虚拟仿真实验技术(6篇)
虚拟仿真实验技术篇1
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
虚拟仿真实验技术篇2
关键词：虚拟仿真技术；电子信息类专业；教学
虚拟仿真技术，是一种借助于计算机进行图形处理，实现图像再现的方法，将其引入电子信息类专业教学中，有助于提高教学质量与学生兴趣，拓展学生的知识面，丰富课堂的教学内容，培养学生的应用创新意识与能力。
一、虚拟仿真技术及其在电子信息类专业教学中的应用优势
虚拟仿真技术在电子信息类专业教学中的应用，主要体现在两个方面，一是虚拟仪器，二是仿真。其中，虚拟仪器利用“软件即仪器”的思路，借助于虚拟仿真软件，实现了一系列仪器的功能。仿真是指借助于模型开展电子信息类实验，通过仿真软件等的模拟功能，模拟实验环境与过程，达到教学实践与理论相结合的目的。
虚拟仿真技术在电子信息类专业教学中的应用，改变了传统的以教师为中心的单项输入式教学模式，通过指导性的虚拟实验设计与自主学习活动设计，增强了学生的主体地位，最大化地节约实验教学成本，打破了时空的限制，可在任何地点、任何时间进行电路仿真，便于利用便携式硬件及虚拟仪器验证仿真结果，极大地提升了实验效果。学生可以借助于虚拟仿真技术迅速完成实验，避免了大量枯燥的反复操作，提升了教学实验测量、显示精度，节约了该环节所需时间，为学生提供了更多实验探索设计的机会，同时，还确保了实验过程的安全性。
二、电子信息类专业教学中虚拟仿真技术的典型应用
1.Multisim软件
该软件是NI公司所研发的一款专业化电子仿真软件，具有操作简便、易上手等优势，其元器件十分丰富，而虚拟实验仪器更是功能强大，不仅提供了万用表、示波器等多种常用仪器，还兼具虚拟网络分析、频谱分析等功能，操作方便。该软件在电路类课程中的应用十分广泛，由于通信子线路课程具有较大的难度，理论知识过于抽象，因此，理论教学无法使学生深刻地理解。若想采用专业化通信设备，就要投入庞大的资金，这也是很多学校无法承担的，因此，可以借助于虚拟仿真软件模拟实验过程。
例如，在讲解调制解调器时，为了帮助学生理解三种调制，可以利用Multisim软件进行二极管桥型调幅电路的绘制，借助于“虚拟示波器”XSC1，就调幅信号所观测到的波形进行展示，这样学生可以清晰地看到波形变化与调载幅度变化保持一致，频率、相位并没有发生变化，学生可以对任意参数进行修改，并对波形变化规律进行观察，无需担心会对测试仪器造成破坏。利用该软件帮助学生学会如何使用虚拟示波器，再碰到实物示波器时，学生就能从容地操作了。
2.Proteus软件
该软件包括ISIS、ARES两个软件，其中，ISIS是一款电子系统仿真软件，能够对模拟、数字、模数混合电路进行仿真，并对微控制器系统及其电子元器件进行仿真，实现了软硬件的充分结合与实时仿真。以单片机课程中的LED点阵为例，其虽然结构较为简单，但加上驱动电路，要想使学生理解其显示原理仍较困难。可以利用Proteus软件，绘制8×8点阵电路图，点阵行采用74LS245作为驱动，由P2口进行控制，点阵列由P1口进行控制，并动态显示出来，再将源代码装入单片机，即可实现模拟仿真。采用该软件仿真极大地调动了学生的兴趣，便于其更好地理解LED显示原理。
3.MAX+plusII软件
该软件包括设计输入、处理、校验、编程下载等四大部分，提供诸如VHDL、AHDL等多种硬件设计的输入语言功能。该软件为硬件编程提供了条件，实现了硬件的在线升级，可以根据自身需求设计出独一无二的集成电路，因而在数字电子技术课程中有广泛的应用。例如，在设计一位全加器时，包括三种输入ain、bin、cin和两个输出sum、cout，通过绘制其内部原理图，软件可自动生成全加器逻辑符号，并对其逻辑波形进行观察。通过对波形时序关系进行分析，明确所设计全加器是否存在错误，是否需要修正。若无问题，可以选择菜单中的芯片型号，如选取EPM7128SLC84-15芯片，并对管脚重新加以分配、定位，将编程进行下载，完成操作过程。
三、结语
如今，虚拟仿真技术已经成为创新型电子信息类专业人才培养的必要手段。通过虚实结合、虚实互补模式，提高学生综合应用、工程实践与创新的能力，同时，实现了电子信息类专业教学资源的开放化与深度共享，全面提高电子通信类专业的教学效果。
参考文献：
虚拟仿真实验技术篇3
[关键词]虚拟仿真;实验教学;轨道交通;三位一体;一纵四横;三层六型
doi：10.3969/j.issn.1673-0194.2015.20.157
[中图分类号]G434[文献标识码]A[文章编号]1673-0194（2015）20-0-02
1研究背景
随着我国高速铁路的迅猛发展以及“高铁出海”战略的提出，社会对轨道交通类人才的需求急剧增加。因此，为相关行业培养和培训技术人才和熟练技工的需求也日趋紧迫。地处淮海经济区和铁路交通枢纽（徐州）的江苏师范大学，立足于为区域经济社会发展提供技术人才和科技服务，加快了轨道交通类专业人才的培养，在理论教学的同时，也注重对学生的实验教学。
实验教学是理论教学的延续，学生通过亲历实验过程，能够加深对理论教学的理解，有助于对课堂教学知识的消化和吸收。实验室建设是实验教学的重要平台和保障基础，可以提升学科专业水平，提高人才培养质量。
目前，我国轨道交通专业实验教学和实践培训存在如下问题：真实平台设备价格高昂，占地面积大，难以同时实现多人的标准化实训和考核;对涉及不可逆的操作，极端的环境，不可控天气条件的运行状况无法进行真实教学和研究。然而，基于虚拟仿真技术的实验教学方法具有投资少、安全性高、拓展性强的优点，可为轨道交通专业实验教学的开展提供有力支持。
2虚拟仿真技术概述
虚拟仿真技术是以计算机仿真技术、多媒体技术和网络技术为依托，用一个虚拟的仿真系统来模仿真实系统的技术。虚拟仿真实验教学中心是通过虚拟仿真技术，模拟真实的实验设备和实验场景，使学生通过人机交互的方式在模拟的实验场景、实验设备中开展相关实验，达到在虚拟现实环境中，完成各种实验教学活动的目的。它是虚拟仿真技术、计算机技术和专业理论知识等多学科融合的结晶。在实验教学中引入虚拟仿真技术，具有以下几点优势：第一，虚拟实验设备可以代替昂贵的真实设备，同时节约实验室用地，降低实验室建设成本，有利于缓解经费紧张压力;第二，仿真实验的引入突破了实验时间、空间的限制，有利于实验教学的开展和实验设备的利用，进而有利于推进实验教学的改革;第三，虚拟仿真技术可为实验教学提供良好的环境，有利于学生创新能力的培养;第四，虚拟仿真技术使得实验环境更接近现实，有利于缩短学生进入相关行业的适应期。
3构建虚拟仿真实验教学平台
根据教育部公布的“十二五”发展规划，工程实验室应在信息集成技术、虚拟仿真技术和智能制造技术等方面寻求突破，并大力推广和应用虚拟仿真技术。构建虚拟仿真实验教学平台、开展网络实验教学，不仅可以改进实验教学方法，还可以缓解实验设备和实验硬件资源不足等问题，有利于改善和提升实验教学的效果。基于此，江苏师范大学利用现有实验室条件和软件平台，积极筹划轨道交通信号与控制虚拟仿真实验教学中心的建设，主要包括“三位一体”实验平台、“一纵四横多分支”实验体系和“三层六型”实验项目。
3.1“三位一体”实验平台
轨道交通信号与控制虚拟仿真实验教学中心的建设目标主要有三个，其一是提高学生的工程实践能力和创新能力;其二是培训职工的职业技术能力和应急处理能力;其三是提升科学研究与试验的支撑能力。因此，首先建立了实验教学虚拟仿真平台，进而搭建实践培训虚拟仿真平台，在此基础上，进一步建设了科研服务虚拟仿真平台。三部分功能互补、相辅相成，共同构成“三位一体”多功能虚拟仿真实验平台（见图1），实现了“实验教学、实践培训、科研服务”的有机融合。
图1“三位一体”实验平台
3.2“一纵四横多分支”实验体系
在“三位一体”多功能虚拟仿真实验平台的基础上，按照“能实不虚、虚实结合、相互补充”的原则，以专业核心课程知识点为依据，以轨道交通全过程过程操作规范为标准，以安全运行控制为要求，建设由“行车控制”“运行车辆”“牵引供电”和“运输组织”四大部分构成的“一纵四横多分支”实践教学资源体系（见图2），以满足学校、企业和区域的虚拟仿真实践教学需求，实现校内外、本地区及更广范围内的资源共享，形成虚拟仿真实验教学中心的可持续发展。
图2“一纵四横多分支”实验体系
3.3“三层六型”实验项目
根据教育部高等学校本科专业课程实验设置要求，轨道交通信号与控制虚拟仿真实验教学中心将虚拟仿真实验分为基础层、应用层、提高层三个层次，包含验证型、演示型、综合型、设计型、科研型、创新型六种实验类型。其中，教学虚拟仿真实验属于基础层，注重专业知识基本原理的理解和验证，有验证型、演示型仿真实验项目46个;实践培训虚拟仿真实验属于应用层，注重专业知识的综合应用，培养学生的工程实践能力，提高职工的专业技能与职业素质，共有综合型、设计型项目42个;科研服务虚拟仿真属于提高层实验，共有科研型、创新型项目14个，全部面向学生、教师、轨道交通相关企业和相关科研院所开放，注重研究能力和创新能力的提升。
4结语
虚拟仿真实验教学中心作为高校实验教学的一个发展方向，以其依托的虚拟现实技术、网络技术、仿真技术和专业知识，拥有了传统实验室难以具备的优势：建设维护成本低，平台扩展性好，利用效率高等。轨道交通信号与控制虚拟仿真实验教学中心的建设，充分利用了上述优点，改进了本学科本专业的实验室布局和结构，搭建了“三位一体”虚拟仿真实验平台，形成了“一纵四横多分支”的实验体系，开发了“三层六型”实验项目。通过虚拟仿真实验教学中心的建设和实验教学方法的改革，希望能够提高学生的创新能力和实践动手能力，提升相关企业职工技能培训的效果，进而为高校实验教学的改革和创新提供一定的参考和借鉴。
主要参考文献
[1]孙爱娟.职教领域虚拟仿真教学资源建设与应用探析[J].中国电化教育，2012（11）：109-112.
[2]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（11）：5-8.
[3]马文顶，吴作武，万志军，等.采矿工程虚拟仿真实验教学体系建设与实践[J].实验技术与管理，2014（9）：14-18.
[4]李炎锋，杜修力，纪金豹，等.土木类专业建设虚拟仿真实验教学中心的探索与实践[J].中国大学教学，2014（9）：82-85.
虚拟仿真实验技术篇4
【关键词】虚拟仿真；新闻传播实验室；实验教学；应用
一、虚拟仿真技术
虚拟仿真技术包括虚拟现实和仿真两部分，其中，虚拟现实是指利用计算机技术、网络技术、传感技术等现代科技进行的高级人机交互技术。仿真则是指利用建模进行实验，模拟真实的实验步骤和流程，从而达到实验目的。在我国，虚拟仿真技术主要在化工、机械、工程类学科中应用较多，如北京化工大学、沈阳化工大学、广西大学等高校获批的化工类虚拟仿真实验教学中心；北京航空航天大学、吉林大学、浙江工业大学等高校获批的机械类虚拟仿真实验教学中心；北京理工大学、南开大学、同济大学等高校获批的工程类虚拟仿真实验教学中心。在这些学科领域，实验成本较高，实验设备、场地、时间等诸多客观因素都受到制约，因此通过虚拟仿真技术，模仿实验过程，虚拟仪器操控面板及操作流程，用软件实现仪器的功能，从而达到学生实践、实训的效果。虚拟仿真实验突破了原有课程实验的界限，增加了趣味性、综合性、设计性及创新性实验，加强现代实验方法、实验手段的应用，提出有代表性的、启发性的问题，加深学生对实验的理解，激发创新思维与兴趣。虚拟仿真实验为学生独立自主地进行学习与实践创造良好的条件，更有利于培养学生的实际应用能力和综合素质。[1]
二、虚拟仿真技术在新闻传播实验教学中的应用
对新闻传播实验教学而言，例如舞台灯光设计、戏剧影视场景搭建等教学高度依赖于活动情景；而摄影、摄像课程的教学实验又局限于器材数量、天气、人员操作等因素，因此，全媒体虚拟仿真教学主要采用以虚拟场景的虚拟现实技术和模拟流程的虚拟仿真技术，通过创建多类型的场景与多元化的操作界面，实现人机互动，完成虚拟仿真教学。虚拟仿真在实验教学中主要分为环境虚拟和过程仿真两大部分，其中，环境虚拟是利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真。实际应用体现在，利用虚拟仿真技术，对舞台灯光、会议场景、采访情境等现实要素进行虚拟，改善教学环境、优化教学手段、增强教学效果。过程仿真则是利用虚拟演播厅，构建一个虚拟电视节目制的全部流程，以真实拍摄电视节目所处的内外部环境定义为规则，由进行实验的学生模拟各种场景中的主持、访谈、采访等工作，使学生能够模仿真实电视节目摄制的核心业务。在实践中是通过运营虚拟演播厅、虚拟摄像师等，创建虚拟的操作界面及环境，将真实过程运用其中，使学生触及摄影摄像及节目制作的核心业务。“虚实结合”是其特色，按照虚拟仿真与现实存在相结合的原则，将不同类型场景的虚拟仿真与实体场景相结合，实现教学资源多元化；将不同类型节目制作过程虚拟仿真与教学实体相结合，实现教学情景多样化；将不同类型教学情景虚拟仿真与省台、市台节目要求相结合，实现教学素材本地化、教学成果社会化。
三、虚拟仿真技术对新传实验室建设的必要性
1、有助于解决实景灯光、场景等一经建设完成便不可更改的问题，丰富传媒实验教学资源，降低实验教学成本传媒类本科生培养，具有很强的应用性和实践性。然而，在校内教学实践中，大多数专业存在理论与实践的严重脱节，致使学生在学习过程中，知识掌握模糊，理论和实践难以达到有效结合。例如播音主持、摄影、摄像、电视节目制作等课程，不同的教学理论需要不同的室内场景、灯光设置进行相应配合，而场景搭建耗时耗力，不同场景之间无法迅速变换，而且建造成本高，管理复杂，也制约了实体实验室的长远发展。因此，通过全媒体虚拟仿真技术，能够迅速为学生展现出真实、多元、可变的场景，学生亦可通过自身需要去对场景进行调节变换，使学生多方位去感受拍摄、主持、表演等业务的真实情景，领悟行业规律，提高实战能力。
2、有助于解决数字出版、电视节目从策划、拍摄、制作到生产、播出运营难以完整体验的问题，增强学生实战能力在电视台，电视节目从策划、拍摄、制作到生产、播出运营需要很多部门通力协作才能顺利进行。在高校的教学体系中，涵盖以上节目制作生产步骤会涉及到多门课程，不同的课程又由不同的教师传授，课程一般会覆盖多个学期，因此学生所掌握的知识往往是碎片化的、缺少整体性。全媒体虚拟仿真教学中心通过虚拟整个电视节目从制作到的流程，让学生能够完整的体验电视台各个部门的工作，使培养出的学生一进入媒体工作能立刻将学校所学的技能投入运用。
3、有助于增强交互式的体验，提高学生传媒素养及应对变化的能力以互动出版物模块为例，能够实现学生与出版物进行互动交流，打破传统媒体单向传播的壁垒，使出版物能够有声播放，可以通过PC端、ipad端进行交互，使读者更加直观地了解文章的相关背景知识及概况。通过互动出版物的交互式体验，不但能够让使用者在体验时有更深刻的沉浸感，而且为数字出版在电子书的发展上提供了一个具有发展潜力的方向。学生通过模拟实践，能够到提升媒介素养，培养应对媒介内容变化的能力。
4、有助于完善实践教学体系，提升实验教学效果新闻传播专业课程的实验教学涉及各类环境与场景，存在隐蔽性、复杂性、突发性等问题，而实验教学又受到器材设备、天气因素、传媒行业规则等众多因素影响，使得很多教师在带领学生实验时避重就轻，实验设计不能很好地与传媒业界接轨，也使得学生的实验成果良莠不齐。通过建立全媒体虚拟仿真教学中心，能够全方位虚拟业界实操流程，有助于完善实践教学体系，使每一个学生都获得如临实地、如触实物的真实体验。
5、有助于让学生结合自身特点掌握学习进度，同时降低实验损耗率在全媒体虚拟仿真教学中心，指导教师可以为每一位学生量身定做自主实验，学生可以对同一模块进行反复实验，也可根据自身情况进行分层次分阶段的实验。学生不同的操作流程会造成不同的实验结果。通过仿真实验，学生能够准备找出自己在技术层面的问题在哪里；同时，即使操作失误，其实验结果也不会对实验室造成损耗。
四、虚拟仿真技术的优势
1、虚拟仿真有利实践验证，节约成本
根据实验设计案例，思考其所具有的会议要素后，必须根据会场的具体情况来设计会议布置场景，此时策划虚拟仿真实验平台，将免除我们实际教学中所需动用大量桌椅，杯具，麦克风，鲜花等等道具，仿真实践场景，让学生轻而易举的可以进行实践验证，有利于节约成本。
2、虚拟仿真场景，有利学生尝试
通过虚拟仿真实验平台，学生可以轻松地应用软件不断地去验证自己所设计的实验是否符合理论实践。通过虚拟仿真，可以全面地展示各种场景布置的特点及应用范围，同时可以让学生直观了解不同场景下可采取的措施，达到以虚促实的作用。让学生能敢于尝试不同组合的可能性，激发学生的创造力和想象力，最终达到实践教学的目的。
五、结语
将虚拟仿真技术应用于新闻传播类学科的实践教学中，弥补了传统实验教学的不足，能够提高学生理解问题、分析问题的能力以及专业实践的能力。实验室作为平台能够给虚拟仿真技术不断拓展、升级的空间，同时，虚拟仿真技术也会给实验室带来从实验方式到实验内容的创新。
【注释】
虚拟仿真实验技术篇5
关键词：建环专业;实验教学;虚拟仿真
中图分类号：G642.0文献标志码：A文章编号：1674-9324（2016）05-0106-02
引言
虚拟仿真技术是20世纪末才兴起的一门崭新的信息技术，能够模拟真实设备或系统的工作过程，具有信息量大、生动形象、身临其境、实时交流等特征。虚拟仿真实验教学是虚拟仿真技术在教育领域的应用，是高等教育信息化建设的重要内容[1]，促进当前教育模式、教学方法和学习方式的深刻变革。
建筑环境与能源应用工程是一个典型工科类的专业，在人才培养中普遍存在“重设计、轻实践”等问题，强化专业实验教学内容，培养应用型、复合型和创新型的实用人才，是社会对建环专业教学改革的迫切要求。将虚拟仿真技术的引入到建环专业实验教学中，解决目前实验教学中的存在问题，提高建环专业人才培养质量，是值得研究和探索的课题。
一、建环专业实验的教学现状
目前，建环专业实验教学基本上是传统模式[2]，存在实验课时少、教学内容陈旧、实验教学方法和手段单一等诸多问题。实验类型多以验证性、演示型为主，学生学习被动，往往敷衍了事。为了改进实验教学效果，很多学校做出积极探索和改革[3-4]，如独立设置专业实验课程、改革实验考核模式、开设创新实验、增加生产实习等。虽然这些努力对提高实验教学质量起到了一定作用，但是，建环专业实验教学改革发展中存在瓶颈：
1.受实验室条件限制，很难开设交叉性专业实验。
暖通空调系统形式多样、构成复杂、设备庞大、维护费用高，受实验室空间和资金的限制，很难建设较为综合的暖通空调实验平台，使学生对系统整体性和在工程中的实际运行缺少全面性认识。
2.受生产与安全条件限制，生产实习教学效果很难达到预期要求。
为了弥补交叉性专业实验的不足，很多学校加强了生产实习环节。但是，由于实际工程环境复杂、危险大、操作安全要求高，企业出于经济效益和安全考虑，不可能同意把在工程现场进行实验教学，只能是走马观花的参观式教学，实际教学效果不佳。
3.受师资力量和实验设备限制，实验教学质量大打折扣。
大多数学校建环专业每年招生2个班以上，有的学校甚至达到4个班。当学生人数多时，而师资力量有限、实验设备数量有限时，如何安排好学生进行实验，并且能够激发学生主动性、积极性是一件非常困难的事情。
二、建环专业虚拟仿真实验教学的必要性
虚拟仿真技可以生动形象地复现各类复杂的暖通空调系统，有效解决建环专业实验改革的瓶颈问题。虚拟仿真实验不受实验室条件的限制、生产与安全条件的限制、师资与实验设备的限制，可以实现在课堂和实验室中无法实现的教学过程，拓展实验类型，开展丰富多样的专业交叉性、创新性实验。
建环专业开展虚拟仿真实验教学，将带来如下优势：①能营造出一种仿真式与交互式的实验环境，不用考虑实验室面积、投资、运行、维护费用，使得实验经费大大降低。②能展现建环专业的最前沿技术，扩展实验项目。③扩展实验内容和深度，突破课堂教学难点。④去除了繁杂的实验准备工作，节省去人力、物力，更有效利用师资力量。⑤可以反复训练，为学生自主学习提供平台，提高学习兴趣，促进主动思考。
对于实践教学而言，不同层次的实践教学可以用不同层次的虚拟仿真技术进行模拟。在专业基础课程中的实践教学可以使用简单、高效、成本低廉的传统仿真技术来完成，对于专业核心课程的实践教学或综合性实验，可采用虚拟现实系统来实现。
三、建环专业领域的常用仿真技术
仿真技术以低成本、高开放性和广泛适用性等优势，已经在建环专业相关的科研领域有了广泛应用和研究，很多仿真软件被用于暖通空调的仿真建模，主要分为以下三个方面：
1.建筑室内环境的仿真。主要有Fluent、Airpak、Phoenics和Flovent等软件，其中Fluent和Airpak最具代表性。Fluent软件包含丰富而先进的物理模型，能够准确模拟所研究对象内的空气流动、传热和污染等物理现象。Airpak则是专门面向HVAC领域的室内环境仿真软件，在功能上没有Fluent全面，但是比Fluent更易于建环专业人员使用。
2.建筑或空调系统能耗的仿真。主要有EnergyPlus、DeST、DOE-2和BLAST等软件，其中EnergyPlus和DeST在我国应用最多。EnergyPlus吸收了DOE-2和BLAST的优点，采用集成同步的负荷/系统/设备的模拟方法。DeST基于状态空间法理论，利用多区热质平衡算法和三维动态传热算法模拟建筑能耗。
3.暖通空调系统性能的仿真。主要有TRNSYS、SIMULINK、HVACSIM+和DYMOLA等软件。TRNSYS模块化结构的动态系统模拟软件，内置了200多个功能性子程序，目前应用最为普遍。DYMOLA是基于方程式的多物理系统模拟软件，能够很好解决因果类仿真平台的代数循环问题，而且具备将建模和数值方法的理想解耦，适用于开发复杂的空调系统仿真模型。
可见，仿真技术已经在建环专业科研领域有广泛应用，可以模拟建筑室内复杂的热环境，仿真各种复杂的空调系统，为暖通空调虚拟仿真实验的开发奠定了技术基础。
四、建环专业虚拟仿真实验教学的发展状况
仿真技术是用来构建仿真系统的物理模型，真实反映出实际系统的特性。对于虚拟仿真实验来说，必须有交互式界面，通常用Vega、U3D、Eclipse、CATIA、WebBuilder、VisualStudio、LabVIEW等软件平台开发，使学生可直接参与，探索仿真对象的变化过程。目前，虽然建环专业领域的仿真研究很多，但主要应用于科研领域;建环专业的虚拟仿真实验研究相对很少，尚处于初步探索阶段。
美国可持续建筑性能研究所开发了LearnHVAC软件，如图1所示。学生可以对空调系统进行模拟操作，包括短期控制模拟，长期能耗模拟，分析系统故障。教师可以自定义暖通空调系统的模拟场景，对学生的实验进行管理。目前，LearnHVAC只是可发了变风量系统一项实验内容。
在国内，山东建筑大学开发了太阳能系统、地源热泵系统等虚拟仿真实验软件，只侧重于对原理的认识和体验，实验功能简单;合肥工业大学杨善林教授将组件技术应用于中央空调的计算机仿真培训系统研发过程中，其开发方法能够对虚拟仿真软件有一个很好的参考作用[5];湖北工业大学以BIM技术、信息技术为支撑，组建了绿色建筑全生命周期虚拟仿真实验教学中心[6]。
目前，虚拟仿真实验教学已经逐渐得到重视，很多大学已经开展了相关调研，建设虚拟仿真实验室、开发虚拟仿真实验项目、研究虚拟仿真教学方法等工作已经逐步开展。
五、结束语
虚拟仿真技术是当前高等教育的重要教学手段，虚拟仿真实验建设必将推动建环专业实验教学发展，如何与传统实验项目有机结合，设置合理的实践教学计划，开发创新性虚拟仿真实验项目，提高人才培养质量，将是近年来建环专业实验教学改革的重点内容。
参考文献：
[1]李平，毛昌杰.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.
[2]赵丽娜，贾永明.建筑环境与能源应用工程专业实验考核模式和方法的研究与探索[J].化工时刊，2015，29（3）：56-58.
[3]熊军，刘泽华，罗清海，等.工程应用能力的实验教学改革研究――以建筑环境与设备工程专业为例[J].高等建筑教育，2011，20（1）：158-161.
[4]陈世强，张登春，于琦，等.建环专业测试技术实践教学环节研究[J].高等建筑教育，2008，17（1）：118-121.
虚拟仿真实验技术篇6
关键词：结构实验仿真实验
建筑结构实验是土木工程专业实践教学中的核心课程，培养学生的动手能力和专业素养有着不可替代的作用。针对目前高校建筑结构实验课程运行的现状，使得教师面对繁重的实验教学任务而感到心有余而力不足。随着计算机硬件平台在高校中的普及，为仿真实验提供了发展的空间。仿真实验作为突破物质条件限制的补充教学手段，逐渐被应用到高校的实践课程中。但是，仿真实验这种新的教学平台和教学方法在实验教学中怎样合理应用？怎么发展？还些问题值得探讨。
建筑结构实验本质是一门实验科学。任何结构理论的提出和验证都必须以严谨的实验为依据。对于高校的土木工程专业学生而言，能有充足的时间、空间和必要的实验器材在课内、课外进行各种类别、层次的结构实验学习，对学生的动手动脑能力及探索创新意识的培养效果是显而易见。[1]
由于土木工程专业连年扩大招生规模，在校学生基数的不断增加，但是学生的人均实验场地和实验设备的台套数无法匹配，现有的实验仪器更新速度较慢，老旧设备普遍存在不同程度的缺陷，致使结构实验的教学质量无法得到有效保障。矛盾较为突出的高校甚至采取压缩实验项目，增加额定实验人数等措施；加之，学校没有足够的人力、物力将建筑结构实验室进行全面开放，致使学生实验课时间不够充裕，学生只能在排定的实验课才可进实验室，课时中还需花费一定的时间对实验过程、实验仪器进行熟悉和调整，因而实验比较匆忙，学生难以在短时间内对实验仪器原理、使用方法、实验设计方案进行消化，对实验中看到的现象也没有机会深入研究，这些原因直接影响到结构实验教学的效果。[2]结构实验教学遇到的客观困难，短时间内无法得到有效解决，于是仿真实验作为替代方案逐渐在实验教学中占据了一席之地。
结构仿真实验虽然有着不少特色或优势，但要清醒的认识到，它只能作为常规教学手段的补充，并不能完全取代真实的结构实验。就目前的仿真实验软件来说，它无法真正模拟出实际的结构实验操作环境，并给学生带来听觉、触觉和视觉的全方位真实感受。[3]作为一门实践课程，建筑结构实验教学的一个重要任务是通过对仪器设备的操作，锻炼学生的动手能力，但在仿真实验中，学生只能在电脑前操作。另外，仿真实验的介入也减少了教师和学生的互动过程，教学活动单一，略显乏味。针对当前结构仿真实验系统的不足，应合理选择教学方法，提高教学质量，改进完善仿真软件系统。
1.仿真实验系统必须与真实实验有机结合
结构实验教学不能完全依靠仿真实验软件，实践中应该着重把仿真实验选作预习、复习实验的途径，而主要的学习过程还是采用传统的实验室教学效果较好。这样学生在进入实验室前，通过仿真实验预演，已经可以对实验的过程步骤、仪器的外观结构有了一定的了解，防止盲目操作损坏设备。教师在实验课上就可以把教学重点放在实验技巧、实验现象、实验意义等较高层次的知识面上。而课后学生也可以利用仿真实验软件进一步领悟所学知识，有时间补充测量额外的数据，加以分析，加深对实验的理解。
2.仿真实验系统的测量结果必须符合实际
结构仿真实验测量模拟过程还比较僵化。必须进一步完善结构仿真实验测量结果的生成机制，在实验良好重现性的基础上，虚拟出真实实验测量结果的不确定性。这就要建立在大量实际实验测量数据分析的基础上，找出随机误差的分布规律，并考虑到一定的实验系统误差因素，添加和改良各种随机模拟测量程序代码组合，合理生成数据误差。
3.仿真实验系统的过程应该多样变化
仿真实验一般展现的都是固定的实验现象；仿真实验缺乏实验突发事件的教学条件。事物都有两面性，仿真实验仪器的正常运行、精确测量消除了学生排除故障和常规检修仪器的练习机会，也减少了因实验结果出现偏差，回溯误差来源的训练。而这类训练在真实实验教学中是重要的内容。因此，在仿真实验中必须要能够展现多样变化的实验过程、实验现象和实验细节。包括正常的和一些不正常的内容，给学生错误操作的机会，并适宜地进行教授错误出现的原因原理。实验中可以随机设置出一定的干扰，有时也可以加入中断事件，制造出不合理的测量现象或结果，在有限的提示下，引导学生去分析解决问题。
4.仿真实验系统的开发与发展必须加入创新机制
现阶段结构仿真实验系统主要采用按实验项目分成独立程序的结构，每个实验项目的步骤过程基本都是程序预先设置好的，学生实验有些按部就班的感觉，束缚了实验拓展的空间。在这方面仿真实验的短期改进可以在每个单项实验中加入多种实验方式方法和选做实验供学生学习实践，分层次、分难度来丰富实验内容。而将来的仿真实验必须模糊现有的实验项目之间的界限，应该以具体的仪器为对象建模，单独封装，有独立的操作接口，建立广泛的仪器设备模块库。这些仪器对象能够实现跨实验的自由组合，通过标准通讯界面协同工作来集成复杂的实验。为研究性实验、探索性实验建立自由平台，鼓励学生选择和组织不同实验仪器，自主设计创新实验项目和方法。这样做才利于启发学生的求知欲和想象力，培养其发散思维能力。
5.仿真实验的运行平台必须考虑未来发展的需要
“云计算”时代即将来临，以ChromeOS为代表的在线应用指引了未来软件发展的方向。作为一款软件，结构仿真实验系统也必须适应技术的进步，实现跨平台运行，才会有更大的应用空间。
虚拟仿真技术作为一个新型的教学媒体能够实现学习过程的情景化及自然交互性，在实践教学中有着极其巨大的应用前景，将会逐渐受到实践教学工作者的重视和青睐。目前，仿真实验教学系统的发展任处在初级阶段，还有很大的发展空间，应在实践中认真教研，恰当使用、合理开发，通过不断丰富和完善，才能实现与真实实验教学的融合。
参考文献：
1.苏晓华，初艳鲲.房屋建筑虚拟试验系统的研究[C].现代电子技术，2006（20）：75-77.
2.王凯英，廖明军.虚拟现实技术在土木工程教学中的应用探讨[C].中国现代教育装备，2010（3）：72-73.
