探讨和研究可从以下两方面来分析：

2.2.1 软件仿真形式的网络虚拟实验室

软件仿真形式的网络虚拟实验室指的是通过以电子仿真软件为出发点，创造出与真实工作环境相似的虚拟工作环境，从而让电气维修工作者通过网络途径进行研究学习以及电路编辑、设计以及问题处理等。这种形式既能节约成本，同时也能降低实际操作过程问题的发生机率。

2.2.2 直接操作远程试验的网络虚拟实验室

这种直接操作远程试验的网络虚拟实验室与软件仿真形式最大的区别在于，前者是所借助的真实存在的实验设备。其工作原理就是：电气维修工作者在实际操作过工程中通过接收电子仿真软件传达出来的具体参数及对实际问题进行仿真分析，在相关电子仿真软件对其进行分析并取得实际解决方案和具体参数之后传达给电气维修工作者，最后由电气维修工作对操作设备进行调试，一般采用边调整边观看设备运行状态及输出结果。这样能最大限度的提高电气维修工作者的工作效率，并有效减少资源的浪费。

电子仿真技术操作性强，在电气维修领域有很大的功能，如进行电路设计、处理、解决电路问题以及对出现故障的设备进行问题分析，加强电气维修工作对电子仿真技术的学习力度，是新时代提升电气维修工作者实际工作技能的手段之一，也是跟随时代步伐、与时俱进的一大体现。电子仿真技术不仅对电气维修领域有着非同凡响的意义，也能拓展电气维修工作的事业，提升他们的工作积极性，从而促进电气维修行业的飞速发展。

参考文献

[1]王晓.电子仿真技术在电工维修中的应用[J].科技与生活，2011，（24）：171-171.

[2]张仁育.电子仿真技术在电工维修中的应用[J].科技创新与应用，2015，（18）：189-189.

[3]王迎军.电子仿真技术在电工维修中的应用探讨[J].中国电子商务，2014，（16）：245.

作者单位