時(shí)間：2023-04-06 18:33:15
導(dǎo)語：在虛擬仿真技術(shù)論文的撰寫旅程中，學(xué)習(xí)并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了九篇優(yōu)秀范文，愿這些內(nèi)容能夠啟發(fā)您的創(chuàng)作靈感，引領(lǐng)您探索更多的創(chuàng)作可能。
【關(guān)鍵詞】 仿真技術(shù) 高技術(shù) 產(chǎn)業(yè)化 知識(shí)經(jīng)濟(jì)
引言
盡管仿真技術(shù)已經(jīng)很快發(fā)展,但在若干問題上仍然存在不同的見解。
比如,有人說仿真技術(shù)是要花費(fèi)很多錢,所以它的成果只是榮譽(yù)性的。這種看法與當(dāng)今把每臺(tái)核電站仿真機(jī)以1000多萬美金,飛機(jī)仿真機(jī)以1500~2000萬美金的價(jià)格從美國、加拿大引進(jìn)到中國的現(xiàn)實(shí)相矛盾,也具體說明了仿真技術(shù)的成果仍然形成了一個(gè)高價(jià)位的高科技產(chǎn)品和產(chǎn)業(yè)。
又如,有人說在市場經(jīng)濟(jì)的環(huán)境里,仿真技術(shù)的產(chǎn)值搞不大,相關(guān)的市場在萎縮;也有人認(rèn)為仿真技術(shù)是21世紀(jì)戰(zhàn)略性技術(shù),仿真技術(shù)肯定會(huì)大發(fā)展。
當(dāng)前,一場以高技術(shù)為中心的新的科技革命正在蓬勃發(fā)展,對(duì)整個(gè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展將產(chǎn)生重大影響。世界的經(jīng)濟(jì)向知識(shí)(智力)經(jīng)濟(jì)過渡,信息技術(shù)迅猛發(fā)展與知識(shí)經(jīng)濟(jì)來臨之際,對(duì)仿真技術(shù)將有什么作用,仿真技術(shù)將會(huì)有什么地位,如何迎接機(jī)遇,都應(yīng)盡快考慮,這是業(yè)界的大事。
鑒于上述,作者經(jīng)過幾年的反復(fù)觀察、研究、分析和思考寫下本文。
1. 從仿真技術(shù)定義變化中考查
自從仿真概念出現(xiàn)以來,仿真的定義隨著技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展不斷深化。
比如,牛津英文字典中初期的仿真定義是:"To imitate conditions of situation with a model for convenience or training"。后來變?yōu)?"The technique of imitating the
behavior of some situation or system (economic, mechanical, etc.) by means of an analogous model,
situation, or apparatus, either to gain information more conveniently or to train personnel"。
1993年7月,國內(nèi)在《火炬計(jì)劃基本概念及相關(guān)名詞術(shù)語解釋》中,對(duì)仿真技術(shù)作了很詳細(xì)的定義,見參考文獻(xiàn)[7]。關(guān)于仿真技術(shù)的定義,到目前為止,就很難用簡單的語言描述。國內(nèi)外學(xué)者從不同角度作了描述,可歸納如下幾點(diǎn):
仿真技術(shù)是出自對(duì)系統(tǒng)的研究,是通過用系統(tǒng)模型對(duì)真實(shí)系統(tǒng)或設(shè)計(jì)中的系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn),以達(dá)到分析、研究和設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的目的;
仿真技術(shù)是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ),計(jì)算機(jī)能力提高了,仿真技術(shù)水平也提高,使之有能力去描述更復(fù)雜的系統(tǒng);
仿真技術(shù)隨需求發(fā)展,提出了大量共同性的理論、方法和技術(shù)問題,致使仿真逐步形成了一門獨(dú)立的學(xué)科;
仿真技術(shù)已成為計(jì)算機(jī)應(yīng)用的一個(gè)重要的領(lǐng)域;
仿真技術(shù)應(yīng)用范圍十分廣泛,無孔不入的一門綜合性學(xué)科,已廣泛應(yīng)用于航空、航天、通信、船舶、交通運(yùn)輸、軍事、化工、生物 、醫(yī)學(xué)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)等自然科學(xué)與社會(huì)科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域,其重要性已廣為人知;
仿真技術(shù)用于揭示已知對(duì)象和未知對(duì)象的內(nèi)在特性、分系統(tǒng)之間的關(guān)系和運(yùn)作規(guī)律,以研究已知和預(yù)測(cè)未知;
仿真技術(shù)是高技術(shù)領(lǐng)域中的關(guān)鍵技術(shù)之一。
2. 仿真技術(shù)主要研究的內(nèi)容和成果分析
2.1 仿真技術(shù)主要研究的內(nèi)容
仿真技術(shù)雖是計(jì)算機(jī)應(yīng)用的一個(gè)重要的領(lǐng)域,但也有其自身作為一門專有技術(shù)的研究內(nèi)容,有問題和難點(diǎn),也有發(fā)展方向和規(guī)律,形成了仿真技術(shù)的主體技術(shù)。這些技術(shù)又在廣泛而豐富的需求中深化和發(fā)展。仿真技術(shù)的研究內(nèi)容最少應(yīng)包括總體技術(shù)、仿真支撐軟件技術(shù)與工具、建模技術(shù)和應(yīng)用技術(shù),表1歸納了這些仿真技術(shù)的研究內(nèi)容:
表1:仿真技術(shù)的研究內(nèi)容 總體技術(shù) ①學(xué)科的理論研究;②仿真技術(shù)的發(fā)展與開拓;③仿真技術(shù)與支撐技術(shù)的關(guān)系;④系統(tǒng)的分析與劃分;⑤仿真技術(shù)在信息技術(shù)和產(chǎn)業(yè)中的地位研究;⑥大型仿真系統(tǒng)研究
仿真支撐軟件技術(shù)與工具 ①支撐軟件理論與方法;②仿真支撐軟件技術(shù);③面向?qū)ο笾渭夹g(shù);④面向各項(xiàng)領(lǐng)域的共性工具軟件;⑤專用的工具軟件;⑥軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu);⑦實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫
建模技術(shù) ①仿真對(duì)象與系統(tǒng)分析;②建模理論與方法;③仿真算法與語言;④驗(yàn)證方法與標(biāo)準(zhǔn)
應(yīng)用技術(shù) ①應(yīng)用領(lǐng)域開拓研究;②應(yīng)用軟件系統(tǒng);③應(yīng)用的相關(guān)技術(shù);④應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法
2.2 從仿真技術(shù)的成果分析
近幾年來,國內(nèi)外仿真技術(shù)領(lǐng)域取得了豐碩的成果,體現(xiàn)出重大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。主要的成果例舉如下:
2.2.1 仿真支撐系統(tǒng)的發(fā)展
70年代末,國際上一些國家在實(shí)現(xiàn)仿真技術(shù)產(chǎn)業(yè)化過程中,強(qiáng)化了仿真支持系統(tǒng)的概念。因此,仿真支撐系統(tǒng)已經(jīng)不僅是仿真領(lǐng)域關(guān)鍵的技術(shù)之一,而且是"解放"仿真系統(tǒng)開發(fā)者和使用者的最重要手段。它不僅賦予仿真系統(tǒng)以生命力,同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)仿真技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)。在應(yīng)用過程中,它是實(shí)現(xiàn)仿真目標(biāo)和解決問題的概括和總結(jié),它支撐了仿真系統(tǒng)的整個(gè)生命周期,包括對(duì)仿真對(duì)象分析、仿真模型的表達(dá)、仿真模型的生成和運(yùn)行、仿真過程的調(diào)試和修改、實(shí)時(shí)運(yùn)行、仿真數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、恢復(fù)及跨平臺(tái)的聯(lián)合運(yùn)行。因此,近幾年來,國內(nèi)外已經(jīng)十分重視對(duì)仿真支撐系統(tǒng)的研究,也出現(xiàn)了不少成果。從科技進(jìn)步角度來分析,主要表現(xiàn)為:
(1)開放性和構(gòu)件概念,包括:構(gòu)件命名服務(wù)(Component Name Services)、構(gòu) 件對(duì)象服務(wù)(Component Object Services)等為構(gòu)件客戶服務(wù)。
(2)提供通用數(shù)據(jù)表示方法,讓集成工具之間共享信息。
(3)支撐范圍擴(kuò)大,表示在支撐仿真應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)上的實(shí)現(xiàn)。
(4)支撐多媒體技術(shù)的應(yīng)用,使仿真系統(tǒng)的人機(jī)界面得以改善。
2.2.2 面向?qū)ο蟮姆抡婕夹g(shù)
近十幾年來,面向?qū)ο蠓抡?Object Oriented Simulation,簡稱OOS)研究、開 發(fā)和應(yīng)用有很大的進(jìn)展,在廣泛的領(lǐng)域里,各種各樣的模型是由OOS語言(或稱編程工具)和開發(fā)環(huán)境中出現(xiàn)。由于OOS為系統(tǒng)建模提供了靈活的方法,它的基本
特性使之不同于傳統(tǒng)的仿真方法,而且適用于大型的更為復(fù)雜更分散的仿真系統(tǒng),以及基于網(wǎng)絡(luò)的仿真系統(tǒng)。而且,支撐OOS的工具已不少實(shí)現(xiàn)商品化了。例如:
(1)由于國際間多國合作的出現(xiàn),對(duì)共享仿真環(huán)境的需求擴(kuò)大,網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)被用在基于共享的仿真環(huán)境,如虛擬工廠教學(xué)系統(tǒng),它允許學(xué)生單獨(dú)工作或組成虛擬的隊(duì)、建造工廠、預(yù)測(cè)產(chǎn)品需求、計(jì)劃生產(chǎn)、制定日程進(jìn)度等
(2)面向?qū)ο蠓抡嬖谔幚韽?fù)雜系統(tǒng)模型時(shí),是一個(gè)極好的工具。將這類模型分成幾個(gè)子模型,做到仿真程序結(jié)構(gòu)與真實(shí)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相似。如解決互相聯(lián)系的異步電動(dòng)機(jī)組的仿真控制問題等。
3. 仿真技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的快速擴(kuò)大
近幾年世界上應(yīng)用仿真技術(shù)去解決科技、生產(chǎn)、社會(huì)各方面問題的事例層出不窮,使仿真技術(shù)的應(yīng)用能力拓展,滲透性增加,無處不在,無孔不入。例舉幾項(xiàng):
(1)仿真技術(shù)在工業(yè)系統(tǒng)的多種應(yīng)用取得了巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益;
(2)利用仿真技術(shù)來模擬人們不斷增加對(duì)海港、船舶的到達(dá)方式,海港運(yùn)作方式的變化需求,用于實(shí)現(xiàn)海港現(xiàn)代化管理或新建海港選擇和投資考察;
(3)應(yīng)用質(zhì)量工程及仿真提高巨型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能。性能評(píng)估在計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)、開發(fā)、配置、調(diào)節(jié)中是一個(gè)重要環(huán)節(jié),應(yīng)用質(zhì)量工程和仿真技術(shù)來提高巨型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能;
(4)應(yīng)用仿真技術(shù),開展語言系統(tǒng)研究,取得重要成果;
(5)仿真技術(shù)在制造業(yè)中應(yīng)用和發(fā)展近幾年來在國內(nèi)也取得很好的成果,仿真技術(shù)在制造業(yè)的應(yīng)用是從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到制造,以至測(cè)試維護(hù)的整個(gè)生命周期中,計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)貫穿始終;
(6)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用范圍擴(kuò)大。它在醫(yī)療領(lǐng)域中開始應(yīng)用,虛擬教學(xué)、虛擬會(huì)議系統(tǒng)等取得一定效果,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與娛樂的結(jié)合更有廣泛市場。
4. 從軟科學(xué)技術(shù)發(fā)展展望仿真技術(shù)的作為
軟科學(xué)技術(shù)是為管理和決策服務(wù)的科學(xué)技術(shù),或者可以定義為幫助人更直接、有效、全面和系統(tǒng)地使用迅速發(fā)展的各類科學(xué)技術(shù)知識(shí),并進(jìn)行科學(xué)管理和科學(xué)決策的科學(xué)。從軟科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用性表現(xiàn)來說,如果說科學(xué)的研究是基礎(chǔ)研究的話,軟科學(xué)技術(shù)則是應(yīng)用研究,產(chǎn)生的專家系統(tǒng)則是技術(shù)開發(fā)。
醫(yī)學(xué)和工程領(lǐng)域管理決策的專家系統(tǒng)的研究成果幾年后將被投入使用。例如美國許多大公司都開始用人軟件,幫助做許多種經(jīng)營工作。這意味著類似"仿真腦"的系列產(chǎn)品將要出現(xiàn),仿真技術(shù)在管理和決策方面的應(yīng)用將推向各個(gè)領(lǐng)域。在仿真各種管理與決策系統(tǒng)的過程中,仿真技術(shù)將快速發(fā)展,產(chǎn)業(yè)化的步伐將加快。
軟科學(xué)技術(shù)是有前途的。在人類知識(shí)每5年翻一番的情況下,任何人如果不*電腦處理事務(wù),也就是說不*"看不見的頭",是無法妥善、有效處理的。如果說軟科學(xué)技術(shù)會(huì)成為21世紀(jì)的先導(dǎo)和骨干高科技,推動(dòng)軟科學(xué)技術(shù)發(fā)展的仿真技術(shù)也是分析復(fù)雜問題,提示相互關(guān)系,仿真人腦管理和決策的骨干高科技之一。5. 仿真技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)和趨勢(shì)
近幾年,以計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)與傳感技術(shù)為主導(dǎo)的信息技術(shù)的飛快發(fā)展,為仿真技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入一個(gè)嶄新的環(huán)境打下了良好基礎(chǔ)。仿真技術(shù)的發(fā)展將出現(xiàn)新概念、新應(yīng)用和新的地位。由目前發(fā)展情況分析,有如下值得注意的特點(diǎn):
(1)仿真技術(shù)是一門獨(dú)立的學(xué)科,但它離不開計(jì)算機(jī)技術(shù)。只要計(jì)算機(jī)技術(shù)在飛快地發(fā)展,仿真技術(shù)就一定隨之快速發(fā)展;
(2)仿真技術(shù)作為信息技術(shù)族內(nèi)的成員,它不僅自身發(fā)展快,而且與信息技術(shù)各項(xiàng)發(fā)展結(jié)合也快,它們永遠(yuǎn)面對(duì)新問題、組織新技術(shù)、形成新的系統(tǒng)工程。因此,仿真技術(shù)是不斷研究新現(xiàn)象、分析新規(guī)律、揭示相關(guān)系統(tǒng)、找出解決方法的強(qiáng)有力工具;
(3)在知識(shí)經(jīng)濟(jì)來臨、知識(shí)管理的形成和發(fā)展中,仿真技術(shù)是最好的工具。它將被更多人了解和掌握。美國很多大公司開始用"人軟件"代替人類做多種經(jīng)營工作。預(yù)計(jì)類同"仿真腦"系列的產(chǎn)品將會(huì)被成批生產(chǎn),用以代替人們進(jìn)行管理和決策;
(4)仿真技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣,在信息技術(shù)發(fā)展中,將出現(xiàn)獨(dú)特的地位;
(5)目前,在全世界軟件產(chǎn)業(yè)快速進(jìn)展的環(huán)境中,仿真支撐軟件,各種工具軟件(包括專用仿真語言),乃至于通用的應(yīng)用軟件、商品化的周期縮短;
(6)面向?qū)ο蟮募夹g(shù)和應(yīng)用發(fā)展較快,一方面推動(dòng)仿真概念變化,另一方面適應(yīng)復(fù)雜、非線性應(yīng)用的能力增大;
(7)由于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,為異地、異國應(yīng)用提供了可能,將對(duì)仿真技術(shù)提出新的挑戰(zhàn),也推動(dòng)了發(fā)展。預(yù)計(jì)仿真技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合,將出現(xiàn)新的概念,并擴(kuò)大應(yīng)用范圍;
(8)仿真技術(shù)在培訓(xùn)領(lǐng)域中已有了豐碩的成果,比如:核電站、飛機(jī)的仿真機(jī)等都是培訓(xùn)所必需的仿真系統(tǒng)產(chǎn)品。
6. 知識(shí)經(jīng)濟(jì)的特征和仿真技術(shù)的地位
人類在經(jīng)歷了漫長的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)、工業(yè)經(jīng)濟(jì)時(shí)代后,正迎接著知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代的來臨。1997年,人們第一次提出知識(shí)經(jīng)濟(jì)的概念,大家認(rèn)為它是建筑在知識(shí)和信息基礎(chǔ)上的經(jīng)濟(jì);以知識(shí)和信息的生產(chǎn)、分配和使用為直接依據(jù)的經(jīng)濟(jì);知識(shí)是提高生產(chǎn)率和實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長的驅(qū)動(dòng)器。國內(nèi)外學(xué)者對(duì)此也有各種說法。如:知識(shí)經(jīng)濟(jì)是以智力資源的占有、配置,以科學(xué)技術(shù)為主的知識(shí)生產(chǎn)、分配和使用為最重要因素的經(jīng)濟(jì)。又如:知識(shí)經(jīng)濟(jì)所要表述的是一種新的復(fù)雜的經(jīng)濟(jì)狀態(tài),它是指以現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)為核心,建立在知識(shí)和信息的生產(chǎn)、存儲(chǔ)、使用和消費(fèi)之上的經(jīng)濟(jì)。它有豐富的內(nèi)涵和明顯的特征。只有通過對(duì)其內(nèi)涵和特征的分析并與仿真技術(shù)及其應(yīng)用、產(chǎn)業(yè)化社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益比較,才能充分看到仿真技術(shù)在知識(shí)經(jīng)濟(jì)環(huán)境中的地位。
(1) 知識(shí)經(jīng)濟(jì)特征與仿真技術(shù)特點(diǎn)的切合。
(2) 仿真技術(shù)是推動(dòng)知識(shí)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。
(3) 仿真技術(shù)及其應(yīng)用,形成知識(shí)產(chǎn)品和服務(wù),以及產(chǎn)業(yè)化的效益推動(dòng)知識(shí)經(jīng)濟(jì)的增長。
7. 結(jié)論
通過考察和分析,我們看到知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代的來臨給仿真業(yè)界帶來了新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇,仿真技術(shù)將因自身的特點(diǎn)而在知識(shí)經(jīng)濟(jì)環(huán)境中快速發(fā)展,反之也推動(dòng)知識(shí)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。仿真技術(shù)與軟科學(xué)及其它相關(guān)技術(shù)的結(jié)合將加快高附加值產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程,給整個(gè)社會(huì)帶來新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn),仿真技術(shù)大有可為。
參考文獻(xiàn)
[1] 游景玉,實(shí)時(shí)仿真技術(shù)及其應(yīng)用,珠海出版社,1997年
[2] 游景玉,論文"論仿真技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化", 珠海出版社,1999年
[3] 游景玉 吳芳輝,論文"仿真支撐系統(tǒng)技術(shù)的研究與發(fā)展",珠海出版社,1999年
[4] 游景玉 吳芳輝,論文"新世紀(jì)仿真技術(shù)展望", 珠海出版社,1999年
[5] 游景玉,論文"論仿真技術(shù)在高技術(shù)發(fā)展中的地位", 珠海出版社,1999年
論文摘要：針對(duì)電子信息類專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題，結(jié)合實(shí)際的教學(xué)條件，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出了改革，將仿真技術(shù)應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)體系中，避免了實(shí)驗(yàn)條件的空間和時(shí)間限制，充分發(fā)揮了學(xué)生能動(dòng)性，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。
實(shí)驗(yàn)是電子信息類專業(yè)學(xué)生課程教學(xué)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是對(duì)理論教學(xué)的補(bǔ)充和深化，其開設(shè)方式關(guān)系到學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握和應(yīng)用，直接影響著學(xué)生的操作技能、主觀能動(dòng)性和實(shí)際動(dòng)手能力的提高，也決定著理論和實(shí)驗(yàn)的教學(xué)水平。因此，在教學(xué)過程中一定要加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)這個(gè)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，充分利用實(shí)驗(yàn)資源來培養(yǎng)和提高學(xué)生解決問題的能力和創(chuàng)新能力，使學(xué)生能夠更加快速地適應(yīng)于將來的工作。加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，最大限度地利用學(xué)校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，對(duì)提高教學(xué)水平，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力和綜合素質(zhì)具有重要的意義。
1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)的傳統(tǒng)模式和問題
在我國高校工科教育中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)硬件條件普遍不足，或者是硬件實(shí)驗(yàn)條件的發(fā)展跟不上技術(shù)的要求，同時(shí)各高校大幅度擴(kuò)大招生，實(shí)驗(yàn)教學(xué)硬件條件更顯不足。加大對(duì)實(shí)踐教學(xué)條件的投入，加強(qiáng)培養(yǎng)實(shí)踐教學(xué)科技人才，強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容和條件的改革與建設(shè)，在當(dāng)前來說具有特殊重要性[1]。我國教育主管部門也在積極得進(jìn)行著推進(jìn)實(shí)踐教學(xué)的改革與建設(shè)。例如：在全國高校本科教學(xué)水平評(píng)估中，實(shí)驗(yàn)室建設(shè)基地和建設(shè)經(jīng)費(fèi)以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革就是一項(xiàng)重要的指標(biāo)內(nèi)容。越來越多的高校開始響應(yīng)教育部的號(hào)召，實(shí)行了“雙基”實(shí)驗(yàn)室，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步建設(shè)“實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心”。
目前，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的傳統(tǒng)模式的缺點(diǎn)主要表現(xiàn)有：
1）實(shí)驗(yàn)設(shè)備陳舊，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ絾我唬?nbsp;
2）驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)分量大，與設(shè)計(jì)性、綜合性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)之間的比例失調(diào)；
3）先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的引入還不夠；等。
2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法改革勢(shì)在必行
隨著計(jì)算機(jī)的普及和應(yīng)用，在教學(xué)中也越來越多地借助計(jì)算機(jī)來輔助設(shè)計(jì)方法，同樣，在實(shí)驗(yàn)中借助計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)具有很大優(yōu)點(diǎn)：減少實(shí)驗(yàn)中所需的耗材、降低對(duì)實(shí)驗(yàn)器材的破壞性、完成更復(fù)雜更高難度的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、更加全面地分析實(shí)驗(yàn)對(duì)象以及結(jié)果的性能指標(biāo)等，具有高效、快速、直觀、完整的優(yōu)勢(shì)。開展仿真實(shí)驗(yàn)作為一種新型的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法是在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的基礎(chǔ)上采用計(jì)算機(jī)新型軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模擬，大大提高了學(xué)生對(duì)本專業(yè)知識(shí)的應(yīng)用能力和科研創(chuàng)新能力。因此，在當(dāng)今的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，仿真實(shí)驗(yàn)的引入勢(shì)在必行。
對(duì)當(dāng)今高校來說，學(xué)生人數(shù)不斷增加，實(shí)驗(yàn)室設(shè)備和資金滿足不了大學(xué)中學(xué)生的試驗(yàn)要求，為了不斷提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量，又進(jìn)一步解決實(shí)驗(yàn)設(shè)備少、不好維護(hù)、建設(shè)費(fèi)用高等問題。將仿真技術(shù)引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)中來，學(xué)生一方面可以利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，又可以直觀地驗(yàn)證仿真過程和結(jié)果，不受實(shí)驗(yàn)室條件和空間的限制，可將實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)帶入到課余生活中來進(jìn)行，大大提高了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的操作興趣。利用仿真實(shí)驗(yàn)由于方法的靈活性可以充分發(fā)揮學(xué)生的想像力和創(chuàng)造力，比起傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)更利于培養(yǎng)科技創(chuàng)新人才，且有利于降低實(shí)驗(yàn)成本，能夠使得實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)和發(fā)展進(jìn)入一個(gè)良性循環(huán)中。
3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革方案
3.1 實(shí)驗(yàn)中引入相應(yīng)的仿真技術(shù)來進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)
在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，一方面，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，另一方面，老師可以利用計(jì)算機(jī)技術(shù)來觀察學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程，采集學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，更好地跟蹤和指導(dǎo)學(xué)生，先進(jìn)的教學(xué)理念和教學(xué)手段有助于提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，提高教師的教學(xué)水平。而計(jì)算機(jī)的引入可把實(shí)驗(yàn)設(shè)備、理論教學(xué)、教師指導(dǎo)和學(xué)生的思考、操作有機(jī)地融合為一體，克服了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中受到課堂、課時(shí)、實(shí)驗(yàn)設(shè)備等的限制，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)一步靈活化，在時(shí)間和空間上得到延伸，也進(jìn)一步激發(fā)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)熱情。
在實(shí)驗(yàn)中引入相應(yīng)的仿真技術(shù)來進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)，可以使得學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中培養(yǎng)獨(dú)立思考能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，同時(shí)為學(xué)生提供了更加開放靈活的實(shí)驗(yàn)條件。對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)教材來說，采用仿真技術(shù)把將虛擬實(shí)驗(yàn)和真實(shí)的電路實(shí)驗(yàn)有機(jī)地整合起來，充實(shí)了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的能動(dòng)性和趣味性，有利于實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生綜合實(shí)踐和探索創(chuàng)新能力[2]。目前，越來越多的高校重新對(duì)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)進(jìn)行了規(guī)劃，利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一個(gè)新的發(fā)展方向。在高校實(shí)驗(yàn)室中引入計(jì)算機(jī)以及相應(yīng)的軟件技術(shù)不僅可改善實(shí)驗(yàn)條件、改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法、充實(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，還可大大提高實(shí)驗(yàn)效率，降低實(shí)驗(yàn)成本，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)新性，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科研提供良好的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)[3]。
以單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，在實(shí)驗(yàn)過程中我們引入proteus仿真軟件，用它來模擬單片機(jī)硬件系統(tǒng)。由于軟件的靈活性，可以克服實(shí)驗(yàn)箱硬件電路固定、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容難于改動(dòng)等局限。整個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)都是基于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的，除了計(jì)算機(jī)外不再需要任何硬件即可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這樣有利于促成課程和教學(xué)改革，更有利于人才的培養(yǎng)。仿真技術(shù)的另一應(yīng)用表現(xiàn)在學(xué)生的業(yè)余愛好上，比如目前的電子設(shè)計(jì)大賽，挑戰(zhàn)杯等，學(xué)生完全可以利用計(jì)算機(jī)來進(jìn)行仿真，先用計(jì)算機(jī)仿真出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停谟?jì)算機(jī)上進(jìn)行模擬調(diào)試，最后用硬件實(shí)現(xiàn)。在整個(gè)過程中，學(xué)生可充分發(fā)揮自己的才能，通過大量仿真對(duì)比，達(dá)到設(shè)計(jì)目的，學(xué)生也可以大膽地反復(fù)調(diào)試，避免了損壞器件。在電子設(shè)計(jì)競賽中，我們使用proteus開發(fā)環(huán)境對(duì)學(xué)生進(jìn)行培訓(xùn)，在不需要硬件投入的條件下，學(xué)生普遍反映，對(duì)單片機(jī)的學(xué)習(xí)比單純學(xué)習(xí)書本知識(shí)更容易接受，更容易提高。實(shí)踐證明，在使用proteus進(jìn)行系統(tǒng)仿真開發(fā)成功之后再進(jìn)行實(shí)際制作，能極大提高單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)效率。
另外，開展仿真教學(xué)對(duì)于我國的遠(yuǎn)程教學(xué)也是一種很好的嘗試，有著重要的意義。
3.2 重新安排各類性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)，適量增加綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)
驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)中最基本的，可以使學(xué)生鞏固理論知識(shí)，它的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相對(duì)簡單，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的基本操作、數(shù)據(jù)處理和計(jì)算技能，驗(yàn)證和加深對(duì)課本知識(shí)的掌握和理解。綜合性實(shí)驗(yàn)則要求學(xué)生必須具有一定的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和基本操作技能，能夠運(yùn)用某一課程或多門課程的綜合知識(shí)，進(jìn)而對(duì)實(shí)驗(yàn)技能和實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行綜合訓(xùn)練的一種復(fù)合性實(shí)驗(yàn)。目前工科高校中越來越多地提出課程設(shè)計(jì)也是為了加強(qiáng)學(xué)生對(duì)綜合知識(shí)的運(yùn)用。為充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主觀能動(dòng)性，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)也必不可少。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)?zāi)芗由顚W(xué)生對(duì)理論知識(shí)的認(rèn)識(shí)，由學(xué)生自己負(fù)責(zé)計(jì)劃和執(zhí)行，充分提高了學(xué)生的思維能力、動(dòng)手能力、分析和解決工程實(shí)際問題的能力[3]，發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動(dòng)性，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的完成可以充分借助于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)來完成。
驗(yàn)證性、綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，培養(yǎng)了學(xué)生基本的實(shí)驗(yàn)技能和方法，同時(shí)又促進(jìn)了學(xué)生的創(chuàng)新思維，打破了原有實(shí)驗(yàn)教學(xué)附屬于理論教學(xué)的模式，建立與理論教學(xué)并行的，既相對(duì)獨(dú)立、又相互聯(lián)系的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。在某些應(yīng)用性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的比例至少要達(dá)到60%以上，同時(shí)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)最好要跟得上科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。一方面保證基本實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練，另一方面，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容應(yīng)與當(dāng)今先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展相結(jié)合，適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需要，將科研成果轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，提高實(shí)驗(yàn)的先進(jìn)性和代表性。那么，工科院校中一方面加大實(shí)驗(yàn)器材的投入，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件，開設(shè)先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，提高學(xué)生的積極性，使學(xué)生適應(yīng)當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展；另一方面，要充分利用現(xiàn)有的條件，引進(jìn)先進(jìn)的仿真技術(shù)，使得實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)一步升華，充分發(fā)揮教師和學(xué)生的主觀能動(dòng)性和創(chuàng)新能力。
3.3 硬件軟件都要抓，都要硬
計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)雖然可以準(zhǔn)確地反映整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程， 是一種新型的應(yīng)用技術(shù)，十分有效，但是仿真技術(shù)不是萬能的，它畢竟不是真正的實(shí)驗(yàn)，在許多場合仿真只能起輔助作用。也就是說不能用仿真實(shí)驗(yàn)來全部代替硬件電路實(shí)驗(yàn)，而是將仿真試驗(yàn)和傳統(tǒng)的硬件實(shí)驗(yàn)相互結(jié)合，根據(jù)學(xué)校的實(shí)際情況和實(shí)驗(yàn)的情況靈活運(yùn)用，虛擬實(shí)驗(yàn)不是萬能的，如果所有的實(shí)驗(yàn)都用虛擬實(shí)驗(yàn)替代的話，學(xué)生在虛擬環(huán)境中實(shí)驗(yàn)會(huì)產(chǎn)生或多或少的不踏實(shí)的虛擬感，實(shí)踐能力也不可能得到真正的提高。
3.4 加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)課教師的培訓(xùn)，通過培訓(xùn)交流更多地了解新的實(shí)驗(yàn)技術(shù)
在實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的同時(shí)，必然對(duì)教師提出更高的要求：一是教師也應(yīng)加強(qiáng)專業(yè)知識(shí)和技能的學(xué)習(xí)，來提高自己的業(yè)務(wù)能力和綜合素質(zhì)，另外，不斷更新專業(yè)知識(shí)的結(jié)構(gòu)，了解前沿技術(shù)的發(fā)展也是必需的；二是高校中要大力創(chuàng)造條件促進(jìn)教師經(jīng)常參加基礎(chǔ)理論知識(shí)的培訓(xùn)和實(shí)驗(yàn)的培訓(xùn)以及學(xué)術(shù)研討會(huì)，從而擴(kuò)大視野，更新教學(xué)觀念，及時(shí)了解嵌入式系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)和動(dòng)態(tài)，促進(jìn)電子類實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展；三是要大力組織專業(yè)教師去積極申報(bào)相關(guān)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)和科研項(xiàng)目，提倡以科研資金來促進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，用科研成果去改進(jìn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，同時(shí)可以提高教師的科研能力，在科研中更好地去鍛煉自己，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)服務(wù)。
4 結(jié)論
隨著社會(huì)對(duì)人才要求的提高，大力推進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革迫在眉睫，而大學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革又直接影響到學(xué)生的動(dòng)手和創(chuàng)新能力。實(shí)驗(yàn)教學(xué)必須能夠跟得上時(shí)代的腳步，將仿真技術(shù)應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力，加快學(xué)生適應(yīng)社會(huì)的能力，同時(shí)學(xué)習(xí)了先進(jìn)的新技術(shù)。
參考文獻(xiàn)：
[1] 丁美榮,柴少明.基于虛擬實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)整合的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[j].現(xiàn)代教育技術(shù),2007,7(17):99-102.
[2] 孫曉明.土力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)方法的研究與改革[j].黑龍江教育,2006(11):59-60.
關(guān)鍵詞：冶金工程；培養(yǎng)；應(yīng)用型專門人才；思路
一、培養(yǎng)方案與提高專業(yè)興趣
以培養(yǎng)冶金工程專業(yè)工程應(yīng)用型技術(shù)能力為宗旨，恰當(dāng)設(shè)置理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)比例及邏輯關(guān)系，加強(qiáng)本科生工程能力培養(yǎng)力度。專業(yè)課理論教學(xué)中，以講授冶金工藝基礎(chǔ)知識(shí)和生產(chǎn)控制基本規(guī)律為重點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生冶金知識(shí)學(xué)習(xí)與應(yīng)用能力。結(jié)合冶金行業(yè)工程案例講解，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決生產(chǎn)和工程設(shè)計(jì)問題，培養(yǎng)思維判斷與分析能力。例如，氧化鋁生產(chǎn)工藝專業(yè)課，根據(jù)氧化鋁生產(chǎn)主要流程，從原料制備到氧化鋁成品生產(chǎn)共12個(gè)主要工序，制定12個(gè)專題講座，在闡明原理的基礎(chǔ)上，采用視頻、圖片輔助，詳細(xì)介紹工業(yè)化生產(chǎn)中的主要設(shè)備、工況條件及調(diào)控機(jī)制，使氧化鋁冶煉過程講解更加具體。在入學(xué)教育、專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課教學(xué)過程中，讓學(xué)生充分了解所學(xué)專業(yè)，掌握一定專業(yè)知識(shí)[4]。介紹教師的研究課題及參與的工程項(xiàng)目，引導(dǎo)學(xué)生搜集整理冶金研究領(lǐng)域有關(guān)最新科研成果，提高專業(yè)和科研興趣。教學(xué)過程中充分利用多媒體平臺(tái)，提供圖、文、聲、動(dòng)、實(shí)等信息，加深對(duì)抽象知識(shí)點(diǎn)的理解與應(yīng)用。組織學(xué)生參加校內(nèi)外學(xué)術(shù)講座，了解專業(yè)最新發(fā)展，開闊科技視野，加深對(duì)專業(yè)的認(rèn)識(shí)。
二、優(yōu)化教學(xué)方法及資源
（一）工程案例教學(xué)法
結(jié)合冶金工程專業(yè)特點(diǎn)，在教學(xué)過程中引入工程案例教學(xué)法，并將大量工程實(shí)踐研究成果編入教案，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)分析、解決實(shí)際生產(chǎn)問題，培養(yǎng)知識(shí)應(yīng)用、思維判斷和分析能力。聘請(qǐng)企業(yè)工程師任教。外聘的校外導(dǎo)師定期以生產(chǎn)流程工程技術(shù)路線及實(shí)際問題的解決方案為案例，講授冶金專業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐，傳授專業(yè)知識(shí)在生產(chǎn)實(shí)踐的應(yīng)用。目前，學(xué)院已聘請(qǐng)了3位分別來至中國鋁業(yè)貴州分公司、貴州中鋁鋁業(yè)有限公司及貴州華錦鋁業(yè)有限公司教授級(jí)高工為冶金專業(yè)校外指導(dǎo)教師，近期將與首鋼水城鋼鐵（集團(tuán)）有限責(zé)任公司、貴州大龍錳業(yè)有限責(zé)任公司等省內(nèi)企業(yè)合作，聘請(qǐng)具有一線豐富生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的高級(jí)工程師為校外導(dǎo)師。
（二）實(shí)驗(yàn)室教學(xué)平臺(tái)
本科生實(shí)驗(yàn)課大多數(shù)是基于基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課進(jìn)行的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，是提高專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)技能的重要教學(xué)手段之一。專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)技能的培養(yǎng)目標(biāo)主要是使學(xué)生掌握基本理論和基本實(shí)驗(yàn)技能，重點(diǎn)在于儀器使用、基本操作規(guī)范和對(duì)基本實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的理解[5-6]，加強(qiáng)冶金工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力極為重要。目前，冶金實(shí)驗(yàn)中心規(guī)劃建設(shè)的主要實(shí)驗(yàn)室為“冶金專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室”、“儀表實(shí)驗(yàn)室”、“礦物預(yù)處理實(shí)驗(yàn)室”、“有色金屬冶金實(shí)驗(yàn)室”、“鋼鐵冶金實(shí)驗(yàn)室”、“冶金環(huán)保實(shí)驗(yàn)室”及“分析實(shí)驗(yàn)室”。所有實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方案已完成，相關(guān)主要設(shè)備已完成選型，保證冶金工程本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作順利開展。
（三）虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室
近年來，虛擬仿真技術(shù)被應(yīng)用于冶金工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)和課堂教學(xué)，顯著提高了學(xué)生實(shí)踐能力和學(xué)習(xí)效果[7-9]。冶金實(shí)驗(yàn)中心規(guī)劃重點(diǎn)建設(shè)實(shí)驗(yàn)室有“虛擬仿真型實(shí)驗(yàn)室”，主要建設(shè)內(nèi)容有“鋼鐵生產(chǎn)全流程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心”，以燒結(jié)、高爐煉鐵、轉(zhuǎn)爐煉鋼等系統(tǒng)全流程實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源為核心，建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，利用虛擬仿真技術(shù)資源，結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱和實(shí)驗(yàn)考核方式，提高學(xué)生工程實(shí)踐能力。該中心規(guī)劃采購METSIM過程模擬軟件，應(yīng)用于冶金工藝流程熱量平衡計(jì)算、化學(xué)反應(yīng)、過程控制、設(shè)備設(shè)計(jì)、成本估算和過程分析，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程零污染，教學(xué)資源零消耗，實(shí)驗(yàn)無危險(xiǎn)性[6]，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容豐富，增加學(xué)生動(dòng)手操作機(jī)會(huì)，為冶金工程專業(yè)工程師培養(yǎng)提供重要保障。
（四）實(shí)習(xí)基地平臺(tái)
按照冶金專業(yè)本科培養(yǎng)方案，集中實(shí)踐性環(huán)節(jié)學(xué)分比例占整個(gè)培養(yǎng)方案的17.14%，具有相當(dāng)分量。本校已與中國鋁業(yè)貴州分公司簽訂《冶金專業(yè)本科教學(xué)實(shí)習(xí)基地建設(shè)》合同，共建冶金專業(yè)本科實(shí)踐教學(xué)實(shí)習(xí)基地，將認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)及畢業(yè)實(shí)習(xí)等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)安排在企業(yè)進(jìn)行，在生產(chǎn)實(shí)踐過程中實(shí)現(xiàn)專業(yè)基本應(yīng)用能力培養(yǎng)。實(shí)踐基地主要為冶金專業(yè)學(xué)生提供實(shí)踐教學(xué)場所，項(xiàng)目實(shí)施后，將定期聘請(qǐng)較高專業(yè)技術(shù)水平和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)豐富的企業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行專項(xiàng)講座和培訓(xùn)，可滿足每年300人次冶金工程專業(yè)本科生的實(shí)踐需求。根據(jù)冶金專業(yè)發(fā)展需要，學(xué)校將陸續(xù)拓展實(shí)習(xí)基地建設(shè)，選擇國有或地方大型骨干冶金企業(yè)作為合作對(duì)象，增加冶金專業(yè)實(shí)習(xí)基地的多樣性。
（五）“雙創(chuàng)”項(xiàng)目全覆蓋
全面實(shí)施創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，培養(yǎng)“強(qiáng)責(zé)任、精技術(shù)、善管理、重實(shí)踐、求創(chuàng)新”高素質(zhì)應(yīng)用型人才，確立了“113”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育目標(biāo)（“雙百分百”），即“讓100%學(xué)生接受創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)知識(shí)教育，資助100%學(xué)生經(jīng)歷創(chuàng)新或創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練，期待3%學(xué)生取得優(yōu)質(zhì)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)成果”。開展“本科生導(dǎo)師制”，由學(xué)生自愿選擇專業(yè)老師，并在其指導(dǎo)下，申報(bào)“雙創(chuàng)項(xiàng)目”，獨(dú)立開展立項(xiàng)項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)研究、撰寫論文、完成課題。以本文指導(dǎo)的2016級(jí)3名本科生為例，經(jīng)過一年來實(shí)驗(yàn)室科研項(xiàng)目實(shí)踐，在專業(yè)認(rèn)識(shí)和科研開展基礎(chǔ)手段方面獲得較大提高。
（六）提高師資隊(duì)伍工程教育素質(zhì)和水平
承擔(dān)冶金專業(yè)本科生培養(yǎng)任務(wù)的工科教師，不僅應(yīng)在工程教育教學(xué)方面具有突出能力和綜合素質(zhì)，還應(yīng)具有工程實(shí)踐、工程設(shè)計(jì)開發(fā)、工程技術(shù)創(chuàng)新和工程科學(xué)研究背景[1]。高校教師更擅長于知識(shí)理論性和系統(tǒng)性講解，對(duì)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用和工程實(shí)踐掌握相對(duì)薄弱。本校為新建院校，教師以剛從高校畢業(yè)的博士為主，他們從學(xué)校到學(xué)校，缺乏工程經(jīng)歷和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。目前，本院現(xiàn)有專職教師44人，其中具有2年以上企業(yè)工作經(jīng)歷的“雙師型”教師只有6人，占比不超過14%，總體而言，是一支實(shí)踐能力較弱的教師隊(duì)伍。為提高工程實(shí)踐能力，選派新入職教師去企業(yè)進(jìn)行脫產(chǎn)1年的實(shí)踐。目前約30%青年教師完成了相關(guān)實(shí)踐，獲得了較好的效果。
論文摘 要：實(shí)驗(yàn)室擔(dān)負(fù)著向?qū)W生傳播知識(shí)與技術(shù)、培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手的能力和創(chuàng)新能力的重要使命。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及教學(xué)改革地不斷深入， 實(shí)驗(yàn)教學(xué)在整個(gè)教學(xué)體系中的地位越來越突出，實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的改革已經(jīng)迫在眉睫。本文主要分析了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的傳統(tǒng)模式與存在的問題，并提出了提高電子信息類專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的方法[1]。
0 引 言
實(shí)驗(yàn)教學(xué)是學(xué)校教學(xué)活動(dòng)的重要組成，教學(xué)質(zhì)量的好壞是對(duì)學(xué)校人才培養(yǎng)層次與質(zhì)量的直接體現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)的主要內(nèi)容， 在改善教學(xué)質(zhì)量方面發(fā)揮著不可替代的作用。實(shí)驗(yàn)室在傳播知識(shí)的同時(shí)，更重要的作用體現(xiàn)在對(duì)學(xué)生的創(chuàng)造性思維與想象力的培養(yǎng)上。通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生分析解決問題以及動(dòng)手能力明顯提高。伴隨教學(xué)改革的日益深入， 實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革也越來越引起人們的關(guān)注，以往的教師灌輸式的理論教授方式，學(xué)生被動(dòng)接受的教學(xué)模式，已無法滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求。當(dāng)前，社會(huì)需要的是主動(dòng)型、能力為主的人才培養(yǎng)。加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，必須切實(shí)轉(zhuǎn)變以往重理論教學(xué)輕實(shí)驗(yàn)教學(xué)的錯(cuò)誤觀念，重新認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)在學(xué)校教學(xué)活動(dòng)中的地位與作用，根據(jù)當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)對(duì)人才的要求， 改革傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，優(yōu)化更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容，切實(shí)提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。
1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)的傳統(tǒng)模式與存在的問題
國內(nèi)高校工科教育當(dāng)中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在著硬件條件不足、硬件實(shí)驗(yàn)條件的發(fā)展與技術(shù)要求不相符[2]，加上近幾年高校擴(kuò)招，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的硬件條件更是供不應(yīng)求。進(jìn)一步加大對(duì)教學(xué)硬件條件的投入，豐富實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容、加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)條件的改革及建設(shè)，在目看來具有特殊的重要性。面對(duì)這種情況，我國的教育主管部門采取了一些推進(jìn)實(shí)踐教學(xué)改革及建設(shè)的措施。如：在全國高校本科的教學(xué)水平評(píng)估中，實(shí)驗(yàn)室基地建設(shè)與建設(shè)投資及其實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革被列為一項(xiàng)重要的指標(biāo)。并且，各高校也逐漸開始響應(yīng)教育部的的這一舉動(dòng)，紛紛實(shí)行了“雙基”型實(shí)驗(yàn)室[2]，與此同時(shí)，建設(shè)了“實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心”。當(dāng)前，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的缺點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)所占比例較大，與綜合性、設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)之間的比例失調(diào)；實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ絾我?、?shí)驗(yàn)室設(shè)備陳舊；實(shí)驗(yàn)教學(xué)中缺乏先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段。
2 提高電子信息類專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的方法
2.1 實(shí)驗(yàn)中引入相應(yīng)的仿真技術(shù)來進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)
在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)，教師能夠通過計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作的全過程進(jìn)行觀察，對(duì)學(xué)生進(jìn)行良好的跟蹤與指導(dǎo)，更好地進(jìn)行學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)果的采集工作，先進(jìn)科學(xué)的教學(xué)理念與教學(xué)手段對(duì)于提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平具有重要作用。引入計(jì)算機(jī)技術(shù)后，理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)，教師教學(xué)指導(dǎo)與學(xué)生操作、思考融合成一個(gè)有機(jī)整體。以往傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中課堂、課時(shí)以及實(shí)驗(yàn)設(shè)備因素的限制作用得到了解決，實(shí)驗(yàn)教學(xué)更加靈活化，教學(xué)內(nèi)容在時(shí)空上得到進(jìn)一步的延伸，更好地激發(fā)了學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的熱情。
將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)引入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，通過相應(yīng)技術(shù)進(jìn)行的虛擬實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生提供了更為靈活開放的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，能夠更好地培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中獨(dú)立思考能力，增強(qiáng)學(xué)生的的學(xué)習(xí)創(chuàng)新意識(shí)。對(duì)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，仿真技術(shù)的應(yīng)用，將虛擬性實(shí)驗(yàn)與真實(shí)的電路實(shí)驗(yàn)整合成有機(jī)整體，實(shí)驗(yàn)的能動(dòng)性與趣味性明顯提高，同時(shí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的充實(shí)，有利于學(xué)生綜合實(shí)踐以及探索創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。當(dāng)前，已經(jīng)有越來越多的高校重新進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室的規(guī)劃建設(shè)，通過計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革發(fā)展的新方向。將與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相關(guān)的計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)引入到高校實(shí)驗(yàn)室中，為實(shí)驗(yàn)科研提供了良好的平臺(tái)，對(duì)于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性與積極性，培養(yǎng)創(chuàng)新能力具有重要作用。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的應(yīng)用，一方面能夠改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件、充實(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容，另一方面，還能夠明顯降低實(shí)驗(yàn)成本，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率。通過單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，能夠發(fā)現(xiàn)，教學(xué)過程中引入proteus仿真軟，通過該軟件對(duì)單片機(jī)的硬件系統(tǒng)進(jìn)行模擬，克服了實(shí)際實(shí)驗(yàn)過程中硬件電路固定以及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不易改動(dòng)等因素的限制。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)全過程，除計(jì)算機(jī)外不用再進(jìn)行任何硬件的添加即可實(shí)驗(yàn)，這有力地推動(dòng)了實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革，更有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。仿真技術(shù)的另一重要應(yīng)用主要表現(xiàn)在學(xué)生的業(yè)余愛好上，如挑戰(zhàn)杯、電子設(shè)計(jì)大賽等等，學(xué)生就能夠用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)仿真，首先用計(jì)算機(jī)仿真出實(shí)驗(yàn)的模型，再在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行相應(yīng)的模擬調(diào)試，最終用硬件來實(shí)現(xiàn)。在整個(gè)仿真的過程中，學(xué)生可以自由發(fā)揮自己的潛能，通過大量的仿真對(duì)比，來達(dá)到設(shè)計(jì)目的，也可大膽反復(fù)地調(diào)試，避免了器件的損壞。電子設(shè)計(jì)競賽中，由于proteus開發(fā)環(huán)的運(yùn)用，培訓(xùn)過程中不需投入任何硬件的條件下，學(xué)生卻普遍反映，對(duì)于單片機(jī)的學(xué)習(xí)比單純理論知識(shí)的學(xué)習(xí)更易接受也更易得到提高。事實(shí)證明，運(yùn)用proteus進(jìn)行系統(tǒng)仿真成功后進(jìn)行的實(shí)際制作，可明顯的提高單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)效率。此外，遠(yuǎn)程教學(xué)中仿真教學(xué)的運(yùn)用具體重要的意義，對(duì)于教學(xué)改革是一種很好的嘗試[2]。
轉(zhuǎn)貼于
2.2 實(shí)驗(yàn)中引入Matlab軟件內(nèi)建的Simulink組件技術(shù)
目前，我國開設(shè)了電子信息類專業(yè)的高校中，大部分都將Matlab軟件作為重要的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，對(duì)定理以及算法進(jìn)行仿真和驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。Simulink組件作為Matlab的重要組成，能夠?yàn)橛脩籼峁┮粋€(gè)仿真分析與動(dòng)態(tài)建模的集成系統(tǒng)環(huán)境。該環(huán)境下，只需利用鼠標(biāo)進(jìn)行簡單直觀的操作，就能夠完成復(fù)雜系統(tǒng)模型的構(gòu)建，在此過程中避免了大量繁雜的書寫程序。由于 Simulink組件具有適應(yīng)性強(qiáng)、效率高，結(jié)構(gòu)仿真精細(xì)、流程清晰且貼近實(shí)際、效率高、使用靈活等諸多優(yōu)點(diǎn)，Simulink組件技術(shù)已經(jīng)被廣泛地運(yùn)用于處理數(shù)字信號(hào)與控制理論等復(fù)雜的仿真設(shè)計(jì)之中。同時(shí)Simulink能夠通過連續(xù)、離散采樣時(shí)間以及兩種采樣時(shí)間混合的的方式進(jìn)行建模，該組件還可支持多速率系統(tǒng)，不同的系統(tǒng)組成部分的采樣速率不同。此外，Simulink為動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型的創(chuàng)建，提供的圖形用戶接口(GUI) ，使在進(jìn)行模型方塊圖的創(chuàng)建時(shí)只需通過鼠標(biāo)單擊與拖動(dòng)鼠等簡單操作即可完成，為用戶提供了一種更便捷、更直接的創(chuàng)建方式，同時(shí)能夠立即獲得系統(tǒng)仿真結(jié)果。
該組件的這一特性，一方面可以使算法的驗(yàn)證更為簡單，減少學(xué)生投入在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)中所用的時(shí)間，而將大部分精力投入到設(shè)計(jì)性、綜合性試驗(yàn)中；另一方面，可以使學(xué)生更快捷的驗(yàn)證新思路、新算法，而不會(huì)由于代碼調(diào)試方面的問題影響了創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的開展。以自適應(yīng)濾波中的經(jīng)典RLS 算法為例，如果直接采用Matlab編程方式，在進(jìn)行代碼調(diào)試時(shí)，就會(huì)消耗掉大量的精力，代碼長度將達(dá)到200 行以上。而如果采用Simulink組件模塊化設(shè)計(jì)的思想，只需要鼠標(biāo)對(duì)模型的拖拽，就能以流程圖的形式將濾波器搭建起來。由于Simulink提供了豐富的元件庫，采用圖形化的表示方法，學(xué)生在進(jìn)行算法驗(yàn)證的時(shí)候只需調(diào)用成熟的模塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)即可。這樣的實(shí)驗(yàn)方法事半功倍，思路清晰，參數(shù)的調(diào)整也十分便捷，廣受學(xué)生歡迎。由此可見，引入Simulink組件后的實(shí)驗(yàn)，既不會(huì)影響實(shí)驗(yàn)效果，又能夠提高實(shí)驗(yàn)效率，對(duì)學(xué)生模塊化編程的思想也有較好的促進(jìn)作用。
3 結(jié) 語
當(dāng)前，社會(huì)對(duì)人才綜合素質(zhì)的要求不斷提高，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革已經(jīng)迫在眉睫，而大學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革又直接影響到學(xué)生的動(dòng)手和創(chuàng)新能力。實(shí)驗(yàn)教學(xué)必須能夠跟得上時(shí)代的腳步，把計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)與Simulink組件技術(shù)應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性，充分發(fā)掘?qū)W生的創(chuàng)造能力，在學(xué)習(xí)到先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)，提高學(xué)生對(duì)社會(huì)的適應(yīng)能力。
參考文獻(xiàn)
關(guān)鍵詞：虛擬制造技術(shù)；現(xiàn)代機(jī)械工程設(shè)計(jì)；機(jī)械制造；機(jī)械產(chǎn)品；機(jī)械設(shè)計(jì)
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A中圖分類號(hào)：TH166文章編號(hào)：1009-2374（2016）05-0073-02
作者簡介：伊紀(jì)斌（1994-），男，山東淄博人，山東理工大學(xué)國防教育學(xué)院學(xué)生，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)
隨著知識(shí)經(jīng)濟(jì)和工業(yè)制造的快速發(fā)展，現(xiàn)代化的市場要求產(chǎn)品生產(chǎn)廠商要以最快的速度、最優(yōu)的品質(zhì)、最短的研發(fā)時(shí)間、最低的成本消耗和最佳的服務(wù)來滿足顧客的需求。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)一般是在圖紙結(jié)合產(chǎn)品的特性和設(shè)計(jì)的具體要求進(jìn)行的，在機(jī)械設(shè)計(jì)的過程中需要提前對(duì)設(shè)計(jì)中的設(shè)備裝配的干擾因素的不確定進(jìn)行考慮，但是產(chǎn)品在裝配中的缺陷只有在產(chǎn)品開發(fā)的后期才能暴露出來或者在產(chǎn)品的試制階段和裝配中顯現(xiàn)出來。如果設(shè)計(jì)的零件已經(jīng)開始投入生產(chǎn)了，那么損失就更加嚴(yán)重了。產(chǎn)品的質(zhì)量在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造方式上不能得到很好的保證，并且傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的工藝比較粗糙、開發(fā)的效率低、花費(fèi)時(shí)間比較長、耗費(fèi)的資金比較大。在變化速度快、持續(xù)性發(fā)展和不可預(yù)測(cè)性市場中難以適應(yīng)。因此，企業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)需要具備高度的柔性和快速的反應(yīng)，與此同時(shí)信息技術(shù)的飛速發(fā)展保證了機(jī)械制造的先進(jìn)性，信息化的使用對(duì)于現(xiàn)代機(jī)械工程設(shè)計(jì)十分重要。
1虛擬機(jī)械制造技術(shù)
以往傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的設(shè)備條件比較差，設(shè)計(jì)技術(shù)性不強(qiáng)，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)觀念比較保守，設(shè)計(jì)的手段主要依靠的是粗略的計(jì)算和估算，主要是在較多的簡化和靜止化假設(shè)中完成機(jī)械工程的設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)具有較大的隨意性，并且設(shè)計(jì)的關(guān)鍵過程還對(duì)設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)習(xí)慣具有很大的依賴性。設(shè)計(jì)的過程很難實(shí)現(xiàn)合理、高效和準(zhǔn)確。但是在現(xiàn)代化虛擬設(shè)計(jì)的相關(guān)技術(shù)可以很好地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)依賴性強(qiáng)、設(shè)計(jì)過程靜態(tài)性和設(shè)計(jì)理念隨意性向現(xiàn)代化設(shè)計(jì)精確性、以數(shù)據(jù)知識(shí)工程和專家系統(tǒng)為保證的設(shè)計(jì)方式的發(fā)展，虛擬計(jì)算機(jī)技術(shù)需要對(duì)必要的信息進(jìn)行檢索、分析和收集。最終找出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案和數(shù)值運(yùn)算的方式，當(dāng)然也會(huì)對(duì)CAD技術(shù)和人工智能技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等進(jìn)行大量的應(yīng)用。虛擬機(jī)械制造技術(shù)主要是在虛擬環(huán)境下對(duì)計(jì)算機(jī)的模型進(jìn)行虛擬分析的一種計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)。該技術(shù)集成并綜合應(yīng)用了綜合性的機(jī)械制造環(huán)境，主要包括了各種仿真、分析、應(yīng)用等工具以及信息模型和控制工具等。虛擬制造需要經(jīng)歷的主要階段有裝配產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)仿真、回收利用。依靠虛擬制造技術(shù)，機(jī)械設(shè)計(jì)人員不需要將所有的零件設(shè)備生產(chǎn)制造出來，可以通過對(duì)零件模型的建立，隨后對(duì)零件進(jìn)行虛擬裝配，并對(duì)各零件部位之間的裝配間隙進(jìn)行干涉、對(duì)裝配的狀態(tài)實(shí)現(xiàn)檢查，對(duì)零件設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤及時(shí)發(fā)現(xiàn)，如果零件不符合設(shè)計(jì)要求，可以依靠計(jì)算機(jī)技術(shù)方便及時(shí)更改模型，最后形成新的零部件設(shè)計(jì)圖和裝配圖，達(dá)到設(shè)計(jì)、裝配和制造檢驗(yàn)的協(xié)調(diào)。
2虛擬制造技術(shù)的關(guān)鍵
虛擬制造技術(shù)包含了許多方面，主要有設(shè)計(jì)技術(shù)的提出、產(chǎn)品制造過程的抽取、原模型的建立、集成基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、建模仿真等。下面就對(duì)虛擬制造技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的介紹：
2.1虛擬技術(shù)中的建模技術(shù)
虛擬指的是在系統(tǒng)中將現(xiàn)實(shí)制造系統(tǒng)映射到虛擬環(huán)境下，主要涉及了RMS的模型化、形式化、計(jì)算機(jī)化的抽象描述和表示。VMS建模的主要內(nèi)容有生產(chǎn)模型建立、產(chǎn)品模型建立、工藝模型建立的信息化體系結(jié)構(gòu)的建立。生產(chǎn)模型中有靜態(tài)描述和動(dòng)態(tài)描述兩種。靜態(tài)描述主要是關(guān)于對(duì)系統(tǒng)生產(chǎn)能力和生產(chǎn)特性。動(dòng)態(tài)描述是在已經(jīng)被得知的系統(tǒng)狀態(tài)和需求的性質(zhì)上對(duì)產(chǎn)品的整個(gè)過程進(jìn)行全面的預(yù)測(cè)。在制造過程中我們將種種實(shí)體對(duì)象總的稱之為產(chǎn)品模型。在產(chǎn)品的模型建立中需要對(duì)產(chǎn)品的明細(xì)、形狀特征等方面進(jìn)行描述。對(duì)于VMS而言，要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品實(shí)施過程的全部繼承必須具備完整的產(chǎn)品模型。因此在虛擬制造中的產(chǎn)品模型不再是單一和靜止的，它可以運(yùn)用抽象的技術(shù)實(shí)現(xiàn)各種模型面貌的提取。工藝模型主要指的是在制造過程中對(duì)產(chǎn)品的工藝參數(shù)和關(guān)于產(chǎn)品功能的各種因素進(jìn)行聯(lián)系，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品模型和生產(chǎn)模型之間相互作用的反映。
2.2虛擬制造技術(shù)中的仿真技術(shù)
仿真指的是通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的抽象化和簡潔化最終形成的系統(tǒng)模型，并且在仿真的基礎(chǔ)上對(duì)模型進(jìn)行應(yīng)用，最終得到相應(yīng)的系統(tǒng)性性能分析。仿真主要以系統(tǒng)模型為主體的研究方法，它對(duì)實(shí)際的生產(chǎn)系統(tǒng)沒有直接的干擾作用，并且仿真系統(tǒng)可以對(duì)計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力進(jìn)行應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)在短時(shí)間內(nèi)完成在實(shí)際工作中需要很長時(shí)間的工作，有效縮短了生產(chǎn)決策的時(shí)間，最大化地避免了對(duì)人力、物力和資金的投入以及浪費(fèi)。計(jì)算機(jī)技術(shù)還有很好的仿真修復(fù)功能，最大化地保證了方案的最優(yōu)。仿真技術(shù)過程的主要步驟有系統(tǒng)研究、數(shù)據(jù)收集、系統(tǒng)模型建立、仿真算法的確定、仿真模型的計(jì)算、仿真模型的運(yùn)行、結(jié)果的輸出和分析。仿真在產(chǎn)品的制造過程主要被分為制造的仿真和加工的仿真。在系統(tǒng)產(chǎn)品的開發(fā)中主要涉及的是產(chǎn)品建模、設(shè)計(jì)交互行為仿真等。方便對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果的評(píng)價(jià)，及時(shí)進(jìn)行反饋，降低產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤。加工過程的仿真主要有切削、裝配、檢驗(yàn)及焊接、壓力加工和鑄造等。以上兩種仿真過程是相對(duì)獨(dú)立的，兩者不能實(shí)現(xiàn)集成，而VM中應(yīng)建立全面過程的統(tǒng)一仿真。
2.3虛擬制造中的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的目的是改善計(jì)算機(jī)的交互方式，提高計(jì)算機(jī)的可操作性，它是在對(duì)計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)和多種顯示以及控制等接口設(shè)備的基礎(chǔ)上，以交互的三維環(huán)境為人提供沉浸體驗(yàn)的技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要由圖形系統(tǒng)和多種接口設(shè)備組成，使人在虛擬環(huán)境中感受到真實(shí)的沉浸感覺，交互性計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中有操作者、機(jī)器和人機(jī)接口。它幫助提升人和計(jì)算機(jī)間的和諧度，同時(shí)也是最有力的仿真工具。在VRS的作用下實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)世界的模擬。在用戶交互輸入以及輸出修改虛擬環(huán)境的條件下，使人達(dá)到身臨其境的沉浸感覺。VM的關(guān)鍵技術(shù)之一就是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。
3機(jī)械虛擬樣機(jī)技術(shù)介紹
虛擬樣機(jī)技術(shù)在機(jī)械工程設(shè)計(jì)中被稱作機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)，它是20世紀(jì)80年代在計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展中發(fā)展起來的一種計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)。在計(jì)算機(jī)建立樣機(jī)模型后，對(duì)模型的多種動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行具體的分析，最后對(duì)樣機(jī)方案實(shí)現(xiàn)改進(jìn)。用數(shù)字化模型代替物理性的樣機(jī)。通過虛擬樣機(jī)技術(shù)的作用，簡化了機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)過程，有效縮短產(chǎn)品開發(fā)的時(shí)間，最大程度降低產(chǎn)品的開發(fā)成本和費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量和系統(tǒng)性能的提升，使設(shè)計(jì)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化和最具創(chuàng)新性。綜合以上優(yōu)勢(shì)，該技術(shù)一經(jīng)出現(xiàn)就受到了眾多工業(yè)發(fā)達(dá)和高等院校及設(shè)計(jì)和生產(chǎn)企業(yè)的重視，許多著名的產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)者都對(duì)該技術(shù)進(jìn)行了引入并運(yùn)用在自身產(chǎn)品的開發(fā)中，并且取得了極好的經(jīng)濟(jì)和生產(chǎn)效益。在機(jī)械工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用仿真技術(shù)對(duì)零件進(jìn)行設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工序等方面的選用以及工藝參數(shù)、加工工藝、裝配工藝等構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)性等均可以實(shí)現(xiàn)建模仿真。
4虛擬制造技術(shù)在機(jī)械工程中發(fā)揮的優(yōu)勢(shì)
4.1強(qiáng)大的通用性和分析處理復(fù)雜問題的能力
虛擬樣機(jī)技術(shù)建立和發(fā)展的基礎(chǔ)是分析力學(xué)和多體運(yùn)動(dòng)力學(xué)，該技術(shù)的關(guān)鍵是對(duì)復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)建模。因此，大多數(shù)的虛擬樣機(jī)技術(shù)軟件主要運(yùn)用的是帶約束乘子的微分代數(shù)混合方程。令每個(gè)構(gòu)件都有六個(gè)自由度是它的核心，還要要求其對(duì)多余的自由度進(jìn)行限制，實(shí)現(xiàn)其具有良好的通用性，達(dá)到適用性強(qiáng)的目的。與此同時(shí)，虛擬樣機(jī)技術(shù)還對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的詳細(xì)環(huán)節(jié)進(jìn)行考慮，具體指彈性、接觸和摩擦等因素。
4.2為機(jī)械系統(tǒng)建模帶來便利
傳統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)建模中要先建立運(yùn)動(dòng)分析，隨后在運(yùn)動(dòng)分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行動(dòng)力分析，這中間需要許多的圖形分析和公式推導(dǎo)。但是圖形的分析和公式的推導(dǎo)過程往往比較復(fù)雜，并且錯(cuò)誤率高。同樣的建模過程中設(shè)計(jì)人員只需要將機(jī)械的構(gòu)成方式和連接方法以及相應(yīng)的物理參數(shù)實(shí)施輸入，其后的建模和求解只需要計(jì)算來完成就可以了，極大地幫助設(shè)計(jì)人員承擔(dān)了許多的設(shè)計(jì)難度。
4.3強(qiáng)大的后期處理能力
在傳統(tǒng)的分析方法上通常得出的是大量的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的理解還要依靠豐富的經(jīng)驗(yàn)和理論。但是運(yùn)用虛擬樣機(jī)計(jì)算軟件為復(fù)雜性的數(shù)據(jù)提供了可視化技術(shù)，使得設(shè)計(jì)人員直觀地看到機(jī)械設(shè)計(jì)的性能和運(yùn)動(dòng)效果。
5結(jié)語
虛擬制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代工程機(jī)械工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的設(shè)計(jì)、試制等一系列過程的直觀性。實(shí)現(xiàn)了在產(chǎn)品真正制造出來前，可以在虛擬的制造環(huán)境中生成產(chǎn)品的原型，更好地替代現(xiàn)實(shí)中的硬件產(chǎn)品，更方便地對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的性能和可生產(chǎn)性進(jìn)行評(píng)估，極大地縮短了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)周期，最大化地節(jié)約了產(chǎn)品開發(fā)的成本，保證產(chǎn)品的開發(fā)和設(shè)計(jì)可以適應(yīng)市場的靈活性的變化。虛擬制造技術(shù)是現(xiàn)實(shí)技術(shù)和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在機(jī)械制造中的綜合應(yīng)用。在現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)的幫助下實(shí)現(xiàn)對(duì)眾多產(chǎn)品的開發(fā)和設(shè)計(jì)，不僅不會(huì)造成實(shí)際物質(zhì)的浪費(fèi)，并且還能更直觀地了解產(chǎn)品生產(chǎn)的具體情況，打開了機(jī)械制造和設(shè)計(jì)的全新局面。
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關(guān)鍵詞：建模，裝配仿真，干涉檢查
1 引言虛擬制造是實(shí)際制造工程在計(jì)算機(jī)上的映射，船舶建造仿真要求采用三維的模型來代替實(shí)際的制造工程，將在車間、船臺(tái)（塢）的工作在虛擬的環(huán)境下先運(yùn)行一遍，從分段裝配、舾裝配合、動(dòng)力學(xué)性能、流體力學(xué)性能等多方面進(jìn)行系統(tǒng)的分析，從而得出船舶建造的邏輯順序與合理性，并為建造過程的優(yōu)化準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
2 船舶建造數(shù)字建模及裝配仿真要求船舶的建造是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，現(xiàn)代造船技術(shù)以中間產(chǎn)品為導(dǎo)向，采用成組技術(shù)和計(jì)算機(jī)集成制造技術(shù)，有層次的對(duì)整個(gè)建造工程實(shí)施分解，在不同的階段，對(duì)三維建模有不同的要求。在以進(jìn)行船舶建造作業(yè)計(jì)劃編制為目的，同時(shí)滿足生產(chǎn)設(shè)計(jì)需要的情況下，對(duì)船舶數(shù)字化建模和裝配仿真技術(shù)的要求是[1,2]：（1）提供編制計(jì)劃所需要的產(chǎn)品特征信息，包括產(chǎn)品的幾何特征、物理特征、工程結(jié)構(gòu)特征等。在實(shí)際建造前根據(jù)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)與圖形學(xué)映射關(guān)系確定各個(gè)零件的配合情況；（2）對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行干涉檢查，確定整個(gè)裝配方案的可行性，在虛擬環(huán)境下消除產(chǎn)品的設(shè)計(jì)缺陷；（3）通過裝配仿真，給出產(chǎn)品的裝配信息與約束信息，確定生產(chǎn)計(jì)劃所需要的裝配邏輯順序；（4）以虛擬制造技術(shù)為基礎(chǔ)，通過仿真，構(gòu)建裝配工藝路線，實(shí)現(xiàn)可行的裝配工藝規(guī)劃；（5）進(jìn)行裝配工藝仿真后處理，給出適合生產(chǎn)實(shí)際的三維模型與工藝文件。
3 數(shù)字化三維模型的建立這里使用的是CATIA V5 軟件進(jìn)行建模裝配仿真與干涉檢查。CATIA V5 是IBM 和達(dá)索系統(tǒng)公司共同推出的CAD/CAE/CAM 軟件，該軟件能夠在windows和Unix 等平臺(tái)上運(yùn)行，具有較強(qiáng)的三維造型功能，還有較強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)仿真功能模塊。
3.1 造船工程分解與任務(wù)包的確定
進(jìn)行三維數(shù)字化建模，不能單純的為了建模而建模，如果只是將船舶按其二維圖紙做成三維物體，則失去了建模的意義。以生產(chǎn)計(jì)劃編制為目標(biāo)的數(shù)字化建模通過船舶工程分解，來分清整個(gè)工藝過程，確立任務(wù)包，在此基礎(chǔ)之上，為后面的裝配仿真打下信息基礎(chǔ)。
船舶生產(chǎn)的過程實(shí)際上是制造零部件，即所謂的“中間產(chǎn)品”。免費(fèi)論文。這些中間產(chǎn)品經(jīng)過幾個(gè)制造級(jí)的逐漸變大變復(fù)雜，終而形成一艘船，即最終產(chǎn)品。免費(fèi)論文。因此從中間產(chǎn)品的角度來分解船舶的建造任務(wù)是理想的方案，這就是產(chǎn)品導(dǎo)向型分解。產(chǎn)品導(dǎo)向型工程分解的原理是：任何系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都是層次分明有序可循的，通過層層分解可以通過圖表的形式揭示其有序結(jié)構(gòu)。
產(chǎn)品導(dǎo)向型工程分解用于造船時(shí)，首先按照任務(wù)本質(zhì)的不同將造船全過程分為船體建造、舾裝和涂裝三大類，每一大類又分為加工和裝配兩種作業(yè)。例如，將船體建造分為零件加工、零件裝配、部件裝配、小分段裝配、分段裝配、大分段裝配和船體合攏7 個(gè)制造級(jí)。
3.2 分段模擬建模
（1）船體外板的建模
本文是在具有船殼曲面型值表的基礎(chǔ)上進(jìn)行船殼曲面的三維建模。由于型值表中的數(shù)據(jù)有間隔，在生成型線后，還進(jìn)一步對(duì)其進(jìn)行了光順。在具體建模過程中環(huán)境的設(shè)置如下：以X 正方向?yàn)榇挤较?，Y 正方向?yàn)榇蚁戏较?，Z 正方向?yàn)榇叻较颉Ｖ恍鑈Z 平面一邊建立一半船殼曲面，另一邊映射即可。在生成所有曲面之后，如果還有局部的地方出現(xiàn)棱角，還可以充分利用CATIA 中的曲面修改功能，對(duì)于有棱角的地方可以把帶有棱角線兩邊的曲面連接（Join）成一大塊，然后在棱角線兩邊分別用兩個(gè)參考面把這塊大面截?cái)啵⊿plit）成兩塊面，去掉中間有棱角線的曲面。再由這兩塊Split面通過Blent（or Fill）命令連接起來，Blend（or Fill）命令中有保證曲面光順連接的選項(xiàng)，可以保證曲面的光順連接。對(duì)于凹凸不平的小塊曲面也可以用這種方法來修改。
（2）零件的建模
零件的建模，其目的是為了在以后的裝配仿真和生產(chǎn)計(jì)劃編制中提供必要的信息。其應(yīng)具備下列基本策略：
（a）特征設(shè)計(jì)與特征提取的綜合利用。特征是產(chǎn)品建模的強(qiáng)有力支持。建模時(shí)應(yīng)將特征設(shè)計(jì)與特征提取結(jié)合起來，充分利用現(xiàn)有的CAD 系統(tǒng)所提供的特征造型功能，盡量從有關(guān)內(nèi)部數(shù)據(jù)庫直接提取，同時(shí)要充分的利用人機(jī)交互共功能，通過交互輸入定義。
（b）面向?qū)ο蟮慕７绞?。面向?qū)ο蟮慕７绞剑哂邢却趾缶?，由抽象到具體的特點(diǎn)，符合產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)的自然思維習(xí)慣，應(yīng)在建模中得到充分應(yīng)用。
（c）模型的層次化組織。免費(fèi)論文。在建模過程中，應(yīng)該具有大局觀，不能只盯著一個(gè)構(gòu)件，而是應(yīng)該考慮整體的層次性，在經(jīng)過詳細(xì)科學(xué)的分解以后，分層有計(jì)劃的建模。
模型不僅要處理設(shè)計(jì)系統(tǒng)的輸入信息，還應(yīng)能處理設(shè)計(jì)工程中的中間信息和結(jié)果信息，因此模型的信息應(yīng)隨著設(shè)計(jì)過程的推進(jìn)而逐步豐富和完善。
4 裝配仿真與干涉檢查船舶裝配仿真與干涉檢查是在虛擬的環(huán)境下確定船舶的作業(yè)邏輯順序，提供生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)資料，檢驗(yàn)工藝與設(shè)計(jì)的可行性。它是船舶虛擬制造和生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃的至關(guān)重要的一環(huán)，是進(jìn)行生產(chǎn)規(guī)劃的基礎(chǔ)。裝配仿真包括了零件裝配、部件裝配和分段裝配三個(gè)制造級(jí)的任務(wù)包。在進(jìn)行裝配仿真的過程中，應(yīng)該按照工藝順序依次進(jìn)行虛擬，其作用如下：(1) 擬定裝配方案，優(yōu)化裝配結(jié)構(gòu)。從設(shè)計(jì)和制造工藝出發(fā)，在各種約束中尋求裝配的合理性與最優(yōu)性；(2) 改進(jìn)裝配性能，降低裝配成本。船舶裝配所涉及的零件種類繁多，數(shù)量巨大，裝配仿真的任務(wù)首先要確保產(chǎn)品的裝配到位，然后要求裝配能夠比較容易實(shí)現(xiàn)，盡量降低成本；(3) 產(chǎn)品可制造性的基礎(chǔ)。由于目前詳細(xì)設(shè)計(jì)一般還是二維的，必須在虛擬三維環(huán)境下檢查產(chǎn)品的可行性；(4) 為計(jì)劃提供必要的信息數(shù)據(jù)。
4.1 裝配仿真
裝配仿真的覆蓋范圍很廣泛，這里具體來說包括裝配順序、裝配路徑和裝配工藝三個(gè)方面的內(nèi)容，其中裝配順序與裝配路徑是最為核心內(nèi)容。
4.2 干涉檢查
船體分段有很多組件構(gòu)成，肉眼很難發(fā)現(xiàn)可能的干涉情況，利用CATIA 所提供的干涉檢查函數(shù)，可以自動(dòng)的檢查所有的干涉情況。下面通過實(shí)例來說明。
在構(gòu)件中有一工字梁與角鋼交叉，要進(jìn)行干涉檢查，看兩者是否有接觸而不能裝配，應(yīng)用Compute Clash 命令，將兩個(gè)零件同時(shí)選中，即可分析這兩個(gè)零件的干涉情況。當(dāng)對(duì)話框Result 出現(xiàn)Clash 表示兩個(gè)組件發(fā)生了干涉，出現(xiàn)Contact 則表示選定的兩個(gè)組件相接觸，如果No interference 則表示沒有干涉。
5 結(jié)語本文以編制生產(chǎn)計(jì)劃為目的，研究了基于虛擬制造下的三維數(shù)字化建模的方法。在CATIA 環(huán)境下，研究了怎樣通過對(duì)工藝合理性分析結(jié)合裝配分析，虛擬干涉檢查、產(chǎn)品裝配、生產(chǎn)工藝仿真，最后得到適合生產(chǎn)計(jì)劃編制的數(shù)字化模型。
[關(guān)鍵詞]仿真實(shí)驗(yàn) 輔助工具 事半功倍
中圖分類號(hào)：G128 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2015）16-0208-01
引言：
《電工電子》是汽修專業(yè)的基礎(chǔ)課，比較抽象，難懂，弄的不好學(xué)生根本沒有聽懂，時(shí)間長了就放棄了，所以要求我們老師要加強(qiáng)教學(xué)方法的探索，要把高深的理論用直觀的，形象的，簡單的實(shí)驗(yàn)方法加以論證，要學(xué)生多動(dòng)手，增加他們的興趣，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。傳統(tǒng)的硬件實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生親自動(dòng)手，親自體驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如果不對(duì)可以當(dāng)場查找原因，優(yōu)點(diǎn)很多，但它要求事先做很長的準(zhǔn)備，實(shí)驗(yàn)中學(xué)生的安全也非常重要，要求實(shí)驗(yàn)設(shè)備好，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)人員夠，基于它的這些缺點(diǎn)，仿真實(shí)驗(yàn)在《電工電子》的教學(xué)中就彰顯出它獨(dú)特的地位。
一、仿真技術(shù)簡介
EWB是英文單詞Electronics Work Bench 電子工作臺(tái)的縮寫，它是交互圖像技術(shù)有限公司在九十年代初推出的EDA（電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化）軟件，但真正在國內(nèi)使用就比較晚，它用來模擬電路圖和仿真電路工作狀態(tài)，波形、電流、電壓等非常直觀?？梢苑奖愕脤?shí)現(xiàn)書上的任意電路演示實(shí)驗(yàn)，方便，快捷，安全實(shí)用。它里面包括了信號(hào)源庫（電池，接地，直流電壓源等），基本器件庫（電阻，電感，開關(guān)等），儀器庫（各種電表，參數(shù)設(shè)置）等，只需輕點(diǎn)鼠標(biāo)，就可以畫出我們需要的電路圖，我們需要的參數(shù)設(shè)置，演示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，達(dá)到事半功倍的效果。
二、 仿真實(shí)驗(yàn)是課堂教學(xué)演示的理想之選
下面我通過《電工電子》中一個(gè)具體的電磁感應(yīng)這個(gè)實(shí)驗(yàn)加以說明。
1.實(shí)驗(yàn)前的“備”與“想”
我首先學(xué)習(xí)了EWB（虛擬電子工作臺(tái)）軟件和操作方法，其方便的更改電路和元件參數(shù)的能力，使我們得以很好的了解電子電路的各種性質(zhì)。熟悉了如何改變實(shí)驗(yàn)中的各個(gè)參數(shù)值，并且實(shí)驗(yàn)效果要明顯可行，事先熟練操作，站在教室的各個(gè)角落觀察圖象，以保證每個(gè)同學(xué)都能看到。然后認(rèn)真書寫教案，精磨教學(xué)過程和教學(xué)方法，怎么樣才能使絕大多數(shù)的同學(xué)參與和感興趣，應(yīng)該采用什么教學(xué)方法，中間的各個(gè)環(huán)節(jié)的銜接與導(dǎo)入怎么進(jìn)行，可能出現(xiàn)的問題如何解決等一一認(rèn)真思考，做到有的放矢，不打無準(zhǔn)備之戰(zhàn)。
2.實(shí)驗(yàn)中的“思”與“動(dòng)”
（1）線圈的電磁感應(yīng)
電磁感應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，書上主要給了兩個(gè)，下面是第一個(gè)實(shí)驗(yàn)，我不是自己演示然后直接給出結(jié)論，這種方法出力不討好，事倍功半，學(xué)生并沒有聽進(jìn)去，我采用的是先設(shè)問，給出如下表格中的問題，讓同學(xué)“思”考，老師進(jìn)行簡單的提示與引導(dǎo)，然后讓學(xué)生“動(dòng)”手來做仿真實(shí)驗(yàn)，自己給出結(jié)論。老師進(jìn)行總結(jié)和表揚(yáng)，甚至獎(jiǎng)勵(lì)。事實(shí)證明這種方法特別好，可以說是課堂氣氛活躍，學(xué)生踴躍上臺(tái)演示實(shí)驗(yàn)，大家注意力專注，達(dá)到了事半功倍的效果。比我們老師“填鴨”式的教學(xué)方式好了特多，學(xué)生印象深刻，興趣盎然。全部“動(dòng)”起手來，“動(dòng)”起腦來。
針對(duì)下圖實(shí)驗(yàn)問題如表1，圖1：
2）、導(dǎo)線的電磁感應(yīng)（如圖2，表2）
根據(jù)上面表格中的 問題，老師加以解析，然后讓學(xué)生上臺(tái)試驗(yàn)，每個(gè)問題找一個(gè)學(xué)生，通過演示來得出結(jié)論，每個(gè)同學(xué)加以相應(yīng)的分?jǐn)?shù)，老師進(jìn)行簡單的總結(jié)和表揚(yáng)，全程基本都是學(xué)生自己參與，自己動(dòng)手，印象深刻，老師在這里只起了引導(dǎo)和總結(jié)的任務(wù)。
3、實(shí)驗(yàn)后的“查”與“補(bǔ)”
做完實(shí)驗(yàn)后，要檢查同學(xué)的成績，聽取他們的意見，看下哪些地方學(xué)生掌握的好，哪些不好，以便認(rèn)真總結(jié)和記錄，下次再上這節(jié)課的時(shí)候改正，找出糾正的方法，下次課再鞏固理解，爭取做到學(xué)生90%的掌握率。
三、結(jié)束語
仿真軟件進(jìn)入電工電子技術(shù)的課堂教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)，可以把抽象的理論知識(shí)通過實(shí)驗(yàn)簡單化、形象化，許多實(shí)際中不易接觸到的儀器可以很方便地從屏幕上選用，讓學(xué)生感受到實(shí)際動(dòng)手操作的快樂，從而激發(fā)學(xué)員學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性?？傊S著多媒體課室建設(shè)的不斷完善，仿真軟件一定能夠在電工電子課程教學(xué)改革中發(fā)揮更大的作用。
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專題策劃人：彭遠(yuǎn)紅
主持人簡介：李鳳霞，女，北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院教授、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)部主任、虛擬現(xiàn)實(shí)與仿真計(jì)算學(xué)科方向帶頭人，教育部“大學(xué)計(jì)算機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心”主任，北京市教學(xué)名師，教育部高等學(xué)校大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)副主任，全國高等院校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育研究會(huì)副會(huì)長，中國計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)虛擬現(xiàn)實(shí)與可視化委員會(huì)副主任：研究方向?yàn)樘摂M現(xiàn)實(shí)與仿真計(jì)算、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育；lfx_lfx@bit.edu．cn
以計(jì)算思維為導(dǎo)向的大學(xué)計(jì)算機(jī)教育改革已經(jīng)取得了重要的階段性成果。其中，大規(guī)模在線教育技術(shù)起到了重要的推動(dòng)作用；然而應(yīng)該看到，計(jì)算思維能力培養(yǎng)重在教學(xué)內(nèi)容改革，即課程體系和知識(shí)結(jié)構(gòu)。在線教育技術(shù)解決了傳播手段問題，但無法解決教學(xué)內(nèi)容存在的實(shí)質(zhì)問題教學(xué)內(nèi)容改革剛剛開始，進(jìn)一步深化仍面臨一系列問題：新內(nèi)容與教學(xué)設(shè)置的匹配問題；新理念與師資的適應(yīng)問題；新需求與舊資源的更新問題，這些問題需要更完善的課程體系和更前沿的教育技術(shù)的支持。
北京理工大學(xué)自2012年提出虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)思路至今，從完善課程實(shí)驗(yàn)體系方面展示了“理論+概念+方法”的全新方案，改善了“以應(yīng)用軟件實(shí)踐為主”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容設(shè)置，從教育技術(shù)方面給出了“理論可驗(yàn)證+概念可視化+方法可交互”的虛擬現(xiàn)實(shí)與仿真技術(shù)的全方位支持，從一定程度上顛覆了大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)以往的實(shí)驗(yàn)體系和教學(xué)模式。該教學(xué)成果被北京工商大學(xué)、北方工業(yè)大學(xué)、河南大學(xué)、武漢輕工大學(xué)、長春理工大學(xué)、華北理工大學(xué)等多家院校采用，收到了較好的教學(xué)效果2014年北京理工大學(xué)成功獲批教育部“國家級(jí)大學(xué)計(jì)算機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心”以來，虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式得到了廣泛關(guān)注，已經(jīng)開始向計(jì)算機(jī)專業(yè)課程以及物理、化學(xué)、生命科學(xué)等公共基礎(chǔ)課滲透，并取得了初步成果。
在虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)技術(shù)日益成熟的契機(jī)下，201 5年6月，教育部高等學(xué)校大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)、北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院、高等教育出版社聯(lián)合召開了“大學(xué)計(jì)算機(jī)課程教學(xué)改革”第三期沙龍活動(dòng)，圍繞“虛擬實(shí)驗(yàn)方法全面助力計(jì)算機(jī)教育教學(xué)改革”展開深入研討，并就借助MOOC模式推動(dòng)課程深化改革和推廣作了具體研究落實(shí)?！队?jì)算機(jī)教育》雜志始終關(guān)注虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)成果的推廣，遴選會(huì)議4篇論文，形成專題，繼續(xù)探討如何將計(jì)算思維理念與計(jì)算機(jī)教育教學(xué)相結(jié)合，如何將虛擬實(shí)驗(yàn)方法應(yīng)用于計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)和計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)中。
幾乎在周浩奪冠的同一天，陜西省的一名化學(xué)博士蘇楠楠，在“滬江英語”上開的英語課吸引了1萬多名學(xué)生聽課，蘇楠楠也在短短20天內(nèi)撈金35萬。這對(duì)新東方來說也許是個(gè)災(zāi)難，因?yàn)閷W(xué)生在滬江上學(xué)英語不僅便宜，而且還能交流感情。滬江中的同桌功能，使一起學(xué)英語的上海海事大學(xué)的工科男小張和西安歐亞學(xué)院的藝術(shù)女小李不僅喜歡上了英語，還迅速發(fā)展成為戀人。這與周浩追求的真實(shí)不同，教育給予小張和小李的是“真情”。
清華大學(xué)無線電專業(yè)的王楠，暑假到上海參加叔叔公司的實(shí)習(xí)夏令營。雖然王楠和第一個(gè)故事中的周浩具有基本相同的家庭背景，但是王楠的愛好卻不是動(dòng)手，操作類的學(xué)習(xí)絲毫激發(fā)不了他的學(xué)習(xí)興趣。然而，實(shí)習(xí)期間，從來沒學(xué)過Java編程的王楠卻能在2周內(nèi)又快又好地完成一般工程師經(jīng)過大學(xué)4年的學(xué)習(xí)訓(xùn)練，再加半年的培訓(xùn)才能上手的程序。顯然，吸引王楠興趣的是程序中的算法。在短短的實(shí)習(xí)過程中，王楠完成的工作量幾乎和正式工程師一樣。他既不關(guān)心真實(shí)，也不關(guān)心真情，只對(duì)程序的“真理”感興趣。
與自然科學(xué)不同，教育中的理論和假設(shè)非常多，教育界的爭論也非常多，由于其門檻較低，站在自己的角度每個(gè)人都有真實(shí)的感覺，都可以辯論幾句，但卻永遠(yuǎn)“辯”不出什么結(jié)果。這就像大家在形容一個(gè)心目中的姑娘：黑色的長發(fā)、苗條的身材、白皙的皮膚，只有三句描述就足以讓所有的男人成為情敵。然而，當(dāng)三個(gè)姑娘站在面前，大家才恍然大悟，原來大家愛的不是同一個(gè)姑娘。
教育目標(biāo)不同，教育的方法必然就不同。
杜威追求教育之實(shí)，于是實(shí)用主義教育暢行美國。哈欽斯崇尚教育真理，于是通識(shí)教育培養(yǎng)了芝加哥大學(xué)的大量復(fù)合型人才。托夫勒憧憬未來之美，于是未來的教育被托夫勒描繪成自由個(gè)性的天堂。
什么是教育之真呢？
上海某所211大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)的一位碩士研究生，到某IT公司實(shí)習(xí)，帶他實(shí)習(xí)的經(jīng)理，發(fā)現(xiàn)該實(shí)習(xí)生只對(duì)查看論文和做所謂的研究感興趣，對(duì)技術(shù)類毫無興趣。半年實(shí)習(xí)結(jié)束后，經(jīng)理發(fā)現(xiàn)該生參與的研究沒有一絲成果，因而重新梳理實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)儀器，讓經(jīng)理大吃一驚的是，研究生快畢業(yè)的實(shí)習(xí)生，竟然不會(huì)網(wǎng)線制作中最基本的“水晶頭制作”操作。而實(shí)驗(yàn)恰恰就是卡在了這個(gè)簡單的問題上，他卻不知原因。
該生所在的大學(xué)，有一個(gè)投資了數(shù)千萬元的實(shí)驗(yàn)室，教學(xué)目標(biāo)是任何一個(gè)本科生不僅是水晶頭，就連存儲(chǔ)云、大數(shù)據(jù)，也都應(yīng)該會(huì)玩的。10年前這所大學(xué)發(fā)現(xiàn)，使用思科的網(wǎng)絡(luò)虛擬軟件，雖然可以培養(yǎng)出非常多的得到思科認(rèn)證的網(wǎng)絡(luò)工程師，但是沒有實(shí)戰(zhàn)環(huán)境，也只能成為“PAPER CCIE”（IT界專用詞語，指拿到了網(wǎng)絡(luò)最高認(rèn)證，但卻什么也不會(huì)干的新手）。在現(xiàn)實(shí)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，99%的問題虛擬軟件是不能模擬和無法想象的。
思科公司之所以在20年前就制作出大量便宜的虛擬軟件，是因?yàn)橐囵B(yǎng)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)工程師，并讓其去解決問題、配置機(jī)器，是一件非常耗費(fèi)金錢的事情。然而，與思科公司的做法不同的是對(duì)電力、航空和礦山工程師的培養(yǎng)。虛擬軟件不再是便宜那么簡單，新手在現(xiàn)實(shí)環(huán)境的訓(xùn)練中，往往會(huì)有很大的危險(xiǎn)和較高的死亡率，虛擬是嚴(yán)肅的。
從上個(gè)世紀(jì)70年代開始，就有很多不把危險(xiǎn)當(dāng)回事的人將惡作劇當(dāng)玩笑。有一個(gè)叫做凱文的青年，不斷入侵美國國防部等重要部門，還與網(wǎng)絡(luò)專家玩起了捉迷藏。凱文落網(wǎng)以后無數(shù)的黑客競相效仿，引起了教育界的反思：為什么經(jīng)過科班訓(xùn)練的人不會(huì)的東西，到這些甚至在高中具有學(xué)習(xí)障礙癥的黑客們那里，學(xué)起來卻出奇神速呢？后來他們發(fā)現(xiàn)，相比起學(xué)校的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)，真實(shí)世界更加好玩、有趣。一個(gè)有趣的、正向誘導(dǎo)的系統(tǒng)是學(xué)生快速學(xué)習(xí)的關(guān)鍵。于是，各種游戲教育軟件應(yīng)運(yùn)而生，圍繞著“有趣”來快速滿足學(xué)習(xí)者的需求。
這幾年，虛擬仿真技術(shù)受到教育主管部門的重視和支持，各大學(xué)、高職、中職，都動(dòng)輒用數(shù)十萬、數(shù)百萬的錢投入到虛擬軟件的開發(fā)中，然而，什么是好的和必要的虛擬軟件呢？
換句話來說，我們需要的虛擬軟件，是需要它更真，還是更假呢？這個(gè)看起來很容易的問題，回答起來真的不容易。這十多年來，我作為教育技術(shù)公司的負(fù)責(zé)人做過非常多的教學(xué)軟件，但是同一門學(xué)科、同一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，對(duì)不同的人，用同樣的方法，結(jié)果完全不同。例如，對(duì)于一個(gè)高中或職業(yè)學(xué)校的孩子來說，要讓他了解信息安全，你得讓他去嘗試攻破一個(gè)網(wǎng)站才行，信息安全背后的密碼原理你根本沒有必要教，多數(shù)的黑客屬于這個(gè)層次，興趣會(huì)成為他們自然的老師；而對(duì)于一個(gè)計(jì)算機(jī)專業(yè)的本科生和研究生來說，信息安全這件事卻需要從多角度和多維度去跟他講清楚，你需要給他一系列的標(biāo)準(zhǔn)和案例；但對(duì)于985院校的學(xué)生來說，以上那些根本不重要，中國的985院校的實(shí)驗(yàn)儀器也很少用虛擬的，你得給他們配備與世界前沿同步的設(shè)備和課程才行。然而，我們只有一個(gè)教育部，卻愛上三種不同類型的“姑娘”。
關(guān)于“真實(shí)性與教育”的哲學(xué)思考，著名的大數(shù)據(jù)研究專家張小彥說：“知識(shí)是整體的，只是因?yàn)槿藗兊拇竽X不夠，才將其分散考慮。我們要有系統(tǒng)性的思維，才會(huì)破除大腦局限，形成全局觀念，最好地解決問題?！爆F(xiàn)代生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)也證明，人要對(duì)一個(gè)物體有本質(zhì)的認(rèn)識(shí)和形成觀念，需要將不同的數(shù)據(jù)通過眼、耳、鼻等系統(tǒng)，將數(shù)據(jù)形成信號(hào)，再轉(zhuǎn)到大腦的不同功能區(qū)去處理，處理后的信號(hào)再通過某種機(jī)制進(jìn)行訓(xùn)練歸結(jié)到一個(gè)統(tǒng)一的結(jié)論，形成概念。從這個(gè)角度上講，事情本質(zhì)的“真”沒有任何意義，學(xué)習(xí)者通過信號(hào)系統(tǒng)理解的“真”，才是有意義的一件事情。那么，問題又來了，由于每個(gè)人的信號(hào)系統(tǒng)不同，生理結(jié)構(gòu)不同，大家對(duì)客觀物體的認(rèn)知是有偏差的，于是100個(gè)人，可能只有30個(gè)人心目中是同樣一個(gè)客體。
虛擬仿真技術(shù)是數(shù)碼化的客體，從某種角度上講，它比每個(gè)人理解的事情更真，能夠拋開個(gè)體差異帶來的偏見。例如，在水晶頭的制作中，有非常好的虛擬軟件將這個(gè)過程的重要注意事項(xiàng)解剖出來，不但便于學(xué)生學(xué)習(xí)，還便于學(xué)生理解。這樣，問題又來了，這一虛擬仿真技術(shù)如果僅僅來自于某個(gè)專家的設(shè)計(jì)，那么這種真往往是帶有專家個(gè)人偏見的真，篩選掉的有可能是更重要的事情，而虛擬軟件制作過程中，又會(huì)被外包到與這個(gè)對(duì)象課程不太相關(guān)的設(shè)計(jì)師手里，因此，偏差就會(huì)更大。上文提到的實(shí)習(xí)生在學(xué)習(xí)水晶頭制作時(shí)不是通過現(xiàn)實(shí)的工程來展開的學(xué)習(xí)，而是通過網(wǎng)上的虛擬軟件進(jìn)行的，而那款虛擬軟件高度抽象了水晶頭有用的部分，如4根有顏色的銅線。虛擬化學(xué)習(xí)中，隨便接4根網(wǎng)絡(luò)的花線，在一般情況下不會(huì)出現(xiàn)問題，然而該生所做的網(wǎng)絡(luò)研究，最重要的恰恰就是這4根花線。
既然每個(gè)學(xué)習(xí)者的目標(biāo)不同，泛泛而談教育的真實(shí)就沒有任何意義，客觀真實(shí)與教育真實(shí)是不一樣的，哲學(xué)上所指的真實(shí)是不可改變、不可還原、不可復(fù)制的，也是不可能去安全實(shí)現(xiàn)的。即使將一條完全真實(shí)的產(chǎn)品線放進(jìn)學(xué)校，學(xué)生也很難掌握處理現(xiàn)實(shí)工作壓力和枯燥的方法。另外，對(duì)于“高端的學(xué)生”來說，真理更真還是真實(shí)更真，也是不容易搞清的糊涂賬。曾經(jīng)有教授向清華大學(xué)的一位校長建議清華的學(xué)生也應(yīng)該理論密切聯(lián)系實(shí)際，而這位校長的回答是令人深思的，大意是：對(duì)于清華的學(xué)生，我們不是僅僅要求他們?nèi)スS能干活，因?yàn)槟芨傻幕畲嬖冢鞘沁^去的東西，清華大學(xué)的學(xué)生應(yīng)該去干那些原先沒人干出來的事，比如火箭，你設(shè)計(jì)火箭的時(shí)候是不存在火箭的或者火箭只存在于美國，但是你不能說清華大學(xué)的學(xué)生就在玩虛的，圖紙的真實(shí)是比現(xiàn)實(shí)的真實(shí)更高一層的真實(shí)。
虛擬軟件要想做到教育之真，就要做到其教育形象具有合情、合理的性質(zhì)。
所謂合情，首先是軟件設(shè)計(jì)師本人對(duì)虛擬軟件知識(shí)點(diǎn)、技能點(diǎn)、體驗(yàn)點(diǎn)的認(rèn)識(shí)、體會(huì)和感悟，并向?qū)W生展示出一個(gè)帶有設(shè)計(jì)師個(gè)人主觀色彩的專業(yè)世界，其中這個(gè)展示的過程必須是符合學(xué)科最普遍的認(rèn)識(shí)步驟邏輯和認(rèn)知情感變化邏輯，體現(xiàn)出人類從形象思維升華到抽象思維的合理規(guī)律。情，指向的就是人的主觀世界的種種變化波動(dòng)。合情即指合乎這種主觀世界運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。合理，指的是設(shè)計(jì)師創(chuàng)造的虛擬仿真產(chǎn)品符合專業(yè)知識(shí)點(diǎn)運(yùn)作的普遍客觀規(guī)律，即存在的合理性。這種合理性必須在學(xué)生的接受范圍內(nèi)，也就是要契合學(xué)生的現(xiàn)實(shí)經(jīng)驗(yàn)，使學(xué)生對(duì)作品創(chuàng)造出來的現(xiàn)實(shí)專業(yè)世界認(rèn)同，在接受上不會(huì)太唐突。
因此，要真正做出一款好的虛擬軟件，就要充分考慮這款軟件中的幻想系數(shù)和邏輯系數(shù)，有時(shí)候要想達(dá)到教育之真，還甚至必須將其與虛假或虛幻聯(lián)系在一起談?wù)摬攀怯幸饬x、有價(jià)值的，因?yàn)榻逃姹旧?，不僅包含指認(rèn)真實(shí)、表象真實(shí)還包含邏輯真實(shí)。例如，對(duì)一個(gè)山東省臨沂山區(qū)的孩子來說，藍(lán)翔技校的挖掘機(jī)駕駛才是真實(shí)的，因?yàn)樗睦蠋熌軌蚯逦馗嬖V他，通過三個(gè)月駕駛挖掘機(jī)的學(xué)習(xí)，能夠每個(gè)月掙4000元錢；而一個(gè)職業(yè)技術(shù)學(xué)校的學(xué)生對(duì)挖掘機(jī)的理解包含了挖掘機(jī)的各個(gè)關(guān)鍵部件的表象之真，學(xué)生畢業(yè)后能夠被挖掘機(jī)制造廠商按照專業(yè)門類錄取，經(jīng)過3年的學(xué)習(xí)，他還是每個(gè)月掙4000元；一個(gè)清華大學(xué)機(jī)電系的學(xué)生理解的挖掘機(jī)是它的動(dòng)力、機(jī)械和電器的配合系統(tǒng)和模型，雖然經(jīng)過4年的專業(yè)學(xué)習(xí)他也是每個(gè)月掙4000元，但是他的目標(biāo)是4年后能制造出更好的挖掘機(jī)。因此，清華大學(xué)的挖掘機(jī)虛擬軟件、職業(yè)技術(shù)學(xué)院的挖掘機(jī)虛擬軟件，以及藍(lán)翔技校的挖掘機(jī)虛擬軟件是不同的，拋開服務(wù)對(duì)象，還真不好說挖掘機(jī)技術(shù)哪家強(qiáng)。
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)，也許能夠解決上述一部分的教育難題，最新的虛擬仿真技術(shù)不僅僅需要?jiǎng)赢嫼吐暪怆姷哪M系統(tǒng)，還會(huì)將實(shí)體系統(tǒng)整合起來，還會(huì)將信號(hào)系統(tǒng)通過LabVIEW軟件整合起來，還會(huì)打造一個(gè)知識(shí)地圖的深入應(yīng)用……
回到文章的開頭，我非常關(guān)注周浩的發(fā)展，雖然他喜歡動(dòng)手，雖然他擅長動(dòng)手，但并不能現(xiàn)在就斷言周浩適合做技工，人生的路很長，原先的教育系統(tǒng)只能讓周浩做選擇題，不允許他做綜合題，到底一個(gè)人適合干什么，連周浩本人都要用一輩子去探索，要不怎么說，教育是一個(gè)尋找自我的過程呢！