時間：2023-12-05 09:56:51
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)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篇虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
【摘要】隨著時代的發(fā)展，科技的進步，虛擬仿真技術(shù)在實訓(xùn)教學(xué)中的作用也越來越明顯。虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用可以有效地提高教學(xué)的質(zhì)量和效率。本論文通過闡論虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)的虛擬仿真機器人機械臂模型用到的三維建模技術(shù)及軟件（如Maya、Max等）、原理以及虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢，從而研究它的價值和市場經(jīng)濟效益，并探析了虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)開發(fā)的技術(shù)在實訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】虛擬仿真技術(shù)/平臺；虛擬仿真訓(xùn)練系統(tǒng)；實訓(xùn)教學(xué)
一、虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)的三維建模技術(shù)及軟件研究
虛擬仿真系統(tǒng)的功能主要體現(xiàn)在它可以讓使用者借助于專用的視、聽、觸覺等具有感知功能的設(shè)備，進入仿真系統(tǒng)制造的虛擬空間，并且還能夠與虛擬環(huán)境中的人和物體進行實時交互，從而感知和操作虛擬環(huán)境中的各種對象，最終達到身臨其境的效果。它的組成主要是把計算機作為主要的部分，其次綜合利用三維圖形、多媒體、仿真等技術(shù)構(gòu)建起一個逼真的虛擬系統(tǒng)。從它的組成部分和應(yīng)用程序來看，虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)對三維圖形的利用還是十分頻繁的，因此我們應(yīng)當對其進行重點研究。虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)在工業(yè)機器人上的應(yīng)用設(shè)計主要是利用三維建模軟件，通過虛擬現(xiàn)實標準語言建立虛擬環(huán)境中的實體模型表現(xiàn)出來，最后通過描述它們之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系，快速、真實地顯示三維虛擬工業(yè)機器人，并為工業(yè)機器人控制系統(tǒng)提供一個研究觀察平臺。本段主要通過對虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)的三維建模技術(shù)及軟件研究，來發(fā)現(xiàn)虛擬仿真技術(shù)的優(yōu)點和研究其未來的發(fā)展方向。
Maya軟件是美國Autodesk公司出品的世界頂級的三維動畫軟件，通過對Maya軟件的運用，能夠使虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)在一定程度上提高制作三維動畫的效率和品質(zhì)，調(diào)節(jié)出仿真的角色動畫，使其得出更加真實的效果。這是因為Maya軟件不僅僅包括一般三維和視覺效果制作的功能，而且還能夠和世界上最先進的建模、數(shù)字化布料模擬、毛發(fā)渲染、運動匹配技術(shù)相結(jié)合，使得虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)所創(chuàng)造出的畫面更加真實有立體感。
二、虛擬仿真技術(shù)在各領(lǐng)域內(nèi)的作用
隨著科技的發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)在一些高科技等高端領(lǐng)域的地位越來越凸顯出來，地位與作用也逐漸提升。尤其是在移動互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用與開發(fā)、手機游戲設(shè)計及其所用到的一些主流引擎甚至高端引擎方面的價值更為突出。
Maya軟件是虛擬仿真技術(shù)的一種，它應(yīng)用的對象是專業(yè)的影視廣告，角色動畫，電影特技等。它能夠在工作的過程中展現(xiàn)的比較靈活，易學(xué)易用，制作出動畫的效率非常高，渲染出畫面的真實效果比較強，它對畫面中角色動作的捕捉尤為清晰，與畫面角色的綁定的聯(lián)系性也十分緊密，是虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)中一個比較不錯的系統(tǒng)軟件。MAX軟件它最開始的應(yīng)用是在電腦游戲中的動畫制作，后來又進一步的開始參與影視片的特效制作，MAX軟件還被廣泛地應(yīng)用于廣告、影視、工業(yè)設(shè)計、建筑設(shè)計、多媒體制作、游戲、輔助教學(xué)以及工程可視化等領(lǐng)域，也就是虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)當中。它強大的立體三維功能被新媒體、影視動畫、游戲動畫等領(lǐng)域廣泛運用。
三、虛擬仿真技術(shù)為機器智能實驗課帶來的好處
虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用為現(xiàn)代化的社會帶來了許多的方便，讓機器實驗課、項目實訓(xùn)的智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)實驗教學(xué)越來越豐富化。虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用可以有效地提高教學(xué)的質(zhì)量和效率。通過對虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用，使得上級和下級、老師和學(xué)生的客戶信息以及實訓(xùn)項目、實訓(xùn)指導(dǎo)、模擬操作、技能測評等等的信息存儲在管理信息庫中，與此同時，上級和下級或是老師和學(xué)生之間就可以通過客戶機對下級或者學(xué)生之間的實訓(xùn)進行遠程的指導(dǎo)與管理。
隨著時代的發(fā)展，科技的進步，虛擬仿真技術(shù)在在現(xiàn)代職業(yè)技能教學(xué)中的作用也越來越明顯。虛擬仿真技術(shù)的不斷完善和發(fā)展，將為機器智能實驗課等實訓(xùn)課程帶來更多的方便和益處。由于它能夠為人們提供一種高級的人機接口，具備交互性、想象性、沉浸性等特點，所以它主要的應(yīng)用領(lǐng)域在政府、企業(yè)、學(xué)校等這些需要實訓(xùn)學(xué)習(xí)環(huán)境的地方。
四、虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢
作為一項新興的科學(xué)技術(shù)，虛擬仿真技術(shù)還處在一個不斷探索前進與不斷完善的階段當中，其發(fā)展趨勢呈一個不斷上升的大幅增長的趨勢。從目前來看，雖然目前政府、教育部門、學(xué)校、教師都已經(jīng)認識到了虛擬仿真技術(shù)對于職業(yè)教育實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)的重要作用和發(fā)展前景，但在實際中，依然存在著許多問題亟待解決，因此虛擬仿真技術(shù)正在與教育、培訓(xùn)等領(lǐng)域不斷地相適應(yīng)和匹配。
其次，雖然目前政府、教育部門、學(xué)校、教師都已經(jīng)認識到了虛擬仿真技術(shù)對于職業(yè)教育實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)的重要作用和發(fā)展前景，但在實際中，依然存在著許多問題亟待解決。雖然目前政府、教育部門、學(xué)校、教師都認識到了虛擬仿真技術(shù)對于職業(yè)教育實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)的重要作用和發(fā)展前景，但在實際中，依然存在著許多問題亟待解決。例如：虛擬仿真技術(shù)對計算機及相關(guān)硬件的要求比較高，但是這些方面的發(fā)展不能夠滿足人們對虛擬仿真技術(shù)的需要，虛擬仿真軟件數(shù)據(jù)是一個龐大的數(shù)據(jù)庫，三維立體仿真軟件的應(yīng)用對顯卡和顯示器等也有很高的要求，也就是說，虛擬仿真系統(tǒng)對硬件的要求較高。因此需要對計算機及相關(guān)硬件的發(fā)展有一個更高的要求。最后，教學(xué)類虛擬仿真軟件的質(zhì)量還有待提高、對虛擬仿真技術(shù)的研發(fā)標準也不統(tǒng)一和對虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用不夠廣泛等等，這些都是需要發(fā)展改善的地方，也是未來虛擬仿真技術(shù)發(fā)展的一個大的趨勢。
五、虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)的價值和市場經(jīng)濟效益
虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)作為一個高端的科技系統(tǒng)，對政府、企業(yè)、學(xué)校等的發(fā)展，起到了至關(guān)重要的作用，并為其創(chuàng)造了更大的價值。同時虛擬仿真技術(shù)的不斷發(fā)展，也在打開了市場，擴大了市場份額的同時為市場創(chuàng)造了更多的經(jīng)濟利益。
在市場經(jīng)濟為主導(dǎo)的今天，虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)也為市場經(jīng)濟的發(fā)展做了一定的貢獻，為市場經(jīng)濟的發(fā)展添磚加瓦，在自己發(fā)展得同時也促進了市場經(jīng)濟的發(fā)展。因此，我們應(yīng)當不斷地發(fā)展虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)，使其深入到更多的地方，讓更多的地方和人們體會到虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)為人們帶來的價值。
總結(jié)
虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)的日漸完善，使得人們的生活也不斷的豐富活躍起來，政府、企業(yè)、學(xué)校等地方對其的應(yīng)用，也促進了虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)的發(fā)展。本論文通過闡論虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)的虛擬仿真機器人機械臂模型用到的三維建模技術(shù)及軟件（如Maya、Max等）、原理以及虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢的研究，探討了虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)的價值和市場經(jīng)濟價值，同時也為虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。
參考文獻：
[1]劉仲波 李瑞濤 《擬仿真技術(shù)在城市軌道交通工程實訓(xùn)中的應(yīng)用》 吉林大學(xué)交通學(xué)院、吉林交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2012年第12期
依據(jù)企業(yè)現(xiàn)有的三坐標數(shù)控鏜銑床用CATIA軟件進行機床部件的三維實體造型建模，如主軸、床身、導(dǎo)軌、刀庫等；接著以STL格式輸入到VERI－CUT軟件系統(tǒng)中進行組裝，組裝時應(yīng)把握其裝配約束關(guān)系（即幾何約束關(guān)系、運動約束關(guān)系和排斥約束關(guān)系）設(shè)定機床坐標系、部件坐標系和它們之間的關(guān)系，然后根據(jù)機床的拓撲關(guān)系進行裝配。虛擬仿真數(shù)控機床建模完成后，要設(shè)置各運動部件的運動參數(shù)，如工作行程范圍、刀具補償?shù)龋渲兄鬏S中心到主軸端面的距離和主軸線的偏移距離參數(shù)較為重要，應(yīng)正確設(shè)置，以免影響仿真結(jié)果的正確性。
2虛擬仿真數(shù)控鏜銑床應(yīng)用研究
通過虛擬仿真數(shù)控機床的建立，除對機床的運動進行論證和虛擬設(shè)計好所應(yīng)用的機床夾具外，主要是對數(shù)控加工過程進行仿真論證，以解決刀具運動軌跡錯誤、刀具干擾選擇錯誤等問題，同時，利用虛擬仿真技術(shù)可以進行加工過程的優(yōu)化，以充分利用機床和提高生產(chǎn)率。
2．1驗證數(shù)控加工過程的錯誤
進行仿真驗證時，通過系統(tǒng)應(yīng)用等軟件將零件的加工信息轉(zhuǎn)換為STL格式輸入到仿真加工系統(tǒng)生成數(shù)控加工程序，最后進行仿真加工，驗證程序軌跡是否存在錯誤。在實際工作中，由于輸入數(shù)據(jù)有誤造成仿真加工時零件形狀錯誤與輸入圖形信息不符，如刀具未進行補償、未抬刀、啃刀等，此時可返回原圖形信息輸入模擬數(shù)據(jù)，進行檢驗校正干涉碰撞錯誤，這是數(shù)控加工經(jīng)常產(chǎn)生的錯誤之一。驗證時觀察刀具對非加工部件，如對工作臺、夾具等的干涉、碰撞及對工件非加工表面的碰撞，也可對經(jīng)常發(fā)生的干涉現(xiàn)象進行專門的驗證。
2．2優(yōu)化數(shù)控加工程序
應(yīng)用VERICUT軟件時，其帶有在知識庫基礎(chǔ)上建立的優(yōu)化模塊，根據(jù)所加工小樣的類型選擇加工機床參數(shù)、應(yīng)用刀具參數(shù)、金屬切削數(shù)據(jù)庫等知識進行加工過程的優(yōu)化，其優(yōu)化內(nèi)容主要為粗加工、精加工及高速切削加工時的優(yōu)化。
2．2．1粗加工優(yōu)化
為提高生產(chǎn)效率、達到盡快去除粗加工余量的目的，根據(jù)已給出的進給量對刀具走刀路徑上應(yīng)去除的金屬材料進行速度優(yōu)化，實現(xiàn)粗加工安全、穩(wěn)定、高效率。
2．2．2精加工優(yōu)化
切削力的變化是影響加工尺寸精度和表面粗糙度的主要因素，為此在刀具切入、切出時應(yīng)調(diào)節(jié)進給率，使其切削力產(chǎn)生較小的變化，減少振動，從而提高加工質(zhì)量、延長刀具的使用壽命。值得注意的是，在用球狀銑刀加工傾斜面或曲面時進給量會有較大影響，加以適當調(diào)節(jié)則可使切削平滑、順利地進行。
2．2．3高速切削加工優(yōu)化
在工件刀具不產(chǎn)生振動的前提下，高速切削是切削加工的發(fā)展方向，通過高速切削不僅可提高生產(chǎn)效率，同時會降低工件的表面粗糙度值。減少切削力的優(yōu)化方法主要是控制進給量，保持較為穩(wěn)定的切削力和切屑去除率，通過實際應(yīng)用對球狀銑刀加大進給率，提高主軸轉(zhuǎn)速進行精加工的效果較好。當然也可采用優(yōu)化切削速度，即對主軸轉(zhuǎn)速進行精加工優(yōu)化，達到提高表面質(zhì)量的目的。
3應(yīng)用特點
利用虛擬仿真技術(shù)對數(shù)控加工進行仿真試驗，通過一段時間應(yīng)用獲得較為顯著的效益，主要表現(xiàn)在以下幾方面。
3．1提高生產(chǎn)效率
通過仿真切削加工的優(yōu)化，提高了加工過程的合理性，針對不同加工對象優(yōu)化切削速度和進給量，使其達到最優(yōu)切削狀態(tài)，減少刀具的非正常損壞，從而減少輔助時間，提高加工效率。
3．2提高加工質(zhì)量
據(jù)統(tǒng)計，飛機制造業(yè)新機研制過程中加工廢品的30％是由于工人操作不當造成，60％是由于數(shù)控程序錯誤造成，10％是其他原因而形成；為此，利用該仿真系統(tǒng)可模擬加工過程，提高了數(shù)控編程的正確性，可以大大減少廢品的產(chǎn)生。
3．3減少數(shù)控機故
數(shù)控加工時，刀具的碰撞、干涉會導(dǎo)致較大的損失，采用虛擬仿真技術(shù)可以避免并減少機床和刀具在加工時不必要的損失。縮短新產(chǎn)品的研制周期新產(chǎn)品研發(fā)時，加工出合格的關(guān)鍵零、部件是其中重要環(huán)節(jié)之一。傳統(tǒng)方法試制單一零件耗時費力，容易出現(xiàn)廢品，而通過虛擬仿真技術(shù)則可基本上驗證了所編數(shù)控程序的正確性和可靠性，為新品試制節(jié)省了大量時間，降低了新品試制的成本和研發(fā)周期。
4結(jié)語
1虛擬仿真技術(shù)能創(chuàng)造情景教學(xué)，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性
情景教學(xué)法是適合中職院校學(xué)生的一種教學(xué)方式，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生可以更快的融入到課堂教學(xué)中，情景的設(shè)計可以和實際情況相結(jié)合。虛擬仿真技術(shù)就是實現(xiàn)可以在課堂上給學(xué)生模擬真實環(huán)境的平臺，培養(yǎng)學(xué)生的實際操作能力，改變目前只能進行理論教學(xué)的現(xiàn)狀。
電子技術(shù)教學(xué)中更多是進行電路的教學(xué)，虛擬仿真技術(shù)可以有效的將真實的電路工作情況給學(xué)生呈現(xiàn)出來，讓學(xué)生可以親自觀察所有復(fù)雜的電路情況。使教學(xué)不再局限于苦思冥想的抽象理論教學(xué)中，而是能夠更直觀、更明了在虛擬平臺上給學(xué)生展現(xiàn)出來，讓學(xué)生直白的理解理論知識。例如利用flash動畫將PN結(jié)的多子的擴散和少子的漂移直觀的表現(xiàn)出來，以利于學(xué)生對PN結(jié)概念、形成過程以及導(dǎo)通條件的理解。
再如將電子技術(shù)教學(xué)中放大電路的電阻、電容、晶體管、電源通過虛擬技術(shù)multisim模擬出來，再采用multisim里模擬測量工具直觀的測出電壓、電流的關(guān)系，從而更好地理解晶體管的放大、飽和、截止，以及放大電路三種組態(tài)。有了直觀的呈現(xiàn)，學(xué)生就會產(chǎn)生學(xué)習(xí)積極性，學(xué)習(xí)積極性得到提高就解決了學(xué)習(xí)的根本問題。
2虛擬仿真技術(shù)能架起理論與實踐相結(jié)合的橋梁
課堂上學(xué)生的參與度直接影響著課堂氣氛，虛擬仿真技術(shù)可以讓學(xué)生有身臨其境的感覺，讓學(xué)生更主動的參與課堂教學(xué)，對知識的掌握更加牢固。中職院校進行電子技術(shù)教學(xué)時的重點就是電路教學(xué)，可以利用虛擬技術(shù)將實際的電路操作臺在課堂上模擬出來，讓學(xué)生可以真正的動手將電路中出現(xiàn)的各種問題進行解決，從實際操作中掌握知識點、理解理論知識，將理論教學(xué)和實踐教學(xué)相結(jié)合，使學(xué)生畢業(yè)后更容易接手實際工作，達到出校園就有能力進入社會的培養(yǎng)目標。
3虛擬仿真技術(shù)中穿插小組探討式教學(xué)，更有利于學(xué)生創(chuàng)造力的培養(yǎng)
探討式教學(xué)可以培養(yǎng)學(xué)生的思考能力和自主學(xué)習(xí)的能力，電子技術(shù)教學(xué)僅僅依靠教師是不夠的，更多的是需要學(xué)生自己進行探索，將教師講授的知識自己實踐、驗證之后才能更好的掌握，虛擬仿真技術(shù)在課堂上的應(yīng)用就是給學(xué)生提供一個自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)探討的平臺。
電子技術(shù)教學(xué)中對電路的分辨是所有教學(xué)的基礎(chǔ)，對于電路的理解和學(xué)習(xí)，可以讓學(xué)生以小組的形式利用仿真虛擬技術(shù)系統(tǒng)來進行自主學(xué)習(xí)，找到各種電路圖之間的區(qū)別，加深學(xué)生的記憶，從而更好的掌握對電路圖的分辨能力。例如同一個電路各組件可以有不同的取值，讓學(xué)生一小組討論各取值之間的理論情況，通過Multisim等仿真技術(shù)加以驗證。
再例如讓學(xué)生通過學(xué)習(xí)整流電路理論的學(xué)習(xí)，各自設(shè)計整流電路，最后在Multisim實現(xiàn)出來，以小組的形式討論誰的設(shè)計更成功，成功了，成功在哪？失敗了，錯在什么地方。通過小組的探討，與其他同學(xué)設(shè)計結(jié)果的對比，學(xué)生能找到自己的問題所在，從而更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力。
而且虛擬仿真不需要耗材，在虛擬仿真軟件上面可以隨意設(shè)置原件參數(shù)，也不會把設(shè)備燒壞，這樣更有利于學(xué)生大膽的嘗試和創(chuàng)新。
4應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)存在一定的挑戰(zhàn)
目前虛擬仿真技術(shù)并沒有在所有院校的電子技術(shù)教學(xué)中得到應(yīng)用，主要原因就是沒有專門的教師對這項技術(shù)進行學(xué)習(xí)，還無法完全掌握這門技術(shù)以便應(yīng)用到實際教學(xué)中，因此，想要更好的應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)，首要條件就是要在學(xué)校內(nèi)組建一支教師隊伍專門進行該技術(shù)的研究學(xué)習(xí)，熟練掌握是基礎(chǔ)，還要有能力對其他教師進行指導(dǎo)，使虛擬仿真技術(shù)在電子技術(shù)教學(xué)中得到普及。進行電子技術(shù)教學(xué)的教師更應(yīng)該積極主動的進行學(xué)習(xí)，使課堂教學(xué)的氣氛更加輕松愉快，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果得到提升。
5虛擬的模擬操作應(yīng)該與實際操作結(jié)合起來進行教學(xué)
虛擬仿真技術(shù)雖然可以在課堂上讓學(xué)生體會實際操作的感覺，但是卻不可以完全代替實際操作，因為模擬操作系統(tǒng)是人工設(shè)置的，很多實際操作中會出現(xiàn)的情況在虛擬系統(tǒng)中并不能夠完全體現(xiàn)，所以仿真虛擬系統(tǒng)的應(yīng)用在電子技術(shù)教學(xué)中只是起到了輔助作用，實際的操作練習(xí)也是很重要的，絕不可以將實際操作的重要性忽略掉，而是應(yīng)該將兩者的優(yōu)點結(jié)合起來，進行綜合教學(xué)，有效的提高學(xué)生的電子技術(shù)操作水平。
6結(jié)束語
我國科技的進步發(fā)展在中職教學(xué)中得到了充分的體現(xiàn)，尤其在電子技術(shù)的教學(xué)上更是有著很大的意義，虛擬仿真技術(shù)在中職的電子技術(shù)教學(xué)中得到應(yīng)用是提升學(xué)生實際操作能力的途徑之一，使學(xué)生未來適應(yīng)工作的能力得到加強，讓學(xué)生走出校園就可以得到企業(yè)單位的認可，增加學(xué)生的就業(yè)概率，使學(xué)生在競爭力極強的社會上更容易站穩(wěn)腳跟，獲得更大的發(fā)展機會。
參考文獻：
[1]陳閩蜀.虛擬仿真技術(shù)在中職電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用分析[J].蘭州教育學(xué)院學(xué)報，2015（03）：111-112.
[2]徐冬冬.中職電子技術(shù)教學(xué)中虛擬仿真技術(shù)的運用[J].大東方，2016（04）：195.
作者簡介：李承玉（1983-），男，云南保山人，講師，理學(xué)學(xué)士，研究方向：電氣自動化。
1.1 虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)在高職實踐教學(xué)中的研究現(xiàn)狀
虛擬現(xiàn)實是人們通過計算機對復(fù)雜數(shù)據(jù)進行可視化操作與交互的一種全新方式，與傳統(tǒng)的人機界面以及流行的視窗操作相比，虛擬現(xiàn)實在技術(shù)、思想上有了質(zhì)的飛躍[1]。
虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)目前在國內(nèi)外發(fā)展較快，廣泛應(yīng)用于高校實踐教學(xué)、企業(yè)生產(chǎn)加工、醫(yī)學(xué)研究、軍事等領(lǐng)域，美國的虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)代表著行業(yè)領(lǐng)先水平[2]。
我國許多高校和研究機構(gòu)也已經(jīng)利用虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)，開展教學(xué)和實驗實訓(xùn)方面研究與開發(fā)，廣泛應(yīng)用于高校的實踐教學(xué)，將會對其教學(xué)模式改革起到極大推動作用[3]。國內(nèi)的一些高職院校，將仿真技術(shù)軟件廣泛應(yīng)用于三維造型設(shè)計、數(shù)控模擬加工等實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，收到了較好的教學(xué)效果。
1.2 虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)在高職實踐教學(xué)中應(yīng)用研究的意義
利用虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)構(gòu)建一個虛擬的實訓(xùn)場所和學(xué)習(xí)場景，可減少高職院校因?qū)嵱?xùn)設(shè)備不足而產(chǎn)生的影響因素。通過進一步整合教學(xué)資源，提高實訓(xùn)設(shè)備的利用率，提高學(xué)生學(xué)知識、練技能的濃厚興趣，提高實踐教學(xué)效果和學(xué)生的實踐應(yīng)用能力，具有深遠的意義。
2 虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)在高職實踐教學(xué)中的研究內(nèi)容
2.1 虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)進行虛擬設(shè)計實踐教學(xué)的應(yīng)用研究
傳統(tǒng)設(shè)計是設(shè)計者根據(jù)產(chǎn)品用戶的需要，將所設(shè)計產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)通過圖紙表現(xiàn)出來，經(jīng)過計算或者經(jīng)驗認證后，再投入生產(chǎn)試制中進一步檢驗其結(jié)構(gòu)設(shè)計的正確性與合理性。而虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)在實踐教學(xué)應(yīng)用研究中主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
2.1.1 利用虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)開展UGCAD模塊實踐教學(xué)的應(yīng)用研究
對于工業(yè)用戶，EON Professional帶有高端的CAD和3D數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換模塊，它通過優(yōu)化，快捷地把各種CAD和3D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成EON格式。其基本模塊支持30多種格式，如AutoCAD，CADKEY，KGES，Maya，3ds max，LightWave，SOFTIMAGE 3D和SolidWorks等。此外，它還支持關(guān)鍵幀（key-frame）、自動常規(guī)校正、頂點縫合、幾何/平面削減、保持UV貼圖和紋理的情況下任意調(diào)節(jié)的組合貼圖。
我院機械類專業(yè)實施實體建模、特征建模和自由形狀建模三個模塊的實踐教學(xué)，使學(xué)生能夠方便地建立二維和三維線框模型、掃描和旋轉(zhuǎn)實體、進行布爾運算及建立表達式。掌握圓柱、圓錐、球、圓臺、凸墊及孔、鍵槽、腔體、倒圓角、倒角等命令的操作。能采用逆向工程，通過曲線/點網(wǎng)格定義曲面，通過點擬合建立模型。還可以通過修改曲線參數(shù)，引入數(shù)學(xué)方程控制、編輯模型。
2.1.2 利用虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)開展MoldWizard模塊實踐教學(xué)的應(yīng)用研究
實施MoldWizard注塑模具設(shè)計模塊的實踐教學(xué)研究，要求學(xué)生能進行中等復(fù)雜程度的注塑模具和冷沖模設(shè)計。掌握UG MoldWizard（注塑模具設(shè)計向?qū)В┑牟僮鹘缑妫炀氄莆諗?shù)字化裝配，中等復(fù)雜產(chǎn)品的分模、添加模架、鑲塊、滑塊、電極、澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)以及選用各種標準件等有關(guān)內(nèi)容。
2.1.3 利用虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)開展產(chǎn)品分析模塊實踐教學(xué)的應(yīng)用研究
以UG軟件為平臺，開展UG產(chǎn)品分析模塊的實踐教學(xué)研究，分析與探索產(chǎn)品模型受力、受熱后的變形。以模具企業(yè)設(shè)計崗位的崗位知識、能力、情感要求為課程目標，以模具產(chǎn)品為項目載體，以Moldflow模流分析軟件為工具，按工作過程來設(shè)計教學(xué)活動、組織教學(xué)。使學(xué)生掌握基本CAE分析方法的基本過程，為將來工作中實際應(yīng)用提供必要的理論基礎(chǔ)。
通過模擬塑料的成型過程，可以找出產(chǎn)生這些缺陷的原因，再采取相應(yīng)的措施來避免。塑料在模具中的成型性能也因模具的澆注系統(tǒng)的設(shè)計、塑料的性能、成型的壓力和溫度不同而不同。通過使用CAE軟件分析，有助于讓學(xué)生懂得如何優(yōu)化其模具設(shè)計，使生產(chǎn)出來的塑件避免出現(xiàn)各種質(zhì)量缺陷，優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計及選取合適的注塑工藝等。
通過模流分析軟件的模擬，可以很容易看到是否出現(xiàn)困氣問題，然后根據(jù)以上改善方法，擬定初步改善方案，用模流分析進行模擬驗證，得出模流分析結(jié)果，對其進行分析比較，這樣就能充分利用模流分析的虛擬模擬仿真，大大節(jié)省了試模成本，這就是模流分析之所以能夠得到越來越多人認可的原因。
2.2 虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)進行虛擬制造實踐教學(xué)的應(yīng)用研究
利用虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)，了解UG CAM的加工類型和特點；掌握UG軟件在銑削加工方面應(yīng)用知識；熟練掌握UG自動編程的常用命令和基本操作；掌握零件自動編程的一般步驟，并能根據(jù)零件特點選擇合適的加工方法。
在CAM自動編程和數(shù)控加工中，運用UG軟件的仿真功能對后處理程序進行模擬，用UG數(shù)控仿真軟件對加工過程進行仿真，檢查優(yōu)化其加工工藝的合理性，有效地提高機床的加工效率和模具加工質(zhì)量。
2.3 虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)進行虛擬裝配實踐教學(xué)的應(yīng)用研究
在虛擬仿真實訓(xùn)室開展模具虛擬拆裝和裝配的實踐教學(xué)研究，包括進行產(chǎn)品裝配建模、裝配路徑與順序的設(shè)計、零件裝配過程運動分析等內(nèi)容。
通過虛擬實訓(xùn)室，開展模具結(jié)構(gòu)的拆裝實驗，模具成型過程的運動仿真，模具知識的索引等實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)研究。對UG軟件進行二次開發(fā)，開發(fā)出模具結(jié)構(gòu)認知與虛擬拆裝軟件系統(tǒng)，完成典型模具的虛擬裝配等實踐環(huán)節(jié)的教學(xué)。
3 虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)在實踐教學(xué)中擬解決的關(guān)鍵問題
3.1 虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)在高職實踐教學(xué)中的應(yīng)用與研究，有效地避免了高校實驗實訓(xùn)設(shè)備不足的影響因素。學(xué)生通過虛擬實驗項目的學(xué)習(xí)與訓(xùn)練，減少其真機操作時出現(xiàn)許多失誤問題。
3.2 虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)在高職實踐教學(xué)中的應(yīng)用與研究，教師利用虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)教學(xué)時，與實訓(xùn)室技師經(jīng)常切磋技藝、探討操作問題，提高了教師的實踐教學(xué)水平。
3.3 虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)在高職實踐教學(xué)中的應(yīng)用與研究，改變了學(xué)生被動學(xué)習(xí)的方式，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、綜合實踐能力和高職實踐課堂教學(xué)效果。
【關(guān)鍵詞】傳統(tǒng)教學(xué)，虛擬仿真技術(shù)
科技發(fā)展帶動著教育方式的更新。傳統(tǒng)課堂教學(xué)方式已經(jīng)遠遠不能滿足現(xiàn)代教學(xué)發(fā)展的需求。多媒體虛擬仿真技術(shù)逐漸應(yīng)用到現(xiàn)代課堂教學(xué)中。
一、傳統(tǒng)教學(xué)的弊端
首先，傳統(tǒng)課堂教學(xué)方式重理論講授，實踐操作沒有提升到同等高度。但實際上，知識本身就是具有生動的、豐富的實際內(nèi)容，而作為他的表述性的語言文字、符號圖表等等則是抽象和簡約的。學(xué)生在課堂上學(xué)習(xí)的教材只是由漢字和語法匯集成的書本知識，這就要求學(xué)生不論學(xué)習(xí)什么知識，都要透過語言文字、符號圖表把它們所代表的實際內(nèi)容想清楚，以至想"活"起來，按照教育心理學(xué)的觀點，這樣的學(xué)習(xí)才是有意義的學(xué)習(xí)，即理解性的學(xué)習(xí)。
其次，傳統(tǒng)課堂教學(xué)方式重理性認識、輕感性認識。在傳統(tǒng)課堂教學(xué)中，感性認識被認為是只能提供認識的具體材料，唯有理性認識才能把握事物的本質(zhì)。這種感性認識與理性認識之間被人為地設(shè)置一道鴻溝。這種重理性、輕感性的理念會影響教學(xué)追求理論化、抽象化，不利于學(xué)生對知識的掌握。教育心理學(xué)研究表明，學(xué)生掌握知識的過程是一個感性認識和理性認識相結(jié)合的過程。如果學(xué)生的感性認識豐富，表象清晰，想象生動，形成理性認識及理解書本知識就比較容易。反之，要掌握書本上的概念、公式、原理等就比較困難。
從心理學(xué)的角度看，感性是指人的感知、想象、情感、靈感、直覺等心理機制與功能；理性是指人運用概念進行推理、判斷的心理機制與功能。傳統(tǒng)課堂教學(xué)缺乏對人的感性因素的刺激和滿足，從而也使其自身喪失了應(yīng)有的感染力和召喚力。再次，傳統(tǒng)課堂教學(xué)方式重視結(jié)論，輕視過程。在很多學(xué)科的學(xué)習(xí)過程中結(jié)論與過程的關(guān)系是學(xué)生求知過程中的一個十分重要的關(guān)系。重結(jié)論、輕過程正是傳統(tǒng)靜態(tài)知識觀的反映和體現(xiàn)。重結(jié)論、輕過程的教學(xué)只是一種形式上走捷徑的教學(xué)，把形成結(jié)論的生動過程變成了單調(diào)刻板的條文背誦，它從源頭上剝離了知識與智力的內(nèi)在聯(lián)系。就認識活動而言，它主要是學(xué)生自主閱讀獨立思考的過程。現(xiàn)代教育心理學(xué)研究指出，學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和科學(xué)家的探索過程在本質(zhì)上是一樣的，都是一個發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的過程。這個過程一方面是暴露學(xué)生各種疑問、思維、障礙和矛盾的過程，另一方面是展示學(xué)生聰明才智、獨特個性、創(chuàng)新成果的過程。
重理論、輕實踐，重理性、輕感性，重結(jié)論、輕過程，使以書本知識為本位的課堂教學(xué)喪失了素質(zhì)教育的功能。改革課堂教學(xué)首先要進行價值本位的轉(zhuǎn)移，即由以知識為本位，轉(zhuǎn)向以發(fā)展為本位。以發(fā)展為本位并非不要傳授書本知識，而是要把傳授書本知識服從、服務(wù)于學(xué)生的發(fā)展。為此必須著眼于更新知識觀和學(xué)習(xí)現(xiàn)。知識的直觀化、形象化、情感化、個性化、活動化、智慧化是通往素質(zhì)的必經(jīng)之路，是教學(xué)通向發(fā)展的必經(jīng)之路。
二、現(xiàn)代教學(xué)方式進步
現(xiàn)代教學(xué)方法有了很大的進步與發(fā)展，無論從形式還是內(nèi)容都較傳統(tǒng)教學(xué)有所提高。隨著計算機技術(shù)，多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的深入發(fā)展，虛擬技術(shù)逐漸由商業(yè)環(huán)境走向現(xiàn)代的教育教學(xué)領(lǐng)域。無論是幼兒園、小學(xué)、初中、高中、大學(xué)，還是各種各樣的培訓(xùn)機構(gòu)，都涉及到現(xiàn)代多媒體虛擬仿真技術(shù)的產(chǎn)物。大眾對虛擬教學(xué)儀器環(huán)境和人類文明的認知不能僅僅局限于一般的瀏覽，在試驗、教學(xué)儀器、管理、校園生活等因素基礎(chǔ)上三維立體仿真教育系統(tǒng)應(yīng)運而生。一個完整的虛擬校園教育體系真實、交互的特點正好是虛擬仿真技術(shù)的精髓和魅力所在，也將會對教育方式的變革起到極大推動作用，將會為教育事業(yè)增添強大的生命力。
當今社會已經(jīng)步入數(shù)字科技信息時代。加快虛擬仿真技術(shù)在現(xiàn)代教育領(lǐng)域開發(fā)應(yīng)用。如虛擬仿真實訓(xùn)平臺、網(wǎng)絡(luò)課程、虛擬仿真動畫（工作過程模擬軟件）、通用素材庫等多種形式的教育數(shù)字化信息資源。
三、現(xiàn)代的教育數(shù)字化發(fā)展
虛擬仿真技術(shù)周期短、安全性高、真實感強等特點 ，已逐漸成為現(xiàn)代教育領(lǐng)域不可缺少的組成部分。原來老師黑板寫，學(xué)生底下記的時代已近過去。各種層出不窮的虛擬仿真實訓(xùn)平臺、虛擬仿真動畫、網(wǎng)絡(luò)課程，提升了現(xiàn)代教育的實力，改變了現(xiàn)代教育的理念，升華了現(xiàn)代教育的層次。一系列計算機虛擬仿真技術(shù)在現(xiàn)代教育的應(yīng)用發(fā)揮著不可取代的作用。
現(xiàn)代教育數(shù)字化研究和開發(fā)是迎合科技發(fā)展，將仿真技術(shù)應(yīng)用到教育教學(xué)中，提高現(xiàn)代教育數(shù)字化信息化進程，完善了現(xiàn)代教育的結(jié)構(gòu)。虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展影響著現(xiàn)代教育。一個具備高素質(zhì)的教育平臺，不單單是對硬件的需求，教育軟實力的發(fā)展程度同樣制約著該教育平臺的高度。現(xiàn)代教育機構(gòu)的競爭、學(xué)習(xí)、發(fā)展，在多方面體現(xiàn)在多媒體虛擬技術(shù)的發(fā)展程度。做好現(xiàn)在教育領(lǐng)域多媒體仿真技術(shù)的研究與應(yīng)用，是對當代教育領(lǐng)域新的發(fā)展空間的拓展，具有劃時代的意義。
多媒體仿真技術(shù)在現(xiàn)代高校教學(xué)過程中虛擬平臺的搭建，如虛擬仿真動畫的設(shè)計與制作。特別是針對“課堂上無法實際操作”高難度教學(xué)內(nèi)容，例如：建筑外立面效果替換、某生產(chǎn)工藝的生產(chǎn)流程、某建筑的建造流程展示、某儀器設(shè)備的使用、維護、保養(yǎng)。提高教學(xué)質(zhì)量，真正實現(xiàn)《教育部關(guān)于加快推進職業(yè)教育信息化發(fā)展的意見》中，加快開發(fā)現(xiàn)代課堂教育數(shù)字化優(yōu)質(zhì)信息資源。
通過多媒體虛擬仿真技術(shù)形象化模型信息的特點，針對實際課程有的放矢。依據(jù)課程特點設(shè)計合理有效的多媒體仿真平臺，針對教育教學(xué)方法提出實際改革方法。（促進教育教學(xué)觀念轉(zhuǎn)變，引領(lǐng)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法改革； 推動多媒體仿真技術(shù)在現(xiàn)代高校數(shù)字信息化進程。
虛擬仿真技術(shù)的交互性、逼真性、虛擬性、沉浸性在現(xiàn)代課堂教學(xué)中，充分發(fā)揮其特色，有效的輔助教師現(xiàn)代課堂教學(xué)。切實推進現(xiàn)代教育廣泛、深入、有效地應(yīng)用數(shù)字信息技術(shù)，不斷提升現(xiàn)代高校虛擬仿真平臺、虛擬仿真動畫、網(wǎng)絡(luò)課程、虛擬環(huán)境的建設(shè)，全面加強數(shù)字信息技術(shù)支撐現(xiàn)代課堂教學(xué)改革發(fā)展的能力，以先進的現(xiàn)代教育數(shù)字信息技術(shù)改造傳統(tǒng)教育教學(xué)模式，以信息化促進現(xiàn)代該等教育現(xiàn)代化的進程。
參考文獻：
[1]姜大源，關(guān)于職業(yè)教育課程體系的思考[J].中國職業(yè)技術(shù)教育，2003（5）.
Abstract：With the reform of medical mode and the development of innovation education， training high quality medical talents has become an important mission for each of medical colleges. As an important teaching method of training high-quality practical medical talents，virtual simulation technology plays an important role in promoting medical experimental teaching reform and innovating medical education teaching mode and training in the standardization of the medical students' comprehensive skills.Virtual simulation experiment teaching has been carried out in Chengdu Medical College by virtual experiments platform and clinical simulation laboratory teaching system constructed， which promotes the students' innovation ability and improve the teaching quality.
Key words：experimental teaching；virtual simulationtechnology；medicine
高等醫(yī)學(xué)教育屬醫(yī)學(xué)生的臨床前技能教育階段，實驗教學(xué)和臨床見習(xí)、實習(xí)的實踐教學(xué)貫穿了整個醫(yī)學(xué)教育過程的始終。充分的實驗室訓(xùn)練操作是醫(yī)學(xué)生獲得必要的綜合技能的重要環(huán)節(jié)[1]，在醫(yī)學(xué)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中，通過計算機網(wǎng)絡(luò)向?qū)W習(xí)者提供“自主、交互、開放”的數(shù)字化的虛擬實驗環(huán)境是國內(nèi)外高等醫(yī)學(xué)教育革新教學(xué)手段的普遍潮流，已成為現(xiàn)代教育技術(shù)應(yīng)用的一大趨勢。
1 傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)形態(tài)學(xué)實驗面臨的挑戰(zhàn)
隨著高等教育改革的不斷深化，幾乎每個普通高等醫(yī)學(xué)院校都面臨招生規(guī)模急劇擴大引發(fā)的場地、設(shè)備、師資等教學(xué)資源短缺等問題困擾，加上醫(yī)學(xué)專業(yè)特殊性、傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)實驗、實踐教學(xué)模式已面臨重大挑戰(zhàn)。
1.1 人體教學(xué)標本資源日趨緊張
在醫(yī)學(xué)教學(xué)中，人體解剖標本的觀察和直接參與尸體解剖是加強實踐性教學(xué)、培養(yǎng)學(xué)生動手能力的一個重要環(huán)節(jié)。近年來，隨著招生人數(shù)的不斷擴大，多數(shù)醫(yī)學(xué)院校已經(jīng)出現(xiàn)人體尸體標本嚴重短缺的現(xiàn)象，并且影響到了實驗教學(xué)的質(zhì)量，有的院校甚至取消了局部解剖學(xué)的尸體解剖環(huán)節(jié)[2]。雖然，許多醫(yī)學(xué)院校已逐漸開展了社會人士的遺體捐獻工作，在一定程度上緩解了尸源不足的問題，但距離教學(xué)需要仍相距甚遠。此外，隨著醫(yī)療技術(shù)的進步以及我國病理尸檢工作的萎縮，一些比較常見的疾病如感染性/傳染性疾病、寄生蟲病等也已很難獲得教學(xué)標本，使得實驗教學(xué)資源日趨緊張。
1.2 實驗項目單一、陳舊
多年來，實驗教學(xué)一直處于從屬地位，實驗內(nèi)容多側(cè)重于驗證性實驗，自主實驗及綜合實驗項目明顯不足。醫(yī)學(xué)科學(xué)發(fā)展迅猛，一些新技術(shù)、新理論不斷涌現(xiàn)，而實驗內(nèi)容過于單一陳舊，更新速度嚴重滯后，十分不利于醫(yī)學(xué)生實踐能力及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。部分涉及生物醫(yī)學(xué)前沿技術(shù)的實驗項目，可能由于實驗儀器或耗材昂貴，或?qū)嶒灉蕚浠虿僮鲿r間太長，或操作專業(yè)性要求太高，也限制了實驗項目的廣泛開展。
1.3 缺乏與時俱進的教學(xué)手段
傳統(tǒng)實驗教學(xué)多采用老師示教、講解，學(xué)生按照實驗指導(dǎo)按部就班的實驗，然后撰寫實驗報告，缺乏豐富多樣的教學(xué)方法和手段，很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，實驗室也難以做到真正意義的開放，不利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)模式的開展和規(guī)范化的實驗技能培養(yǎng)，因此，教學(xué)效果難以得到保證。
1.4 實驗室安全管理難度加大
近年來，隨著中央與地方院校共建項目的逐漸實施，大量先進儀器購入以及現(xiàn)代化實驗室的建設(shè)，加上許多大學(xué)生創(chuàng)新、開放實驗項目的開展，使大量的不同層次的學(xué)生走進了基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實驗室，人員流動性增大，實驗實驗室利用率明顯加大，容易出現(xiàn)各種安全問題，如實驗動物、實驗藥品、實驗操作、生物危害與生物安全等問題[3]，給基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實驗室的安全管理帶來了巨大挑戰(zhàn)。
2 醫(yī)學(xué)虛擬仿真實驗的特點
醫(yī)學(xué)虛擬仿真實驗是針對醫(yī)學(xué)實驗的現(xiàn)象及過程，通過仿真、虛擬現(xiàn)實、多媒體等技術(shù)及相關(guān)設(shè)備將操作實踐與實驗材料、實驗儀器、實驗內(nèi)容、實驗方法步驟等有機結(jié)合在一起，從而模擬現(xiàn)實的實驗環(huán)境，對仿真試劑或人體器官、“實驗動物或標本”等進行虛擬操作，實現(xiàn)對學(xué)習(xí)操作人員的各種感官反饋的模擬，獲得身臨其境的學(xué)習(xí)體驗。可完成某種預(yù)定的實驗項目，所取得的學(xué)習(xí)或訓(xùn)練效果等價于甚至優(yōu)于在真實環(huán)境中所取得的效果[4]。虛擬仿真實驗具有激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、內(nèi)容豐富、體驗逼真、安全無污染、節(jié)約成本、高效開放等特點。醫(yī)學(xué)虛擬仿真實驗是醫(yī)學(xué)與信息技術(shù)深度融合的產(chǎn)物，在生物醫(yī)學(xué)實驗教學(xué)、臨床教學(xué)、疾病診斷、假體植入、手術(shù)模擬、康復(fù)保健、遠程醫(yī)療等諸多方面有著廣闊的應(yīng)用前景，近年來已在國內(nèi)外多所醫(yī)學(xué)院校開展運用[5]。
3 醫(yī)學(xué)虛擬仿真實驗教學(xué)平臺的建設(shè)
成都醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)虛擬仿真實驗教學(xué)中心是以“以實為本、以虛補實、虛實結(jié)合”和“安全、開放、共享”為原則，依托基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實驗教學(xué)中心、臨床醫(yī)學(xué)實驗教學(xué)中心、藥學(xué)實驗教學(xué)中心、檢驗醫(yī)學(xué)實驗教學(xué)中心等4個省級實驗教學(xué)示范中心，通過整合全校虛擬仿真教學(xué)資源而建立的，是基于校園骨干網(wǎng)覆蓋的“集約、合作、開放”的、采取“校―企合作、校―校合作、校―院（醫(yī)院）合作”方式建設(shè)的“共建、共管、共享”實驗教學(xué)平臺，2014年該平臺正式成為100所國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心。
該中心資源由仿真實驗室資源和虛擬數(shù)字資源兩大部分組成。仿真實驗室由高功能模擬人、心肺聽診、心肺復(fù)蘇、綜合穿刺、外科手術(shù)、OSCE考試等6個仿真功能實驗室組成，可開展綜合類技能訓(xùn)練類實驗30項。虛擬數(shù)字資源主要包括基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、PBL實驗教學(xué)等5個模塊組成，可開展虛擬操作實驗300項。中心現(xiàn)有專兼職教學(xué)、開發(fā)、管理人員31人，其組成人員分為3類：第一類為具有醫(yī)學(xué)專業(yè)背景的人員組成（26人，其中正高5人，副高12人）；第二類為具有信息工程及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專業(yè)背景人員組成（3人，其中正高1人，副高2人）；第三類為外聘企業(yè)技術(shù)人員（2人，均為高級工程師）。中心主任由主管教學(xué)副校長擔任，全面負責(zé)中心的規(guī)劃和建設(shè)。
4 我校虛擬仿真實驗的應(yīng)用
我校虛擬仿真實驗面向臨床醫(yī)學(xué)、麻醉學(xué)、醫(yī)學(xué)影像學(xué)、護理學(xué)、藥學(xué)、醫(yī)學(xué)檢驗學(xué)等所有專業(yè)的本、專科層次醫(yī)學(xué)生及研究生開放。據(jù)2013年數(shù)據(jù)，已開設(shè)16門實驗課程，年實驗學(xué)生人數(shù)達5100人/年，年實驗人時數(shù)達816400人時數(shù)時/年，開放實驗課達139500人時數(shù)/年；培訓(xùn)住院醫(yī)師2166人次；成為四川省規(guī)范化住院醫(yī)師臨床技能大賽的指定承辦單位。
近幾年隨著學(xué)生虛擬實驗開展力度的加大，虛擬仿真實驗教學(xué)平臺對我校實驗教學(xué)的貢獻度也不斷提高，已取得了一批教學(xué)成果。2010年和2012年，參加全國大學(xué)生基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)創(chuàng)新實驗大賽各獲1項三等獎。2011年獲第十二屆“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品決賽一、二、三等獎、優(yōu)秀獎各1項；2011年首屆全國護士執(zhí)業(yè)水平技能大賽獲理論成績一等獎、技能三等獎、團體二等獎；2012年獲第三屆全國高等醫(yī)學(xué)院校大學(xué)生臨床技能競賽分區(qū)賽一等獎、總決賽一等獎；2013年、2014個分獲第四屆全國高等醫(yī)學(xué)院校大學(xué)生臨床技能競賽分區(qū)賽一等獎、總決賽二等獎。
【論文摘要將虛擬仿真技術(shù)引進教學(xué)領(lǐng)域后對傳統(tǒng)教學(xué)手段產(chǎn)生了強烈沖擊。本文針對航空電子裝備教學(xué)中如何應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)給出了應(yīng)用方法和心得。
1.引言
自 20世紀 9O年代以來,以計算機仿真技術(shù) 、多媒體技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)為特征的“虛擬仿真實驗室”開始在世界各地出現(xiàn),并逐步滲透到教學(xué)領(lǐng)域。作為一種新型的實驗教學(xué)手段,虛擬仿真教學(xué)對傳統(tǒng)的教學(xué)手段產(chǎn)生了強烈沖擊,并引發(fā)了教學(xué)領(lǐng)域一系列深刻的變化。種種跡象表明,虛擬仿真教學(xué)將是今后實驗教學(xué)改革的一個重要發(fā)展方向。本文結(jié)合多年來在航空電子裝備教學(xué)中應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)的經(jīng)驗,探索在航空電子裝備教學(xué)軟件中應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)的方法和心得。
2.虛擬仿真技術(shù)簡介
虛擬仿真技術(shù)是對虛擬現(xiàn)實技術(shù)和系統(tǒng)仿真技術(shù)的合稱。
2.1虛擬現(xiàn)實技術(shù)
虛擬現(xiàn)實技術(shù)就是利用三維建模技術(shù),構(gòu)建一個和現(xiàn)實世界的物體和環(huán)境相同或相似的虛擬三維場景,并能響應(yīng)用戶的輸進,根據(jù)用戶的不同動作做出相應(yīng)的反應(yīng)。虛擬現(xiàn)實的關(guān)鍵技術(shù)主要有動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)、實時三維圖形 天生技術(shù)、立體顯示和傳感器技術(shù)等。虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要側(cè)重于對真實物體物理特征的仿真,也稱為視景仿真,它主要用于產(chǎn)品設(shè)計和展示、貿(mào)易廣告、游戲設(shè)計等。
在航空電子裝備教學(xué)中,大量用 到對裝備的外觀 、結(jié)構(gòu) 、組成 、連接 、機安裝位置的展示 ,傳統(tǒng)教學(xué)大都采用實物展示 的方法 。近年來隨著大量航空電子裝備 的更新?lián)Q代,因受經(jīng) 費、場地及使用壽命等因素的限制 ,傳統(tǒng)教學(xué)方法 已遠遠不能滿足要求 ,而采 用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的展示方法則 以其廉價 、無場地限制和效果 良好得以廣泛應(yīng)用。
目前有大量成熟的軟件平臺可以進行視景仿 真的開發(fā),主流平臺Creator Vega Vega Prime VTree OPENGVS QUEST3D VRTOLLS EON、WEB3D、JAVA3D、GLStudio等。其中,MULTIGEN公司的虛擬現(xiàn)實數(shù)據(jù)庫 OPENFLIGHT已經(jīng)成為 了產(chǎn)業(yè)標準 ,在軍事 、航空航天等領(lǐng)域應(yīng)用都 比較成熟 。在航空 電子裝備虛擬仿真軟件的開發(fā)中我們采用r Vega Prime、GLStudio和 EON作為視景仿 真開發(fā)的技術(shù)平臺 ,解決物理模型的創(chuàng)建、場景顯示等新題目。該平臺可以達到照片級 的視景仿真效果 .同時采用嵌進 OPENGL技術(shù)來解決物理模型 的交互新題目。
2.2系統(tǒng)仿真技術(shù)
系統(tǒng)仿真技術(shù)是伴隨著計算機技術(shù)的發(fā)展而逐步形成的一門新興學(xué)科 .它通過建立實際系統(tǒng) 的數(shù)學(xué)模 型 ,利用計算機運算來達到對被仿真系統(tǒng)的分析、探究、設(shè)計等目的。系統(tǒng)仿真技術(shù)主要側(cè)重于對真實系統(tǒng)的內(nèi)在機理、運動方式 的仿真,也稱為行為仿真。系統(tǒng)仿真技術(shù)最初主要用于航空、航天、原子反應(yīng)堆等價格昂貴、周期長、危險性大實際系統(tǒng)試驗難以實現(xiàn)等少數(shù)領(lǐng)域,后來逐步發(fā)展到電力、石油、化工、冶金、機械等一些主要產(chǎn)業(yè)部分,并進一步擴大到社會系統(tǒng)、經(jīng)濟系統(tǒng)、交通運輸系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)等一些非工程系統(tǒng)領(lǐng)域。 在航空電子裝備教學(xué)中,對裝備工作原理的講解既是重點也是難點。傳統(tǒng)教學(xué)方法主要通過教員的講述,配合一些靜態(tài)的圖形幫助學(xué)員理解 .教學(xué)效果主要依靠于教員的授課水平和技巧 。近年來.我們嘗試將系統(tǒng)仿 真技術(shù)應(yīng)用到航空電子裝備教學(xué)中,根據(jù)被仿真裝備的工作原理,建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,并根據(jù)裝備的不同工作狀態(tài),對模型進行動態(tài)運行.結(jié)合虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)的逼真場景.較好地模擬實際裝備的工作情況。利用該技術(shù)開發(fā)、研制的教學(xué)軟件不但可供教員教學(xué)使用.也可供學(xué)員自學(xué),并達到了較好的教學(xué)效果。
目前,有很多成熟的系統(tǒng)仿真開發(fā)平臺軟件.如 Simulink、SystemView等,這些軟件以其功能強大和使用方便、易用性受到廣大用戶歡迎.但價格較為昂貴,且大多未提供對外的仿真數(shù)據(jù)接口.仿真系統(tǒng)應(yīng)用的靈活性、擴展性和可變性受到很多限制。當然也可自行開發(fā)適用 的仿真開發(fā)平臺軟件。在航空電子裝備虛擬仿真軟件的開發(fā)中我們采用的是自行開發(fā)的系統(tǒng)仿真平臺軟件。
3.虛擬仿真技術(shù)在航空電子裝備教學(xué)中的應(yīng)用方法和步驟
3.1建立仿真模型
這里所說的仿真模型既包括反映航空電子裝備外觀、結(jié)構(gòu)的三維物理模型 ,也包括揭示其內(nèi)在工作機理及行為的數(shù) 學(xué)模 型。對三維物理模型的建立,主要依據(jù)裝備本身的物理狀態(tài),其原則就是在盡量減小面數(shù)的同時進步逼真度。對系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立,則需要視系統(tǒng)的復(fù)雜程度進行取舍和優(yōu)化,本著夠用為度的原則 ,以盡量減小運算量。建立數(shù)學(xué)模型時 ,還應(yīng)考慮到系統(tǒng)運行時的參數(shù)調(diào)整。
3.2創(chuàng)建仿真裝備的虛擬場景并驅(qū)動
對于虛擬場景的驅(qū)動,根據(jù)使用方式的不同采用了不同的方式假如進行的僅是裝備外觀、結(jié)構(gòu)的展示,可使用EON進行動作的編輯和驅(qū)動;假如需要對裝備進行虛擬操縱仿真,則使用 GLStudio軟件先進行操縱面板、虛擬儀表的編輯和制作,然后再利用 Vega Prime驅(qū)動以實現(xiàn)更復(fù)雜的交互操縱。
3.3系統(tǒng)集成
系統(tǒng)集成就是將上述做好的模型、場景按照教學(xué)軟件所需的形式將其有機的整合在一起,使之成為_個完整的 、規(guī)范的教學(xué)軟件。系統(tǒng)集成可以使用目前常用的軟件開發(fā)平臺如 VB、vc++等。由于上述虛擬現(xiàn)實驅(qū)動軟件如 EON、GLStudio及Vega Prime等均以ActiveX控件方式提供 了可用 于常用 軟件開發(fā)平臺的運行插件,因此,系統(tǒng)集成變得十分方便。編寫程序時,只需考慮軟件功能的布置,注重程序間的兼容性即可。
系統(tǒng)集成時,還需要將系統(tǒng)行為仿真的結(jié)果通過視景仿真表現(xiàn)出來,即用行為仿真的數(shù)據(jù)來驅(qū)動三維物理模型的動作。由于系統(tǒng)行為仿真采用了專門的運行平臺,和視景仿真處于不同的系統(tǒng)進程中.因此這種驅(qū)動是通過兩進程間的實時通訊來完成的。這里還需要考慮進程間的同步新題目。
關(guān)鍵詞:虛擬仿真技術(shù)；機械工程；實驗教學(xué)
高校工科類專業(yè)中,操作實踐是教學(xué)中重要的組成部分,我國大部分院校都設(shè)立了工科類的專業(yè)操作實驗室,為學(xué)生動手能力和創(chuàng)新能力的提高創(chuàng)造條件。在傳統(tǒng)的機械工程實驗教學(xué)中,使用儀器設(shè)備的密集程度非常的高,使得實驗的復(fù)雜程度大大增加。很多儀器設(shè)備的價值昂貴,體積結(jié)構(gòu)為實驗的操作帶來極大不便。學(xué)生只能在教材知識的基礎(chǔ)上刻板地進行實驗的操作,在這種情況下學(xué)生的創(chuàng)新能力和主觀能動性就不能得到發(fā)揮。眾多高校在實驗室的更新建設(shè)中,因為受到資金的限制,會繼續(xù)使用舊的儀器設(shè)備,這些設(shè)備在長期的使用過程中出現(xiàn)機能老化,已經(jīng)不能滿足當前機械工程實驗教學(xué)的需要。在計算機技術(shù)不斷發(fā)展的基礎(chǔ)上,虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用成為現(xiàn)在機械工程實驗教學(xué)中普遍的教學(xué)手段。
1機械工程實驗室的虛擬實驗改進
現(xiàn)在高校實驗教學(xué)中的問題越來越突出,制約著教學(xué)效率和質(zhì)量,突出體現(xiàn)在很多院校的實驗基地和實驗單位的建設(shè)能力非常有限,不能滿足學(xué)生自己動手操作要求,不能實現(xiàn)對學(xué)生進行基礎(chǔ)理論知識深化和了解。很多院校為了節(jié)省資金,減少出現(xiàn)實驗設(shè)備的安全問題等,在進行實驗教學(xué)的時候,主要是以參觀和講座的形式進行實踐培訓(xùn),學(xué)生基本沒有實踐動手的機會。在這種情況下,就會造成學(xué)生畢業(yè)后,參加相關(guān)工作沒有機械設(shè)備操作的經(jīng)驗,無法獨立完成工作的內(nèi)容。尤其在是實驗教學(xué)的過程中,學(xué)生會逐漸失去對實驗知識的學(xué)習(xí)動力和興趣,對學(xué)生長遠發(fā)展造成負面影響。所以在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的今天,機械工程該實驗室教學(xué)要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教學(xué)模式,采用先進的科學(xué)技術(shù)更新教學(xué)理念和教學(xué)手段,實現(xiàn)實驗教學(xué)方法和教學(xué)的完善。在院校的機械教學(xué)中,實驗教學(xué)是學(xué)生進行知識學(xué)習(xí)和鞏固的重要手段,是學(xué)生實踐操作能力培養(yǎng)的根本方法,是當今院校機械制造專業(yè)教學(xué)中最為重要的環(huán)節(jié),是現(xiàn)代化機械人才培養(yǎng)的基本途徑。通過現(xiàn)代化的教學(xué)方式可以最大程度提高學(xué)生實踐動手能力,保證學(xué)生在實驗動手操作的基礎(chǔ)上對基本理論知識進行理解和完善。通過這樣的實踐實驗教學(xué),可以使學(xué)生合理將基礎(chǔ)知識理論與實踐內(nèi)容相結(jié)合,在動手實踐過程中逐漸形成獨特的自我知識技能認知能力。現(xiàn)在大多數(shù)院校利用的是CAD機房,然后在此硬件設(shè)施的基礎(chǔ)上,實現(xiàn)部分實驗室教學(xué)方式的改革。并且引進虛擬仿真技術(shù)對現(xiàn)有的實驗設(shè)備進行更新和改進。在機械工程實驗室教學(xué)中應(yīng)用虛擬仿真技術(shù),不但可以避免在實驗教學(xué)過程中出現(xiàn)設(shè)備的故障隱患,還能最大程度提高學(xué)生的實踐動手能力,為學(xué)生專業(yè)理論知識的學(xué)習(xí)提供科學(xué)實踐依據(jù)。對實驗室部分設(shè)備裝置進行傳動性能實驗、數(shù)控加工仿真實驗和減速器裝配實驗,最大程度提高了機械工程實驗教學(xué)的效率和質(zhì)量。
2虛擬仿真技術(shù)在機械工程實驗教學(xué)中的典型應(yīng)用
2.1帶傳動性能測試實驗
帶傳動性能測試實驗是機械工程專業(yè)實驗室教學(xué)中的一個重要組成部分,其主要是讓學(xué)生能夠直觀地觀察帶傳動的彈性滑動和打滑現(xiàn)象,還能有效地對實驗中的相關(guān)機電設(shè)備的承載能力進行分析,根據(jù)分析的數(shù)據(jù)參數(shù)實現(xiàn)對帶動問題的控制。進行傳動性能測試實驗的時候,需要利用的機械設(shè)備有力傳感器、電動機、轉(zhuǎn)矩力測桿、光電測速裝置、發(fā)電機等。這些實驗機械設(shè)備主要通過人工實現(xiàn)傳動性能測試,這樣的測試方式主要的特點是人工費用會高于設(shè)備使用的費用。在虛擬仿真技術(shù)的基礎(chǔ)上,進行帶傳動性能測試系統(tǒng)的設(shè)計可以最大程度提升機械工程實驗教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量。
2.2數(shù)控加工仿真實驗
數(shù)字加工技術(shù)是現(xiàn)代制造業(yè)中一個核心的技術(shù),在現(xiàn)代制造業(yè)的進步和發(fā)展過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。數(shù)字加工技術(shù)是綜合計算機應(yīng)用技術(shù)中的微電子技術(shù)和機械加工技術(shù)。現(xiàn)在眾多院校的機械自動化成為一門重要的專業(yè),這門專業(yè)的核心內(nèi)容是在數(shù)控機床的操作中利用數(shù)控加工技術(shù)。但是數(shù)控機床的價格非常高,設(shè)備運作形式單一,并且運行程序的設(shè)置相當復(fù)雜,不能實現(xiàn)對每一位學(xué)生實驗操作需求的滿足,這種復(fù)雜性的實驗操作,只能滿足極少部分學(xué)生的需求,嚴重制約了機械工程實驗教學(xué)的效率。虛擬仿真技術(shù)在機械工程實驗教學(xué)中的應(yīng)用,可以實現(xiàn)讓每一位學(xué)生加入到具體的機械工程實驗中來,對機械機床加工環(huán)境和流程才形成一個系統(tǒng)認知。
2.3減速器裝配實驗
機械設(shè)計的一個基礎(chǔ)項目是減速器在機械設(shè)備中的使用。在傳統(tǒng)的減速器實驗教學(xué)中,都會利用實物代替減速器的教學(xué)方法。虛擬仿真技術(shù)在機械工程實驗教學(xué)中的應(yīng)用,實現(xiàn)了通過實物模擬模型的拆卸,進行減速器的構(gòu)成結(jié)構(gòu)的直觀講解。
3虛擬實驗室建設(shè)的構(gòu)想
在進行虛擬實驗室建設(shè)思路設(shè)計的時候,首先,可以不考慮實驗室應(yīng)用設(shè)備的操作性,也就是保證實驗室需要操作實踐的目標和任務(wù)與相關(guān)機械工程專業(yè)知識系統(tǒng)相統(tǒng)一,然后再研究實驗設(shè)備的穩(wěn)定性。其次,要構(gòu)思虛擬仿真平臺的建設(shè),例如：機械操作平臺中的仿真器、ECU和虛擬演示平臺等。在整個虛擬仿真系統(tǒng)框架的設(shè)計中,主要是滿足院校機械工程類專業(yè)學(xué)生實驗操作的需要,所以一定要保證虛擬仿真實驗結(jié)果的精確性,才能確保學(xué)生對理論知識的掌握和鞏固。一般構(gòu)建虛擬實驗室要進行仿真計算,觀察相關(guān)系數(shù),觀察預(yù)先系數(shù)與實際操作系統(tǒng)是否統(tǒng)一。再次,仿真器的構(gòu)建設(shè)計,隨著計算機軟件技術(shù)在機械工程實驗中的應(yīng)用,虛擬仿真器代替了原來操作實驗中的實物操作,最大程度簡化了實驗步驟。并且仿真器可以利用USB實現(xiàn)與虛擬演示平臺的鏈接,在實驗的過程中可以保證虛擬演示平臺及時接收到虛擬實驗仿真信號,通過PWM模塊實現(xiàn)向ECU傳輸一定頻率的方波,在多媒體上模擬機械設(shè)備的工作原理,在虛擬實驗進行的時候仿真器利用USB將仿真實驗得到的數(shù)據(jù)傳送到模擬演示平臺,實現(xiàn)學(xué)生實驗操作的參數(shù)需要。最后,建立虛擬仿真系統(tǒng),利用相關(guān)的計算機應(yīng)用軟件,編輯建立應(yīng)用模塊,結(jié)合相關(guān)的3Dmax建模工具建立虛擬演示平臺中的技術(shù)模塊,將模塊中的內(nèi)容以特定的文件格式導(dǎo)入虛擬演示平臺中,最終讓學(xué)生在虛擬演示平臺中進行相關(guān)機械工程實驗操作。
4結(jié)語
綜上所述,虛擬仿真技術(shù)在現(xiàn)代院校機械工程專業(yè)實驗教學(xué)中的應(yīng)用,可以克服傳統(tǒng)實驗中的眾多實驗問題,保證學(xué)生能夠主動參與到實驗操作中來,提高機械工程實驗教學(xué)的質(zhì)量。所以,院校應(yīng)該重視對機械工程實驗室的虛擬實驗改進,以及虛擬仿真技術(shù)在機械工程實驗教學(xué)中的具體應(yīng)用手段和方法,對傳統(tǒng)的實驗教學(xué)進行更新和補充。虛擬實驗要緊密結(jié)合現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和先進的計算機應(yīng)用技術(shù),滿足機械工程專業(yè)學(xué)生實驗操作要求的同時,適應(yīng)院校實驗室敬愛教學(xué)的改革和發(fā)展。
參考文獻
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[關(guān)鍵詞]虛擬仿真技術(shù)；治安教學(xué)訓(xùn)練
應(yīng)用型人才是公安院校人才培養(yǎng)工作的目標，而實踐能力是人才培養(yǎng)工作的重要內(nèi)容，治安課程是建立在治安專業(yè)理論基礎(chǔ)上的應(yīng)用性課程，具有較強的實踐性，治安專業(yè)在實踐能力訓(xùn)練中卻大量存在實戰(zhàn)訓(xùn)練中的高度危險性以及不可及、不可逆的訓(xùn)練環(huán)境條件和內(nèi)容（比如處置、事故現(xiàn)場處置和暴力犯罪的處置、巡邏盤查等），這為發(fā)展治安學(xué)虛擬仿真實驗教學(xué)提供了需求和空間。虛擬仿真技術(shù)是計算機、智能、傳感、圖像處理與模式識別、音響與語音處理、網(wǎng)絡(luò)等多個領(lǐng)域技術(shù)的綜合性技術(shù)。迅速發(fā)展的現(xiàn)代教育訓(xùn)練技術(shù)把虛擬仿真技術(shù)引入到了實踐性的教育訓(xùn)練中，使傳統(tǒng)的教育模式進一步得到改變，也使得教與學(xué)的方式發(fā)生了革命性的變化。治安管理虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)主要用于公安院校治安專業(yè)學(xué)員和公安干警崗位能力訓(xùn)練，為公安院校創(chuàng)新開展實訓(xùn)教學(xué)提供有效支持。基于虛擬仿真技術(shù)內(nèi)涵分析，探討治安課程虛擬仿真訓(xùn)練環(huán)境設(shè)計以及在治安教學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用前景。
一、虛擬現(xiàn)實及相關(guān)技術(shù)
（一）虛擬現(xiàn)實概念及特點解析
虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，簡稱VR，又稱靈境），是指以計算機技術(shù)為核心的現(xiàn)代高技術(shù)生成融視覺、聽覺、觸覺等多位一體的虛擬環(huán)境，使用者利用匹配的設(shè)備以現(xiàn)實的方式與虛擬環(huán)境中的對象進行自然交互，從而讓使用者會形成親臨真實環(huán)境的體驗。虛擬環(huán)境指利用計算機建構(gòu)的有逼真色彩的立體幾何圖像，它既可以是某特定的真實環(huán)境，也可以是能夠滿足使用者需求的虛構(gòu)虛擬環(huán)境。匹配的設(shè)備指穿戴于使用者身上或置于使用環(huán)境中的傳感裝置。比如：頭盔式顯示器、數(shù)據(jù)手套等設(shè)備。自然交互是指用現(xiàn)實活動方式對虛擬環(huán)境內(nèi)的對象進行互動并得到實時反饋，如使用者運動等。虛擬現(xiàn)實具有的三個特點。
一是沉浸性。虛擬仿真技術(shù)的沉浸性是其在訓(xùn)練領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù)最突出的特點，運用該技術(shù)使受訓(xùn)者能全身心進入到建構(gòu)的虛擬環(huán)境中，調(diào)動其感覺器官達到同真實環(huán)境相似或相同的逼真程度，成為知識掌握、能力訓(xùn)練直接w驗化的工具。這種逼真體驗不是獲得的間接經(jīng)驗，而是受訓(xùn)者在逼真模擬情境中通過自身的體驗獲得的直接經(jīng)驗，因此，利用虛擬仿真技術(shù)使受訓(xùn)者獲得的知識和能力效果最好的。
二是交互性。交互性是虛擬現(xiàn)實技術(shù)不同于其它媒體技術(shù)的重要特征，體現(xiàn)虛擬現(xiàn)實技術(shù)創(chuàng)設(shè)的是一個開放的互動性人機環(huán)境，利用先進的人機接口，通過多樣受訓(xùn)者感覺通道的實時模擬交互，當使用者做出如手控、語言命令等相應(yīng)的操作時，創(chuàng)設(shè)的情景里能具有相應(yīng)的回應(yīng)。因此，交互性是指使用者對創(chuàng)設(shè)的情景的可操作度和從情景里獲得到回應(yīng)的實時性。
三是構(gòu)想性。構(gòu)想性特征反映了虛擬現(xiàn)實技術(shù)運用具有無限寬廣的想象范圍，可拓展人的認知廣度與深度，可任意構(gòu)想現(xiàn)實不存在或是發(fā)生可能性小的情景。
隨著虛擬仿真技術(shù)的在教育訓(xùn)練中的運用，虛擬仿真技術(shù)的沉浸感、交互性、構(gòu)想性三屬性，提高了受訓(xùn)者的綜合能力培養(yǎng)效率。
（二）虛擬現(xiàn)實技術(shù)
1.利用三維建模技術(shù)，構(gòu)建虛擬訓(xùn)練環(huán)境。三維建模技術(shù)需要CAD和視覺建模等技術(shù)的結(jié)合，以此提高數(shù)據(jù)獲取的效率，當然在構(gòu)建虛擬環(huán)境中更多需要采用視覺建模技術(shù)。而對象物體的三維模型是三維模型建構(gòu)的基礎(chǔ)。在治安學(xué)針對治安管理中的虛擬三維訓(xùn)練環(huán)境建構(gòu)，通過建構(gòu)相應(yīng)的管理、處置環(huán)境圖庫，包括處置背景、場景、各種警用裝備和處置人員等，為使用者創(chuàng)造一種變化多樣、逼近真實的立體環(huán)境，使用者能夠有置身其中的臨場感覺。在訓(xùn)練中，可以采用綜合了照片、影像和現(xiàn)實街區(qū)數(shù)字地形數(shù)據(jù)等生成處置區(qū)域三維立體環(huán)境，以幾乎一致的三維環(huán)境來訓(xùn)練執(zhí)行處置任務(wù)的學(xué)員，可以提高執(zhí)行任務(wù)的效率。
2.交互技術(shù)。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)運用的交互技術(shù)主要功能是對物體和各種輸入的處理。用戶要完成的任務(wù)通過仿真引擎輸送到虛擬空間，并計算完成動作并呈現(xiàn)在虛擬環(huán)境中。虛擬現(xiàn)實中的人機交互方式多樣，可以通過計算輸入設(shè)備，也可利用數(shù)據(jù)手套、跟蹤器、三維探針、操作桿等交互技術(shù)等。比如：數(shù)據(jù)衣、手套可計算出身體、手的空間位置和狀態(tài)，關(guān)節(jié)的位置和方向可通過手指動作以及各個部位傳感器來確定，為使用者提供真實的三維交互方式，從而實現(xiàn)對虛擬環(huán)境中物體的操作，數(shù)據(jù)手套是VR系統(tǒng)常用的交互設(shè)備。
3.傳感技術(shù)。傳感技術(shù)包括定位、跟蹤、感知反饋等技術(shù)。虛擬環(huán)境用戶的定位和跟蹤主要是通過空間傳感器來確定。跟蹤系統(tǒng)由發(fā)射和接收器、電子部件等構(gòu)成。比如，聲音跟蹤可以包括多個發(fā)射、接受和控制單元，它可以與其它設(shè)備相連，如，數(shù)據(jù)衣和手套等。視覺跟蹤技術(shù)是跟蹤投影在圖像投影平面不同時刻和不同位置上的光，確定跟蹤對象的空間動靜狀態(tài)。感知反饋是使用者感知圖像、聲音、作用力等的過程。視覺反饋包括實體造型、光照模型、消影、紋理影射等內(nèi)容。立體視覺反饋顯示器可以使用者兩眼呈現(xiàn)視差的平面圖像合成并呈現(xiàn)立體視覺反饋。
4.計算處理技術(shù)。計算處理技術(shù)具有快計算、大儲存能力、強處理能力屬性，主要包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與預(yù)處理、實時仿真圖像生成與顯示、聲音合成、多維信息數(shù)據(jù)融合、轉(zhuǎn)換、壓縮以及數(shù)據(jù)庫的生成、模式識別以及信息檢測、合成和識別、分布式與并行計算等綜合性計算技術(shù)。可以說虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)是以高性能計算技術(shù)為核心的創(chuàng)新科技，是系統(tǒng)性能強弱的根本。
二、虛擬治安管理訓(xùn)練模塊及環(huán)境設(shè)計
（一）虛擬治安管理主要訓(xùn)練模塊
虛擬治安管理訓(xùn)練模塊，采用虛擬現(xiàn)實三維仿真引擎進行開發(fā)，主要模擬接處警、公共安全危機處置和消防仿真演練的各類場景、人物角色、工具設(shè)備和工作流程。以工作流程為主線，以交互的方式進行教學(xué)實訓(xùn)。主要開發(fā)以下實訓(xùn)模塊：一是接處警教學(xué)實訓(xùn)模塊。包括接警、處警、現(xiàn)場控制和現(xiàn)場制止違法犯罪行為等三維交互教學(xué)實訓(xùn)子系統(tǒng)。二是公共安全危機管理教學(xué)實訓(xùn)模塊。包括了群體性危機事件處置、恐怖襲擊危機事件處置、公共事故災(zāi)難危機事件處理等三維交互教學(xué)實訓(xùn)子系統(tǒng)。三是消防仿真應(yīng)急演練模塊。包括演練培訓(xùn)與考核、消防監(jiān)督檢查、消防裝備與滅火技術(shù)、火災(zāi)救援指揮等三維交互教學(xué)實訓(xùn)子系統(tǒng)、應(yīng)急疏散等三維交互教學(xué)實訓(xùn)子系統(tǒng)以及通過動作捕捉系統(tǒng)進行交互演練的半實物實訓(xùn)系統(tǒng)。
（二）虛擬治安管理訓(xùn)練環(huán)境設(shè)計
虛擬現(xiàn)實技術(shù)與治安管理實訓(xùn)相結(jié)合，可以產(chǎn)生虛擬治安管理及相關(guān)問題處理環(huán)境，這樣的仿真世界如同身臨其境，操作者能夠進入該環(huán)境，直接參與該環(huán)境中事物的變化過程并能互動。虛擬治安問題處理環(huán)境設(shè)計這是基于治安問題分析模型、治安問題處理等虛擬現(xiàn)實，是呈現(xiàn)治安管理及問題處理系統(tǒng)的三維空間和處理過程的虛擬仿真環(huán)境，訓(xùn)練者可以根據(jù)構(gòu)想和意愿去構(gòu)建完善治安管理及問題處理時空關(guān)系、分析和處置模型等，并能實時檢測交互結(jié)果，通過循環(huán)性反饋結(jié)果獲取規(guī)律性認識。
一個高效虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，都需要設(shè)計模型、處理數(shù)據(jù)、分析評估等程序。當然，治安管理及相關(guān)問題處理虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)也需要。根據(jù)虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的三屬性及其之間關(guān)系，可以將治安管理及相關(guān)問題處理虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)訓(xùn)練看著為一個空間系統(tǒng)，由治安管理相關(guān)載體和物理條件所構(gòu)成。
通過虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)實現(xiàn)環(huán)境逼真模擬，首先要進行治安管理及相關(guān)問題處理環(huán)境設(shè)計，即將治安管理及相關(guān)問題處理環(huán)境進行數(shù)字處理，這種把環(huán)境建構(gòu)處理成符合治安管理及相關(guān)問題處理模擬訓(xùn)練要求的設(shè)計過程，就是治安管理環(huán)境的仿真設(shè)計。為了能夠真實模擬治安管理及相關(guān)問題處理過程，就需要經(jīng)過設(shè)計使用和驗證過程，以保證模擬效果和質(zhì)量。
治安管理虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)涉及數(shù)據(jù)處理和感知虛擬現(xiàn)實。通過治安管理及相關(guān)問題處理數(shù)據(jù)來識別虛擬環(huán)境，并將其模型化，也就是將虛擬環(huán)境數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C認知虛擬環(huán)境模型。虛擬環(huán)境感知是以運用虛擬環(huán)境影像、聲音等內(nèi)容呈現(xiàn)治安管理環(huán)境，訓(xùn)練者運用操作系統(tǒng)體驗感覺管理環(huán)境，實現(xiàn)現(xiàn)場情況觀察、態(tài)勢走向把握以及決策輔助的目的，并評估和接受感知結(jié)果。治安管理虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)是以數(shù)據(jù)處理虛擬仿真為核心，由于模型驅(qū)動導(dǎo)致數(shù)據(jù)信息變化可通過虛擬環(huán)境感知轉(zhuǎn)遞到訓(xùn)練者，同時，人機交互也可改變數(shù)據(jù)處理的結(jié)果。
建立虛擬治安管理環(huán)境需要現(xiàn)實調(diào)研獲得特征數(shù)據(jù)。特征數(shù)據(jù)擁有精確坐標和特征編碼，用于表現(xiàn)虛擬現(xiàn)實環(huán)境，比如建筑、道路、廣場等。對于虛擬三維環(huán)境設(shè)計，要根據(jù)標準數(shù)據(jù)生成街區(qū)等公共場所中的靜態(tài)以及運動物體，然后覆蓋紋理，生成虛擬場景。對于治安管理環(huán)境，可以用航拍照片和特征紋理的方法建模，紋理可以通過掃描用數(shù)字相機拍攝場景照片和手工繪制圖片生成，三維模型建立完成后，可以進行特殊效果處理。
三、虛擬現(xiàn)實在治安學(xué)中的應(yīng)用前景
高速發(fā)展的信息技術(shù)，虛擬現(xiàn)實與GIS技術(shù)的有效結(jié)合實現(xiàn)了虛擬仿真，治安管理及問題處理訓(xùn)練仿真系統(tǒng)就是利用虛擬現(xiàn)實和GIS技術(shù)的仿真系統(tǒng)。近年來，公安院校大力加強校內(nèi)外實踐教學(xué)，虛擬仿真實驗教學(xué)是公安院校實踐教學(xué)建設(shè)的重要內(nèi)容，是公安實戰(zhàn)能力的重要基礎(chǔ)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)創(chuàng)造了一個新的訓(xùn)練環(huán)境，將訓(xùn)練領(lǐng)域和結(jié)果接近真實的展示，使其沉浸于其中，激發(fā)訓(xùn)練創(chuàng)造性思維，這將學(xué)生技能提高到一個前所未有的水平，通過虛擬仿真實驗教學(xué)，也促進治安學(xué)實踐教學(xué)的整體素質(zhì)和教育水平。
（一）學(xué)生的教育訓(xùn)練
虛擬現(xiàn)實技術(shù)運用于教育訓(xùn)練，將更能引起受教育者的興趣，提高教學(xué)訓(xùn)練效果。對治安學(xué)有關(guān)的教育訓(xùn)練，傳統(tǒng)的治安專業(yè)知識大都以教科書來呈現(xiàn)，通過講授以及借助于文字案例、有關(guān)的視頻等教學(xué)工具來實現(xiàn)，但如能借助于虛擬現(xiàn)實技術(shù)，就可以將直觀的綜合性治安信息搭建模型，利用虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的功能系統(tǒng)，讓受訓(xùn)者通過一次次足不出戶的虛擬經(jīng)歷就能置身于治安問題處理和能力訓(xùn)練。治安學(xué)虛擬仿真訓(xùn)練主要結(jié)合接處警、公共安全危機處置、公共場所治安防控、治安事故現(xiàn)場處置等，包括的內(nèi)容涵蓋人群管控、違法犯罪的現(xiàn)場制止、公共安全危機管理、治安秩序管控、應(yīng)急救援等教學(xué)訓(xùn)練模塊，每個模塊根據(jù)實際工作內(nèi)容的復(fù)雜程度和工作量的大小不同定制開發(fā)一個或多個虛擬三維仿真模擬場景，旨在盡可能真實的還原公共安全工作的真實環(huán)境和人物行為，讓參訓(xùn)者沉浸在高仿真的環(huán)境中，產(chǎn)生身臨其境的感觀體驗，從而達到最佳的教學(xué)實訓(xùn)效果。目前，公安院校在處置訓(xùn)練上存在較多問題，由于受現(xiàn)實訓(xùn)練條件限制，實訓(xùn)展開次數(shù)少，如果訓(xùn)練操作不當還可能出現(xiàn)危險，如果運用仿真系統(tǒng)實現(xiàn)模擬發(fā)生及處置全過程，可以實現(xiàn)訓(xùn)練者在場景中沉浸，并能運用多種方法控制現(xiàn)場、處置事態(tài)，觀察處置中的變化過程，可以讓處置訓(xùn)練者體驗并學(xué)習(xí)到如何對各種處置環(huán)節(jié)和情形做出反應(yīng)，并且對處置結(jié)果進行直觀評價。
（二）研究者理論研究
虛擬現(xiàn)實技術(shù)為治安學(xué)理論研究提供了特殊手段和方法，利用它可以為治安學(xué)理論進行全過程研究，讓學(xué)者完全沉浸于計算機環(huán)境中的三維場景，充分表達學(xué)者構(gòu)想，并得到構(gòu)想形成的結(jié)果，獲得規(guī)律性的認識。特別是一些難以記憶、掌握的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以轉(zhuǎn)換成直觀性強三維圖形圖像，尋找各種治安現(xiàn)象之間的關(guān)系，更能理解和把握，達到研究目的。比如警察巡邏規(guī)劃和治安防控制w系建設(shè)研究。
（三）課程虛擬實驗
利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可創(chuàng)建一個基于計算機為核心的虛擬實驗平臺，利用虛擬仿真技術(shù)進行技能訓(xùn)練、虛擬實驗，創(chuàng)設(shè)的虛擬環(huán)境的演示物可擺脫實驗室所需昂貴的器材，降低實驗成本，而實驗效果基本接近現(xiàn)實技能訓(xùn)練的教學(xué)效果。對于不具備現(xiàn)實條件開展訓(xùn)練的項目，也能在此環(huán)境實現(xiàn)。比如：對公共場所危爆物品處置，傳統(tǒng)的教學(xué)訓(xùn)練主要依靠講授和視頻展開，而虛擬現(xiàn)實技術(shù)提供體驗公共場所危爆物品的處置現(xiàn)實環(huán)境，并將結(jié)果呈現(xiàn)以此檢驗科學(xué)性、合理性。
（四）治安實踐應(yīng)用
關(guān)鍵詞：仿真軟件；高職；機電一體化；實訓(xùn)教學(xué)
中圖分類號：G712 文獻標識碼：A 文章編號：1671―1580（2013）1―0054―02
一、虛擬仿真技術(shù)在實訓(xùn)教學(xué)中的優(yōu)勢
1.保證每個學(xué)生得到充分訓(xùn)練
虛擬仿真實訓(xùn)完全可以做到一人一機，保證每個學(xué)生都能得到充分訓(xùn)練。仿真操作可縮短材料、儀器或工卡量具的準備過程，操作完成后，也節(jié)省了回收時間，極大地提高了操作效率。
2.節(jié)能減耗安全
引入仿真操作教學(xué)，最根本的好處是對原材料、工量具、儀表設(shè)備的節(jié)約。如機械拆裝作業(yè)操作一次，零件清洗需消耗煤油，安裝需加脂、油，多次拆裝還會對軸、軸承座等造成磨損，操作錯誤，還可能引起人身傷害、設(shè)備的毀壞等嚴重事故。仿真操作過程可以實現(xiàn)無油料消耗，避免設(shè)備和元件損壞，極大地降低操作消耗和環(huán)境污染。仿真操作不會對操作對象如設(shè)備、儀表、元件等造成實質(zhì)性損害，更不會因操作失誤對學(xué)員造成人身危害。
二、虛擬仿真技術(shù)在實訓(xùn)教學(xué)中的主要問題
1.仿真軟件產(chǎn)品難以兼顧學(xué)校的特定需求
市場上推出的各種教育仿真軟件由于專業(yè)的批量生產(chǎn)方式，難以兼顧所有學(xué)校的特定需求，如在仿真的實訓(xùn)設(shè)備上與具體學(xué)校的真實設(shè)備不盡相符，在功能模塊上與職業(yè)院校的教學(xué)方案也還不能完全匹配，因此不能確保每個學(xué)校都能做到仿真實訓(xùn)與實操實訓(xùn)良好銜接。
2.與真實實踐仍有較大差距，易造成誤導(dǎo)
采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)教學(xué)時，能夠為學(xué)習(xí)者提供接近實際的虛擬場景，學(xué)習(xí)者大多通過鍵盤、鼠標操作進行技能訓(xùn)練，獲得實踐經(jīng)驗。但這種方式終歸不是真正動手實踐，在一定程度上降低了技能訓(xùn)練效果。同時，采用這種方式進行危險性操作時不會造成損失，容易使學(xué)生產(chǎn)生錯誤的安全感覺，養(yǎng)成在實際工作中不遵守操作規(guī)程的不良習(xí)慣。
3.弱化師生情感交流，情感培養(yǎng)缺失
采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)教學(xué)時，需要借助計算機或網(wǎng)絡(luò)終端，使本來直接的師生關(guān)系變得復(fù)雜，師生之間的交流處于“半隔離”狀態(tài)，教學(xué)中的“人―機”關(guān)系或“人―機―人”關(guān)系削弱了師生之間的直接交流，不利于情感目標（如思想品質(zhì)、心理素質(zhì)等）的實現(xiàn)。
三、虛擬仿真技術(shù)在機電一體化專業(yè)實訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用策略
1.購置引進與校本開發(fā)相結(jié)合，建設(shè)仿真教學(xué)資源
職業(yè)院校機電一體化專業(yè)通常涉及機、電、液、氣等多方面學(xué)科，口徑寬，知識面廣，目前市場上還沒有哪一個軟件能夠全面滿足機電專業(yè)實訓(xùn)教學(xué)需要。另外，同是機電專業(yè)，不同的職業(yè)院校專業(yè)定位、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)載體等也是不盡相同的，市場上通用的仿真軟件難以兼顧所有學(xué)校的特定需求，因此，需要廣辟渠道，采取購買引進和校本開發(fā)等多種途徑，建設(shè)仿真教學(xué)資源，為機電專業(yè)教學(xué)提供支持。
（1）購買引進
對于所需求的已經(jīng)被同類院校的專業(yè)廣泛認可和應(yīng)用的仿真軟件，可直接購買引進。如對于數(shù)控機床編程與操作的仿真實訓(xùn)，我校購進了上海宇龍軟件有限公司的數(shù)控加工仿真系統(tǒng)；對于PLC編程訓(xùn)練，則引進了廣州超軟科技有限公司的PLC仿真訓(xùn)練與智能考核系統(tǒng)等，這些軟件已經(jīng)比較成熟，對學(xué)生學(xué)習(xí)掌握編程和調(diào)試的基本知識和技能起到了良好的效果。
（2）校本開發(fā)
如果市場的商業(yè)仿真軟件不能滿足學(xué)校的特定需求，或?qū)τ诓糠謱嵱?xùn)項目，市場還沒有成熟的仿真軟件，則可進行仿真實訓(xùn)教學(xué)資源的校本開發(fā)。如機電設(shè)備機械部件的裝調(diào)與維修是我院機電一體化專業(yè)主要的教學(xué)模塊之一，目前市場上相關(guān)仿真軟件有汽車廈門創(chuàng)壹軟件公司開發(fā)的數(shù)控機床虛擬實訓(xùn)系統(tǒng)、沈陽柏年信息技術(shù)發(fā)展有限公司開發(fā)的CA6140普通車床拆裝與檢修仿真實訓(xùn)系統(tǒng)等，這些軟件雖然能較好地展示部分機械產(chǎn)品的機械結(jié)構(gòu)、安裝過程，但在機械裝配調(diào)試工藝的展示方面還不能滿足我院的需要。我院與上海宇龍軟件有限公司合作，共同開發(fā)了“機電一體化專業(yè)實訓(xùn)仿真系統(tǒng)”軟件。軟件總體架構(gòu)采用“虛擬教學(xué)系統(tǒng)平臺+專業(yè)課程軟件包”結(jié)構(gòu)。根據(jù)機電一體化專業(yè)的典型工作崗位特點，教學(xué)內(nèi)容總體上分為典型機械部件的拆裝與調(diào)整（機械原理、拆裝與維護課程軟件包）、機電設(shè)備電氣系統(tǒng)的裝調(diào)與維修（機電控制、PLC、傳感器與檢測技術(shù)等課程軟件包）、液壓氣動系統(tǒng)的裝調(diào)與維修（液壓氣動裝調(diào)課程軟件包）等三個模塊（以后可根據(jù)需要擴展）。仿真實訓(xùn)注重裝配調(diào)試工藝的展示，突出裝配圖識別、裝調(diào)工藝制訂、調(diào)試和檢測等基本技能的養(yǎng)成訓(xùn)練，注重將職業(yè)教育與國家職業(yè)標準相結(jié)合，并提供了實訓(xùn)和考核的功能。
2.虛擬和實際相結(jié)合，開展實訓(xùn)教學(xué)
虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)有助于學(xué)生理解實訓(xùn)內(nèi)容，并在一定程度上提高學(xué)生的動手能力，但虛擬仿真實訓(xùn)本身有一定的局限性，并不能完全代替實物實訓(xùn)。如在機械部件安裝調(diào)試實訓(xùn)教學(xué)項目中，涉及到各種各樣典型的機械零部件、機械結(jié)構(gòu)的裝配和調(diào)整，用到的裝調(diào)工具，包括扳手、拔銷器、拉馬、芯棒、百分表等種類、型號很多。采用虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)軟件，學(xué)生雖然也能使用到這些機械設(shè)備和工具，但部件的安裝是程序化、理想化的，不像實際那樣會遇到各種情況，工具的使用也只是用電腦鼠標點擊就可以了。學(xué)生即使在仿真實訓(xùn)中得心應(yīng)手，到實際操作中也可能會無從下手。因此，在進行虛擬仿真實訓(xùn)的基礎(chǔ)上，安排后續(xù)的實操實訓(xùn)，或有目的地安排一些實訓(xùn)內(nèi)容在真實環(huán)境中操作完成，以彌補仿真實訓(xùn)教學(xué)的不足。 3.優(yōu)化仿真實訓(xùn)教學(xué)模式，加強情感交流
由于情感教育在促進學(xué)生個性發(fā)展、開發(fā)身心潛能、優(yōu)化教育教學(xué)過程等方面發(fā)揮著重要作用，因此仿真實訓(xùn)教學(xué)實施過程中，不僅要確保教學(xué)效率，還要注重師生之間、學(xué)生相互間的情感交流，培養(yǎng)學(xué)生團隊合作和協(xié)同解決問題的能力。
我校在仿真教學(xué)實踐中，逐步探索出四階段式教學(xué)模式：①仿真演示講解原理。教師講解設(shè)備結(jié)構(gòu)、工作原理，一邊講理論一邊通過計算機仿真軟件實時展示，使學(xué)生從枯燥的理論教學(xué)中解脫出來，給學(xué)生一個直觀的認識。②實訓(xùn)操作步驟演示。重點講解操作流程及注意事項。③學(xué)生模擬操作、教師巡回指導(dǎo)。學(xué)生利用仿真軟件進行操作仿真，教師巡回指導(dǎo)，及時掌握學(xué)生學(xué)習(xí)動態(tài)。④學(xué)生分組實際操作、教師巡回指導(dǎo)。讓仿真模擬考核通過的學(xué)生直接進入真實的實訓(xùn)環(huán)境進行實際操作，并提交最終作品。在③、④環(huán)節(jié)中，采用分組討論、協(xié)作學(xué)習(xí)等形式設(shè)計教學(xué)，注重師生和生生之間情感互動，培養(yǎng)學(xué)生團隊合作和協(xié)同解決問題的能力。教師在巡回指導(dǎo)中，對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況要及時給予激勵評價，這樣可以使學(xué)生始終保持樂觀開朗、積極向上的心態(tài)，愉快地完成訓(xùn)練任務(wù)，促進學(xué)生健康人格的形成和全面發(fā)展。
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關(guān)鍵詞：虛擬數(shù)控；加工過程；仿真技術(shù)
虛擬數(shù)控的加工可以仿真出不同的加工方法與加工過程中應(yīng)用的材料，而且還可以顯示并評價出加工的具體結(jié)果，但是與此同時還存在著加工的形式較少及研究的范圍有一定的局限性。由于切削的系統(tǒng)是一個較復(fù)雜的加工系統(tǒng)，因此，在加工的過程仿真技術(shù)還具有一定的不成熟性，也就是在虛擬的數(shù)控加工過程中還存在著諸多的問題需要解決。
1.在虛擬數(shù)控的加工過程中對仿真技術(shù)的主要分類
隨著科技的進步，虛擬數(shù)控加工技術(shù)在制造業(yè)加工領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，而仿真過程是虛擬的制造技術(shù)最關(guān)鍵的技術(shù)和最主要的核心內(nèi)容。物理的仿真技術(shù)與幾何的仿真技術(shù)是對虛擬數(shù)控的研究與探索的最主要的兩個方面。
1.1.對物理的仿真技術(shù)的解析
物理的仿真技術(shù)就是在對制造零部件進行切削加工的過程中，把引起制造零部件物理變化的因素反映到虛擬的制造系統(tǒng)中，在實際的加工過程中，要先預(yù)測切削因素的種類，并分析出切削過程中產(chǎn)生的各種參數(shù)，且各參數(shù)數(shù)據(jù)間相互耦合。所以，在建模的過程中怎樣綜合看待數(shù)據(jù)參數(shù)及影響的原因，是在切削的過程中建模的最關(guān)鍵所在。
1.2.幾何的仿真技術(shù)的解析
在幾何的仿真加工過程中，并不考慮切削力與數(shù)據(jù)參數(shù)及別的原因?qū)η邢鞯募庸み^程的具體影響，只是仿真刀具及機床還有幾何體工件的相對的運動，可以檢驗出出現(xiàn)的碰撞及所有干涉，能夠準確的避免費力及耗時的試切的全過程。
圖1 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的構(gòu)成
2.數(shù)控的加工過程中存在的具體問題
切削的加工過程是一個復(fù)雜的系統(tǒng)過程，在切削的加工過程中出現(xiàn)的機理研究及探索還沒有得到相應(yīng)的解決措施，致使了在加工仿真技術(shù)的過程中依然存在一定的不成熟技術(shù)，主要是由于在數(shù)控的加工過程中，所使用的不同的加工材料及應(yīng)用不同的加工手段，而且可以顯示出對評價的加工結(jié)果，這就直接導(dǎo)致了在虛擬的數(shù)控加工過程中出現(xiàn)的相應(yīng)的局限性。
2.1.仿真的模型具有較差的實用性
現(xiàn)在存在的仿真模型都是在一定的假象下做出的理想型模型，由于在加工的過程中存在著諸多的影響因素，并且對不同的影響因素之間又存在著強耦合的關(guān)系，所以，這就要求必須建立健全科學(xué)合理的模型加工的過程，以增加實際的系統(tǒng)及仿真的系統(tǒng)之間的飽和程度，這是在仿真模型的加工過程中必須要解決的重要問題所在。
2.2.仿真的模型具有較差的通用性
現(xiàn)在存在的仿真模型一般都是根據(jù)具體的工況，根據(jù)工件的材料及加工的不同手段、不同的刀具種類及不同的機床種類，在一定的條件下加工完成的模型，因此，這種方式下加工過程的模型就具有較差的通用性，如果這時其中有數(shù)據(jù)參數(shù)需要進行相應(yīng)的變化，加工的過程中模型就需要在一定程度上做出較大程度的修改。
2.3.模型并沒有與幾何的仿真技術(shù)進行結(jié)合
在研究與探索的具體過程中，還存在著較為孤立的研究進程，幾何的仿真技術(shù)與物理的仿真技術(shù)在具體的加工過程中并沒有充分的做好結(jié)合的工作。同時，還存在著在具體的加工過程中，并沒有應(yīng)用工件的材料，而是純幾何式的加工虛擬環(huán)境，現(xiàn)在應(yīng)用的仿真加工的形式較少，對研究及探索的范圍也就比較窄。
3.對總體結(jié)構(gòu)的仿真系統(tǒng)進行解析
數(shù)控機床的具體加工系統(tǒng)是由幾部分組成，數(shù)控機床的加工過程是在代碼的帶動下對工件實施切削的加工過程，要想完成數(shù)控的加工仿真的技術(shù)過程，就必須建立健全一套數(shù)控機床的幾何模型，并在此基礎(chǔ)上完善數(shù)控機床往運動模型發(fā)展的進度，進而完成數(shù)控機床加工的過程中仿真技術(shù)的應(yīng)用。
3.1.基本形式在裝配模型中的應(yīng)用
基本形式在裝配模型中的具體體現(xiàn)就是層次樹的和圖，這種基本形式能夠清晰表達出裝配體具體的組成關(guān)聯(lián)，同時在一定程度上也有利于在進行裝配的序列規(guī)劃過程中的正確求解，但是卻存在著不能夠較容易的表達出各零件之間的相互配合關(guān)系，相反的，圖的結(jié)構(gòu)能夠更加容易的表達出各個零件之間的相互關(guān)系，而且可以提供出裝配體的其中一個零件到另一個零件存在的關(guān)系及相關(guān)的路徑，尤其適用于運動鏈與公差的實施解析，但是卻較難表達出各層次間的相互組成關(guān)系，而且結(jié)構(gòu)也較復(fù)雜，不容易進行維護，在實施操作上也較困難；幾何的模型具有與其他系統(tǒng)不同的裝配模型需要的要求，可以總體的分為：第一，對裝配的幾何關(guān)系進行的具體描述；第二，裝配的拓撲關(guān)系的具體描述；第三，對零件的層次性進行結(jié)構(gòu)的解析；幾何的模型具有一定程度的層次性，在沒有公差配合的情況下，能夠采取層次的結(jié)構(gòu)手段。
3.2.完善仿真模型技術(shù)的應(yīng)用
在系統(tǒng)的應(yīng)用過程中，裝配體的表達方式是一棵樹的形式，樹的相關(guān)根節(jié)點所表示的就是用戶所需要的相應(yīng)的裝配體，零件在樹樁的結(jié)構(gòu)中使用的是較低層中的葉結(jié)點來進行表達，其中非葉結(jié)點的具置不會發(fā)生變化，也只有處在一個層次的裝置單元會產(chǎn)生約束位置的變化，處在不同層次的裝置單元會產(chǎn)生相應(yīng)的從屬關(guān)系的變化，這種仿真的模型在一定程度上具有操作簡單、方便維護及存儲較小的具體特征。
結(jié)語：
現(xiàn)代虛擬的仿真技術(shù)，在發(fā)展的過程中要逐漸的將技術(shù)應(yīng)用到數(shù)控的加工過程中，對仿真技術(shù)進行不斷研究與探索，主要提升數(shù)控的加工仿真系統(tǒng)的相關(guān)質(zhì)量，建立健全仿真技術(shù)的整體結(jié)構(gòu)，逐漸實現(xiàn)仿真技術(shù)手段及方法的多樣性應(yīng)用，以加強模型仿真技術(shù)的適應(yīng)性與可靠性。
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關(guān)鍵詞：計算機仿真 工業(yè)工程 實驗教學(xué)
計算機仿真技術(shù)是繼數(shù)學(xué)推理與科學(xué)試驗之后認識世界自然規(guī)律的第三類基礎(chǔ)方法。基于計算機仿真技術(shù)的虛擬教學(xué)是指利用實物和計算機軟件共同模擬出真實的情境，讓學(xué)生在模擬的情境下進行探究和學(xué)習(xí)。這種教學(xué)方法生動形象，接近現(xiàn)實工作場景，有利于提高學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生在短時間內(nèi)進入相應(yīng)情境，真實的體驗如在現(xiàn)實中執(zhí)行任務(wù)的感覺，以達到更快掌握技術(shù)手段的目的，而且這種教學(xué)方法可以利用計算機軟件的優(yōu)勢創(chuàng)造出靈活多樣的工作場景且不受行業(yè)限制，使學(xué)生對實踐問題的認識更深入，采用的應(yīng)對方法更靈活。由此“計算機仿真技術(shù)”便成為專業(yè)學(xué)習(xí)及實際應(yīng)用中的重要方法和技術(shù)手段。工業(yè)工程作為管理科學(xué)與工程的二級學(xué)科，其人才培養(yǎng)目標是培養(yǎng)出面向生產(chǎn)、管理、服務(wù)的高級專業(yè)技術(shù)和管理人才，面向的工作崗位主要有制造業(yè)現(xiàn)場管理、產(chǎn)能計算、生產(chǎn)計劃與控制、項目管理、精益生產(chǎn)等，以及服務(wù)業(yè)的流程優(yōu)化、工作研究等。其中，制造業(yè)涉及行業(yè)范圍廣、產(chǎn)品種類多、工序過程各異，因此，在教學(xué)過程中需要通過一系列系統(tǒng)的實驗項目培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)的問題提煉能力及問題分析能力，并采用專業(yè)的技術(shù)方法和手段有針對性的對問題本質(zhì)進行處理。然而，正是由于工業(yè)工程方法應(yīng)用行業(yè)的廣泛性及多樣性，使得我們不可能如其他5類工程學(xué)科般擁有自己典型的實驗實訓(xùn)設(shè)備，亟需我們在實踐教學(xué)過程中探索新的教學(xué)方法與實驗支撐技術(shù)。
1工業(yè)工程實驗課程教學(xué)現(xiàn)狀分析
工業(yè)工程類實驗課程的教學(xué)，在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，主要是以“理論課+實驗室”的模式，強調(diào)學(xué)生對工業(yè)工程專業(yè)基本方法和技能的掌握與應(yīng)用，如，工作研究、動素分析、人機工程、物流工程、流程優(yōu)化、現(xiàn)場改善等基本技能與方法論。傳統(tǒng)的實驗教學(xué)過程中，基本上遵照如下流程：首先，引導(dǎo)學(xué)生進行以上理論課的學(xué)習(xí)，使學(xué)生知道、了解并掌握這些基本的專業(yè)手法與技能；其次，通過開設(shè)相關(guān)實驗課程讓學(xué)生對所學(xué)的這些技術(shù)方法展開實踐，從而幫助學(xué)生達到訓(xùn)練并養(yǎng)成工業(yè)工程專業(yè)素養(yǎng)的目的。然而，目前所開設(shè)的相關(guān)實驗課程均是就某一獨立技術(shù)方法而展開的較為單純的技能訓(xùn)練，如，工作研究的實驗主要是針對動作研究、動素分析、生產(chǎn)節(jié)拍平衡開展具體分析過程實踐，幫助學(xué)生深刻體會這些基本專業(yè)手法的實際應(yīng)用場合；人因工程，主要是通過系列人因?qū)嶒瀻ьI(lǐng)學(xué)生親身體驗，感受高度、亮度、顏色、頻繁度、規(guī)律度等人因影響因素帶給人視覺、聽覺等感官的切實感受，從而探討基于人因的合理化設(shè)計、布局及工作安排；設(shè)施規(guī)劃布局則是基于物流分析方法，通過物流強度度量，分析部門間的相關(guān)性強度，從而為合理布局、物流優(yōu)化提供有效參考。以上這些實驗均對學(xué)生在工業(yè)工程專業(yè)基本方法技能的培訓(xùn)上起到了有效效果。然而，卻并未在促進學(xué)生養(yǎng)成工業(yè)工程職業(yè)素養(yǎng)上發(fā)揮強化作用。原因在于，缺乏像物流工程、系統(tǒng)工程、系統(tǒng)建模及仿真優(yōu)化等這類有關(guān)工業(yè)工程系統(tǒng)設(shè)計、管理及優(yōu)化的主干課程的綜合性實踐項目，要設(shè)計出針對本專業(yè)基本技能方法的綜合性實踐項目，需要的制造業(yè)相關(guān)設(shè)備、產(chǎn)品品種等數(shù)量巨大，且耗費大、成本高，很難從實際操作入手，計算機仿真方法不失為解決此問題的一種有效方法。基于計算機仿真技術(shù)的虛擬教學(xué)則以其高效率、低成本、內(nèi)容豐富、性能有效和安全等優(yōu)勢得到越來越多的應(yīng)用和推廣。因此，應(yīng)該將“項目教學(xué)”“案例教學(xué)”“教、學(xué)、做”一體化和基于計算機仿真技術(shù)的虛擬教學(xué)的方法結(jié)合起來，充分發(fā)揮各自的優(yōu)點，提升實踐教學(xué)效果。基于計算機仿真技術(shù)的虛擬教學(xué)很容易與其它先進的教學(xué)方法相結(jié)合，因此，在工業(yè)工程類實驗課程的教學(xué)中，將基于計算機仿真技術(shù)的虛擬教學(xué)與其它教學(xué)方法相結(jié)合，有助于提高實驗課程教學(xué)效果，而且成本低、效率高，使學(xué)生可以不受場地、行業(yè)、設(shè)備與產(chǎn)品的限制，使學(xué)生更好的掌握專業(yè)技能和方法，并通過基于計算機仿真平臺開發(fā)的綜合性實踐項目，鍛煉學(xué)生的工業(yè)工程系統(tǒng)設(shè)計、管理及優(yōu)化的綜合能力，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)，從而促進本專業(yè)人才培養(yǎng)效果的提升，計算機仿真技術(shù)在工業(yè)工程類實驗課程的教學(xué)中具有重要的意義。
2計算機仿真技術(shù)在實驗課程教學(xué)中的應(yīng)用
計算機仿真技術(shù)為人們提供了一個理想的實踐教學(xué)手段，目前國內(nèi)外已經(jīng)普遍將其應(yīng)用于軍事訓(xùn)練、課程教學(xué)、運動訓(xùn)練以及醫(yī)學(xué)研究等方方面面。美國是計算機仿真技術(shù)虛擬現(xiàn)實的起源地，現(xiàn)在美國計算機虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展水平也比較高，在這個領(lǐng)域代表了國際先進水平，也是第一個把虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用在教育教學(xué)中的國家，目前在感知、用戶界面、后臺軟件和硬件等幾個方面，形成了一個比較系統(tǒng)的虛擬仿真教學(xué)儀器架構(gòu)。如，美國的卡羅萊納州立大學(xué)利用Java技術(shù)建立了基于Web的探索式虛擬物理實驗室，主要有以下幾個模塊：基于JavaApplet的虛擬實驗設(shè)備和實驗設(shè)施、相關(guān)的實驗課程模塊、實驗結(jié)果評價模塊、協(xié)作模塊。在歐洲，英國在計算機仿真技術(shù)虛擬現(xiàn)實的相關(guān)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，研究出了虛擬仿真軟件包，并應(yīng)用在教學(xué)儀器和工業(yè)安全培訓(xùn)等方面。如，英國的諾丁漢大學(xué)在教育和學(xué)術(shù)方面對虛擬仿真技術(shù)進行了研究與探索，其目標主要在于探索桌面虛擬仿真的輸入設(shè)備應(yīng)用上。此外，該小組還和其他學(xué)校緊密合作，將其仿真系統(tǒng)應(yīng)用在了特殊學(xué)生教育中。在中國，目前各個大學(xué)和科研機構(gòu)也廣泛采用計算機仿真技術(shù)建立虛擬場景進行相關(guān)領(lǐng)域的教學(xué)與研究。例如：中國科技大學(xué)開發(fā)出第一套基于虛擬仿真的教學(xué)儀器系統(tǒng)——利用虛擬仿真技術(shù)進行幾何光學(xué)實驗平臺的開發(fā)，系統(tǒng)將計算機輔助教學(xué)儀器的智能化儀器、計算機技術(shù)、虛擬仿真和物理教學(xué)儀器等有機結(jié)合，把物理教學(xué)儀器系統(tǒng)推進到了新的領(lǐng)域；北京潤尼爾網(wǎng)絡(luò)科技有限公司以北京郵電大學(xué)強勢的網(wǎng)絡(luò)、通訊、電子三門學(xué)科為基礎(chǔ)，采用JavaApplet技術(shù)、B/S結(jié)構(gòu)、J2EE框架，為解決高校日趨緊張的實驗設(shè)備及實驗場地等實驗教學(xué)問題，由北京郵電大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育技術(shù)研究所組織精英力量，經(jīng)過多年研究，開發(fā)出了配套的虛擬實驗系統(tǒng)。通過對國內(nèi)、外的基于計算機仿真的虛擬現(xiàn)實教學(xué)應(yīng)用情況進行對比，我們發(fā)現(xiàn)：當前，國外基于計算機仿真的虛擬實驗比國內(nèi)開發(fā)時間早，應(yīng)用相對成熟，不管是在仿真器材還是仿真軟件上都比較豐富、且功能較多；同時，國外很多成熟的仿真實驗產(chǎn)品價格普遍偏高，且技術(shù)難度也不太適合本科學(xué)生，更適合研究所或工程師使用。盡管如此，我國還是有很多現(xiàn)行的成熟的計算機仿真軟件供我們選擇，這些成熟的仿真軟件具有界面友好、可擴充性、支持二次開發(fā)等特性，甚至大多實現(xiàn)模塊化利于定制化實驗的開發(fā)，基本上能滿足國內(nèi)高等院校實驗教學(xué)需要及豐富的仿真實驗需求。因此，國內(nèi)很多高校及科研院所普遍采用購買成熟的仿真軟件產(chǎn)品，基于自身的仿真實驗需求進行對應(yīng)的二次開發(fā)，從而設(shè)計出適合自己的基于計算機仿真的虛擬實驗平臺，并得到了很好的應(yīng)用發(fā)展。就工業(yè)工程類實驗課程而言，現(xiàn)在市面上流行的仿真軟件，如，F(xiàn)lexsim、witness、em-plan等都能提供給我們一個良好的仿真實驗平臺，供我們在這些平臺上進行綜合性實踐項目的構(gòu)建和開發(fā)。
3基于計算機仿真技術(shù)的實驗教學(xué)模式開發(fā)
在深度分析學(xué)生學(xué)習(xí)特點和企業(yè)真實需求的基礎(chǔ)上，基于建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論和混合式學(xué)習(xí)理論，按照社會發(fā)展對人才培養(yǎng)的要求，結(jié)合計算機仿真實驗教學(xué)設(shè)計的基本原則，借鑒信息化和項目教學(xué)、案例教學(xué)設(shè)計方法，探索出基于實踐項目、真實案例和工作任務(wù)的計算機仿真實驗教學(xué)模式，實現(xiàn)了“教、學(xué)、做”一體化的實驗設(shè)計。該模式由“項目導(dǎo)入、制定計劃、實施計劃和成果展示與評價”4個環(huán)節(jié)組成，其中，計算機仿真實驗教學(xué)貫穿了該模式的所有環(huán)節(jié)。下面簡單介紹該模式的具體實施方案。
（1）在“項目導(dǎo)入”環(huán)節(jié)，專業(yè)教師的活動包括：借助選定的計算機仿真實驗平臺，導(dǎo)入項目任務(wù)及目標、展示項目結(jié)果，讓學(xué)生對項目有一個直觀的認識，然后再布置具體的實踐任務(wù)；利用計算機仿真實驗平臺，讓學(xué)生明確自己應(yīng)當完成的具體任務(wù)和完成任務(wù)后可以獲得哪些知識以及達到什么樣的技能水平；在充分考慮學(xué)生的現(xiàn)有知識和能力水平的基礎(chǔ)上，適當采取分工協(xié)作方式，安排具體的任務(wù)完成時間及成果的評定方法等。
（2）在“制定計劃”環(huán)節(jié)，學(xué)生的活動包括：通過自主學(xué)習(xí)、分工協(xié)作等方式，對具體實踐項目的目標、任務(wù)進行分析；確定任務(wù)所涉及的專業(yè)方法和技能手段，充分應(yīng)用已掌握的專業(yè)知識和能力，借助計算機仿真實驗平臺，設(shè)計出仿真實驗?zāi)Ｐ蛶椭鷽Q策與優(yōu)化；確定仿真實驗任務(wù)的實施步驟，為仿真實驗任務(wù)的實施做好充分的準備。
（3）在“實施計劃”環(huán)節(jié)，學(xué)生的活動包括：在計算機仿真實驗平臺上，按照擬定的計劃，逐步完成實踐項目的仿真任務(wù)；在完成實踐項目仿真任務(wù)的過程中，學(xué)生通過應(yīng)用所學(xué)專業(yè)知識和技能，建構(gòu)自己的專業(yè)知識，從而幫助自己養(yǎng)成專業(yè)素養(yǎng)。
（4）在“展示與評價”環(huán)節(jié)，學(xué)生的工作包括：在計算機仿真實驗平臺上展示自己的實踐項目仿真成果；參與討論和評價；通過對比分析，學(xué)生對自己的實踐項目展開進一步的仿真優(yōu)化處理。
4結(jié)語
將計算機仿真技術(shù)與項目教學(xué)、案例教學(xué)更加緊密的結(jié)合起來，能夠更好的實現(xiàn)“教、學(xué)、做”一體化，并且，在顯著改善實驗教學(xué)條件、提升實驗教學(xué)效果的同時，減少了設(shè)備消耗，尤其是耗材的使用量，節(jié)省了實驗經(jīng)費，而且克服了時間與空間上的限制，使工業(yè)工程綜合實驗課的開課率和學(xué)生的專業(yè)綜合能力得到顯著提升。計算機仿真技術(shù)在專業(yè)實驗教學(xué)方面的應(yīng)用前景廣泛,值得深入研究。
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