仿真技术在理论教学中的应用

宋福元，张思兵，张国磊，李彦军，李晓明，孙宝芝

摘要：在理论教学中，由于学生对所学理论所应用的实际对象不了解，没有直观的概念，从而阻碍了对所学理论的理解。教学上利用仿真技术让理论与实际相结合，使学生更透彻更形象地了解系统和各个设备的工作原理、运行情况和操作过程，提高学习兴趣。本文对仿真技术在教学中的应用进行了深入探讨，并以柴油机仿真为例说明了仿真技术在教学中应用的优越性。

关键词：教学方法；仿真技术；教学效果

中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）06-0145-02

随着科技和经济的飞速发展，高校注重于理论教学的弊端越来越明显，新的教学方法的研究势在必行[1]。企事业用人单位一般要求有实际动手能力，希望学生能在工作岗位上尽快熟悉系统及各设备的运行情况和操作过程。如果学生在大学期间经过仿真技术的教学，其在工作岗位上对设备的了解无疑事半功倍。现有的实际情况是，学生在实习阶段只能参观设备，并不能进行实际操作，归根结底对设备只能从感官上进行认识。现有的仿真技术可以实现学生对设备的操作，使其在操作的过程中更深入地了解设备的工作原理和过程。仿真技术在教学上的应用相当于给学生提供了实践的机会。

一、现代化教学方法

现代化教学方法主要是借助多媒体进行演示，使学生的思维实现由抽象到形象的转变。教学过程中往往借用的是系统及各种设备的工作原理图，工作过程主要由老师进行讲述。如果学生在联想中觉得哪部分的工作过程无法顺理成章，结果就会陷入僵局而产生疑惑。解决此问题，需要更生动更形象的系统和各种设备的工作过程即仿真技术的应用。仿真技术利用计算机创造的各种虚拟环境来模拟真实环境并根据真实环境中实际操作情况在虚拟环境中进行操作、验证、设计等。这样一来，仿真技术提供了视觉、听觉、触觉等逼真感受，可以使操作者几乎身临其境地感受仿真系统中的动态变化，从而实现了对抽象问题的具体化，提高了学生的学习兴趣及学习效率，同时也能为学生的学习提供丰富而详尽的资源，加深了学生对知识的理解，以及如何在实际情况中去加以应用。

二、仿真技术在教学中的应用

随着仿真技术的发展，仿真技术应用目的趋于多样化、全面化。现在仿真系统的应用包括航空、航天、各种武器系统的研制部门、电力、交通运输、通信、化工、核能各个领域、系统概念研究、系统可行性研究、系统的分析与设计、系统开发、系统测试与评估、系统操作人员培训、系统预测、系统的使用与维护等各个方面[2]。在教育上的应用主要是用于训练各种工厂（如电厂、化工厂、核电站、电力网等）的运行操作人员。仿真技术的应用之全面，完全可以移植到学校的教学中。例如，结合本专业相关知识，在发动机相关专业的教学中，可以在具体实践的基础上，利用计算机仿真软件建立仿真机模型，在虚拟环境下，模拟发动机的各部分结构及运行原理的仿真操作，实现发动机在各个工况及负荷下的运行状态的具体形象的描述，以及各部件联合运行特性的展现等，弥补学生在更具体而直观地感受发动机内部运行情况方面的不足，最大限度地提高专业教学质量和教学效果。图1为发动机仿真机的结构组成。

柴油机仿真学习软件的界面，左边区域的按钮对应着每个章节的知识点，通过点击界面左边区域的按扭，可以在软件的工作区显示出柴油机相应部件的三维视图，以及对应的文字描述和数学表达式。左上角菜单栏中的视图栏可以对图片进行放大、缩小以及旋转图形等操作。右下角的动态演示控制区可以模拟柴油机工作时，相应部件的运行动态。这样，学生可以从多角度观察柴油机的结构组成及动态工作过程，从而更加深入地了解其工作原理。菜单栏中的文件栏还可以对所学内容进行重点标记并导出，这样可以提高学生的学习效率。教学中老师可以把该专业的仿真技术的最新研究成果展示在学生的面前而不是只做专题的演讲，应该普及仿真技术在教学中的应用，增加其学时。在教学中应用仿真技术，学生不仅对设备的理论知识有详细的了解，而且能从视觉上观看其动态的工作过程，甚至还能亲自动手操作设备的运行及给设备设置各种故障后设备的运行情况，使学生对设备的工作性能有更透彻的了解，进而学到更多的知识和增加自己的学习乐趣。

三、仿真技术与实验相结合

虽然仿真技术的应用能使系统及设备的动态的工作过程生动形象地展现在学生的眼前，但是现有的仿真技术依然不能完全展示系统及设备的工作过程。因此，在仿真学习的基础上，还是有必要让学生熟悉实际设备在运行时的工作情况，应增加各种实验教学使其和仿真教学相互辉映。尤其是对理工科的学生各种实验教学是非常必要的，实验不仅能增强学生的实际动手能力，还能增加其实验中遇到问题处理实际问题的能力。例如，在上述发动机仿真平台中，通过编写的软件进行仿真优化计算，随后在同样的工况及负荷下，可在一增压柴油机上进行实验，并测得实验结果，最后对仿真计算结果进行对比分析，可以验证仿真软件的准确性，这里给出的是柴油机运行时的示功图。通过简单的对比分析，可以看出仿真结果与实验结果的变化趋势相一致，学生可以更全面更直观地了解柴油机在不同时刻的做功情况，也能使学生更深入地理解引起仿真结果与实验结果中微小差异的原因。

四、总结和展望

教学的最终目的，就是让学生更好的学习知识，并能将这些知识灵活应用到实际中去。在信息技术发展日新月异的背景下，虚拟仿真技术为教学提供了一个有效而切实可行的平台。综上可知，在教学中应用仿真技术主要有如下优点：

1.提高学生的学习兴趣，提高学习效率。对于大多数理工科而言，传统的板书、PPT等教学方法在实际教学中往往会显得单调乏味，繁琐且不易理解，难以直接展示系统的结构、作用原理及工作流程等，这样会使很多学生失去了学习的兴趣。而利用仿真平台进行教学，可以使抽象复杂的问题形象化、具体化，能让学生更加直观而深刻地理解所学知识。这种新颖的学习方式也不会显得索然无味，这大大激发了学生的学习兴趣，同时，在课堂上老师也可以节省大量讲述及板书的时间，可以与学生有更多的互动，也能有更多的时间为学生答疑解惑，这样学生的学习效率也得以提高。

2.提高了学生动手操作及独立思考的能力。在应用仿真技术进行教学时，学生可以在模拟的环境中学习，这种模拟的环境是基于实际情况的，这样一来，学生就相当于在现场进行实习操作，从而在某种程度上提高了学生的动手操作能力。如果学生每人一台电脑，在独立完成相关操作及数据处理的过程中，也很好的锻炼了学生独立思考的能力。

3.锻炼学生发现问题并解决问题的能力。学生在利用仿真平台学习后，同实验相结合，并将二者进行对比分析，可以“从做中学，从学中做”，这样易于找出仿真学习与实际情况的不同，从而发现问题，并会灵活地运用所学的技能举一反三，努力提高解决问题的能力。

在新的时代下，学校内各个专业都会在教学中应用其专业领域最新最先进的仿真技术，使学生的眼界开阔，对其所学理论知识能融会贯通并了解设备的动态工作过程和故障条件下的诊断。计算机技术的日新月异，各系统和设备的仿真可以更加接近其工作的实际情况，其在教学上的应用应更得心应手。

参考文献：

[1]林爱琴.大学教学方法的改革势在必行[J].中国科教创新导刊，2007，（451）：33

[2]齐欢，王小平.系统建模与仿真[M].清华大学出版社，2004.endprint

摘要：在理论教学中，由于学生对所学理论所应用的实际对象不了解，没有直观的概念，从而阻碍了对所学理论的理解。教学上利用仿真技术让理论与实际相结合，使学生更透彻更形象地了解系统和各个设备的工作原理、运行情况和操作过程，提高学习兴趣。本文对仿真技术在教学中的应用进行了深入探讨，并以柴油机仿真为例说明了仿真技术在教学中应用的优越性。

关键词：教学方法；仿真技术；教学效果

中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）06-0145-02

随着科技和经济的飞速发展，高校注重于理论教学的弊端越来越明显，新的教学方法的研究势在必行[1]。企事业用人单位一般要求有实际动手能力，希望学生能在工作岗位上尽快熟悉系统及各设备的运行情况和操作过程。如果学生在大学期间经过仿真技术的教学，其在工作岗位上对设备的了解无疑事半功倍。现有的实际情况是，学生在实习阶段只能参观设备，并不能进行实际操作，归根结底对设备只能从感官上进行认识。现有的仿真技术可以实现学生对设备的操作，使其在操作的过程中更深入地了解设备的工作原理和过程。仿真技术在教学上的应用相当于给学生提供了实践的机会。

一、现代化教学方法

现代化教学方法主要是借助多媒体进行演示，使学生的思维实现由抽象到形象的转变。教学过程中往往借用的是系统及各种设备的工作原理图，工作过程主要由老师进行讲述。如果学生在联想中觉得哪部分的工作过程无法顺理成章，结果就会陷入僵局而产生疑惑。解决此问题，需要更生动更形象的系统和各种设备的工作过程即仿真技术的应用。仿真技术利用计算机创造的各种虚拟环境来模拟真实环境并根据真实环境中实际操作情况在虚拟环境中进行操作、验证、设计等。这样一来，仿真技术提供了视觉、听觉、触觉等逼真感受，可以使操作者几乎身临其境地感受仿真系统中的动态变化，从而实现了对抽象问题的具体化，提高了学生的学习兴趣及学习效率，同时也能为学生的学习提供丰富而详尽的资源，加深了学生对知识的理解，以及如何在实际情况中去加以应用。

二、仿真技术在教学中的应用

随着仿真技术的发展，仿真技术应用目的趋于多样化、全面化。现在仿真系统的应用包括航空、航天、各种武器系统的研制部门、电力、交通运输、通信、化工、核能各个领域、系统概念研究、系统可行性研究、系统的分析与设计、系统开发、系统测试与评估、系统操作人员培训、系统预测、系统的使用与维护等各个方面[2]。在教育上的应用主要是用于训练各种工厂（如电厂、化工厂、核电站、电力网等）的运行操作人员。仿真技术的应用之全面，完全可以移植到学校的教学中。例如，结合本专业相关知识，在发动机相关专业的教学中，可以在具体实践的基础上，利用计算机仿真软件建立仿真机模型，在虚拟环境下，模拟发动机的各部分结构及运行原理的仿真操作，实现发动机在各个工况及负荷下的运行状态的具体形象的描述，以及各部件联合运行特性的展现等，弥补学生在更具体而直观地感受发动机内部运行情况方面的不足，最大限度地提高专业教学质量和教学效果。图1为发动机仿真机的结构组成。

柴油机仿真学习软件的界面，左边区域的按钮对应着每个章节的知识点，通过点击界面左边区域的按扭，可以在软件的工作区显示出柴油机相应部件的三维视图，以及对应的文字描述和数学表达式。左上角菜单栏中的视图栏可以对图片进行放大、缩小以及旋转图形等操作。右下角的动态演示控制区可以模拟柴油机工作时，相应部件的运行动态。这样，学生可以从多角度观察柴油机的结构组成及动态工作过程，从而更加深入地了解其工作原理。菜单栏中的文件栏还可以对所学内容进行重点标记并导出，这样可以提高学生的学习效率。教学中老师可以把该专业的仿真技术的最新研究成果展示在学生的面前而不是只做专题的演讲，应该普及仿真技术在教学中的应用，增加其学时。在教学中应用仿真技术，学生不仅对设备的理论知识有详细的了解，而且能从视觉上观看其动态的工作过程，甚至还能亲自动手操作设备的运行及给设备设置各种故障后设备的运行情况，使学生对设备的工作性能有更透彻的了解，进而学到更多的知识和增加自己的学习乐趣。

三、仿真技术与实验相结合

虽然仿真技术的应用能使系统及设备的动态的工作过程生动形象地展现在学生的眼前，但是现有的仿真技术依然不能完全展示系统及设备的工作过程。因此，在仿真学习的基础上，还是有必要让学生熟悉实际设备在运行时的工作情况，应增加各种实验教学使其和仿真教学相互辉映。尤其是对理工科的学生各种实验教学是非常必要的，实验不仅能增强学生的实际动手能力，还能增加其实验中遇到问题处理实际问题的能力。例如，在上述发动机仿真平台中，通过编写的软件进行仿真优化计算，随后在同样的工况及负荷下，可在一增压柴油机上进行实验，并测得实验结果，最后对仿真计算结果进行对比分析，可以验证仿真软件的准确性，这里给出的是柴油机运行时的示功图。通过简单的对比分析，可以看出仿真结果与实验结果的变化趋势相一致，学生可以更全面更直观地了解柴油机在不同时刻的做功情况，也能使学生更深入地理解引起仿真结果与实验结果中微小差异的原因。

四、总结和展望

教学的最终目的，就是让学生更好的学习知识，并能将这些知识灵活应用到实际中去。在信息技术发展日新月异的背景下，虚拟仿真技术为教学提供了一个有效而切实可行的平台。综上可知，在教学中应用仿真技术主要有如下优点：

1.提高学生的学习兴趣，提高学习效率。对于大多数理工科而言，传统的板书、PPT等教学方法在实际教学中往往会显得单调乏味，繁琐且不易理解，难以直接展示系统的结构、作用原理及工作流程等，这样会使很多学生失去了学习的兴趣。而利用仿真平台进行教学，可以使抽象复杂的问题形象化、具体化，能让学生更加直观而深刻地理解所学知识。这种新颖的学习方式也不会显得索然无味，这大大激发了学生的学习兴趣，同时，在课堂上老师也可以节省大量讲述及板书的时间，可以与学生有更多的互动，也能有更多的时间为学生答疑解惑，这样学生的学习效率也得以提高。

2.提高了学生动手操作及独立思考的能力。在应用仿真技术进行教学时，学生可以在模拟的环境中学习，这种模拟的环境是基于实际情况的，这样一来，学生就相当于在现场进行实习操作，从而在某种程度上提高了学生的动手操作能力。如果学生每人一台电脑，在独立完成相关操作及数据处理的过程中，也很好的锻炼了学生独立思考的能力。

3.锻炼学生发现问题并解决问题的能力。学生在利用仿真平台学习后，同实验相结合，并将二者进行对比分析，可以“从做中学，从学中做”，这样易于找出仿真学习与实际情况的不同，从而发现问题，并会灵活地运用所学的技能举一反三，努力提高解决问题的能力。

在新的时代下，学校内各个专业都会在教学中应用其专业领域最新最先进的仿真技术，使学生的眼界开阔，对其所学理论知识能融会贯通并了解设备的动态工作过程和故障条件下的诊断。计算机技术的日新月异，各系统和设备的仿真可以更加接近其工作的实际情况，其在教学上的应用应更得心应手。

参考文献：

[1]林爱琴.大学教学方法的改革势在必行[J].中国科教创新导刊，2007，（451）：33

[2]齐欢，王小平.系统建模与仿真[M].清华大学出版社，2004.endprint

摘要：在理论教学中，由于学生对所学理论所应用的实际对象不了解，没有直观的概念，从而阻碍了对所学理论的理解。教学上利用仿真技术让理论与实际相结合，使学生更透彻更形象地了解系统和各个设备的工作原理、运行情况和操作过程，提高学习兴趣。本文对仿真技术在教学中的应用进行了深入探讨，并以柴油机仿真为例说明了仿真技术在教学中应用的优越性。

关键词：教学方法；仿真技术；教学效果

中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）06-0145-02

随着科技和经济的飞速发展，高校注重于理论教学的弊端越来越明显，新的教学方法的研究势在必行[1]。企事业用人单位一般要求有实际动手能力，希望学生能在工作岗位上尽快熟悉系统及各设备的运行情况和操作过程。如果学生在大学期间经过仿真技术的教学，其在工作岗位上对设备的了解无疑事半功倍。现有的实际情况是，学生在实习阶段只能参观设备，并不能进行实际操作，归根结底对设备只能从感官上进行认识。现有的仿真技术可以实现学生对设备的操作，使其在操作的过程中更深入地了解设备的工作原理和过程。仿真技术在教学上的应用相当于给学生提供了实践的机会。

一、现代化教学方法

现代化教学方法主要是借助多媒体进行演示，使学生的思维实现由抽象到形象的转变。教学过程中往往借用的是系统及各种设备的工作原理图，工作过程主要由老师进行讲述。如果学生在联想中觉得哪部分的工作过程无法顺理成章，结果就会陷入僵局而产生疑惑。解决此问题，需要更生动更形象的系统和各种设备的工作过程即仿真技术的应用。仿真技术利用计算机创造的各种虚拟环境来模拟真实环境并根据真实环境中实际操作情况在虚拟环境中进行操作、验证、设计等。这样一来，仿真技术提供了视觉、听觉、触觉等逼真感受，可以使操作者几乎身临其境地感受仿真系统中的动态变化，从而实现了对抽象问题的具体化，提高了学生的学习兴趣及学习效率，同时也能为学生的学习提供丰富而详尽的资源，加深了学生对知识的理解，以及如何在实际情况中去加以应用。

二、仿真技术在教学中的应用

随着仿真技术的发展，仿真技术应用目的趋于多样化、全面化。现在仿真系统的应用包括航空、航天、各种武器系统的研制部门、电力、交通运输、通信、化工、核能各个领域、系统概念研究、系统可行性研究、系统的分析与设计、系统开发、系统测试与评估、系统操作人员培训、系统预测、系统的使用与维护等各个方面[2]。在教育上的应用主要是用于训练各种工厂（如电厂、化工厂、核电站、电力网等）的运行操作人员。仿真技术的应用之全面，完全可以移植到学校的教学中。例如，结合本专业相关知识，在发动机相关专业的教学中，可以在具体实践的基础上，利用计算机仿真软件建立仿真机模型，在虚拟环境下，模拟发动机的各部分结构及运行原理的仿真操作，实现发动机在各个工况及负荷下的运行状态的具体形象的描述，以及各部件联合运行特性的展现等，弥补学生在更具体而直观地感受发动机内部运行情况方面的不足，最大限度地提高专业教学质量和教学效果。图1为发动机仿真机的结构组成。

柴油机仿真学习软件的界面，左边区域的按钮对应着每个章节的知识点，通过点击界面左边区域的按扭，可以在软件的工作区显示出柴油机相应部件的三维视图，以及对应的文字描述和数学表达式。左上角菜单栏中的视图栏可以对图片进行放大、缩小以及旋转图形等操作。右下角的动态演示控制区可以模拟柴油机工作时，相应部件的运行动态。这样，学生可以从多角度观察柴油机的结构组成及动态工作过程，从而更加深入地了解其工作原理。菜单栏中的文件栏还可以对所学内容进行重点标记并导出，这样可以提高学生的学习效率。教学中老师可以把该专业的仿真技术的最新研究成果展示在学生的面前而不是只做专题的演讲，应该普及仿真技术在教学中的应用，增加其学时。在教学中应用仿真技术，学生不仅对设备的理论知识有详细的了解，而且能从视觉上观看其动态的工作过程，甚至还能亲自动手操作设备的运行及给设备设置各种故障后设备的运行情况，使学生对设备的工作性能有更透彻的了解，进而学到更多的知识和增加自己的学习乐趣。

三、仿真技术与实验相结合

虽然仿真技术的应用能使系统及设备的动态的工作过程生动形象地展现在学生的眼前，但是现有的仿真技术依然不能完全展示系统及设备的工作过程。因此，在仿真学习的基础上，还是有必要让学生熟悉实际设备在运行时的工作情况，应增加各种实验教学使其和仿真教学相互辉映。尤其是对理工科的学生各种实验教学是非常必要的，实验不仅能增强学生的实际动手能力，还能增加其实验中遇到问题处理实际问题的能力。例如，在上述发动机仿真平台中，通过编写的软件进行仿真优化计算，随后在同样的工况及负荷下，可在一增压柴油机上进行实验，并测得实验结果，最后对仿真计算结果进行对比分析，可以验证仿真软件的准确性，这里给出的是柴油机运行时的示功图。通过简单的对比分析，可以看出仿真结果与实验结果的变化趋势相一致，学生可以更全面更直观地了解柴油机在不同时刻的做功情况，也能使学生更深入地理解引起仿真结果与实验结果中微小差异的原因。

四、总结和展望

教学的最终目的，就是让学生更好的学习知识，并能将这些知识灵活应用到实际中去。在信息技术发展日新月异的背景下，虚拟仿真技术为教学提供了一个有效而切实可行的平台。综上可知，在教学中应用仿真技术主要有如下优点：

1.提高学生的学习兴趣，提高学习效率。对于大多数理工科而言，传统的板书、PPT等教学方法在实际教学中往往会显得单调乏味，繁琐且不易理解，难以直接展示系统的结构、作用原理及工作流程等，这样会使很多学生失去了学习的兴趣。而利用仿真平台进行教学，可以使抽象复杂的问题形象化、具体化，能让学生更加直观而深刻地理解所学知识。这种新颖的学习方式也不会显得索然无味，这大大激发了学生的学习兴趣，同时，在课堂上老师也可以节省大量讲述及板书的时间，可以与学生有更多的互动，也能有更多的时间为学生答疑解惑，这样学生的学习效率也得以提高。

2.提高了学生动手操作及独立思考的能力。在应用仿真技术进行教学时，学生可以在模拟的环境中学习，这种模拟的环境是基于实际情况的，这样一来，学生就相当于在现场进行实习操作，从而在某种程度上提高了学生的动手操作能力。如果学生每人一台电脑，在独立完成相关操作及数据处理的过程中，也很好的锻炼了学生独立思考的能力。

3.锻炼学生发现问题并解决问题的能力。学生在利用仿真平台学习后，同实验相结合，并将二者进行对比分析，可以“从做中学，从学中做”，这样易于找出仿真学习与实际情况的不同，从而发现问题，并会灵活地运用所学的技能举一反三，努力提高解决问题的能力。

在新的时代下，学校内各个专业都会在教学中应用其专业领域最新最先进的仿真技术，使学生的眼界开阔，对其所学理论知识能融会贯通并了解设备的动态工作过程和故障条件下的诊断。计算机技术的日新月异，各系统和设备的仿真可以更加接近其工作的实际情况，其在教学上的应用应更得心应手。

参考文献：

[1]林爱琴.大学教学方法的改革势在必行[J].中国科教创新导刊，2007，（451）：33

[2]齐欢，王小平.系统建模与仿真[M].清华大学出版社，2004.endprint