摘要：醫(yī)學(xué)影像設(shè)備是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)影像技術(shù)學(xué)的專業(yè)核心，操作性與實踐性非常強(qiáng)，實踐教學(xué)在醫(yī)學(xué)影像設(shè)備里面一直是相關(guān)專業(yè)技術(shù)課程開展的瓶頸。當(dāng)前，運(yùn)用虛擬仿真教學(xué)平臺可以完善醫(yī)學(xué)影像設(shè)備教學(xué)，增加學(xué)生實踐操作訓(xùn)練的機(jī)會，充分發(fā)揮虛擬仿真技術(shù)在教學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的優(yōu)勢，從而助力培養(yǎng)高素質(zhì)的人才。文章分析醫(yī)學(xué)影像設(shè)備與虛擬仿真教學(xué)平臺，平臺功能、設(shè)備使用評價等。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真教學(xué)；醫(yī)學(xué)影像技術(shù)；醫(yī)學(xué)影像設(shè)備；實踐教學(xué)

醫(yī)學(xué)影像學(xué)是一門涉及范圍非常廣、發(fā)展速度非常快的學(xué)科，在課程教學(xué)當(dāng)中不僅僅需要具備足夠的專業(yè)知識，掌握一定的理論基礎(chǔ)、臨床技術(shù)等，還要求能夠熟練操作臨床影像設(shè)備，保證領(lǐng)域內(nèi)人才培養(yǎng)符合行業(yè)發(fā)展要求。當(dāng)前國家對虛擬仿真實踐教學(xué)管理、共享平臺的建設(shè)非常重視。在以往的教學(xué)當(dāng)中，醫(yī)學(xué)影像專業(yè)教師培養(yǎng)學(xué)生實踐能力的時候主要依賴醫(yī)院有限的設(shè)備，傳統(tǒng)的實驗方式導(dǎo)致學(xué)生接觸的大多為陳舊設(shè)備，這種授課方式與人才培養(yǎng)目標(biāo)相違背。

一、醫(yī)學(xué)影像技術(shù)

醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專業(yè)具備很強(qiáng)的操作性與實踐性，理論課程涉及多個要點，參數(shù)復(fù)雜、知識點記憶難，學(xué)生普遍感覺學(xué)習(xí)難度大，學(xué)習(xí)興趣不高。實驗課程可以實現(xiàn)學(xué)生從理論知識到實踐能力的轉(zhuǎn)變，在這個過程中培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、創(chuàng)新能力非常重要。當(dāng)前該專業(yè)實驗課程的授課形式諸如學(xué)生在放射科室檢查過程中的“圍觀教學(xué)”“臨床見習(xí)教學(xué)”，大都是教師帶領(lǐng)學(xué)生在臨床上一邊操作完成臨床檢查，一邊給學(xué)生講解。放射科室內(nèi)一般設(shè)置有大型醫(yī)療影像設(shè)備，成本昂貴、資源稀缺。DR與CT類檢查過程中存在潛在輻射損傷，進(jìn)行臨床實驗教學(xué)就存在一個醫(yī)學(xué)倫理上非常重要的問題，學(xué)生無法參與到其中。這種情況造成傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像設(shè)備的實踐教學(xué)，學(xué)生僅僅是旁觀者。實際上只有動手操作才可以鍛煉動手能力，才可以在未來的學(xué)習(xí)與就業(yè)當(dāng)中運(yùn)用自己的能力。實驗課程要求學(xué)生手腦并用自己動手實驗，并且在實驗過程中進(jìn)行創(chuàng)新?；趥鹘y(tǒng)理念和教學(xué)條件的局限，實驗教學(xué)一直以來都是醫(yī)學(xué)影像學(xué)課程的短板。為解決這些問題，保證學(xué)生在實驗課程上能夠激發(fā)綜合素質(zhì)意識，探索新知識的同時提升自身的實際操作技能，文章以虛擬仿真技術(shù)作為出發(fā)點，闡述虛擬仿真教學(xué)平臺在醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)授課當(dāng)中發(fā)揮的作用與價值［1］。

二、醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)實踐教學(xué)現(xiàn)狀

摘要：文章從開設(shè)虛擬仿真實驗教學(xué)的優(yōu)勢，教學(xué)平臺的建設(shè)與應(yīng)用、開放共享、教學(xué)成果、示范推廣等角度，介紹了藥學(xué)虛擬仿真實驗教學(xué)平臺的建設(shè)過程，闡述了藥學(xué)虛擬仿真實驗教學(xué)平臺的特色。該平臺突出了以培養(yǎng)藥學(xué)創(chuàng)新人才為目標(biāo)的改革理念，促進(jìn)了學(xué)生創(chuàng)新和實踐能力培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：藥學(xué)；虛擬仿真；實驗教學(xué)平臺

藥學(xué)是一門實踐性很強(qiáng)的學(xué)科，實驗教學(xué)是藥學(xué)人才培養(yǎng)中必不可少的環(huán)節(jié)，其主要任務(wù)是讓學(xué)生掌握必要的藥學(xué)實驗知識和實驗操作技能，為相應(yīng)理論知識的掌握和藥學(xué)創(chuàng)新研究工作的開展打下基礎(chǔ)。根據(jù)教育部有關(guān)文件[1-3]，借鑒其他藥學(xué)類院校的建設(shè)經(jīng)驗[4-5]，以培養(yǎng)藥學(xué)創(chuàng)新人才為目標(biāo)，結(jié)合我校藥學(xué)實驗教學(xué)的實際需要，在前期建設(shè)基礎(chǔ)上，藥學(xué)實驗教學(xué)中心對原有各學(xué)科虛擬實驗教學(xué)資源進(jìn)行了整合，打破了實驗教學(xué)內(nèi)容的學(xué)科、課程限制，形成了基于藥學(xué)系統(tǒng)研究的整體教學(xué)體系，面向各學(xué)科學(xué)生提供了一個資源共享的平臺，2015年獲批為廣東省藥學(xué)虛擬仿真實驗教學(xué)示范中心。在三年多的建設(shè)期中，以培養(yǎng)綜合創(chuàng)新性藥學(xué)人才為目標(biāo)，秉承“能實不虛、虛實結(jié)合”的建設(shè)理念，將藥學(xué)類基礎(chǔ)性、綜合創(chuàng)新性以及示范性虛擬仿真實驗教學(xué)項目有機(jī)結(jié)合，構(gòu)建了藥學(xué)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的虛擬仿真實驗教學(xué)平臺，并在實驗教學(xué)體系建設(shè)、人才培養(yǎng)、成果推廣等方面取得了明顯成效。

1藥學(xué)實驗教學(xué)的不足

近年來，各藥學(xué)類院校在專業(yè)實驗課程教學(xué)方式、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段等多方面加大了改革力度，取得了很多教學(xué)改革成果。但在實驗教學(xué)過程中，由于多種客觀條件的限制，也為實驗教學(xué)帶來了諸多困難。（1）時間和空間的限制增大了系統(tǒng)完成實驗的難度。藥學(xué)相關(guān)實驗具有相當(dāng)程度的連續(xù)性，尤其是血藥濃度測定、藥物合成、天然產(chǎn)物提取分離和結(jié)構(gòu)鑒定、體內(nèi)/外抗腫瘤活性測定、藥物-靶蛋白相互作用分析等綜合創(chuàng)新性實驗，需要較多的時間保證，使在單位時間連續(xù)完成實驗的難度增大。（2）實驗的安全性風(fēng)險限制了部分實驗課的開設(shè)。受特殊條件限制，部分實驗內(nèi)容的開展受到制約。因藥學(xué)類相關(guān)實驗廣泛涉及有毒試劑、易燃易爆試劑、細(xì)胞、細(xì)菌、病毒，增加了實驗操作過程中的安全性風(fēng)險，如果操作不當(dāng)將直接對人體產(chǎn)生不可估量的損傷，相應(yīng)的實驗廢棄物回收與無害化處理也大大增加了教學(xué)成本，這些都限制了部分實驗內(nèi)容的開展。（3）教學(xué)成本與設(shè)備條件限制了學(xué)生動手操作的機(jī)會。藥學(xué)類相關(guān)實驗所涉及的部分耗材，如SPF級實驗動物飼養(yǎng)，其條件嚴(yán)格且數(shù)量有限，部分細(xì)胞、細(xì)菌株極其珍貴，試劑、藥品的消耗也不容小覷，這些因素限制了課程的開設(shè)。對于一些綜合性實驗，受設(shè)備臺套數(shù)的限制，無法使每個學(xué)生都動手操作，學(xué)生實驗參與率大大降低。

2開設(shè)虛擬仿真實驗教學(xué)的優(yōu)勢

【內(nèi)容摘要】隨著我國城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，各大城市對園林建設(shè)提出更加嚴(yán)格的要求。為了培養(yǎng)出合格的園林人才，在開展園林實訓(xùn)教學(xué)時，要積極進(jìn)行教學(xué)改革，提高學(xué)生的實踐能力。充分發(fā)揮出虛擬仿真技術(shù)的優(yōu)勢，結(jié)合園林實訓(xùn)教學(xué)的情況，明確教學(xué)目標(biāo)，將虛擬仿真技術(shù)與園林實訓(xùn)教學(xué)有機(jī)結(jié)合，創(chuàng)新教學(xué)模式和教學(xué)方法，給學(xué)生帶來良好的學(xué)習(xí)體驗。

【關(guān)鍵詞】園林工程;實訓(xùn)教學(xué);虛擬仿真技術(shù);教學(xué)創(chuàng)新

虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要是利用計算機(jī)技術(shù)模擬三維空間打造虛擬而逼真的世界，使人們有身臨其境之感。隨著數(shù)字技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)與教學(xué)的融合日益緊密。在開展園林實訓(xùn)教學(xué)時，可充分利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的功能，提高學(xué)生的實踐能力，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的人才培養(yǎng)模式，達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果。

一、虛擬仿真技術(shù)在園林實訓(xùn)教學(xué)中的優(yōu)勢

園林教學(xué)包含的內(nèi)容和知識點眾多，學(xué)生在學(xué)習(xí)這門課程時，需充分運(yùn)用各種材料打造相應(yīng)的景觀，通過對地形進(jìn)行改造，打造相應(yīng)的建筑，對園林場景進(jìn)行合理布置，還需結(jié)合完善的美學(xué)知識與歷史文化內(nèi)容，創(chuàng)造出多種多樣的空間，給人們帶來不同的感受。園林設(shè)計師要具備豐富的想象力，能夠充分結(jié)合用戶的需求進(jìn)行設(shè)計，因此，在園林教學(xué)中融入虛擬現(xiàn)實技術(shù)，挖掘其技術(shù)優(yōu)勢，創(chuàng)造真實的實訓(xùn)情境，從而達(dá)到實訓(xùn)的教學(xué)目的。當(dāng)學(xué)生置身于虛擬仿真技術(shù)所營造的虛擬環(huán)境之中，進(jìn)一步了解園林景觀內(nèi)容。該技術(shù)能夠營造出不同形態(tài)的植物、造型各異的亭子、經(jīng)典的古典園林空間和小區(qū)環(huán)境。學(xué)生無需通過實地參觀的方式就能有身臨其境之感。教師可充分發(fā)揮出虛擬仿真平臺的優(yōu)勢，使學(xué)生能夠充分了解實訓(xùn)的內(nèi)容和相關(guān)理論知識。然后，教師可在平臺中為學(xué)生發(fā)布實訓(xùn)的目的和內(nèi)容，使學(xué)生了解實訓(xùn)的注意事項。學(xué)生可充分結(jié)合相應(yīng)的理論知識進(jìn)行在線練習(xí)，然后參與到技能在線測試之中。通過虛擬仿真實訓(xùn)平臺，教師可與學(xué)生之間隨時進(jìn)行交流，學(xué)生遇到問題后可隨時向教師咨詢。通過虛擬仿真技術(shù)可以調(diào)動學(xué)生主觀能動性，使學(xué)生在虛擬場景中對內(nèi)容進(jìn)行可視化編輯和調(diào)整，展示出不同的場景效果，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造思維，使學(xué)生具備創(chuàng)新能力。

二、虛擬仿真技術(shù)在園林實訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用條件

摘要:醫(yī)學(xué)檢驗是一門注重實踐性和操作性的專業(yè)，注重學(xué)生專業(yè)實驗?zāi)芰筒僮魉降呐囵B(yǎng)。傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)檢驗實驗教學(xué)存在弊端，采用虛擬仿真技術(shù)（virtualreality，VR）建立醫(yī)學(xué)檢驗虛擬仿真實驗教學(xué)平臺可完善并提高教學(xué)質(zhì)量。通過對醫(yī)學(xué)檢驗虛擬仿真實驗教學(xué)平臺建設(shè)進(jìn)行初步探索，對目前存在的困難進(jìn)行剖析，為響應(yīng)教育部建立國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心，促進(jìn)醫(yī)學(xué)檢驗教育信息化建設(shè)提供新思路。

關(guān)鍵詞：醫(yī)學(xué)檢驗；虛擬仿真；實驗教學(xué)

醫(yī)學(xué)檢驗是一門注重實踐性和操作性的專業(yè)，尤其2012年教育部將培養(yǎng)目標(biāo)由五年制培養(yǎng)“從事醫(yī)學(xué)檢驗及醫(yī)學(xué)類實驗室工作的醫(yī)學(xué)高等專門人才”改為四年制培養(yǎng)“從事醫(yī)學(xué)檢驗及醫(yī)學(xué)類實驗室工作的醫(yī)學(xué)技術(shù)高級專門人才”[1]，著重強(qiáng)調(diào)了專業(yè)實驗?zāi)芰筒僮魉健，F(xiàn)醫(yī)學(xué)進(jìn)入精準(zhǔn)醫(yī)療的大數(shù)據(jù)時代，傳統(tǒng)的“規(guī)定動作”教學(xué)已不能滿足技術(shù)日新月異的變化，各類因素極大程度的制約著教學(xué)效果，借助虛擬仿真技術(shù)（virtualreality，VR）可有效改善這些問題。VR技術(shù)是一種以計算機(jī)為核心的新型認(rèn)知工具和知識載體，利用高科技生成虛擬環(huán)境，使操作者具有視、聽、觸覺一體化的沉浸感[2]，可借助特殊設(shè)備與虛擬環(huán)境交互，達(dá)到身臨其境的感受和體驗。本文對醫(yī)學(xué)檢驗虛擬仿真實驗教學(xué)平臺建設(shè)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，為建設(shè)醫(yī)學(xué)檢驗虛擬平臺提供新思路。

1傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)檢驗實驗教學(xué)存在的弊端及VR解決方案

1.1驗證實驗占比大，學(xué)生操作機(jī)會少傳統(tǒng)實驗教學(xué)一般由實驗技術(shù)人員備好實驗項目所需儀器、試劑和樣品，在講授實驗?zāi)康摹⒃?、方法步驟和注意事項后，學(xué)生“依葫蘆畫瓢”進(jìn)行實驗。通過VR平臺，可實現(xiàn)“實驗準(zhǔn)備→預(yù)實驗→實驗操作→結(jié)果分析”等流程操作。為培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)思維和創(chuàng)新素質(zhì)，可在平臺中設(shè)計開放式、研究式的實驗教學(xué)[3]。目前臨床在用的醫(yī)學(xué)檢驗儀器多為全自動化操作，價格昂貴，且實驗場地有限，加上招生規(guī)模擴(kuò)大，無法做到人手一臺進(jìn)行操作，大大制約了學(xué)生的動手操作能力。VR通過一臺計算機(jī)或一套虛擬設(shè)備即可模擬整套醫(yī)學(xué)檢驗虛擬實驗室，容納檢驗科相關(guān)儀器設(shè)備，學(xué)生通過模擬實驗過程，可反復(fù)進(jìn)行操作練習(xí)，分析實驗步驟，注意操作細(xì)節(jié)，熟練后再實際動手操作，虛實結(jié)合可有效避免因?qū)嶒災(zāi)骋徊襟E出錯而導(dǎo)致實驗無法繼續(xù)進(jìn)行。1.2生物安全隱患大，形態(tài)教學(xué)難度大醫(yī)學(xué)檢驗實驗課多以臨床病人的血樣、尿樣等為操作樣本，可能存在病原體等安全隱患[4]，檢測正常人樣本又限制了學(xué)生對患病標(biāo)本的認(rèn)知。通過VR，可減少學(xué)生對于患者標(biāo)本的接觸[5]。教學(xué)使用的標(biāo)本片通常有使用期限，對于罕見病的標(biāo)本來源相當(dāng)不易[6]，采用虛擬構(gòu)建標(biāo)本庫，如以臨床血液學(xué)檢查教學(xué)課程為目錄，建立骨髓形態(tài)涂庫，可對正常血細(xì)胞、紅細(xì)胞疾病和急性白血病等涂片進(jìn)行形態(tài)學(xué)觀察，教師可通過在涂片中設(shè)計添加指引箭頭、標(biāo)識區(qū)域和文字等方便學(xué)生課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)。1.3運(yùn)行維護(hù)成本高，實驗耗材用量大醫(yī)學(xué)檢驗儀器設(shè)備和實驗耗材是實驗教學(xué)的物質(zhì)基礎(chǔ)，而儀器價格昂貴，折舊率高，更新?lián)Q代快[7]，VR可及時更新最新儀器和相關(guān)知識，使學(xué)生及時掌握前沿技術(shù)操作。儀器的維護(hù)成本高，如顯微鏡燈泡壽命短，學(xué)生缺乏儀器保養(yǎng)相關(guān)常識等，通過VR儀器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，學(xué)生可了解儀器管路的走向，光路的構(gòu)成，掌握儀器維護(hù)和保養(yǎng)，設(shè)置簡單、常見的電路故障引導(dǎo)學(xué)生排除故障等。傳統(tǒng)教學(xué)使用耗材用量大，回收再利用率低，部分實驗耗材還存在污染處理等問題，VR可模擬實驗操作，節(jié)省資源。1.4知識擴(kuò)展能力差，課程分隔不系統(tǒng)傳統(tǒng)的“三段式”教學(xué)已經(jīng)無法跟上科學(xué)技術(shù)發(fā)展的腳步。例如我國醫(yī)學(xué)檢驗專業(yè)基本都是按照大型醫(yī)院檢驗科所需崗位進(jìn)行培養(yǎng)，實驗室配置基本與醫(yī)院檢驗科相符。但隨著快速檢測技術(shù)發(fā)展，應(yīng)急檢驗醫(yī)學(xué)應(yīng)運(yùn)而生，其檢測以干式為主，與常規(guī)儀器操作及原理均存在差異，設(shè)備更新?lián)Q代快，采用VR可使學(xué)生及時掌握最新技術(shù)[8]。傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)檢驗實驗教學(xué)是以課程為單位，但在臨床工作中面對各種標(biāo)本，可能存在復(fù)雜的病變，需要檢測后對實驗結(jié)果綜合分析，這就要求建立醫(yī)學(xué)檢驗虛擬仿真實驗教學(xué)系統(tǒng)，將知識糅合并融會貫通，才能靈活應(yīng)變臨床工作中的各類標(biāo)本。

2醫(yī)學(xué)檢驗虛擬仿真實驗教學(xué)平臺的探索

摘要：為社會發(fā)展培養(yǎng)高素質(zhì)的工程技術(shù)人才是高職院校計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)的主要培養(yǎng)目標(biāo)。本文首先概述了虛擬仿真軟件，然后介紹了虛擬仿真軟件的具體分類，最后分析了在網(wǎng)絡(luò)實踐教學(xué)中應(yīng)用虛擬仿真軟件的必要性，以供大家參考。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真軟件；網(wǎng)絡(luò)實踐教學(xué)

在網(wǎng)絡(luò)實踐教學(xué)中引入虛擬仿真軟件技術(shù)，能夠在普通的電腦機(jī)房搭建出模擬的網(wǎng)絡(luò)實驗室，讓學(xué)生在普通的電腦機(jī)房中可以進(jìn)行很多網(wǎng)絡(luò)實驗。同時，在網(wǎng)絡(luò)實踐中應(yīng)用仿真技術(shù)，既可以對教材實驗知識進(jìn)行測驗，又能夠作為將來就業(yè)實習(xí)的前期實踐。此外，將這項技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)中，轉(zhuǎn)變了傳統(tǒng)的教學(xué)模式和教學(xué)觀念，成為高職院校理論聯(lián)系實際的新教學(xué)形式之一，也是現(xiàn)代化教育技術(shù)給高職院校實踐教學(xué)帶來的新變化之一。

一、概述虛擬仿真軟件平臺

當(dāng)前，在不同專業(yè)中所使用的虛擬仿真軟件是相當(dāng)多的，在網(wǎng)絡(luò)實踐教學(xué)中經(jīng)常使用的虛擬仿真軟件有Cisco專屬的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)以及基礎(chǔ)安全領(lǐng)域中使用的packettracer7、華為專有的ensp，備戰(zhàn)ccna考試中的考生編制的模擬器bosonnetsim，以及當(dāng)前我國非常流行的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠家華三的hcl。

二、虛擬仿真軟件的具體分類

摘要:對虛擬仿真教學(xué)在機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課程中的應(yīng)用展開研究。機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課程具有較強(qiáng)的理論性和復(fù)雜的公式推導(dǎo)過程等特點，提出利用Simulink軟件構(gòu)建針對不同知識點的動態(tài)仿真模型，從而形成動態(tài)模型庫。在授課過程中，調(diào)取相應(yīng)的模型采用知識點推導(dǎo)與仿真模型演示相結(jié)合的方式進(jìn)行講解，該方法極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和工程應(yīng)用能力。

關(guān)鍵詞:虛擬仿真;機(jī)械工程;教學(xué)改革;動態(tài)模型庫

機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課程作為機(jī)械專業(yè)非常重要的一門核心課，以控制論為理論基礎(chǔ)，研究機(jī)械工程中廣義系統(tǒng)的動力學(xué)問題。其課程目標(biāo)主要是使學(xué)生逐步學(xué)會運(yùn)用“系統(tǒng)”、“動態(tài)”的觀點定性分析系統(tǒng)的工作原理及特點，通過構(gòu)建系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用控制原理和數(shù)理基礎(chǔ)課知識對系統(tǒng)信息的傳遞及反饋控制的動態(tài)特性進(jìn)行定性分析，初步學(xué)會將控制理論、微處理機(jī)技術(shù)同機(jī)械制造技術(shù)結(jié)合，運(yùn)用控制論的理論與方法，來考察、分析與解決機(jī)械工程中的實際問題［1－2］。目前工程教育中新工科建設(shè)和工程教育專業(yè)認(rèn)證工作，不斷強(qiáng)調(diào)通過課程教學(xué)體系、實驗教學(xué)體系和企業(yè)實踐等多樣化方式提升學(xué)生解決復(fù)雜工程問題和科技創(chuàng)新的能力［3－4］。但是目前大多數(shù)高校在實驗教學(xué)和企業(yè)實踐等方面存在較多困難，一方面，較多企業(yè)基于安全生產(chǎn)管理要求，正在減少或不愿意接納高校學(xué)生參加企業(yè)實踐的需求;另一方面，實驗教學(xué)環(huán)節(jié)的增加，勢必會導(dǎo)致學(xué)校不斷增加教學(xué)實驗設(shè)備采購和設(shè)備維護(hù)資金的投入以及增加實驗設(shè)備安全性管理難度。虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用順應(yīng)了國家高等教育信息化的發(fā)展趨勢和現(xiàn)實需求［5－6］。例如，2020年疫情的暴發(fā)導(dǎo)致高校學(xué)生無法正常開學(xué)，2020春季學(xué)期的教學(xué)任務(wù)往往采取線上教學(xué)手段完成，但是對于實驗教學(xué)與企業(yè)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)卻較為被動，若將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于課程教學(xué)和實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中，將很好地解決上述問題。以機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課程為研究對象，依托課程大綱體系和培養(yǎng)目標(biāo)，利用Simulink軟件構(gòu)建虛擬仿真動態(tài)模型庫和虛擬仿真平臺，同時制定虛擬仿真技術(shù)在課程教學(xué)中的應(yīng)用與實施方案。通過虛擬仿真技術(shù)在課程教學(xué)中的應(yīng)用，讓學(xué)生可以運(yùn)用理論知識解決實際問題，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和工程應(yīng)用能力。

1構(gòu)建虛擬仿真動態(tài)模型庫

機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課程中系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、頻域與時域特性分析以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性判斷等涉及較強(qiáng)的數(shù)學(xué)理論知識、復(fù)雜的公式推導(dǎo)過程和復(fù)雜的圖表曲線特性分析，與其他專業(yè)課程相比，該課程具有較強(qiáng)的理論性，學(xué)生學(xué)習(xí)動力不足。同時，針對課程內(nèi)容而言，其所涉及的知識面廣，在有限的學(xué)時內(nèi)按照教材章節(jié)逐一講解的方式，系統(tǒng)性不強(qiáng)，往往難以讓學(xué)生們理解和掌握，教學(xué)效果較差。為了解決上述問題，采用課程知識結(jié)構(gòu)與MATLAB/Simulink仿真軟件相結(jié)合的方式，建立虛擬仿真動態(tài)模型庫，從而實現(xiàn)以課程知識為主干和以虛擬仿真動態(tài)模型庫為枝葉的課程組成。以數(shù)控直線運(yùn)動工作臺位置控制系統(tǒng)為對象，該系統(tǒng)的工作原理示意圖如圖1所示。通過對數(shù)控直線運(yùn)動工作臺的工作原理進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)在數(shù)控鏜床、激光加工機(jī)床和數(shù)控鉆床等方面有廣泛的應(yīng)用，該系統(tǒng)全閉環(huán)的控制系統(tǒng)精度高。根據(jù)上述該系統(tǒng)的工作原理和能量守恒定理，可以構(gòu)建如下微分方程組:其中，J1為電動機(jī)轉(zhuǎn)子軸部件的轉(zhuǎn)動慣量;J2為減速器輸出軸部件轉(zhuǎn)動慣量;i為減速比;P為螺距。根據(jù)構(gòu)建的系統(tǒng)模型和微分方程組，利用Simu-link仿真軟件，可以構(gòu)建如圖2所示的位置控制系統(tǒng)的仿真模型。利用該模型進(jìn)行仿真分析，從而獲得該系統(tǒng)的時域響應(yīng)特性和頻域響應(yīng)特性等，為機(jī)械工程控制基礎(chǔ)中系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型、系統(tǒng)的時間響應(yīng)分析和頻域響應(yīng)分析提供了更為直觀的演示，使學(xué)生更加容易理解相關(guān)授課知識。

2虛擬仿真技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用

一、大學(xué)物理傳統(tǒng)實驗教學(xué)存在的主要問題

1.實驗室建設(shè)需要學(xué)校學(xué)校大量的資金投入。傳統(tǒng)的實驗教學(xué)需要購買大批的實驗設(shè)備，并且需要定期的更新。導(dǎo)致現(xiàn)有的實驗項目固定,這種矛盾限制了實驗室的發(fā)展，無法達(dá)到學(xué)生不斷與時俱進(jìn)的學(xué)習(xí)要求。2.傳統(tǒng)實驗受到上課時間和空間的制約。傳統(tǒng)的實驗教學(xué)在開展中受到選課時間，教室空間的制約，導(dǎo)致理論教學(xué)和實驗教學(xué)的內(nèi)容在時間上不同步，理論和實驗無法同時互相印證，嚴(yán)重影響教學(xué)質(zhì)量。3.無法有效地進(jìn)行對物理實驗的成績評定。由于場地和時間的限制，物理實驗考試無法切實有效進(jìn)行。實驗成績的評定容易流于形式，或只憑借實驗報告評定成績，不能全面客觀的對學(xué)生的實驗總體表現(xiàn)打分，無法客觀反映物理實驗的實際教學(xué)效果。4.教師指導(dǎo)難以到位。在有限的時間內(nèi)指導(dǎo)大批的學(xué)生是現(xiàn)在大學(xué)物理實驗中普遍存在的一個問題。這種情況容易導(dǎo)致教學(xué)目標(biāo)難以達(dá)成，需要大量學(xué)時的高難度實驗更是難以開展。為了解決傳統(tǒng)實驗中的一系列的問題，需要高校建立基于網(wǎng)絡(luò)的實驗數(shù)據(jù)庫來管理實驗室和學(xué)生的實驗學(xué)習(xí)信息，并利用仿真實驗技術(shù)進(jìn)行教學(xué)改革，對教學(xué)過程、學(xué)生學(xué)習(xí)成果評價進(jìn)行數(shù)字化管理來實現(xiàn)規(guī)范管理、提高效率、創(chuàng)新改進(jìn)教學(xué)質(zhì)量和實驗室的管理工作。

二、虛擬仿真實驗室的優(yōu)勢

1.解決傳統(tǒng)實驗對時間和空間的制約。虛擬實驗一般只需電腦裝上開發(fā)的軟件即可模擬不同的實驗，這樣高?？衫矛F(xiàn)成的計算機(jī)房來完成實驗教學(xué)，甚至只用一臺連接網(wǎng)絡(luò)的電腦，就可以完成實驗的學(xué)習(xí)過程，學(xué)生就可以根據(jù)自己的時間靈活的、分多次的預(yù)習(xí)學(xué)習(xí)物理實驗，更好的完成實驗學(xué)習(xí)過程。2.虛擬實驗?zāi)茏寣W(xué)生看到現(xiàn)象以外的真相。在虛擬實驗中，虛擬系統(tǒng)除了能表現(xiàn)出現(xiàn)實中的實驗效果，還能表現(xiàn)出在傳統(tǒng)實驗中看不到的“現(xiàn)象”。比如在普朗克常量實驗中使光子具現(xiàn)化，在光學(xué)實驗中將光路展示出來，在電學(xué)實驗中表現(xiàn)出電磁場等等。3.可完成一些傳統(tǒng)實驗中不能開設(shè)的實驗。由于一些物理實驗中的物質(zhì)具有毒性或放射性，在傳統(tǒng)實驗當(dāng)中是無法開設(shè)的。比如一些核物理方向的實驗，一些具有危險性的高功率激光器實驗等等，都可以用虛擬實驗來完成。4.提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。傳統(tǒng)的一些復(fù)雜實驗，學(xué)生在實驗時經(jīng)常畏首畏尾，怕把儀器弄壞，感覺無從下手。但虛擬實驗可以隨意的操作破壞，學(xué)生可以放開手腳，有利于培養(yǎng)學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力。

三、虛擬仿真實驗室的建設(shè)

虛擬仿真實驗室的建設(shè)面向的是所有理工科學(xué)生，以提高培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的思維方式和實踐能力為目標(biāo)。通過建設(shè)優(yōu)質(zhì)的虛擬實驗教學(xué)資源，建設(shè)共享平臺，并將虛擬實驗和傳統(tǒng)實驗相結(jié)合、互補(bǔ)，創(chuàng)建一套有效的教學(xué)模式，打造一支高水平的虛實結(jié)合的實驗教學(xué)團(tuán)隊。該項改革不是開“小灶”，而是面向大面積學(xué)生提高物理實驗教學(xué)的質(zhì)量。1.通過學(xué)校與企業(yè)合作共同開發(fā)不斷豐富物理仿真實驗教學(xué)資源。2.建設(shè)公共平臺，將虛擬仿真實驗資源有效地應(yīng)用于預(yù)習(xí)、實驗、復(fù)習(xí)、考試等各個教學(xué)環(huán)節(jié)。3.建立虛實結(jié)合的教學(xué)機(jī)制，建設(shè)高水平的實驗教學(xué)師資團(tuán)隊，鼓勵教師探索和研究實驗教學(xué)方法與模式，充分發(fā)揮虛擬仿真實驗在教學(xué)改革中的作用。4.建立虛擬仿真實驗中心教學(xué)的信息化管理系統(tǒng)，保障虛擬仿真實驗在教學(xué)環(huán)節(jié)中發(fā)揮作用和穩(wěn)定運(yùn)行。

自2013年國家教育部高教司發(fā)文在全國構(gòu)建國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心以來，虛擬仿真教學(xué)在醫(yī)學(xué)高等院校的應(yīng)用研究已逐漸成為一個熱點［1］。新型冠狀病毒肺炎疫情的暴發(fā)促使全國開展了全民在線教學(xué)，也為虛擬仿真平臺在高校線上教學(xué)中的應(yīng)用提供了機(jī)遇與挑戰(zhàn)。組織學(xué)與胚胎學(xué)實驗作為醫(yī)學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課程教學(xué)中的重要組成部分［2］，可以加深學(xué)生對理論知識的理解與運(yùn)用，鍛煉學(xué)生的空間想象能力，增強(qiáng)學(xué)生的實踐能力與創(chuàng)新精神。本研究將虛擬仿真實驗平臺、直播平臺、慕課學(xué)習(xí)平臺等應(yīng)用于實驗課程，實現(xiàn)了移動學(xué)習(xí)，使實驗教學(xué)不再受到時間和空間的限制，對在疫情及后疫情期間進(jìn)行實驗教學(xué)、改革教學(xué)模式、提升教學(xué)質(zhì)量有著重要作用［3］。

1虛擬仿真實驗平臺的優(yōu)勢

模擬仿真，立體直觀?；谔摂M仿真實驗平臺開展實驗教學(xué)，學(xué)生可以充分獲取虛擬環(huán)境所蘊(yùn)涵的各種空間信息［4］。同時，一些因危險度高、耗時較長、材料獲取困難、高成本等因素導(dǎo)致的日常難以開展的實驗也可以通過虛擬實驗完成，對提高專業(yè)知識、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、增強(qiáng)學(xué)習(xí)體驗具有重要意義［5］。個性學(xué)習(xí)，自主靈活?；谔摂M仿真實驗平臺開展實驗教學(xué)，可以打破時間和空間的限制，實現(xiàn)以學(xué)生為中心的個性化、碎片化、自主化學(xué)習(xí)，充分發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)時代下數(shù)字化資源的優(yōu)勢，更好地促進(jìn)教育公平和教育均衡發(fā)展。擴(kuò)充內(nèi)容，改變教學(xué)。虛擬仿真實驗可以為學(xué)生提供更豐富的實驗資源與環(huán)境，緊密貼合科學(xué)前沿，拓展學(xué)生的視野及知識面。同時，虛擬仿真實驗平臺的應(yīng)用也可以改革傳統(tǒng)教學(xué)模式，加入設(shè)計性實驗項目，提高學(xué)生的創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力。除上述優(yōu)勢外，虛擬仿真平臺還可具有在線共享、在線評價、加強(qiáng)師生交互、操作安全、節(jié)約資源等特點，學(xué)生可反復(fù)多次的進(jìn)行實驗操作，加強(qiáng)學(xué)習(xí)效果。

2醫(yī)學(xué)虛擬仿真實驗平臺應(yīng)用現(xiàn)狀

2019年教育部在教育信息化和網(wǎng)絡(luò)安全工作要點中表示：要加快推進(jìn)示范性虛擬仿真實驗教學(xué)項目建設(shè)，推動虛擬現(xiàn)實在教育教學(xué)中的深入應(yīng)用。目前，國內(nèi)百余所高校入選國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心，逐步建立健全相應(yīng)的虛擬仿真平臺。隨著高校及社會上虛擬仿真實驗平臺的建設(shè)日益完善，“互聯(lián)網(wǎng)+教育”時代的到來，近幾年相關(guān)研究熱點也有從平臺的開發(fā)建設(shè)向基于虛擬平臺開展的“智慧教育”，實現(xiàn)虛擬仿真教學(xué)與教育信息化技術(shù)的深度融合轉(zhuǎn)變的趨勢，虛擬現(xiàn)實的研究逐漸趨向于創(chuàng)新融合發(fā)展［6］。

3虛擬仿真實驗平臺在組織學(xué)與胚胎學(xué)實驗線上教學(xué)的應(yīng)用

摘要：隨著我國教育水平的不斷提高，高校更加重視對學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)，進(jìn)一步推進(jìn)虛擬仿真與實驗教學(xué)的結(jié)合。虛擬仿真與真實設(shè)備混合的“翻轉(zhuǎn)課堂”實驗教學(xué)新模式正是在此大背景下產(chǎn)生的。光伏微電網(wǎng)數(shù)字孿生虛擬仿真實驗教學(xué)平臺搭建起虛擬仿真與實物實驗的橋梁，此平臺的創(chuàng)建和推廣將在培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新精神和工程實踐能力等方面發(fā)揮重要作用。

關(guān)鍵詞：數(shù)字孿生；虛擬仿真；光伏微電網(wǎng)；實驗教學(xué)平臺

實驗實踐教學(xué)是高校培養(yǎng)學(xué)生實驗、實踐和創(chuàng)新能力的重要平臺，是創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才培養(yǎng)的必備過程[1]。隨著我國工業(yè)的快速發(fā)展，智能型儀器儀表得到廣泛應(yīng)用，對相關(guān)領(lǐng)域的人才提出了更高的要求[2-3]。然而在教學(xué)實踐過程中存在一些問題，例如，有些儀器危險性高、占地面積大，不允許缺乏實際經(jīng)驗的學(xué)生進(jìn)行建設(shè)、安裝、調(diào)試和測試等操作[4-6]；或者只有虛擬仿真實驗平臺，無真實的設(shè)備與之對照，使得學(xué)生不能體驗真實的交互過程[7]；部分學(xué)校實驗場地資源緊缺，無法滿足學(xué)生多人同時進(jìn)行實驗的要求[8]。學(xué)生的實操能力無法得到充分的鍛煉，理論學(xué)習(xí)與實際操作嚴(yán)重脫節(jié)。為了進(jìn)一步促進(jìn)實驗教學(xué)的信息化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化，面向電氣工程及自動化、新能源等專業(yè)，提出一種虛擬仿真與真實設(shè)備混合的“翻轉(zhuǎn)課堂”實驗教學(xué)新模式，開發(fā)了光伏微電網(wǎng)運(yùn)行過程的數(shù)字孿生虛擬仿真實驗平臺。該平臺采用虛擬仿真、虛實結(jié)合的手段使學(xué)生通過在線學(xué)習(xí)的方式理解并掌握光伏微電網(wǎng)從建設(shè)、測試到優(yōu)化的全過程。

1數(shù)字孿生虛擬仿真實驗平臺的多樣化教學(xué)方法

數(shù)字孿生虛擬仿真實驗平臺采用線上教學(xué)與現(xiàn)場教學(xué)相結(jié)合、虛擬仿真與實物實驗相結(jié)合、講與練相結(jié)合、理論與實踐相結(jié)合的教學(xué)方法。此方法能使學(xué)生真正理解和掌握所學(xué)知識，同時提高分析問題、解決問題的能力及動手能力[9-10]。本實驗平臺既可以做純虛擬仿真實驗，也可以做純實物實驗，還可以做虛實結(jié)合的實驗。純虛擬仿真實驗，如圖1所示。純虛擬仿真實驗針對沒有真實實驗設(shè)備的學(xué)校及社會群體，參與者可通過實驗平臺的仿真環(huán)境，掌握光伏微電網(wǎng)建設(shè)方法、測試技術(shù)和最大功率點跟蹤控制優(yōu)化方法。純實物實驗，如圖2所示。利用實驗室現(xiàn)有的設(shè)備開展實驗，學(xué)生通過實驗可直接掌握光伏微電網(wǎng)的組成結(jié)構(gòu)、工作原理以及測試方式。基于虛實結(jié)合的數(shù)字孿生實驗，如圖3所示。采用虛實結(jié)合方式，也稱為半實物虛擬仿真[11]。該實驗借助實驗室現(xiàn)有的光伏微電網(wǎng)實驗設(shè)備開展實驗，讓學(xué)生掌握光伏微電網(wǎng)的組成結(jié)構(gòu)、工作原理及測試方式；再通過物聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字孿生等技術(shù)，將光伏微電網(wǎng)模型映射至網(wǎng)絡(luò)空間，學(xué)生可通過網(wǎng)上實驗平臺掌握光伏微電網(wǎng)設(shè)計方法、測試技術(shù)和最大功率點跟蹤控制優(yōu)化方法，最后通過真實設(shè)備驗證實驗結(jié)果。

2數(shù)字孿生虛擬仿真實驗平臺的基本架構(gòu)

［摘要］隨著教育信息化的日益普及，信息技術(shù)逐漸改變了大學(xué)的實踐教學(xué)模式。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺和虛擬仿真技術(shù)的協(xié)同應(yīng)用為工程管理專業(yè)實踐教學(xué)提供了項目全過程管理的建造情境，以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，提升實踐教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生的探究能力、實踐能力及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。

［關(guān)鍵詞］網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺；虛擬仿真；實踐教學(xué)

隨著信息技術(shù)的日新月異和大學(xué)教學(xué)理念的更新，教育信息化成為高校教學(xué)改革的重要手段，信息化網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺作為一種新的教學(xué)媒體資源改變了大學(xué)的教學(xué)模式，虛擬仿真技術(shù)憑借直觀性、可操作性、可重復(fù)性的優(yōu)勢為實驗實踐教學(xué)開辟了新的路徑。工程管理作為一門實踐性、應(yīng)用性強(qiáng)的交叉學(xué)科專業(yè)，融合了工程、經(jīng)濟(jì)、管理、法律等多學(xué)科知識，其人才培養(yǎng)不僅要求具備較強(qiáng)的土木工程技術(shù)和管理的基本理論和方法，還強(qiáng)調(diào)實踐創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)，要求具備項目全過程管理中的資源整合能力和系統(tǒng)性思維能力。近年來虛擬仿真實驗教學(xué)就是依托多媒體網(wǎng)絡(luò)、虛擬現(xiàn)實、數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，構(gòu)建高度仿真的虛擬實驗環(huán)境和實驗對象，使得學(xué)生可以在虛擬環(huán)境中進(jìn)行實驗實踐操作[1]。這種以虛擬仿真的方式傳授知識的教學(xué)方式，可以使學(xué)生在開放、自主、交互的虛擬環(huán)境中進(jìn)行安全、經(jīng)濟(jì)可重復(fù)的實驗實踐模擬操作[2]。虛擬仿真實驗實踐教學(xué)作為實踐教學(xué)的有益補(bǔ)充，可以借助網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺隨時向?qū)W生開放，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣，發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動性，提高教學(xué)效果。

一、工程管理專業(yè)實踐教學(xué)的困境

工程管理專業(yè)雖然是交叉學(xué)科專業(yè)，但依托行業(yè)背景明確，具有過程性、應(yīng)用性和綜合性強(qiáng)等特點，工程、經(jīng)濟(jì)、管理、法律等學(xué)科平臺教學(xué)內(nèi)容互相銜接、協(xié)同配合，實踐教學(xué)的實施由于安全性、場地、教學(xué)資源配置等問題，實習(xí)、實驗實訓(xùn)等活動難以有效開展，不能充分滿足工程管理專業(yè)實踐教學(xué)的需要。（一）缺乏系統(tǒng)性認(rèn)知。由于工程項目的建設(shè)過程無法在實驗室內(nèi)復(fù)制，而實際工地現(xiàn)場實習(xí)也只能是對某些工序有感官認(rèn)識，短期實習(xí)也難以跟蹤分部分項工程或單位工程的完整施工過程，更談不上對工程項目建造實施全過程管理的全面認(rèn)知，實踐教學(xué)效果欠佳，最終使得實習(xí)流于形式。而且同類型工程項目隨著社會需求的發(fā)展，專業(yè)技術(shù)融合使得工程復(fù)雜性增加，各個工程的規(guī)模、進(jìn)度、管理模式差異顯著，無論是實驗教學(xué)還是現(xiàn)場工程實踐，都無法在短期內(nèi)讓學(xué)生認(rèn)識眾多的類型和不同專業(yè)的實踐知識。這就使得學(xué)生對完整工程認(rèn)識不夠深入、工程全局意識不強(qiáng)、動手能力較差，影響了學(xué)生工程實踐能力的培養(yǎng)。（二）缺乏綜合協(xié)同體驗。工程項目建設(shè)既是業(yè)主方、設(shè)計方、監(jiān)理方、施工方、供應(yīng)商、咨詢方及相關(guān)政府職能部門等多部門互相協(xié)作的結(jié)果，又受到人材機(jī)、方法技術(shù)和環(huán)境等多因素的綜合制約，現(xiàn)有實踐教學(xué)體系設(shè)置的各環(huán)節(jié)實踐教學(xué)內(nèi)容僅涉及全過程管理的部分環(huán)節(jié)，考察知識點單一，并不能將工程管理專業(yè)的四個平臺教學(xué)內(nèi)容全面整合，與工程實際對接，學(xué)生無法體驗協(xié)同合作的情境。同時，工程項目建設(shè)的“一次性”特點決定了建設(shè)過程必須遵照規(guī)范執(zhí)行，學(xué)生極少能體驗建設(shè)風(fēng)險，不利于學(xué)生對全過程管理知識的綜合應(yīng)用探究。在此情形下，虛擬仿真BIM技術(shù)中的三維建筑模型、虛擬建造、漫游檢查等通過人機(jī)交互技術(shù)實現(xiàn)建設(shè)場景的創(chuàng)建和控制功能，讓學(xué)生在虛擬環(huán)境中產(chǎn)生直觀性、逼真性和沉浸感，為工程管理專業(yè)的實踐教學(xué)提供了更為實際的工作環(huán)境，更好地達(dá)到現(xiàn)場實習(xí)的效果，促進(jìn)工程管理專業(yè)實踐教學(xué)技術(shù)、方法、手段和管理的創(chuàng)新，全面提升專業(yè)人才的培養(yǎng)質(zhì)量。

二、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺與虛擬仿真在工程管理實踐教學(xué)中的協(xié)同應(yīng)用