虚拟仿真实验教学+上课讲义

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一
虚拟仿真实验概述 1.1虚拟仿真实验的含义
实验效果 基本组成 实现原理
虚拟仿真实验是指在计算机系统中，采用虚拟现实技术实现的 各种虚拟实验环境，实验者可以像在真实的环境中一样，完成各种 预定的实验项目，所取得的学习或训练效果等价于甚至优于在真实 环境中所取得的效果。
虚拟仿真实验由实验所依赖的模拟程序、实验单元、工具和参 考资料组成的一个创造和引导模拟实验的交互环境，用户可以通过 增加新的物体、建立新的实验并把他们转化成超文本文件来扩充实 验室。
虚拟实验
软虚件拟实验是指逻借辑助结于构多模媒型 体、仿真和VR等技术在计算机上营 造可辅助、部分替代甚至全部替代传虚拟统系实统验各操作环网节络的化相 关软硬件操作环境，实硬验件者可以像在真实网的络环境中一虚样拟完系成统 各种实验项目。并利用网虚络拟技实术验实系现统网络化虚拟系统
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一
虚拟仿真实验概述 1.3虚拟仿真实验的特点
终端
虚拟仿真实验是将计算机技术、软件技术、网络技 术和传统实验设备结合起来,采用软硬件相结合的方式， 协调相关硬件和效应设备，形成虚拟实验系统，并利用 网络技术，实现虚拟实验系统的网络化，形成运行在个 人计算机上、实现自行设计与开发，以及远程控制与协 作的实验方式。
控制中心 DCS
一
虚拟仿真实验概述 1.2虚拟仿真实验的发展模式
资源开放
系统软件 程序模块
实验项目 设计模板
数据分析与 处理工具包
信息 资料
形式开放
实验资源 项目开发 实验操作
网络化 平台化
实验内容 实验时间 实验空间
对象开放
对象不同
参与者 学习者 爱好者 探索者
系统管理员
实验技术人员
学生
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ONE
一
一
虚拟仿真实验概述
二
虚拟仿真实验教学
三
虚拟仿真实验中心建设
虚拟仿真实验是以数学理论、相似原理、信息技术、系统技术 及与其应用领域有关的专业技术为基础，以计算机和各种物理效应 设备为工具，采用“面向对象”思想创建的能够实时操作的、非实 在的实验空间，在此环境中，实验者可以像在真实的环境中一样完 成各种预定的实验项目。
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一
虚拟仿真实验概述 1.1虚拟仿真实验的含义
DCS
二
虚拟仿真实验教学 局限性
降低学生对实物的感 降低学生的实际动手
性认识
操作能力
降低学生对元器件性 降低学生对实验误差
能及参数的了解
的分析能力
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ONE
一
一
虚拟仿真实验概述
二
虚拟仿真实验教学
三
虚拟仿真实验中心建设
DCS
三
虚拟仿真实验中心建设 3.1为什么要建虚拟仿真实验中心
DCS
二
虚拟仿真实验教学 优越性一：经济省钱—降低实验实践教学成本
模拟仪器 仪表使用
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二
虚拟仿真实验教学 优越性二：生动直观—打造多样化的教学环境
柴油机 工作原理
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二
虚拟仿真实验教学 优越性三：安全可靠—营造安全实验教学氛围
危险化学品实验
爆炸性实验
高空作业实验
高压电类实验
野外类实验
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在很多专 业课程的 理论教学 中，存在 一些普遍 性问题 。
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其一
某些理论知识高度概括抽象或者所涉及的领域属于宏观和微观，现 实世界难以找到具体的案例进行演示 。
部分专业课程的实验室教学资源有限，开放时间有限，不能满足学 生随时进行自主学习和动手实践的要求。。
其二
其三
部分理论教学要构建物理演示系统成本高、操作困难，缺乏让学生动 手实践的条件。
虚拟仿真实验教学及实验中心建设
DCS虚拟实验中心
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大纲
一
虚拟仿真实验概述
二
虚拟仿真实验教学
三
虚拟仿真实验中心建设
DCS
虚拟仿真实验教学及实验中心建设
DCS虚拟实验中心
DCS
一
虚拟仿真实验概述
“三驾马车” 科学研究
理论研究 实验研究 虚拟实验
随着计算机、互联网等 先进技术的迅速发展和大面 积普及推广,虚拟仿真实验应 运而生。虚拟仿真实验改变 实验系统的构建模式,突破实 验操作的时空限制,提升实验 设备的整体性能 ,是继理论研 究和实验研究之后的第三种 科学研究方法。
虚拟仿真实验可以提供开放式实验环 境。学生可以打破时间和地域的限制完成 相关的教学实验。
学生 学生
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二
虚拟仿真实验教学 作用三：改变实验教学模式，培养科技创新人才
虚拟仿真实验，使学生进入虚拟场景，根据实验要求，自行设计并 完成实验。虚拟仿真实验不仅能锻炼学生的独立构思和设计能力，而且 能激发学习的兴趣，这样更有利于培养出具有创新精神和实践能力的人 才。同时，提高是实验效果、效率、效益！
轮机模拟器
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二
虚拟仿真实验教学 作用一：提供良好实验平台，提高实验教学水平
传统教学中，理论 教学与实验教学是分开 的。理论课上没有实验， 借助虚拟仿真实验，就 可以将实验带进理论课。
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二
虚拟仿真实验教学 作用二：整合实验教学资源，实现实验室的真正开放
服务器 教师
交换机
虚拟仿真实验室易于构建、易于实现， 便于异地在线检测和远程测控，可以运用 网络技术及现有设备搭建功能强大的实验 系统，从而节省大量的购置设备费用，显 著降低实验室建设和管理成本。
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三
虚拟仿真实验中心建设 3.1为什么要建虚拟仿真实验中心
为解决传统理论教学与学生工程化培养之间的 矛盾，拓展实验教学的深度和广度、提高实验教学实 效，实现理论与实践教学的密切结合，同时也尽可能 减少实验成本和潜在危害，在课堂基础理论教学上， 利用专业的仿真软件，采用多媒体技术以及网络通讯 平台，构建具有高度真实感、直观性和精确性虚拟仿 真实验教学平台, 是专业实验教学的有益补充和创新 。
二
虚拟仿真实验教学 优越性四：情景再现—解决小概率事件再现问题
故障再现
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二
虚拟仿真实验教学 优越性五：客观真实—增强实验教学的互动性
船舶驾驶
航海模拟器模拟的多种港口环境和气候条件
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二
虚拟仿真实验教学 优越性六：智能客观—解决智能化考试、考核问题。
动力设备 拆装
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二
虚拟仿真实验教学 优越性七：职场体验—解决工作职场展示问题
模拟实验
模拟实验是在人为控制研究对特象征的相条似件性下进行观察，模仿实验的某 些条件进原行有的系实统验。是对事物的内部结构，运动变化模过拟程系进统行模拟 的过程。是科学实验的一种基模本拟类实型验。系统
仿真实验
仿 学真 —实实物体验理系没效统有应普模通型建意，义并模上借实助验于仿的专真必家模备经型器验材知，识编是、利统程用计数数计学据算模和系型信统或息数资 料对实验结果进行分析研究的仿真实实验验方系法统。