關(guān)于虛擬仿真實驗教學的一些思考*

◆岳峰麗 蔡玲 張昕 陳克

作者：岳峰麗、蔡玲、張昕，沈陽理工大學汽車與交通學院副教授；陳克，沈陽理工大學汽車與交通學院教授，研究方向為車輛工程及汽車仿真教學（110169）。

1 前言

虛擬仿真實驗教學依托現(xiàn)代計算機等手段，通過動畫與計算機模擬構(gòu)建高度仿真的虛擬實驗模型，使學生在網(wǎng)絡(luò)終端開展實驗，達到教學大綱所要求的教學效果。虛擬仿真實驗教學應根據(jù)專業(yè)教學大綱進行設(shè)計，發(fā)揮專業(yè)教師的主觀能動性，進行虛擬實驗的設(shè)計與編制。虛擬仿真實驗教學平臺的建設(shè)是一個多學科合作的項目，涉及專業(yè)教學、計算機設(shè)計、工程仿真等方面，需要學校進行統(tǒng)一規(guī)劃，必要時可以和專業(yè)軟件公司合作，共同完成虛擬仿真實驗教學平臺建設(shè)。

虛擬仿真實驗教學中心應實現(xiàn)真實實驗不具備或難以完成的教學功能。在涉及高危或復雜、難以重復的實驗項目等情況時，提供安全、可靠和經(jīng)濟的實驗項目。虛擬仿真實驗教學中心建設(shè)應充分體現(xiàn)專業(yè)實驗教學特色，將教師的科研成果融入實驗教學之中，注重對學生專業(yè)技能和專業(yè)創(chuàng)新技能的培養(yǎng)。虛擬仿真實驗教學應發(fā)揮學校學科專業(yè)優(yōu)勢，整合學校實驗教學儀器與設(shè)備，根據(jù)實驗教學大綱進行虛擬仿真實驗教學的統(tǒng)籌規(guī)劃。

2 虛擬仿真實驗教學中心功能

1）利用信息化的重要技術(shù)，如有限元模擬、實驗動畫、企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場錄像、人機交互、數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，實現(xiàn)虛擬實驗教學，通過虛擬實驗模擬仿真，增強學生專業(yè)知識掌握和基本能力訓練；

2）構(gòu)建高度仿真的虛擬實驗環(huán)境和實驗對象，學生通過網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)計實驗方案，輸入實驗參數(shù)，獲得實驗結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)，驗證實驗方案的合理性；

3）虛擬仿真實驗為車輛工程教學設(shè)計和實現(xiàn)服務，按照教學大綱的要求，合理安排實驗資源，實現(xiàn)實驗教學資源開放共享。

3 虛擬仿真實驗教學中心效果

虛擬仿真實驗平臺按照教學大綱設(shè)計相關(guān)實驗，包括實驗大綱、實驗目標、實驗內(nèi)容、實驗指導、實驗過程動態(tài)演示、實現(xiàn)操作視頻、實驗作業(yè)等，制作不同工藝參數(shù)的影響規(guī)律仿真動畫，實現(xiàn)人機對話與實驗資源共享。學生可以通過客戶端直觀地看到各種實驗現(xiàn)象與實驗過程的規(guī)律，深入理解相關(guān)專業(yè)知識，有更多機會參加高水平的實驗，享用優(yōu)質(zhì)實驗教學資源，實踐能力和創(chuàng)新精神得到提升。同時使教師教學理念得到更新，教學能力得到提升，促進教學管理體系和能力現(xiàn)代化。

4 虛擬仿真實驗教學中心平臺

虛擬實驗教學平臺系統(tǒng)功能框架如圖1 所示。學生登錄系統(tǒng)后，進入虛擬實驗平臺主界面，根據(jù)專業(yè)方向，選擇希望學習的實驗項目。用戶通過虛擬實驗教學平臺可以查看對應項目的實驗教學大綱、實驗講義（包括實驗目標、實驗原理、實驗內(nèi)容、實驗作業(yè)）、實驗操作規(guī)程與操作視頻，進行虛擬實驗。在虛擬實驗界面下，用戶自行確定實驗參數(shù)，系統(tǒng)通過后臺分析，確定與該實驗參數(shù)對應的實驗結(jié)果仿真動畫，并提供實驗現(xiàn)場照片對比分析。用戶還可以進一步下載仿真結(jié)果后處理文件，利用有限元工具，進行后處理分析，獲得各種實驗數(shù)據(jù)，完成實驗報告。

此外，系統(tǒng)還提供了BBS 論壇功能，學生可以把實驗過程遇到的問題提出來，與教師一起討論，充分調(diào)動學生的學習主動性與積極性。系統(tǒng)管理功能可以實現(xiàn)實驗項目查詢、實驗人員管理、實驗設(shè)備管理、系統(tǒng)幫助與系統(tǒng)推出等功能?？紤]到學生缺少企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的工作經(jīng)驗，系統(tǒng)還提供了生產(chǎn)現(xiàn)場仿真功能，學生可以以通過該功能了解企業(yè)生產(chǎn)一線設(shè)備與工藝情況，加深對本專業(yè)知識的理解深度與廣度。

通過虛擬實驗教學平臺系統(tǒng)還可以實現(xiàn)：

1）幫助學生進一步認識和了解相關(guān)專業(yè)知識，掌握實驗技能；

2）學生可以通過網(wǎng)絡(luò)完成并提交實驗作業(yè)與報告，及時和專業(yè)指導教師進行溝通；

3）學生可以根據(jù)自身實際情況合理安排實驗時間，避免因故錯過實驗課程的訓練環(huán)節(jié)；

4）實驗教師可以及時掌握學生完成實驗的情況，同時也可以為學生在真實環(huán)境下的實驗進行預約安排。

5 結(jié)語

虛擬仿真實驗教學是各教學單位實驗課程建設(shè)的一個重要環(huán)節(jié)，也是未來實驗教學的一個發(fā)展趨勢。虛擬仿真實驗教學平臺的實現(xiàn)，有助于教師合理科學地安排專業(yè)實驗課程，最大效率地發(fā)揮學校的實驗教學能力，同時也有助于學生掌握本專業(yè)實驗技能，靈活安排實驗時間。

[1]岳峰麗,劉勁松.車輛工程課程在計算機中的應用基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)教學平臺建設(shè)[J].教育教學論壇,2013(20):216-217.

[2]李平,毛昌杰,徐進.開展國家級虛擬仿真實驗教學中心建設(shè)提高高校實驗教學信息化水平[J].實驗室研究與探索,2013(11):5-8.