生物科学与技术虚拟仿真实验教学中心的建设与应用

生物科学与技术虚拟仿真实验教学中心通过优秀科研项目转化以及与高新技术企业合作开发,建设了一批高质量的生物类虚拟仿真实验教学资源。多层次、多元化的资源为学生前沿科学知识学习、综合性科研训练和生物下游产业技术训练提供有利环境,有效地实现教学模式的转变以及学科交叉知识的学习和延伸。全天候开放共享虚拟仿真实验教学平台,实现虚拟仿真实验教学软件、实验标准化视频、教学课件和测试题库等线上教学资源的有机整合,满足随时随地实验教学需求,支持了一系列的混合式线上线下实验教学课程开展。生物科学与技术虚拟仿真实验教学中心与国家级生物科学实验教学示范中心形成了“双中心”融合发展的创新人才培养实验教学体系,“虚实结合”的实验教学模式,提升了学生的综合科研能力与教师的业务水平,培养了满足社会需求的生物技术创新实践人才。

人工影响天气虚拟仿真实验及课程体系建设

在“人工影响天气”的相关课程教学中,构建虚拟仿真实验教学平台有助于学生深入理解基础理论知识,并对实际业务操作及催化方案设计、优化产生感性认识。虚拟仿真实验教学突破了室内教学时空及仪器设备昂贵的局限性,解决了自然界中不能对同一块云反复催化的实际困难,对云降水环境及人工催化过程高度重现,对理论教学体系及教学形式进行补充,完善了课程教学体系。此外,科技成果在教学和本科生科研创新活动的引入,进一步增强学生科技创新意识及学习兴趣,促进了科研创新型人才的培养。

“虚拟仿真+试误教学法”实验教学模式的探索与实践

以虚拟仿真结合“试误”教学法,建立混合式实验教学模式用于药学专业高危类化学实验教学。以氧化石墨烯的制备为例,采用3D MAX、IdeaVR等软件对实验场景、仪器设备等进行高度仿真。在线教学模式便于学生随时随地沉浸式学习,凸显“以学生为本”的教育理念;增加“试误”选项,让学生体验错误操作会导致爆炸等危险后果,强化关键知识点。基于“试误”教学法的虚拟仿真实验模式,不仅解决了传统实验教学中安全隐患大、污染严重等问题,能够以虚补实,而且为学生创造了自主性高、探索式学习环境,同时,该教学模式为危险系数高的化学类实验课程的开设提供了教学示范。

近十年我国高校虚拟仿真实验教学研究发展述评

自从2013年教育部开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作以来,近十年我国高校在虚拟仿真实验领域产生了大量的研究新进展与应用新成效。采用CiteSpace软件分析CNKI数据库中2014~2023年的高校虚拟仿真实验或虚拟现实实验文献集合,挖掘了该领域研究的核心单位、作者与发文期刊;分析了高被引文献的特征。同时,基于关键词共现关系聚类,阐释了虚拟仿真实验研究的主要类别、发展历程和前沿领域,进而探讨了虚拟仿真实验教学的技术层次、覆盖学科、开发软硬件和发展趋势。研究得出,标准化、网络化共享平台和混合现实技术,是推动虚拟仿真实验新发展的重要技术途径。

电厂锅炉实验虚拟仿真系统建设与应用

为开展能动专业核心课程“锅炉原理”的实验教学,校企合作开发了电厂锅炉实验虚拟仿真系统。基于两相流动与辐射对流传热原理构建的仿真系统,由风烟和汽水两大模型构成,严格遵守质量、能量、动量守恒方程。变负荷虚拟实验显示,随锅炉负荷增加,热效率降低、燃料耗量增加。根据辐射传热原理,结合火焰平均温度计算发现:只有炉膛出口烟温增加,才能保证炉膛传热负荷增加,继而抬升排烟温度,导致排烟热损失变大、锅炉热效率降低。锅炉原理实验虚拟仿真,可训练学生运用锅炉本体热力计算原理分析问题的思维,是落实创新能力培养的重要举措。

“机械制造技术”课程虚拟仿真实验系统设计

针对“机械制造技术”课程中传统现场实验教学的不足,设计开发了机械制造技术虚拟仿真实验系统。该系统以航空航天制造领域的实际工程问题为导向,结合任务驱动的实验教学模式,实现了加工状态监测、加工质量检测和切削参数优化等实验教学内容。引入数据驱动的切削模型构建方法,提高了虚拟仿真实验的实时性和可信度。实践表明,该实验能够满足课程的实践教学需求,激发学生的自主学习热情,提升学生的实践能力和创新意识。

基于CarSim/Simulink的计算机控制系统综合实验设计

针对计算机控制系统课程中控制算法设计与仿真实现,设计了基于CarSim/Simulink的控制综合实验方案。以4轮独立驱动小车为对象,要求学生熟悉其基本工作原理,并在非线性动力学模型基础上,进行局部线性近似,设计反馈控制器,模拟小车控制。使用CarSim仿真软件可直观地模拟调整4轮独立驱动小车的质量、质心位置和转动惯量等,实现个性化选择,搭建车辆模型;与Simulink接口互通,在Simulink中完成控制算法。实验设计旨在使学生夯实计算机控制系统的理论基础,并逐步过渡到控制工程,理论联系实际,培养其解决复杂工程问题的能力。

电动汽车电控液压制动系统CarSim/Simulink联合仿真研究

针对某款国产电动汽车的电控液压制动系统,文章基于滑移率的比例-积分-微分(PID)控制提出了防抱死制动系统(ABS)模型,以改善车辆制动性能,提高在对开路面上的制动有效性和安全性。首先,使用Simulink软件建立液压电控制动系统的动力学模型;然后,基于滑移率设计PID控制器,并通过1/4车辆模型验证其有效性;最后,利用S函数将ABS控制器的Simulink模型输入CarSim平台中,开展CarSim/Simulink双平台联合控制仿真。结果表明,基于滑移率的PID控制的ABS对比无ABS的车辆,制动性能更加优越,在对开路面上制动稳定性更加明显。

“双一流”背景下环境类虚拟仿真实验建设现状与共享分析

iLAB-X和智慧教育平台作为教育部主推的实验共享平台,其优质资源公益性地对全世界开放。文章基于平台46个环境类项目,对分类特点、建设特征和应用现状进行分析,为高校共享使用两大共享平台实验项目提供参考,并为其设计开发具有特色的环境类虚拟仿真实验项目提供指导。提出通过“共享与特色”的组合拳强化环境类虚拟仿真教学应用常态化,以期推动“双一流”课程建设和环境类实验教学高质量发展。

合成孔径雷达高分辨率成像虚拟仿真实验平台设计

合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)系统组成复杂,搭载于飞机、卫星等运动平台上才可实现数据获取,难以开展基于SAR雷达实物的实验教学。为解决此问题,设计并搭建了SAR高分辨率成像虚拟仿真实验平台。该虚拟仿真实验平台将系统设计技术、实验设计技术、数据采集过程、信号处理技术、图像评估技术等SAR实验的完整流程进行了高展示度、高保真度、高交互性的计算机模拟。一方面,该虚拟仿真实验可以帮助学生理解SAR设计、工作和应用的流程,巩固相关课程基础知识,激发学习雷达信号处理知识的兴趣;另一方面,可以考查学生对相关知识的综合应用能力,增强学生解决实际问题的技能。该仿真平台已成功应用于虚拟仿真教学课程实践,教学效果良好,对培养新工科技术型人才具有重要意义。

动物科学与动物医学虚拟仿真实验教学平台的建设与实践

实验教学是动物科学与动物医学专业人才培养的重要组成部分。为了突破生物安全、动物福利、教学成本、实验条件等对动物类实验教学的制约,山东农业大学动物科学与动物医学国家级实验教学示范中心根据教学需求构建虚拟仿真实验教学平台,推动实验教学模式的创新与改革,激发了学生学习兴趣,提升了实验教学水平,实现了教学资源开放共享,提高了人才培养质量。

无线网络通信及其应用课程的虚拟仿真实验教学设计与实现

开设无线网络通信实验存在设备昂贵、协议复杂以及基于行业应用背景的实验教学难以现场开展等问题。为此,设计并实现无线网络通信及其应用课程的虚拟仿真实验教学,包括基础实验、专项实验和综合设计3层次实验。采用Catfly无线网络节点实验平台构建虚拟仿真实验环境,全方位实现无线网络通信技术及其应用所涉及的重要知识点的实验探究。该课程通过应用案例触发模式带动学生体验“需求—设计—实现”的完整项目开发过程,有效提升无线网络通信及其应用相关教学内容的学习效果,对无线网络通信领域技术人员的培养具有重要意义。

高职院校基于虚拟仿真的实验教改与实践研究

作者针对目前实践教学存在的课时受限、实训场地和设备数量受限、实训项目存在安全隐患等问题,提出将虚拟仿真实训项目引入教学过程和混合式教学模式,形成较完整的实践教学课程体系,为相关课程的改革提供参考,为实现人才培养的信息化、智能化和现代化提供支撑。

基于V-REP自动垂直泊车的教学仿真实验

泊车对驾驶员的操作技能有很高的要求,自动泊车系统的出现能够很好地解决这一问题,帮助驾驶员安全精准地完成泊车操作。该文对典型的自动垂直泊车进行仿真研究,针对标准和狭窄停车通道的垂直泊车,研究了C字型与人字型的泊车规划路径算法。基于机器人仿真平台(virtual robot experimentation platform,V-REP)搭建了典型的泊车仿真场景,利用用户数据协议(user datagram protocol,UDP)构建V-REP与MATLAB之间的通信,开展了V-REP与MATLAB的联合仿真实验,充分展示了自动垂直泊车的泊车过程,总结了垂直泊车的路径特点,对自动垂直泊车进行了可视化演示。此外,基于该平台为学生提供了虚拟仿真实验环境,激发了学生对无人驾驶的学习兴趣和勇于探索的精神,提高了学生的操作能力与创新思维能力,获得了良好的教学效果。

高校虚拟仿真实验课程应用评价研究

虚拟仿真实验课程,是国家一流课程的重要组成部分,是高校实验教学的重要资源,是信息技术融入实验教学的基本体现。虚拟仿真实验课程的应用评价对于促进该课程的可持续发展意义深远。根据教育部已认定的面向高校和社会免费开放并提供教学服务的虚拟仿真实验课程,基于其应用数据,采用K-means聚类方法和多项逻辑回归方法,分析其应用活跃度和影响因素,发现不同课程群组的应用特征和影响因素,可为改进课程提供建议,可为课程评价提供依据。

虚拟仿真技术在土壤侵蚀原理实验教学中的应用

随着数字化、信息化和仿真技术的发展,虚拟仿真技术在本科教育教学中广泛应用。本文以土壤侵蚀原理课程实验教学为例,从实验内容、成绩考核、教学方法等方面介绍了如何借助虚拟仿真实训实验提高学生实践操作能力。实践证明,运用“虚实结合+翻转课堂”的教学模式,能充分激发学生参与实验的兴趣,帮助学生更好地理解和记忆理论知识,提高实践操作能力,值得广泛推广。

基于Three.js的大学物理在线仿真实验开发

Three.js是用JavaScript编写的基于WebGL的在线三维场景和动画的开发引擎。为了使学生能在线开展虚拟仿真实验,探索学生线上自主学习和线下课堂学习相结合的实验教学模式,提升学生实操实验课时的有效利用,采用Three.js提供的JavaScript库函数来开发分光计实验和密立根油滴实验等在线虚拟仿真实验。通过该仿真实验,学生能在实验课之前对实验的原理和操作细节有具体了解,从而对实验中遇到的问题进行深入探究,提高实验教学效果。这些仿真实验也可以作为由于其他原因无法实现线下实验的一种替代教学实验方案。以Three.js为开源开发的物理在线仿真实验平台可推广。

基于“慕课+虚拟仿真”的生理学实验评价体系改革

传统的生理学实验课考核在内容和形式上比较单一,无法对学生各方面的能力和素养进行全面评估。湖北工程学院将慕课和虚拟仿真实验深度融合,形成一体化实验在线学习平台。利用平台对学习过程中产生的学习数据进行采集、统计和分析,并将此作为过程性评价的依据,构建了一个全新的生理学实验多元学习评价体系,并通过调查问卷和统计学方法评估其实施效果。研究结果表明,新的评价体系能够对学生进行全面、客观和准确的评价,同时很好地发挥了以评促学的作用,具有较强的应用和推广价值。

“电机学”课程虚拟仿真实验建设

电机学实验是工程基础课程“电机学”必要环节。针对理论教学中存在概念难理解、现象直观性差,实物实验内容全面性不足的问题,将有限元虚拟仿真技术应用于实验教学中,直观展示电机的运行机理和电磁特性,解决教学难题。在阐述虚拟仿真实验建设思路的基础上,以变压器仿真实验建设为例说明虚拟仿真实验设计方法和开展过程。教学实践证明,在电机实验教学中开展虚拟仿真实验,保证了实验内容的全面性和系统性,学生的工程实践能力和创新意识得到提高。

虚拟仿真实验在无障碍设计教学中的应用——以无障碍通用标识环境设计实验为例

国际上建筑学无障碍设计理论已进化到通用设计等人性化设计思潮,我国部分高校也建立了无障碍设计教学体系。专业课程中实验教学让学生体会无障碍设计的重要性,但传统无障碍模拟体验难以满足所有学生开展综合性设计实践学习的需求。无障碍通用标识环境设计虚拟仿真实验平台引用“循证设计”的教学模型理念,将基本原理与实际操作体验互动结合,通过6大系统、3个层次,引导学生按层级深化学习。虚拟仿真实验手段的引入,实现了教学方法和教学评价体系的创新。从课堂教学和实验报告的反馈结果看,虚拟仿真实验融入无障碍设计教学能提升学生专业素质、激发学生创新意识、增强学生综合能力和培养社会责任感,是促进无障碍设计建筑教育升级的有效路径。