关于虚拟仿真实验教学的一些思考*

2015-05-26岳峰丽蔡玲张昕陈克

中国教育技术装备 2015年22期

◆岳峰丽蔡玲张昕陈克

作者：岳峰丽、蔡玲、张昕，沈阳理工大学汽车与交通学院副教授；陈克，沈阳理工大学汽车与交通学院教授，研究方向为车辆工程及汽车仿真教学（110169）。

1 前言

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

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

2 虚拟仿真实验教学中心功能

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

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

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

3 虚拟仿真实验教学中心效果

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

4 虚拟仿真实验教学中心平台

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

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

通过虚拟实验教学平台系统还可以实现：

1）帮助学生进一步认识和了解相关专业知识，掌握实验技能；

2）学生可以通过网络完成并提交实验作业与报告，及时和专业指导教师进行沟通；

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

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