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篇1

關(guān)鍵詞：Proteus仿真技術(shù)；電工電子技術(shù)；基于工作過(guò)程

中圖分類(lèi)號(hào)：TP368.1

《電工與電子技術(shù)》這門(mén)課程是電類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)必修課程，而其枯燥無(wú)味的理論知識(shí)往往使得學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中感到力不從心，而針對(duì)電工電子技術(shù)這門(mén)課程內(nèi)容的特點(diǎn)，我們可以進(jìn)行任務(wù)驅(qū)動(dòng)法教學(xué)，在每個(gè)任務(wù)中借助Proteus仿真技術(shù)加強(qiáng)理解和學(xué)習(xí)，能夠起到較好的效果。

借助于Proteus仿真技術(shù)，對(duì)《電工與電子技術(shù)》課程按照基于工作過(guò)程的體系設(shè)計(jì)原則進(jìn)行學(xué)習(xí)情境設(shè)計(jì)，如表所示。如電工部分，可以設(shè)計(jì)成電阻電路、電感電路和電容電路的設(shè)計(jì)與制作三個(gè)情境，在每個(gè)情境下設(shè)計(jì)若干任務(wù)，每個(gè)任務(wù)是由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的，每個(gè)情境之間既相互獨(dú)立有相互遞進(jìn)聯(lián)系；同時(shí)在每個(gè)任務(wù)當(dāng)中學(xué)生以任務(wù)書(shū)的指導(dǎo)下完成利用Proteus仿真技術(shù)先完成電路的仿真，從而對(duì)任務(wù)中的問(wèn)題產(chǎn)生好奇，從而進(jìn)一步學(xué)習(xí)知識(shí)包中的內(nèi)容，最后再將整個(gè)過(guò)程進(jìn)行制作、安裝和實(shí)際調(diào)試，來(lái)進(jìn)一步鞏固所學(xué)的知識(shí)。在此過(guò)程中我們可以看出Proteus仿真技術(shù)的運(yùn)用，使得教學(xué)內(nèi)容變得更直觀(guān)和容易理解，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

通過(guò)Proteus軟件可以完成電路原理的繪制、結(jié)果顯示、電流流向等，而且還可以在電路圖上用箭頭顯示電流方向、用顏色顯示電流的大小等信息，簡(jiǎn)單易學(xué)，直觀(guān)方便。以一個(gè)簡(jiǎn)單任務(wù)為例子來(lái)說(shuō)明。如在電阻并聯(lián)電路的制作與測(cè)量中，我們可以通過(guò)Proteus軟件完成許多枯燥無(wú)味的理論的學(xué)習(xí)。其一我們可以選取兩個(gè)電阻相并聯(lián)的例子來(lái)演示，先畫(huà)出電路原理圖，之后在總支路和分支路上放置電流表，讓學(xué)生觀(guān)察三個(gè)電流之間的關(guān)系，學(xué)生很快會(huì)發(fā)現(xiàn)總電流等于個(gè)分電流相加之和，這就引入的基爾霍夫電流定律的學(xué)習(xí)。如圖1（a）所示。其二當(dāng)我們想用一個(gè)電阻代替多電阻時(shí)，只要讓兩個(gè)二端電路的在同一個(gè)端電壓下產(chǎn)生相同的電流相時(shí)，二者電阻可以等效，這樣就可以發(fā)現(xiàn)電阻并聯(lián)時(shí)總電阻和各個(gè)分電阻之間的關(guān)系，如圖1（b）所示。其三我們還可以改變兩個(gè)電阻的阻值，再通過(guò)電流表觀(guān)察流經(jīng)的電流與其電阻的關(guān)系，很快就可以得到電阻并聯(lián)分流的規(guī)律，等等諸如此類(lèi)的問(wèn)題，可以通過(guò)軟件仿真得到形象的演示。

在模擬電路和數(shù)字電路中借助Proteus軟件演示就更為有利了，比如學(xué)生比較難理解的共射極放大電路的反相放大的問(wèn)題，借助Proteus軟件的示波器可以很快觀(guān)察到輸入輸出波形的反相放大問(wèn)題，而且通過(guò)改變基極電阻和集電極電阻及輸入信號(hào)等等，可以對(duì)應(yīng)觀(guān)察各種失真：飽和失真、截至失真以及雙向失真等。數(shù)字電路中的集成芯片管腳多，功能復(fù)雜，借助于Proteus軟件，熟練將各種電路連接起來(lái)，觀(guān)察現(xiàn)象，從而理解功能。如編碼器、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器、數(shù)值比較器、計(jì)數(shù)器、寄存器等集成芯片的使用，都可以運(yùn)用仿真來(lái)加以學(xué)習(xí)和理解。

當(dāng)電工、模擬、數(shù)字知識(shí)學(xué)完之后，對(duì)于《電工電子技術(shù)》任務(wù)教學(xué)中的模塊電路的課程設(shè)計(jì)時(shí)，如功率放大器、直流穩(wěn)壓電源、數(shù)字鐘等電路設(shè)計(jì)制作時(shí)，可以先讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)，在Proteus中演示模擬設(shè)計(jì)結(jié)果，查找問(wèn)題，當(dāng)結(jié)果成熟之后再進(jìn)行實(shí)際的插件、焊接或安裝、調(diào)試等，在實(shí)際中中可能遇到的一些基本錯(cuò)誤可以提前避免，而重點(diǎn)去解決實(shí)際中的調(diào)試問(wèn)題，大大提高了效率。

《電工電子技術(shù)》任務(wù)式教學(xué)方式著重強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，學(xué)生主要是通過(guò)任務(wù)指導(dǎo)書(shū)自己完成任務(wù)，并思考問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題，因此結(jié)合實(shí)際任務(wù)中提出的思考題，學(xué)生借助形象逼真、簡(jiǎn)單易學(xué)的Proteus軟件可以很快上手，使其成為任務(wù)教學(xué)的有力工具，使學(xué)生在興趣中學(xué)到知識(shí)，為進(jìn)一步扎實(shí)實(shí)際制作、安裝、調(diào)試打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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篇2

關(guān)鍵詞：數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)；Proteus仿真；教學(xué)改革

1PROTEUS軟件介紹

PROTEUS軟件是英國(guó)LabcenterElectronics公司開(kāi)發(fā)的電路分析與實(shí)物仿制及印制電路板設(shè)計(jì)軟件，是一個(gè)電子設(shè)計(jì)的教學(xué)平臺(tái)、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和創(chuàng)新平臺(tái)，覆蓋了電工電子實(shí)驗(yàn)室、電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，單片機(jī)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室等全部功能。它可以對(duì)模擬電路、數(shù)字電路、單片機(jī)及其電路組成的系統(tǒng)仿真，并進(jìn)行功能驗(yàn)證，通過(guò)動(dòng)態(tài)器件如電機(jī)、LED，LCD開(kāi)關(guān)等，配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器，實(shí)時(shí)觀(guān)看運(yùn)行后的輸入輸出的效果。

2理論教學(xué)改革

根據(jù)我校地處偏遠(yuǎn)且為農(nóng)林院校的特殊情況和實(shí)際工程需要，教學(xué)內(nèi)容上舍去復(fù)雜的理論分析，注重理論分析結(jié)果的應(yīng)用，減少有關(guān)器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分析過(guò)程，著重介紹器件（或集成元器件）的作用、主要參數(shù)、使用方法。全系教師根據(jù)各路反饋信息，確定數(shù)字電路基礎(chǔ)、組合邏輯電路、時(shí)序邏輯電路、脈沖波形產(chǎn)生于整形，AD/DA和DA/AD轉(zhuǎn)換電路五大教學(xué)項(xiàng)目，每個(gè)大項(xiàng)目又分為幾個(gè)小的教學(xué)模塊，同時(shí)弱化或忽略掉其它相關(guān)內(nèi)容?！稊?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》是學(xué)生第一次接觸與以往截然不同的邏輯電路，其中涉及到很多電路的原理和繁瑣抽象名詞術(shù)語(yǔ)，這些無(wú)論板書(shū)或者多媒體課件，都會(huì)使學(xué)生覺(jué)得枯燥無(wú)味，喪失學(xué)習(xí)激情。如果教學(xué)時(shí)根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，在理論教學(xué)過(guò)程中利用多媒體講解原理、用法，再穿插Proteus仿真,可使理論知識(shí)直觀(guān)、形象、生動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和記憶。例如，剛接觸常用組合邏輯電路8線(xiàn)-3線(xiàn)優(yōu)先編碼器74HC148時(shí)，學(xué)生對(duì)什么是編碼器，選通輸入端、低電平有效等名詞一頭霧水，更難以想象對(duì)輸入的編碼其輸出是怎樣的，如果有幾路信號(hào)同時(shí)輸入，究竟對(duì)哪一路優(yōu)先編碼輸出，怎樣實(shí)現(xiàn)利用功能端實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展編碼？單靠多媒體講解，這些問(wèn)題在學(xué)生腦海里像一盤(pán)漿糊，一片茫然，無(wú)疑加大了學(xué)生的理解難度。這時(shí)，教師可以在Proteus界面上形象地演示編碼器74HC148的邏輯功能，如圖1所示，改變各個(gè)輸入端和控制端的輸入，即可用發(fā)光二極管形象的表現(xiàn)出74HC148輸出端的狀態(tài)，結(jié)合仿真現(xiàn)象形象講解，使得原來(lái)難以理解的芯片功能表也變得容易，會(huì)起到事半功倍之效，為后面的學(xué)習(xí)打下夯實(shí)的基礎(chǔ)。實(shí)踐表明，通過(guò)在課堂上現(xiàn)場(chǎng)穿插PROTEUS仿真教學(xué)，學(xué)生很輕松學(xué)習(xí)地譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器、數(shù)據(jù)比較器等常用組合邏輯電路，各種觸發(fā)器、常用時(shí)序邏輯電路和555定時(shí)器的運(yùn)用，以及AD,DA轉(zhuǎn)換器，對(duì)《數(shù)字電路基礎(chǔ)》的畏難情緒一掃而光。

3實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

在我校人才培養(yǎng)方案中該課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)10學(xué)時(shí)，因受到實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所、時(shí)間、設(shè)備和管理等多方面因素的限制，幾乎不可能提供學(xué)生太多的實(shí)踐機(jī)會(huì)。而且，傳統(tǒng)的《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》實(shí)驗(yàn)往往以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，實(shí)驗(yàn)課上學(xué)生機(jī)械第按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)連線(xiàn)，觀(guān)察實(shí)驗(yàn)結(jié)果，完全沒(méi)有獨(dú)立思考和動(dòng)手設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)，學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力被嚴(yán)重制約。自從在教學(xué)中引進(jìn)PROTEUS仿真后，實(shí)驗(yàn)教學(xué)也進(jìn)行了大刀闊斧的改革。首先，在講解相關(guān)理論內(nèi)容時(shí)，提前給大家布置實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，要求學(xué)生利用課余時(shí)間先進(jìn)行PROTEUS仿真，并把仿真文件傳給教師，進(jìn)行檢查指導(dǎo)，然后實(shí)驗(yàn)課上再完成硬件連接。再次，加大設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)力度。為了提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不再以驗(yàn)證性試驗(yàn)為主，加大設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，重點(diǎn)放在各種芯片的應(yīng)用設(shè)計(jì)上。增加用數(shù)據(jù)選擇器設(shè)計(jì)測(cè)試輸血和受血血型匹配的電路實(shí)驗(yàn)，74LS138譯碼器和與非門(mén)設(shè)計(jì)控制發(fā)電機(jī)工作的邏輯電路、電子秒表實(shí)驗(yàn)等設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)。例如，圖2就是實(shí)驗(yàn)時(shí)學(xué)生利用74LS153芯片設(shè)計(jì)的血型匹配電路。圖中，A、B代表輸血者，C、D代表受血者（她們的取值00代表O型血，01代表A型血，10代表B型血，11代表AB型血），根據(jù)四個(gè)變量的取值，在輸出端用發(fā)光二極管表示是否匹配，二極管亮表示血型匹配，二極管熄滅表示血型不匹配。最后，加大實(shí)驗(yàn)考核力度。為了促進(jìn)學(xué)生動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)的熱情，試驗(yàn)成績(jī)?cè)谡n程考核成績(jī)中所占比重加大，由過(guò)去的15%，加大30%。另外，不再完全根據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告和考勤給實(shí)驗(yàn)成績(jī)，而是組織專(zhuān)門(mén)考試。學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)抽取預(yù)先準(zhǔn)備好的題目，當(dāng)場(chǎng)做實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和學(xué)生講解，教師現(xiàn)場(chǎng)給成績(jī)。

4課程設(shè)計(jì)改革

課程設(shè)計(jì)是教學(xué)中非常重要的實(shí)踐環(huán)節(jié)，是學(xué)生獲取實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)和能力，走向就業(yè)的重要途徑。但是，對(duì)于沒(méi)有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)電路的合理、正確與否沒(méi)有判斷經(jīng)驗(yàn)，容易造成器件和儀器的損壞，有時(shí)辛苦焊接好后，預(yù)期的設(shè)計(jì)結(jié)果也出不來(lái)，往往需要重新設(shè)計(jì)，造成大量的人力和資金浪費(fèi)。但采用Proteus軟件后，每個(gè)學(xué)生相當(dāng)于擁有了一個(gè)完整的虛擬實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生可在ProteusISIS窗口大膽進(jìn)行電路設(shè)計(jì)、測(cè)量、調(diào)試，修改，且在安裝實(shí)物作品前就可看到結(jié)果。仿真成功后，只要安裝正確無(wú)誤、焊接可靠、布線(xiàn)合理，實(shí)際作品都會(huì)得到與Proteus仿真設(shè)計(jì)一致的結(jié)果。自從在課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)引入Proteus仿真環(huán)節(jié)，學(xué)生設(shè)計(jì)的電子秒表、數(shù)字頻率計(jì)、拔河游戲機(jī)等作品成功率大大提高，節(jié)省了硬件投入，使學(xué)生獨(dú)立操作能力和創(chuàng)造力都得到了極致發(fā)揮。

5結(jié)束語(yǔ)

把Proteus仿真應(yīng)用到《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》教學(xué)中，克服了傳統(tǒng)教學(xué)的不足，使得枯燥無(wú)味的理論知識(shí)變得生動(dòng)起來(lái)，為數(shù)電教學(xué)質(zhì)量的提高和創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)提供了一種新的思路和方法。并且，該仿真軟件也可應(yīng)用到后續(xù)課程的單片機(jī)教學(xué)中來(lái)，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

篇3

摘要： 直流輸電系統(tǒng)的暫穩(wěn)態(tài)仿真對(duì)于電力系統(tǒng)研究規(guī)劃和設(shè)計(jì)運(yùn)行等起著重要的作用.為了能較好地反映擾動(dòng)下交直流系統(tǒng)間的相互作用，在MATLAB/Simulink軟件環(huán)境下，針對(duì)高壓直流輸電（HVDC）系統(tǒng)及其變換器建立了詳細(xì)的模型，進(jìn)行了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、電流參考值突變和直流聯(lián)絡(luò)線(xiàn)上的故障仿真，給出了相應(yīng)的仿真波形，分析了直流輸電系統(tǒng)中交直流系統(tǒng)間和直流系統(tǒng)間的復(fù)雜動(dòng)態(tài)特性，為進(jìn)一步研究HVDC系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性提供了依據(jù)和基礎(chǔ).

關(guān)鍵詞：

高壓直流輸電系統(tǒng)； 頻率響應(yīng)； 階躍響應(yīng)； 故障特性； 建模

中圖分類(lèi)號(hào)： TP 392； TM 723文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

高壓直流輸電（HVDC） 特別適合大功率、遠(yuǎn)距離輸電，在我國(guó)“西電東送”工程中起著重要的作用[1].換流站中整流器和逆變器良好的控制性能是HVDC系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的保證，而HVDC系統(tǒng)本身是一個(gè)參數(shù)不確定的強(qiáng)非線(xiàn)性系統(tǒng)[2]，特別是大擾動(dòng)時(shí)交直流系統(tǒng)的相互作用造成系統(tǒng)動(dòng)態(tài)狀態(tài)的突變，引起暫態(tài)過(guò)電壓、諧波不穩(wěn)和電壓不穩(wěn)等問(wèn)題[3-4].實(shí)際運(yùn)行情況表明[5]，HVDC交流系統(tǒng)的強(qiáng)度和直流控制器的特性對(duì)故障恢復(fù)特性有顯著影響.本文利用MATLAB/Simulink軟件仿真HVDC系統(tǒng)，分析研究系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和直流線(xiàn)路接地故障下系統(tǒng)的特性.

1高壓直流輸電系統(tǒng)簡(jiǎn)述

兩端高壓直流輸電系統(tǒng)[6-7]通常由整流站、逆變站和直流輸電線(xiàn)路三部分組成.具有功率反送功能的兩端直流系統(tǒng)換流站，既可作為整流站運(yùn)行，又可作為逆變站運(yùn)行.當(dāng)功率反送時(shí)整流站變?yōu)槟孀冋具\(yùn)行，而逆變站變?yōu)檎髡具\(yùn)行.換流站的主要設(shè)備有換流變壓器、換流器、平波電抗器、交流濾波器、直流濾波器、控制保護(hù)裝置和接地極線(xiàn)路等.

直流輸電所用的換流器通常采用由12個(gè)（或6個(gè)） 換流閥組成的12脈動(dòng)換流器（或6脈動(dòng)換流器） .早期直流輸電工程曾采用汞弧閥，20世紀(jì)70年代后均采用晶閥管換流閥.目前，已經(jīng)能制造最大容量為250 kV 4 000 A的換流閥，以滿(mǎn)足特高壓直流輸電的需要.

換流器在運(yùn)行時(shí)交流側(cè)和直流側(cè)均產(chǎn)生一系列諧波，使兩側(cè)波形畸變.為了滿(mǎn)足兩側(cè)諧波要求，需要分別在兩側(cè)配置交流濾波器和直流濾波器.

控制保護(hù)裝置[8]是實(shí)現(xiàn)直流輸電正常啟停、運(yùn)行、自動(dòng)調(diào)節(jié)、故障處理與保護(hù)等功能的設(shè)備，對(duì)直流輸電的運(yùn)行性能及可靠性起著重要的作用.

直流輸電系統(tǒng)是一種高度可控的輸電系統(tǒng)[9]，可通過(guò)控制換流站中整流器的觸發(fā)延遲角α和逆變器的逆變角β控制電壓、電流和輸送功率.一般情況下，換流站的控制方式是整流側(cè)采用定直流電流控制以保持直流線(xiàn)路電流恒定，直流電壓則由逆變器控制維持.

本文HVDC系統(tǒng)的建模采用單極大地回線(xiàn)接線(xiàn)方式，在直流聯(lián)絡(luò)線(xiàn)上設(shè)置故障點(diǎn)[10].高壓直流輸電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示.

2仿真系統(tǒng)描述

送端交流系統(tǒng)參數(shù)為500 kV、5 000 MVA、60 Hz，受端交流系統(tǒng)參數(shù)為345 kV、10 000 MVA、50 Hz.兩個(gè)交流系統(tǒng)相角均為80°，經(jīng)整流逆變后通過(guò)直流聯(lián)絡(luò)線(xiàn)相連接，直流線(xiàn)路長(zhǎng)度設(shè)定300 km，兩端變換器出線(xiàn)端設(shè)置0.5 H的直流平波電抗器.為抑制交流諧波分量，兩端交流系統(tǒng)母線(xiàn)上并聯(lián)接入交流濾波器為諧波電流提供低阻抗通路.系統(tǒng)建模仿真圖如圖2所示.

6結(jié)論

隨著我國(guó)“西電東送”力度的加大和全國(guó)幾個(gè)大區(qū)域電網(wǎng)之間的互聯(lián)，將會(huì)有越來(lái)越多的直流輸電工程投入使用.對(duì)于高壓直流輸電系統(tǒng)的研究、設(shè)計(jì)和運(yùn)行，高壓直流輸電 （HVDC） 系統(tǒng)的暫穩(wěn)態(tài)仿真發(fā)揮著重要作用.MATLAB/Simulink軟件的應(yīng)用使得 HVDC的建模及仿真簡(jiǎn)單易行.

本文基于HVDC系統(tǒng)的建模仿真，根據(jù)系統(tǒng)的頻率響應(yīng)、運(yùn)行下的穩(wěn)態(tài)狀況和階躍響應(yīng)以及直流側(cè)故障對(duì)系統(tǒng)的影響，分析了直流輸電系統(tǒng)中交直流系統(tǒng)間和直流系統(tǒng)間的復(fù)雜動(dòng)態(tài)特性，為今后模型的進(jìn)一步完善及基于其它控制策略的控制系統(tǒng)提供了依據(jù).

參考文獻(xiàn)：

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篇4

關(guān)鍵詞：Matlab技術(shù)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)液壓系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）06-0000-00

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，越來(lái)越多的工程項(xiàng)目都可以借助于計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大功能來(lái)彌補(bǔ)現(xiàn)實(shí)條件的不足。系統(tǒng)仿真是在系統(tǒng)建模的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的，系統(tǒng)建模的目的是要建立一個(gè)數(shù)學(xué)模型，而此數(shù)學(xué)模型可以充分反映其系統(tǒng)屬性，從而能夠促進(jìn)該系統(tǒng)的正常運(yùn)行。而現(xiàn)代液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)是越來(lái)越復(fù)雜，因此，提高計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)和質(zhì)量，就顯得更加迫切。本文為此具體探討了Matlab計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在液壓系統(tǒng)中的具體應(yīng)用情況。

1 液壓系統(tǒng)的工作原理與特點(diǎn)分析

1.1 液壓系統(tǒng)的工作原理

液壓傳動(dòng)時(shí)，傳遞能量以液體作為介質(zhì)，其介質(zhì)是在受控制和調(diào)節(jié)的兩種狀態(tài)下進(jìn)行工作的，所以，液壓傳動(dòng)和液壓控制比較相似。而液壓系統(tǒng)的作用是通過(guò)改變壓強(qiáng)增大作用力。一個(gè)功能完整的液壓系統(tǒng)由動(dòng)力、執(zhí)行、控制、輔助元件以及液壓油組成。

液壓站的基本工作原理是：電機(jī)帶動(dòng)油泵飛速旋轉(zhuǎn)，中心泵將機(jī)械能源轉(zhuǎn)化為液壓油的壓力能量，液壓油其后通過(guò)集成塊被調(diào)節(jié)、液壓后再經(jīng)外接管路傳輸?shù)揭簤簷C(jī)械的油馬達(dá)或油缸中，從而控制了液動(dòng)機(jī)械的方向變換、力量的大小、速度的快慢，推動(dòng)各種液壓機(jī)械做功。

1.2 液壓系統(tǒng)的應(yīng)用特點(diǎn)

液壓系統(tǒng)能否正常高效運(yùn)行取決于其系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)、元件性能、污染防護(hù)和處理。機(jī)械設(shè)計(jì)工程師在設(shè)計(jì)實(shí)踐中若采用以前傳統(tǒng)的建模方法，需要花費(fèi)一些精力、時(shí)間，這樣會(huì)降低設(shè)計(jì)效率。若要通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)，這就要求設(shè)計(jì)工程師必須熟練掌握特殊建模的編程方法。

2 MATLAB的功能與特點(diǎn)

MATLAB是名稱(chēng)是矩陣實(shí)驗(yàn)室，MATLAB的計(jì)算環(huán)境是集數(shù)值的計(jì)算、符號(hào)運(yùn)算、圖形處理等等強(qiáng)大的功能于一體，其計(jì)算平臺(tái)能夠滿(mǎn)足用戶(hù)的各種計(jì)算需求。MATLAB具有如下的優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)：（1）良好的圖形化處理（2）強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算能力（3）簡(jiǎn)單易用的程序語(yǔ)言。

3 Matlab計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在液壓系統(tǒng)應(yīng)用方面的優(yōu)勢(shì)

液壓系統(tǒng)的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法主要是來(lái)源于設(shè)計(jì)工程師的經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)，利用真實(shí)的元部件構(gòu)造一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。仿真技術(shù)不但可用于系統(tǒng)或產(chǎn)品方面的性能測(cè)試，還可用于研制開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的所有過(guò)程以及由多個(gè)系統(tǒng)所構(gòu)成的綜合且復(fù)雜系統(tǒng)。

4Matlab計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在液壓系統(tǒng)應(yīng)用方面的實(shí)現(xiàn)

Matlab計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用具有以下特點(diǎn)：（1）能支持多種仿真模型計(jì)算和多種應(yīng)用問(wèn)題求解；（2）支持遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)采集，可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工程數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真計(jì)算；（3）支持直接運(yùn)行其它仿真系統(tǒng)或與之進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，使仿真系統(tǒng)的功能得到進(jìn)一步擴(kuò)展、增強(qiáng)；（4）以數(shù)據(jù)庫(kù)為中心，對(duì)各種仿真資源進(jìn)行統(tǒng)一資源管理。

4.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的Matlab計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用模型如下：

結(jié)果區(qū)：功能部件由內(nèi)部過(guò)程和函數(shù)、外部函數(shù)、控件等組成，呈現(xiàn)出執(zhí)行數(shù)據(jù)分析、輸出以及仿真過(guò)程和結(jié)果的可視化、數(shù)據(jù)通訊的管理等。

動(dòng)態(tài)區(qū)：構(gòu)造出模型及模型的優(yōu)化、在系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中按實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)框架實(shí)現(xiàn)終止或者執(zhí)行計(jì)算、結(jié)果數(shù)據(jù)的計(jì)算和運(yùn)行參數(shù)的保存、模型的解釋、算法的調(diào)用，使其仿真平臺(tái)系統(tǒng)和用戶(hù)自定義功能的大部分算法能夠通過(guò)調(diào)用動(dòng)態(tài)的鏈接庫(kù)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)一系列功能。

初始區(qū)：界面的設(shè)置、參數(shù)和變量的設(shè)置、數(shù)組定義、仿真資源配置、仿真的時(shí)間與步長(zhǎng)設(shè)置、實(shí)驗(yàn)框架生成，并安排輸出。

4.2 仿真實(shí)現(xiàn)

仿真過(guò)程：依據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)開(kāi)啟計(jì)算引擎、建立系統(tǒng)的仿真模型、輸入系統(tǒng)的仿真數(shù)據(jù)、運(yùn)行仿真計(jì)算，并進(jìn)行性能方面的分析，顯示分析結(jié)果后關(guān)閉計(jì)算引擎。在本系統(tǒng)中，采用的方法是調(diào)用MATLAB計(jì)算引擎IEngine。

5 液壓系統(tǒng)中現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展

5.1 半物理仿真技術(shù)

半物理仿真技術(shù)的特征是仿真模型中包含物理模型。當(dāng)一些系統(tǒng)部件和現(xiàn)象難于建模，或者在某些特殊要求下，系統(tǒng)的某些部分或其類(lèi)似系統(tǒng)成為仿真模型的一部分，從而使仿真過(guò)程更加便捷，仿真結(jié)果更加具有說(shuō)服力。

5.2 并行仿真技術(shù)

當(dāng)前仿真方法對(duì)數(shù)據(jù)處理速度提出很高的要求，并且數(shù)學(xué)模型由于考慮各類(lèi)因素而變得越來(lái)越復(fù)雜，而仿真結(jié)果的輸出速度則要求越來(lái)越快。并行仿真技術(shù)就是采用多臺(tái)中央處理器或者計(jì)算機(jī)同時(shí)對(duì)同一問(wèn)題進(jìn)行仿真計(jì)算。

總之，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)不可缺少的重要技術(shù)，Matlab計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用可以縮短液壓系統(tǒng)或元件的設(shè)計(jì)周期，從而實(shí)現(xiàn)最優(yōu)設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳鷹.面向創(chuàng)新的液壓仿真技術(shù)[J].液壓氣動(dòng)與密封，2003，10（4）：69-71.

篇5

關(guān)鍵詞：仿真　計(jì)算機(jī)仿真　計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)

一、引言

仿真是對(duì)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的某一層次抽象屬性的模仿，人們利用這樣的模型進(jìn)行試驗(yàn)，從中得到所需的信息，然后幫助人們對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中某一層次的問(wèn)題做出決策。計(jì)算機(jī)仿真就是建立系統(tǒng)模型的仿真模型進(jìn)而在電子計(jì)算機(jī)上對(duì)該仿真模型進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)的研究過(guò)程。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)即以計(jì)算機(jī)仿真為手段，通過(guò)仿真模型模擬實(shí)際系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)來(lái)認(rèn)識(shí)其規(guī)律的一種研究方法，也稱(chēng)計(jì)算機(jī)仿真方法。在科技飛速發(fā)展的今天，它已經(jīng)成為控制系統(tǒng)分析、研究、設(shè)計(jì)不可缺少的重要工具。

二、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的特點(diǎn)

1.模型參數(shù)可根據(jù)要求任意調(diào)整、修改和補(bǔ)充。人們可以得到各種可能的仿真效果，為進(jìn)一步完善研究方案提供了可能。與傳統(tǒng)的實(shí)物實(shí)驗(yàn)相比，具有運(yùn)行費(fèi)用低、無(wú)風(fēng)險(xiǎn)、方便靈活等優(yōu)點(diǎn)。

2.系統(tǒng)模型求解快速。運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)得出仿真運(yùn)算的結(jié)果，為生產(chǎn)實(shí)踐提供最及時(shí)的指導(dǎo)。

3.仿真運(yùn)算結(jié)果可靠、準(zhǔn)確。在機(jī)器沒(méi)有故障的前提下，只要系統(tǒng)模型、仿真模型、仿真程序科學(xué)合理，那么計(jì)算機(jī)的運(yùn)算結(jié)果是準(zhǔn)確無(wú)誤的。

4.實(shí)物、實(shí)時(shí)仿真直觀(guān)、逼真。這一特點(diǎn)使它在一些復(fù)雜工程系統(tǒng)中例如核電、航天等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

傳統(tǒng)的仿真技術(shù)是一個(gè)迭代過(guò)程，即針對(duì)實(shí)際系統(tǒng)某一層次的特性（過(guò)程），抽象出一個(gè)模型，然后假設(shè)態(tài)勢(shì)（輸入），進(jìn)行試驗(yàn)，由試驗(yàn)者判讀輸出結(jié)果和驗(yàn)證模型，根據(jù)判斷的情況反復(fù)修改模型和有關(guān)的參數(shù)，不僅效率低，也存在環(huán)境、安全等因素的限制，所以很難達(dá)到實(shí)驗(yàn)者滿(mǎn)意的仿真效果。而計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)科學(xué)和技術(shù)的成果建立被仿真的系統(tǒng)的模型，并在試驗(yàn)條件下對(duì)模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)，它具有高效、安全、受環(huán)境條件的約束較少、可改變時(shí)間比例尺等優(yōu)點(diǎn)，已成為分析、設(shè)計(jì)、運(yùn)行、評(píng)價(jià)、培訓(xùn)系統(tǒng)尤其是復(fù)雜系統(tǒng)的重要工具。

三、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的研究現(xiàn)狀

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展與計(jì)算機(jī)的發(fā)展是密不可分的。20世紀(jì)50年代的計(jì)算機(jī)仿真大部分是以電子模擬計(jì)算機(jī)為主機(jī)實(shí)現(xiàn)的，在部分特殊應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)也有以液壓機(jī)、氣壓機(jī)或阻抗網(wǎng)絡(luò)作為主要模擬設(shè)備的。由于電子模擬計(jì)算機(jī)的精度較差等缺點(diǎn)，從70年代初開(kāi)始，數(shù)字模擬混合計(jì)算機(jī)仿真得到發(fā)展。從70年代末起，以數(shù)字機(jī)為主機(jī)的各種各樣的專(zhuān)用和通用計(jì)算機(jī)仿真得到了普及和推廣。轉(zhuǎn)貼于 由于高性能工作站、巨型機(jī)、小巨機(jī)、軟件技術(shù)和人工智能技術(shù)取得了引人矚目的進(jìn)展，在80年代人們對(duì)智能化的計(jì)算機(jī)仿真寄予了希望，也在綜合集成數(shù)字仿真和模擬仿真優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出了在更高層次上的數(shù)字模擬混合仿真技術(shù)，在一些特定的仿真領(lǐng)域內(nèi)，這種智能計(jì)算機(jī)仿真和高層次的數(shù)字模擬計(jì)算機(jī)仿真都取得了令人鼓舞的結(jié)果。80年代初推出了一些仿真機(jī)，SYSTEM10和SYSTEM100就是這類(lèi)仿真技術(shù)的代表。90年代又開(kāi)始了交互式仿真和虛擬仿真的研究并取得了一定的成績(jī)。特別是近20年來(lái)，隨著系統(tǒng)工程與科學(xué)的迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)也得到了蓬勃發(fā)展，已經(jīng)從傳統(tǒng)的工程領(lǐng)域擴(kuò)展到非工程領(lǐng)域，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)、生物醫(yī)學(xué)系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、教育培訓(xùn)系統(tǒng)等得到了廣泛應(yīng)用。

四、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的展望

隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)也在不斷地發(fā)展。未來(lái)的發(fā)展主要有兩個(gè)方向：

1.仿真技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化

眾所周知，現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)發(fā)研制出來(lái)的仿真系統(tǒng)有很多，它們不能互相兼容，可移植性差，實(shí)現(xiàn)共享困難，與開(kāi)發(fā)的高成本、低效率、長(zhǎng)時(shí)間不成正比，更不能充分加以利用。要想解決這些問(wèn)題，首先要解決的是采用兼容性好的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)仿真系統(tǒng)，其次是采用網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)仿真系統(tǒng)的共享。尤其是后者，在將來(lái)的仿真系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中具有重要的意義。實(shí)現(xiàn)仿真系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)共享，不但可以在一定程度上避免不必要的社會(huì)資源的浪費(fèi)，而且可以通過(guò)適當(dāng)?shù)氖召M(fèi)來(lái)彌補(bǔ)開(kāi)發(fā)成本的不足。

2.仿真技術(shù)的虛擬制造

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)發(fā)展的另一個(gè)大方向是在虛擬制造技術(shù)領(lǐng)域的深入應(yīng)用。虛擬制造技術(shù)是20世紀(jì)90年展起來(lái)的一種先進(jìn)的制造技術(shù)，它利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的結(jié)合，在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)了從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到產(chǎn)品出廠(chǎng)以及企業(yè)各級(jí)過(guò)程的管理與控制。這使得制造技術(shù)不再主要依靠經(jīng)驗(yàn)，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)制造的全方位預(yù)測(cè)，為機(jī)械制造領(lǐng)域開(kāi)辟了一個(gè)廣闊的新天地。

參考文獻(xiàn)

[1] 王中鮮 MATLAB建模與仿真應(yīng)用.機(jī)械工業(yè)出版社，2010。

篇6

關(guān)鍵詞：虛擬仿真技術(shù)；土建類(lèi)專(zhuān)業(yè)；高職；

作者簡(jiǎn)介：劉鎮(zhèn)（1978-），男，大連職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，碩士，注冊(cè)一級(jí)建造師、造價(jià)師，研究方向?yàn)楣こ坦芾?、工程造價(jià)。

中圖分類(lèi)號(hào)：G712

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001－7518（2012）17－0034－02

一、虛擬仿真技術(shù)的含義

仿真技術(shù)，也被人稱(chēng)之為模擬技術(shù)，即用一個(gè)系統(tǒng)模仿另一個(gè)真實(shí)系統(tǒng)的技術(shù)。而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)則是在仿真技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，當(dāng)前仿真系統(tǒng)正在向虛擬環(huán)境的系統(tǒng)演變。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和仿真技術(shù)作為對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的模擬，都是基于模型而開(kāi)展的，都是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界盡可能的再現(xiàn)，因此，由仿真技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)兩者相結(jié)合形成了虛擬仿真技術(shù)。

虛擬仿真技術(shù)是指運(yùn)用計(jì)算機(jī)和專(zhuān)用物理效應(yīng)設(shè)備，借助相應(yīng)的系統(tǒng)模型，對(duì)實(shí)際的或假想的系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)研究的一種新技術(shù)，具有可控性、經(jīng)濟(jì)性、快速性等特點(diǎn)，有助于解決抽象與實(shí)體之間相互聯(lián)系的問(wèn)題。

二、目前虛擬仿真教學(xué)與高職土建類(lèi)專(zhuān)業(yè)教育的關(guān)系

職業(yè)教育是以就業(yè)為導(dǎo)向的教育，技能教育是職業(yè)教育的核心，同樣職業(yè)教育信息化也要為職業(yè)技能服務(wù)，信息技術(shù)已經(jīng)成為提高教育質(zhì)量的重要手段。教育部《關(guān)于全面提高高等職業(yè)教育教學(xué)質(zhì)量的若干意見(jiàn)》（［2006］16號(hào)文件）指出，要充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)，開(kāi)發(fā)虛擬工廠(chǎng)、虛擬車(chē)間、虛擬工藝、虛擬實(shí)驗(yàn)。

當(dāng)前，建筑技術(shù)含量要求越來(lái)越高，不斷呈現(xiàn)出結(jié)構(gòu)多樣、工藝復(fù)雜、施工難度加大等特點(diǎn)，這就需要教育和培養(yǎng)出更多的建筑技術(shù)人才，不僅能進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，而且具有較強(qiáng)的實(shí)踐技術(shù)指導(dǎo)和管理能力。根據(jù)2010年統(tǒng)計(jì)，開(kāi)辦土建類(lèi)高職學(xué)校達(dá)1099所、專(zhuān)業(yè)3423個(gè)、招生人數(shù)307412人。數(shù)據(jù)表明高職土建類(lèi)教育不僅規(guī)模大、分布廣，而且發(fā)展速度快。高職土建類(lèi)教育在強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)地設(shè)計(jì)基于學(xué)科系統(tǒng)性原則的理論教學(xué)體系基礎(chǔ)上，應(yīng)系統(tǒng)地設(shè)計(jì)基于工作過(guò)程化的實(shí)踐教學(xué)體系。而虛擬仿真技術(shù)通過(guò)交互式環(huán)境、情景復(fù)現(xiàn)功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)抽象概念的具體化，對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)進(jìn)行革新的一種方式，能夠很好的滿(mǎn)足“情景教學(xué)”與“項(xiàng)目教學(xué)”需要。目前，虛擬仿真技術(shù)已在多學(xué)科領(lǐng)域的教學(xué)及實(shí)踐中使用，并且虛擬仿真技術(shù)已運(yùn)用于工程建設(shè)。這些都表明了在土建類(lèi)教學(xué)中采用虛擬仿真技術(shù)是可行的、必要的。

三、虛擬仿真技術(shù)在土建類(lèi)專(zhuān)業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用

（一）形象直觀(guān)，利用情景教學(xué)

心理學(xué)指出：傳統(tǒng)的課堂教學(xué)，學(xué)生一般只能吸收不到三成的內(nèi)容，并且隨著時(shí)間推移，所掌握的知識(shí)會(huì)逐步遺忘。[3]同時(shí)，研究證實(shí)：閱讀到的信息我們能學(xué)習(xí)到10%；聽(tīng)到的信息我們能學(xué)習(xí)到18%，但所親身體驗(yàn)過(guò)的事我們能學(xué)習(xí)到80%。毫無(wú)疑問(wèn)，學(xué)習(xí)體驗(yàn)是最好的方式。土建類(lèi)學(xué)科是一門(mén)技術(shù)復(fù)雜多樣，設(shè)備材料繁多，實(shí)踐性強(qiáng)的學(xué)科，在教學(xué)中需要學(xué)生有親身經(jīng)歷體驗(yàn)。虛擬仿真技術(shù)通過(guò)虛擬現(xiàn)場(chǎng)情景，仿真施工工藝和過(guò)程等，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。將學(xué)習(xí)目標(biāo)與教學(xué)主題相結(jié)合，通過(guò)形象直觀(guān)的方式讓學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)。在情景體驗(yàn)教學(xué)中，教師與學(xué)生更加的積極主動(dòng)，使教學(xué)效果得到明顯提高。

（二）提高學(xué)生空間想象能力

土建工程是將二維表現(xiàn)的設(shè)計(jì)圖紙實(shí)現(xiàn)為三維的、立體的、復(fù)雜的建筑物。這就對(duì)學(xué)生的空間立體想象能力提出了較高的要求。但剛接觸該專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，總有想象不出或理解困難的感覺(jué)，以往授課中需要通過(guò)教師繪圖、模型展示等，但效果一般。利用虛擬仿真技術(shù)，能夠模擬出建筑物的建筑構(gòu)造，能夠真實(shí)展示建筑物的各個(gè)結(jié)點(diǎn)，空間布局、立體圖形的生成過(guò)程。通過(guò)虛擬仿真技術(shù)能夠使學(xué)生置身虛擬建筑空間內(nèi)，從而對(duì)這些建筑空間的認(rèn)識(shí)和理解更形象、更全面、更深刻。

（三）改進(jìn)管理類(lèi)課程授課方式

在土建類(lèi)專(zhuān)業(yè)課程體系中，存在很多管理類(lèi)的課程，這些課程突出特點(diǎn)是很難看到真實(shí)場(chǎng)景，甚至在學(xué)習(xí)中也不可能親身經(jīng)歷，只能閱讀到成果性資料。以工程招投標(biāo)與合同管理為例，標(biāo)書(shū)制作、合同簽訂，開(kāi)標(biāo)過(guò)程等，教學(xué)中很難體驗(yàn)這類(lèi)過(guò)程的工作流程和內(nèi)涵。虛擬仿真技術(shù)則能夠虛擬相關(guān)情景，讓學(xué)生在課堂中，分角色扮演，經(jīng)歷開(kāi)標(biāo)、評(píng)標(biāo)、談判這些工作，使學(xué)生得到充分體驗(yàn)，真實(shí)的領(lǐng)悟，從而有效的促進(jìn)管理類(lèi)知識(shí)轉(zhuǎn)化，完成項(xiàng)目教學(xué)。

（四）促進(jìn)實(shí)踐教學(xué)

土建類(lèi)專(zhuān)業(yè)的實(shí)踐課程是非常重要的，對(duì)學(xué)生理解知識(shí)點(diǎn)，以及理論與實(shí)踐相結(jié)合有著很強(qiáng)的促進(jìn)作用。土建類(lèi)專(zhuān)業(yè)需要的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目及設(shè)備種類(lèi)數(shù)量繁多，各院校受資金、場(chǎng)地、安全教學(xué)管理等多方面的制約，很難具有全面的實(shí)踐條件，而虛擬仿真技術(shù)利用自身優(yōu)勢(shì)，能夠很好的促進(jìn)實(shí)踐教學(xué)。

第一，保證實(shí)訓(xùn)科目的質(zhì)量，節(jié)約成本。為確保實(shí)踐項(xiàng)目教學(xué)的效果，傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)模式需要巨大的資金投入及購(gòu)置教學(xué)所用的設(shè)備，并且在教學(xué)過(guò)程中會(huì)消耗大量的材料，容易淘汰教學(xué)儀器和設(shè)備，因此很難滿(mǎn)足教學(xué)所需。從教學(xué)資源全過(guò)程管理來(lái)看，虛擬仿真技術(shù)實(shí)踐減少投入包括占地、建筑投入、設(shè)備投入、材料投入、指導(dǎo)教師投入，經(jīng)過(guò)考察統(tǒng)計(jì)可以降低30%~80%。同時(shí)也降低實(shí)訓(xùn)污染（如粉塵實(shí)訓(xùn)、噪聲污染等），而學(xué)生因?yàn)榈玫蕉啻螌?shí)踐機(jī)會(huì)，效果也遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)教學(xué)。

第二，容錯(cuò)功能強(qiáng)，可開(kāi)展探究性實(shí)驗(yàn)。土建類(lèi)專(zhuān)業(yè)實(shí)踐存在較高的安全風(fēng)險(xiǎn)，尤其是學(xué)生到施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)訓(xùn)，而企業(yè)也為回避對(duì)安全事故的各種約束處罰而不愿意接收學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)實(shí)訓(xùn)。為了防止意外事故的發(fā)生，通常是采取增加實(shí)訓(xùn)操作過(guò)程的相關(guān)約束條件來(lái)確保師生的安全。但限制的越多，與實(shí)踐就越脫節(jié)，教學(xué)質(zhì)量難以得到保障。虛擬仿真技術(shù)可引導(dǎo)學(xué)生積極在仿真實(shí)踐中進(jìn)行實(shí)訓(xùn)，不必?fù)?dān)心出現(xiàn)任何以外的風(fēng)險(xiǎn)，保證實(shí)訓(xùn)安全性（設(shè)備安全、人身安全）。通過(guò)運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)，教師在教學(xué)中可以設(shè)置各種不同的故障等狀態(tài)，“虛擬”不同的事故，學(xué)生通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，運(yùn)用各種方式方法，分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，在這方面實(shí)際實(shí)訓(xùn)是無(wú)法做到的。

第三，科學(xué)定量考核，與職業(yè)資格接軌。在土建類(lèi)的實(shí)踐項(xiàng)目的考核常常僅是一份報(bào)告（施工組織設(shè)計(jì)、合同、招投標(biāo)文件等）或是實(shí)踐指導(dǎo)教師根據(jù)學(xué)生在實(shí)踐中的表現(xiàn)，依靠主觀(guān)給學(xué)生評(píng)定成績(jī)。而在虛擬仿真實(shí)踐的軟件中，可根據(jù)不同需求，設(shè)計(jì)不同性質(zhì)的考試、考核方式。而虛擬仿真實(shí)踐軟件通過(guò)采取隨機(jī)出題、海量題庫(kù)、在線(xiàn)考試等方式，保證考試考核的公平、真實(shí)。從而實(shí)現(xiàn)了考教分離、分量一致，實(shí)現(xiàn)了以考試、考核額成績(jī)來(lái)衡量教學(xué)質(zhì)量、評(píng)價(jià)教學(xué)效果、評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)能力的可能性。

四、如何制作虛擬仿真教學(xué)軟件

仿真教學(xué)軟件的研制的總體過(guò)程基本上可劃分為兩大階段，即教學(xué)設(shè)計(jì)階段和軟件制作階段，如圖1所示。

虛擬仿真教學(xué)軟件制作是一項(xiàng)復(fù)雜的項(xiàng)目管理工程。編制適應(yīng)高職教育的虛擬仿真軟件要把握以下幾點(diǎn):

（一）樹(shù)立職業(yè)教育理念

教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)以教育科學(xué)的觀(guān)點(diǎn)和方法為指導(dǎo)，按照職業(yè)教育額教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)對(duì)象的特點(diǎn)等，結(jié)合國(guó)家相關(guān)職業(yè)（工種）標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化教學(xué)軟件的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與模塊設(shè)計(jì)，并選擇適當(dāng)?shù)拿襟w信息，使其在系統(tǒng)中得到有機(jī)結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)課程與實(shí)訓(xùn)的教學(xué)目標(biāo)。

（二）創(chuàng)作團(tuán)隊(duì)進(jìn)行腳本編寫(xiě)

腳本作為仿真教學(xué)軟件的第一關(guān)，事關(guān)教學(xué)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容的正確性與科學(xué)性，貫穿于腳本編寫(xiě)之中的教學(xué)設(shè)計(jì)，決定了教學(xué)軟件的生命。

土建類(lèi)虛擬仿真軟件腳本通常由具有豐富教學(xué)與實(shí)訓(xùn)經(jīng)驗(yàn)并了解現(xiàn)代教育技術(shù)的人來(lái)編寫(xiě)。因此，需要組成專(zhuān)業(yè)教師、現(xiàn)場(chǎng)工程師、教育技術(shù)專(zhuān)家組成的創(chuàng)作隊(duì)伍。腳本創(chuàng)作中的整體結(jié)構(gòu)要依據(jù)研制大綱的要求進(jìn)行，除了在保證科學(xué)性的前提下，重視教學(xué)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目、任務(wù)、技能點(diǎn)、操作步驟的設(shè)計(jì)，重視文字符號(hào)圖形的標(biāo)準(zhǔn)化外，還要格外重視屏幕設(shè)計(jì)，重視交互性設(shè)計(jì)，重視操作工藝、安全規(guī)范等方面的設(shè)計(jì)。

（三）素材制作要保證質(zhì)量

素材不僅是構(gòu)成教學(xué)軟件的基本單元，也是教學(xué)軟件完成系統(tǒng)合成的重要前提與基礎(chǔ)。素材的制作（包括三維建模）是制作環(huán)節(jié)中耗費(fèi)時(shí)間最多的環(huán)節(jié)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，素材制作將占用70%~80%的制作工作量，因此，素材制作是數(shù)字化教學(xué)資源開(kāi)發(fā)的重心，是制作的重要環(huán)節(jié)，是制約開(kāi)發(fā)周期的主要環(huán)節(jié)之一。土建類(lèi)虛擬仿真軟件中的素材要實(shí)物、現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)景嚴(yán)格匹配，這樣就能保證軟件的質(zhì)量，防止給后期合成帶來(lái)隱患。

五、虛擬仿真教學(xué)與實(shí)操教學(xué)之間的關(guān)系

（一）互補(bǔ)關(guān)系：實(shí)操教學(xué)不能實(shí)現(xiàn)的，利用仿真教學(xué)可以實(shí)現(xiàn)。

（二）融入關(guān)系：—份完整的現(xiàn)代化的教學(xué)方案，必定是仿真教學(xué)與實(shí)操教學(xué)的完美融入的方案。

（三）順序關(guān)系：一般情況下，仿真教學(xué)在前，實(shí)操教學(xué)在后。

（四）不可替代關(guān)系：仿真教學(xué)與實(shí)操教學(xué)，二者不可替代。

（五）隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展，仿真教學(xué)對(duì)實(shí)操教學(xué)的互補(bǔ)作用會(huì)越來(lái)越強(qiáng)，同時(shí)，實(shí)操教學(xué)對(duì)虛擬仿真教學(xué)的依賴(lài)程度會(huì)越來(lái)越高。對(duì)于實(shí)操教學(xué)的設(shè)備，有與虛擬仿真系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)一體化的趨勢(shì)。

六、結(jié)束語(yǔ)

從微觀(guān)層面看，高等職業(yè)教育是以技術(shù)人員的職業(yè)勞動(dòng)為導(dǎo)向的，是產(chǎn)生于技術(shù)人員的能力、知識(shí)和素質(zhì)，是一種專(zhuān)業(yè)勞動(dòng)。因此，作為高職土建類(lèi)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)，應(yīng)以生產(chǎn)目標(biāo)為導(dǎo)向，有針對(duì)性地對(duì)學(xué)生進(jìn)行體驗(yàn)式教學(xué)。應(yīng)該通過(guò)虛擬仿真技術(shù)和赴實(shí)地現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行教學(xué)，在課本之外給學(xué)生更生動(dòng)易懂的知識(shí)，并通過(guò)虛擬的或者真實(shí)的實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)、實(shí)習(xí)等實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)具備較高的知識(shí)、能力和素質(zhì)等綜合性的高端土建專(zhuān)業(yè)技能型人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]呂愛(ài)民，項(xiàng)秉人.生態(tài)建筑的數(shù)字化構(gòu)建[J].新建筑，2005（6）：7-9.

篇7

計(jì)算機(jī)仿真主要是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域有關(guān)的專(zhuān)業(yè)技術(shù)，通過(guò)建立研究系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而在計(jì)算機(jī)上對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析和研究的一門(mén)技術(shù)。因此，該門(mén)課程是一門(mén)解決實(shí)際問(wèn)題、實(shí)踐性強(qiáng)的課程。目前，大部分院校對(duì)該門(mén)課程的講授主要圍繞計(jì)算機(jī)仿真的概念、方法和技術(shù)來(lái)開(kāi)展的，而在系統(tǒng)分析、系統(tǒng)建模、仿真計(jì)算、仿真結(jié)果分析等方面的講解還存在薄弱環(huán)節(jié)。從教學(xué)內(nèi)容來(lái)看，主要存在重理論分析，輕仿真實(shí)驗(yàn)；從教學(xué)過(guò)程來(lái)看，還存在重課堂教學(xué)，輕實(shí)踐環(huán)節(jié)的現(xiàn)象。為此，應(yīng)加強(qiáng)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的研究，突出系統(tǒng)仿真建模分析實(shí)驗(yàn)，建立仿真實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容體系，強(qiáng)化仿真實(shí)驗(yàn)過(guò)程管理，以達(dá)到提高學(xué)生在計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)領(lǐng)域的運(yùn)用能力。仿真實(shí)驗(yàn)的內(nèi)涵就是針對(duì)仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)象，建立仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停糜?jì)算機(jī)技術(shù)，在計(jì)算機(jī)上開(kāi)展仿真運(yùn)算與結(jié)果分析的一種實(shí)踐活動(dòng)。單純的課堂理論教學(xué)一般缺乏主動(dòng)獲取知識(shí)的能力，缺乏對(duì)所學(xué)知識(shí)的深入思考和實(shí)際動(dòng)手能力的培養(yǎng)，缺乏發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、靈活運(yùn)用已有知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。而實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)能在很大程度上彌補(bǔ)這種教學(xué)方式的不足，尤其是計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)這門(mén)課程，具有系統(tǒng)針對(duì)性強(qiáng)與實(shí)際結(jié)合緊密的特點(diǎn)。因此，在計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)課程的教學(xué)過(guò)程中，重視仿真實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)，加強(qiáng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的教學(xué)和訓(xùn)練，已經(jīng)成為本門(mén)課程改革和創(chuàng)新的一個(gè)重要內(nèi)容。

1仿真技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程的目的、分類(lèi)及特點(diǎn)

計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)課是掌握計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)和仿真技能培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，是開(kāi)展科學(xué)實(shí)驗(yàn)、科學(xué)研究和工程應(yīng)用領(lǐng)域能力培養(yǎng)的重要課程之一。開(kāi)展計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)課程改革，需要從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置、實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理、實(shí)驗(yàn)課程評(píng)價(jià)等幾方面入手，以達(dá)到實(shí)驗(yàn)課程提高學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的目標(biāo)。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容通常分為連續(xù)系統(tǒng)仿真和離散系統(tǒng)仿真兩個(gè)方面，因此，仿真技術(shù)實(shí)驗(yàn)可分為連續(xù)系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)和離散系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)。另一方面，按照仿真的作用和目的來(lái)分，仿真技術(shù)實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域也可分為三種形式。一是系統(tǒng)設(shè)計(jì)仿真實(shí)驗(yàn)，即對(duì)尚不存在的假象系統(tǒng)開(kāi)展仿真實(shí)驗(yàn)。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，來(lái)觀(guān)察系統(tǒng)設(shè)計(jì)的各項(xiàng)性能參數(shù)。二是仿真對(duì)象的系統(tǒng)分析仿真實(shí)驗(yàn)，即對(duì)已有系統(tǒng)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。針對(duì)存在的已有系統(tǒng)，構(gòu)建系統(tǒng)模型，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)以觀(guān)察和分析系統(tǒng)，來(lái)了解和掌握系統(tǒng)的變化規(guī)律。三是系統(tǒng)模擬訓(xùn)練仿真實(shí)驗(yàn)，利用現(xiàn)代虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)或半實(shí)物仿真技術(shù)，構(gòu)建訓(xùn)練系統(tǒng)的操作訓(xùn)練模型和模擬訓(xùn)練仿真環(huán)境，為系統(tǒng)的操作人員提供模擬訓(xùn)練的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。根據(jù)仿真技術(shù)實(shí)驗(yàn)的目的結(jié)合計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)課程要求，仿真技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程具有以下特點(diǎn)：一是系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)對(duì)象的針對(duì)性。仿真實(shí)驗(yàn)必須針對(duì)某個(gè)具體的對(duì)象或系統(tǒng)開(kāi)展仿真實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。如一個(gè)控制系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)，應(yīng)從該系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型入手，明確數(shù)學(xué)模型中各參數(shù)的含義和參數(shù)之間的物理關(guān)系，以此開(kāi)展仿真實(shí)驗(yàn)才具有針對(duì)性，而不能籠統(tǒng)地給出一個(gè)仿真計(jì)算的式子，不加分析就開(kāi)始進(jìn)行仿真計(jì)算。二是仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷挠行?。仿真?shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪欠抡鎸?shí)驗(yàn)系統(tǒng)的一種抽象，與實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和內(nèi)容結(jié)合緊密，學(xué)生應(yīng)從掌握仿真系統(tǒng)原理的基礎(chǔ)上，建立有效的、可計(jì)算的仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，以便開(kāi)展仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)。三是仿真實(shí)驗(yàn)過(guò)程的完整性。仿真實(shí)驗(yàn)過(guò)程包括系統(tǒng)建模、仿真建模和仿真實(shí)驗(yàn)等過(guò)程。從仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)象或系統(tǒng)入手，對(duì)仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，建立仿真?shí)驗(yàn)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，利用掌握的仿真軟件或熟知的仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境，將數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換成仿真計(jì)算模型，開(kāi)展仿真實(shí)驗(yàn)，最后對(duì)仿真實(shí)驗(yàn)與仿真結(jié)果進(jìn)行處理分析。四是仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境的可操作性。仿真實(shí)驗(yàn)依賴(lài)于仿真環(huán)境與仿真軟件，不同的系統(tǒng)、不同的仿真模型，需要在不同的仿真環(huán)境下進(jìn)行。仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境與仿真軟件，有通用計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，如C++、VB等；有數(shù)學(xué)計(jì)算能力較強(qiáng)應(yīng)用軟件，如Matlab；有針對(duì)離散事件系統(tǒng)仿真軟件，如GPSS。還有針對(duì)不同領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)性仿真軟件，如流體工程仿真計(jì)算軟件Fluent，機(jī)械設(shè)計(jì)與虛擬樣機(jī)仿真軟件SolidWorks、Pro/E和UG等。因此，仿真實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展應(yīng)根據(jù)仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)象，仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅x擇正確的仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境和仿真軟件。

2仿真技術(shù)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)體系建設(shè)

仿真技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革涉及教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)體系、教學(xué)方法等多個(gè)方面。在教學(xué)內(nèi)容上，應(yīng)緊密配合仿真技術(shù)課堂教學(xué)要求，合理安排仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。如在連續(xù)系統(tǒng)仿真方面，應(yīng)針對(duì)仿真對(duì)象的微分方程、傳遞函數(shù)、狀態(tài)空間和結(jié)構(gòu)圖等不同模型開(kāi)展仿真實(shí)驗(yàn)，以了解不同模型表示方法的仿真技術(shù)。在仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系方面，要結(jié)合相關(guān)專(zhuān)業(yè)對(duì)不同仿真技術(shù)的要求，有針對(duì)性地選擇仿真對(duì)象。即從建模表示、模型處理、仿真算法設(shè)計(jì)、仿真結(jié)果分析等方面，設(shè)置仿真實(shí)驗(yàn)案例。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法方面，要加強(qiáng)仿真實(shí)驗(yàn)前學(xué)生的實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備，以及熟悉仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境、做好仿真實(shí)驗(yàn)過(guò)程記錄、仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理和分析等方面的工作。

2.1仿真實(shí)驗(yàn)課程體系建設(shè)

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)屬于一門(mén)應(yīng)用類(lèi)型的課程，課程涉及大量的數(shù)學(xué)知識(shí)，理論性強(qiáng)，同時(shí)還蘊(yùn)含著大量的工程性知識(shí)。因此，該門(mén)功課的建設(shè)與改革要突出工程性和應(yīng)用性，要注重理論與實(shí)際的結(jié)合。作為一門(mén)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)體系的建設(shè)，主要涉及該門(mén)課程的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)管理與考評(píng)、教學(xué)過(guò)程實(shí)施等多個(gè)方面。另一方面，計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)主要是在計(jì)算機(jī)上完成，在教學(xué)體系建設(shè)方面，還要注重學(xué)生計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力和軟件編程能力的培養(yǎng)。

（1）實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)目標(biāo)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)課程的設(shè)置目的，是使學(xué)員掌握計(jì)算機(jī)仿真的有關(guān)概念、原理和方法，學(xué)會(huì)利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，針對(duì)各自研究方向與領(lǐng)域，培養(yǎng)學(xué)生開(kāi)展系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)運(yùn)用的能力，以及能獨(dú)立開(kāi)展實(shí)驗(yàn)研究，解決科學(xué)研究和工程應(yīng)用領(lǐng)域中出現(xiàn)的問(wèn)題。培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)仿真思維，提高學(xué)生使用計(jì)算機(jī)仿真理論和技術(shù)從事科學(xué)研究的能力。

（2）實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)內(nèi)容計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)課程涉及的領(lǐng)域較為廣泛，從仿真技術(shù)體系來(lái)看，課程內(nèi)容主要包括相似理論、建模理論、建模方法、仿真算法、仿真語(yǔ)言、仿真工具，仿真實(shí)驗(yàn)、仿真數(shù)據(jù)處理與仿真VV&A等。從仿真知識(shí)體系來(lái)看，課程除涉及大量基礎(chǔ)數(shù)學(xué)知識(shí)外，還涉及系統(tǒng)、模型與仿真的概念、方法及分類(lèi)，連續(xù)系統(tǒng)建模與仿真方法，離散事件系統(tǒng)建模與仿真，分布式系統(tǒng)仿真、面向?qū)ο蠼Ｅc仿真技術(shù)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與仿真等。這些都為如何確定仿真實(shí)驗(yàn)內(nèi)容提出了挑戰(zhàn)。為此實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容安排上，我們提出了單項(xiàng)仿真實(shí)驗(yàn)與綜合仿真實(shí)驗(yàn)的解決思路，圍繞能力培養(yǎng)選擇實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容。通過(guò)單項(xiàng)仿真實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生掌握重要的知識(shí)點(diǎn)，通過(guò)綜合仿真實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生掌握仿真技術(shù)的系統(tǒng)知識(shí)和仿真技術(shù)綜合運(yùn)用能力。其中，單項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括：系統(tǒng)建模實(shí)驗(yàn)，仿真工具運(yùn)用實(shí)驗(yàn)，仿真系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，仿真數(shù)據(jù)處理與可信度評(píng)估實(shí)驗(yàn)等。綜合仿真實(shí)驗(yàn)主要包括連續(xù)系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)，離散事件系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)，先進(jìn)系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)，虛擬現(xiàn)實(shí)仿真實(shí)驗(yàn)等。

（3）實(shí)驗(yàn)組織實(shí)施與管理仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程的組織實(shí)施與管理，既要遵循實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)規(guī)律，又要突出實(shí)驗(yàn)課實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。在給學(xué)生講解熟悉實(shí)驗(yàn)環(huán)境、理解仿真對(duì)象和仿真目標(biāo)的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備工作，參與實(shí)驗(yàn)方案與計(jì)劃的制定。根據(jù)仿真實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)，由學(xué)生獨(dú)立或與實(shí)驗(yàn)小組完成整個(gè)仿真實(shí)驗(yàn)過(guò)程，重視實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題的分析與解釋。讓學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，還要對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行總結(jié)，提交仿真實(shí)驗(yàn)后的體會(huì)等。在實(shí)驗(yàn)安排方面，加強(qiáng)與相關(guān)課程內(nèi)容的同步結(jié)合。在實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)方面，突出課堂實(shí)驗(yàn)與課后拓展實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，即單項(xiàng)仿真實(shí)驗(yàn)可在較短的時(shí)間內(nèi)完成，主要安排在教學(xué)課程的學(xué)時(shí)內(nèi)。對(duì)綜合性仿真實(shí)驗(yàn)采用開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)，在制定完實(shí)驗(yàn)方案和計(jì)劃后，可讓學(xué)生靈活安排時(shí)間去完成實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)課程的考核管理是實(shí)驗(yàn)過(guò)程也是教學(xué)過(guò)程的重要一環(huán)，應(yīng)加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)課程的過(guò)程考核，通過(guò)考核方式的改革，督促學(xué)生自覺(jué)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，達(dá)到開(kāi)設(shè)仿真實(shí)驗(yàn)課的目的。考核成績(jī)可以按學(xué)生的仿真實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備情況，實(shí)驗(yàn)完成質(zhì)量，實(shí)驗(yàn)過(guò)程表現(xiàn)與實(shí)驗(yàn)報(bào)告質(zhì)量等內(nèi)容進(jìn)行綜合評(píng)定。

2.2實(shí)驗(yàn)課教學(xué)方法改革

實(shí)驗(yàn)教學(xué)既是教學(xué)活動(dòng)，又是實(shí)踐活動(dòng)。要突出學(xué)生的能力培養(yǎng)，也要突出思維能力和科學(xué)精神的培養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)課教學(xué)可以采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)、過(guò)程開(kāi)發(fā)的教學(xué)模式進(jìn)行，即在明確仿真實(shí)驗(yàn)任務(wù)的基礎(chǔ)上，由學(xué)生自己制定仿真實(shí)驗(yàn)任務(wù)的計(jì)劃和方法，編寫(xiě)如何做好仿真實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備工作條目，提出每項(xiàng)仿真實(shí)驗(yàn)的思路和注意事項(xiàng)，并將這些內(nèi)容作為仿真實(shí)驗(yàn)課成績(jī)的一部分。在這種教學(xué)模式下，還要注重以下三方面的工作。

（1）重視仿真實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作仿真實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作是開(kāi)展仿真實(shí)驗(yàn)的前提。仿真實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作包括仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)象的認(rèn)識(shí)和理解，仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，制定?shí)驗(yàn)工作步驟以及熟悉仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境、仿真語(yǔ)言和仿真工具等。要針對(duì)仿真實(shí)驗(yàn)的對(duì)象或系統(tǒng)，讓學(xué)生查閱相關(guān)資料，了解對(duì)象和系統(tǒng)的特性，為下一步模型的建立奠定基礎(chǔ)，同時(shí)，作好仿真實(shí)驗(yàn)前的數(shù)據(jù)收集與準(zhǔn)備工作。

（2）強(qiáng)化仿真實(shí)驗(yàn)建模分析模型是研究對(duì)象或系統(tǒng)的抽象，也是仿真實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)。仿真模型的建立是按照一定的目的對(duì)所要研究的對(duì)象或系統(tǒng)進(jìn)行抽象的過(guò)程。沒(méi)有正確抽象和描述的仿真模型，就無(wú)法開(kāi)展正確的仿真實(shí)驗(yàn)。對(duì)于連續(xù)系統(tǒng)或離散事件系統(tǒng)仿真建模來(lái)說(shuō)，通常需要根據(jù)對(duì)象的物理特性，變量特征和仿真實(shí)驗(yàn)的目的等開(kāi)展系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)建模分析。模型分析主要包括模型的使用對(duì)象，模型假設(shè)條件，模型內(nèi)部要素的作用機(jī)理，模型簡(jiǎn)化，模型的表示方式，以及輸出結(jié)果形式等。建模分析不僅能鍛煉和提高學(xué)生面向問(wèn)題的解決能力，同時(shí)還可以培養(yǎng)學(xué)生邏輯推理能力和科學(xué)的思維方式。

（3）突出仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)主要包括仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，仿真算法設(shè)計(jì)，仿真實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析等。這些仿真技術(shù)的應(yīng)用對(duì)提高學(xué)生的創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力和探索熱情有著重要作用。仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)主要是制定仿真實(shí)驗(yàn)方案，包括編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，?shí)驗(yàn)步驟，實(shí)驗(yàn)初始條件設(shè)定等。仿真實(shí)驗(yàn)算法設(shè)計(jì)是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性和創(chuàng)新性的工作，在這一方面要充分讓學(xué)生去閱讀相關(guān)文獻(xiàn)，為仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)高效、正確的仿真算法。同時(shí)，在算法設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮到仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境，仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境包括仿真所用的軟件和硬件等。在此教師主要給學(xué)生以引導(dǎo)和提示，讓學(xué)生熟悉相關(guān)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，摸索和掌握各種實(shí)驗(yàn)工具的應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上，再讓學(xué)生編寫(xiě)仿真實(shí)驗(yàn)程序、設(shè)計(jì)計(jì)算步長(zhǎng)等相關(guān)仿真計(jì)算工作。仿真實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析是仿真實(shí)驗(yàn)的重要組成部分，讓學(xué)生掌握常用的數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析。同時(shí)，還要通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，教會(huì)學(xué)生對(duì)仿真對(duì)象變化規(guī)律如何做出合理的估計(jì)和判斷的方法，以達(dá)到實(shí)驗(yàn)的目的。

3仿真技術(shù)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)案例

以連續(xù)系統(tǒng)仿真為例，對(duì)起重機(jī)吊運(yùn)系統(tǒng)特性開(kāi)展研究。利用起重機(jī)吊運(yùn)系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步闡明仿真技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)方法的運(yùn)用。

3.1仿真實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備

在實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段，首先要認(rèn)識(shí)仿真對(duì)象，弄清仿真對(duì)象的系統(tǒng)組成，即系統(tǒng)是有哪些實(shí)體對(duì)象構(gòu)成的，系統(tǒng)中各個(gè)實(shí)體的參數(shù)屬性，系統(tǒng)內(nèi)部實(shí)體之間的作用機(jī)制等。在本案例中系統(tǒng)由起重機(jī)小車(chē)、鋼絲繩和吊運(yùn)的貨物構(gòu)成。其次，是要明確仿真實(shí)驗(yàn)的目的，即起重機(jī)小車(chē)的移動(dòng)速度、吊繩長(zhǎng)度和貨物質(zhì)量等相關(guān)參數(shù)，對(duì)吊運(yùn)時(shí)貨物擺角的影響。三是系統(tǒng)抽象，對(duì)系統(tǒng)中無(wú)關(guān)的因素進(jìn)行簡(jiǎn)化，如忽略吊運(yùn)時(shí)吊繩長(zhǎng)度變化、風(fēng)速和前后搖擺等影響，以降低系統(tǒng)建模的復(fù)雜性。四是收集實(shí)驗(yàn)所需數(shù)據(jù)，為系統(tǒng)建模做好準(zhǔn)備，如貨物的質(zhì)量、吊繩長(zhǎng)度等。

3.2實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ徒?/p>

根據(jù)上述準(zhǔn)備工作，利用運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的相關(guān)知識(shí)，結(jié)合仿真目的建立仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。在建立模型時(shí)，首先考慮模型的初始狀態(tài)，給出了初始條件下的參數(shù)和方程。其次，考慮貨物吊運(yùn)時(shí)的擺動(dòng)，即在某一擺角下的系統(tǒng)狀態(tài)，以此建立該狀態(tài)下貨物吊運(yùn)擺動(dòng)角度與貨物質(zhì)量、吊繩長(zhǎng)度和吊運(yùn)速度之間的計(jì)算關(guān)系。這樣就為下一步的計(jì)算機(jī)的仿真計(jì)算奠定了基礎(chǔ)。建立的起重機(jī)吊運(yùn)貨物時(shí)的數(shù)學(xué)模型。

3.3仿真實(shí)驗(yàn)

根據(jù)上述的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停_(kāi)展仿真計(jì)算。仿真計(jì)算可以采用通用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，如C語(yǔ)言，也可采用數(shù)值計(jì)算和科學(xué)分析軟件Matlab來(lái)完成。對(duì)于Matlab軟件來(lái)說(shuō)，即可采用M文件編程方式，也可利用SimLink方式進(jìn)行交互式仿真。因此，在這一階段要鼓勵(lì)學(xué)生積極動(dòng)手，獨(dú)立思維，利用不同狀態(tài)下的參數(shù)計(jì)算開(kāi)展系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)。

3.4仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析就是對(duì)仿真實(shí)驗(yàn)計(jì)算的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，獲取系統(tǒng)的相關(guān)信息和實(shí)驗(yàn)結(jié)論，達(dá)到仿真實(shí)驗(yàn)分析的目的。在計(jì)算結(jié)果分析時(shí)，要讓學(xué)生觀(guān)察多組輸入輸出數(shù)據(jù)對(duì)系統(tǒng)的影響，來(lái)進(jìn)一步認(rèn)識(shí)系統(tǒng)。如在吊運(yùn)過(guò)程中，通過(guò)修改吊運(yùn)貨物的質(zhì)量，吊繩的長(zhǎng)度和水平運(yùn)行速度，來(lái)計(jì)算和觀(guān)察吊運(yùn)擺角的變化，以此來(lái)達(dá)到認(rèn)識(shí)起重機(jī)吊運(yùn)系統(tǒng)的性能和變化規(guī)律。

4結(jié)束語(yǔ)

篇8

關(guān)鍵詞:土木工程;仿真技術(shù);實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn);應(yīng)用

實(shí)踐教學(xué)是對(duì)教學(xué)理論的進(jìn)一步加強(qiáng)，學(xué)生在此過(guò)程中也能夠有效提升自身的創(chuàng)新精神與動(dòng)手能力。過(guò)去大眾化、講學(xué)式的教育體系對(duì)實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)的認(rèn)識(shí)不夠，因此很多學(xué)生面臨畢業(yè)之后找工作難的窘境。通過(guò)加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)、推動(dòng)創(chuàng)新教育的方式，能夠有效提升學(xué)生的綜合素質(zhì)，為現(xiàn)代社會(huì)培養(yǎng)更多實(shí)用型人才。

一、土木工程施工實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中仿真技術(shù)的問(wèn)題

在我國(guó)有很多高校的土木工程專(zhuān)業(yè)在教學(xué)時(shí)依然沒(méi)有創(chuàng)新，還是在按照已經(jīng)過(guò)時(shí)的模式進(jìn)行教學(xué)，雖然也涉及實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，但效果不佳，并且基本上只是流于形式，實(shí)際效果有限。通常高職院校會(huì)有近一年的實(shí)訓(xùn)期，在這么短的時(shí)間內(nèi)是很難進(jìn)行施工實(shí)訓(xùn)的。即使在訓(xùn)練過(guò)程中采用集中分散結(jié)合的方式，但施工效果仍舊不理想。由于單一教學(xué)模式的限制，并且對(duì)教學(xué)和實(shí)訓(xùn)的安排缺乏合理性，實(shí)訓(xùn)教學(xué)通常難以發(fā)揮應(yīng)有的作用。進(jìn)行實(shí)訓(xùn)教學(xué)存在以下幾個(gè)問(wèn)題:第一，不重視實(shí)踐教學(xué)的重要性;第二，對(duì)課程體系的設(shè)置缺乏合理性;第三，缺乏實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源;第四，缺乏足夠的實(shí)訓(xùn)教學(xué)時(shí)間。

二、土木工程施工實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中仿真技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

(一)虛擬場(chǎng)景建模

通過(guò)仿真設(shè)計(jì)軟件能夠設(shè)計(jì)出具有實(shí)際價(jià)值的虛擬場(chǎng)景，制作方法為:第一，用攝像頭拍攝現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景，然后利用仿真技術(shù)對(duì)所得影響進(jìn)行全景圖合成設(shè)計(jì);第二，通過(guò)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言和編程軟件生成場(chǎng)景［1］;第三，使用仿真設(shè)計(jì)軟件制作虛擬三維場(chǎng)景。以上步驟需要用到的主要軟件有3DSMAX軟件和VRML軟件，結(jié)合兩款軟件的使用方法為:首先，制作場(chǎng)景貼圖、動(dòng)畫(huà)、造型等;其次，將場(chǎng)景導(dǎo)出至VRML;最后，修改源程序代碼，添加所需文件，并進(jìn)行相應(yīng)操作。

(二)實(shí)現(xiàn)物理建模

通過(guò)Export命令，對(duì)建模得到的max文件進(jìn)行導(dǎo)出，導(dǎo)出后的文件為wr1文件，然后對(duì)導(dǎo)出的文件進(jìn)行建模。這一過(guò)程可以通過(guò)VRML的傳感器節(jié)點(diǎn)完成，同時(shí)通過(guò)事件及路由器實(shí)現(xiàn)。

(三)實(shí)現(xiàn)行為建模

以Script節(jié)點(diǎn)定義及改變場(chǎng)景對(duì)象的外觀(guān)及行為，當(dāng)Script節(jié)點(diǎn)開(kāi)始初始化，某個(gè)程序腳本就會(huì)被調(diào)用。該事件在VRML場(chǎng)景中會(huì)被檢測(cè)出來(lái)，并傳遞至JAVA，通過(guò)JAVA對(duì)其作出相應(yīng)的響應(yīng)，也可以進(jìn)行反向傳遞。

(四)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

虛擬的仿真教學(xué)環(huán)境可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的信息資源進(jìn)行高效利用，確保實(shí)訓(xùn)教學(xué)具有動(dòng)態(tài)有效性。例如Flashmx等工具能夠進(jìn)行在線(xiàn)虛擬實(shí)習(xí)活動(dòng)，具有十分廣泛的教學(xué)覆蓋面，在當(dāng)前常用的輔助實(shí)訓(xùn)教學(xué)工具中，最具發(fā)展前景。通過(guò)信息技術(shù)能夠建立遠(yuǎn)程服務(wù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)的系統(tǒng)資源共享，這也是虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)未來(lái)進(jìn)展的主要方向之一［2］。利用虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)能夠給學(xué)生提供大量學(xué)習(xí)資料，保證學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)效果。網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)訓(xùn)可以運(yùn)用web三層結(jié)構(gòu)建立B/S架構(gòu)的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系。

三、土木工程施工實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)中應(yīng)用仿真技術(shù)的方法

(一)在教學(xué)中建立規(guī)范化的仿真技術(shù)

虛擬仿真技術(shù)具有人機(jī)互動(dòng)的特點(diǎn)，娛樂(lè)性強(qiáng)并且能夠形象直觀(guān)地表現(xiàn)畫(huà)面，有助于學(xué)生的記憶同互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)系，能夠營(yíng)造出逼真的場(chǎng)景，增加體驗(yàn)樂(lè)趣。在學(xué)生開(kāi)始土木工程施工實(shí)習(xí)的后，采用標(biāo)準(zhǔn)化的虛擬仿真技術(shù)能夠在很大程度上激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而提升其學(xué)習(xí)主動(dòng)性，而這一點(diǎn)，在傳統(tǒng)的教條主義教學(xué)模式下是難以實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)規(guī)范的仿真模擬技術(shù)，能夠很好地重現(xiàn)施工場(chǎng)景，使學(xué)生完美地融入其中。

(二)在教學(xué)中安全控制仿真技術(shù)實(shí)施

仿真技術(shù)通過(guò)虛擬成像的方式營(yíng)造一個(gè)看起來(lái)真實(shí)的環(huán)境，但由于其特有的虛擬性，因此情境知識(shí)看起來(lái)和真實(shí)環(huán)境無(wú)異，但卻很好地避免了真實(shí)環(huán)境中才會(huì)出現(xiàn)的各種危險(xiǎn)因素。學(xué)生可以在課堂中融入真實(shí)的施工環(huán)境中去，在實(shí)踐中應(yīng)用理論知識(shí)，在虛擬的環(huán)境中對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行安全控制操作，即使存在不規(guī)范問(wèn)題或其它缺陷，由于不具有危險(xiǎn)性并且并非真實(shí)，學(xué)生僅僅會(huì)感覺(jué)到緊張，但并不會(huì)造成危險(xiǎn)和損失。虛擬仿真技術(shù)能夠加強(qiáng)學(xué)生規(guī)范化管理建筑施工流程，提高施工的安全水平，降低事故發(fā)生率。

(三)重視仿真技術(shù)的設(shè)計(jì)及師資培養(yǎng)

在教學(xué)中引入并應(yīng)用仿真技術(shù)，也是加強(qiáng)土木工程師資力量的重要因素。土木工程是一門(mén)以實(shí)踐為主的專(zhuān)業(yè)，培養(yǎng)的也主要是實(shí)用型人才。因此無(wú)論是學(xué)生還是教師，都需要具備一定的施工經(jīng)驗(yàn)，才能在將來(lái)的工作或教學(xué)活動(dòng)中，占據(jù)主動(dòng)。教師在進(jìn)行仿真技術(shù)實(shí)訓(xùn)之前，應(yīng)首先做好完善的準(zhǔn)備工作。在實(shí)現(xiàn)實(shí)踐教學(xué)的科學(xué)化和精細(xì)化規(guī)劃設(shè)計(jì)過(guò)程中，教師也應(yīng)具有一定的創(chuàng)新能力。另外，學(xué)校方面也可以積極引入或自行開(kāi)發(fā)一些具有實(shí)訓(xùn)價(jià)值的綜合仿真技術(shù)的土木工程實(shí)習(xí)軟件，充分滿(mǎn)足學(xué)生需求。

(四)在實(shí)習(xí)開(kāi)展前做好充分準(zhǔn)備工作

在開(kāi)展實(shí)訓(xùn)之前，教師會(huì)根據(jù)實(shí)習(xí)的基本綱要給學(xué)生安排各種實(shí)習(xí)任務(wù)，此外土木工程專(zhuān)業(yè)教師也會(huì)專(zhuān)門(mén)給學(xué)生安排一些工作，學(xué)生需要根據(jù)自己實(shí)習(xí)的內(nèi)容做一份答辯論文。這種方法有助于培養(yǎng)學(xué)生總結(jié)施工實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的能力并培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成良好的團(tuán)隊(duì)意識(shí)。并且表現(xiàn)優(yōu)秀的學(xué)生所上交的論文內(nèi)容也能夠?yàn)榻處熑蘸蠼虒W(xué)水平的提升打下良好基礎(chǔ)，教師也能從中找到各種有價(jià)值的案例以供教學(xué)使用。

結(jié)束語(yǔ)

土木工程施工實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)是非常有必要的，這也符合其側(cè)重實(shí)踐應(yīng)用的專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)。在實(shí)訓(xùn)中應(yīng)用仿真技術(shù)，學(xué)校在降低成本的同時(shí)，也能夠很好地培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

參考文獻(xiàn)

［1］周?chē)?guó)恩，梁鑫，周雨等．基于仿真技術(shù)在土木工程施工實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的探索與實(shí)踐［J］．教育教學(xué)論壇，2013，(28):197－198，199．

篇9

關(guān)鍵詞： 虛擬仿真 家畜解剖學(xué) 三維模型

1.引言

家畜解剖學(xué)是農(nóng)業(yè)類(lèi)高等學(xué)校動(dòng)物醫(yī)學(xué)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，本課程主要講授正常家畜、家禽的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、器官的位置關(guān)系和發(fā)生發(fā)展規(guī)律。本課程的特點(diǎn)是名詞眾多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)于首次接觸動(dòng)物醫(yī)學(xué)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)學(xué)習(xí)起來(lái)比較困難，不知道應(yīng)該怎樣學(xué)習(xí)。傳統(tǒng)課堂講授方式難以滿(mǎn)足現(xiàn)代化教學(xué)發(fā)展需要，虛擬仿真技術(shù)正逐漸應(yīng)用到各專(zhuān)業(yè)教學(xué)課程中，對(duì)教育行業(yè)產(chǎn)生了巨大影響。

2.虛擬仿真技術(shù)的優(yōu)勢(shì)及其在醫(yī)學(xué)教育中的應(yīng)用

虛擬仿真技術(shù)是用計(jì)算機(jī)虛擬場(chǎng)景逼真地模擬現(xiàn)實(shí)世界事物的技術(shù)，涉及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人工交互、人工智能和傳感技術(shù)等。具有真實(shí)性、交互性和沉浸性的特點(diǎn)，逐漸成為現(xiàn)代教育技術(shù)領(lǐng)域的熱點(diǎn)，應(yīng)用于不同專(zhuān)業(yè)教學(xué)過(guò)程中。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)在人類(lèi)醫(yī)學(xué)上得到了廣泛應(yīng)用。虛擬仿真技術(shù)打破了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)空間和經(jīng)費(fèi)的限制，在充分保證教學(xué)效果的基礎(chǔ)上，不僅節(jié)約了實(shí)驗(yàn)成本，而且大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。使學(xué)生通過(guò)虛擬場(chǎng)景的人機(jī)交互，由視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等手段獲取場(chǎng)景的反應(yīng)，通過(guò)學(xué)生自我組織，制訂并執(zhí)行學(xué)習(xí)計(jì)劃，進(jìn)行自我評(píng)價(jià)，開(kāi)展適應(yīng)式學(xué)習(xí)。很多高校、科研院開(kāi)發(fā)了人體解剖虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)、虛擬動(dòng)畫(huà)、三維網(wǎng)絡(luò)課程等應(yīng)用于理論和實(shí)踐教學(xué)，充分發(fā)揮了現(xiàn)代教育技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，提高了教學(xué)水平。

1989年美國(guó)首先開(kāi)展了“可視虛擬人”的計(jì)劃，并于1994年完成世界第一例男性“虛擬人”數(shù)據(jù)采集，1998年完成女性虛擬人數(shù)據(jù)采集，共采集到56GB的數(shù)據(jù)。隨后，韓國(guó)“可視韓國(guó)人”項(xiàng)目于2000年完成第一例韓國(guó)人標(biāo)本的數(shù)據(jù)采集；2003年，鐘世鎮(zhèn)主持的“虛擬中國(guó)人”項(xiàng)目完成中國(guó)人體數(shù)據(jù)的采集工作。以這些虛擬人數(shù)據(jù)集為基礎(chǔ)，對(duì)人體器官進(jìn)行了三維重建，精細(xì)逼真的三維結(jié)構(gòu)為人體解剖學(xué)提供了大量素材。基于虛擬人體數(shù)據(jù)集產(chǎn)生了很多人體解剖三維虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)用于人體解剖學(xué)教學(xué)。在仿真平臺(tái)上可以對(duì)人體結(jié)構(gòu)進(jìn)行任意角度旋轉(zhuǎn)、縮放、標(biāo)注等操作。便于教師教學(xué)及學(xué)生學(xué)習(xí)和課后復(fù)習(xí)。2010年10月在上海世博會(huì)期間，瑞典首次向公眾展示了代表先進(jìn)醫(yī)學(xué)虛擬仿真技術(shù)的“虛擬解剖臺(tái)”。此虛擬解剖臺(tái)數(shù)據(jù)來(lái)源于人體的磁共振（MRI）和CT成像數(shù)據(jù)，利用計(jì)算機(jī)處理將這些數(shù)據(jù)從二維平面圖變成真實(shí)感極強(qiáng)的三維模型，將人體內(nèi)部的精細(xì)結(jié)構(gòu)完整地展示出來(lái)。這款虛擬解剖臺(tái)可用于人體解剖學(xué)教學(xué)，學(xué)生用手指通過(guò)觸摸屏進(jìn)行人體器官操作，能完整地展示骨骼、血管、肌肉等的不同形態(tài)，還可以移除或添加內(nèi)臟器官、血管、神經(jīng)等結(jié)構(gòu)，從而理解各器官的形態(tài)結(jié)構(gòu)和相互位置關(guān)系。

3.虛擬仿真技術(shù)在家畜解剖學(xué)的應(yīng)用現(xiàn)狀

家畜解剖學(xué)是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，家畜的器官標(biāo)本、模型等教學(xué)材料在本課學(xué)習(xí)中有重要作用。但是近些年隨著招生規(guī)模擴(kuò)大，一般理論授課時(shí)學(xué)生人數(shù)較多，不能發(fā)揮標(biāo)本、模型的作用，學(xué)生只能在實(shí)驗(yàn)課上觀(guān)察標(biāo)本、模型。虛擬仿真技術(shù)在家畜解剖學(xué)中的報(bào)道較少，由于數(shù)字人的數(shù)據(jù)采集方法投資巨大，過(guò)程復(fù)雜，需要多領(lǐng)域?qū)I(yè)人員合作完成，目前還沒(méi)有完整的大家畜（牛、馬等）虛擬解剖系統(tǒng)。很多科研機(jī)構(gòu)利用數(shù)字人的數(shù)據(jù)采集方法對(duì)豬、兔、小鼠、大鼠等動(dòng)物進(jìn)行了數(shù)據(jù)采集和虛擬仿真工作。Maierl等在1999年報(bào)道了第一例“可視化狗”，但其數(shù)據(jù)不完整，沒(méi)有四肢部分的結(jié)構(gòu)，而且圖像不精細(xì)。2005年9月，重慶理工大學(xué)、第三軍醫(yī)大學(xué)和重慶市畜牧科學(xué)研究院共同完成了世界第一例“數(shù)字可視化豬”數(shù)據(jù)集的采集工作，圖像質(zhì)量比較高，能夠清晰顯示內(nèi)部結(jié)構(gòu)[1]。2014年，連國(guó)云[2]采集完成了“數(shù)字化新西蘭兔”的數(shù)據(jù)集。但是對(duì)于家畜解剖學(xué)重點(diǎn)講授的牛、馬等大家畜，還沒(méi)有虛擬解剖數(shù)據(jù)集的報(bào)道。主要原因是牛、馬的體型比較龐大，采用數(shù)字人運(yùn)用的冷凍銑削設(shè)備無(wú)法完成銑削，牛、馬等動(dòng)物只能采用其他方法建立三維模型，雖然這些模型不如冰銑削得到的數(shù)據(jù)精確，但是仍然能夠在家畜解剖學(xué)教學(xué)中發(fā)揮巨大作用。蘇楊生[3]等報(bào)道了通過(guò)3D Max軟件建立了牛的椎骨模型，并建立了交互程序，學(xué)生可隨時(shí)隨地進(jìn)入程序觀(guān)察解剖標(biāo)本。張蕾[4]等采用Photoscan軟件對(duì)動(dòng)物頭骨進(jìn)行了三維重建。付大鵬等[5]采用三維激光掃描儀獲得了動(dòng)物股骨的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，進(jìn)行三維重建，得到了股骨的三維模型。以上研究成果為虛擬仿真技術(shù)在家畜解剖學(xué)中的應(yīng)用提供了思路和教學(xué)資源。

4.虛擬仿真技術(shù)在家畜解剖學(xué)的應(yīng)用前景

虛擬仿真技術(shù)在家畜解剖學(xué)及相關(guān)專(zhuān)業(yè)有著非常廣闊的應(yīng)用前景。三維模型能夠形象清晰地展示動(dòng)物的解剖結(jié)構(gòu)和器官的相互位置關(guān)系。虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)⒗碚撌谡n中教師采用圖片、照片等素材難以描述清楚的概念、結(jié)構(gòu)給學(xué)生以感性認(rèn)識(shí)，能夠加深學(xué)生的理解程度，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)和記憶。虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)⒊橄蟮慕Y(jié)構(gòu)變具體，使枯燥的概念形象生動(dòng)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性，突破傳統(tǒng)解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)空間和時(shí)間的限制，學(xué)生可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)自由地學(xué)習(xí)，方便自學(xué)。綜上所述，虛擬仿真技術(shù)能夠?qū)⒓倚蠼馄蕦W(xué)的抽象教學(xué)內(nèi)容形象地展示出來(lái)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，使學(xué)生由被動(dòng)接受轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，極大增強(qiáng)家畜解剖學(xué)教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]張建勛，徐凱，邱宗國(guó).世界首個(gè)三維可視化的數(shù)字豬.重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011，（03）：69-73.

[2]連國(guó)云.數(shù)字化新西蘭家兔的三維結(jié)構(gòu)重建研究.計(jì)算機(jī)光盤(pán)軟件與應(yīng)用，2014，（12）：24-26.

[3]蘇楊生，宋斯偉，李穎，等.牛骨骼模型三維數(shù)字化重建.黑龍江畜牧獸醫(yī)，2015，（09）：249-250.

[4]張蕾.動(dòng)物骨骼三維重建的探索.四川文物，2014，（06）：81-83.

篇10

關(guān)鍵詞 單片機(jī)開(kāi)發(fā)；仿真技術(shù)；應(yīng)用；電子琴系統(tǒng)；軟硬件協(xié)同仿真

中圖分類(lèi)號(hào)TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 1674-6708（2011）56-0180-01

0 引言

目前，單片機(jī)正以高集成度、高可靠性，體積小、控制功能強(qiáng)，低電壓、低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品、性?xún)r(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于人們生活的各個(gè)領(lǐng)域?，F(xiàn)如今，單片機(jī)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用越來(lái)越受到重視。在單片機(jī)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用中最突出的就是仿真技術(shù)，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中使用軟硬件協(xié)同仿真技術(shù)，模擬整個(gè)系統(tǒng)，能夠達(dá)到降低設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)省開(kāi)發(fā)時(shí)間和費(fèi)用的目的。

1 單片機(jī)仿真技術(shù)綜述

單片機(jī)是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把中央處理器、隨機(jī)存儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)器、定時(shí)器等功能集成到一塊硅片上而構(gòu)成的功能完善的高集成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)?，F(xiàn)如今它的開(kāi)發(fā)應(yīng)用已引起人們的高度關(guān)注和重視。雖然單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展極大地推動(dòng)了電子、計(jì)算機(jī)、通信等行業(yè)的飛速發(fā)展，成為當(dāng)前科研和教學(xué)中的熱門(mén)技術(shù)。但是在單片機(jī)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，由于原理設(shè)計(jì)完成后需要反復(fù)調(diào)制電路，往往會(huì)增加單片機(jī)的開(kāi)發(fā)成本，成為推廣單片機(jī)研發(fā)的最大障礙。

近年來(lái)，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)已取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，這在一定程度上，也促成了單片機(jī)仿真技術(shù)。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是一個(gè)多學(xué)科綜合技術(shù)，基于計(jì)算機(jī)的工具，通過(guò)建立模型來(lái)模擬，數(shù)據(jù)處理分析，核查程序，使用真實(shí)的測(cè)試環(huán)境系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)仿真模型。它具有高效、安全、受環(huán)境約束較少的特點(diǎn)。而軟硬件的協(xié)同仿真計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)作為一個(gè)非常獨(dú)特的應(yīng)用程序的分支，近年來(lái)得到迅速發(fā)展。它主要是在最終硬件沒(méi)有準(zhǔn)備好之前就進(jìn)行軟件和硬件的協(xié)同驗(yàn)證?？梢酝ㄟ^(guò)軟件和硬件的協(xié)同仿真技術(shù)的使用對(duì)虛擬模型進(jìn)行早期調(diào)試，并提供了一個(gè)虛擬平臺(tái)軟件調(diào)試，從而對(duì)整個(gè)系統(tǒng)包括硬件在內(nèi)，進(jìn)行功能驗(yàn)證，為準(zhǔn)備硬件平臺(tái)大大節(jié)省了時(shí)間。

可以說(shuō)，軟硬件協(xié)同仿真技術(shù)的出現(xiàn)為單片機(jī)開(kāi)發(fā)應(yīng)用提供了一個(gè)很好的發(fā)展平臺(tái)，具有十分重要的推廣價(jià)值。

2 仿真技術(shù)在單片機(jī)開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用分析

目前，軟件和硬件協(xié)同仿真技術(shù)對(duì)于低級(jí)別的模擬研究還比較完善，一般的模式是軟件調(diào)試環(huán)境、微處理器模型和硬件協(xié)同仿真RTL描述。在正常情況下，軟件環(huán)境和硬件環(huán)境有其自身的控制接口，通過(guò)一個(gè)總線(xiàn)周期由處理器和硬件交互發(fā)起的系列軟件。筆者在這里以電子琴的開(kāi)發(fā)為例，介紹了軟硬件協(xié)同仿真技術(shù)在電子琴系統(tǒng)中的應(yīng)用。主要是采用偉福單片機(jī)仿真器模擬電子琴，以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)軟硬件同步仿真。

2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

在電子琴系統(tǒng)中，仿真板作為硬件仿真和調(diào)試界面，單片機(jī)仿真軟件負(fù)責(zé)系統(tǒng)執(zhí)行、單步執(zhí)行、監(jiān)控?cái)帱c(diǎn)、內(nèi)存和寄存器數(shù)據(jù)返回給硬件仿真板時(shí)產(chǎn)生和捕獲、內(nèi)部功能模塊的運(yùn)行等功能。電子琴系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)包括AT89S51單片機(jī)、矩陣鍵盤(pán)、音頻模塊和顯示模塊。其主要目的是在該系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)的前期驗(yàn)證其正確性和性能效率。

2.2 AT89S51單片機(jī)設(shè)計(jì)

AT89S51單片機(jī)，其中有40個(gè)引腳，4K字節(jié)閃存芯片上的程序存儲(chǔ)器，128字節(jié)的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，32個(gè)外部雙向口，五個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)嵌套中斷，兩個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，兩個(gè)全雙工串行通信端口，WDT電路，片上時(shí)鐘振蕩器，低功耗、高性能的8位芯片。芯片兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS- 51指令集和80C51引腳結(jié)構(gòu)，使用高密度，非易失性?xún)?nèi)存技術(shù)，可為許多嵌入式控制應(yīng)用提供具有成本效益的解決方案。

2.3 矩陣式鍵盤(pán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于電子琴系統(tǒng)的按鍵數(shù)量較多，所以在本系統(tǒng)中將按鍵排列成矩陣形式。與直接連接式鍵盤(pán)結(jié)構(gòu)相比，雖然矩陣式鍵盤(pán)結(jié)構(gòu)要復(fù)雜些，識(shí)別方式也要復(fù)雜些，但它卻可以提高端口利用率。每個(gè)鍵的行和列，行線(xiàn)和列線(xiàn)通過(guò)電阻器的功率連接，每個(gè)鍵的狀態(tài)將成為數(shù)字“0”和“1”。輸出端行線(xiàn)，沒(méi)有按下按鈕時(shí)，產(chǎn)量高，意味著沒(méi)有鍵按下列線(xiàn)輸入連接到芯片，一旦按下一個(gè)鍵，在輸入端電壓低，這種閱讀狀態(tài)輸入線(xiàn)可以告訴一個(gè)鍵是否被按下，能夠大大提高系統(tǒng)的性能。

2.4 音頻模塊及顯示模塊設(shè)計(jì)

AT89S51的定時(shí)器使用音頻脈沖，每個(gè)反向輸出脈沖的時(shí)間，到時(shí)候再反向，因此產(chǎn)生了各種不同頻率的脈沖信號(hào)后，蜂鳴器發(fā)揮出來(lái)，我們可以形成一個(gè)優(yōu)美的音樂(lè)，因而就形成了電子琴系統(tǒng)的音頻模塊。另外，將AT89S51單片機(jī)的P2端口的P2.0～P2.7連接到一共陰數(shù)碼管a－h(huán)的引腳上，可以實(shí)現(xiàn)電子琴系統(tǒng)的顯示模塊，能夠在數(shù)碼管上循環(huán)顯示數(shù)字0～9。

總之，單片機(jī)仿真技術(shù)由于考慮到軟件的實(shí)際情況，模擬運(yùn)行驗(yàn)證可以更真實(shí)的應(yīng)用環(huán)境，系統(tǒng)設(shè)計(jì)更容易早期發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，避免設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，克服芯片的開(kāi)發(fā)成本高的缺點(diǎn)。模擬整個(gè)系統(tǒng)的軟件，可以降低設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)節(jié)省了開(kāi)發(fā)時(shí)間和開(kāi)發(fā)成本，在運(yùn)行過(guò)程中，硬件連接和硬件仿真器是同出一轍。

3 結(jié)論

綜上所述，軟硬件協(xié)同仿真技術(shù)的使用，微控制器硬件將能夠不僅不需要模擬的全部功能，而且還能提高一個(gè)成功的系統(tǒng)設(shè)計(jì)信心。也就是說(shuō)，軟硬件協(xié)同仿真技術(shù)可以方便系統(tǒng)設(shè)計(jì)調(diào)整，可以在設(shè)計(jì)前期評(píng)估性能，方便軟硬件的檢測(cè)?？梢哉f(shuō)它在單片機(jī)開(kāi)發(fā)中表現(xiàn)出來(lái)的卓越的仿真能力使其成為當(dāng)前最好的仿真工具之一，由此可見(jiàn)在單片機(jī)開(kāi)發(fā)中仿真技術(shù)是一個(gè)十分值得推廣的技術(shù)?？梢灶A(yù)言，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的日益完善，單片機(jī)仿真技術(shù)定將得到更加廣泛的應(yīng)用，最終實(shí)現(xiàn)單片機(jī)開(kāi)發(fā)應(yīng)用的最大效益。

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