虚拟仿真教学范文第1篇

关键词:虚拟仿真实验;教学改革;农村改革

教育部在2018年的《关于加快建设高水平本科教育全面提高人才培养能力的意见》中提出了“新时代高教40条”。其中，虚拟仿真实验教学作为高校传统教学与计算机技术相融合而产生的前沿教学模式，顺应了“新时代高教40条”中关于“推进现代信息技术与教育教学深度融合”的要求。伴随着5G、大数据、人工智能等信息技术的快速发展，虚拟仿真实验推动了教育教学的创新与改革［1］。信息化的教学模式让高校学生可以通过虚拟仿真实验与课程内容相链接，与现实情况相接轨，也为学生自主及研究性学习提供了基础平台，从而达到增强高校教学质量的目的［2］。作为教育类的虚拟仿真实验，应重点突出寓教于乐的目的，实验方式必须新颖，不追求在光影特效上登峰造极，而是能给人真实的代入感或是愉悦感。此外，成功的虚拟仿真实验应该给人以有益的启迪乃至教育，才能得到用户以及潜在用户群体、社会舆论潜意识的认同。

1虚拟仿真应用于农村改革教学的必要性

农村改革是全面深化改革的重要组成部分，是农林经济管理专业的学生必须掌握的重点知识。然而，农村改革作为一项复杂的系统性工程，仅靠传统模式下的课堂教学难以使学生掌握在农村改革过程中可能面临到的重点和难点问题。在创新教学实践内容方面，为了进一步强化学生对于课程的理解和获得感，高校也做出了各种探索［3］。如，将学生送到基层进行实习，亦或采用长期驻村调研等方式。上述方式虽然能让学生亲临农村一线，感受改革实践过程，但这样做不仅要耗费大量的人力、物力和财力，且课程容纳学生数量相对受限。此外，还会因为所驻村庄的经济社会差异，难以让学生形成较为系统完备的知识网络体系。农村改革虚拟仿真实验相较于传统线下实践教学存在诸多优势，通过虚拟仿真实验教学，学生可以对农村改革的整体情况进行更为直观的掌握。在避免时间、空间和预算限制的同时，还给学生提供了随时可以预习与自主探索的平台。在传统教育中，老师和学生是课堂上的双主体，两者的切合性依然会延续至虚拟仿真项目的教学模式下。在既定的虚拟仿真实验场景中，学生自主地学习和思考，老师则成为学生的引导者。因此，将虚拟仿真实验融入传统教学，实现虚实结合的混合式教学模式，紧跟当前创新教学模式的发展趋势，发挥不同类型教学模式的长处，才能使教学质量达到最优水平。

2虚拟仿真实验的教学特色

虚拟仿真实验应用在农村改革中，不仅体现了高校教育对信息科学技术的良好利用和把握，还验证了高校学生能够在虚拟仿真场景中自如实践的能力［4］。从教学实践的角度来说，虚拟仿真实验具有构想性、多感知性、交互性等特点［5］。为能使学生可以更加客观全面地了解农村改革历程，本虚拟仿真实验以川西林盘村庄开发与经营为故事主线，通过让学生参与农村产权制度改革、农村集体经济组织改革等制度设计，在真实的改革场景中推演农业农村改革路径，通过申请政府投资补贴和吸引社会资本进入，在实战博弈环境中构建乡村资源资本化路径，最终达到村庄经济效益、社会效益和生态效益最大化的改革目标。学生虽然是在虚拟环境中对川西林盘村庄进行操作，但可以通过沉浸式体验类现实情景以能获得实时的反馈。此外，本虚拟仿真实验通过交互设计等手段，不仅融入课程中的基础知识，还增加了部分需要学生自主学习的决策环节，以此提高学生参与学习的主动性和积极性。学生通过特定的故事线条、虚拟场景，根据自己的认知角度拓展思维，沉浸式的学习手段让农业改革的知识点更加直观化。

3虚拟仿真实验与教学构建

3.1实验原理及建设

本实验项目基于国家城乡融合改革试验区(成都西部片区)川西林盘的真实调研数据资料，演化成4个极具特色的川西临盘(村落)场景。本虚拟仿真实验和课程的融合也是国家城乡融合改革试点项目的教学转化结果，具有核心要素高度仿真的特点，主要体现在产权制度改革实践、项目申报流程、农地确权流程、农地流转流程、经营要素种类、决策变量种类等环节。虚拟仿真实验教学建设前期，素材收集及思路构建。搭建虚拟仿真实验的设计思路基于真实的公开数据和调研资料。课题组细化到每一个元素入手，尽可能地做到全面且写实。从规划产业到交通、水利、车站、派出所、消防局、商业场所乃至通航机场。甚至税金及各种公共设施支出的分配都由课题组自行设计。模拟仿真实验中除了要妥善规划各种区域，还要考虑到人、经济、生存及政治等多项因素。虚拟仿真实验教学建设中期，虚拟场景的制作。虚拟仿真项目的场景和逻辑设计都以现实的布局和构造为依据，贴近事实尽量还原真实的川西盘林全貌给学生。在技术支撑方面，课题组使用Maya和3DMax软件进行整体实验室建模，采用三维模型构建场景及物体形态，致力于打造更为生动形象的虚拟场景。在界面布局和实验逻辑线方面，始终贯彻逼真性和专业性，坚持根据农村改革的历史进程还原川西盘林的现实场景，使虚拟场景具备历史感和真实性。虚拟仿真实验教学建设后期，调整与优化。课题组邀请了学习者和参观者对基于PC端设计完成的虚拟仿真实验进行了试点应用和评估。通过互动性的操作步骤，学生会亲自揭开历史的面纱，身临其境地感受农村改革的厚重历史，全景式鸟瞰农村产权制度改革的全貌。同时，根据试点期间学生所反映的问题进行持续性地修改和调整，确保教学内容和知识点的顺利传递。

3.2实验目标

本虚拟仿真实验项目教学旨在通过让学生参与农村产权制度改革、农村集体经济组织改革等制度设计，在真实的改革场景中亲自推动农业农村的改革进程，从实验过程中充分了解农村改革历史，并系统性地掌握实践创新的相关知识点，包括农用地“三权分置”改革、村社集体“政经分设”和集体产权制度改革、农村资源资产“确权颁证”等。

3.3实验与教学实践

本虚拟仿真实验项目的教学设计坚持以学生为中心，严格从真实性、交互性、操作性和可评价性等原则落地。具体而言，真实性体现为课程内容的基础资料数据均来自于公开印发的政府文件和团队成员的实地调研资料，并且经过了本领域研究专家和相关政府工作人员的审核，确保能够体现当前川西林盘农村改革的实际情况;交互性体现为教学系统设计将丰富的自主决策环节贯穿于知识点自学环节，在帮助学生全面掌握知识点的同时，也激发了学生参与学习的主动性和积极性;操作性体现为课程流程和内容的设计经过了团队成员的多轮验证，以及多学期课程实践应用，确保学生能够在系统的指引下，圆满地完成既定的教学任务要求;可评价性体现为学生在完成既定的教学任务要求后，系统能够根据学生的操作规范和实验结果，根据预设的评分标准为学生给出实验课程的最终成绩，确保教师能够直接调取学生成绩以方便后续课程总分评价。

3.4教学方法和手段

农村改革所涉及的知识范围广、内容多，要达成课程教学目标其教学内容的设计应该和学生专业相结合。虚拟仿真实验包含了经济学、农村政策、农村产权等基础知识点，结合实验演示、重难点考核与拓展应用知识等内容，力求实现理论学习、扩展研究、实践演练相结合的教学方式。在川西林盘的虚拟仿真实验中，没有设定固有的结局也没有特定的剧情路线要遵循，有的只是参与者无限的创意及挑战性。看着一片荒芜的土地，在自己的规划下变成川西民居遍布的世外桃源，农田、水坝、物流和商业设施等应有尽有，并通过各项产权制度改革促使村庄经济发展水平更上一层台阶，这种兴奋的满足感是用笔墨难以形容的。让学生在类似于“游戏闯关”的任务完成中完成知识点的学习和对农村改革实践的了解，加深对农村产权制度改革重点和难点的认识。实验项目中所涉及到的专业相关知识点设置由表及里、深入浅出，既强调基础知识的掌握和系统性，又通过层层递进的实验过程突出重点，紧密联系实际。在探索虚拟仿真教学实践的同时，需要考虑在该项目所涉及的学科知识，注重将虚拟和实践衔接，在实践中应用理论知识推演乡村改革;同时需要注重学生的课外知识拓展，在环环相扣的实验交互中，帮助学生培养独立思考能力。虚拟仿真实验的整个过程，是陪同学生沿纵向从表层认知向深层次学科问题的探究扩展，从而更好地培养其科研思维与创新精神。如，在进行农村集体经营性建设用地入市改革设计时，在教师先进行基础知识的讲解和背景介绍后，学生开始模拟实验。学生选择不同的入市方式———转让、出租、股份合作等方式时，由于路径的差异，需要设计不同的方案文本(标准化内容进行选择生成)对改革流程进行设计，最终根据学生对改革基本知识点的掌握，每一步方案的选择和实际参考方案进行比对可得出分值，授课教师根据实际情况对最终得分进行一定权重的调整。如，学生需要回答集体经营性建设用地出租、转让、股份合作的基本概念，流转程序等标准化的答案，还需要运用基本知识完成关键改革点的制度设计。通过代入式的改革方案设计，学生可以真实地了解改革设计的全过程，理论结合实践地掌握相关的知识点。教师能够根据学生的设计以及举一反三提出的问题对最终考察结果进行得分控制。教师和学生之间，学生团队之间通过改革方案设计、讨论和评价，可以更加充分地锻炼学生团队合作意识和解决实际问题的能力。

3.5虚拟仿真实验的考核与评估体系

农村改革的虚拟仿真教学实验着重考核学生将书本知识转变为应用技能的能力，因此考核体系还要体现过程性与个性化的特点。虚拟仿真实验的考核成绩总分为100分，采用过程性评价与结果性评价相结合的评价体系。具体而言，实验过程分值为70分(分别为实验预习环节15分、实验操作环节10分、实验结果环节45分)，实验报告分值30分。该虚拟仿真实验项目主要考核要求包括对农村产权制度改革历史进程的了解;对农村产权制度实施流程进行独立决策的能力;对农村现状与农业政策的分析能力;对农村现状适时调整资金投入，并实现效益最大化的能力。过程性考核依托实验展开，每次实验评分表均设有独立的评分栏、教师评语栏、任务成果栏。阶段性的虚拟和实践任务完成以后，学生需通过实验老师的问询检验才可以进入到下一实验的操作。这就要求学生必须对自己的实验过程及涉及到的理论知识充分了解，通过教师的评价明确自己的不足之处，并在后续的实验环节中给予改进。为了便于学生在课堂外的自我探索和讨论，所有试验过程中所涉及到的实验操作要求、拓展资料都向学生开放。虚拟仿真实验的过程性考核与课堂上递进式教学相匹配，最大程度地保证了学生获得教学设计所涵盖的相应知识点。个性化考核基于各个学生的独创性成果展开，主要体现在实验报告。报告可以结合实验操作和阶段性小结展开，学生按照完成虚拟仿真实验所获知的理论原理和认知描绘出实验心得及对农村改革的建议，进一步提高培养创新应用型高校学生的质量。

4结语

虚拟仿真教学范文第2篇

[关键词]质量功能展开；教学设计；虚拟仿真实训；经济学

随着科学技术的发展，经济学综合虚拟仿真实训教学能够利用各种新技术更富多样的表现形式使实训课程有组织、有次序、有意义、有内涵的进行。能够有效解决某些学校因实训时间、空间、设备和资金不足[1]等原因造成的学生无法将理论运用到实践的问题。同时，经济学虚拟仿真实训不但具有完备的教学功能，同时还具有低成本、高效率和安全性等特点[2]，还满足了社会对复合型、创新型和应用型经济学人才的需求。QFD（QualityFunctionDevelopment）中文称质量功能展开，不断满足顾客需求是QFD理论的核心同时也是QFD发挥有效作用的无限动力[3]，QFD理论让管理者真正地认识到顾客的真实需求，指导管理者积极采取行动以满足顾客需求从而达到更好的生产经营效果。在这个过程中明显地减少了产品从规划阶段到生产阶段再到消费阶段的盲目性，这极大地减少了成本和资源浪费，大大提高了生产效率和产品质量，有利于提升企业的竞争力。QFD最开始适用于制造业，随着社会的发展QFD理论近年来也开始运用到教育领域，并且QFD技术在计算机技术、信息工程技术、人工智能和大数据[4]等现代科技的支持下其发展会更加宽广全面，也会逐渐受到各个领域的重视。建设一流的本科专业、一流的课程体系和出色的课程内容都离不开实践教学，运用QFD理论对经济学综合虚拟仿真实践教学体系进行研究，对高校经济学专业的培养计划修订提供了理论基础[5]。用QFD模型对经济学综合虚拟仿真实训课程的教学设计环节进行改进，可以改善经济学专业课程的授课效果，培养出更能适应社会发展的高素质复合型、创新型和应用型人才，从而满足社会和企业的需求。

1.基于QFD理论的经济学虚拟仿真实训课程教学过程设计

1.1课程教学需求调查与分析

Wisconsin-Madison大学的机械工程系的老师较早运用QFD方法从顾客需求出发，把教师当成内部顾客，将企业和学生作为外部顾客，设计本科生的课程。因此，应用QFD设计经济学综合虚拟仿真实训课程，可以使之反映顾客的声音。用QFD方法调查内部顾客和外部顾客的需求，也就是调查具有经济学人才需求的企业的想法和参考经济学专业的教师以及有就业需求的学生们的建议，在这个过程中还需要参考各高校对经济学专业学生的素质要求和培养计划以及经济学虚拟仿真实验课程安排以此来获取课程需求信息[6]。对获取的课程需求信息进行处理后，将经济学综合虚拟仿真实训课程的教学需求分解为一级需求、二级需求和三级需求三个水平[7]。采用专家打分法，通过企业和任课教师的打分可以将教学需求的重要度分为1、3、5、7、9五个等级，1表示最低等级，9表示最高等级[8]。从表1可以看出，学习能力、创新能力、运用专业知识能力、提出分析解决问题的能力为课程教学需求的重点，它们的相对重要度分别为8.42%、8.42%、8.42%、7.37%。

1.2课程教学需求到课程教学过程设计的转换

经过实验教学需求分析，了解到课程教学需求的重点，对将实验课程教学需求转化为实验教学过程设计提供了指导，将经济学虚拟仿真实训课程分为几大模块，分析各个课程模块对实验教学需求的影响程度和贡献，从而建立课程教学过程设计的质量屋模型。首先，将经济学综合虚拟仿真实训课程的教学过程分为7个课程模块：组建团队、模拟管理、模拟微观经济运营、模拟宏观经济调控、经济数据统计分析、教师点评、经济学知识分享。

1.2.1组建团队

团队具有目标导向、凝聚、激励和控制功能，组建团队可以培养学生的合作精神，有利于同学之间在合作中培养团队协作能力。经济学虚拟仿真实训课程的第一步就是组建团队，组建团队不仅简化了交流方式，而且让虚拟仿真课程变得更加具有吸引力，有利于增强学生对于经济学虚拟仿真实训课程的接受度与兴趣。

1.2.2模拟管理

团队组建完成后，抽取一个团队模拟对经济运营的管理。参与模拟管理的团队成员要做关于经济运营管理的演讲，报告所在团队的预测的经济运行目标，由授课教师根据各参与团队的预测目标与实际情况的契合度选出模拟管理的团队。模拟管理这个环节不仅锻炼了各个团队的分工合作能力，同时也锻炼团队成员的口才和随机应变能力，而且培养了他们的竞争意识，增强了学生对经济学虚拟仿真实训课程的兴趣，同时有利于学生在竞争中培养合作精神。

1.2.3模拟微观经济运营

模拟微观经济运营主要利用虚拟空间、虚拟要素、模型仿真、过程仿真等虚拟仿真手段让学生建立抽象思维，培养微观经济思想，区分微观经济与宏观经济的本质，同时对微观经济数据进行演算，高度还原微观经济运行环境，激发了学生对于微观经济的学习和研究兴趣。

1.2.4模拟宏观经济调控

模拟宏观经济调控主要利用“虚拟要素+虚拟空间+模型仿真+过程仿真+O20操练”[9]的虚拟仿真手段培养学生的宏观经济思想，提高学生的宏观经济分析能力，从而利用虚拟仿真手段对宏观经济数据进行运算和验证，学生能够详细了解整个宏观经济环境以便于更加熟练地将理论和实践联系在一起，高度真实的场景也可以激发学生的想象能力和创造能力。

1.2.5经济数据统计分析

将虚拟仿真实训过程中获得的数据进行分析，每个团队成员需要共同协作完成，需要运用统计软件、统计模型和经济学理论进行分析，将团队成果以分析报告的形式进行课堂展示。经济数据统计分析利用统计软件、统计模型和经济学专业知识剖析经济数据，培养学生的数据分析能力、模型建立与检验能力、经济模型估计与预测能力[10]，很大程度上增强了学生的动手能力，真正体现了理论与实践的有效结合。

1.2.6教师点评

经济学专业的学生在进行虚拟仿真实训课程时，会遇到各种各样的难题，特别是对于初次进行虚拟仿真实训课程的学生来说，还会面临心理不自信以及实训步骤模糊和程序不清晰等问题。进行虚拟仿真实训课程的老师不仅要提前熟悉虚拟仿真实训课程的基本流程，还要熟练运用实验设备，在学生实训过程中及时解决学生的疑问和难题，并且教师需要对学生的表现及任务完成情况进行点评。

1.2.7经济学知识分享

虚拟仿真实训课程利用现代科技及虚拟技术模拟经济的运行，在此过程中加强了师生之间以及学生与学生之间的交流，有利于经济学知识共享，而且在进行知识分享的过程中学生能够及时发现掌握经济学知识的薄弱环节，从而增加对经济学知识的理解和认识。然后，通过专家打分法对上述各课程模块的重要度以及相关度进行评判，计算得出各项的重要度，课程模块的重要度=iji∑wp。其中：iw表示每一项课程需求所代表的重要度；ijp表示课程教学过程各模块与课程需求之间的相关联度。由表2可以看出，组建团队和教师点评这两个教学环节所占比重最大，分别为18.76%和17.35%，经济数据统计分析环节所占比重为14.05%，其余教学环节所占比重相差不多。由此可以得出组建团队、教师点评和经济数据统计分析这三个环节是提高经济学专业学生的能力的重要教学环节，在教学计划和授课内容及教师分配上都需要精心安排，同时教学过程设计的转换为教师提供了授课方向和授课重点，有利于经济学专业的学生全面提升自己的能力。

1.3课程教学过程设计到就业指导的转换

经济学虚拟仿真实训课程教学设计结合复合型、创新型和应用型人才培养目标，不断创新人才培养思路。进行经济学专业虚拟仿真实训课程教学设计的目的是让学生把所学经济学理论与实践相结合，满足社会对经济学专业人才的新要求。经济学专业学生的就业方向主要分布在经济预测与分析、银行/证券/信托/基金等金融行业、对外贸易、管理类、市场营销、公务员等几个行业。表3描述了课程教学过程设计到学生就业指导方向的转换过程。在上述提供的六个就业方向中，相对重要度最大的是对外贸易，所占比重为18.93%，其次是金融行业，所占比重为18.87%，经济预测与分析和市场营销比重相当，分别为18.12%和17.56%，最后为管理类和公务员，相对重要度为14.33%和12.19%。将课程教学过程设计与就业指导方向进行连接有利于专业教师和学生有依据地了解到经济学虚拟仿真课程对学生就业方向的影响，同时为高校课程设置提供了理论参考。

2.课程教学设计改进

2.1理论融入实践

通过巧妙设计经济学综合虚拟仿真实训教学环节和内容，把经济学的理论知识有效地融汇到实践技能的训练过程，为学生打造一个专门的经济学综合虚拟仿真实训平台，满足学生对经济学专业技能的迫切需求、改变学生的学习方式、培养学生的学习习惯和提升学生的学习能力，为高校培养创新型、应用型和复合型人才打下基础。

2.2学生充当主体

通过设计虚拟场景、筹码推演、角色扮演、过程仿真等多种训练模式，提升了学生对经济学知识的理解和运用，同时提升了学生的专业素养和职业技能。革新实训教学过程设计，利用筹码推演和角色扮演模拟宏观和微观经济经营过程，通过营造真实的经济环境[11]，让学生体会现实生活中的企业、经济管理组织、消费者之间经济行为，通过体验、分享、提升和应用的学习过程，培养学生参与经济学综合虚拟仿真实践教学课堂的主动性。

2.3培养学生“双创”热情与技能

经济学综合虚拟仿真实训让学生亲自参与从组建团队、模拟宏微观经济运行、数据分析及知识共享等各个阶段，学生熟知整个经济社会的运转流程并能有意识地搜集和分析各项经济运行的数据，通过数据分析验证经济模型和经济理论在现实生活中的应用。最终，学生在分组对抗竞争环境下体会经济学的魅力。经济学综合虚拟仿真实践教学通过角色扮演的方式，让学生组队扮演不同的角色模拟宏观和微观经济经营过程，营造真实的经济环境，让学生体会现实生活中的厂商、经济管理组织、消费者之间经济行为。整个教学过程集实战性、操作性、体验性于一体，通过情景模拟、角色实践的方法让学生体验微观经济的运行与宏观经济调控，让每个参与学生都能得到有针对性的收获。通过对现实经济环境的模拟仿真，学生深刻体会了宏观经济和微观经济的运行过程，在此基础上可以充分发挥学生的创新创业热情[12]，激发学生对经济预测和分析的才能与兴趣，同时培养他们的商业洞察力，让学生成为创新创业者和经济预测分析员。

3.结语

新时代，社会对经济学人才提出了新的要求。经济学专业的学生将来无论从事科学研究还是实际工作，都需要具备将所学的理论知识和工具方法用于解决实际问题的能力。通过设计创新性实验项目，不仅可以提高学生对各类方法、软件的运用能力，也培养了学生的创新能力[13]。利用QFD理论研究经济学综合虚拟仿真实践教学，通过对实验课程教学过程设计和教学设计改进，明确了课程需求与教学设计的联系，以及教学设计对学生就业方向的影响，为经济学专业培养计划的修订提供了理论基础，为学生就业和创业起到积极的推动作用。

【参考文献】

[1]傅强,黄文武.经济管理虚拟仿真实践教学研究[J].中国现代教育装备,2015(05):62-64.

[2]刘琼,何洁凝,关冠恒,等.虚拟仿真实验室对教学的作用研究[J].中国教育学刊,2015(S2):318-319.

[3]孙军华,陈龙.质量机能展开在高等教育质量改进中的应用研究[J].上海管理科学,2010,32(04):111-113.

[4]丁志高.新课标下基于QFD的师范院校本科生培养体系研究[D].青岛大学,2009.

[5]薛永基,陈建成,王明天.经管类专业虚拟仿真实验教学探索与实践[J].实验室研究与探索,2017,36(10):283-286.

[6]胡剑波,梁工谦,刘伟.质量功能展开在我国高等教育质量管理中的应用[J].科学学与科学技术管理,2008(03):99-102.

虚拟仿真教学范文第3篇

一、建设条件与基础

建立“校校联合、资源共享”的教学实践共同体运行机制。2020年1月，以“校校联合、资源共享”为指导，成立了以山东电力高等专科学校为牵头单位、各成员单位共同参与的教学实践共同体。共同体立足电气工程相关专业人才培养，以一线岗位实际工作的需求和意见为导向，制定实施联合培养协议，建立了基于岗位典型工作任务的教学资源开发机制，联合制定实施校校联合管理办法和资源共享管理办法，共同开展学生培养管理，共同承担教学成本和管理职责，建立了教学实践共同体稳定运行机制。培养“共建共享、远程指导”教学实践共同体师资队伍。教学实践共同体以“共建共享、远程指导”为指导，制定推进各成员单位在师资队伍方面的共建共享，共同开展远程学习指导工作，促进教师在成员单位之间交流任教、共享资源，共同指导学生开展仿真实训，共建共享一支结构合理、数量充足、素质过硬、专兼结合的教学实践共同体师资队伍。建设“虚拟仿真、贴近现场”的技能训练平台。教学实践共同体以“虚拟仿真、贴近现场”为指导，按照“服务现场实际、再现工艺流程、锤炼操作技能”的原则共同设计技能训练平台，先后建设了变电运维、电网调控、配电自动化等现场型、混合仿真型、纯软仿型实训室30余个，以真实的现场设备、实际的操作系统搭建了各专业岗位的工作实境。按照岗位工作规范和培养电力一线工人标准，联合开发技能实训作业指导书，严格依据现场工作步骤，标准化开展安全风险交底、工作准备、流程操作及现场恢复等工序，通过反复练习真实任务，不断强化学生规矩意识和规范化操作习惯。形成“对接生产、任务驱动”的仿真实训教学资源库。教学实践共同体按照现场实际生产流程，重新开发学生培养所需的教学资源。首先依据岗位工作标准提炼核心知识点和关键技能项，重构课程标准的知识目标和能力目标，通过设置若干工作情境予以支撑；其次按照新编课标开发行动式教材，整合大量企业现场操作任务和案例，在各情境设计若干学习任务，以实际的操作任务为载体，将必备的知识融入现场标准化的操作流程，并据此编制整体教学设计、单元教学设计。电气工程山东电力高等专科学校以教育资源数字化虚拟仿真共享为建设目标，推进电力工程专业全领相关专业已开发情境任务式课程标准40余门、行动式教材20余本，同时编制基于岗位标准的实训作业指导书40多部，网络课件100余个，建立了突出岗位特点、对接生产过程的教学资源库。

二、建设方案

通过虚拟仿真技术的应用，带动学校整体的数字化转型，系统整体规划，统筹分步实施。通过虚拟仿真技术应用，推动电气工程相关专业教育教学模式、业态和方式的“三个转变”，打造线上线下相融合的教学新业态、新模式。具体包括如下四方面内容：一是加强数字基础设施建设，推动虚拟仿真技术进一步深化落地。扩容网络链路带宽，实现万兆进楼宇、千兆到桌面。加强5G关键技术研究和网络建设，深化5G在培训教学、学生管理等核心业务领域的试点应用。建设物联管理平台，实现全部智能业务终端统一接入和管控，打造全面感知、高效处理、应用灵活的智慧物联体系。二是集成各专业虚拟仿真系统，建成公用仿真中心，打造虚拟仿真实训云平台。建设基于云端技术的电网运行虚拟仿真培训支撑平台，为各仿真应用提供网络化协同仿真运行环境，为远程网络化仿真培训学习提供技术支撑；部署电网运行人员学习自适应培训子系统，采用统一规范XAPI的学习行为采集技术，实现仿真学习行为数据的采集、存储与分析；构建电网运行专业自适应培训系统模型，研发自适应学习引擎，针对用户知识掌握情况和培训目标进行个性化精准化培训内容推荐，帮助用户快速提升专业技能；部署仿真培训智能引导和自动评价子系统，综合考虑操作仿真行为及电网运行状况指标，实现对网络化仿真学习行为的智能引导和自动量化评价；研发进阶化虚拟仿真学习功能，在仿真系统中增加闯关、多人对抗积分排行、道具、等级提升等元素，提高仿真系统学习趣味性。部署电气工程相关专业的线上虚拟仿真系统，实现传统实训资源的数字化、线上化转型。三是推动电气工程相关专业教育教学的数字化建设。落实学校“双高”建设方案，围绕“一体双育四化”职业教育新模式，主动适应“互联网+职业教育”发展需求。运用培训教学云服务平台及外网公用数字化平台，部署虚拟仿真云系统，探索应用线上教学、远程辅导等教学新方式。推进线上教学方式常态化，实现核心课程线上直播授课、在线测验。全面实施线上线下相结合，推进课堂授课与线上课前自学、在线学习，在线测试、课余辅导等灵活结合。四是强化基于虚拟化技术的培训教学数字资源建设。以职业能力为核心，加快涵盖课程、微课、课件、案例、试题库等教学资源的转化和建设。制定建模标准，构建电力设备模型标准库、电力行业标准运营框架，试点建设涵盖设计施工、运行检修、供电服务、品牌传媒的分布式虚拟仿真实训系统。深化系统集成和开发，推动虚拟仿真培训与生产环境密切结合，营造“时时能学、处处可练”的实训环境。

三、预期成效和考核指标

虚拟仿真教学范文第4篇

关键词:土木工程;仿真模拟;实践教学

“土木工程”作为一个理论与实际紧密联系的学科，在培养学生实际操作与动手能力方面发挥着重要作用。［1－2］目前，高校存在重理论学习、轻实验操作的现象，造成这种现象不能单纯归结于对教育方针理念的不重视，还得考虑到实验本身具有的特殊性，如时间跨度大、场地、机械要求苛刻、实验效果影响因素大等方面。随着计算机硬件和技术的发展，仿真技术的普及，虚拟仿真实验室应运而生［3－10］。

1土木工程实验教学存在的问题

目前实验教学要求越来越高，土木工程专业传统的实践教学内容和方法已经不能满足要求，主要存在以下几个方面的问题。1．1实验教学师资力量不足在很多高校都存在实验教师相对较少的现象，这就导致实验教师指导很难到位，难以在有限的时间内对大批量的学生进行精细的辅导，教学目标难以完成，设计性和研究性实验难以开展。造成这种现象的主要原因有:学校对实验教师的岗位设置较少，对其关注度不够高，以及大家片面地认为实验教师地位低于教学科研教师。同时，学校对实验教师的职业发展政策较少，使实验教师的人员流动加快，对实验教师队伍的发展极其不利。实验教师是学校开展实验教学的重要保障，因此，学校应该注重实验教师的人才队伍建设，从政策支持、人员培训、项目扶持等方面提高实验教师待遇，加强人才队伍建设，满足土木工程专业教学中虚拟仿真实验教学的需求。

1．2实验室建设成本高

传统的实验教学要购入费用较高的实验仪器和设备，不仅如此，实验室在后期也需要高额的维护费用，同时会受到时间、地点、人力、物力、财力等很多因素的限制。

1．3缺乏实地的实践教学

目前土木类专业实习公司考虑到现场安全和效益指标的因素，不会接收大量的或者长时间的实习学生，有的公司甚至会拒绝学生去实习而变为参观学习，导致实践教学的质量严重下降。

1．4实习周期与现场实施周期不一致

在短短的时间内，学生可能只会接触到比较少的施工环节和专业过程，不能进行一个比较完整的学习，导致实习效果不好。

1．5缺少实验教学资源和实验指导

实验教学的主要任务是培养具有创新设计能力和创新实践能力的复合型人才，但目前学生主要是通过学校发放的实验任务书来进行试验，实践训练不足，这就会使学生的创新能力无法被激发出来。当前很多高校都在进行虚拟仿真实验教学建设，但是他们通常根据本校在土木工程学科某个领域的研究专长和特色，建立相应的教学资源，这些资源无法实现共享，不能满足土木工程专业在不同领域培养不同人才的需求;与此同时，由不同虚拟软件制作公司研发制作了高校的各种虚拟仿真实验教学系统，各系统之间存在界面布局、软件架构、操作流程等差异，实验指导书比较缺乏，学生在实际的学习中对知识理解得不够具体和准确，因此，建设丰富的实验教学资源和进行较全面系统的实验指导是非常必要的。工程仿真实践平台具有透明性、资源共享、交互、用户自治、可扩展性和安全性等特点。它在许多方面都比传统实验和实习实践设备好很多，并具有很好的发展应用前景。其最终目标是利用信息网络、多媒体和人机交互等技术创建高度模拟的虚拟仿真实验教学平台，弥补土木工程专业实践教学的不足，培养学生的创新能力、实践能力、自主学习能力，以及获取和使用信息的能力。工程虚拟仿真实验平台可以解决实验硬件短缺、实验实践时间不够等问题。目前，一些高校土木工程实验室和设备条件很差，无法满足学生科研要求;教学大纲和实验的规则之间存在一定的差距。利用工程仿真实践平台，可以使用计算机仿真技术制作过程视频、动画，建立建筑模型，模拟物理对象等。可以在在满足学生实验要求的同时通过减少实验资金的投入，弥补实验室硬件条件的不足，从而提高实践教学的高效性，提高人才培养水平。学生实习受到时间和环境条件的限制，由于场地和施工周期的限制，学生只能在一定时间内接触到几个技术环节，很难深入了解专业知识。虚拟平台的出现提供了一种新的有效的专业实践方法，使学生能够整合他们所学的课程，从而系统、全面地理解所有的专业工作，大大提高了实际应用效果。

2土木工程虚拟仿真实验教学平台实例

建筑抗震问题是土木类专业研究的重点问题之一，混凝土框架抗震实验是土木类等专业本科教学的重要支撑实验。以应用最为广泛的混凝土结构为例，在对其整体结构和单元框架进行的抗震实验中，包含了混凝土设计原理、施工技术、结构抗震性能、结构检测、防灾减灾工程等多门土木类、水利类专业课程教学内容。但该类试验成本高、周期长、试件体量巨大、加载设备昂贵，难以在本科教学阶段开展。因此，扬州大学开展了“混凝土框架抗震虚拟仿真实验”的教学项目。实验教学方法的实施过程分为实验准备、试件制作、实验加载、实验观测和分析。

2．1虚拟仿真实验的功能

用户可灵活选用网络终端设备(PC、VR、平板、智能手机)，访问“混凝土框架抗震虚拟仿真实验”线上实验教学平台，校内学生通过身份认证，即可进入平台开展混凝土框架抗震虚拟仿真实验;校外用户需要先进行注册，注册成功后方可进入混凝土框架抗震虚拟仿真实验。“混凝土框架抗震虚拟仿真实验”采用的是沉浸式实验教学方法，用户在进行混凝土框架抗震虚拟仿真实验过程中配合使用VR头盔等外置硬件，实验效果更好。用户进入线上实验教学平台后，根据功能按钮的指向说明，通过与实验平台里的虚拟人物对话等方式，可以依次有序地开展凝土试件的设计、制作、安装、水平地震力加载等模块的虚拟实验。

2．2虚拟仿真实验步骤具体步骤见图1。

2．3虚拟仿真实验效果

应用“混凝土框架抗震虚拟仿真实验”教学系统，能够让学生在仿真空间实现大型结构抗震的实验实际操作，克服传统实体实验开展难的问题，使学生对混凝土构件的抗震特性具有直观感受。同时，这样的教学方法还具有很多实体实验不具备的优势:能够让学生更好地参与到混凝土框架设计，从“透视视角”展现内部破坏过程等。突出了以学生为中心的沉浸式、探索式的教学模式，将传统课堂上的教学要求、教学目的更好地与实验融合，达到了完善课程教学、优质实验资源共享的目的。虚拟仿真教学项目可以有效完成学科专业教学大纲的相关教学任务，是低年级学生通识实验向专业知识学习过度的重要环节，也是高年级学生专业基础课程“混凝土结构设计”相关知识点的综合应用。本实验项目有利于学生通过直观感受加深对混凝土结构设计、混凝土施工技术、结构抗震性能、结构实验检测等知识点的认知和理解，对于培养训练学生的专业素质、动手实践能力，以及满足行业工作需要等均具有重要意义。除了解决实体实验开展难的问题，学生仿真实验可以通过透视化的手段，观察混凝土结构破坏特征、钢筋在结构破坏时产生的变形等，具有学生参与设计、循环快速进行实验、钢筋损伤可见、破坏过程可逆等实体实验不具备的优势。仿真实验与传统教学课程的契合度较高，能够很好地与传统教学进行对接并延伸拓展，通过4个学时的学习，可以直接与原有实验观摩课程相结合，完成相关教学大纲的要求;在课堂以外，拓展了更为灵活、生动以学生为中心的课外学时模式，高效完成原有课程的教学内容。培养学生科学探索和科技创新的能力。在部分实验教学步骤中采用“虚实结合”的方法，以混凝土配合比制备为例，将小型试块的实测实验与大体量混凝土的仿真制备结合起来，学生可以在真实实验室中进行配合比试块的制作，并操作实验机检测其强度，同时大体量混凝土制备可以在虚拟系统中完成，做到“虚实结合、能实不虚”。

3虚拟仿真实验实践教学建设意义

3.1改革现有土木工程实验教学的概念

通过建立虚拟仿真实验室，原来的教学理念被升级改革。改变实验室的运营理念及建设模式，将实验室改造成一个开放的、流动的、不平衡的综合性平台，不断地与外界交流、交换信息，实验质量螺旋式不间断提升，改变原有的陈旧的实验教学方式，使实验室成为真正意义上的校内联动、校际共享、内外兼备的移动平台。虚拟仿真实验室还有以下优势:(1)实训系统。通过开放式的实训系统，本专业、本校学生甚至是校外个人及团体，均可自由地进行跨专业、跨行业的资源共享，自由地提出自己的构想及思路，互相碰撞、互相交流，最大化发挥平台作用;(2)科研平台。搭建科研平台能够创造并诱导出新的社会需求，通过需求来引导资金、技术的介入，从而促进科研的进步。(3)社会服务。学校不仅要履行好教书育人的职责，也要发挥好其在社会服务方面的职责，通过社会服务的导入，及时发现实验室内外的优点及不足，总结成果，改正问题，实现技术进步和自筹资金，进而不断更新和发展。

3.2创新土木工程实验教学与人才培育模式

现阶段，各学校现有的资金、技术、平台、设备很大程度上仅着眼于学校内部的需求与服务，对校外需求重视不足，但通过建立开放的虚拟仿真实验室，不论校内校外，都可享受开放式平台带来的资源共享、信息交流。学生通过平台实时了解社会动态与需求，社会通过平台找到了解决问题的技术支持，并可在线获得提升技能的资源，促进了工程技术的革新与发展，缩短了理论与实际的距离，达到优势互补、共同进步。

4结语

虚拟仿真教学范文第5篇

关键词：过程控制系统；航运特色；虚拟仿真；实验平台

过程控制系统涵盖自动控制、传感器技术、计算机技术等多个领域的理论与方法，是自动化专业及相关专业的主要专业课程之一。它是一门对实践性要求非常高的综合性课程，对培养应用型技术人才具有重要作用[1-2]。实验教学是教学过程中不可替代的环节，控制技术的快速发展和学生人数的持续增加都给实验教学带来了巨大的压力和挑战[3]。现有的实验教学中存在一些问题。第一，设备数量较少，设备损坏率较高，无法满足学生独立完成实验的要求。第二，实验内容较为单调，要在三容水箱实验设备上研究开发新的智能控制算法，实验成本较高，时间周期较长。第三，实验教学课时有限，实验室开放管理难度较大，学生自主创新能力训练不足[4-6]。因此，开展虚拟仿真实验教学具有重要的现实意义。过程控制系统虚拟仿真实验教学平台(简称平台)的开发，以三容水箱过程控制实验装置为模型，对三容水箱液位、温度、流量等参数进行控制仿真研究[7]。同时鉴于我校海事院校鲜明的行业特色，将典型的船舶机舱过程控制系统进行虚拟仿真，通过具体实例讲解相应的仪表与过程控制系统的基本工作原理。

1平台建设目标和要求

平台建设目标是满足新时期自动化专业人才培养要求，并具有学校航运特色的虚拟仿真实验教学平台。根据专业本科培养方案和教学大纲对实验教学的要求，针对过程控制系统课程特点，研发设计一个易于扩展、界面友好、算法开放的实验教学平台。该平台具有以下功能：水箱液位、温度、压力动态虚拟仿真；水箱模型参数设置；控制器参数设计，可自行设计其他先进智能控制算法；控制模式选择；仿真进程控制；数据显示与存储等。

2平台建设方案

平台的开发实现主要包括界面操作设计、支撑界面运行的模型设计以及数据通信的实现。平台组成原理图如图1所示，基于MATLAB软件开发建立对象模型及其控制算法，基于WinCC软件开发平台人机交互实验界面[8]，包括初始登录界面、可视化动态过程以及参数整定界面等。结合OPC协议有效组态系统，使系统内部数据进行实时传递，实现界面和模型的无缝连接。

2.1水箱系统的数学模型

我校过程控制实验室有15套YL-363C型水箱过程控制实验装置，以此为参考对象，利用对象特性测试法，得到被控对象对阶跃信号的响应曲线或输出数据。根据已给定的对象模型结构，对实验数据进行处理，确定模型参数。H为水箱液位高度，Q为流量，K为对象放大系数，T为时间常数，τ为容量滞后时间，建立了如下数学模型。单容水箱：(1)双容水箱：(2)

2.2数据通信

平台界面与对象模型之间的实时数据通信是平台建设的关键。OPC协议由标准的OLE/COM接口进行设计，是客户端-服务器模式。在该平台中，OPC的服务器是WinCC软件，客户端是MATLAB软件。将WinCC和MATLAB通过OPC协议建立联系，实现该平台数据的双向传送。WinCC软件作为OPC协议的服务器，优先建立OPC通道，然后建立通信变量，在“OPCGroups(OPCHNUnit#1)”下拉框中选择“新驱动程序的连接”，并在“属性”对话框中选择服务器类“OPCDA”，设置OPC服务器的名称。MATLAB软件作为OPC协议的客户端，首先添加客户机、组对象和项对象，利用其现成的OPC工具箱，直接在命令窗口输入“opctool”命令即可，其次由OPCNetwork添加“localhost”，最后设置变量，实现两个软件之间的通信。

2.3平台界面设计

平台界面主要由平台初始界面、各个实验项目的原理认知界面、实验操作界面、实验结果界面等组成。平台初始界面如图2所示，主要包括实验项目的切换按钮。根据教学需求，单击实验项目进入对应的实验界面，如单击“实验四、串级控制系统实验”，进入该实验项目操作界面，如图3所示。串级控制系统主要由两个闭合回路组成：主回路和副回路。主回路是定值控制系统，副回路是随动控制系统。在该平台中，主回路中控制对象为中水箱，中水箱的液位为主控制量，副回路中控制对象为上水箱。在图3的实验界面中，左半部分的动态可视化显示区域直观清晰地给出了整个实验装置的闭环控制结构。当有水流通过时，所在管道会由灰色变为蓝色，水箱也会动态显示水量液位。在参数设置与显示区域，“中水箱液位”“上水箱液位”可以实时显示两个水箱液位的具体数值。在“液位设置”框内进行给定值设置，在“主调节器”和“副调节器”框内可进行主、副调节器的参数设置。当系统稳定后，“加扰动”环节可对某一控制对象加外部扰动，观察响应曲线的变化。水箱液位响应曲线也可点击“历史曲线图”查看，如图4(a)所示，点击“实验原理”按钮可进入实验原理介绍界面，如图4(b)所示。船舶主机燃油黏度控制系统是典型的船舶机舱过程控制系统之一，通过控制主机的燃油温度和黏度，保障主机的正常有效运行。在平台初始界面上，单击“实验九船舶主机燃油黏度控制虚拟实验”，进入该实验项目操作界面，如图5所示。在动态可视化显示区域，可以看到该系统主要由温度控制器、黏度控制器、蒸汽控制阀、燃油加热器、温度变送器、黏度测量计等组成。

3平台的应用

与原有实验教学相比，该平台能使教与学不受时间、空间和实验场所的限制，具有较强的灵活性，发挥了学生的主动性，突破硬件条件的限制，最终能够以虚拟仿真系统和实物装置相结合的方式完成相关课程的实验教学与考核。该平台也可应用于自动化、测控等专业学生的课程设计及毕业设计，年均受益学生为300人次。在培养学生自主实践创新能力方面，由于授课对象一般为三四年级的学生，已具备一定的专业知识和编程基础，可以利用该平台开发研究先进的智能控制算法，进行创新实验。

4结语

具有航运特色的过程控制系统虚拟仿真实验教学平台建设，以三容水箱过程控制实验装置和典型的船舶机舱过程控制系统为例，利用WinCC软件和MATLAB软件，基于OPC协议进行设计与开发。该平台能够让学生在了解过程控制系统典型结构及基本工作原理的基础上，对经典控制算法与先进智能算法的研究与应用进行虚拟仿真实验。该平台可作为相关课程的辅助教学资源，有效延伸学生自主学习和实验的时间和空间，能提高学生对专业课程的学习兴趣和对过程控制系统的认知和理解能力。

参考文献

[1]于新业.《自动化仪表与过程控制》课程教学改革与实践[J].中国培训,2016(9):153-154.

[2]雷振伍,吴秀冰,孙德辉,等.基于PCS7和Simulink的过程控制虚拟仿真实验平台开发[J].实验技术与管理,2016,33(1):135-139.

[3]代伟,黄罡,郝秀娟,等.虚拟过程控制实验教学系统与翻转课堂设计[J].实验室研究与探索,2019,38(2):144-148.

[4]朱燕详,王勇军.人工智能技术在高校实验室管理中的应用[J].教育教学论坛,2019(12):7-8.

[5]胡娟,芦莎,汪礼.自动化实验教学方法改革与探索[J].电子世界,2020(8):41-44.

[6]尹立苹,王新亭.基于创新人才培养的高校实验室研究[J].实验教学与仪器,2019(7):147-149.

[7]李凌,曹纪中,王璐.基于Labview的三容水箱液位控制系统设计[J].沈阳化工大学学报,2020,34(2):165-170.