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虚拟仿真实训范文1
国务院《关于加快发展现代职业教育的决定》（国发[2014]19号）以及教育部《现代职业教育体系建设规划（2014-2020年）》（教发[2014]6号）中分别明确指出：“支持与专业课程配套的虚拟仿真实训系统开发与应用。”“在专业课程中广泛使用计算机仿真教学、数字化实训、远程实时教育等技术。” 这充分说明了虚拟仿真实训对培养证券专业高技能人才的重要性与必要性。
1 传统实训室在证券专业实训中的不足之处
1.1 校内实训室建设
1.1.1成本问题
高等职业技术教育所培养的是适应现代生产一线需要的高端技能型人才。为此，各高职院校均意识到建立健全教学实训场地的重要性，纷纷加大投入，为各个专业建设相应的实训场所。但由于实训基地建设的周期长、前期投入与后期消耗都非常大，且随技术的发展，常需要更新换代，很少有学校有足够的财力多次进行投资的。相对于实际实训场所的建设投资，建立虚拟实训平台，其投资要小得多，且设备更新换代或系统升级的成本也可以大幅度降低。
1.1.2场地问题
高职院校实训基地是完成职业教育教学活动中技能训练的重要场所，其功能是在模拟实际工作环境下，进行规范的技术技能操作。可见，实践教学需要有一个真实的实战环境。由于历史和现实等各方面的原因，部分高职学院的校园面积不是很大，实训用地、用房相当紧张，没有足够的土地来建设实战型的实训基地，更不可能为全院每个专业都建立起具有实战环境的实训场所。
1.2 校外实训基地建设
日常教学过程中，一部分实训实验是可以通过校内实训或实验室完成的，但证券专业的实训内容受行业特点的限制，无法仅仅在校内完成，必须借助证券公司、期货公司的环境及工作间才能达到良好效果。但学生到证券、期货公司实训时，会影响到相关企业的办公秩序和工作效率，所以证券期货企业通常不愿接受学生的实训实践。虽然有校企合作企业会提供实训机会，但在具体操作上可能会加以保留，比如实训人数限制或者实训内容限制，导致实训的效果也会大打折扣。
2 证券专业虚拟仿真实训的优势
证券专业的虚拟仿真实训是利用虚拟实训平台，依托Flas形式，模拟真实的金融工作环境，通过学生的自主学习和反复训练，培养学生的动手操作能力、信息处理能力，使其掌握金融业务处理要点和工作流程，提高学生的反思能力和创新能力。优势具体表现在以下几个方面：
首先，学生通过注册，在校内可随时登陆虚拟平台环境，通过网络模块架构，了解实训内容、计划、流程以及每个实训项目的注意事项和要求。每个学生都可以根据自己的掌握情况进行在线练习，直至掌握全部操作技能。网络模块架构还设有师生互动平台，学生所遇到问题可以与老师和其他同学讨论解决。通过在线讨论，在解决问题的同时也加强了师生交流，提高了同学间的团队协作能力。
第二，学生通过网络操作，可以进入虚拟的证券公司现场，使学生身临其境，模拟相应的角色，增强了感性认识，激发了学习兴趣。学生像玩游戏一样全身心地投入到虚拟环境中，对遇到的问题也会产生较强的求知欲，这种自主性学习能让学生掌握各项技能。在今后的工作中，尤其在真实业务处理时，能很快进入角色，并且对过程中可能会出现的问题有一定的预测和应变能力。
第三，设有自动评价系统，学生每完成一个虚拟实训项目，系统会对学生的操作过程和最终结果做出评价。学生根据评价可以自己检测学习的效果，切实提高知识的掌握程度。金融与证券专业虚拟实训平台实现了开放式教学，突破了时空限制，激发了学生学习兴趣，大大提高了实训课程的教学效果。
3 证券专业虚拟仿真实训的实施
以《证券投资实训》为例，该课程采用虚拟投资实战系统展开教学工作。
金融投资实战系统由操作前台、中间处理服务器和数据库服务器三部分组成，全部的行情中转都由统一的外网服务器完成。操作前台为动画模拟业务处理的操作界面，处理数据的录入、简单检查、查询、用户之间的交流等操作。中间为业务处理部分，进行数据库连接、业务规则和数据检查、日初、日终、对前台传送的数据进行相应的处理、撮合等操作。并与外网实时股市数据行情系统相连，自动接收、撮合。金融投资实战系统处理业务范围包括开户、证券买卖、外汇买卖、期货买卖、融资融券、委托理财、私募基金、期权、后台管理等。
证券专业虚拟仿真实训的模块主要有实训模块、演示模块、系统查询模块和在线交流模块。实训模块也就是环境虚拟模块，模仿真实的证券交易现场和期货交易现场，通过学生反复操作练习，使学生熟悉并掌握整个证券开户、交易撮合等流程和技术要点，评价系统会自动对每个学生的操作和结果进行评价，使学生可以及时发现问题，如果评价低于一定的等级，将不能进行下一个项目的虚拟实训，确保了整个实训过程的连贯性和真实性。演示模块是利用动画，向学生讲解和展示每个实训项目的内容和要求，通过演示某一单项任务的具体实施操作，使学生对实训的具体任务有直观的了解。系统查询模块是向学生介绍本网络学习模块主要架构以及进行用户注册、密码服务的平台。在线交流模块是师生互动平台，通过交流可以解决学生在模拟时遇到的问题，老师也可根据学生反应的情况，适时改进模块，使之与现行规范保持一致，提高模拟效果。
通过操作虚拟平台，师生们都可以清晰的感受到，该系统把现实中的场景模拟出来，在模拟的场景中完成业务操作，丢弃了繁杂的导航菜单，以现实中人与人的交谈和终端等方式完成业务导航，让用户更好的掌握业务和理解业务。无论是开户流程，还是行情、撮合等业务流程，都是和实际中的业务完全吻合，做到真实且贴近教学。用户在通过动画界面完成业务录入的时候，通过和业务员的交谈或者终端操作，都是很人性化的方式，确保学生在掌握一定理论知识后能实际使用并熟悉业务流程。
同时，系统以可视化的方式定义和编辑业务画面，维护各种参数和规则，让学生在能对系统作各种调整。通过动画虚拟真实场景，体现人和人之间的交流，人和人之间的挑战，以及学生操作后的升级，使学生在使用过程中，增加了趣味性，更激发了学生学习的主动性与热情。
4 结语
虚拟仿真实训既考察了学生证券基本知识的掌握程度，又反映了学生的证券实践操作能力和应用能力，其考核结果也更能体现学生对相关课程的掌握程度。在设置虚拟仿真实训内容时，应围绕专业人才培养的需要，以应用为主旨、以能力培养为主线，增强学生实践操作能力，以充分适应高职培养学生的思路与目的。
参考文献：
[1] 郑仕华.关于高职院校利用虚拟实训室的思考[J].经济研究导刊，2010（5）.
[2] 程新丽，苏雪.浅析虚拟实训教学环境研究与构件[J].科协论坛，2013（5）.
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关键词：项目教学 任务驱动 虚拟实验 仿真实验 电工技术
一、引言
当前，“项目教学法”作为一种较新的教学模式，逐渐被成功应用于高职类院校的日常教学活动中。为企业培养一线的技能型应用人才，实验实训的实践环节对高职学生的实际操作技能的培养起了关键作用。
经调研发现，在实验实训教学过程中，存在不少问题：（1）教师缺乏先进教育理论的指导，精力有限，未能对每一实训进行系统的教学设计；（2）院校实验实训设备有限，或因设备本身昂贵，不能保证所有学生可以亲自实践；（3）高职类学生理论基础相对薄弱，经常出现对设备的非规范性操作，设备受损严重，维修费用剧增。
针对上述情况，我们试图在项目教学理论的指导下，构建适合高职类学生使用的虚拟实验实训平台，减轻教师工作量，提高学生学习效果。
二、项目教学指导下虚拟仿真实训平台的功能分析
“项目导入、任务驱动”教学法的理论基础是教育家陶行知先生所提倡的“在学中做，在做中学”的教育理论，为通过完成完整的工作项目，让学生获得相关知识与技能，并发展职业能力的教学方法。归纳起来，要求虚拟仿真实训平台应具有以下基本功能：
1.导航清晰，“项目-任务”式组织
项目教学法以应用为着眼点，紧密结合工程实践项目，将复杂和烦琐的学科体系项目化，然后将一个个项目划分成一个个较容易掌握的“任务”，把教学内容巧妙地隐含在每个任务之中，注意分散重点和难点，通过这些任务来实现总的教学目标。平台的导航应充分体现“项目”和“任务”，并以此为逻辑组织内容。
2.虚拟仿真，实现情境教学
平台应运用多媒体工具，创设任务情境，激发学生的学习动机，使学生的学习与实际问题紧密联系起来；具有示范讲解功能，注重动手操作，交互性强，使学生具有独立的进行虚拟的技能性操作锻炼的机会。
3.多用户模式，支持协作学习
教师通过平台根据学生的兴趣和能力，也可经过小组协商自主选择角色，承担相应的任务。这要求平台支持多用户，允许一组学生同时对一个项目进行操作，组内成员对项目的实施具有相应权限，项目的进展情况实时更新，而且组内可以通过网络的形式进行的经验交流和问题探讨，提高团队协作能力。
4.资源适度整合，支持探究式自主学习
针对每一任务，平台需整合必要的资源，驱动学生开展探索活动，寻找、搜索相关知识，归纳完成任务的方法和步骤。对学生提出的任务不宜过细，应留有余地。教师扮演的是一个学习的指导者、合作者的角色，整个学习过程以学生的自主学习为主。
5.学习过程可控，支持过程式学习
项目教学法要求在任务设计时要考虑任务的前后知识的联系，应该让学生的知识学习和应用有一个逐步上升的过程，这要求平台可以对任务实施的进程顺序进行控制，使学生完成简单任务后才进入较复杂的任务，只有完成所有任务时，才能进行成果展示。对每一任务应有阶段性成果的阶段性评价和考核。
6.考核评价，多种方式综合
项目教学既要有形式性评价，即任务阶段性评价（段段清）；又要有结论性评价，即整体项目设计与制作的结果。要充分利用数据库技术，记录学生整个实践过程表现，使评价贯穿在整个学习过程中。
7.成果展示，沟通交流
在完成所有任务后，平台能对最终的学习成果进行虚拟仿真，在全班学生面前展示、交流，让学生深感成就感，并将完成任务过程中积累的经验进行交流。
三、基于项目教学的虚拟仿真实训平台的构建
1.平台运行模式的选择
传统的多媒体课件都是单机版的，项目教学理论要求平台能支持多用户模式。C/S模式和B/S模式都可以达到要求，但B/S模式更具优势。C/S模式一般用于局域网，如在一个实验室里使用，而基于Internet的B/S模式允许学生不受地点、时间的限制进行实验实训，所以B/S模式优先考虑。
2.开发工具的选择
常见的课件开发软件有Authorware、Flash、PowerPoint等，相比之下，在网页设计和多媒体创作大展拳脚的Flash更适合与B/S模式的软件开发，它可以方便地将声音、文字、图片、视频融合为网页动画，而且其功能强大的Action Script足以满互性的实现。为将不同的Flas进行有效组织，需要网页制作工具使其形成系统，Microsoft Visual Studio、Dreamweaver和FrontPage都是不错的选择。此外，因平台需要支持过程式学习，能记录整个实训过程中的表现，需要开发动态网页，所以还需要动态网页编程语言和数据库的支持。网页编程语言常见的有Asp、、Jsp和PHP，常见的数据库有Microsoft SQL Server、MySQL和Access。具体可以根据个人偏好选择，对于初学者，“Flash、Dreamweaver、Asp、Access”是不错的选择。
3.平台构建的原理与方法
平台采用Web的B/S三层体系结构，即逻辑上分为表示层、业务逻辑层和数据存储层。
平台构建原理：首先，平台导航的组织设计。根据教学大纲要求，结合实际工程项目，合理的划分若干“项目”，再将项目合理地分成若干“任务”。其次，对每个项目，做以下工作：（1）项目导入。讲解项目背景、任务间的内在关系、逻辑结构，使学生对项目有整体了解、认识和把握，让学生做好项目设计和制作的相关准备。（2）任务分工。教师通过平台，根据小组成员的成熟程度，进行合理分组。把不同学习能力、学业水平及具有不同兴趣爱好的学生分到一个组，可以在一定程度上实现优势互补。（3）任务实施。学生在登陆平台后，根据自己的分工，对每一任务进行实施，主要包含学习了解可利用的资源、学习示范操作、亲自动手操练、接受阶段考核等环节。（4）成果展示。在完成所有任务后，平台对学生最终的成果进行虚拟仿真。（5）评价交流。学生对实践过程中的心得体会进行交流，教师通过平台进行结论性评价。
平台开发步骤：首先将每一个任务分别用Flash封装成一个网页动画；其次将所有的动画在Dreamweaver开发环境下组织成一个网站；最后是利用ASP动态网页开发，对师生账号信息、项目任务信息、每一次实训的过程记录信息、教师点评和学生成绩通过数据库加以存储与读取。
4.多种媒体融合表现
通过上述的技术实现，可以达到以下多种媒体表现形式：（1）图文并茂，学生自主观察学习；（2）声音动画示范讲解，创造轻松学习环境；（3）实物逼真虚拟，创设真实的学习情境。（4）过程交互仿真，提供学生反复动手操练机会；（5）游戏式做题，实现寓教于乐。
四、应用实例
《电工技术基础》是一门理论性和实践性都很强的专业基础课。我们将本文的方法应用于实际，开发了“面向项目教学法的电工虚拟实训室”。本平台荣获浙江省第七届多媒体作品竞赛高职组二等奖，浙江省第五届青年教师教学技能竞赛优秀奖，并在我校06级的机电一体化、数控、汽车等专业有较好的应用。
图1给出的是项目“三项异步电动机正反转控制电路的安装与调试”的主界面。图2显示了平台提供给学生反复动手操练的机会，对所学的电路进行虚拟连线，操作正确与否，平台将给予提示反馈。
图1 项目一的主界面
图2 任务中的交互性动手操练
五、结束语
基于项目教学的虚拟仿真实训平台，为学生提供了反复操练的场景，缓解学生对操作技能需求与学校有限的实验室资源之间的矛盾，可作为学生实战前的预练，学会规范的操作流程与方法，减少对设备的损坏，节约成本。具有以下特色：（1）引进了“项目导入、任务驱动”的先进教育理论；（2）强调学生的主体地位，学生主动寻找完成任务的方法和构建自己的理论体系。（3）培养学生分析和解决问题的能力，学生在操作中学会资料利用、数据处理、原理分析和问题判断。（4）体现交互和过程性，对实际的技能操练进行虚拟仿真。（5）融合多种媒体表现，将文字、声音、图像、动画以及人机交互融合一体。
参考文献
［1］曾鸿.基于项目的软件工程综合实训教学模式.中国职业技术教育，2008（4）.
［2］杨洪雪.任务驱动式教学方法的特点及过程设计.教学与管理，2006（10）.
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［4］邹冰，陈晓东，何文学等.培养水工专业应用型人才的探索与实践.浙江水利水电专科学校学报，2004（12）.
［5］陈志阳.多媒体创作软件Authorware与Flash的比较.中国职业技术教育，2003（5）.
作者单位：
1.浙江水利水电专科学校
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Abstract： At present， there are some difficult problems such as high cost， high quality of practical teaching in vocational and technical education， the practical training difficult to imitate， the teaching effect of practical training is difficult to control. It is difficult to cultivate high quality technical skills to meet the needs of enterprises. In this paper， we can design 3D virtual simulation training to meet the needs of the professional growth to solve the problem of the quality and efficiency of personnel training in the training classroom， promote the transformation and innovation of the traditional teaching mode， and promote the integration of information technology and education teaching.
关键词： 游戏互动；3D虚拟仿真；职业人；学习地图
Key words： the interaction of the game；3D virtual practice；professional person；learning map
中图分类号：G71 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）03-0236-02
0 引言
随着科技技术的飞速发展，社会衍生出对高素质、技术技能型复合人才的大量需求，而职业院校的毕业生却又较难找到合适的工作，“招工、就业”两难现象越演越烈[1-2]。现阶段人才职业素养、综合技术技能与企业实际要求的巨大反差无疑是导致这一问题的最主要、最直接的原因。究其问题主要在于：一是职业院校普遍存在生产性实训设备投入成本过高、生产性实训条件缺乏、学生实训难以保证的问题；二是传统实践教学与训练主要以技能训练为主，普遍存在与职业素质培养融入不够、与真实环境脱离的问题；三是随着信息化设备（智能手机等）的普及，职业院校实训课堂上普遍存在玩手机的现象，学生难以由被动学习转化到主动学习的问题。这些问题又严重制约着实践教学综合效益的发挥，影响人才培养质量及效率，难以培养适应企业需要的高素质技术技能人才[3]。
基于此，本文以应用电子技术专业为例，构建职业人职业成长的学习地图，创立“533”职业人成长训练体系（生产五要素、职业发展三路径和能力三层级），开发融入游戏理念、虚实结合、3D场景再现的应用电子技术专业虚拟实训系统。通过推广应用，以期破解实训教学中的人才培养质量及效率低的问题，促进传统实训教学模式的转变与创新，推进信息技术与教育教学的深度融合，为职业院校信息化实践教学的应用及推广提供借鉴。
1 依据认知和成长规律，构建职业人职业成长的学习地图
遵循职业人认知和成长规律，校企合作，充分调研电子产品生产设计与制造、电子设备生产、电子元器件生产等各种类型企业，获取行业技术、技能人才岗位职责等重要信息，确定应用电子技术专业人才培养能力素质目标要求，明确3D虚拟仿真与专业的关系、与课程的关系。调研电子信息产业链的设计、生产、销售与服务四个环节，对技术工等技能岗位、工艺员等技术岗位、班组长等管理岗位三条电子技术专业职业人职业发展路径中电子产品调试岗位、产品装接等岗位进行职业能力分析。并将完成电子技术专业设计、生产、销售与服务岗位群的一般工作任务、特定范围内工作任务、创新工作任务等三种能力水平，界定电子技术专业职业人的职业能力水平等级。借鉴主流企业提升人力资源管理水平和实践效果的重要工具，即能力素质模型，构建能支撑应用电子技术专业人才培养目标的3D虚拟实训系统的职业人职业成长学习地图（基于岗位能力和业务问题设计的成长路径）。
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关键词：虚拟仿真技术；实践教学；学习场景；教学训练
一、概述
虚拟仿真技术是对虚拟现实技术和系统仿真技术的合称。虚拟现实技术是先进的人――计算机接口技术，其实质是利用计算机产生一个三维的、基于感知信息的临场环境。人可以参与和控制环境，同时环境能够对人的控制行为做出动态的交互反应。系统仿真技术是随着计算机技术的发展而形成的新兴学科，它是通过建立真实系统的数学模型，利用计算机来达成对系统的分析、研究、设计等目的。目前，虚拟仿真技术在军事、教育、医学、工业设计等多个领域都得到了应用。在教育教学领域，虚拟仿真技术能够进行教学活动或实验操作的模拟，具有经济性好、安全性高以及可重复等多种优势，已经开始替代某些费时、费力、费钱的真实试验和教学演示，对传统的教学活动产生了强烈冲击，引发了教学领域产生一系列深刻的变化。
虚拟现实仿真技术在高职实践教学中应用研究的意义：利用虚拟仿真技术可以构建一个虚拟的实训场地和教学场景，在没有实际设备的情况下可以有效提高教学效果。并且可以减少高职院校因设备不足的高额开支。通过仿真技术可以进一步整合教学资源，提高实训设备的利用率，提高学生知识和技能。在教学中对仿真技术感兴趣的学生可以做再次开发，这样能更好的提高实践教学效果和学生的实践应用能力。
二、虚拟现实仿真技术在高职实践教学中的研究内容
传统设计是设计者根据产品用户的需要，将所设计产品的结构通过图纸表现出来，经过计算或者经验认证后，再投入生产试制中进一步检验其结构设计的正确性与合理性。而虚拟现实仿真技术在实践教学应用研究中主要体现在以下几个方面：
1. 利用虚拟现实仿真技术开展三维模块实践教学的应用研究
Solidworks作为一款三维设计软件，功能强大，组件繁多。Solidworks有功能强大、易学易用和技术创新三大特点，这使得SolidWorks 成为领先的、主流的三维CAD解决方案。对于熟悉微软的Windows系统的用户，基本上就可以用SolidWorks 来搞设计了。SolidWorks独有的拖拽功能使用户在比较短的时间内完成大型装配设计。SolidWorks资源管理器是同Windows资源管理器一样的CAD文件管理器，用它可以方便地管理CAD文件。使用SolidWorks ，学生能在比较短的时间内完成更多的工作，能够更快地将高质量的设计应用到虚拟设备中。
在强大的设计功能和易学易用的操作（包括Windows风格的拖/放、点/击、剪切/粘贴）协同下，使用SolidWorks ，整个产品设计是可百分之百可编辑的，零件设计、装配设计和工程图之间的是全相关的。
（1）全动感用户界面：
①只有SolidWorks 才提供了一整套完整的动态界面和鼠标拖动控制。“全动感的”的用户界面减少设计步骤，减少了多余的对话框，从而避免了界面的零乱。
②崭新的属性管理员用来高效地管理整个设计过程和步骤。属性管理员包含所有的设计数据和参数，而且操作方便、界面直观。
③用SolidWorks资源管理器可以方便地管理CAD文件。SolidWorks资源管理器是唯一一个同Windows资源器类似的CAD文件管理器。
④特征模版为标准件和标准特征，提供了良好的环境。用户可以直接从特征模版上调用标准的零件和特征，并与同事共享。
⑤SolidWorks 提供的AutoCAD模拟器，使得AutoCAD用户可以保持原有的作图习惯，顺利地从二维设计转向三维实体设计。
（2）装配设计：
①在SolidWorks 中，当生成新零件时，你可以直接参考其他零件并保持这种参考关系。在装配的环境里，可以方便地设计和修改零部件。对于超过一万个零部件的大型装配体，SolidWorks 的性能得到极大的提高。
②SolidWorks 可以动态地查看装配体的所有运动，并且可以对运动的零部件进行动态的干涉检查和间隙检测。
③用智能零件技术自动完成重复设计。智能零件技术是一种崭新的技术，用来完成诸如将一个标准的螺栓装入螺孔中，而同时按照正确的顺序完成垫片和螺母的装配。
④镜像部件是SolidWorks技术的巨大突破。镜像部件能产生基于已有零部件（包括具有派生关系或与其他零件具有关联关系的零件）的新的零部件。
2. 利用虚拟现实仿真技术开展三维动画交互实践教学的应用研究
虚拟现实系统的目的是为了开发虚拟现实应用，所以任何一个完整的细腻显示系统都需要有一套功能完备的虚拟现实应用开发平台，一般包括两个部分，一是硬件开发平台，即高性能的图像生成及处理系统，通常为高性能的图形计算机或者虚拟现实工作站；另一部分为软件开发平台，即面向应用对象的虚拟显示应用软件开发平台。VRP（Virtual Reality Platform，简称VR-Platform或VRP）即虚拟现实平台，VRP是一款由中视典数字科技有限公司独立开发的具有完全自主知识产权的直接面向三维美工的一款虚拟现实软件。VRP可广泛的应用于城市规划、室内设计、工业仿真、古迹复原、桥梁道路设计、房地产销售、旅游教学、水利电力、地质灾害等众多领域，为其提供切实可行的解决方案。
三、虚拟现实仿真技术在实践教学中拟解决的关键问题
1. 虚拟现实仿真技术在高职实践教学中的应用与研究，有效地避免了高校实验实训设备不足的影响因素。学生通过虚拟实验项目的学习与训练，减少其真机操作时出现许多失误问题。
2. 虚拟现实仿真技术在高职实践教学中的应用与研究，教师利用虚拟现实仿真技术教学时，与实训室技师经常切磋技艺、探讨操作问题，提高了教师的实践教学水平。
3. 虚拟现实仿真技术在高职实践教学中的应用与研究，改变了学生被动学习的方式，提高了学生学习兴趣、综合实践能力和高职实践课堂教学效果。
四、结束语
随着科学技术的不断进步，虚拟现实仿真技术也进入了一个充满活力和具有广阔市场前景的高新技术领域，它的出现也渐渐取代了传统模式中许多教学的新方法与新手段。目前，利用我院现有和二次开发虚拟现实仿真实训软件系统，进一步完善学院虚拟仿真实训室的硬件和软件设施，构建虚拟实训室崭新的教学与学习场景，实施机电产品虚拟仿真设计、制造、装配等模块实践教学的应用与研究。对提高我院课堂教学改革实践效果，具有深远的意义。
参考文献
[1] 尹湛华，朱海洋. 虚拟仿真技术在高职实践教学中的比较优势[J]. 南昌高专学报，2008（08）
[2] 王岚等. 虚拟实现EON Studio应用教程[M]. 天津：南开大学出版社，2007
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摘 要 虚拟现实技术对于提高军人体能训练水平，改进训练方法有较大的研究潜力。针对当前院校400米障碍训练存在的若干问题，从理论上和实际应用上基于虚拟现实技术的400米障碍训练仿真模拟的设计做出论述。提出了模拟设计的相关问题。
关键词 虚拟现实 400米障碍建模 训练仿真
虚拟现实技术是一种新兴的人机交互形式，可以创建虚拟世界，仿造自然世界，用户可以从各种感官上产生亲临真实情况的体验。上世纪90年代初期，虚拟现实技术已大量应用于作战指挥、训练模拟、武器试验等。400米障碍训练是军人常态化基础体能训练的科目，但是训练过程中往往出现的伤病情况较多。基于虚拟现实技术仿真模拟障碍训练，可以对训练进行科学的指导和教学，在系统中实现模拟人类专家的决策，让参训学员在虚拟环境中身临其境的训练，有效地避免无谓的伤病，提高训练效果。
一、系统组成
虚拟现实系统，需要满足用户与虚拟世界的自然交互，仅靠一台计算机是无法完成的，对于虚拟世界的身体感觉也不是仅仅靠键盘和鼠标就能够达到的。参训人员在虚拟训练场上运动时，需要三维的训练环境、虚拟的声音以及抓、拉、爬、攀等动作的触感和力感的体验，还需要智能化仪器的支撑，可以说各种硬件设备是实现虚拟现实系统的基础。
整个仿真模拟系统由两种生成模式去实现，一种是由参训人员配备一系列数字化装备采集数据，计算机建模，经由高性能计算机处理输出到视觉通道、听觉通道、力觉通道反馈给训练人员，体验如真实般的训练场景。另一种，则是由建模技术，对训练环境、个人训练情况和预演的训练技术动作建模，生成虚拟的训练画面，从而帮助参训人员全面了解自身训练情况和需要改进的技术动作，以及改进方案。
二、系统功能
（一）训练情况再现。动作重现是仿真系统中的重要功能，以其三维式可以让用户观看到模拟人能够在虚拟训练场上逼真的、较精确再现自身的训练动作。是对自身的一种直观认识，同时也可以形象化地帮助参训人员掌握动作要领和技术动作，同时减少了训练伤病。
（二）训练技术动作预演。创新技术动作和预演未知情况在提高训练效果上有很大的作用。通过障碍物的技术动作的改进和创新是提高训练成绩的一大重要途径，但是创新的动作的实际应用可能会导致运动员出现伤病，通过虚拟现实技术仿真模拟可以避免这样的伤病出现。
（三）训练教学。教员可以利用模拟仿真训练对新学员进行教学，录入教员对于障碍训练的语音和文字讲解，配合虚拟训练画面，可以使新学员直观的印象，掌握技术动作要领，达到了训练前“热身”的作用。
（四）训练效果图示分析。形象直观的虚拟画面可以给参训人员直观的映像，分析对比参训人员的训练动作和标准的模拟动作，给予相同的视点，同步对比每一个通过障碍物的动作，让参训人员更快捷的找出自身痼癖动作和缺陷动作。量化分析速度、位移等数据，并使其与“标准”数据进行对比，找出差异，对于改进参训人员的技术动作会有较好的指导意义。
三、基于虚拟现实技术的仿真模型建立
（一）虚拟障碍训练可视化建模。模型是对现实世界或虚拟世界中各种事物或现象的一种抽象化的表现方法。400米障碍训练环境的建立是虚拟训练仿真的基础。障碍训练环境模型是对障碍训练环境采用物理、数学等表示方法进行表示的模型，提供训练环境的基础数据和动态数据。包括障碍训练场地貌几何建模，障碍训练场地物几何建模，参训人员行为建模等。
（二）听觉建模技术。整个虚拟训练环境的逼真性，还需要加入三维模拟声音，这是增强用户在虚拟环境中沉浸感和交互性的必要手段。声音的来源可以是计算机合成的声音信号也可以是采样的真实声音信号。目前的研究中，由于触觉（力觉）反馈实现难度大，迄今为止还没有能够令用户满意的触觉（力觉）反馈系统，所以虚拟声音对于提高虚拟环境的逼真感就有很大的作用，增强临场效果。
四、训练分析图示
（一）数据图示分析。数据的分析是一个重要的环节，是对于训练人员训练效果的直接反馈，可以采用柱状坐标图来很好地完成。主要从模拟训练与模拟标准训练作对比，让训练人员找到差异，改进自身训练动作。举出一个简单例子，通过录入标准的数据对虚拟训练数据的对比分析，可以得出误差，集合虚拟训练画面和标准训练画面，让参训人员直观找到自己技术动作存在问题，然后解决技术动作缺陷，提高训练成绩。
（二）重心轨迹分析。人体重心对于研究运动起着很重要的作用，尤其是跳跃动作，故在400米障碍中正确分析重心轨迹误差可以帮助提高训练成绩。400米障碍训练中起跳点的正确选择是决定成功通过障碍物的关键因素，也是提高成绩的重要途径，重心轨迹的分析可以帮助学员判断自己的起跳点是否正确。同时重心轨迹分析也可以帮助学员准确发力，在合理支配体能上也起到了很大的作用。身体平衡也是保证训练成绩的一个重要因素，重心轨迹误差分析可以推断出学员的平衡能力，从而教员可以根据情况制定出相应的平衡训练手段方法。
参考文献：
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[2] 张菁，张天驰，陈怀友.虚拟现实技术及应用[M].北京：清华大学出版社.2011.
[3] 孙柏林.外军建模与仿真综述[J].计算机仿真.2002（1）.
虚拟仿真实训范文6
关键词：虚实结合 实训教学 模式创新
一、实训教学模式改革的背景
矿山涉煤专业的学生实习实训都面临着高危险性，矿山企业普遍不愿接纳学生下矿实习，学校只能把大部分实习实训内容安排在校内进行。笔者所在的辽宁煤炭技师学院矿山机电专业的学生在校内实训教学中遇到了如下困难。
1.实训设备不足，实训场所具有高危险性
矿山机电设备价格都比较昂贵，学校没有条件将各类实训设备配备齐全，只能象征性地购置几台，无法满足多学科、多班级实训教学的需求。而且矿山机电设备大多属高压设备，实训场所具有高危险性，不利于学生实训。
2.设备结构复杂，不便拆装
由于矿山机电设备体形较大、结构复杂，因此在实训教学中不易于对设备进行拆装，无法使学生真正了解设备的内部结构，不能方便地进行电气控制线路的安装调试及故障检修，更不能实现通电状态下的调试过程，关键操作技能无法反复训练，导致学生实训时不能很好地完成实训教学目标，影响教学效果。
上述问题严重制约着矿山机电专业学生岗位职业能力的培养。笔者所在学院矿山机电专业运用虚拟现实技术，开发了以虚拟现实设备和模拟岗位工作过程情境的信息化教学资源，先后开发了电动机与变压器维修虚拟仿真教学软件、综采高低压变配电设备虚拟仿真实训软件、综采启动控制设备虚拟仿真实训软件和综采机械电气控制虚拟仿真实训软件。利用这些信息化教学资源，对教学方法、教学模式和教学策略进行了重新整合，从观念、过程、方法及模式等层面赋予实训教学新的含义，既破解了实训教学难题，又创新了现代信息技术与教学实践科学结合的一种全新的“虚实结合”实训教学模式。
二、“虚实结合”实训教学模式的主要目标
1.虚实结合，实现教学过程与工作过程有效对接
实施以信息化资源为支撑的“虚实结合”实训教学模式，运用虚拟的信息化资源，再现实际设备的拆装过程、电气线路的安装与调试过程及故障检修过程，结合真实的实训设备，实现专业教学过程与岗位工作过程在信息化环境下的完全对接。
2.创新载体，凸显教学中学生的主体地位
基于职业学校学生学习的认知心理特点，创设虚拟现实的游戏情境，激发学生的学习兴趣，引导学生自主探究，自我评价。学生在虚拟环境中，按照实际岗位工作过程，自主操作虚拟设备，边操作边学习，践行“做中学”，使学生全面了解和把握岗位工作过程，锻炼了学生的综合技能。
3.辐射带动，引领中职院校的教育教学改革
“虚实结合”实训教学模式，开发虚拟现实设备和岗位工作过程情境的煤矿电气设备资源平台，为东北地区涉煤职业院校提供了优质教学资源，为推动兄弟院校开展职业资格技能培训和鉴定提供了良好的教学手段，辐射带动职业教育教学水平均衡化发展。
三、“虚实结合”实训教学模式的实施过程
1.“虚实结合”实训教学模式的方法设计
笔者所在学院在“采区机电设备实训”教学过程中，采用循序渐进的科学方式，将实训教学阶段划分、实训教学载体设计等方面有机结合，将虚拟仿真实训与实操实训分阶段、交替实施。即将实训教学划分为虚拟仿真、实操等不同阶段，再根据实训课题、实训项目的特点，按照“实操―虚拟仿真―再实操”或“虚拟仿真―实操―再虚拟仿真”的模式进行。在虚拟仿真中理解，在实际操作中巩固，在反复训练中提高。
2.“虚实结合”实训教学的交替融合过程
“虚实结合”实训教学的交替融合过程，以如下两个项目为例进行说明。
项目一：矿用隔爆启动控制设备的安装与检修，包含以下3个任务。
任务1，矿用隔爆启动控制设备的概述;
任务2，矿用隔爆启动控制设备的安装操作;
任务3，矿用隔爆启动控制设备的故障检查及处理方法。
任务1的目的是了解设备的型号、内外结构及电气系统。其中型号及外部结构可以从设备上看得到，先采用实物教学，学生通过观察，对设备型号、外部结构有了直观印象;设备的内部结构及电气系统从实物外部是看不到的，就转入第二阶段的虚拟仿真实训过程，通过虚拟实训认识、理解后，再剖析实物进一步巩固。
任务2和任务3是矿用隔爆启动控制设备的安装操作、故障检查及处理方法。如果直接操作，不但难以满足工艺要求，而且可能因操作失误损坏电气设备。因此，可以先进行虚拟实训，使学生对安装工艺、安装过程进行必要的了解，第二阶段再进行实操实训。有了虚拟仿真实训的基础，再进行实物安装操作时，就会大大降低设备损坏的可能性，确保高效、高质量地完成教学任务。
项目二：采煤机电气控制线路的安装与调试。
煤矿综合采煤机是大型矿山机电设备，一台价值几千万元，其电气控制线路非常复杂，因此安装与调试实训不便于在真实设备上进行，这一直是困扰矿山机电专业大型设备教学实训的难题。笔者所在学院与合作企业联合开发的综采机械电气控制虚拟仿真实训软件，较好地解决了这一问题。
第一阶段进行虚拟仿真实训。学生在计算机上按照实训软件的提示，对采煤机的电气控制线路进行虚拟安装与调试，通过与软件的互动，反复练习，很好地掌握了虚拟环境下的操作技能。第二阶段安排在一体化教学工作室中进行，模拟安装与调试。这一阶段教师给出具体工作任务，学生在教师指导下自主设计电路并进行安装与调试，提升学生的装调能力及安装工艺水平。经过这两个阶段的训练，学生装调技能基本成熟，进入到第三阶段的实际训练。学生掌握了在虚拟仿真实训和模拟实训中形成的技能，在学校模拟矿井内真实的综合采煤机上进行实操实训，实现了教学过程与岗位工作过程的有效对接。
“虚实结合”的教学模式并不是简单的虚实相加，更不是一成不变的模式，而是一个优化融合的过程。虚拟实训可以让每位学生都有独立思考和操作的机会，既突出学生的主体作用，又可为重复练习提供便利条件。而实物实训的最大优势在于既培养学生解决实际问题的能力，又可以培养学生团结协作精神。
在采区机电设备实训的实践教学中，通过探索和实践，有效地将虚拟仿真实训与实操实训相结合，充分利用虚实结合的教学模式，发挥了两种实训模式的优势，解决了实训设备和实训经费不足的问题及现场实训的高危险性问题，降低了成本，提高了实训教学的效率和效果。
运用信息化资源进行虚拟演练，配以现场实物训练，不仅创新了载体，凸显了教学中学生的主体地位，更重要的是创设了虚拟实物的情境，激发了学生学习的兴趣及主动学习的热情。“从虚到实、以实为本”，只有做到对真实设备的完全掌握，才能掌握真正的职业核心技能，形成与职业工作岗位很好的对接。
四、实施“虚实结合”实训教学模式的保障
1.设备设施资源保障
要想搞好虚拟仿真教学，虚拟仿真实训教室、信息化教学资源、健全的设备设施是教学实施的资源保障。
2.师资能力保障
教师的实践动手能力、软件应用能力、将真实工作任务转化为教学内容的能力，是实施“虚实结合”实训教学模式的师资能力保障。
3.教学机制保障
完善的教学设计方案、健全的实训教学管理机制及配套的教学文件是实施“虚实结合”实训教学模式的教学机制保障。
五、“虚实结合”实训教学模式的成效及推广
1.破解了实践教学难题
一是用有限的资金投入，解决了实训场地、实训设备不足，实训场所高危险性的难题。学校虚拟仿真实训室可同时供120名学生实训教学使用，每人一机，指导教师与学生利用局域网交互，实训在舒适安全的环境中进行。二是可以根据学生不同的学习能力和基础，开展分层教学，因材施教。
2.促进了学生学习能力的培养
运用“虚实结合”教学模式进行教学，学生不再是知识的被动接受者，而变成知识的主动探究者，学生自主学习能力显著增强。该专业学生多次在集团公司技能运动会上取得佳绩，在“华晨杯”沈阳技工院校职业技能大赛维修电工组及全国职业院校“淮北矿业杯”综采电气设备维修项目比赛中都取得优异成绩。
3.提高了学生的学习兴趣
运用“虚实结合”实训教学模式，学生不再是面对枯燥的硬件设备，而是面对动画片式过关方式的仿真软件，增强了对学生的吸引力。学生发现，学习也可以像玩游戏一样轻松，自然就解决了学习兴趣不浓的问题。
4.增强了项目的可推广性
虚拟仿真实训项目集中了优质教学资源，投入后教学质量显著提升。矿山机电专业年均实训总成本消耗节省近1/4，虚拟仿真实训教学低成本消耗、高效率产出的优势增强了项目推广的吸引力。
六、体会与思考
“虚实结合”实训教学模式改革不是一项简单的工作，它需要对人才培养方案、教学计划、方法手段、课程设置、实训基地建设、考核评价体系等诸多方面重新进行设计，需要构建以“虚实结合”实训教学模式为核心的教学体系。要深入推进虚拟仿真实训教学模式改革，还需要在以下方面继续努力。
1.进一步提升信息化教学资源的针对性、实效性
信息化教学资源开发的内容与企业岗位工作任务的对接面还需进一步扩大，对接点还需更加具体，提升软件开发设计的针对性、实效性。在今后的教学实施中，进一步吸纳企业参与信息化教学资源的升级改进，利用企业资源更好地实现专业教学过程与煤矿岗位工作过程及关键技术的完美对接。
2.进一步完善“虚实结合”实训教学的交替过程
