虚拟仿真技术在实验课程教学中的应用.doc
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虚拟仿真技术在实验课程教学中的应用
作者:
张刚
来源:
《新校园(下)》2018年第05期
摘要:
虚拟仿真技术又称虚拟现实技术或模拟技术,是一种通过建立研究系统的模型,结合环境(实际或模拟)条件进行研究、分析和实验的技术。
结合电子信息类实验课程的特点,将虚拟仿真技术应用到实验课程教学中,具有一定的可行性。
虚拟仿真技术在实验课程教学中的推广及应用,能有效地激发学生的学习热情,增强学生对实验课程的感性认识及对专业知识的理解,从而促进实验教学课程的改革和创新。
关键词:
虚拟仿真技术;Flash;实验课程教学
一、虚拟仿真技术概述
虚拟仿真技术又称虚拟现实技术或模拟技术,是一种通过建立研究系统的模型,结合环境(实际或模拟)条件进行研究、分析和实验的技术。
随着互联网、多媒体和仿真技术的飞速发展,虚拟仿真技术逐渐成熟,得到了广泛的应用。
虚拟现实技术是在仿真技术的基础上加以改进和发展而成的。
虚拟现实技术的发展带动了仿真技术的发展,二者都是通过虚拟环境来模拟实际系统的工作情况,即都是基于模型的技术,而且都尽可能地使用计算机及各种实验装置来达到对现实系统功能重现的目的。
虚拟仿真技术融合了虚拟现实技术及仿真技术二者的优点,将其应用到实验课程教学中,能够有效提升学生的动手及创新能力。
虚拟仿真实验主要是结合虚拟仿真技术、计算机技术和多媒体网络技术等,实现一种可以在任意时间、任意地点进行远程访问的可视化教学。
其最大的优点是不受时间和地点的限制,使得学生可以同时进入同一虚拟实验室,共同学习同一门课程。
同时,它具有易于操作和可重复操作的特点,方便学生随时预习和复习教学内容。
采用虚拟仿真实验更有利于实现教学资源之间的高度共享,解决教学地点和教学时间开放性较差等问题,有效弥补了传统实验课程教学的不足,为高效优质实验教学资源的共享和开放提供了坚实的基础。
相较于传统的实验课程教学方式,虚拟仿真实验的应用有利于电子信息类专业的实验课程教学,具有更好的实用性和普适性。
二、传统实验教学方式的缺陷
实验教学能够培养学生的实际应用能力,对高技能人才的培养有着重要作用,社会的进步及发展也迫切要求高校加强实验教学。
但调查显示,目前的实验教学存在较多的问题,主要体现在以下几个方面。
1.实验设备不足,置办和维护成本高
实验教学所采用的实验设备一般价格昂贵,在经费有限的情况下,高校只能购买少量的实验设备或者分批次购买。
因此,学生只能分时段且受限地使用实验设备,实验操作的效果并不理想,学生难以彻底掌握实验的内容。
此外,实验设备的检修和维护成本相对较高,设备损坏将影响实验教学的进度。
2.教学内容受限
由于计算机技术的飞速发展,实验设备的更新速度也不断提升,但高校受资金限制不能及时提供最新的设备,学生只能依赖老旧的设备进行实验操作,无法接触最新的技术,更无法进行创新。
教师也难以提供专业领域中最新的信息,导致教学内容与社会发展脱节,学生难以将所学知识应用到实际工作中。
3.缺乏创新性和扩展性
在多数实验教学中,教师与学生之间的互动性不强,学生仅根据教师的指导按部就班地完成整个实验,没有深入探究实验的目的及意义,不利于自身创新思维和实践能力的发展。
教师由于没有深入了解学生的实际学习情况,不能及时给学生提供更多学习资料,导致学生的拓展能力较弱。
三、基于Flash的虚拟仿真实验室
为克服传统实验教学的不足,增强实验教学的效果,提升学生的动手实践能力,笔者基于Flash动画设计了示波器的虚拟仿真实验室。
Flash是一种创作工具,设计人员可使用它来设计应用程序、演示文稿及其他允许用户交互的内容,其形式可以是简单的动画或者应用程序。
在通常情况下,用户可以使用Flash创作简单的应用程序,也可以根据自己的需要添加图片、音频、视频等创建具有丰富功能的应用程序。
Flash作为一种矢量图形编辑和动画制作软件,通过符号、按钮、层、帧、场景等一系列功能的组合,能够让用户集成声音、效果、影像等多种多媒体素材,创建出形式简洁、内容丰富、交互性强、极具感染力的动画作品。
由于Flash可以融合动画、声效、交互等方式,因此用户能够创建出具有丰富功能的动画作品及应用程序。
受此启发,笔者将Flash应用到虚拟仿真平台设计上来,基于Flash设计了示波器的虚拟仿真实验室。
该实验平台可以模拟示波器产生各种信号,并测量其周期、相位等,最后将这个实验平台应用到实践教学中,取得了良好的效果。
笔者设计的虚拟仿真实验平台包含以下内容:
首先,在虚拟仿真实验室的主页面上,主要展示了示波器特点、操作流程、组成及工作原理、示波器面板介绍及使用方法等内容,在控制页面还有声效开关按钮和操作按钮;其次,虚拟仿真平台还展示了示波器的工作流程图,详细地介绍了示波器各个元件的功能,对示波器的工作原理也有生动的动画演示;最后,展示了示波器的具体操作实践,通过操作面板上的各个按钮可在显示屏上观察到其产生的相应波形,并且可以实现各种不同周期正弦信号的产生和周期测量、电压电流测量等功能。
这些生动、形象、具体的动画演示给学生耳目一新的感觉,让他们产生了极大的兴趣。
对于以上这些实验步骤,学生可在任何地方、任何时间随时操作,不再受到时间及地点的限制,不仅克服了传统实验教学的局限性,还提升了学生的创新思维和动手实践能力。
笔者将虚拟仿真实验室应用于实验教学后,得到了学生的普遍认可,学生更主动地参与实验教学,并积极与笔者沟通,提高了学习的效率。
四、结论
虚拟仿真技术在专业实验课程中的推广及应用,能有效地增强学生对实验课程的感性认识,提高学生对专业知识的理解。
在电子信息类实验课程教学中,教师应用虚拟仿真技术搭建实验平台,对课程中的重点和难点进行模拟和仿真,不仅把枯燥复杂的实验教学变成生动简洁的教学,而且激发了学生的学习动力,增强了学生的学习效果。
参考文献:
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作者简介:
张刚(1976—),男,汉族,重庆人,博士学位,重庆邮电大学副教授,研究方向:
混沌同步、混沌保密通信、微弱信号检测。
(责任编辑:
魏新影章蒙)
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