虚拟仿真施工技术篇1
关键词：建筑施工；虚拟仿真；应用
中图分类号：tU7文献标识码：a文章编号：
引言：建筑施工行业是传统行业之一，在当前高新技术高速发展的背景下，其行业应接受高新技术带来的优势。在进行复杂大量的建筑施工时，为了保障不间断地有节奏工作，应使各个施工环节协同运作、步调一致，而要想达到这个目的就必须事先制定准确无误的组织计划和施工方案。而运用以往的工具和计算技术，早已难以保障准确地、及时地处理大量繁琐的施工技术资料。于是本文着重对虚拟仿真技术在建筑施工的运用进行了研究和探讨。
一、虚拟仿真技术的概念
虚拟施工技术（VC）是对实际施工过程的模拟。它运用结构仿真和虚拟现实等技术，在计算机等相关设备的支持下，对施工过程中的物品、人员、财产、施工过程进行逼真演练，以便事先发现施工中可能出现的问题，并采取相应的预防措施，在优化与控制能力、缩短工期、增强施工过程中的决策、减少风险和降低成本等方面均有显著作用。[1]
二、虚拟施工所需的技术支持
虚拟施工需要众多学科领域来提供技术支持，主要包括为虚拟现实技术、优化与建模技术、计算机仿真技术以及相关的软硬件技术。具体情况如下：
2.1虚拟现实技术。它综合了传感器技术、计算机图形技术、显示技术、计算机仿真技术等众多学科，它为人机对话提供了更直观和逼真的三维画面，而且还可以在多维空间上创建一个虚拟环境，以达到身临其境的感觉。
2.2建模与优化技术。应用此原理进行工程的设计、规划、管理、施工时可以综合全面地考虑在时间、经济和技术上的最佳方案，实现利益的最大化。优化方法也是虚拟施工中的一个重要技术。建模方法实际上是虚拟施工的另一种支撑技术。虚拟施工的模型包括：设计模型、基础模型和施工模型三大方面。其中施工模型与工艺参数联系在一起，以反映设计模型与施工模型间的交互作用。因此，施工模型必须具有以下几大功能：施工数据表、计算机工艺仿真、施工规划、物理和数学模型、统计模型等。
2.3计算机仿真技术。在土木工程中仿真技术主要运用在施工技术与管理和结构计算。计算机仿真技术是虚拟施工的最重要部分。在结构工程施工方面，内力仿真分析将直接给工程施工安全提供保障。[2]
2.4软硬件基础。虚拟施工技术是数据库技术、CaD技术与计算机仿真技术、计算机网络技术、虚拟现实技术、人工智能技术等多种学科技术结合而成的。只有当软件和硬件同时发挥作用才能使仿真技术得到充分利用。
三、虚拟仿真技术在建筑施工中的应用与现实意义
在建筑施工中虚拟仿真技术的作用不言而喻：首先，它有助于相关管理制度的完善和建筑市场的管理。在招投标时，虚拟仿真技术可以直观地对投标各方的方法、成效和施工工艺进行比较，从而达到公开、透明、公正、公平的目的。这样就大幅度减少了不正当行为的出现，对规范建筑市场管理有不可估量的作用。同时，它还能帮助判断建筑设计的合理性，以便对不合理处进行及时修改，优化设计方案，这对一些重大工程极其重要。因为设计方案毕竟都有一定的局限性，它主要由设计者的知识水平和施工经验来决定，因此对于同一个施工项目不同的设计师有着不同的方案，这时就需要用到虚拟仿真技术来科学地、直观展现不同施工方法措施和施工组织的具体效果，以便定量地对各种方案进行对比，真正实现施工方案的优化。运用虚拟施工技术能对整个施工过程进行事先模拟，使技术人员能在施工前最大可能地了解到各个构件在实际工程中的相互关系和相对位置，对施工方案进行相应调整，计算其相应工况应力，对多种施工方法进行实验分析。这样对于下面几个方面将会产生重大的作用：（1）建筑工程施工方案的选择和优化，我们知道，现在的建筑物因为设计师的不同，所以，基本上每一个建筑都有它自身的风格，这就导致了我们不可能复制建筑工程的施工过程。但是，如果采用施工虚拟仿真技术，我们就可以解决因为在施工经验的基础上建立的对于施工组织的选择和优化以及施工的方法所产生的局限性的问题。同时还可以直接的看到每一种施工组织措施和施工方法相结合时产生的不同的效果。这样就可以让我们更直观的从不同的施工方案中选择出最适合的施工方法，从而更好的完成施工。（2）施工技术的革新和新技术的引入，对于施工技术人员来说，施工虚拟仿真技术不仅能让他们更好的发挥出他们的创造性而且还能在成本很低的情况下完成施工新工艺的试验。这样，我们不仅降低了其试验的风险，还能大大的缩短引入和推广的时间。（3）施工管理，施工管理过程中不可避免的会出现质量、安全等方面的隐患，而施工虚拟仿真技术在模拟施工的过程中就可以让我们很清楚的看到这些安全隐患，从而在施工过程中能有效的避免或者尽早提出解决方法。（4）安全、生产培训施工虚拟仿真技术具有实效性、全面性的技术优势，对操作人员了解操作流程起到了重要作用，保证了施工任务的安全性，同时有效提高施工质量。（5）考察建筑设计的合理性.则也需运用大型工程设计施工虚拟仿真技术，该项技术不仅方便了对需优化部位的修改，更对业主、施工单位、设计单位三方的沟通与设计交底提供了便捷准确的方法。[3]
四、虚拟仿真技术在建筑施工中存在主要问题：
计算机硬件和仿真软件本身的发展是仿真技术能否在建筑工程施工领域得以推广和应用所遇到的主要瓶颈。目前应用虚拟仿真施工系统所面临的难题有：（1）由于虚拟仿真系统具有需要在较高的专用工作站或实验室上进行的特点，导致了开发和应用要求的硬件平台较高，从而导致了企业在自行开发系统的过程中必须投入大量的资金和人力在专用虚拟实验室的建造以及国外进口设备和软件的购买上，这势必影响着企业的资金和人力资源。另外，系统的演示受设备的限制，移动的不方便性都在企业的考虑范围内。（2）单项工程的开发需要一个方便的开发平台，这个平台的提供需要一套面向建筑工程施工的专用集成型软件系统。由于虚拟仿真系统在工程施工中几乎没有集成型软件，导致了在单项工程进行开发时，需要从国外进口相关软件平台作为支撑，再加上工程施工中影响因素较多，以上的种种因素成为了开发一个项目所需成本较高的客观因素。（3）目前，虽然我国一些大型建筑企业集团已成为开发和应用施工定额软件、施工管理软件的主力。他们通过建立自己的设计研究院，为施工企业的技术人才培养创造了条件，而且部分的工程技术人员已具有一定的软件研发能力和应用水平。但是，无论是施工企业要引进专业软件人才，还是培养自己的开发骨干，都会给施工企业的开支造成巨大的压力。[4]
五、总结：随着虚拟施工技术的进一步发展，虚拟技术在土木工程中的应用将更加深入、普遍，它能大大提高工程管理和施工的效率，保证进度的进展，节约成本，提高安全性，减少工程风险等。在虚拟现实系统的施工组织与管理下，通过建立虚拟模型和虚拟施工过程来实现工程事先模拟，这必定会成为传统的施工管理的新篇章。
参考文献
[1]杜晓刚.虚拟仿真技术在建筑施工中的应用分析[J]-中华民居-2011(6)
[2]黄明.虚拟现实技术在建筑施工中的应用[J]-硅谷2010(8)
虚拟仿真施工技术篇2
“桥梁施工技术”是路桥专业学习中的一门重要专业课程，在以往的教学中，因为受到教学条件和教学资源的限制，传统教学方法不能够满足这门课程的教学需求。这门课程的特点是实践性强，需在教学期间设置实训课程，加强对学生实践及创新能力的训练。但是，由于场地、设备有限，校内难以提供学生综合实践的场所，随着信息技术教学手段的发展，虚拟仿真为教学双方提供了很好的平台，突破了时空界限，实现了虚实结合、相互补充。虚拟仿真具有模拟性、低能耗、低投入、易共享等特点，能有效弥补传统教学的不足，使教学内容更加丰富完整，大大方便了学生的学习交流，也激发了学生主动学习的热情，提高了学生学习的兴趣。
1虚拟仿真教学软件的开发思路
在进行“桥梁施工技术”虚拟仿真实训软件的开发中，我们必须弥补传统教学方法的不足，最大限度地发挥虚拟仿真的优势，这样才能最大限度地提高教学质量和教学效果，激发学生的学习兴趣，所以，在进行“桥梁施工技术”虚拟仿真软件的开发中，我们要弥补传统教学资源和教学场地的不足，掌握相关实训技能。为解决教学资源的限制造成日常教学中无法进行计划内的实践教学这一问题，开发该软件旨在提供一个虚拟教学平台，从而摆脱资源、时间、空间的限制，便于学生学习和使用。
“桥梁施工技术”是一门实践性比较强的专业课程，虚拟仿真教学要与传统实践环节相结合，提供基于信息技术的新型实践环境。虚拟仿真课程体系主要包括演示性和人机交互式两种类型。
第一，演示性教学。按照课程学习大纲的要求，制作相应的工程图片、文字、动画和施工视频，方便学生进行学习，同时，了解和掌握相关桥梁施工技术的操作步骤。
第二，人机交互教学。开发相关的人机交互模拟软件程序，满足学生模拟实际情况的需求，给他们提供动手操作的机会，最后由系统记录其操作并自动生成成绩考核；教师可以根据课程教学的需要，给学生指定实训题目，由学生自行设计，最后提交电子成果。
我们通过基于虚拟平台系统的建设，为学生们提供一种基于信息技术的新型实践环境。在这种虚拟仿真的教学中，学生可以不用四处走访工地，更加安全地了解更多各类工程的实例，增加对桥梁工程施工的认识，虚拟仿真课程实训可以更贴近实际工作环境，使得教学实践?c社会需求更加一致，避免教学与社会需求脱节。
2虚拟仿真教学的开发过程
2.1实训内容虚拟化
按照高职院校学生就业岗位的职业技能要求，通过虚拟仿真技术实现仿真实训教学，建设虚拟化、立体化、结构化展示专业机具设备及工程案例、工程项目施工流程工艺，实现学生游走在三维的虚拟空间中，通过趣味性的操作技能，让教学知识点深入浅出地被学生掌握，更好地培养学生的职业能力，增强岗位核心竞争力。
2.2教学方式多样化
虚拟仿真教学打破了现实空间、时间、环境、资金等客观因素的限制，为教师提供了课程设置、任务设置、考核方式设置等多种功能，使教师能够轻松安排教学中所需的课程、任务和考核评价，并可以将施工企业的新材料、新技能、新工艺等知识及时录入系统，使教学内容始终保持与企业同步。同时，通过系统的任务设置、自动考核、数据自动分析等功能，让教师在第一时间得到学生技能掌握情况的信息反馈，更好地调整教学重点与教学方式，提升教师实践教学效率。
2.3实训建设专项化
通过虚拟仿真和最先进的计算机软件技术建设桥梁施工的虚拟仿真教学资源，让每个课程都能够实现实践操作。同时，信息化实践教学课程的率先开展，实现了课程创新并完成了认证注册，有效提升了专业课程的质量。
3桥梁施工虚拟仿真教学的具体开发过程
第一，通过问卷调查，询问已毕业踏上工作岗位的学生桥梁传统教学中有哪些优缺点，从而确定虚拟仿真实训教学需要重点关注哪些知识和能力，梳理出典型的工作任务，归纳出典型的实训项目，确定相应的资源模块。
第二，经过比较，选定典型的施工图纸和桥梁专项施工方案，以此为基础建立虚拟仿真实训的分项项目任务。如图1所示。
第三，桥梁施工仿真教学系统根据行业典型案例，以虚拟仿真形式整体呈现涉及施工的所有知识点。避免传统教学中工程建造空间与时间问题，实现全面一体的课堂教学呈现。软件应遵循分项工程――施工流程――操作步骤的任务表达方式，进入单个任务模块进行学习操作时，操作任务本身需以某个案例工程为依托，结合标准的现场施工工艺流程，以具体化施工步骤的方式，通过调取系统为当前任务配置施工机具、材料的工具，最终完成该项施工操作任务体验。开发软件可以具备教学模式、学习模式、考核模式三种操作模式，教师可以进入“授课模式”进行教学，教学系统实操过程中有声音文字提示；学生可进入“学习模式”“考核模式”进行自主学习和参加考试。进入考核模式时，操作过程中无声音文字提示，并有完成操作计时的功能，同时，对学习考试结果进行分数统计及错题分析，以满足多样化教学应用的需求，如图2所示。
虚拟仿真施工技术篇3
1.采用虚拟仿真技术是解决教学改革难题的重要和有效的手段。
高职院校注重培养学生实践操作技能和勇于改革创新的能力，要求学生能够较快地适应生产第一线的岗位技能工作，是高职学院毕业生在人才市场竞争中所必备的条件，所以搞好实践教学，并为学生创造一个发挥想象空间的氛围是很必要的。随着虚拟仿真技术的在教学中的应用和发展，实训教学内容、实训教学手段、实训教学设备逐渐发生变革。传统的校内、校外集中或分散实训基地模式将转向校内外与虚拟仿真实训相结合的实训模式方向发展。通过传统实训和虚拟仿真实训的融合，相辅相成，相互补充，融入信息化要素的实训基地建设，符合现代职业教育教学技能的发展要求，使学生由浅入深、循序渐进地掌握工程施工的施工工序及工艺流程等施工方法和技能，从而满足学生在不同培养阶段的需要，为促进教学质量和人才培养质量的全面提高起到积极的作用，为高职院校课程改革提供了重要支撑。
2.利用虚拟仿真技术构建建筑工程技术教学中虚拟实训室的优势。
依托校园网，利用现代教育技术构建的建筑工程类虚拟实训室，能够对建筑工程类核心课程的教学起到真正的服务作用。虚拟实训室的构建过程同时也是一个现代信息技术在职业教育教学中运用的过程，其建立在一定的教学理论基础上，依托专业理论知识同时也可以促进理论知识学习。教师通过形象生动的三维数据模型，可以让学生更好的理解施工各阶段的工艺流程，将单调的理论学习上升为可激发学生学习兴趣、思考热情，激发三维空间想象能力和创新思维的学习，让学生更快更好的掌握专业知识。其次，通过计算机网络传输，教师的授课也不局限于传统教室，而是延伸到无限的互联网终端，最大限度提供了课堂的开放度。同时，虚拟实训室的开发构建也在一定程度上缓解了高职实训基地建设条件有限的实际困难。总之，运用现代教育技术进行建筑工程类专业的信息化资源建设，特别是虚拟仿真实训室的建设将是克服人才培养瓶颈，节约办学成本、解决师资力量不足，提高人才培养质量，促进教学手段和教学内容改革的不二选择。通过该虚拟实训室的建设可以改变传统意义上的课堂授课模式，是构建在新型信息化环境下的高职院校现代教育技术教学新模式。
二、建筑工程技术课程虚拟实训室的构建与开发
1.虚拟实训室的系统组成。
建筑工程技术课程虚拟实训室的构建主要以《建筑工程技术》课程中的核心内容为主体进行设计，包括土方工程、地基处理、桩基础工程、砌体工程、钢筋混凝土工程、预应力混凝土工程、结构安装工程、防水工程、装饰工程、脚手架与运输设备、冬期与雨期施工等共十一个知识模块，根据课程的主要内容和实施重点进行归纳合并，以及考虑工程实际情况，主要开发构建砌体结构工程、砼结构工程、钢结构工程三个虚拟实训项目子系统。各个子系统再进行细化，包括相关设计规范、技术标准、施工准备、工程图纸、技术交底、安全交底、联系单、工作记录等具体实训内容。系统以互动式三维动画为主，视频、图片、文字为辅，将施工现场的真实环境展现在眼前，让学生自己动手操作进行仿真模拟实训，了解掌握施工过程中主要工艺流程、技术要点、管理过程，从而掌握相关建筑施工专业技能。
2.虚拟实训室系统软件技术开发。
在建筑工程技术施工组织等专业理论的支撑上，选择Lamp作为开发平台。Lamp网站架构包括Linux操作系统、apache网络服务器、mySQL数据库和pHp编程语言，是一组常用来搭建动态网站或者服务器的开源软件，具有资源丰富、通用、高性能、低价格等优势。根据建筑工程技术课程教学的实际情况，本着内容强调科学性、准确性，设计风格突出艺术性，设计技术力求简单性、实用性的思想，采用Lamp构建一个基于web的虚拟实训室，以三维仿真模拟出不同的施工现场模型，以此作为建筑工程技术课程教学的虚拟实训基地，将传统的文字讲授变为直观易懂的可视化教学。
三、虚拟仿真技术在课程教学应用中存在的问题及对策
1.科技含量高，但系统开发所需专业技术型人才较为稀少。
虚拟现实仿真技术，是近年来出现的高新技术，目前被开发应用用于军事、医学、工业、地理、教育等各个行业领域，而该技术在教育上的应用，尚处于起步阶段，特别是建筑工程类专业的虚拟现实软件及技术尚十分缺乏。随着虚拟仿真技术的研究和推广，越来越受到政府等相关职能部门的关注和重视，这将有利于该项技术的发展和应用研究。同时也可以通过企业与高校长期合作进行科研互利，有利于早日解决虚拟仿真技术应用问题。
2.建设项目施工环境多变且复杂，学生进行虚拟仿真实训与传统实训存在一定的差别。
建设工程项目一般建设周期长、工序多，在建设期间环境较为多变和复杂，具有一定的随机性和不确定性，且现场实训能让学生更加全方位了解掌握知识内容，因此虚拟仿真实训与传统实训存在一定的差别。为了更能促进教学和学习效果，在专业理论学习的基础上，将虚拟与传统实训相结合，相互补充，弥补传统教学实践中的不足，真正培养出优良的满足社会需要的技能型人才，为建筑施工企业输送优秀的技术人员。
四、结语
虚拟仿真施工技术篇4
[关键词]pe管焊接；技能培训；虚拟仿真；pe管焊接技能培训虚拟仿真
中图分类号：tG457.6文献标识码：a文章编号：1009-914X（2016）25-0231-02
pe管是目前国际上应用最为成熟的塑料压力管道之一。pe管的应用发展在欧美能够保持长期稳定的高速发展，而据分析，我国pe管应用有十分广阔的前景，在塑料管应用的各个领域，pe管材管件都将得到广泛应用。并且随着一系列相关技术性能的国家标准陆续颁布，其生产规模更是不断扩大。原料国产化的发展，使得pe管材价格将逐渐降低，其经济性也大大提高。对于焊接技术，许多公司机构都设有专门的设备场地进行培训训练，不仅国家有关部门专门为此设立焊接工技术考试，设置专门的技术证明，而且在一些高校更是让同学在实习期间接触学习焊接技术，进而培养具备多种高素质技能人才。
一、虚拟仿真技术与pe管焊接技能培训结合的必要性
《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》内容提及教育信息化改革的具体措施及发展规划，着重强调了关于增强开发虚拟仿真实训教学软件、虚拟仿真实训实验系统以及建立虚拟仿真实训基地的力度。虚拟现实，是近年来兴起的技术，通过对现实环境的虚拟数字化，给人一种身临其境的感觉。虚拟现实是多种技术的融合，包括计算机图形学技术、视觉反馈技术、广角立体显示技术等。虚拟仿真是基于虚拟现实发展起来的，在传统的计算机图形技术中，主要是通过对真实环境的三维建模，操作鼠标和键盘来实现与虚拟场景的交互，从而给使用者一种完全的沉浸式体验。
将这种体验与技能培训相结合，可以解决现在实际技能培训的多种问题，具体问题如下：（1）实际焊接培训成本较高，虚拟仿真软件则不需原材料和机器进行操作训练；（2）实际焊接技能学习效率较低，学生完成一次焊接操作花费时间较长，用虚拟仿真软件则可以短时间多次重复操作，提高焊接学习效率；（3）实际焊接具有一定的安全问题，使用虚拟软件则学习人员无需承担任何安全风险。
二、虚拟仿真技术的应用
1.虚拟仿真技术
虚拟现实技术能逼真地模拟人在自然环境中视觉、听觉的感受，并做出对应的交互行为。虚拟现实技术有以下三个特征：沉浸性：通过虚拟设备进入到虚拟环境之后，原有的视觉和听觉感受被虚拟环境中的感受所替代，所做出的反应也能被检测装置检测到，虚拟环境给人一种完全真实的感觉。交互性：虚拟环境并不是一个封闭静止的世界，用户进入虚拟环境后，不仅可以通过传感器得到周围的信息，还能对虚拟的物体做出操作，在操作的过程中获得“真实”的体验。比如搬动虚拟环境中的一个虚拟椅子，甚至还可以在搬动过程中感受到椅子的重量。构想性。虚拟环境的沉浸性和可交互性，使用户产生丰富的联想。构想性是虚拟现实的高级表现形式，是基于沉浸性和交互性而得到的抽象性思维。虚拟现实的实现形式多种多样，只要符合上述三个特征，都可以称之为虚拟现实。虚拟现实技术在视觉感受和操作体验上提供了新思路，因而在不同行业领域都有广泛的应用。主要表现在以下几个方面：（1）娱乐方面；（2）军事航天领域；（3）室内设计领域；（4）工业仿真领域。
2.pe管焊接仿真系统的技能培训
（1）软件介绍
pe管焊接仿真培训软件主要采用3DSmax软件进行建模，microsoftVisualStudio2010开发平台下的C++开发语言进行脚本编辑，Unity3D平台进行开发。3DSmax功能强大，在建筑设计和游戏模型制作方面应用广泛。本文选择，主要考虑该软件成熟，软件有中文版和英文版，操作简单，是国内使用最广的三维建模平台。Unity3D具有高度优化的图形渲染管道，展示形式无论是2D还是3D，都可达到美轮美奂的画面效果。它操作简单，移植性好，插件丰富，实现的功能强大。它内建nViDiaphysx物理引擎，能够轻松的实现现实中生动的互动效果。
通过虚拟仿真系统，可以创建一个与施工现场相似的虚拟场景，通过鼠标、键盘等能查看或操作各种设备。软件分别几个模块，主要设备、操作流程等，通过这些模块的学习，可以让学习人员有充分的理论知识基础，以及对操作流程较好的掌握。虚拟仿真系统中，通过点击鼠标实现设备的开启、夹取、信息的录入情况等。可设置不同的工艺流程参数，准确地模拟出现场不同的管材设备，可能出现的不同施工环境，清晰地显示出实地操作中会出现的各种状况。因此，学习人员不仅会轻松掌握一般pe管焊接的相关操作步骤，更会全面的让学习人员处理各种不同条件状况下的实际情况。
（2）焊接操作培训
对学习人员进行操作培训时，首先是根据焊接方法的不同，设置了电熔焊接和热熔焊接不同的工艺流程。在应用之前，先让学习人员首先大致了解不同焊接方法的步骤。例如电源电压的范围，机架管材的放置，铣刀夹具的开启取下等。其后就是针对各个小步骤的工艺，如拖动压力等进行更为详细的讲解。
工艺流程基本熟悉之后，学习人员需要对各种工具设备进行熟悉。进入pe管仿真实训系统，点击主要设备菜单，学习人员可以看到各种焊接设备的简介、内部结构详解以及工作原理模拟。通过全方位无死角浏览各个单体设备结构以及详细学习设备工作原理，提高了学习人员对设备构造、工作原理的认知度，为学习人员将来实际操作工艺设备奠定了扎实的理论基础。
培训方可以利用pe管虚拟仿真实训系统中的各工艺单元操作流程进行具体的操作培训。例如，pe管热熔焊接的焊接单元操作流程，可以分为以下几个部分介绍：检查管材并清理管端操作流程、紧固管材、铣刀铣削管端操作流程、检查管端错位和间隙、加热管材并观察卷边操作流程、管材熔接和冷却操作流程、取出管材操作流程。学习人员进入模拟操作流程后，系统会依据操作规范给出详细的操作步骤，学习人员再根据当前提示（设备编号、操作类型等）进行反复的模拟操作练习。
在pe管焊接虚拟仿真软件中有题库和成绩评判模块，以便培训方对学习人员的学习效果进行检验或者学习人员的自我检测。当进入考试模式时，电脑被锁定，只能在考试系统里进行操作，没有任何操作提示，同时会计时，随机生成施工环境。考试人员需要根据具体情况具体操作，不能生搬硬套。当考试人员操作有误时，系统根据相应标准自动扣分。同时还配有错题库，方便学习人员纠正错误。
（3）结合施工环境因素进行软件焊接操作
在风雨和寒冷天气进行焊接时，防护措施不到位，施工工艺没有作相应的调整，造成焊接质量不稳定；pe管材和管件存放场地环境温度和现场环境温度不一致，而不注意把管材和管件在施工现场放置一段时间，待其温度接近施工现场温度，而直接进行施焊连接，这样也会影响焊接质量。
本系统内建了影响pe管焊接质量的外部环境因素，可以最大程度模拟实际施工中的环境，使学员在不同的温度，湿度的环境因素中练习调整不同的焊接参数，达到最佳的练习效果。
（4）焊接操作规范
热熔焊接时的温度、时间、压力三个重要因素要严格控制，认真做好焊口端面的铣削、端口的清洁、最终焊口的冷却等方面细节工作；严格执行pe管焊接质量检查制度，通过对pe管的焊接外观成型检查，可以及时发现问题，有助操作人员及时调整焊接工艺；对焊缝的缝隙、错边、翻边宽度和单边宽度的检查，可及时发现管材轴线是否与机架轴线保持在同一条直接上，发现焊接设备运行是否正常，工人操作是否熟练，焊接设备开闭时间是否超标；在热熔焊接之后，冷却期间要注意切忌移动焊接件或对焊接件施加外力。因为焊接压力稍高于规定值时，会造成熔融区高温材质被挤出，形成低温结合，接头强度明显下降。
三、虚拟仿真技能培训系统的意义
虚拟仿真焊接训练系统是提高pe管焊工技能水平的有效途径，能够促进pe焊工培训质量的不断提高，以更好的适应我国逐渐大规模使用pe管材的新形式。利用虚拟仿真教学系统，可以改变传统的教育格局。现在的传统教学只是把知识从教师的头脑中落实到学生的笔记本中，如果充分利用虚拟现实技术，就可以利用建构主义来构建情境化教学，所谓的建构主义内容很丰富，但其核心用一句话概述就是：以学生为中心，强调学生对知识的主动探索、主动发现和对所学知识的主动建构。基于Unity3D的液压传动虚拟仿真教学系统就是该思想的完美体现，是真正实现集“教”、“学”、“练”、“考”于一身的教学系统。虚拟仿真教学系统具有开发灵活、可无限复制、摆脱时间与空间的各种限制及价格低、易开发等优点。利用基于Unity3D的液压传动虚拟仿真教学系统，不仅可以实现学生自主搭建实验环境，还可自主控制学习进度。在实验过程中不仅可以直观地观察液压油真实的流动效果及方向，还可实现真实实验中无法实现的观察内部元件的工作原理的功能，将被动的课堂教学转变为主动的自主学习、探索学习。虚拟仿真教学系统能够全面提高学生的创新能力、探索精神和实践动手能力，能够做到共享优质实验教学资源，建立信息化实验教学资源，推进实验教学信息化建设和实验教学资源的开放共享，进而推动高等学校实验教学改革与创新，形成在虚拟仿真教学领域可持续发展的现代服务业支撑体系，解决我国教育面临的规模与质量之间的矛盾，克服实验资源不均衡、创新能力不足的问题，有效的提高人才培养的质量。
参考文献
[1]吴晓南.虚拟仿真在城市燃气教学中的应用与实践[J].石油教育，2013，（5）：44-48.
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[4]李志文，韩晓玲.虚拟现实技术研究现状及未来发展[J].信息技术与信息化，2005，（3）：94-96.
虚拟仿真施工技术篇5
关键词：仿真技术；教学质量；实效性
职业教育的根本目的是为社会培养高素质的技术技能型人才。在深入推进中等职业教育改革创新的过程中，要正视职业教育资金有限的现实，充分利用学校现有资金与设备，大力提升实训教学质量，把企业的岗位能力需求作为专业教学和实训的内容，提高职业教育的针对性和适应性，为经济建设服务。职业类学校可以通过应用虚拟仿真技术，较好地实现这一目标。
一、实训教学使用虚拟仿真技术的必要性
要真正做到使职业学校培养的学生与企业需求零距离，就必须改革人才培养方案，教学内容要贴近企业岗位需求，加大实训时间，且实训内容要模拟企业工作过程。但是目前职业学校在加大实训时间和模拟工作过程方面存在很大的困难，原因在于：（1）近几年职校规模不断扩大，特别是制造加工类专业在校生比例更高，而加工制造类专业的实训设备一般价格比较昂贵，以职校的财力是无法保证购置满足实训需求的设备数量的。（2）制造类设备一般比较庞大，所以要求的场地也很大，职校要建立完善的实训基地也存在困难。（3）加工制造类科技发展很快，现使用的专业教材相对略显滞后，各职业学校添置的实训设备也不可能经常性地升级更换，所以从教材内容到实训设备都无法一直保持和技术发展相适应。（4）目前职校的专业教师大多没有经历过企业生产一线的工作实践，所以无法接触到企业的实际工业案例，更别说引入到学校的专业教学中，所以学生在校内实训的内容往往是基础性的或者是由设备限定的。（5）加工制造类的实训设备一般功率较大，校内实训耗电大、材料损耗大、设备维护费用高等，所以学校的实训经费压力也较大。（6）有些专业课程技术性较强，许多知识看不见、摸不着，传统的教学方法以讲解、做题、画图、演示性实验等为主，学生接受起来有一定的难度，学生需要通过生产性的实训来掌握技能、获得知识。
为了能有效地解决以上问题，学校可以在机械、机电专业等工科类专业实训过程中，充分应用虚拟仿真技术，来提升实训质量，借助各种虚拟软件、仿真设备，将抽象的过程形象化。如，张家港某职业学校近年来添置了上海宇龙数控仿真软件、美国ptC参数技术公司的pro/engineer（普鲁易）三维建模设计软件、电工电子类pCV印刷电路板设计软件等虚拟仿真教学软件，充分利用虚拟软件易学易用、有强大的交互能力等特点，提高教学效率。同时，还与上海厚载智能科技有限公司校企共建（西马特）数控车仿真理实一体化实训室；与美国参数技术（上海）软件有限公司、南京培杉软件科技有限公司共建数字化设计与制造校内实训基地等，将仿真教学穿插于技能实训教学过程中，来提高学生的动手能力，实现校内实训教学与企业岗位对接的零距离，使学生进入岗位后能很快适应企业生产需要，实现人才培养的新突破。
二、实训教学使用虚拟仿真技术的实用性
在技能训练和教学活动中广泛应用虚拟软件和仿真实训设备，在一定程度上弥补了技能实训设施设备不足的欠缺。各学校都非常重视实训设施设备的投入，但相对于实训教学的需要，仍远远不够，使用虚拟仿真技术替代设施设备进行训练，待练习到一定程度后再改用生产设备训练，或者生产设备训练与仿真训练交替进行，可以最大限度地加大学生的实训时间，帮助学生在技能上熟能生巧，同时借助于仿真软件，可以满足教学中的个性化需求，实现与企业实际生产的接轨。
比如，在机电专业教学与实训过程中，教师根据银行自动存取款机的描述及具体要求，利用单片机仿真实训平台中的相关模块及元件，模拟一台银行自动存取款机控制器；再如，根据双色球包装演示系统的背景描述及其控制装置的具体要求，借助机电一体化组装与调试仿真实训设备，搭建双色球包装演示系统，并进行模拟生产；利用电气安装仿真实训设备，教师设计一个工作间电气安装工程施工单，学生在仿真设备上模拟施工，完成配电装置和照明的安排等。再比如，在数控专业教学过程中，学校借助数控模拟软件和数控仿真实训室，首先安排学生利用宇龙数控虚拟软件进行模拟操作，让每个学生都有充足的时间来学会编程、操作方法，为下一步的实际操作也做好准备。在此基础上，安排学生到数控仿真实训室进行实训练习，进行理论与实践的“学做合一”初、中级学习。因为一些数控系列小型机床的操作方法、编程原理与普通型数控机床原理和方法一样，学生通过对小型数控机床的学习与操作，能很快掌握数控操作要领，从而大大提高了学生的操作水平。同时，在数控仿真实训室进行实训的材料可以是铝棒、塑料件，这大大节约了实训的成本，但取得的效果却和学生在生产大机床上用钢件实训的效果是一样的。经过在数控仿真实训室实习以后，学生的技能操作水平达到中级水准，然后，再组织学生进入校内实训车间进行生产性实训，进一步提高操作技能，达到高级工及以上的技能操作水平。
三、实训教学使用虚拟仿真技术的实效性
1.借助虚拟软件和仿真设备，学校减少了资金的投入，充分利用了有限资源，提高了实训的实效。以往，学校机械专业学生人数比较多，虽然学校的数控设备也很多，但要使实践性教学的课时比例达到50%还是有一定的难度。通过虚拟技术和仿真设备的运用，保证了学生有50%以上实践性教学课时的学习时间。虚拟仿真技术的应用，也可以加快学校教学改革的步伐，便于学校形成“做学教合一”实训教学改革新模式：学生的实训过程通过任务的布置（学）―学生的操作（做）―教师的讲解（教）―学生的检验修改应用―师生总结等环节实施，学生在学习专业基础理论知识的同时又可以进行技能操作训练，有效地避免了理论学习内容与实训教学内容两张皮的现象。
2.虚拟仿真技术在教学中的运用，调动了学生的学习积极性，提高了学生的技能水平。学生真正学到技能，毕业生成为企业的抢手货，受到用人单位的欢迎。
3.虚拟仿真技术在教学中的运用，促进了教师队伍的快速成长。比如，通过与企业合作开发虚拟仿真软件，可以提升教师的专业水平和实践水平。
随着科学技术的不断发展，有着沉浸性、交互性和构想性的虚拟仿真技术带来了教学改革发展的新革命，让我们在实训教学过程中实现了教学内容的变革，教学方式的创新，教学质量的提升。我们相信，虚拟仿真技术会让我们获得更多发展，获得更大的超越！让我们充分享受这一革命带来的变化吧！
虚拟仿真施工技术篇6
关键词：计算机仿真；三维模型；排水施工；应用
中图分类号：G623文献标识码：a
前言
排水工程是我国经济和社会发展过程中的一个重要的项目，不仅关系到我国的经济发展，还关系到百姓的生活，是一项利国利民的工程项目。排水工程施工过程十分复杂，为了保证施工质量，应该要与时代接轨，引入更多先进的技术和手段。传统的排水施工过程中，进行方案的设计，主要是依靠人工的设计方式，出错率较高，效率比较低，随着计算机技术的发展以及普及，计算机仿真技术的应用越来越广泛，计算机仿真技术与排水工程领域之间的结合，推进排水工程建设的进度，也提高了施工的效率以及质量。随着计算机仿真技术的不断完善，在排水工程中的应用也会越来越普遍。
一、计算机仿真技术的特点以及优势分析
随着互联网以及计算机技术的不断发展，各种先进的科学技术在我们的生产生活过程中的应用变得越来越广泛，计算机仿真技术就是其中的一个重要方面。计算机仿真技术是借助于计算机技术及硬件设备，实现一种人可以通过一定感知方式所感受到的虚拟环境，它集成了计算机图形技术、仿真技术、人工智能技术、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术的最新发展成果，由计算机图形构成三维数字模型，提供给人们通过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互的一种全新方式。这种技术在应用过程中最大的一个特点就是能够实现用户与虚拟环境之间的一种交互，人类传统的认知方式主要是通过亲身接触大自然来实现的，计算机仿真技术的应用，扩大了人们对自然环境的认知的范围。
计算机仿真技术具有十分明显的优势特征，第一，利用计算机仿真技术可以快速地对多种施工方案进行比较和分析，计算机仿真技术在排水工程施工中的应用，一个最重要的方面就是能够快速地对各种方案进行比较分析，从而选出最合适的一个设计方案进行施工。在仿真阶段，基于仿真的结果，可以进行相应的探讨，从而决定出哪些因素对施工过程有较大的影响，哪些施工阶段的影响最大，从而采取政策的预防措施。第二，计算机仿真技术的成本较低。与传统的真实的原型实验不同的是，计算机仿真技术是利用软件的开发以及应用实现的一种模拟实验方式，其中需要支出的费用主要是计算机硬件以及软件的费用，相对于真实的模型实验而言，成本比较低。第三，计算机仿真技术的可靠性比较高，计算机仿真技术的效率主要取决于系统模型以及软件的正确性，在系统模型以及软件编制是正确无误的前提下，排水工程施工过程中的计算机仿真技术的应用，会对各种约束条件进行分析和考虑，与传统的人工操作过程中的可靠性进行比较而言，可靠性和稳定性更高。第四，计算机仿真技术的实用性更强。计算机仿真技术在很多方面都可以应用，只要是可以通过数学进行描述的模型，都可以利用计算机仿真技术进行仿真，比如在排水工程施工过程中的应用，可以对各个过程进行预测，对成本进行预测等，提高排水工程施工管理过程中的效率。
二、计算机仿真模拟技术在排水工程施工过程中的应用
（一）计算机仿真模拟技术的实现步骤
计算机仿真模拟技术是以数学理论为基础的，就计算机本身而言，是不能对施工过程中的问题进行分析和处理，需要建立一个能够反映出事物的本质特征的模型，在排水工程施工过程中的应用，主要分为四个步骤。
1、建立相应的模型
在建模的过程中，应该要对排水工程的实际问题进行分析，将施工过程中应该要注意的各种问题、限制条件、约束内容等进行考虑，然后利用数学、力学等理论将谁理工本工程施工过程中的数字模型描绘出来，利用计算机软件技术，将各种预定的数据输入到系统中去，对于各种数据应该要保证建模的精确性。此外，还可以通过人工干预的手段在建立的模型中进行数据的修改，保证各种数据的完整性。各种数据应该要涉及到施工阶段的总体场地布置情况、施工进度、材料用量等情况。
2、输入模型
输入模型指的是将建立起来的模型输入到计算机系统中进行处理的一种方式，计算机仿真模拟的模型就是最终体现出来的模型内容，这个步骤是计算机模拟仿真过程中的一个十分重要的步骤和环节，模型就是把建立的模型通过计算机进行系统的处理，这种形式所体现的模型内容也就是计算机仿真模拟模型，同时也是进行计算机进行仿真模拟计算的关键环节。
3、计算机仿真模拟
将模型放置到计算机模块中，从而可以实现对排水工程方案的模拟分析，是排水工程施工过程中的一个十分重要的步骤，这个环节是将排水施工过程中的各种数据进行分析的一个过程，通过对各种数据进行模拟，得到相应的模拟结果，从而为施工过程中的各种问题的预测奠定基础，确保施工过程中的精确度。
（二）计算机仿真系统的设计
计算机仿真系统首先需要建立排水工程的虚拟环境，这是进行仿真的第一步，比如地形、施工场地、电站建筑物、挡水地下建筑物等，都需要进行模拟，同时还要对各种排水工程的设备进行模拟，当前的排水工程模拟过程中，三维仿真技术的应用，对于排水工程施工过程中的各种运行状况进行动态监控，有助于进行智能化以及可视化管理。
计算机仿真系统的设计过程中，需要建立相应的三维模型。建立三维模型，主要是以排水工程为研究的对象，利用对应的模拟软件以及实时驱动软件，将各种数据进行转换，形成逼真的三维模型。三维几何模型是整个工程虚拟场景中的一个基础，模型的建立包括三维地形的建模以及建筑物的建模，比如在排水工程施工过程中会遇到很多挡水地下建筑物、管道等，模型建立的过程中应该要对各种建模任务进行划分，建立一个比较完整的仿真系统，还需要对各种植物、桥梁、公路、码头等场景进行描述，利用仿真实验，对各种参数进行设计和优化。计算机仿真技术的虚拟建模软件会根据二维平面文件，建筑物的立面图、剖面图建立三维模型，然后建立与模型相关的数据库，将数据与数据的各种属性进行有机结合，促进三维模型的完善。
结语
随着计算机和互联网的普及，各种信息技术在我们的生产生活中应用越来越广泛，计算机模拟仿真技术就是一种比较常见的计算机技术，对排水工程施工具有十分重要的意义。在模拟过程中，通过模型的建立、仿真以及仿真结果的分析，有助于对排水工程的施工进行高效管理，从而实现节约成本、提高施工效率的目的。
参考文献
[1]程鹏军，李海燕.计算机仿真模拟技术在水利工程中的应用[J].东北排水水电，2010（09）
[2]齐兆春，马刚琳.计算机三维仿真技术在水利工程中的应用[J].吉林排水，2007（01）
虚拟仿真施工技术篇7
关键词:创新创业教育;虚拟仿真实验;实验教学
总理在«2017年国务院政府工作报告»中指出:“创新对发展的支撑作用明显增强”,并强调唯有改革创新才是出路[1].创新的核心要素是人才,高校创新创业教育(以下简称双创教育)的根本目标就是培养创新型人才,造就“大众创业、万众创新”的主力军[2].实验教学是高校培养创新型人才的重要途径,云计算、互联网＋、大数据等现代信息技术为高校提供了新的实验教学手段,基于现代信息技术的虚拟仿真实验教学已成为高校实验教学的重要组成部分,并在双创教育中发挥着越来越重要的作用.
1双创教育及其存在的困局
广义的双创教育是指培养具有开创性素质的人,包括首创精神、创新意识、创业能力、独立工作能力以及技术、社交和管理技能的培养[3].美国经济学家彼得德鲁克认为创新就是为客户创造出新的价值,它是企业家特有的工具;创业是创新的主要载体[4].创新创业始于创意的产生和创业的意愿,但更需要能力、勤奋和坚持.双创教育的目的不仅是教大学生如何创立一个企业,更重要的是培养大学生的创新意识和企业家精神,提高他们的创业就业能力.创新意识包括创造动机、创造兴趣、创造情感和创造意志;创业能力是一种综合能力,它包括对市场机会的挖掘能力、资本筹措的融资能力、企业运营的决策执行能力、管理团队的协调能力、适应环境和承受压力的应变能力、解决问题的专业能力和务实求变的创新能力[5].学生的创新创业能力只有在实践过程中才能获得.但在实际教学中,有些实验如弹药保障、文物修复、集成电路设计等因为涉及高危或极端的环境、不可及或不可逆的操作、高成本、高消耗而不能实际进行,新创企业的育成也具有周期长、成本高、实际流程不可逆的问题而难以解决.虚拟仿真实验教学采用虚拟现实、多媒体、人机交互等技术,可以逼真地模拟现实世界的事物和环境,有利于学生在专业实验环节的创新实践能力培养[6].另外,虚拟仿真实验可以仿真企业生产经营管理和社会服务的流程,帮助学生提高创新创业能力.因此,虚拟仿真实验教学有助于解决双创教育存在的困局.
2虚拟仿真实验教学在双创教育中的作用
教育部办公厅«关于开展2015年部级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知»(以下简称«通知»)提出:高校要加强虚拟仿真实验教学资源、平台、队伍和制度建设[7],将虚拟仿真实验教学在人才培养中的作用充分发挥出来.虚拟仿真实验在双创教育中具有非常重要的作用,主要体现在3方面.
2．1有利于资源共享、提高双创教育的覆盖面
现代信息技术的普及和教育信息技术的发展,使得知识传授方式发生了根本性变化,利用互联网和移动设备进行网络学习已成为当代大学生的重要学习方式.采用云技术、移动互联、大数据、3D仿真等先进信息技术开发的虚拟仿真实验教学平台提供了远程学习共享机制,有助于学生突破时空限制和利用碎片化时间,开放、自主地完成创新创业实践活动,扩大了双创教育的广度和深度.
2．2可以弥补企业接待教学能力的缺口“
大众创业,万众创新”对高校的人才培养提出了更高的要求,高校应通过开展企业实践、岗位实习等实践活动,帮助学生牢固掌握专业理论知识、提高岗位技能和实践动手能力,培养创新精神、创业意识与创业能力.但目前企业接待学生实习的意愿和能力均较弱,所提供的实习岗位数量不足、任务零散,且缺乏成熟的岗位培养计划与职业发展通道.采用虚拟仿真技术能够模拟企业的环境和工作流程,系统开展创新创业实验教学与实践活动,对于提升学生的职业素养和就业创业能力具有十分重要的作用.
2．3降低双创教育和学生创业的成本
如前文所述,在实际教学中,很多实验实践因为涉及高危或极端的环境、不可及或不可逆的操作,或因周期长、成本高、实际流程不可逆而难以开展,或参加实验实践的人数受限;学生创业成本高、失败率高,并且承担很大的经济和精神压力,因而选择规避或放弃自主创业.虚拟仿真实验通过现代信息技术,能够提供安全、经济的实验项目,帮助学生掌握专业知识和技能、培养创新思维、提升创业就业能力,实现真实实验条件不具备或难以完成的教学功能[7].
3双创教育虚拟仿真实验教学建设及经验
北京联合大学是一所应用型大学,以培养适应国家(特别是首都经济社会发展)需要的高素质应用型人才为己任.北京联合大学管理学院虚拟仿真实验教学中心(以下简称中心)贯彻落实国家关于虚拟仿真实验教学建设和双创教育的精神,根据学校的总体规划,构建了以企业创新育成为主线、重在培养学生创新意识和创新创业能力的虚拟仿真实验教学体系.中心面向京津冀一体化建设和首都现代服务业的发展,从学生初创企业的实际情况和双创教育的需求出发,以培养学生的实践创新能力为主线,利用云计算、虚拟仿真等信息技术,全面模拟了中、小、微企业的创建、运营、管理和利润再分配4个业务流程,开设了基础、专业、综合和创新实践4个层次的实验项目,开展了岗位实践、创意开发、创业体验、综合实践、创新项目、专业竞赛、科技活动、社会实践、自主性学习等9大类的学生创新实践活动.双创教育虚拟仿真实验教学从根本上解决了目前经管专业学生在社会上统一安排实习难度大、局限性大的困局[8],使学生逐步完成创新意识培养、能力提升、环境认知、实践模拟及创新孵化的创新历程,极大地推动了学生双创教育的开展.
3．1虚拟仿真教学资源建设
中心以创新人才培养为主线,利用现代信息技术开展虚拟仿真实验中心建设.2014—2016年相继建成了虚拟技术研究室、虚拟企业实验室、移动商务实验室、数据分析实验室、蜂巢创意空间等特色实验室;搭建了高度集成、开放共享的综合虚拟仿真实验教学平台,将真实实验、模拟实验和虚拟仿真实验深度融合,建设了基于现代服务业,贯穿企业创新育成全过程、全周期的实验教学模块和实验项目.目前共设计开发了8个3D虚拟仿真实验系统,开放了9大类学生创新实践活动,营造了模拟企业与产业园区的体验式文化氛围
3．2管理与共享平台
针对学校多校区办学的特点,中心以“中央控制、柔性组合、模拟仿真、资源共享”为建设思路,整合资源,充分利用现有场地和设备,利用云计算、虚拟仿真等信息技术构建了虚拟仿真实验教学资源管理平台.硬件设备包括46台服务器(CpU的主频为2tHz,5tB存储)和无间断校园网络等,有效地保障了多校区、远距离、全天候、开放式、精细化的创新实验教学的组织与实施,支撑了校内8个学院、17个专业学生的虚拟仿真实验课程和创新实践活动
3．3师资队伍建设
中心坚持“以人为本、绩效评价、创新发展”的方针,以学生双创教育需求为指引,构建了一支由国内外行业专家、企业一线岗位人员、专业教师和实验教师组成的多维度的虚拟仿真实验教学队伍.一方面,通过学科专业建设、教学科研攻关、社会实践锻炼、核心骨干培养,提高了专业教师的综合素质[9],例如组织专业教师参加东软集团创业讲师实践营;另一方面,引入行业企业导师资源,并重视与企业导师互通,建立校企共建师资队伍制度,加强企业导师的规范管理,例如聘请慈文传媒集团专家担任影视制片与管理专业的专业课教师,并负责指导该专业学生的科技创新活动.
3．4制度建设
中心为助力大学生双创教育,本着“以人为本,智慧管理”的指导思想,贯彻学校关于虚拟仿真实验教学和双创教育的规定,制定了细致可行的管理制度,最大限度地发挥了中心在场地、设施、教学资源、人员配置等方面的作用.(1)建立了顺畅、高效的运行机制.实行“学院管理G中心管理G学生自主管理”的运行模式,理顺了学生双创活动的管理机制;实行了全面的教学效果考核、评价、反馈机制;通过开放实验室制度建设,促进了线上线下创新实践活动的开展.(2)建设了内容完备的管理规章制度.为保证中心高效运行,除严格执行学校的相关政策和规定外,还制定了实验队伍培养与管理、资源开放与共享、运行管理及质量保障等一系列相关制度,主要有«关于提高教师专业实践与应用能力的实施办法»«企业创新育成虚拟仿真实验教学中心开放实验课程实施办法(试行)»«实验教学中心开放实验室管理规则»和«虚拟仿真实验资源开放管理规则»等.中心通过虚拟仿真实验教学资源、平台、师资及制度建设,为学生创新实践活动提供了强有力的保障,双创教育成效显著,使学生创新创业能力显著增强.近3年,学生在全国大学生服务外包大赛、电子商务“三创”大赛、“挑战杯”大学生科技大赛等全国性系列赛事中累计获得市级及以上奖项65项;在“启明星”科技立项中成功立项224项,包括部级项目15项、市级项目99项;已有多支学生自主组建的创业团队通过竞争、选拔,入驻中心的蜂巢创意空间,孵化成功后注册公司正式运营.例如电子商务专业学生李承学带领的创业团队“四麦活动社”已孵化为创业公司,梁磊老师指导学生开展的“寸草心———基于时间银行理念的互助式养老公益平台”项目获批北京市朝阳区协同创新项目,并与公司合作共同开发互助式养老公益平台,在朝阳区常营社区开展试验.
4增强双创虚拟仿真实验教学实效性的对策
目前,基于双创教育的虚拟仿真实验教学还存在着教学资源不丰富、平台功能不完善、开放共享程度低、师资水平有待提高、制度不健全等问题.可以采取以下改进措施加以改进.
4．1构建专业能力与双创素质一体化实验教学体系
结合本校的专业特色和优势,在实验教学体系建设中以培养学生的创新创业能力为出发点,把实验资源和管理平台建设、实验课程建设、师资队伍建设等有机融入实验教学体系框架中.将双创教育切实融入基础实验课程、专业实验课程、综合实验课程和创新实践项目中,逐步、分层次开展创新创业思维训练、创新创业综合技能训练、创新创业实践,将双创教育贯穿于从理论、实验到实践的创业型人才培养全过程[10].对那些真实实验不具备或难以达到实验效果的实验项目和实践环节,则由虚拟仿真实验来完成,将真实实验、模拟实验与虚拟仿真实验有机结合,做到“虚实结合、能实不虚”.
4．2丰富虚拟仿真教学资源并持续共享
中心的建设经验表明:虚拟仿真实验对于推进双创教育具有非常重要的作用,应以提高学生双创教育成效为目标,通过多种途径开展虚拟仿真教学资源建设.(1)校企协同开发虚拟仿真教学软件和项目;(2)注重虚拟仿真软件的产业特色和专业深度;(3)构建更加兼容的虚拟仿真软件使用环境,整合现有资源,对软件进行二次开发[11];(4)扩大共享范围,将虚拟仿真资源从校内扩展到校外,实现双创教育作用的最大化.
4．3扩展平台功能
一个良性发展的虚拟仿真实验教学平台,在保证完成基于双创教育的虚拟仿真实验教学任务的同时,还应是一个“集合各方创业动态、政策和信息的生态系统”[12],应具有开放性、扩展性、兼容性和前瞻性.这就要求高校合理组织、校企协同,利用现代信息技术拓展虚拟仿真实验教学共享平台的功能,在时间、空间和实验内容上全面开放[13],并实现更大范围内的资源共享.
4．4提高双创教师的教育教学意识和能力
打造一支双创教育理念先进、信息技术应用能力强、有丰富企业实践经验的虚拟仿真实验教学队伍.(1)加强双创教育理论学习,探索双创教育与专业教学深度融合;(2)加强企业实践,提高专业教师的创新实践能力和创新意识;(3)专业教师参与虚拟仿真实验项目建设,在虚拟仿真实验平台、实验项目建设中发挥作用;(4)企业导师进校园,在实验教学中传播企业创业和运营经验,全程参与并指导学生创新实践活动.
4．5加快健全制度建设
要保证虚拟仿真实验教学持续服务于双创教育,需要一整套完备的管理制度和激励制度.(1)管理制度.目前学生双创活动一般归口校团委、校招生就业办公室等不同管理部门,双创教育与虚拟仿真实验教学建设之间、学生双创活动开展与实验教学中心运行之间存在着管理脱节现象,学校有必要建立高效、顺畅的协同机制,为学生的双创教育活动提供强有力的支撑.(2)激励机制.虚拟仿真实验教学项目的建设不仅需要经费支持,还需要教师投入大量精力进行设计开发.因此,应建立、健全激励制度,鼓励教师参与虚拟仿真教学资源建设.
5结语
虚拟仿真实验教学是提高大学生实践创新能力的重要途径.云计算、人工智能技术、虚拟现实技术、物联网、大数据等技术为虚拟仿真实验教学提供了强有力的技术支持.随着现代信息技术的发展,更多基于双创教育的虚拟仿真实验教学资源将会被设计开发出来,虚拟仿真实验教学在双创教育中的作用会益发凸显.
参考文献(References)
[1]．2017年政府工作报告[eB/oL]．(2017G03G16)．
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[6]罗晓东,尹立孟,王庆峡,等．基于虚拟仿真技术的实验教学平台设计[J]．实验室研究与探索,2016,35(4):104G107．
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[10]初汉芳,朱燕空．创业虚拟仿真实验教学中心的实践与探索[J]．实验技术与管理,2014,31(12):97G100．
[11]朱科蓉．文科类虚拟仿真实验教学中心建设的问题与思考[J]．现代教育管理,2016(1):87G91．
[12]徐晓辉,兰草,张东祥．综合性大学创业虚拟仿真实验教学平台体系建设[J]．实验室科学,2016,19(5):90G93．
虚拟仿真施工技术篇8
关键词职业院校；虚拟仿真；实训资源
中图分类号：G712文献标识码：a文章编号：1671-489X（2012）33-0004-04
1引言
为贯彻落实北京市教育委员会《关于北京“十二五”时期职业教育信息化规划》的文件精神，利用云计算技术、3G无线网络技术、虚拟现实技术和物联网技术——这些技术催生了应用，应用孕育了技术，探索开发职业院校的虚拟项目、虚拟工艺、虚拟流程、虚拟实验、虚拟车间、虚拟工厂，形成虚拟对象与真实对象的有效对接，虚拟实训与真实实训的有机互补，全面提升职业院校的实训教学的可操性、实效性，避免危险性，降低高成本性、不可逆性和高耗费，为实验与实训提供有力支撑。
2虚拟实训资源
虚拟实训的概念是利用虚拟现实技术仿真或虚构某些情境，供学生观察、操纵、建构其中的对象，使他们获得类似真实的体验或者掌握知识理论体系的规律。
目前虚拟实训资源是非常丰富的，各大公司开发了很多虚拟仿真软件与开发平台，尤其是网络版游戏仿真软件风起云涌，给开发商和网吧的投资者带来丰厚利润。而职业教育的虚拟仿真软件与开发平台显得相对匮乏，这是因为职业教育涉及各行各业，一个权威的、界面友好的、能满足各种用户需求的仿真平台编辑器尚未产生，而能满足某一领域的虚拟仿真软件与开发仿真平台编辑器很多，如proe机械三维仿真平台、VR-platform三维互动仿真平台和tina电子线路三维互动仿真平台等。这是因为虚拟技术具有沉浸性、交互性、构想性特征：沉浸性指人能够沉浸到计算机系统所创建的环境中，由观察者变为参与者，成为虚拟现实系统的一部分；交互性指是人能用多种传感器与多维化信息的环境发生交互，如同在真实的环境中一样与虚拟环境中的对象发生交互关系；构想性指人能从虚拟环境中得到感性和理性的认识，进而深化概念、产生新意和构想。上述这些软件都能满足沉浸性、交互性、构想性的特征。
3职业教育虚拟仿真四层步骤
3.1专业仿真软件的应用
专业仿真软件很多，其特点是：在调试上，面向图符对象的仿真软件，不须任何编程学习，只需要填充控件或对象，就能仿真大量的应用系统，几乎囊括现代所有领域的可视化、动态仿真系统、图符表示的功能模块。目前职业院校的教师在授课中常使用各自专业的虚拟仿真软件进行辅助教学。例如，tinaDesignSuitev8专业仿真软件是针对电路分析、设计和实时测试的软件，它功能强大，易用性极高，具有模拟、数字、VHDL语言、单片机、电子电路和混合电路板以及pCBLayout布线仿真设计环境。学生可以便捷地快速分析开关电源、射频、通讯、光电电路的各种真实情况，生成和调试使用集成的微控制器代码流程图，并在混合电路的微控制器应用环境中进行联动测试。
tina仿真系统独特之处在于可以通过USB总线控制的tinaLabii硬件，使计算机变成一个强大的多功能测试与测量仪器，完成从“设计需求”到“物理实现”的自动化设计过程。tina技术大致分为电气原理图设计输入、混合电路仿真分析、pLD设计、印制板（pCB）自动布线设计等环节。学生会发现tina是一个易用性极高的高性能电子电路仿真设计工具，而教师更喜爱tina中包含的结合仿真内核的训练环境等独特功能。如图1、图2如示，分别是电路原理图和面包板上实物元件连线、电路原理图在面包板和pCB仿真。
另外，proe仿真软件在机械零件、装配及工艺处理上有强大功能，这些仿真软件在行业内是工程师工作的主要工具。但是这些仿真软件都具有强烈的专业性，专业之间互通较少。还有Vmwareworkstation虚拟机软件、硬盘分区、BosonnetSim模拟器等仿真软件。
3.2具有开发功能的专业仿真软件的应用
目前社会上大型3D游戏仿真软件已经很多，制作这些仿真软件的公司开始瞄准职业教育市场，推出许多虚拟仿真软件，它的特点是可以针对不同专业，根据教师的专业需求，设计出某专业课的某些知识点和实训项目的仿真。
首先，采用仿真技术研究可节约大量的研究经费，在一定程度上可替代真实的测试技术研究，至少可以起到相当的指导作用。
其次，能够帮助科研单位把科研工作中积累的许多宝贵知识和经验加以总结，建立相应数据库，得以长期保存和便于检索。
第三，全三维的场景交互有很好的可视作用，其直观性和可交互性得到良好的体现。
例如VR-platform三维虚拟现实平台软件，该软件适用性强、操作简单、功能强大、高度可视化、所见即所得，可广泛应用于城市规划、室内设计、环境艺术、产品设计、工业仿真、古迹复原、桥梁道路设计、互动广告设计、军事模拟等行业，它的出现将给正在发展的3D仿真产业注入新的活力。
VR-platform的目标是：低成本、高性能，让每一个学生都能够从“虚拟现实”中发掘出计算机三维的新乐趣，能与自己专业有效融合。
VR-platform具有良好的系统架构，无论是学生、教师，还是软件开发人员，都可以在不同层次上以不同的开发方式，开发出满足自己需要的各种应用程序。如图3所示，航模发动三维运行与零件装配仿真。
在进行仿真专业课程制作过程中要以行业需求为基准，以专业实训要求为依据，根据不同的行业特点探索行业通用性的操作规范，确保开发的课程能够得到行业认可，最终建立起一批满足行业要求，符合企业操作流程和规范的虚拟技术实训资源。要建立一套完整的虚拟技术实训中心，其硬件条件可根据学校不同条件自行组织，建议釆用主动式立体投影机、无缝软边融合技术的沉浸式环幕、虚拟现实成像及播放仿真平台系统——三通道环幕立体投影系统、高端VR专业图形工作站等设备。
虚拟技术（VirtualReality）是借助计算机技术及最新研制的传感装置所创建的一种崭新的模拟环境。它是一项综合集成技术，涉及计算机图形学、人机交互技术等领域。它用计算机生成逼真的三维视、听、嗅觉等感觉，使人作为参与者自然地对仿真世界进行体验和交互，最终使得参与者产生身临其境的感觉，并且能直接参与该环境中事物的变化与相互作用。其最大特点是根据教师的不同专业需求，设计出精美的3D仿真。如图4所示，旅游专业介绍圆明园正大光明景区虚拟3D仿真。
3D技术模式主要釆用max、3ds、flt、obj、dxf、dwg、dem，其中flt文件格式是专业虚拟仿真软件multiGen的专业格式，在实现过中，定义一个3DSobject类就可实现三维建模与仿真。
3.3物理介入式的仿真软件的应用
由于仿真软件平台开发人员大多是软件工程师，应用仿真软件平台人员只需要关注脚本的编写和项目的真实可操作性，如需美观应要大量的照片，也称之为皮肤，增强3D的可视性。但是人们又提出更进一步的要求——实物操作与虚拟仿真一一对应，而且要求仿真软件能够控制实物的动作，甚至能模拟或预测实物动作的危险，如核燃料棒的泄漏、地震等。这就要求实物的动作过程中有大量的传感器的物理量，经过V/i转换，以及RS232或485的通讯协议，与仿真软件平台中的i/o函数构成事件，形成仿真软件能够控制实物的动作。以机器人为例，如图5所示。
目前通用开发型的仿真软件平台是通过游戏软件移植过来的，已有游戏手柄，它是一种开关量，利用GeyKey（）函数就能调用，还有一种是游戏手套，手套内放置了压力传感器可模拟CS游戏中许多武器的仿真。所以说物理介入式仿真软件的开发应用已近在眼前，但是难度较大，这不但需要开发人员与设计应用人员必须具备软硬件的综合素质，而且应具备相当水平的美术观。
有实物介入式计算机仿真系统将成为职业教育仿真实训教学中的又一个亮点。随着实训仿真技术的发展，实训内容、实训手段、实训设备将发生变革，传统的校内、外实训基地模式将向校内、外实训基地与虚拟实验实训相结合的教育实践模式发展。职业教育对仿真技术的需求异常迫切，这必将会带动一批人加入到仿真在职业教育中的应用研究队伍之中。
3.4全场景式真实仿真软件的应用
1）大连海事大学船舱模拟驾驶仿真系统。该船舱模拟驾驶仿真系统是仿真的最高境界，实现了实物与虚拟的有机结合。笔者参观了该实训中心，但是没有图片，只能粗略地分析船舱模拟驾驶仿真系统。它是在原有的机舱三维模型基础上，采用multiGenCreator对相关设备的可操作部件重新建模，并依需对其进行层次结构优化；结合船舶机舱的具体情况，采用Vega对船舶虚拟机舱内相关技术进行实现；并在mFC平台上开发具有实时仿真及交互控制功能的视景仿真系统。
概括起来，该船舱模拟驾驶仿真系统主要包括以下几个部分。
①自定义运动模型的实现。对自定义运动模型的设计思路作了详细分析，并实现了一种运动模型。
②虚拟驾驶舱碰撞检测的实现。对虚拟驾驶舱碰撞检测模型的Volume方法的设计作了详细分析，对碰撞检测模型实现总流程作了详细规划，设计出一种结合BUmp和Z的碰撞检测方法。
③对虚拟设备进行拾取操作的实现。对进行设备拾取操作前的模型部件的创建和处理方法作了详细讲述，并根据机舱内部模型部件的特征，制定操作方案，最后实现模型部件操作和Se2000之间的通讯。
④基于mFC的虚拟机舱视景仿真系统相关功能的实现。对在mFC上的系统总体实现流程做了详细规划，并讲述了基于mFC的虚拟机舱视景仿真系统的相关功能的实现方法，如用户视点在各虚拟设备间切换、视景仿真窗口的全屏显示、场景中各参数能根据用户需要进行设定等。
2）北京石油化工学院的炼油厂模拟仿真。该工业仿真系统是针对真实工业系统的复杂工艺推出的加水模拟系统的解决方案，用实时三维可视化的方式，有针对性地解决工业领域中展览展示、宣传介绍、实时监控、技能培训及技术服务等方面的难题。
该工业仿真系统用真实和缩小的系统模拟了炼油厂的工艺各系统及整体厂区环境外观，并模拟仿真了各设备的结构、工作过程。同时，该工业仿真系统还综合了openGL技术、数据库，以及其他多媒体技术、程序开发技术、显示技术、互动控制技术、网络技术。笔者参观了该实训中心，但是没有图片资料，故而也只能粗略地对其进行分析。
①展示功能：可模拟展示工艺系统、机械设备的外观、结构、性能、工作原理等。
②互动功能：可与操作人员互动，具有较好的操作性，操作人员可以第一人称的方式随意地浏览、展示、学习；
③体验功能：操作人员可体验真实工艺系统和设备的所有功能（操作使用、安装施工、故障排除等）。
④教育功能：具有完整的知识库，并具有完善的教育功能（教学、指导、培训、实训、考核）。
4职业教育虚拟实训资源开发的方法
4.1成立虚拟实训中心
虽然职业院校虚拟仿真软件的开发与应用都已展开，但大多是教师的个人行为，没有形成职业院校自己的特色，绝大多数的虚拟仿真软件都是购买公司的产品或定制的。在此，笔者提出虚拟实训资源开发的方法。
1）由院、系两级实训基地构成。
2）建议成立院级虚拟实训管理中心，由教务处和信息中心联合管理，系部虚拟实训基地由各系部及相关专业教师组成。职责与任务：教务处负责管理实训中心总体方案制定及相关文件的起草；信息中心担负基于网络环境下的软硬件技术实施和支撑；具有虚拟仿真软件专业背景的教师负责学院虚拟教学的教研和教改工作；同时职业院校的系部负责对各专业的课程、项目、虚拟实验进行宏观指导。
3）各系以专业为依托，构建其虚拟实训基地，由主管实践教学的系主任直接负责。
4）建立专业或专业群的虚拟实训实验室
5）开展对口企业合作
4.2虚拟实训的方案
1）对来源于实际企业或单位的工作任务或子任务进行虚拟，实现部分核心技能的核心教学；
2）对专业有关实际岗位的某些技能或操作进行虚拟仿真；
3）对某些技能证书的考核环境及操作进行虚拟仿真，实现技能证书的高通过率；
4）对源于企业的真实设计方案、设计工艺、流程、设计策略或算法进行虚拟仿真，实现计算机类的课程实践教学；
5）对源于企业岗位的操作流程或操作规范进行虚拟仿真，实现基于网络环境下就业岗位的实训需求；
6）建立与真实企业环境一致的虚拟工厂和车间，实现校内生产实训和企业实际生产的有机统一。
4.3提交虚拟实训的成效及成果
1）有关虚拟实践的教学设计、教学方法、教学手段和科研论文；
2）有关学生虚拟实践的作品与成果；
3）有关虚拟实践的仿真平台编辑器建设或案例展示；
4）有关虚拟实践的教学科研立项与成果；
5）有关虚拟实践的教材与专著；
6）有关虚拟实践教学的专业建设、课程建设、基地建设的整体方案及成功经验。
4.4虚拟实训的教学模式
1）构建“理论学习——虚拟演练——实操训练”的教学模式；
2）虚拟仿真教学能将抽象理论形象化、直观化；
3）虚拟仿真教学为学生提供自由探索的学习环境，培养学生认知能力、理解能力和创新能力。
5结论
虚拟仿真建设解决方案是特别针对教学资源建设要求和标准进行顶层规划和设计的，虚拟仿真平台编辑器是促进主动式、协作式、研究型、自主型学习，形成开放、高效的新型教学模式的重要途径，是示范性院校和骨干院校展示和推广本校教学改革成果的重要平台。
虚拟仿真平台编辑器是以资源共建共享为目的，以创建精品资源和进行网络教学为核心，面向海量资源处理，集资源分布式存储、资源管理、资源评价、知识管理为一体的资源管理仿真平台编辑器。该编辑器实现资源的快速上传、检索、归档并运用到教学中，实现资源的多级分布式存储、学校加盟共建等，具有虚拟仿真建设管理并能实现精品课程资源和网络教学之间无缝联接。
1）技术特点。虚拟仿真架构合理，安全可靠，具有先进性、实用性、开放性、通用性、标准化等特点。
2）先进性。虚拟仿真平台编辑器运用国际主流的技术，具有先进的技术方案，提高系统的生存周期和运用。
3）规范性。基于国际、国家、行业标准，实现资源的互通互导。根据专业教学资源内容、形式、标准、所需存储空间等特点，遵循通用的网络教育技术标准，通过网络开发和数据库技术，将虚拟仿真资源集成为资源库。
4）安全性。系统方案中考虑的安全策略和安全机制包括：根据不同的业务要求，采用不同的安全措施；设备、数据介质等某些关键部分考虑备份和冗余配置，保证其发生故障时不影响整个系统的正常运行等。
5）开放性。采用.net开发架构和三层B/S系统结构，实现跨越UniX、LinUX和windows仿真平台编辑器运行。
6）扩展性。在硬件方面，对用户设备支持对系统进行灵活配置和组合，相关软件能方便地升级和更新，系统容量保证满足用户量的考虑；在软件方面，提供二次开发功能函数包，适应不断拓展的应用空间。
7）自主学习。提供完善的讲授型网络课程库、多媒体课件库、素材和案例库、专家答疑辅导系统，使用者可以自主完成专业课程学习。
最后感谢大连海事大学、北京石油化工学院、北京掌宇集电科技有限公司、中视典数字科技有限公司和北京森汉科技有限公司提供的有关资料。
参考文献
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[3]杨勇，董晓辉.西部高校发展虚拟实验的必要性与可行性研究[J].中国教育技术装备，2012（15）：6-9.
虚拟仿真施工技术篇9
1.电子技术课程的特征
电子技术是电气类专业及自动化专业的主要课程，电子技术课程一般将自动化技术、电气技术、电子技术三者融为一体，主要有以下几个特征：（1）知识理论较深，波形变化复杂难以捉摸，教学模式单一，学生不易理解。（2）电子技术系统模式特征鲜明，波形变化、参数变化较为复杂，每个电路电子实验项目独立性强。（3）电子电路设计综合性强，电子技术应用范围广，可开发操作案例非常完善。
2.虚拟仿真软件的选择
考虑到电子技术课程理论知识较深，系统模式化明显，所以教学一般选用ewB虚拟仿真软件，此软件具有以下几个特点：（1）ewB具有非常强大的模拟仿真能力，适合教学实践仿真，学生易于学习操作，ewB运行简单。（2）ewB软件采用直观的图形界面，易于仿真实验室工作平台。（3）ewB也是一个非常专业的电子技术训练工具，可以提供专业的门电气系统模型，具有实物的所有数据与特征属性，非常适合虚拟仿真模拟操作，并且节约经费，数据准确。
3.电子技术课程教学应用虚拟仿真的可靠性
随着国家对教育事业的大力投入，众多职业学校的教学设施以及环境都得到了改善，多媒体教学基本普及，许多学校也有了自己相应专业的实验室及教学用室，计算机以及相应的虚拟仿真平台也得到了普及，在日常教学课程中，教师可以通过虚拟仿真平台来演示一些较难理解的知识，让学生更好地观测、理解这些知识点。虚拟仿真平台的大力发展和普及取决于计算机技术、多媒体技术的高速发展，职业学校纷纷设立自己的电子技术类专业实验室，安装不同的先进的虚拟仿真平台，学生在下课时也可去多媒体教室进行软件学习，这让教学不仅能在课堂上实现，课下也可以让学生进行相关学习，提升了教学质量和效果。
二、虚拟仿真技术在电子技术课程教学中的应用
1.在电子技术课程教学中应用虚拟仿真教学
以往的电子技术课程教学中，教师由于电子技术专业实验室及设备的缺乏，无法将理论知识与实践实验相结合进行教学，只能将传统系统教学分为理论知识教学和实验教学两部分。但在纯理论知识的教学中，教师很难将一些较难理解知识公式教给学生，学生也难以理解。若通过演示实验，会占据大部分课程时间，如果能将虚拟仿真技术引入到教学课堂，将大大减少教学用时，也会告别传统教学模式，让学生跟着教师在虚拟仿真平台上进行实验，使学生更简洁地理解相应的理论知识，提升学生学习电子技术课程的积极性。
2.改革电子技术课程教学，增加虚拟仿真实验
在一般职业学校中，电子技术专业教学多注重实践操作，但若学生没有很好地掌握理论知识，就很难操作好一些相关的实验，电子技术专业课程需要将理论知识与实验相结合才能完善教学。这就需要应用虚拟仿真平台，既可以让教师引导学生用实验来理解理论知识，也能让学生自主进行相关虚拟仿真实验的探索，来提升学生对电子技术的热情和设计创作水平。
三、总结
虚拟仿真施工技术篇10
关键词：实验教学；虚拟仿真；网络工程；多元协同；虚实互动
实验教学作为学生实践能力和创新能力培养的重要载体，需要有相应的实验教学平台作为支撑。传统的实验教学平台采用实体形式，以物理空间中的实体设备、器件和材料为实验对象或载体，具有真实、直观、直接的优点，但存在更新运维成本高、规模与复杂度受限、可扩展性差、开放共享难等不足。虚拟仿真实验教学综合运用信息与通信技术，在信息空间中构建高度仿真的实验操作环境和实验对象，提供类似于实体实验教学的体验与效果，具有近似、抽象和间接的特点，并在可视性、交互性、安全性、可扩展性与可共享性等方面具备优势，是对实体实验教学的有益补充与完善。
一、虚拟仿真实验教学中心建设需要解决的关键问题
作为专业人才培养的重要教学保障和优质实验教学资源共享的主要载体，虚拟仿真实验教学中心建设不能简单停留在对实体实验教学项目的信息化再现或资源堆砌，必须思考并解决以下六方面的关键问题。
第一，建设理念。涉及虚拟仿真实验教学中心的基本指导思想、建设目标、服务面向，以及在专业人才培养中所应承担的角色或发挥的作用。
第二，建设内涵。与指导思想、建设目标与服务面向相适应，涉及虚拟仿真实验教学中心建设的教育教学品质与特色，例如是以基础研究与教学为特色，还是以工程研发或工程应用教学为特色。
第三，建设主线。涉及虚拟仿真实验教学中心建设的核心线索或体系，需要系统而有效地组织有关的实验教学资源，以满足中心的服务功能与特色。
第四，建设方法与途径。通过什么样的方法与途径实施虚拟仿真实验教学中心建设，是院校单独建设，还是校内外协同；是自主开发，还是购买服务，抑或是多方面结合。
第五，使用模式。如何将虚拟仿真实验教学中心资源运用于课内外教学，其与实体实验之间是什么关系，如何发挥各自的优势与长处，以提高实验教学的实效。
第六，开放共享机制。虚拟仿真实验教学中心如何实现优质实验教学服务的开放共享，包括服务的对象与范围、策略与机制以及服务能力等。
二、面向工程应用型人才培养的虚拟仿真实验教学中心建设思路
作为地方本科院校，温州大学网络工程专业以培养工程应用型人才为目标。为此，针对前述六大关键问题，我们提出了“学生发展为中心、工程应用为特色、能力培养为导向、多元协同为抓手、虚实互动增成效、开放共享促辐射”的基本建设思路。
（1）学生发展为中心，解决建设理念问题。服务于网络工程专业工程应用型人才培养目标，作为该专业实践教学平台的重要组成部分，虚拟仿真实验教学中心立足学生创新精神、综合素质与实践能力的协调发展，支撑问题分析、问题研究、解决方案设计以及现代工具使用等相关毕业要求与培养标准的达成，并促进学生的自主性学习与个性化学习。
（2）工程用为特色，解决建设内涵问题。虚拟仿真实验教学中心建设内涵与品质必须和网络工程专业工程应用型人才的培养目标与特色相契合，并着重在三个层面上予以把握：一是教学内容有效覆盖网络工程生命周期的主要应用环节，包括规划与设计、部署与开发、运行与维护等；二是实验平全支持当前主流的网络设备厂商及其产品，与业界主流网络技术及其应用无缝对接；三是综合性、设计性和创新性虚拟仿真实验教学项目都来源于网络工程实际问题或相关项目案例。
（3）能力培养为导向，解决建设主线问题。改变传统的以课程为核心的教学组织框架，体现以能力为导向，围绕工程实践能力、工程设计能力与工程创新能力培养，针对递进性的分级能力培养目标，对虚拟仿真实验教学资源在实现技术、方式和手段等方面进行系统而精细地设计与开发。
（4）多元协同为抓手，解决建设方法与途径问题。为了落实能力培养核心与工程应用特色，依托高校与企业、教学与科研、教学研究与教学实践的多元协同，建立由教师、研究人员与工程师组成的专业化团队，融合虚拟仿真实验教学相关的教育、科技与工程优质资源，深度协作致力于虚拟仿真中心的开发与建设。
（5）虚实互动增成效，解决使用模式问题。充分发挥虚拟仿真实验教学与实体实验教学各自的优势，改革单纯基于实体实验教学资源的传统模式，结合分级能力培养目标，构建与实施虚拟实体高度互补、线上线下有机互动的新型实验教学模式，贯穿课内课外的各项教学活动，全面提高实验教学效果。
（6）开放共享促辐射，解决推广机制问题。建立管理服务与技术服务的“双轮驱动”机制，促进虚拟仿真中心的开放共享。在管理服务方面，面向兄弟院校、业界企业的团体与个人用户提供“LabasaService”形态的虚拟仿真实验教学云计算服务，为兄弟院校提供以全面降低使用门槛在技术服务方面，利用先进的虚拟数据中心网络技术提供安全、稳健、灵活的虚拟仿真实验教学服务，充分保障虚拟仿真实验教学服务的品质。
三、网络工程部级虚拟仿真实验教学中心建设实践
依据上述基本建设思路，温州大学网络工程部级虚拟仿真实验教学中心主要进行了以下建设实践。
1.能力培养为导向的虚拟仿真实验教学体系
以“专业基本技能一综合实践能力一工程实践能力一工程设计/创新能力”的递进式模型为主线，围绕综合分析和解决复杂网络工程问题的能力进行了虚拟仿真实验教学体系建设，如下表所示。
其中，专业基本技能培养阶段的虚拟仿真实验以演示认知型、分析验证型以及基础操作型等形式为主，以对少量技能点的认知或理解为教学目标，以可视性、交互性表现突出的软件仿真技术为主要实现途径，网络工程问题复杂度低；综合实践能力培养阶段的虚拟仿真实验以综合训练型为主，以对数个领域的大量技能点的整体掌握为教学目标，以仿真程度高的硬件虚拟技术为主要实现途径，网络工程问题复杂度较高；工程实践能力培养阶段的虚拟仿真实验以工程演练型为主，以掌握真实网络工程项目的部署与实施、测试与验证为主要教学目标，以仿真程度高的硬件虚拟技术为主要实现途径，网络工程问题复杂度高；工程设计/创新能力培养阶段的虚拟仿真实验以创新设计型为主，以掌握真实网络工程项目的规划、设计与开发为主要教学目标，结合软件仿真技术与硬件虚拟技术实现，网络工程问题复杂度最高。
2.工程应用为特色的虚拟仿真实验教学项目库
在虚拟仿真实验教学项目库的建设中，主要通过以下三种途径实现工程应用内涵与特色。
（1）虚拟仿真实验教学项目的技术与产品覆盖面接轨当前网络工程行业的热点应用领域与主流产品。包括网络互连、网络安全、无线局域网、协作网络、数据中心网络、运营商网络等，支持对这些领域各主流厂商设备的软件仿真或硬件虚拟。
（2）虚拟仿真实验教学项目的能力点定位与设计源于网络工程应用的实际需要，根据当前网络工程生命周期各阶段对工程能力要求的分布，对实验教学内容进行细致的梳理与筛选。每门课程精选出若干能力点，并依据规划与设计、部署与开发、测试与验证、运行与维护等不同阶段内能力点之间的关联性，有针对性地设计虚拟仿真实验教学项目的能力点组合方案。
（3）在虚拟仿真实验教学内容的组织与设计上，以能力点目标组合方案为出发点，以网络工程案例为背景素材，以实际需求和工程问题为导向，进行虚拟仿真实验教学项目的设计，保障其真实性、时效性以及针对性。网络工程案例主要来源于合作企业工程师参与或主持的工程项目，经过有丰富经验的工程师根据分级能力目标对复杂网络工程问题的分解、梳理与萃取。
当前，虚拟仿真中心建成的306个实验教学项目对应于分级能力培养目标的项目数量比例大致为4：4：1：1，其中直接来源于实际网络工程案例合计占总数的一半以上。
3.多元协同的虚拟仿真实验教学中心开发与建设方式
多元协同的开发与建设方式体现在三个方面，即高校与企业协同、教学与科研协同、教学研究与教学实践协同。
首先，通过与两家业界领军企业（思科系统与思博伦通信）的校企协同，在技术层面获得了网络功能虚拟化的授权，解决了对网络系统进行高度虚拟和仿真的核心技术难题，同时获得了工程师的加盟，增强了开发与建设队伍的整体技术实力；在资源层面得到了企业一线工程师队伍的宝贵经验，解决了虚拟仿真实验教学项目案例主要来源的关键问题；在管理层面借鉴了企业在线实验室开放与管理模式，解决了虚拟仿真实验教学服务的安全性和稳健性问题。
其次，充分利用高校教师队伍教学与科研并举的优势，依托教学与科研协同实现了科研反哺虚拟仿真实验教学。一是通过学生课外科技与创新活动等形式，将科研成果直接或间接转化成虚拟仿真实验教学项目，此类项目占总数近14%；二是在虚拟仿真中心的开发与建设中，转化了许多虚拟化与云计算领域的科研成果，到目前为止直接实施应用的发明专利共有6项，主题涉及网络服务质量、虚拟机资源配置以及云计算调度等。
最后，依托教学研究与教学实践的协同解决了虚拟仿真中心建设各个层面的多个关键理论问题。例如，针对虚拟仿真中心硬件平台的建设，先后依托两项浙江省提升地方高校办学水平专项资金项目开展了主题为“多租户虚拟数据中心网络建设”的研究；针对虚拟仿真中心软件平台的建设，依托浙江省高校实验室工作研究重点项目开展了主题为“‘实验教学即服务’的云计算模式构建”的研究；针对虚拟仿真实验教学的应用，依托浙江省高等教育课堂教学改革项目开展了主题为“依托虚拟仿真实验教学平台的混合式实践教学模式探索”的课题研究；针对校企合作开发与建设虚拟仿真中心的机制，依托浙江省高等教育教学改革项目开展了主题为“基于企业生态系统的分布式工程实践教育中心建设模式探索与实践”的课题研究。
4.虚实互动的实验教学资源使用模式
相对于传统的网络工程实体实验教学，网络工程虚拟仿真实验教学在以下方面具有明显的优势，对实体实验教学起到补足与增强作用。
首先，弥补了实体实验教学在开放时间、地点和方式上的不足，实现在任意安装有浏览器的终端设备上随时随地访问虚拟仿真实验教学资源以及实体实验教学资源进行练习，为自主性学习和个性化提供充分的保障。
其次，克服实体实验教学可见性与交互性差的弱点，实现对网络协议和网络系统工作原理的交互式可视化呈现，促进对基本技能点的J知、理解与掌握。
再次，克服实体实验教学在拓扑规模、网络特性以及管理便捷性等方面的局限，以低成本构建特性更丰富、结构更复杂的虚拟仿真实验教学环境，进而实现简捷高效的连接与配置管理，提高综合性实践教学的品质。
最后，克服实体实验教学由于成本因素而明显滞后于工程应用发展水平的局限，支持跨厂商、多系列高端网络设备，支持对复杂网络系统连接与配置的多视角可视化交互管理，用于在专业实习或毕业设计环节中对实际复杂网络工程项目进行快速概念验证。
为充分发挥虚拟仿真实验教学在支撑实践能力培养目标的不同维度上的优势，结合能力分级目标的特点，依据两者之间的内在逻辑关系，可以将实验教学资源的组合使用模式分为四种：虚辅实主、虚实并举、虚主实辅以及纯虚拟仿真。
（1）虚辅实主模式。利用上述第一与第二项优势，适用于专业基本技能培养阶段。虚拟仿真实验教学项目是对实体实验教学项目的近似仿真，虚拟仿真实验平台用于课前预习以及课后练习，而在课堂中使用实体实验平台与虚拟仿真实验相互印证。
（2）虚实并举模式。利用上述第一与第三项优势，适用于综合实践能力培养阶段。虚拟仿真实验教学主要面向开放实验项目、学生科技创新项目、专业技能竞赛等课外教育活动，而实体实验教学面向日常课堂。
（3）虚主实辅模式。利用上述第一与第三项优势，适用于工程实践能力培养阶段。虚拟仿真实验平台用于前期耗时较长、不依赖于实体设备的建模与部署环节，实体实验平台用于后期耗时较短、依赖于实体设备的验证与测试环节。
（4）纯虚拟仿真模式。利用上述第一与第四项优势，适用于工程设计/创新能力培养阶段。学生在进入企业学习阶段后，用于大规模复杂网络工程解决方案的概念验证，包括规划与设计、建模与开发，用于新建网络解决方案的展示、客户网络割接方案的预演以及客户网络故障排错方案的验证等。
当前，虚拟仿真中心所有实验教学项目覆盖10门专业课程、5门综合实践课程、4大类课外教育活动以及专业实习与毕业设计，时间跨度从大二下到大四。从整体人才培养过程来看，随着专业教育阶段的逐步深入，实践能力培养目标逐步提升，所涉及的工程问题复杂度随之提升，对实验教学平台支持能力的要求越来越高。相应地，所依托的实验教学环境也由以实体中心为主逐渐演变为虚实结合，最终过渡到以虚拟仿真中心为主。
5.虚拟仿真实验教学开放共享的实现与推广
虚拟仿真中心对外开放共享提供虚拟仿真实验教学服务的内涵包括管理服务与技术服务两个方面。在管理服务方面，使用高级服务调度引擎将所有虚拟仿真实验教学资源整合起来，以“实验教学即服务”（LabasaService，LaaS）的形态统一对外提供开放共享。此外，对于兄弟院校与行业企业等团体用户，为其提供专有的管理门户，便于自我管理。在技术服务方面，构建了安全、健壮、高效、可扩展的技术平台架构。其中，软件仿真前端提供可视化的实验教学体验；而硬件虚拟后台创建虚拟仿真网络的运行实例并提供远程配置与管理手段，而云监控与管理、云备份与安全提供充分的服务质量保障。