時間：2023-09-13 17:13:14
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇計算機仿真技術學習，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）13-0253-03
Abstract： with the continuous development of social economy and science and technology， computer simulation technology become in recent years to compare one of the commonly used types of computer. Computer simulation technology in the simulation of the effect of do the effect is more accurate， more real， so is the recognition of the application of the broad masses of the people. Signal as the computer simulation technology in an important way and an abstract expression of the concept， the simulation technology is convert the sight can be seen the true image of these invisible abstract things. Information processing as an important part of computer and in simulation technology is is a significant part of computer information processing is closely linked. So， the computer simulation technology and information processing technology are interrelated， interdependent relationship.
Key words： computer； simulation technology； combination of inquiry
計算機仿真技術是現代社會中用到的最廣泛的的技術之一，發展的速度極為快速，適用人群眾多，無論是生活還是工作，滲透到各個方面。作為計算機技術的一種方式，它的工作原理是以計算機為基礎，加以模擬仿真，達到仿真的再現，將抽象的看不見的形象通過仿真展現出來。目前由于這項技術具有精確的仿真效果，受到各行各業的青睞，在各個領域中都有廣泛的應用。對于計算機仿真技術的研究，一直是計算機技術研究領域的一個重要的話題和工作。對于信息技術而言，也與計算機仿真技術具有緊密的聯系，也是計算機發展領域的一個重要的方面。信息化依靠仿真技術得到抽象化的轉化，進行有關的信息處理的工作。
1 計算機仿真技術
1.1 計算機仿真技術的含義
計算機仿真技術是運用相關的信息進行軟件處理工作，可以對音頻、視頻及圖片等方面進行整理，把現實中的各種事物模擬成計算機仿真的形式，再通過各種信息媒介進行傳達給觀眾。在觀看某個事物時候，如果利用計算機仿真技術觀看，可以有多種視覺的角度進行觀賞，并且可以對環境進行任意的觀察，營造一種實與虛結合的視覺效果。對于讓人們可以多方面的進行交流信息具有重大的意義和作用。
計算機仿真技術有兩點重要的意義。第一，計算機的仿真技術是與一些計算機工程的進行緊密聯系的，缺一不可。計算機仿真技術對于系統的工程的開發，起到了至關重要的作用。第二，計算機仿真技術是一種重要的商業分析信息的工具，在公司的運行中，可以運用計算機仿真技術節約各種投資的成本，降低投資的風險等工作，為企業的發展具有預算和分析的作用。
1.2 計算機仿真技術的應用
計算機仿真技術應用于社會生活中的各個領域，涉及到工作和生活的方方面面，推動了不同的行業的方展方向，為工作帶來了新的發展動力和源泉。對于計算機的仿真技術的應用主要是用于以下的幾個領域。
1.2.1 在教育界的應用
最近幾年，由于教育的不斷改革，逐漸的對學生的實操能力越來越重視，所以對于學生的實際操練的水平就可以用計算機的模擬實驗來進行考核工作。計算機模擬實驗是一種新型的考核項目，利用現代信息技術的各方面元素把教學的內容和指導實踐等合理有效的整合成一個有機體，建立起一個實操平臺，能夠提高學生的學習興趣，提高學生的實踐能力的水平。
這項模擬實驗方式的出臺，活躍了原本閉塞的學習氛圍，把理論與實踐充分的結合了起來，培養了學生的實際操練的能力，對所學習的理論內容能夠進一步的加深理解和記憶。培養學生的全面素質發展。
1.2.2 在運輸界的應用
隨著現代化科技的發展，交通運輸工具早已普及到城市及小鎮的各個街道。由于車輛的不斷增加，交通事故也就常有發生，現在而言，交通方面的安全隱患一直是出于事故發生的主要問題。在運輸的系統中，避免不了三個方面的因素，主體是人，客體是車和路。所以，計算機仿真技術的應用，可以作為分析交通安全的現代化先進的方式。工作原理就是，建立起一個模擬形式的交通路段，在這個交通路段中系統的研究發生事故的原因，并通過對交通事故的分析對交通的安全方面做出評價和探究。
交通的安全仿真系統中，計算機仿真技術是它的最核心的部分。作為該系統的仿真技術，用于交通的安全的仿真技術系統是與其他的一般的仿真數據存在一定的區別的。在對一個區域的交通安全進行評估的時候，交通安全仿真系統必須運用精確的數法和事故率法進行評價，而且還必須考慮到人們的各種思想和行為方面的因素等。對于進行摸模擬的交通路段，交通工具的選擇就可以做任意的選擇，環境設置也沒有固定的要求，盡量把環境設置的真實化。再以一個旁觀者的角度來對交通事故進行分析與探討，通過進行系統的分析得出交通路段的精確的安全評估結果，并為安全事故提供出一個合理的解決方法。
1.2.3 在制造界的應用
計算機仿真技術在制造行業方面也具有較為廣泛的應用。比如，將這一技術運用于汽車制造業，可以為投資進行風險預測，解決成本大、難度高的相關問題。計算機仿真技術在對進氣管內氣體的流動的模擬工作的時候，就可以把發動機工作的整個過程呈現出來，能夠進行較較直觀的描述。計算機仿真技術在汽車流場上的應用，可以模擬出氣流的分離的整個狀態，將抽象的形式表達出來，建立起了一個空氣動力學模型。如果遇到汽車碰撞的狀況，計算機仿真技術可以通過一些相關的數據建立碰撞的數學模型。
1.2.4 在通信業中的應用
隨著通信技術的發展，傳統式的設計方法已經不能夠適用于通信系統的多端的要求。通信系統的仿真技術已經成為現代的通信的手段的重要應用方式。比如說，可以做對通信系統的規劃工作，以及測試它的性能等方面。計算機仿真技術對于通信系統的不同的模塊具有精確的分析性能的作用。
在網絡協議教學中，很難運用傳統的數學來分析它的復雜性。在協議設計的教學過程中間，通信網絡協議中的代碼可以把它設計成為可以得以實現的代碼。所以，在信息的學科教學中，仿真技術在網絡協議的復雜性問題的解決中也有相當重要的作用。這項技術可以做到對一些信息學科進行的網絡教學過程中網絡協議進行合理有的評估工作。另外，如果運用這項技術也能夠避開由于不恰當的分析造成的判斷阻礙。通過對網絡建模工作，實現參數的精確確認，就能夠迅速的把模擬的系統在現實環境中展現出來。所以根據這項仿真技術的應用，可以把教學中的相關評估工作進行改進處理。同時為了考察網絡信息傳輸的及時性和應用的效率，要構建起相關的通信網絡。所以，通過以上可以看出計算機仿真技術對現實生活中的網絡協議仿真具有至關重要的分析和進行評估的作用和意義。
2 計算機仿真技術的類型
計算機仿真技術已經廣泛的運用在各個領域，具有較強的實用性。在對技術上的分析，計算機仿真技術主要有兩種類別。一種是OOS，它是一種面向對象的計算機仿真技術，運用操作目標的對象，把系統的功能和對象充分的運用起來，再通過與對象間的信息進行傳送工作。另一種是DIS，它是一種分布式的計算機交互的仿真技術，它主要是通過計算機的網絡方面的系統進行設備之間的相互連接，形成一個虛擬的仿真環境。
3 計算機仿真技術的技術分析
計算機仿真技術，它的主要核心技術就是計算機平臺的一種虛擬模擬技術，包括了建模的思想，數字化的基礎，以及對圖像的處理技術。計算機仿真技術由于它的仿真技術做到極其逼真，所以這項技術運用的領域也是極廣泛的，具有極強的優勢條件能夠把顯示仿真的效果做到最好。計算機仿真技術的實現方式有幾個步驟：
3.1 建立數據模型
建立起數據模型，是計算機仿真技術建立的前提工作。對于其的建立方式會有兩種不同的方法，一般可以運用演繹法或者歸納法。或者兩種方法結合起來一起運用也能達到對數據模型的建立。在分析法中，第一步工作是把數字化模擬的數據進行分析，將數據模型建立是以實際情況為前提的。建立模型的工作中，先做數據分析的工作，充分的對數據做好分析工作，然后再進行仿真的準備。
3.2 實現仿真模型
在數據模型建立完畢后，就要對數據模型進行程序化的處理工作。在這一工作過程中，要運用很多的編程語言來完成。把它模型化是一個重要而有些難度的工作，必須經過對大量的數據進行分析，然后做程序化的管理，最終才能實現數學模型的建立。
3.3 仿真實驗驗證
通過建立好數據模型，和實現數學模型的仿真，接下來的工作就是驗證仿真實驗。驗證的工作中，是對數據進行驗證工作，進而得到相關的仿真結果。
4 計算機仿真技術的發展
社會科學技術的不斷革新與進步，使計算機仿真技術也要根據時代的需求進行不斷的完善發展，適應社會的發展步伐，與時俱進，才能夠在未來的市場應用中能夠持續穩步的發展。
4.1 計算機仿真技術會與網絡聯系交融
計算機仿真技術現在雖被廣泛的運用在了各個領域，但是目前開發出來的絕大多數都還不能夠交融或者轉移，要實現共享的局面還達不到要求，具有一定的困難性。對于計算機仿真技術的高成本的開發現狀，這還是一個急需解決的問題，關鍵之處就是將計算機仿真技術進一步的擴展到網絡化的層面。這項工作在未來的發展中必將會有更為廣闊的運用前景，首先一點就是可以避開又一次的投資，另外，可以在這項工作進程中獲得一些共享資費。所以，實現計算機仿真技術的網絡化具有重要的意義。
4.2 虛擬制造技術
該領域是計算機仿真技術發展的又一廣闊前景。虛擬制造技術的各項工作的完成，要依托計算機仿真技術的應用，比過程之中的產品的設計，產品出廠和企業的管理工作等等，都離不開計算機仿真技術的應用使其正常運營。另外，虛擬制造已經能夠實現對制造的多維度的進行預測工作，制造技術不再單一。
4.3 計算機仿真技術
該技術是在軟件模擬的實驗下進行的一項科學的實驗。作為一個先進的技術，運用較經濟，安全可靠，并且還可以實現多次的實驗。仿真技術在現代的很多實驗系統中都有所應用，是對系統分析并進行涉及的重要方式。
5 計算機仿真技術與信息處理結合的分析
對于計算機仿真技術，在不同的層面上進行分析以后確切的認識到，之所以這項技術能夠被廣泛的運用到生活和工作的各個領域，就是因為它具有極強的使用價值。在對新的處理方面當然也會有更大的運用意義。在對光的信息的處理上，起著至關重要的作用。
作為先進的信息技術的處理方式，光信息處理的最大的優點在于容量大，速度快和具有并行的特性。計算機技術中的處理二維碼圖像信息的技術，光的信息處理可以對信息的增強處或者一些特別的特征方面進行識別都有很重要的影響作用。現在，有很多的計算機軟件都對信息的處理技術具有深刻的研究和發展。
計算機仿真技術對信息的處理方法還有對軟件的信息處理。例如，matlab軟件是科學計算機軟件的一種，對于信息的處理也具有極強的靈活性，處理的方式涉及到矩陣的運算和信息處理的很多方面。運用此項信息處理是先利用軟件輸入進信息進行的仿真模擬，最后進行可視化信息處理工作。這項軟件輸入快速，運算很安全，而且具有方便的處理信息的優點。
將計算機的仿真技術與光信息處理技術結合起來，仿真技術的功能也會更加的進步與發展。通過將仿真技術和信息處理技術的結合，能夠作為一項很好的信息處理方法。把抽象的信息具體的展現出來，使其實現可視化，對于信息的處理的精確性能夠有更高層次的提升。所以，基于此原因，要做好計算機仿真技術與信息處理的結合運用工作。
因此，計算機仿真技術作為靈活性較強的計算機技術，計算機的應用也主要是對信息進行處理工作。把計算機仿真技術與信息處理結合起來，可以有效的提高信息處理的精確性和工作的效率。計算機仿真技術通過圖像技術或者數學建模思想，進行虛擬的轉換，將現實世界利用圖像的形式表現出來，具有可觀，并可以把抽象的信息具體化，再進行高效率的處理工作，能夠適應現代社會中高效率快節奏的環境。
6 結語
計算機仿真技術在未來的發展道路上，必將隨著時代的進步步伐不斷的完善自己科學化的發展。作為目前應用最為廣泛的計算機技術，在數字計算或是信號通信方面都都有他的獨特的優勢和應用價值。仿真技術中，它將虛擬的抽象世界還原成可視的現實世界。而對于信息處理，它另一方面來說又被大量的植入進計算機仿真技術中。所以，將計算機仿真技術與信息處理合理的結合起來，就具有極強的發展空間，同時有更廣闊的研究價值。
參考文獻：
[1] 艾莉莎.物聯網空間域的泛傳播構型[D].北京郵電大學，2014.
[2] 唐穎.蠟印圖案的數字仿真及噴墨印花[D].江南大學，2011.
一、計算機仿真技術在教育領域的作用
計算機仿真是一種強有力的輔助教育工具，利用計算機仿真技術增加了學生動手實踐的機會，使傳統教學更生動形象。計算機仿真技術在教學中的應用改變了以往實驗教學的被動性，學生通過自身與計算機仿真環境的相互作用來獲得知識和技能，充分挖掘實驗的潛能，引入計算機仿真技術可以優化實踐過程，改善實踐教學的環境。
二、計算機仿真技術在實踐教學中的應用和意義
計算機仿真技術應用于實踐教學，是計算機輔助教學的形式之一。計算機仿真技術是利用計算機多媒體技術，制造一個接近真實的訓練環境，讓學生身處其中，獲得經驗，掌握工作能力。這種實驗目的在于培訓技能。
展示的現象必須與學生所要學習的現實事物的原理、構造、規律完全一致。學生需要了解真實世界，因此使用虛擬現實技術是重現或放大真實事物，而絕不能歪曲事物的結構性質和固有規律。
三、計算機仿真技術在計算機網絡實踐教學中的作用
計算機網絡基礎課程是一門抽象、多學科、實踐性強的課程，課程中抽象的內容不易理解，例如對于幀的構成，在進行講解過程中，學生只是從表面對其有所了解，但對于幀的具體工作原理和過程并不能真實掌握，如何解決這一難題，是提高教學質量的關鍵。
依靠常規的教學手段和實踐教學方法不能解決這一難題，筆者經過幾年的教學實踐探索，采用計算機仿真技術很好的解決了這一難題。
一是在理論教學的實驗過程中采用吉林中軟的計算機網絡仿真系統來輔助理論教學。該系統可以全面地仿真和監視網絡協議數據，使網絡行為透明化，同時還可以編輯和發送網絡協議包，分析網絡協議原理，協助網絡程序的編寫和調試。覆蓋了以TCP/IP為主的多種常見網絡協議，對于一些較新的，如CIFS等協議也有所涉及。實驗方式以綜合設計型為主，同時結合一些驗證性內容，強調學生的實際動手能力和分析問題、解決問題能力。
二是在實驗過程中學生通過手動進行幀的編輯、IP報文的編輯，解決了學生對計算機網絡基礎抽象內容的理解，強化了對計算機網絡數據流向的認識，從而把一門抽象的課程可視化。通過對網絡狀況的監控和對網絡故障的仿真，學生對網絡流量控制、網絡故障發生的抽象原理的具體實現有了感性認識。
通過在實驗中采用計算機仿真技術很大程度上解決了計算機網絡及處理論教學的抽象性問題，真正做到了實踐教
學輔助理論教學的目的。
四、利用仿真軟件模擬網絡設備
計算機網絡實踐課程中，有一個很重要的內容就是網絡互聯設備的使用，如交換機、路由器等。但是要建設一個30人的網絡配置實驗室（5組，每組2臺路由器、2臺3層交換機、2臺二層交換機和6臺計算機）至少需要30萬元，但由于許多學校由于經費有限，只能購買一到兩組設備，學生實訓時實行分組，幾個人一組，這樣由于臺套數不足導致實驗時間過長和設備終端接入數以及網絡設備配置的特殊性的原因，保證不了實訓效果，我們采用了計算機仿真的方法，由于Cisco的設備在應用中還是占據主流位置，在實訓時先讓學生在電腦上利用Cisco 的CCNP軟件做虛擬實驗，然后輪流安排學生到實際的網絡設備上進行操作。該軟件先根據網絡拓撲結構設計出網絡，然后對該網絡中的設備進行配置。通過使用該軟件可使學生掌握每一種路由器模式下的各條命令、路由器對網絡配置的作用和交換機的配置作用。這樣讓所有的學生學會相關設備的操作。
這樣，網絡課程的實踐教學環節就不僅局限在實驗室，學生可在業余時間進機房進行虛擬實驗，突破了時間空間的限制，使學生完全置身于開放的環境中進行學習，為學生提高實踐動手能力提供機會。
五、計算機仿真技術在計算機網絡實踐教學中應注意的問題
雖然計算機網絡仿真技術解決了計算機網絡基礎理論教學的難題，增強了實踐教學的力度，但不能完全依賴計算機仿真實驗而取消真實實驗。仿真實驗是虛擬的環境，它的處理是理想的而且缺少實物感，像路由器、交換機等網絡設備種類、型號非常多，各自的配置方式都有所不同，網絡設備接口也是多種多樣，在仿真實驗中學生是無法見到的。因此，在具體實施中，應該虛實結合，有目的地讓學生在真實環境中進行操作，讓他們對相關設備或網絡環境有親身體會，印象深刻。計算機仿真技術除了應用于計算機網絡實踐教學外，還可用于其他課程。隨著計算機技術、多媒體技術、網絡技術及相關技術的高速發展，計算機仿真技術在教育教學領域將有更廣闊的應用。
參考文獻：
[1] 任條娟，王章權.淺談電子信息類專業實驗的“虛擬技術”和“網絡技術”[J].浙江樹人大學學報，2004（4）.
[2] 劉安枕，權養利， 周建華. 基于現代教育技術的虛擬實驗系統構建模式的研究[ J ]. 現代電子技術，2004 (3) .
[3] 王晶琳，焦瑋. 虛擬現實技術與應用[ J ]. 實驗技術與管理，2003(1) .
[關鍵詞] 計算機仿真電子商務仿真
電子商務作為一個新興領域,各個院校在電子商務專業建設中,培養目標和課程體系不是完全統一，因此側重點是不同的。普遍存在的問題是重理論而輕實踐的現象非常嚴重,不利于電子商務人才地培養。原因很簡單，就是實踐的電子商務平臺很難搭建，應用仿真技術可以解決這一問題。利用計算機技術、網絡技術等現代信息技術從事商務活動,突出學生的動手能力,培養融IT與商務于一身的高素質復合型人才。
隨著互聯網的全面普及，基于互聯網的電子商務也應運而生，并在近年來獲得了巨大的發展，成為一種全新的商務模式，被許多經濟專家認為是新的經濟增長點。這種電子商務模式對管理水平、信息傳遞技術都提出了更高的要求，其中安全體系的構建又顯得尤為重要。如何建立一個安全、便捷的電于商務應用環境，對信息提供足夠的保護，是商家和用戶都十分關注的話題。
一、概述
計算機仿真技術可以為學生提供虛擬的仿真情境, 為學生創設一種開放的、主動的、發現式的探索式的學習環境, 發展學生的高級思維能力和問題解決能力, 從而通過對該情境的操縱、觀察和思考得出合理的結論。計算機仿真可以在很大程度上激發學生的高水平思維活動, 讓學生通過反省性的、高水平的思維活動來建構深層的、靈活的、真正的知識,近幾年, 計算機模擬教學在國內外的電子商務課程中屢見不鮮, 但仿真教學在計算機教學中的應用、尤其是在計算機網絡課程中的應用還處于探索研究的階段, 將計算機模擬應用于教學活動中, 往往能夠收到事半功倍的效果。
電子商務引起人們的普遍關注，細說起來也不過是最近幾年的事情。電子商務網絡仿真實驗室可以提供一個真實的環境,在這個環境中,學生可以模擬電子商務的各種活動。因此,電子商務網絡仿真實驗室具有可操作性、仿真性及適應性強的特點。可操作性,是指電子商務網絡仿真實驗室中的計算機所需軟件;仿真性,是指學生在電子商網絡實驗室的計算機上安裝了相關軟件后,能夠模擬IT 環境,進行各種電子商務活動等;適應性強,是指電子商務網絡仿真實驗室能夠成為與電子商務相關的多門課程的實習實訓基地。在電子商務網絡仿真實驗室,學生可以學習基本的電子商務網站的建設流程。
二、計算機仿真技術
計算機仿真技術(computer?simulation?technology)是利用計算機科學和技術的成果建立被仿真系統的模型，并在某些實驗條件下對模型進行動態實驗的一門綜合性技術。它具有高效、安全、受環境條件的約束較少、可改變時間比例尺等優點，已成為分析、設計、運行、評價、培訓系統（尤其是復雜系統）的重要工具。計算機仿真，是在研究系統過程中，根據形式性原理，利用計算機來逼真模仿研究對象。研究對象可以是真實的系統，也可以是設想中的系統。傳統的仿真方法是一個迭代過程，即針對實際系統某一層次的特性（過程），抽象出一個模型，然后假設態勢（輸入），進行試驗，由試驗者判讀輸出結果和驗證模型，根據判斷的情況來修改模型和有關的參數。在沒有計算機以前，仿真都是利用實物或者它的模型來進行研究的，這種方法的優點是直接、形象、易信，但模型受限、容易破壞、難以重用。而計算機仿真是將研究對象進行數學描述，建模編程，且在計算機上運行實現。它不怕破壞、容易修改、可重用。因此在現代化生產建設中得到了廣泛的采用。并取得了豐碩的成果，帶來了可觀的經濟效益。
計算機仿真技術的核心是按系統工程原理建立真實系統的計算機仿真模型，然后利用模型代替真實系統在計算機上進行實驗和研究。由于近年來信息技術的發展特別是高性能海量并行處理技術，可視化技術，分布處理技術，多媒體技術，虛擬現實技術的發展，使得建立人――機――環境一體化的分布的多維信息交互的仿真模型和仿真環境成為可能，從而使仿真方法有了一些新的發展，形成了一些新的研究仿真方法熱點，如：定性仿真方法；面向對象的仿真方法；分布式交互仿真方法；人――機和諧仿真環境建立方法學。
三、電子商務網絡仿真實驗室
利用仿真技術可以構建電子商務仿真實驗室，通用的通信網絡硬件實驗平臺《計算機網絡》或《計算機網絡與通信》是計算機專業的必修專業課程。它的實驗主要是從以下幾個方面進行設計的:網絡技術做實驗:它包括網絡布線與制作,計算機操作系統的安裝與配置,局域網的設計與實現,廣域網的設計與實現。其目的主要是讓學生了解常用網絡的設備的連接、安裝與配置。通過設計、連線和配置,完成網絡數據通信實驗。計算機網絡原理的模擬與仿真:計算機網絡模型,有許多協議支持實現,每種協議實現都有些算法。原理的模擬與仿真就是解決其中的一些算法實驗,這種實驗通常用軟件加以實現,但同時也需一些硬件配合完成。其目的主要是使學生通過實驗對算法應用理解更深刻。如:數據鏈路層的連續ARQ,網絡安全中的加密算法等。網頁虛擬實現交互指導實驗:有些網絡設備費用很高,也沒有必要全部實做,設計一些虛擬網頁,通過網絡的操作達到實驗的目的。如:網絡的測試儀的使用,高端網絡設備的使用和配置等。
在教學應用中，通過仿真技術不但可以節約教學成本，而且能取得良好的教學效果。
四、結束語
計算機軟硬件技術的飛速發展，帶動了計算機仿真技術的發展，使得計算機仿真方法有了更廣闊的應用空間，其中對復雜的工業生產過程的仿真就是一個重要方面。面向計算機仿真方法學的幾個主要發展趨勢是定性仿真方法、面向對象仿真方法、分布式交互仿真方法和人機和諧仿真環境等。
摘要：針對多年來本科教育中電機學實驗缺乏理論仿真的問題，本文提出了計算機仿真技術與實驗相結合的電機學實驗的教學改革。通過引入計算機仿真技術，直觀的展示了電機的動靜態性能，增強了學生的建模思想，使學生能夠在仿真與實驗結合中找到學習興趣，提高應用型本科高校的人才培養質量。
關鍵詞：教學改革；計算機仿真技術；建模思想；人才培養質量
一引言
電機學是電氣工程類專業的一門重要的專業課程，該課程具有很強的理論深度及實踐性[1,2]。目前多數高校對電機學的理論教學進行了一系列的教學改革，且大多數引入了高端的應用型手機學習軟件，諸如學習通和翻轉校園等，這在一定程度上激發了學生的學習興趣，然而針對高校電機學實驗的教學改革并不多見，為提高學生對電機學理論知識的深入理解，電機學實驗需要一次全方位的改革。基于此，筆者根據平頂山學院本科院校的重新定位，提出了以計算機仿真技術與實驗平臺相結合的電機學實驗的教學改革，以培養工程應用型人才為目標，服務區域經濟的發展。
二計算機仿真技術與電機學實驗相結合的教學改革探索
（一）電機學實驗的特點電機學是大學中重要的一門專業課程，其應用范圍覆蓋了電力、電子、工業控制等眾多領域，在工業生產中占有及其重要的地位[3,4]。該課程的主要任務是研究各類電機的基本原理、基本計算和一般的應用分析。而電機學實驗是本課程非常重要的實踐環節，使學生能夠在實踐的過程中掌握電機的基本實驗原理和方法，初步培養學生對電機進行一般操作的動手能力和對實驗數據的分析能力。由于電機學課程涉及內容較多且專業性極強的特點，為使學生能夠通過實驗的方式理解專業性強的理論知識，作為實驗的一線教師在教學方式上要采用貼合實際應用的教學方式，體現教而用的教學理念[5,6]。培養具有研究能力、實踐能力和專業技能全面發展的應用型人才。
（二）計算機仿真技術與電機學實驗相結合的作用計算機仿真技術利用現代計算機的優勢，以低成本的方式能夠很好的完成真實環境中較難完成的電機學實驗的教學任務，且可以通過網絡的手段實現電機模型和建模思想的共享，可以更加合理化的讓學習利用網絡教學資源，有利于讓學生進行反復的無成本的操作和對理論知識的反復驗證及設計，同時打破了時間及空間的限制，可以實現隨時隨地的進行電機模型的搭建及對理論知識的驗證。為項目或任務驅動教學法以及翻轉課堂教學模式的實施提供了有利條件[7,8]。
（三）電機學實驗存在的問題電機學實驗是電機學理論課程的重要教學實踐環節，筆者根據自己多年來從事電機學實驗教學工作，將從教學方法、教學內容的設置和教學資源開發等方面考慮，認為目前電機學實驗主要存在以下幾個方面的問題：1.電機學實驗教學以傳統的教學為主，授課方式單一，不利于調動學生的學習興趣，這將導致學生掌握到的知識較弱，進而引發了學生對電機學理論知識的不理解。特別的對于電機學部分章節中的理論性極強且內容枯燥無味的情況，采用這種單一的教學方法顯然非常不利于學生對理論知識的掌握與理解。2.大多數電機實驗室內的實驗設備笨重，價格昂貴且運行及維護的成本較高，尤其涉及到工業控制中使用的大功率型的電機還存在著人身危險的因素，若只采用傳統實驗教學內容已不能滿足當前的需要，近些年隨著數字控制技術的發展，電機的控制技術也得到了長足的發展，同時不同類型的電機層出不窮。如若緊跟時代的步伐，當前電機實驗室不能得到大額的資金支持來滿足對各類實驗電機的需求，顯然限制了學生對各類電機的實際應用，特別是對一些新型電機的使用更是無法保障，同時受到實驗空間的限制，學校更無法為每一位學生提供足夠的實驗空間和實驗創新的機會，這更加不利于培養學生的應用創新能力。
（四）改革措施和對策針對以上電機學實驗存在的問題，從以下幾個方面進行電機學實驗的改革。1.完善課程體系由于需要在本科教育中引入計算機仿真技術，需要在課程建設方面進行完善。在學生的大學一年級階段增設系統的建模與數值分析的相關課程，建模思想早早的植入于學生們的大腦內，為大學二年級所學的電機學做好鋪墊。同時在大學的課程體系內需要引入與電機學相關的專業計算機仿真軟件，將與電機學相關的計算機仿真軟件的學習作為大學一年級的必修內容，且通過嚴格的考試過關來衡量學生對計算機仿真軟件的掌握程度，對于計算機仿真軟件的學習可通過項目驅動法的教學方式培養學生運用計算機仿真軟件對相關電路的實踐設計能力。2.計算機仿真技術應用于電機學實驗中的改革針對以上問題2可知單純的實驗平臺上的項目實驗限制了每位學生的創新性設計思路，在實驗平臺上只是簡單的進行一些項目的驗證性實驗，缺乏了對實驗的理論深度思考。計算機仿真技術的引入能夠更加直觀的讓學生發現電機電氣模型中有關的電壓、電流、轉速、轉矩等相關參數的實時動態變化，更加容易的找到電機調速等一般性規律，同時能夠及時發現問題，解決問題。在實際應用中，以目前國內權威性較高的MATLAB仿真軟件為例，該軟件集成了幾十種不同類型的電機模型，以此軟件為基礎而開發的電機學仿真模型，可以改變電機學實驗中的單一實驗形式，它可以使學生由被動地接受教師的灌輸轉變為主動地探究實驗的真諦。并且在該仿真軟件下根據同樣的設計要求，可以很容易的在計算機界面上實現不同的解決方案，這就能調動學生的積極性和主動性，培養他們發現問題﹑分析問題和解決問題的能力以及他們的創新能力。另外除了課上的時間以外，學生還可以利用課下的時間使用計算機仿真軟件繼續進行相關實驗。這就打破了實驗時間和空間的限制，保證了學生有足夠的空間和時間來完成實驗，達到了“線上、線下”都可以進行的教學模式，解決了在原有實驗條件下受到時間和空間的不足而影響學生質量的培養問題。
三結束語
計算機仿真技術引入電機學實驗的教學模式，激發了學生的深入學習電機理論的興趣，融合了線上、線下兩種不同的教學方法，對電機學理論及實踐進行了有益的補充。該種教學方式可以充分的使學生體驗到不同的學習方式，加深了學生對電機學理論知識的理解。進而完善了電氣工程專業的課程體系、革新了不同模式下的教學內容和豐富了學生對電機學認知，探索出一條行之有效的教學改革之路，必將提高平頂山學院電氣工程專業學生的人才培養質量。
關鍵詞：教學模式改革；計算機仿真；電力電子技術
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）15-0034-03
一、前言
《電力電子技術》是一門面向機械電子、自動化等專業開設的實踐性很強的應用技術型專業基礎課程。其主要研究內容為電能的變換和控制，涉及各種電力半導體器件及變流裝置，如整流、逆變、直流斬波、交-交變換等電能變換及PWM控制和軟開關技術等內容[1-2]。在該課程的課堂理論教學中，有大量的電路波形分析及電量計算內容，需要畫出相應的電壓、電流信號波形圖并作相關電量的數學公式推導及諧波分析。在傳統教學模式中主要采用PPT動畫及課堂板書等教學方式，不僅費力費時，且電路波形的動態變化表現不足，交互性很差，尤其對電路的諧波分析非常抽象、復雜而不易理解。特別是當需要改變電路參數及負載性質時，所有的波形圖必須重新畫出，非常不方便，不僅使得教學課時緊張，而且內容單調枯燥，大大降低了學生的學習興趣，難于達到理想的教學效果。為了克服傳統課堂教學模式的缺點，形象直觀地進行教學，變抽象為具體，變枯燥為生動，激發學生的學習興趣，提高教學質量，有必要將MATLAB/SIMULINK及PSIM等計算機仿真技術引入到課堂教學中，作為傳統課堂教學手段的補充，對現有課堂教學模式進行改進及完善[3-6]。
《電力電子技術》課程具有很強的實踐性，實驗教學在整個課程教學中占有非常重要的地位。實驗不僅可以驗證課堂教學講授的理論、加深對課堂理論知識的理解，而且可以鍛煉學生的動手能力及解決實際問題的能力，在整個課程教學中具有不可或缺的作用。本課程所開設的實驗均是依托“電力電子技術及電機控制實驗裝置”完成的。由于該實驗裝置操作復雜，加之每個實驗學時有限，使得學生不易熟練掌握裝置的使用，在實驗中存在以下幾方面的問題：（1）由于操作不當容易造成器件損壞，查找故障及更換損壞器件又會減少學生的實驗時間，影響實驗效果。（2）由于每臺實驗裝置只配備了一臺雙蹤示波器，同一時刻只能觀察分析最多倆路電壓、電流或驅動控制信號波形，難于對實驗電路的各處波形有一個全面的觀察，影響對電路工作情況的整體理解。（3）實驗設備及元器件的老化等問題可能使得實驗結果與理論分析出現較大差異甚至異常情況，從而影響實驗效果。（4）每次的實驗結果及觀察的波形需先記錄在實驗數據記錄表中，實驗結束時由指導教師檢查實驗數據及波形是否正確并給出成績。但若實驗結果不正確，則學生沒有時間去糾正，還需另約時間重新完成實驗，不利于提高實驗效率。針對實驗中存在的問題，需要對傳統的實驗教學模式加以改進和完善，在實驗教學中引入計算機仿真技術，開發對應實驗項目的MATLAB仿真虛擬實驗，并提供給學生，作為學生實驗時的輔助實驗手段，達到及時解決實驗中出現問題的目的，提高實驗教學質量[7-10]。
二、《電力電子技術》課程課堂教學及實驗教學模式改革的思路
基于傳統課堂理論教學及實驗教學中存在的問題和不足，引入計算機仿真技術，對《電力電子技術》課程課堂教學模式及實驗教學模式進行改革。
1.課堂教學模式改革思路。在傳統的PPT加板書授課的基礎上，引入專用電力電子仿真軟件MATLAB/SIMULINK和PSIM，針對課程主要教學知識點和重要電路開發若干課堂教學計算機仿真實例。通過在課堂教學中引入MATLAB及PSIM教學仿真實例，對關鍵的電力電子電路進行交互式動態波形分析，幫助學生理解課堂所講理論內容。采用PPT動畫+課堂板書+計算機仿真等三位一體的教學模式，提高課堂利用率，調動學生學習興趣。將相關MATLAB及PSIM教學仿真實例提供給學生，以便學生能夠在課前熟悉及課后復習課堂講授內容，達到提高學習興趣和教學質量的目的，同時讓學生熟悉電力電子電路的計算機仿真方法，為以后在實際工作的應用打下基礎。
2.實驗教學模式改革思路。在傳統裝置實驗的基礎上，利用MATLAB仿真軟件中的SIMULINK工具箱開發每一個實驗項目的MATLAB仿真虛擬實驗，在實驗前提供給學生，使學生對所做實驗的電路及需要觀察的波形有一個直觀、感性的認識。將MATLAB仿真虛擬實驗程序預存在實驗室計算機上并對學生開放，以使學生隨時能夠針對實驗中出現的問題進行仿真，觀察正確的波形，以便于幫助確定問題所在，達到快速解決問題的目的，提高實驗效率。通過虛擬實驗+裝置實驗的實驗教學模式，達到激發學生的學習興趣，提高電力電子技術實驗教學質量的目的。為了配合實驗教學改革，還需編寫一套內容完整、難易度適中、針對不同專業特點的《電力電子技術實驗指導書》，以使不同專業的學生能有針對性地選擇不同的實驗項目，從而使學生更好地得到實驗技能的訓練，提高專業技術水平。
三、《電力電子技術》課堂教學模式的改革
根據《電力電子技術》課堂教學改革的思路及漸進式的設計思想，從易到難，從簡到繁，利用計算機仿真軟件MATLAB/SIMULINK及PSIM開發設計了12個相關的教學仿真實例[11-12]。分別為單相橋式全控整流電路、三相半波可控整流電路、三相橋式全控整流電路、三相半波有源逆變電路、三相橋式有源逆變電路、BUCK降壓斬波電路、BUCK濾波降壓斬波電路、BOOST升壓斬波電路、升降壓斬波電路、CUK斬波電路、單相電壓型PWM逆變電路及三相電壓型SPWM逆變電路等課堂教學仿真實例。這12個實例基本涵蓋了《電力電子技術》課程的主要教學內容和重要知識點，通過在課堂教學中加以應用，能夠直觀、動態、形象及交互地對電力電子電路進行動態電壓、電流波形分析，提供了一種圖形化的交互環境，從而使得復雜的電力電子電路仿真和分析及波形觀察變得十分容易，改進及完善了以往僅用PPT動畫及課堂板書的教學方式，構成了PPT動畫+課堂板書+計算機仿真等三位一體的新課堂教學模式。為達到更好的教學效果，進一步提高課堂的教學效率及教學質量，在課程開始時，就將教學仿真實例的源程序提供給學生，使得學生可以課前進行預習，課后進行復習，不僅可以提高學生的學習興趣，而且還可培養學生的自學能力，同時使學生逐步熟悉和掌握MATLAB和PSIM這兩種常見的電力電子電路仿真設計軟件的使用，為以后在實際工作的應用打下基礎。
下面以三相電壓型SPWM逆變電路仿真實例為例介紹計算機仿真技術在課堂教學中的應用。三相電壓型SPWM逆變電路是《電力電子技術》課程非常重要的一個教學內容。該教學知識點除了需要介紹電路工作原理外，還包括大量的波形分析、公式推導及諧波分析和相關電量的計算。采用傳統的PPT+板書教學模式時，學生普遍反映內容復雜、抽象、枯燥、不易理解，教學效果不理想。為了彌補傳統課堂教學模式的不足，利用MATLAB/SIMULINK開發了三相電壓型SPWM逆變電路教學仿真實例，其MATLAB仿真電路模型如圖1所示，相應的仿真結果示于圖2中。
MATLAB仿真軟件具有豐富的電路波形分析功能，可方便地利用MATLAB/SIMULINK的Scope示波器觀察多路指定信號隨時間變化的動態波形。圖2中示出了三相對稱的SPWM輸出電壓ua、ub、uc的波形及三相對稱輸出電流ia、ib及ic的波形。通過仿真波形可清楚地動態觀察到對應波形間的幅值及相位關系，并可根據需要放大局部波形，而這在傳統教學模式中是難于做到的。MATLAB軟件另一個優勢是具有強大的數學計算能力，特別適合電力電子電路的諧波分析及相關電量計算。利用FFT功能模塊可對輸出SPWM電壓波形作指定次數諧波的幅值及相角計算，利用RMS功能模塊可對信號進行有效值計算。圖1中示出了利用FFT模塊及RMS模塊對輸出電壓ua進行諧波分析及有效值計算的方法，相應的動態計算結果通過Display數字顯示器可直接給出。通過以上實例可以看出，在課堂教學中，利用計算機仿真作為教學的輔助手段，可有助于將煩瑣、枯燥、抽象的理論分析及推導變得生動、直觀且易于理解，可有效引起學生的關注和學習興趣，達到提高教學效率及教學質量的目的。
四、電力電子技術實驗教學模式的改革
依據實驗教學模式改革思路并結合實驗室的具體情況，本課程共開設4個實驗：三相半波可控整流電路實驗、三相半波有源逆變電路實驗、三相橋式全控整流及有源逆變電路實驗、直流變換電路實驗等。所有實驗均可在“電力電子技術及電機控制實驗裝置”實驗成。不同專業的學生可根據專業需要選擇其中3個作為必做實驗，1個為選做實驗。針對該實驗設備操作復雜、實驗學時有限的問題，編寫了與實驗設備配套的《電力電子技術實驗指導書》，對每一個實驗均詳細說明了實驗要求、電路的工作原理及實際操作過程等內容。利用MATLAB仿真軟件中的SIMULINK工具箱開發了每一個實驗項目的MATLAB仿真虛擬實驗程序。分別為：三相半波可控整流電路虛擬實驗、三相半波有源逆變電路虛擬實驗、三相橋式全控整流及有源逆變電路虛擬實驗、BUKE降壓斬波電路虛擬實驗、BOOST升壓斬波電路虛擬實驗、升降壓斬波電路虛擬實驗及CUK斬波電路虛擬實驗等，對應每一個實驗，均編寫了虛擬仿真實驗指導。在實驗前，將相應的虛擬實驗仿真程序提供給學生，使學生對實驗電路的結構、電路元器件連接關系、相關的電壓、電流波形等有一個直觀、感性的認識，以提高實驗效率和實驗效果。所開發的所有虛擬實驗程序均安裝在實驗室計算機中，學生在實驗中可隨時調用相關仿真程序，通過對相應電路波形的對比，幫助確定實驗中出現問題的原因，找到解決問題的方法。圖3為三相橋式全控整流電路虛擬實驗MATLAB仿真模型，其仿真波形示于圖4中。
由圖4中虛擬實驗仿真波形可以看出，學生可以同時觀察到相位依次相差120°的對稱三相電源線電壓uab、ubc、uca的波形，三相電流ia、ib、ic的波形，6個晶閘管依次相位相差60°的門極觸發信號ug1～ug6的波形，整流輸出電壓ud及輸出電流id的波形等。通過仿真波形，可觀察到全部相關信號之間的相位關系。尤其重要的是可仿真當某個晶閘管的門極觸發信號缺失或是晶閘管故障時電路相應節點的波形，當實驗中出現相應故障時，可以幫助學生確定故障原因，提高學生獨立解決實際問題的能力，而這是實際裝置實驗中僅利用雙蹤示波器觀察波形時無法實現的。從三相橋式整流電路的MATLAB仿真虛擬實驗的例子可以看出，虛擬實驗具有裝置實驗所不能實現的功能，是裝置實驗的重要輔助手段。采用計算機仿真虛擬實驗+實際裝置實驗的實驗教學模式可以達到提高實驗效率和實驗教學質量的目的。
五、結束語
本文針對傳統課堂教學及實驗教學中存在的問題和不足，在課程教學中引入計算機仿真技術，對《電力電子技術》課程教學模式進行了改革。提出了PPT動畫+課堂板書+計算機仿真三位一體的課堂教學模式，基于MATLAB/SIMULINK及PSIM電路仿真軟件開發了教學仿真實例應用到課堂教學中，可以實現對電力電子電路進行電路原理及波形的交互式動態分析，形象直觀，便于理解和掌握。基于MATLAB/SIMULINK開發了虛擬實驗程序，提出了虛擬實驗+裝置實驗的實驗教學模式，提高了學生獨立解決實際問題的能力。計算機仿真技術應用到課程教學中，提高了學生的學習興趣及教學的效率，讓學生逐步熟悉電力電子電路的計算機仿真方法，為以后在實際工作的應用打下基礎，是一種值得肯定和進一步發展完善的教學改革方向。
參考文獻：
[1]王兆安，黃俊.電力電子技術[M].第4版.北京：機械工業出版社，2000.
[2]王兆安，劉進軍.電力電子技術[M].第5版.北京：機械工業出版社，2009.
[3]洪武.PSIM在電力電子技術教學中的應用[J].實驗科學與技術，2009，7（1）.
[4]陳宏.基于Matlab的電力電子技術課程的教學探索[J].實驗室科學，2013，16（1）.
[5]丘東元，張波.基于仿真平臺的“電力電子技術”教學模式探討[J].電氣電子教學學報，2010，32（2）.
[6]榮軍，萬軍華，陳曦.計算機仿真技術在電力電子技術課堂教學難點中的應用[J].實驗技術與管理，2012，29（8）.
[7]汪義旺，索跡.電力電子技術仿真實驗教學探討[J].實驗科學與技術，2011，9（4）.
[8]馬立華，席惠.MATLAB在電力電子實驗教學中的應用[J].實驗室研究與探索，2005，24（2）.
[9]王武.基于Matlab和PLECS的電力電子仿真實驗教學[J].實驗技術與管理，2011，28（6）.
[10]段曉燕，趙正天，段生成.電力電子技術模擬實驗教學探討[J].實驗科學與技術，2008，6（6）.
[11]黃忠霖，黃京.電力電子技術的MATLAB實踐[M].北京：國防工業出版，2009.
[12]野村弘，藤原憲一郎，吉田正伸.使用PSIM學習電力電子技術基礎[M].胡金庫，賈要勤，王兆安，譯.西安：西安交通大學出版社，2009.
【關鍵詞】教育技術；計算機仿真；教學平臺
【中圖分類號】G420 【文獻標識碼】A 【論文編號】1009―8097（2009）06―0124―03
引言
現代信息技術環境為信息教育的開展提供了重要保證。在這樣的環境下，如何對學與教的過程和學與教的資源進行設計、開發、使用、評價和管理，是一個有待于開發和探討的課題[1]。
作為現代信息技術的重要組成部分−− 機器人仿真技術一般 用于工程設計，還沒有用于高等學校聽障學生學習計算機編程語言先例，它優良的計算機界面圖象仿真功能，從視覺補償角度非常適用于聽障學生的特點。利用這一特性，我們將計算機編程語言學習中聽障學生所遇到的難點，教學點用仿真圖示的方法進行新的教學方法組合。例如：流程圖設計與編寫計算機指令的關系，我們拋開聽障學生不易明白的技術術語，以工程設計項目為方式，機器人創新教育的教學訓練的模式[2] ，設計了流程圖與指令對應同時與所寫指令有明確執行效果的教學方法（見下圖1）。
由于是工程項目設計，目標易于理解，聽障學生可以很容易地根據目標選用流程圖中的圖形進行過程組合，而在流程圖的組合過程中對應的計算機指令也實事 的顯示出來。指令的用法也一目了然。聽障學生通過這一方法，首先知道流程圖的基本畫法，其中每一個圖框中應寫那 條指令，而且明白所寫指令對應的實際效果是什么。利用這種圖、文、做一體的簡便方式，聽障學生可以很清楚的看到計算機語言的編寫過程和機器指令的使用方法。針對結果中出現的問題可以很清楚地知道在何處修改，同時可實時看到修改的結果。用這種教學模式可使聽障學生的“入門” 較輕松，溝通較容易，這樣便 使他們對學習編程建立信心。
一 基本設計思路
常規的計算機高級語言的教學一般選用指令分類的形式講解, 每條指令的含義可用語言、文字解釋。教材可以簡潔明了。但聽障學生由于聽力障礙, 基礎術語、語言文字能力較差，簡潔的教材, 使得講解十分困難, 同時沒有聽障學生適用的輔助教具, 更增加了聽障學生的理解難度。為解決以上所涉及的難題，在本教學環節設計中引入仿真機器人，采用了屏幕機器人仿真和流程圖與計算機語言對照的方式來講解計算機高級語言, 大家知道：在計算機輔助教學系統中，被計算機程序化的影像起著視聽教材的作用[3]。根據這一原理，我們將語言的學習變成屏幕游戲的編寫, 不刻意強調每條指令的結構, 用簡單的圖面對比來告訴聽障學生指令的意義和用法。這種視覺補償的方式, 可很好地兼顧聽障學生的生理特點, 揚長避短。設計原理框圖見圖2：
二 課程設計方案
1教學對象分析
在教學過程中, 我們發現聽障學生極易放棄他們認為不易掌握的知識, 盡管有些在正常人看來是及其 簡單的。為使聽障學生能達到既定的學習目標，教師必須考慮聽障學生達到此教學目標所經歷的心理歷程。本教學環境選用了視覺補償的概念, 利用計算機仿真技術從基礎知識入手，利用顯、淺、易、懂的方式引導聽障學生進入教學情景, 最大限度的集中聽障學生在課堂上學習的注意力，積極參與到既定的教學過程中,提高學習效率。
從教學內容來講，要分析掌握技能與聽障學生原有學習習慣之間存在的差異，面向學生的學習需要[4]，聽障學生還有多少知識沒有掌握。從教材上來講，教師應努力以鮮活的知識、通俗易懂的教授形式把生硬的教材符號簡單化。
以往教學目標關注較多的是知識， 技能。缺少為達到此目標所進行的感情、能力的關注。對聽障學生而言，教學目標與他們的生理、心里、認知能力之間有很大的聯系, 而溝通難是工科學科教學中的一大難點。因此教學目標的設計首先要以如何使聽障學生能夠學會為主要目的，即用仿、學、做結合的方式改變“溝通難” 的問題。
2 教學目標
（1）根據知識的性質確定教學方式[5]。通過仿真教學輔具的幫助，聽障學生能夠較有成效地學習計算機編程語言的知識及基本操作，培養聽障學生建立基本工程設計的概念，使聽障學生能運用計算機仿真的手段將制定項目 設計構思以直觀形象表達 出來，同時聽障學生可用此方法完成自定義項目的練習。
（2）教學設計過程要根據聽障學生的生理特點和知識水平選擇教授知識的切入點，教師應“激活” 以符號為主要載體的書本知識，并對其進行個性化解讀和詮釋[6]。教授給 聽障學生學會選擇，正確使用，把學習內容分解成為一系列更易處理的單一子任務，從而使聽障學生獲得一種較為輕松的學習環境。感受到科學的有用和研究的
樂趣，在親歷體驗的過程中構建他們動態的知識體系，從而學會學習、樂于學習。
三 設計方法
1 課前準備
（1）教學點：流程圖設計與編寫計算機指令的關系及設計效果。
（2）構建計算機仿真技術支持的學與教實踐教學環境。
學生每人一臺教學計算機，在機器上裝有仿真教學輔助軟件。
學生自由組合組成練習小組，搭建實踐教學用仿真場地同時配備教學機器人一臺。
2 教學流程
（1）復習流程圖的基本知識。
（2）利用仿真教學平臺中流程圖設計子系統，建立指定項目的設計流程。觀察流程圖的設計過程與指定項目之間的邏輯關系，流程圖的圖示化選擇是否正確，并分析原因。
（3）觀察流程圖的圖形模塊所生成的計算機指令與單一指令設計的不同。
（4）將流程圖對應生成的計算機指令調入到計算機語言的編譯環境中，進行語法檢查，通過后，進入仿真。
例如：―― 設計一個《機器人走四邊形》的工程訓練項目，學習條件轉移語句的使用。
首先：拋開聽障學生不易明白的技術術語，以工程設計項目為方式，利用《聾教育仿真教學平臺》設計了流程圖與指令對應同時與所寫指令有明確執行效果的教學方法（見圖3）。
第二：對應學習計算機編程語言指令― 講解用while實現虛擬前行的方法，條件循環走正方形指令。
第三：指導學生利用教學軟件在計算機屏幕上利用圖形化C語言編譯環境工具完成指定教學科目的訓練，教授對應學習的手段和方法。讓學生了解語言編程的基本方法和調試手段。
3 教學過程
根據圖2我們可知，這是一個虛擬機器人運動的工程項目，我們將此單元課程設計為：
第一：設定工程目標： 虛擬機器人向前行走一段距離然后右轉,重復進行。
第二：選用流程圖與機器指令對應的設計方法講解計算機語言。
首先用圖形化編輯的方法列出流程圖，此時每一個流程圖形所對應的機器指令亦同時在屏幕上對應顯示出來。
第三：學習機器指令，講解使用方法。
第四：屏幕仿真，觀看設計結果。見圖4。若有誤差對應修改。
第五：保存結果。
四 小結
利用這種圖、文、做一體的簡便方式，聽障學生可以很清楚的看到計算機語言的編寫過程和機器指令的使用方法。針對結果中出現的問題可以很清楚地知道在何處修改，同時可實時看到修改的結果。用這種教學模式可使聽障學生的“入門” 階段的學習較輕松，技術溝通較容易，這樣便使他們對學習編程這門課程建立信心。用這種方法作為“入門”階段的的教學途徑，降低入門難度，從教學結果看聽障同學掌握較好，課堂氛圍輕松。
仿真技術用于聽障學生的計算機語言教學實際上是一個新的課題。本著淺顯易懂的教學理念，在教學時進行了如下設計：
第一：課前準備。將現代仿真技術成為聽障學生課堂教學的組成元素。創建一個新穎的實踐教學環境。減輕聽障學生學習難度, 樹立學習的信心。這樣可以減輕聽障學生學習計算機高級語言普遍存在的畏難情緒。
第二：從整個教學設計中關注學生自主參與，要照顧聾生的思維進程[7]，將合作學習貫穿在查找、收集、交流、構思（設計）和運行等各個教學環節之中，確立學生的主體地位，培養了合作精神。提倡項目式合作訓練，使學生把學習過程當成一種“游戲” ，輕松愉快，減輕了學習過程中的心理壓力。
第三：重視以發展的眼光來評價學生的設計，盡可能挖掘學生在學習中的閃光點，并給予充分的肯定，讓每個學
生都有成功的體驗，從而讓他們樹立信心，初步學會計算機語言的編程規律。 有一個良好的開端。
五 教學后記
通過教學輔具在聽障教學中的使用，以構建計算機仿真技術支持的學與教創新環境為出發點，利用計算機仿真的教學手段，同時運用身心障礙補償和技能訓練的方法，對有聽力障礙的學生進行現代技術知識的傳授。教師利用這一教學載體，通過機器人創新教育的教學訓練模式，力求解決聽障學生學習計算機語言“入門難” 的問題，聽障學生能借助此技術來改善學習境況，同時建立一種新的聽障教學的實踐模式。
特殊教育象征著一個社會的文明程度和發展水平，特教教學是一個復雜而細膩的過程, 教師的一個手勢，一個微笑，一句稱贊等各種表示都會對聾啞學生產生很大的影響，更由于聽障教學人文主義色彩較為濃厚，這種作用就更為重要。而我們在發展的同時要始終把握好一個原則，那就是技術只能是一種工具，無法代替人的情感因素。根據聽障學生認知活動的特點來選擇恰當的教學策略[8]。將情感因素帶入教學中，幫助聽障學生克服心理障礙，提高學習質量，達到最終教學目標。
參考文獻
[1] 杜平原, 吳超英. 信息技術環境下教學設計創新的構思[J]. 教育技術理論與實踐.2004.2:3-5
[2] 仲照東,李益明.機器人教學與高職創新教育[DB/OL].
[3] 山口熏,金子健.特殊教育的展望[M].遼寧: 遼寧師范大學出版社, 1996.
[4] （美）湯姆林森 著.多元能力課堂中差異教學[Z].劉頌譯.北京: 中國輕工業出版社, 2003. 9.
[5] 李明祥.聾校信息技術教育探索[OL].
[6] 胡波.基于新課程理念的現代教學設計[J]. 中國教育學刊, 2007, (3): 44－48.
[7] 張峰.聾校運用計算機輔助教學的幾點思考[OL].省略/runwen/xklw/xx/200703/144353.html.2007-03-09>
[8] 陳書爽.多媒體技術在聽障學生個性化教育中的支持性研究[OL].省略/xgjy/tsjy/jszx/jxyj/tzyj/200802/t20080227_446842.htm.2008-02-26>
The Design and Practice of Computer Programming Language Teaching for Deafness Students
HAN Yu-min
(Special Education College of Beijing Union University Beijing100075,China)
關鍵詞：計算機；大學物理；模擬仿真；理論教學
一、前言
在大學物理課堂教學中，計算機可以快速完成常規的計算并仿真模擬物理過程，強化教學效果，對培養學生的學習興趣、科學思維能力、探索發現和創新精神等能起到積極的作用[1]。
計算機仿真技術是一門基于計算機建立的系統模型進行動態研究的綜合性技術。20世紀初，仿真技術就已得到初步應用。20世紀40年代至50年代，航空航天和原子能技術的發展推動了仿真實驗技術的發展和應用。20世紀60年代之后計算機技術的發展，為仿真實驗提供了先進的平臺，加速了仿真技術的發展和應用[2][3]。
隨著仿真技術的發展，計算機仿真實驗應運而生。20世紀90年代初，國內部分高校和機構開始著手于計算機仿真實驗的研發。其中由科大奧瑞首創開發的計算機仿真實驗教學軟件大學物理仿真實驗，是國內最具權威的大學物理仿真實驗教學系統，已在國內外多所高校獲得應用。仿真物理實驗作為計 算機輔助物理實驗教學的一個發展方向，已經成為了大學物理實驗的一個新亮點。
二、仿真教學的研究
大學物理的理論教學與實驗教學同等重要。對于計算機專業的大學物理課程而言，仿真教學既可以成為教學內容也可以作為一種教學手段。仿真教學是利用計算機仿真技術，實現大學物理課程知識和計算機專業能力并重培養的過程。這樣，仿真教學拓寬了大學物理教學內容，把以教授知識為主的課堂教學轉變為教授知識和能力培養并重的課堂教學。
筆者結合近兩年在安徽信息工程學院（原安徽工程大學機電學院）計算機專業的大學物理教學實踐，總結其中存在的以下問題，也是促使課堂進一步實行仿真教學的原因。
（1）學生理科基礎薄弱。在工科專業中，計算機專業的學生的知識基礎相對較差，尤其是對數學、物理等理科基礎知識的掌握。仿真教學基于軟件平臺，其中核心的算法需要一定的數學基礎。而算法需要的基礎知識是應用層面的，比純粹的理論知識更容易接受，這也符合“通過做數學來學數學”的思想。因此，仿真教學反過來還可以鞏固和增強理科基礎知識的理解和應用。
（2）學生缺乏學習動機和學習興趣。大學物理作為高校理工科專業基礎課程，其重要性可見一斑。學生對基礎課程的認識不足，直接導致學習動機降低。仿真教學作為一種教學手段，既體現了大學物理的實用性，也加強了計算機專業實踐，能有效發揮學生的主觀能動性，增強學習動機和提高學習興趣。教學內容、方法和考核方式也會影響學生學習的動機和興趣。
（3）教學內容陳舊。大學物理的基本內容是幾十年甚至幾百年前就建立起來的，課本中研究的更是簡化了的、能用解析方法求解的典型問題。而實際問題是復雜的，且隨著科學技術的發展，人類對問題的認識也會發生改變。仿真教學具有交互性，可以開拓教學內容。因為物理仿真對象來源于實際，需要學生去生活中尋找和探究對應應用，然后結合大學物理理論知識進行模擬仿真，達到深化教學內容的目的。由于仿真需要一定計算機專業知識，這樣仿真教學也側面增強了專業知識的運用。
（4）教學方法傳統、考核評價方式單一。在教學中，筆者所在學校的大學物理依舊采用傳統的教學方法，即教師的單方面講授。即便采用了多媒體輔助教學手段，也僅僅停留在展示物理模型或過程的階段。一方面是由于大班教學的限制；另一方面，由于課時數量的縮減，使得講授成為一種高效傳授知識的方式。但這種教學方法效果不理想，課堂上普遍出現學生睡覺和玩手機的現象。針對計算機專業學生采取的課堂仿真教學，需要學生及時參與，結合一定的專業基礎理解和應用物理知識。仿真教學要求教師布置電子作業，需要學生投入更多課后時間去實踐，且由于作業加強了與專業課程知識的聯系，這樣就簡化了作業的操作性，但提高了作業的挑戰性、趣味性和創造性。
由于實際物理問題的復雜性，許多問題都要用到精確的數學計算。仿真教學充分利用了計算機的強大功能，豐富計算機輔助教學的內涵，使計算機不僅是教師的輔助教學工具，也是學生W習的工具和內容。筆者在課堂仿真教學上還參考了美國大學的多種教學方法。因為課堂教學不是一言堂，而是多言堂；不是單向灌輸，而是雙向甚至多向互動；不是單調、乏味的，而是生動、活潑，充滿生機活力的[4][5][6]。
三、仿真教學的改進措施
傳統大學物理的考核方式比較單一，針對計算機專業實施的仿真教學，筆者在考核方式上也進行了一系列改革。
傳統的大學物理教學內容、教學方法和考核評價形式均存在一定問題，對于計算機這種工科專業，學生會很難從大學物理這門基礎課程中受益，那么大學物理打基礎、搭橋梁的重要功能也就得不到體現。因此必須通過教學改革來改善這種局面，結合計算機專業特點進行的大學物理課堂仿真教學是一種有效嘗試。
1.仿真教學軟件
仿真教學基于軟件，以下是在大學物理課堂仿真教學中使用到的軟件。
（1）Flash。Flash是由Macromedia公司推出的交互式矢量圖和Web 動畫的標準，廣泛應用于創建應用程序，可以包含視頻、聲音、圖形和動畫。課堂教學中可使用Flash來創建多媒體課件中的動畫、視頻內容，也可以通過添加圖片、聲音、視頻和特殊效果，單獨構建Flash應用程序。在仿真教學中，Flash可以用來制作精美的動畫，添加到課件中，可形象模擬物理現象和過程[7]。
（2）Java。Java是一種面向對象的程序設計語言，具有通用性、高效性、平臺移植性和安全性等特點。目前，很多國家和機構都建立了基于Java技術的仿真實驗系統。如美國俄勒岡大學物理系主辦的物理仿真實驗網站和科羅拉多大學波德分校（University of Colorado Boulder）創辦的PhET網站，網站中的仿真項目均是基于Java語言編寫的。國內的華中科技大學李元杰教授組織構建的DTP（digital teaching of physics）也是基于Java語言的（如圖1所示）。
相對于Flash，Java_發更具交互性。對于計算機專業學生，Java更是一門需要學習和運用的語言。
（3）MATLAB。MATLAB是MathWorks公司出品的商業數學軟件，用于算法開發、數據可視化、數據分析以及數值計算，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。MATLAB的處理單元是矩陣，比用C、FORTRAN等語言完成相同的事情更簡便。Simulink提供了一個系統建模、仿真和綜合分析的集成環境。在該環境中，無需編寫大量程序，只需通過簡單的鼠標操作，即可構造出復雜的系統。比如在演示振動和波動的疊加時，用Simulink演示就比較直接方便。
Flash可以制作出精美的動畫，而MATLAB也有多種方式實現動畫效果[8]。因此，在仿真教學中，MATLAB不僅可以進行數值計算，也可以進行可視化模擬仿真（如圖2所示）。
（4）VRML。VRML即虛擬現實建模語言，可用于建立動態的虛擬世界。目前，國內有高校成功開發了基于VRML技術的三維仿真實驗中心。比如，華中科技大學開發的液壓元件裝拆實驗，學生可以在仿真的環境中認識和操作各零部件。虛擬現實技術作為第二代互聯網技術的重要基礎，已經引起越來越廣泛的關注和應用。比如，當前火熱的VR（虛擬現實）和AR（增強現實），對于計算機專業的學生，接觸并了解這類技術對專業學習是有益處的。
以上是大學物理仿真教學中可以運用和接觸了解的軟件，其他專業學科類的仿真軟件暫未涉及。
2.仿真教學內容
大學物理理論教學內容較多，但教學課時是有限的（筆者所在學院一學年安排96課時）。作為專業基礎課，大學物理還必須為后續專業課程學習打好基礎，因此仿真教學內容必須是精簡的、與專業緊密相關的內容。
物理研究的對象是物質（包括能量和場），因此仿真教學的內容也是客觀的物質。物理中關于物質運動的規律是經過抽象概括的，主要通過模型來描述。物理模型可以分為心理模型和概念模型。心理模型是學生腦海中建立的關于物理現象認識的模型，而概念模型是建立在物理概念之上的模型。學生的學習就是不斷克服和打破心理模型，接受概念模型的過程。而大學物理仿真教學的主要內容就是基本物理概念模型的仿真。
在仿真教學中，筆者把物理模型分為：運動類、能量類、振動類、波動類、熱學類、電磁場類和光學類等。根據仿真教學要求編制的教學大綱包含了具體的仿真教學模型和實現方式。
3.仿真教學實施
課堂仿真教學的實施，需要學生和教師雙方的參與。教學中，教師和學生均會面臨一些新的困難和挑戰，包括假設生成、模型設計、數據解釋以及對發現過程的自我監控等。因此，仿真教學需要建立有效的反饋機制，包括仿真教學在內容選擇以及過程設計上應該針對學習者的困難提供相應的學習支持，只有這樣才能真正發揮計算機模擬在學習中的優勢。
仿真教學的教學效果還需要建立評價機制，包括學生對教師的評價和教師對學生的評價。課程評價“本質上是一個確定課程與教學計劃實際達到教育目標的程度的過程”，是貫穿于課程實施全程并推進課程進展的內在動力， 也是連接課程目標與課程實施的橋梁。教師應根據教學評價結果，及時反復修改教學大綱，達到教學目的。
4.教學評價
教學的中心是學生，因此需要學生參與到教學評價中來。從學生角度，學生需要知道自己是否達到了學習的要求以及是否需要改進學習方法。因此需要教師對教學中學生學習情況進行評估，除了學校教務系統必須完成的學生對教師的評測以及平時的面談等形式外，還可以通過以下形式完成對仿真教學的評估。
（1）調查形式。調查是一種直接有效的檢驗學習效果的形式。包括：物理期望調查，對物理科學的認識信心的調查，科學觀點的調查以及其他內容調查。
（2）反饋形式。首先是組長收集組內成員（大約十名）對教師的測評表（結合由筆者制訂的教學目標），經過整理分析后，交給學習委員；其次是學習委員結合組長平時的表現，給組長收集的信息打可信度系數；最后把有系數的測評表交到筆者手里，完成學期反饋評估。
（3）作業形式。作業包括紙質作業和電子作業，且安排了分組。紙質作業主要是對課本習題的思考，對于有一定難度的習題，要求學生寫上自己對課堂仿真的思考、疑問或者對老師上課的意見等。電子作業是要求組內完成課堂上某個仿真程序的編寫和運行，其中均包含對仿真教學的反饋。
（4）報告形式。在每一學期教學中，安排PPT報告。根據課堂上的仿真教學，結合課本未講述的內容制作PPT并進行報告。報告要求分工合作， 其中包含對課堂仿真教學和教師的評價。
根據以上教學評估結果，對學生和教師學期表現進行綜合評價。
筆者針對計算機專業理科基礎薄弱、物理學習動機和興趣的缺乏、教學和考核方式單一、教學內容陳舊、理論與實踐脫節等問題，在大學物理課堂教學實施了仿真教學，同時改革了教學內容、教學方式和評價機制等。教學實踐表明，仿真教學精簡了大學物理理論知識內容，減輕了學生學習負擔；增強學生學習的動機，提高學生學習的興趣，參與課堂教學；加強了與專業的關聯性， 提高了學生的專業實踐能力。此教學研究將大學物理理論知識與計算機專業應相結合，強調了學科的實用性，推進應用型本科高校的改革。
參考文獻：
[1]吳能芝.計算機模擬輔助大學物理教學的研究[D].武漢：華中師范大學，2007.
[2]候彥慶.計算機仿真技術的應用與發展趨勢[J].信息通信，2016（2）：181-182.
[3]王子才.仿真技術發展及應用[J].中國工程科學，2003（2）：40-44.
[4]陳文彥，王栓宏.體驗美國大學的教學模式[J].中國大學教學，2013（5）：94-96.
[5]江 捷.美國大學多樣化教學方法的分析與啟示[J].教學研究，2012，35（2）：20-22.
[6]張曉玲.基于FLASH技術的大學物理仿真實驗的研究[D].武漢：華中師范大學，2007.
【關鍵詞】仿真技術；實踐教學；應用
中圖分類號：G64
文獻標識碼：A
文章編號：1006-0278（2015）04-143-01
目前鋼鐵行業受到行業背景的沖擊，出現了“寒冬”現象，企業效益和發展生存受到挑戰，對接收學生實習的積極性不斷下降，即使接收學生實習，時間也被大大縮短，冶金工程專業的學生在實習中企業很少給動手操作的機會，教學效果難以達到教學目標的要求。若將先進計算機仿真技術應用于實習教學環節中，能彌補傳統教學的不足之處。
一、仿真技術在實踐教學中的必要性
隨著計算機技術與網絡的發展，仿真技術運用在各個學科領域和工程技術項目當中，為推進科技進步和經濟發展起到了重要作用。同時，在高校實踐教學中的作用也十分的突出。以計算機和專用設備為工具，人在虛擬的環境中可以獲得和現實環境中相同的感受。并根據真實環境中的理論和實際操作情況在虛擬的環境中進行操作、驗證、設計、運行等教學方式。在教育教學中應用仿真軟件，對提高教學成效，促進教學相長有十分重要的意義。
目前，仿真技術主要應用于電子信息、機械加工、工程管理等相關專業的實踐教學，在冶金工程技術專業的應用還不是太廣泛。冶金工藝技術類課程是冶金技術專業的必修課程，該類課程主要特點是將原理整合到工藝中，在理解原理的基礎上制定合理的冶金工藝制度，解決實際生產問題。傳統的教學模式中，原理和工藝不能有效的融合在一起，原理苦澀難懂，工藝不能聯系實際生產情況。現代鋼鐵企業設備多，人員多、規模大，到冶金企業當中開展實踐教學會受到很多因素的影響與制約。學生無法接觸到大量實際操作，只能走馬觀花似的對冶金工藝流程及設備有表面的了解。在相關的課程教學中，僅僅依靠圖片、動畫、視頻資料是遠遠不夠的，所以教學效果并不理想。因此，改善教學方法和教學模式，加強仿真技術教學在冶金工程技術專業實踐教學中的應用是十分重要的。
二、仿真技術在實踐教學中的應用
傳統的實踐教學多為教師帶隊赴鋼鐵企業參觀認知實習，傳統的實踐教學很難保證實習的系統性。授課過程受到現場噪音、現場生產調度、設備和人身安全等因素的影響。在此就造成了不能保證每位學生都有足夠的時間詳細的了解每個生產環節的生產工藝及操作制度。學生在帶隊教師或現場人員的講解下被動接受知識，缺乏自主學習意識。同時，現場時間產生交通、住宿、廠方協商等多項費用，增加學生培養成本。因此在傳統實踐教學中操作和培訓的效率低，教師工作量大，教學成本高。
利用計算機仿真技術，進一步輔助教學，可實現同步教學，通用性強，經濟性良好。模擬仿真系統以計算機為平臺，配以豐富和真實的界面顯示，再現鋼鐵企業生產現場，搭建虛擬的燒結、煉鐵、煉鋼、精煉、連鑄、軋鋼等生產實踐平臺。學生進入平臺進行實踐學習，實現人機交互。可以使抽象的內容具體化，形象化，教學生動性得以加強。
在實習實訓教學中運用計算機仿真教學是解決上述問題的有效途徑。它可以有效的在計算機后臺集成各類生產工藝模型，進行數據模擬運算，建立合理的評價管理體系。采用三維技術、動畫技術等將現場工藝、設備逼真的呈現在計算機界面，極大的激發了學生學習興趣。增強了教學的生動性、直觀性和趣味性。可以建立完整的體系，教學時可以按照生產工藝先后順序、設備工作原理進行系統性講授。可以說，這是冶金專業教學方面的一條捷徑，可以投入較少的人力、物力出色的完成教學任務。
三、仿真實踐教學平臺功能
（一）豐富理論教學環節
仿真實踐教學平臺以冶金熱力學、動力學為基礎，將冶金原理與工業生產實際相結合，實現課本理論知識和實際操作的緊密結合。通過展示生動形象的動畫視頻資料刺激學生的感官，提高學生對生產操作的感性認識。在仿真實踐教學平臺中，知識的呈現多種多樣，有很多模塊和游戲，內容豐富；知識點難易程度適當，學生能夠輕易的理解很多鋼鐵方面的知識。在教學過程中完整地再現鋼鐵生產工藝流程，使學生愉快的完成學習任務。
（二）完善實踐教學環節
由于學生毫無生產實踐經驗，實習單位出于安全及經濟效益等諸多因素的考慮，不能讓學生進行現場體驗操作，實習效果大打折扣，實踐能力難以得到提升。針對以上問題，學院引入仿真實踐教學平臺，打破時間和空間的限制，為學生建立多維的專業實習平臺。在仿真實踐教學平臺中，學生自行設計生產工藝路徑和參數，學生能夠因變量錯誤或操作錯誤導致異常工況，便于學生提高分析問題、解決問題的能力。通過仿真實踐教學平臺，學生能掌握鋼鐵企業中各個崗位的操作技能，增加實踐能力和創新能力。
總之，冶金仿真實踐教學的這一新的教學模式的應用還在起步和研究階段，利用現有資源，只要積極思考在應用中產生的問題并加以分析解決，加之與理論知識有效結合和互補，一定會達到良好的教學效果。
參考文獻：
[1]卓偉偉，蹤波.網絡虛擬煉鋼大賽對于教學改革的意義[J]中國科教創新導刊，2013（14）.
關鍵詞:葉片零件;數控加工;計算機仿真;工藝設計;虛擬執行
引言
自上世紀中期MIT開發出第一代數控機床后，數控技術的伴隨著信息技術的發展已經帶動了國防工業、高端制造業的飛速發展，先進工藝的提升解決了傳統工藝無法滿足的制造條件。當前，國家提倡建設“智能制造”強國［1，4－5］，先進的數據化制造技術是未來實現工業4.0的基礎，計算機仿真技術作為數控技術研究的補充，對數控技術的研究提供完整、準確的數據環境，并且為制造執行過程提供數據分析，為研究人員驗證算法提供穩定的環境支撐［2－3］。葉片零件作為高端產品的核心部件，提升其精度、耐用度是產品競爭力的核心體現，主要體現在復雜產品空間自由曲面的加工精度以及后期人工修正的比率，當前國內對于葉片零件的加工主要采用數字機床，葉片零件加工的精度直接關系到最終產品的成敗，如XXX驅逐艦的國產化主要取決于國產數控技術的發展，提升了國產內燃機的強度，促進了大型軍艦國產化的進度。葉片零件的仿真技術主要通過計算機仿真工具對葉片加工過程進行模擬化，如采用計算機輔助制造技術(CAM)自動完成葉片加工路徑規劃、控制程序編輯以及校驗、加工以及裝配等整個流程的模擬仿真，并且通過記錄過程數據對整個流程關鍵點進行實時分析為制造人員提供關鍵數據支持。本文通過CAM軟件設計葉片零件的加工過程的仿真，并通過實際實驗進行仿真結果分析［18－22］。
1葉片零件數控加工仿真
1.1有限單元分析法介紹
隨著計算機仿真技術在工程設計、分析階段的應用，葉片零件在其加工前期會利用有限元理論進行受力實驗分析，對其后期加工成品后整體應力、加工誤差控制、表面質量提升等方面有質的提升。有限單元分析法是指將連續的整體單元通過離散成為有限數量(特定數量)的單元，而各個單元在邊界處即可相互連接，而對于結果分析是通過單元受力結果的集合進行綜合代替，該過程在工程力學的研究中被稱為是有限單元法，最終的實際結果是否準確取(接近實際物理結果)決于有限單元結構的選取以及單元網絡劃分是否準確，而在實際工程中，為了提升分析結果的準確性，往往通過提高單元數量來提升結果的精度，但是該方法是以增加計算開銷作為代價的。研究人員主要在確保滿足工程精度要求的前提下，降低目標對象的復雜度，從而縮短分析、計算的時間。本文采用Ansys軟件作為有限元分析工具，結合與CAD的三維模型數據的無縫接入，通過數據處理、計算分析以及結果處理三個階段完成工程過程分析。其流程如圖1所示。
1.2計算機輔助制造仿真
本文設計過程中采用UGNX的CAM模塊進行輔助制造仿真，主要包含人機交互的工藝參數輸入、刀具軌跡分析計算、刀具軌跡編輯、刀具軌跡仿真以及結果后處理程序構成。(1)工藝參數輸入:該單元利用人機交互界面，將設計過程中所相關的工藝參數作為輸入，包含毛坯、刀具、夾具等工藝參數數據;(2)刀具軌跡分析計算單元:該單元主要完成對工藝方法的制定，包含了業界主流的加工工藝，例如針對削鐵工藝，包含單向切、雙向切、環切等平面統削模式，并且利用投影法在刀面上通過控制刀具實現曲面加工;(3)刀具軌跡編輯單元:該單元主要針對在計算過程中出現的偏差問題進行臨時參數更改解決過程中的問題;(4)刀具軌跡仿真單元:該單元主要完成對目標過程的仿真，根據實際工程處理過程虛擬相關零部件完成正流程的仿真執行;(5)結果后處理程序:該單元主要針對仿真結果進行統計分析，并且調用系統工具將最終的執行程序生成所需的數控代碼［14－17］。其編程步驟如圖2所示。
1.3物理模型算法介紹
作為在數控加工過程中模擬葉片零件切割的過程，熱效應對葉片的生產過程有相對較高的影響，本文充分考慮了熱效應在葉片加工過程中的影響因素，如公式1所示為熱傳導效應表示:(1)其中:T為溫度;t為時間;ρ為密度;c為比熱;L為潛熱;λ為導熱系數;(x、y、z)為坐標;fs為固相的質量分數。通常難以計算定向凝固中的熱輻射，因為存儲每個表面因素對其他視覺因子所需的大量學習，本文中，采用蒙特卡羅方法得到的數值方法來處理定向凝固中的輻射，需要更少的記憶和更高的精度。然后，被切割的葉片單元表面i所包圍可劃分為具有相同數量n的常規離散空間單元，其溫度計算為包括的表面單元的平均值，之后可以計算名為i－j的特定空間單元與表面單元i之間的熱輻射如公式2所示。(2)其中:Ti為表面單元i的溫度;Ti－j為葉片表面單元i－j的溫度;Fi和Fi－j分別為兩個葉片單元表面的面積，s為Stefan－Boltzman常數。1.4葉片零件的數控加工仿真模型基于仿真系統工具的模型設計主要通過二次開發工具對葉片曲面特征函數進行編寫，通過計算求得曲面各個型質點出的曲率半徑，其程序設計如圖3所示。工過程中對發生干涉現象的參數進行微調即可，提升切削效率、在UGNX的CAM模塊中參數設置如圖4所示，主要對主軸轉速、快速進給率、切削進給率等進行了設置。通過調用以上算法程序對初始化參數進行執行，得出一組實驗數據，經過校驗處理，最終通過后處理程序進行處理形成數據代碼，如圖5所示。
2結論
本文主要從數控機床在葉片類零件設計過程中用到的仿真技術進行介紹，從有限元單元分析法、CAM技術以及模型構建等數控加工仿真等相關進行介紹，主要對葉片編程與加工過程仿真，葉片切削過程中的切削受力變形進行了較詳細的研究。
參考文獻
［1］劉玉波．高速銑削鎳基高溫合金復雜薄壁零件關鍵技術研究［D］．哈爾濱理工大學，2016．
［2］吳寶海，張瑩，張定華．基于廣域空間的自由曲面寬行加工方法［J］．機械工程學報，2011，(15):181－187．
［3］樊文剛，李建勇，蔡永林，馬麗梅．復雜曲面多點切觸加工特征參數線刀軌規劃［J］．西安交通大學學報，2012，(01):81－85．
［4］喬陽，艾興，趙軍，劉戰強．涂層硬質合金刀具銑削粉末冶金鎳基高溫合金時的失效機理［J］．北京工業大學學報，2011，(01):1－6．
［5］李堯，劉強，楊森，熊佳俊，皮世威，徐義平．一類流線型曲面高效數控銑削加工方法研究及應用［J］．航空制造技術，2016，(19):91－97．
近年來，全國各所高校大規模擴招，每所學校的入學人數每年都在增加，而學校教學設施的更新卻跟不上這種速度。以我校為例，10年前我校每年的招生人數為300人左右，而如今每年的入校新生超過2000人。很多院校的實驗教學出現“捉襟見肘”的現象，特別是醫學院校的物理實驗教學，多位學生共用一臺實驗儀器，甚至有的學生根本不參與實驗。
2、仿真技術在醫用物理實驗教學中的應用及優勢
2.1仿真技術改變以教師為中心的“填鴨式”教學模式
隨著計算機和網絡的普及，將計算機仿真實驗軟件放入校園網絡或計算機實驗室中，能使實驗教學走出課堂，在時間和空間上得到延伸。由于仿真軟件的可視性和可操作性，學生可以提前結合實驗教科書進行預習、學習和探究，大大激發了學生探索和創新的興趣。到上實驗課時，學生不再被迫接受“填鴨式”灌輸，而是主動提出問題和想法，并在實驗過程中予以解決和驗證。
2.2仿真技術增加了合理的實驗內容
2005年，我校購買了中國科技大學的大學物理仿真實驗軟件，此軟件包含了大量的基礎物理實驗，其中核磁共振、原子光譜分析、核衰變的統計等實驗，解決了由于資金不足無法開設和現代醫學相關的近代物理實驗的問題，開闊了學生的視野，使學生進一步認識到物理學的重要性，提高了學生學習物理學的熱情。除此之外，該套軟件里的分光計實驗、偏振光的研究等降低了光學實驗調節步驟的復雜性，節約了購買昂貴光學儀器的費用。
2.3仿真技術緩解了實驗場地不足的情況
由于學校擴招，學生人數大量增加，導致實驗場地不足。引入仿真軟件，再結合學校機房的計算機就可緩解實驗場地不足的情況。由于學校機房的計算機數量較多，學生可以每人一臺，這樣就解決了多人共用一臺實驗儀器的問題，使每位學生都參與到實驗的過程中。
3、仿真實驗和實物實驗的關系
關鍵詞:仿真實驗室;化學檢驗工培養
中圖分類號:G710文獻標識碼:A文章編號:1003-2851(2010)08-0101-02
隨著計算機軟件和硬件技術的發展,計算機模擬仿真實驗室輔助教學的應用日益廣泛。然而計算機模擬仿真化學化工實驗室建設受到辦學理念、教學場地、投人資金,以及人員水平等條件的制約,發展水平差別很大。
一、計算機仿真實驗技術的概述
計算機仿真實驗是利用計算機創建的一個可視化實驗操作環境,其中的每一個可視化仿真物體代表一種實驗儀器或設備,通過操作這些虛擬的實驗儀器或設備,即可以進行各種實驗,達到與真實實驗相一致的教學要求和目的。計算機仿真實驗是虛擬仿真技術、計算機技術和專業理論知識多方面結合的結晶。各種仿真實驗室一般具有兩個基本特點。
(一)仿真性
實驗環境和實驗儀器具有高度真實感,學生在計算機上進行操作就如同置身于真實的實驗環境,面對真實的實驗儀器進行操作。
(二) 交互性
仿真實驗使實驗成為學生與計算機的雙向交流,學生利用鼠標或鍵盤自由地對儀器進行操作,自由地選擇實驗內容和實驗進程,極大地調動了學生的學習積極性。
二、技校專業技能培養的現狀
由于培養目標和知識結構的要求,技校教育課程設置具有應用性、實踐性和綜合性等特點。技校教育強調對學生進行專業核心技能的培養,對教學內容的設置、教學手段和教學設施的要求較高。但是,當前技校化工化學實習教育還不能滿足技能培養的要求,其中主要影響教學質量的因素如下:
(一)教師的知識體系結構不合理
目前多數技工學校的專業實習指導教師是從學校畢業后又直接走進學校,缺乏實際工作經驗,因此相當比例的專業教師需要知識更新。
(二)教學內容陳舊
改革開放三十年,使我國工業現代化進程加快。以電力、化工及石油化工為例,工業自動化水平已進入計算機為核心的集散型( D C S ) 控制時代。現代工業的特征是,高科技含量大、系統復雜程度高、涉及知識面廣。相比之下當前化學化工實習教育的內容顯得有些陳舊。
(三) 教學設備不足
化學化工實驗所須的設備投入很大,而且跟蹤技術發展逐年更新,而當下多數技校受資金的限制的投入不足,實驗室儀器設備臺數不足,一直是困擾實驗教學的瓶頸。如儀器分析實驗室的氣相色譜、液相色譜、原子吸收、紅外光譜儀等儀器。
綜上所述,專業技能培養的過程有大量的實踐教學環節,需要大量的教學設備及教學指導人員。其中許多化學化工實驗由于裝置復雜、藥品稀貴、操作技術要求高、危險性大、反應速率過慢等原因而無法進行,在一定程度上影響了實習教學過程的完整性。模擬化學化工實驗室將為開發此類實習教學提供了一個有效途徑。此外,建立計算機模擬化學化工實驗室,有利于化學化工實驗的綠色化改革;有利于培養學生綜合實驗能力;有利于提高化學化工實驗室建設的投資效益。
三、 仿真化學化工實驗室的建設
(一)硬件配置
對計算機要求:一般配置的電腦就能滿足要求
(二) 軟件配置
仿真實驗室的軟件平臺由系統軟件、應用軟件和專用的仿真軟件構成。
系統軟件:主要為服務器和工作站的兩大系統軟件。服務器采用Windows 2003 Server或以上操作系統,工作站操作系統為Windows XP或更高版本。
應用軟件:主要有FLAS播放軟件,常用視屏播放軟件以及OFFICE辦公軟件等。
專用的仿真軟件分為以下兩大類:
1、專業素材庫類:以flash和3D為主制作的電子掛圖,將各類化工設備和化學儀器的內部結構、工作原理、工作流程等均以立體或平面的動畫形式呈現出來, 利用仿真室的網絡多媒體系統在各終端機上進行演示和講解。
2、實驗類仿真系統:主要包括化工類仿真系統和化學類仿真系統。北京東方仿真軟件技術有限公司開發的化學化工類仿真軟件已廣泛應用于學校和企業。
(三)建設過程及費用
仿真實驗室從籌劃到初步建成歷時數月, 由于軟、硬件市場提供了豐富的產品, 只要統一謀劃, 精打細算, 充分了解市場行情, 引進招標機制, 按高性價比購買, 30萬元人民幣基本上可以完成上述工作。
四、仿真化學化工實驗室的應用
(一)形象化教學
仿真實驗的運用,改變了傳統的實驗教學模式,模擬化學化工實驗室可以拓展傳統實驗教學的領域,將信息技術融入化學化工實驗教學,對傳統的教育思想和教學方法無疑是一場革命。將抽象的知識轉變為動態的具體的形象,以使技校教育向現代化、信息化發展。
計算機強大的信息處理能力,使教學中枯燥的理論和設備得到形象化的表達,精確地反映對象的內在本質。仿真技術不但可以模擬對象的視、聽等外部形態,而且可形象地描述其內在的本質。大型儀器的仿真軟件,將常用的原子吸收、氣相色譜、液相色譜、紅外光譜儀的工作原理、操作過程等立體地呈現在學生面前,可調動學生的學習興趣;對這些儀器的結構和工作原理有了深入的了解,能解決傳統教學中平面圖形難以解決的問題 ,同時也可增加師生互動,節省課時,提高教學效果和設備利用率。
(二)節省了實驗經費,保證了實驗的項目和數量
傳統的實驗教學方法,通常是在學生自己動手操作前,教師花費較多的時間板書或利用掛圖對實驗原理及步驟進行講解,然后再進行實驗操作的簡單示范,教學手段單調,學習枯燥 ,效率不高,實驗操作過程的演示不夠全面及細致,有的學生甚至看不到教師的演示操作,對理解整個實驗過程及掌握規范的分析操作技術有很大的影響,學生的學習效果不夠理想。
模擬實驗作為一種現代化的教學手段,具有形象直觀、生動便捷、經濟省時等多種優點。如典型化工設備的模擬軟件,通過設計友好的對話窗口,可使學生根據自己的需要和水平,選擇不同的學習內容或不同的學習層次,從而使學生能真正自主地控制學習進程,并給不同水平的學生以不同的幫助。自動跟蹤模擬實驗的進 展,對操作信息進行分析和校正,如操作過程的提示、錯誤操作的危險警告等。學生用模擬實驗室進行操作,不僅可鞏固所學知識,而且可增加學習的趣味性和靈活性,調動了學生學習的積極性。
(三) 實驗技能評測
實驗技能的掌握對學生來說有著重要的意義,然而,當前實驗技能測評的主要手段僅限于紙筆測驗、實驗報告、表現性評定和檢核表等幾種,遠不能滿足教學的需要,但是仿真實驗室能夠實現基于計算機仿真的實驗技能測評。仿真實驗室構建了一個可以協同工作的虛擬實驗平臺,根據集體測評的要求,學生在該虛擬實驗室中完成各種規定的試驗內容,該內容可以是封閉的,如提供實驗指導下的實驗操作,也可以是開放的,如沒有任何約束的物質鑒別等,在學生完成實驗的過程中,計算機將記錄整個實驗過程,其中包括實驗操作的過程,協同工作的過程,實驗操作的結果等,在測評的最后,計算機根據已有的評分規則和主體的操作過程及結果,給出一個正確的評價。
(四)仿真實驗與傳統實驗教學相結合能大大提高實驗教學質量
仿真實驗是計算機技術飛速發展的必然產物, 是一種現代化的教學手段, 它能彌補傳統實驗教學的不足, 具有許多優點, 但是我們也不能將實驗教學完全建立在仿真實驗的基礎上, 因為仿真實驗畢竟也有自己的缺陷, 比如完全用仿真實驗來進行實驗教學會淡化學生對真實儀器的感受, 減弱學生的基本操作技能。學生長期缺乏必要的實際操作體驗無疑會影響他們的實驗技能。最理想的情況是仿真實驗與傳統實驗相結合。可以先用仿真實驗進行預習, 熟悉實驗儀器、實驗原理、內容和實驗操作, 等對實驗有一定感性認識后再進行實際操作, 課后學生也可用仿真實驗系統對該實驗進行復習, 這樣不僅可以加深學生對該實驗的理解, 提高實驗質量, 也能提高實驗效率。仿真實驗與實際實驗操作相結合是今后實驗教學發展的必然趨勢。
(五) 促進網絡教學
模擬化學化工實驗室與互聯網對接,可以成為網絡化學化工實驗室。學生可以不受時間和地點的限制,完成模擬化學化工實驗,上傳實驗報告,與教師交流等。還可以實現跨單位、跨地區乃至全國范圍的教學協作。建設高水平的大型計算機模擬化學化工實驗室,可以使優勢的教學資源得到共享。
五、 結論
計算機仿真模擬實驗是計算機技術飛速發展的必然產物,是一種現代化的教學手段,可以彌補傳統教學手段的不足,具有傳統教學手段無法比擬的優點。將計算機仿真模擬實驗與傳統實驗操作相結合,能夠加深對實驗過程的理解,提高實習教學的質量和效率。
參考文獻
[1]張冰.計算機仿真實驗的教學應用和發展前景[J].理工高教研究 ,2 0 0 5( 3 ) :116 ― 118.
[2]單美賢.虛擬實驗室的發展方向[ J ].開放教育研究 ,2 0 0 2 ( 2 ):4 4 ― 4 6.
關鍵詞： 仿真技術 中學物理實驗 探究式
物理是一門以實驗為基礎的自然科學，物理實驗是中學物理教學的重要環節。新課程標準特別提出在中學物理教學中應注重學科探究式教學，對教學手段和教學方法提出了新的要求和挑戰。仿真技術作為現代化教學手段之一，其在中學物理實驗探究式教學中的應用受到越來越多教師和研究者的關注，并進行了許多研究［1］―［3］。我根據新課程標準選修實驗之一：“通過實驗認識光的干涉、衍射、偏振現象已經在生活中的應用”，以光的單縫衍射為例，通過計算機仿真，開展探究式教學，取得了很好的教學效果。
1.光的單縫衍射原理和仿真［4］
圖1 單縫衍射的光路圖
如圖1，單色光入射到狹縫上，發生衍射，在P點產生疊加，形成衍射圖樣。P點的光強為：I=I()，其中α=，a為縫寬度。
利用MATLAB語言對其進行仿真：
f=700;a=0.04； %設置縫寬 r=700e-6；%設置波長
x=linspace(-20，20，300);
seta=atan(x/f);aphr=2*pi*a*sin(seta)/r;Ir=(sinc(aphr)).^2;%計算光強
for i=1:50
Iw(i，:，1)=Ir;
end
I=Iw*255;imshow(I); %顯示衍射條紋
得到仿真結果如圖2，衍射條紋中央是亮條紋，兩邊是對稱的、亮暗相間的條紋。
2.探究式教學過程
開始時我列舉生活中的衍射現象，學生還是饒有興趣的，但在講解衍射的過程和原理時，很多學生都表現出迷惑和無趣。當我給出仿真效果時，學生馬上來了興趣。啟發：如果我們改變狹縫的寬度，結果會是怎么樣的呢？請總結衍射現象隨縫寬變化的規律（仿真結果如圖3）。
總結：比較圖2和圖3可知，隨著縫寬的增大，衍射條紋變密變細；同理，隨著縫寬的減小，衍射條紋變寬變粗。
學生探究：如果狹縫一直增大，結果又會怎么樣呢？一直減小結果又會怎么樣呢？產生明顯的衍射現象對狹縫寬度有什么要求？
學生探究：如果怎就狹縫數又會有什么結果呢？
教師啟發：如果我們改變入射光波長，結果會是怎么樣的呢？請總結衍射現象隨光源變化的規律（仿真結果如圖4）。
總結：比較圖2和圖4可知，隨著波長的減小，衍射條紋變密變細；同理，隨著波長的增大，衍射條紋變寬變粗.
學生探究：如果使用白光作光源，結果會怎么樣呢？（仿真結果如圖5）
總結：白光是復合光，當用白作為光源時，中央是白色的兩條紋，兩邊是彩色的條紋。
課堂上，學生不斷提出新的問題，對實驗產生了極大的興趣，我要求他們按照剛才提出的問題，逐一通過實驗去驗證，并與老師仿真的結果進行比較，總結規律，完成實驗報告。
3.結語
我把計算機仿真技術應用到實驗教學中，把抽象的理論生動地表現出來，使學生更好地理解，并提高了興趣，激發了學習熱情和好奇心，培養了探究能力和探究精神。之后學生通過自己動手實驗，得出實驗結果，提高了動手能力和實踐能力。特別要強調的是，仿真只能作為探究式教學的輔助手段，用于幫助學生理解抽象理論，激發學生興趣，指導實驗，啟發學生，但要取得好的實驗效果，一定要學生自己動手。仿真不能取代實驗。
參考文獻：
［1］戴惠恩.淺談物理演示實驗的創新設計［J］.教學儀器與實驗，2007，23，（8）：22-23.
［2］邵平中學物理實驗的計算機模擬方法初探［D］.湖南師范大學，2001.
［3］梁久琳.仿真實驗法在中學物理教學中的應用探討［D］.東北師范大學，2009.
