關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代計算機等手段，通過動畫與計算機模擬構建高度仿真的虛擬實驗模型，使學生在網絡終端開展實驗，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專業教學大綱進行設計，發揮專業教師的主觀能動性，進行虛擬實驗的設計與編制。虛擬仿真實驗教學平臺的建設是一個多學科合作的項目，涉及專業教學、計算機設計、工程仿真等方面，需要學校進行統一規劃，必要時可以和專業軟件公司合作，共同完成虛擬仿真實驗教學平臺建設。

虛擬仿真實驗教學中心應實現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、可靠和經濟的實驗項目。虛擬仿真實驗教學中心建設應充分體現專業實驗教學特色，將教師的科研成果融入實驗教學之中，注重對學生專業技能和專業創新技能的培養。虛擬仿真實驗教學應發揮學校學科專業優勢，整合學校實驗教學儀器與設備，根據實驗教學大綱進行虛擬仿真實驗教學的統籌規劃。

2 虛擬仿真實驗教學中心功能

1）利用信息化的重要技術，如有限元模擬、實驗動畫、企業生產現場錄像、人機交互、數據庫和網絡技術等，實現虛擬實驗教學，通過虛擬實驗模擬仿真，增強學生專業知識掌握和基本能力訓練；

2）構建高度仿真的虛擬實驗環境和實驗對象，學生通過網絡終端設計實驗方案，輸入實驗參數，獲得實驗結果與實驗數據，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計和實現服務，按照教學大綱的要求，合理安排實驗資源，實現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計相關實驗，包括實驗大綱、實驗目標、實驗內容、實驗指導、實驗過程動態演示、實現操作視頻、實驗作業等，制作不同工藝參數的影響規律仿真動畫，實現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象與實驗過程的規律，深入理解相關專業知識，有更多機會參加高水平的實驗，享用優質實驗教學資源，實踐能力和創新精神得到提升。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功能框架如圖1 所示。學生登錄系統后，進入虛擬實驗平臺主界面，根據專業方向，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、實驗內容、實驗作業）、實驗操作規程與操作視頻，進行虛擬實驗。在虛擬實驗界面下，用戶自行確定實驗參數，系統通過后臺分析，確定與該實驗參數對應的實驗結果仿真動畫，并提供實驗現場照片對比分析。用戶還可以進一步下載仿真結果后處理文件，利用有限元工具，進行后處理分析，獲得各種實驗數據，完成實驗報告。

此外，系統還提供了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，充分調動學生的學習主動性與積極性。系統管理功能可以實現實驗項目查詢、實驗人員管理、實驗設備管理、系統幫助與系統推出等功能。考慮到學生缺少企業生產現場的工作經驗，系統還提供了生產現場仿真功能，學生可以以通過該功能了解企業生產一線設備與工藝情況，加深對本專業知識的理解深度與廣度。

通過虛擬實驗教學平臺系統還可以實現：

1）幫助學生進一步認識和了解相關專業知識，掌握實驗技能；

2）學生可以通過網絡完成并提交實驗作業與報告，及時和專業指導教師進行溝通；

3）學生可以根據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節；

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境下的實驗進行預約安排。

5 結語

虛擬仿真實驗教學是各教學單位實驗課程建設的一個重要環節，也是未來實驗教學的一個發展趨勢。虛擬仿真實驗教學平臺的實現，有助于教師合理科學地安排專業實驗課程，最大效率地發揮學校的實驗教學能力，同時也有助于學生掌握本專業實驗技能，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網絡教學平臺建設[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.