仿真技術在理論教學中的應用

宋福元，張思兵，張國磊，李彥軍，李曉明，孫寶芝

摘要：在理論教學中，由于學生對所學理論所應用的實際對象不了解，沒有直觀的概念，從而阻礙了對所學理論的理解。教學上利用仿真技術讓理論與實際相結合，使學生更透徹更形象地了解系統和各個設備的工作原理、運行情況和操作過程，提高學習興趣。本文對仿真技術在教學中的應用進行了深入探討，并以柴油機仿真為例說明了仿真技術在教學中應用的優越性。

關鍵詞：教學方法；仿真技術；教學效果

中圖分類號：G642.4 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）06-0145-02

隨著科技和經濟的飛速發展，高校注重于理論教學的弊端越來越明顯，新的教學方法的研究勢在必行[1]。企事業用人單位一般要求有實際動手能力，希望學生能在工作崗位上盡快熟悉系統及各設備的運行情況和操作過程。如果學生在大學期間經過仿真技術的教學，其在工作崗位上對設備的了解無疑事半功倍。現有的實際情況是，學生在實習階段只能參觀設備，并不能進行實際操作，歸根結底對設備只能從感官上進行認識。現有的仿真技術可以實現學生對設備的操作，使其在操作的過程中更深入地了解設備的工作原理和過程。仿真技術在教學上的應用相當于給學生提供了實踐的機會。

一、現代化教學方法

現代化教學方法主要是借助多媒體進行演示，使學生的思維實現由抽象到形象的轉變。教學過程中往往借用的是系統及各種設備的工作原理圖，工作過程主要由老師進行講述。如果學生在聯想中覺得哪部分的工作過程無法順理成章，結果就會陷入僵局而產生疑惑。解決此問題，需要更生動更形象的系統和各種設備的工作過程即仿真技術的應用。仿真技術利用計算機創造的各種虛擬環境來模擬真實環境并根據真實環境中實際操作情況在虛擬環境中進行操作、驗證、設計等。這樣一來，仿真技術提供了視覺、聽覺、觸覺等逼真感受，可以使操作者幾乎身臨其境地感受仿真系統中的動態變化，從而實現了對抽象問題的具體化，提高了學生的學習興趣及學習效率，同時也能為學生的學習提供豐富而詳盡的資源，加深了學生對知識的理解，以及如何在實際情況中去加以應用。

二、仿真技術在教學中的應用

隨著仿真技術的發展，仿真技術應用目的趨于多樣化、全面化。現在仿真系統的應用包括航空、航天、各種武器系統的研制部門、電力、交通運輸、通信、化工、核能各個領域、系統概念研究、系統可行性研究、系統的分析與設計、系統開發、系統測試與評估、系統操作人員培訓、系統預測、系統的使用與維護等各個方面[2]。在教育上的應用主要是用于訓練各種工廠（如電廠、化工廠、核電站、電力網等）的運行操作人員。仿真技術的應用之全面，完全可以移植到學校的教學中。例如，結合本專業相關知識，在發動機相關專業的教學中，可以在具體實踐的基礎上，利用計算機仿真軟件建立仿真機模型，在虛擬環境下，模擬發動機的各部分結構及運行原理的仿真操作，實現發動機在各個工況及負荷下的運行狀態的具體形象的描述，以及各部件聯合運行特性的展現等，彌補學生在更具體而直觀地感受發動機內部運行情況方面的不足，最大限度地提高專業教學質量和教學效果。圖1為發動機仿真機的結構組成。

柴油機仿真學習軟件的界面，左邊區域的按鈕對應著每個章節的知識點，通過點擊界面左邊區域的按扭，可以在軟件的工作區顯示出柴油機相應部件的三維視圖，以及對應的文字描述和數學表達式。左上角菜單欄中的視圖欄可以對圖片進行放大、縮小以及旋轉圖形等操作。右下角的動態演示控制區可以模擬柴油機工作時，相應部件的運行動態。這樣，學生可以從多角度觀察柴油機的結構組成及動態工作過程，從而更加深入地了解其工作原理。菜單欄中的文件欄還可以對所學內容進行重點標記并導出，這樣可以提高學生的學習效率。教學中老師可以把該專業的仿真技術的最新研究成果展示在學生的面前而不是只做專題的演講，應該普及仿真技術在教學中的應用，增加其學時。在教學中應用仿真技術，學生不僅對設備的理論知識有詳細的了解，而且能從視覺上觀看其動態的工作過程，甚至還能親自動手操作設備的運行及給設備設置各種故障后設備的運行情況，使學生對設備的工作性能有更透徹的了解，進而學到更多的知識和增加自己的學習樂趣。

三、仿真技術與實驗相結合

雖然仿真技術的應用能使系統及設備的動態的工作過程生動形象地展現在學生的眼前，但是現有的仿真技術依然不能完全展示系統及設備的工作過程。因此，在仿真學習的基礎上，還是有必要讓學生熟悉實際設備在運行時的工作情況，應增加各種實驗教學使其和仿真教學相互輝映。尤其是對理工科的學生各種實驗教學是非常必要的，實驗不僅能增強學生的實際動手能力，還能增加其實驗中遇到問題處理實際問題的能力。例如，在上述發動機仿真平臺中，通過編寫的軟件進行仿真優化計算，隨后在同樣的工況及負荷下，可在一增壓柴油機上進行實驗，并測得實驗結果，最后對仿真計算結果進行對比分析，可以驗證仿真軟件的準確性，這里給出的是柴油機運行時的示功圖。通過簡單的對比分析，可以看出仿真結果與實驗結果的變化趨勢相一致，學生可以更全面更直觀地了解柴油機在不同時刻的做功情況，也能使學生更深入地理解引起仿真結果與實驗結果中微小差異的原因。

四、總結和展望

教學的最終目的，就是讓學生更好的學習知識，并能將這些知識靈活應用到實際中去。在信息技術發展日新月異的背景下，虛擬仿真技術為教學提供了一個有效而切實可行的平臺。綜上可知，在教學中應用仿真技術主要有如下優點：

1.提高學生的學習興趣，提高學習效率。對于大多數理工科而言，傳統的板書、PPT等教學方法在實際教學中往往會顯得單調乏味，繁瑣且不易理解，難以直接展示系統的結構、作用原理及工作流程等，這樣會使很多學生失去了學習的興趣。而利用仿真平臺進行教學，可以使抽象復雜的問題形象化、具體化，能讓學生更加直觀而深刻地理解所學知識。這種新穎的學習方式也不會顯得索然無味，這大大激發了學生的學習興趣，同時，在課堂上老師也可以節省大量講述及板書的時間，可以與學生有更多的互動，也能有更多的時間為學生答疑解惑，這樣學生的學習效率也得以提高。

2.提高了學生動手操作及獨立思考的能力。在應用仿真技術進行教學時，學生可以在模擬的環境中學習，這種模擬的環境是基于實際情況的，這樣一來，學生就相當于在現場進行實習操作，從而在某種程度上提高了學生的動手操作能力。如果學生每人一臺電腦，在獨立完成相關操作及數據處理的過程中，也很好的鍛煉了學生獨立思考的能力。

3.鍛煉學生發現問題并解決問題的能力。學生在利用仿真平臺學習后，同實驗相結合，并將二者進行對比分析，可以“從做中學，從學中做”，這樣易于找出仿真學習與實際情況的不同，從而發現問題，并會靈活地運用所學的技能舉一反三，努力提高解決問題的能力。

在新的時代下，學校內各個專業都會在教學中應用其專業領域最新最先進的仿真技術，使學生的眼界開闊，對其所學理論知識能融會貫通并了解設備的動態工作過程和故障條件下的診斷。計算機技術的日新月異，各系統和設備的仿真可以更加接近其工作的實際情況，其在教學上的應用應更得心應手。

參考文獻：

[1]林愛琴.大學教學方法的改革勢在必行[J].中國科教創新導刊，2007，（451）：33

[2]齊歡，王小平.系統建模與仿真[M].清華大學出版社，2004.endprint

摘要：在理論教學中，由于學生對所學理論所應用的實際對象不了解，沒有直觀的概念，從而阻礙了對所學理論的理解。教學上利用仿真技術讓理論與實際相結合，使學生更透徹更形象地了解系統和各個設備的工作原理、運行情況和操作過程，提高學習興趣。本文對仿真技術在教學中的應用進行了深入探討，并以柴油機仿真為例說明了仿真技術在教學中應用的優越性。

關鍵詞：教學方法；仿真技術；教學效果

中圖分類號：G642.4 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）06-0145-02

隨著科技和經濟的飛速發展，高校注重于理論教學的弊端越來越明顯，新的教學方法的研究勢在必行[1]。企事業用人單位一般要求有實際動手能力，希望學生能在工作崗位上盡快熟悉系統及各設備的運行情況和操作過程。如果學生在大學期間經過仿真技術的教學，其在工作崗位上對設備的了解無疑事半功倍。現有的實際情況是，學生在實習階段只能參觀設備，并不能進行實際操作，歸根結底對設備只能從感官上進行認識。現有的仿真技術可以實現學生對設備的操作，使其在操作的過程中更深入地了解設備的工作原理和過程。仿真技術在教學上的應用相當于給學生提供了實踐的機會。

一、現代化教學方法

現代化教學方法主要是借助多媒體進行演示，使學生的思維實現由抽象到形象的轉變。教學過程中往往借用的是系統及各種設備的工作原理圖，工作過程主要由老師進行講述。如果學生在聯想中覺得哪部分的工作過程無法順理成章，結果就會陷入僵局而產生疑惑。解決此問題，需要更生動更形象的系統和各種設備的工作過程即仿真技術的應用。仿真技術利用計算機創造的各種虛擬環境來模擬真實環境并根據真實環境中實際操作情況在虛擬環境中進行操作、驗證、設計等。這樣一來，仿真技術提供了視覺、聽覺、觸覺等逼真感受，可以使操作者幾乎身臨其境地感受仿真系統中的動態變化，從而實現了對抽象問題的具體化，提高了學生的學習興趣及學習效率，同時也能為學生的學習提供豐富而詳盡的資源，加深了學生對知識的理解，以及如何在實際情況中去加以應用。

二、仿真技術在教學中的應用

隨著仿真技術的發展，仿真技術應用目的趨于多樣化、全面化。現在仿真系統的應用包括航空、航天、各種武器系統的研制部門、電力、交通運輸、通信、化工、核能各個領域、系統概念研究、系統可行性研究、系統的分析與設計、系統開發、系統測試與評估、系統操作人員培訓、系統預測、系統的使用與維護等各個方面[2]。在教育上的應用主要是用于訓練各種工廠（如電廠、化工廠、核電站、電力網等）的運行操作人員。仿真技術的應用之全面，完全可以移植到學校的教學中。例如，結合本專業相關知識，在發動機相關專業的教學中，可以在具體實踐的基礎上，利用計算機仿真軟件建立仿真機模型，在虛擬環境下，模擬發動機的各部分結構及運行原理的仿真操作，實現發動機在各個工況及負荷下的運行狀態的具體形象的描述，以及各部件聯合運行特性的展現等，彌補學生在更具體而直觀地感受發動機內部運行情況方面的不足，最大限度地提高專業教學質量和教學效果。圖1為發動機仿真機的結構組成。

柴油機仿真學習軟件的界面，左邊區域的按鈕對應著每個章節的知識點，通過點擊界面左邊區域的按扭，可以在軟件的工作區顯示出柴油機相應部件的三維視圖，以及對應的文字描述和數學表達式。左上角菜單欄中的視圖欄可以對圖片進行放大、縮小以及旋轉圖形等操作。右下角的動態演示控制區可以模擬柴油機工作時，相應部件的運行動態。這樣，學生可以從多角度觀察柴油機的結構組成及動態工作過程，從而更加深入地了解其工作原理。菜單欄中的文件欄還可以對所學內容進行重點標記并導出，這樣可以提高學生的學習效率。教學中老師可以把該專業的仿真技術的最新研究成果展示在學生的面前而不是只做專題的演講，應該普及仿真技術在教學中的應用，增加其學時。在教學中應用仿真技術，學生不僅對設備的理論知識有詳細的了解，而且能從視覺上觀看其動態的工作過程，甚至還能親自動手操作設備的運行及給設備設置各種故障后設備的運行情況，使學生對設備的工作性能有更透徹的了解，進而學到更多的知識和增加自己的學習樂趣。

三、仿真技術與實驗相結合

雖然仿真技術的應用能使系統及設備的動態的工作過程生動形象地展現在學生的眼前，但是現有的仿真技術依然不能完全展示系統及設備的工作過程。因此，在仿真學習的基礎上，還是有必要讓學生熟悉實際設備在運行時的工作情況，應增加各種實驗教學使其和仿真教學相互輝映。尤其是對理工科的學生各種實驗教學是非常必要的，實驗不僅能增強學生的實際動手能力，還能增加其實驗中遇到問題處理實際問題的能力。例如，在上述發動機仿真平臺中，通過編寫的軟件進行仿真優化計算，隨后在同樣的工況及負荷下，可在一增壓柴油機上進行實驗，并測得實驗結果，最后對仿真計算結果進行對比分析，可以驗證仿真軟件的準確性，這里給出的是柴油機運行時的示功圖。通過簡單的對比分析，可以看出仿真結果與實驗結果的變化趨勢相一致，學生可以更全面更直觀地了解柴油機在不同時刻的做功情況，也能使學生更深入地理解引起仿真結果與實驗結果中微小差異的原因。

四、總結和展望

教學的最終目的，就是讓學生更好的學習知識，并能將這些知識靈活應用到實際中去。在信息技術發展日新月異的背景下，虛擬仿真技術為教學提供了一個有效而切實可行的平臺。綜上可知，在教學中應用仿真技術主要有如下優點：

1.提高學生的學習興趣，提高學習效率。對于大多數理工科而言，傳統的板書、PPT等教學方法在實際教學中往往會顯得單調乏味，繁瑣且不易理解，難以直接展示系統的結構、作用原理及工作流程等，這樣會使很多學生失去了學習的興趣。而利用仿真平臺進行教學，可以使抽象復雜的問題形象化、具體化，能讓學生更加直觀而深刻地理解所學知識。這種新穎的學習方式也不會顯得索然無味，這大大激發了學生的學習興趣，同時，在課堂上老師也可以節省大量講述及板書的時間，可以與學生有更多的互動，也能有更多的時間為學生答疑解惑，這樣學生的學習效率也得以提高。

2.提高了學生動手操作及獨立思考的能力。在應用仿真技術進行教學時，學生可以在模擬的環境中學習，這種模擬的環境是基于實際情況的，這樣一來，學生就相當于在現場進行實習操作，從而在某種程度上提高了學生的動手操作能力。如果學生每人一臺電腦，在獨立完成相關操作及數據處理的過程中，也很好的鍛煉了學生獨立思考的能力。

3.鍛煉學生發現問題并解決問題的能力。學生在利用仿真平臺學習后，同實驗相結合，并將二者進行對比分析，可以“從做中學，從學中做”，這樣易于找出仿真學習與實際情況的不同，從而發現問題，并會靈活地運用所學的技能舉一反三，努力提高解決問題的能力。

在新的時代下，學校內各個專業都會在教學中應用其專業領域最新最先進的仿真技術，使學生的眼界開闊，對其所學理論知識能融會貫通并了解設備的動態工作過程和故障條件下的診斷。計算機技術的日新月異，各系統和設備的仿真可以更加接近其工作的實際情況，其在教學上的應用應更得心應手。

參考文獻：

[1]林愛琴.大學教學方法的改革勢在必行[J].中國科教創新導刊，2007，（451）：33

[2]齊歡，王小平.系統建模與仿真[M].清華大學出版社，2004.endprint

摘要：在理論教學中，由于學生對所學理論所應用的實際對象不了解，沒有直觀的概念，從而阻礙了對所學理論的理解。教學上利用仿真技術讓理論與實際相結合，使學生更透徹更形象地了解系統和各個設備的工作原理、運行情況和操作過程，提高學習興趣。本文對仿真技術在教學中的應用進行了深入探討，并以柴油機仿真為例說明了仿真技術在教學中應用的優越性。

關鍵詞：教學方法；仿真技術；教學效果

中圖分類號：G642.4 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）06-0145-02

隨著科技和經濟的飛速發展，高校注重于理論教學的弊端越來越明顯，新的教學方法的研究勢在必行[1]。企事業用人單位一般要求有實際動手能力，希望學生能在工作崗位上盡快熟悉系統及各設備的運行情況和操作過程。如果學生在大學期間經過仿真技術的教學，其在工作崗位上對設備的了解無疑事半功倍。現有的實際情況是，學生在實習階段只能參觀設備，并不能進行實際操作，歸根結底對設備只能從感官上進行認識。現有的仿真技術可以實現學生對設備的操作，使其在操作的過程中更深入地了解設備的工作原理和過程。仿真技術在教學上的應用相當于給學生提供了實踐的機會。

一、現代化教學方法

現代化教學方法主要是借助多媒體進行演示，使學生的思維實現由抽象到形象的轉變。教學過程中往往借用的是系統及各種設備的工作原理圖，工作過程主要由老師進行講述。如果學生在聯想中覺得哪部分的工作過程無法順理成章，結果就會陷入僵局而產生疑惑。解決此問題，需要更生動更形象的系統和各種設備的工作過程即仿真技術的應用。仿真技術利用計算機創造的各種虛擬環境來模擬真實環境并根據真實環境中實際操作情況在虛擬環境中進行操作、驗證、設計等。這樣一來，仿真技術提供了視覺、聽覺、觸覺等逼真感受，可以使操作者幾乎身臨其境地感受仿真系統中的動態變化，從而實現了對抽象問題的具體化，提高了學生的學習興趣及學習效率，同時也能為學生的學習提供豐富而詳盡的資源，加深了學生對知識的理解，以及如何在實際情況中去加以應用。

二、仿真技術在教學中的應用

隨著仿真技術的發展，仿真技術應用目的趨于多樣化、全面化。現在仿真系統的應用包括航空、航天、各種武器系統的研制部門、電力、交通運輸、通信、化工、核能各個領域、系統概念研究、系統可行性研究、系統的分析與設計、系統開發、系統測試與評估、系統操作人員培訓、系統預測、系統的使用與維護等各個方面[2]。在教育上的應用主要是用于訓練各種工廠（如電廠、化工廠、核電站、電力網等）的運行操作人員。仿真技術的應用之全面，完全可以移植到學校的教學中。例如，結合本專業相關知識，在發動機相關專業的教學中，可以在具體實踐的基礎上，利用計算機仿真軟件建立仿真機模型，在虛擬環境下，模擬發動機的各部分結構及運行原理的仿真操作，實現發動機在各個工況及負荷下的運行狀態的具體形象的描述，以及各部件聯合運行特性的展現等，彌補學生在更具體而直觀地感受發動機內部運行情況方面的不足，最大限度地提高專業教學質量和教學效果。圖1為發動機仿真機的結構組成。

柴油機仿真學習軟件的界面，左邊區域的按鈕對應著每個章節的知識點，通過點擊界面左邊區域的按扭，可以在軟件的工作區顯示出柴油機相應部件的三維視圖，以及對應的文字描述和數學表達式。左上角菜單欄中的視圖欄可以對圖片進行放大、縮小以及旋轉圖形等操作。右下角的動態演示控制區可以模擬柴油機工作時，相應部件的運行動態。這樣，學生可以從多角度觀察柴油機的結構組成及動態工作過程，從而更加深入地了解其工作原理。菜單欄中的文件欄還可以對所學內容進行重點標記并導出，這樣可以提高學生的學習效率。教學中老師可以把該專業的仿真技術的最新研究成果展示在學生的面前而不是只做專題的演講，應該普及仿真技術在教學中的應用，增加其學時。在教學中應用仿真技術，學生不僅對設備的理論知識有詳細的了解，而且能從視覺上觀看其動態的工作過程，甚至還能親自動手操作設備的運行及給設備設置各種故障后設備的運行情況，使學生對設備的工作性能有更透徹的了解，進而學到更多的知識和增加自己的學習樂趣。

三、仿真技術與實驗相結合

雖然仿真技術的應用能使系統及設備的動態的工作過程生動形象地展現在學生的眼前，但是現有的仿真技術依然不能完全展示系統及設備的工作過程。因此，在仿真學習的基礎上，還是有必要讓學生熟悉實際設備在運行時的工作情況，應增加各種實驗教學使其和仿真教學相互輝映。尤其是對理工科的學生各種實驗教學是非常必要的，實驗不僅能增強學生的實際動手能力，還能增加其實驗中遇到問題處理實際問題的能力。例如，在上述發動機仿真平臺中，通過編寫的軟件進行仿真優化計算，隨后在同樣的工況及負荷下，可在一增壓柴油機上進行實驗，并測得實驗結果，最后對仿真計算結果進行對比分析，可以驗證仿真軟件的準確性，這里給出的是柴油機運行時的示功圖。通過簡單的對比分析，可以看出仿真結果與實驗結果的變化趨勢相一致，學生可以更全面更直觀地了解柴油機在不同時刻的做功情況，也能使學生更深入地理解引起仿真結果與實驗結果中微小差異的原因。

四、總結和展望

教學的最終目的，就是讓學生更好的學習知識，并能將這些知識靈活應用到實際中去。在信息技術發展日新月異的背景下，虛擬仿真技術為教學提供了一個有效而切實可行的平臺。綜上可知，在教學中應用仿真技術主要有如下優點：

1.提高學生的學習興趣，提高學習效率。對于大多數理工科而言，傳統的板書、PPT等教學方法在實際教學中往往會顯得單調乏味，繁瑣且不易理解，難以直接展示系統的結構、作用原理及工作流程等，這樣會使很多學生失去了學習的興趣。而利用仿真平臺進行教學，可以使抽象復雜的問題形象化、具體化，能讓學生更加直觀而深刻地理解所學知識。這種新穎的學習方式也不會顯得索然無味，這大大激發了學生的學習興趣，同時，在課堂上老師也可以節省大量講述及板書的時間，可以與學生有更多的互動，也能有更多的時間為學生答疑解惑，這樣學生的學習效率也得以提高。

2.提高了學生動手操作及獨立思考的能力。在應用仿真技術進行教學時，學生可以在模擬的環境中學習，這種模擬的環境是基于實際情況的，這樣一來，學生就相當于在現場進行實習操作，從而在某種程度上提高了學生的動手操作能力。如果學生每人一臺電腦，在獨立完成相關操作及數據處理的過程中，也很好的鍛煉了學生獨立思考的能力。

3.鍛煉學生發現問題并解決問題的能力。學生在利用仿真平臺學習后，同實驗相結合，并將二者進行對比分析，可以“從做中學，從學中做”，這樣易于找出仿真學習與實際情況的不同，從而發現問題，并會靈活地運用所學的技能舉一反三，努力提高解決問題的能力。

在新的時代下，學校內各個專業都會在教學中應用其專業領域最新最先進的仿真技術，使學生的眼界開闊，對其所學理論知識能融會貫通并了解設備的動態工作過程和故障條件下的診斷。計算機技術的日新月異，各系統和設備的仿真可以更加接近其工作的實際情況，其在教學上的應用應更得心應手。

參考文獻：

[1]林愛琴.大學教學方法的改革勢在必行[J].中國科教創新導刊，2007，（451）：33

[2]齊歡，王小平.系統建模與仿真[M].清華大學出版社，2004.endprint