計算機仿真技術學習精選(九篇)

前言：一篇好文章的誕生，需要你不斷地搜集資料、整理思路，本站小編為你收集了豐富的計算機仿真技術學習主題范文，僅供參考，歡迎閱讀并收藏。

第1篇：計算機仿真技術學習范文

[關鍵詞]計算機仿真系統數控技術實習教學特點現狀應用

中圖分類號:G43文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)1120191-01

實習教學是職業教育的主要內容,它體現學生對所學專業的技能訓練掌握的程度,技能在職業學校教育中起主導作用,隨著數控加工仿真系統的越來越完善,在數控技術實習教學中也發揮著越來越重要的作用。數控加工仿真系統是結合機床廠家實際加工制造經驗與高校(含職業技術學院、中等專業學校、技工學校和職業學校)教學訓

練一體所開發的一種機床控制虛擬仿真系統軟件,可以滿足大批量學生教學需求。

一、計算機數控加工仿真系統的概念

計算機仿真就是借助計算機,利用系統模型對實際系統進行實驗研究的過程,分析復雜的動態對象,仿真是一種有效的方法,可以減少風險,縮短設計和制造的周期,并節約投資。數控加工仿真利用計算機來模擬實際的加工過程,是驗證數控加工程序的可靠性和預測切削過程的有力工具,以減少工件的試切,提高生產效率。它隨著計算機技術的發展而迅速地發展,在仿真中占有越來越重要的地位。

二、計算機數控加工仿真系統的產生

數控機床加工零件是靠數控指令和程序控制完成的。為確保數控程序的正確性,防止加工過程中干涉和碰撞的發生,在實際生產中,常采用試切的方法進行檢驗,但這種方法費工費料,代價昂貴,使生產成本上升,增加了產品加工時間和生產周期。后來又采用軌跡顯示法,即以劃針或筆代替刀具,以著色板或紙代替工件來仿真刀具運動軌跡的二維圖形,有相當大的局限性。對于工件的三維和多維加工,也有用易切削的材料代替工件(如,石蠟、木料、改性樹脂和塑料等)來檢驗加工的切削軌跡。但是,試切要占用數控機床和加工現場。為此,這些方法都存在弊端,將其不斷發展和完善,逐步找到一種能逐步代替試切的計算機仿真方法,并在試切環境的模型化、仿真計算和圖形顯示等方面取得了重要的進展,于是計算機數控加工仿真系統的出現成為必然。

三、計算機數控加工仿真系統的使用現狀

數控機床的切削加工過程仿真屬于幾何仿真,既不考慮切削參數、切削力及其它物理因素的影響,只對機床操作全過程和加工運行全環境的仿真,以驗證程序的正確性。它可以減少或消除因程序錯誤而導致的機床損傷、夾具

破壞或刀具折斷、零件報廢等問題;同時可以減少從產品設計到制造的時間,降低生產成本。

四、計算機數控加工仿真系統在數控實習教學中的應用

數控加工仿真系統已經成為國家職業資格鑒定考試中不可或缺的一部分,從中也可看出仿真系統在數控實習教學中的重要性和普遍性。

1.仿真系統界面完全模擬真實數控機床的控制面板和顯示屏幕,真正實現虛擬狀態下的真實場景。學生利用該仿真系統進行模擬真實機床的操作,同樣會達到操作真實設備和代替實物操作訓練的目的,并且安全可靠。由于大部分的實訓活動可以在仿真系統中實現,使用仿真軟件將大大減少在數控機床設備上的資金投入,從而可以加快當前緊缺數控加工操作技術人員的培訓速度,也大大減少工件材料和能源的消耗,從而可以降低培訓成本。同時,具備多媒體教學特點的動態仿真操作使教學形象生動、內容流暢易懂。互動教學功能使得教師既可以以廣播的方式在每個學生的屏幕上演示其教學內容。教師也可以在自己屏幕上看到每個學生的操作情況,實時了解教學情況。

2.學生可以直觀地觀看工件的仿真加工過程,熟練掌握機床的操作步驟和加工流程,并能夠實現直接測量和檢驗加工后的工件,完全實現了真實加工再現。

首先,在仿真系統上,可以實現機床的選擇、刀具的安裝、切削用量的確定及對刀等一系列操作,具備圖形模擬演示功能,可以直觀地觀察刀具和工件的相對運動和加工情況。

同時,在機床運行和加工過程中,能夠及時提供程序錯誤或超行程等報警信息,教師或學生能夠根據報警信息進行分析,從而發現故障原因和作出相應的解決措施。

3.計算機數控加工仿真系統提供了一個采用虛擬機床替代真實機床進行實習訓練的平臺,在降低費用的同時保證實習效果,既講經濟又求實效。

總之,數控技術專業職業能力的培養,要求學生必須進行大量的動手操作訓練,而數控設備價格相對昂貴,受資金等各方面條件制約,大部分職業院校很難真正做到滿足實踐教學的要求。在教學中引入數控加工仿真技術,為解決此類問題開辟了一條蹊徑。

參考文獻:

[1]宇龍數控仿真系統說明書.

[2]閆杰,《遼寧經濟職業技術學院學報》,數控加工仿真系統在專業教學中的應用.

第2篇：計算機仿真技術學習范文

關鍵詞：計算機仿真 工業工程 實驗教學

計算機仿真技術是繼數學推理與科學試驗之后認識世界自然規律的第三類基礎方法。基于計算機仿真技術的虛擬教學是指利用實物和計算機軟件共同模擬出真實的情境，讓學生在模擬的情境下進行探究和學習。這種教學方法生動形象，接近現實工作場景，有利于提高學習興趣，使學生在短時間內進入相應情境，真實的體驗如在現實中執行任務的感覺，以達到更快掌握技術手段的目的，而且這種教學方法可以利用計算機軟件的優勢創造出靈活多樣的工作場景且不受行業限制，使學生對實踐問題的認識更深入，采用的應對方法更靈活。由此“計算機仿真技術”便成為專業學習及實際應用中的重要方法和技術手段。工業工程作為管理科學與工程的二級學科，其人才培養目標是培養出面向生產、管理、服務的高級專業技術和管理人才，面向的工作崗位主要有制造業現場管理、產能計算、生產計劃與控制、項目管理、精益生產等，以及服務業的流程優化、工作研究等。其中，制造業涉及行業范圍廣、產品種類多、工序過程各異，因此，在教學過程中需要通過一系列系統的實驗項目培養學生專業的問題提煉能力及問題分析能力，并采用專業的技術方法和手段有針對性的對問題本質進行處理。然而，正是由于工業工程方法應用行業的廣泛性及多樣性，使得我們不可能如其他5類工程學科般擁有自己典型的實驗實訓設備，亟需我們在實踐教學過程中探索新的教學方法與實驗支撐技術。

1工業工程實驗課程教學現狀分析

工業工程類實驗課程的教學，在傳統的教學模式中，主要是以“理論課+實驗室”的模式，強調學生對工業工程專業基本方法和技能的掌握與應用，如，工作研究、動素分析、人機工程、物流工程、流程優化、現場改善等基本技能與方法論。傳統的實驗教學過程中，基本上遵照如下流程：首先，引導學生進行以上理論課的學習，使學生知道、了解并掌握這些基本的專業手法與技能；其次，通過開設相關實驗課程讓學生對所學的這些技術方法展開實踐，從而幫助學生達到訓練并養成工業工程專業素養的目的。然而，目前所開設的相關實驗課程均是就某一獨立技術方法而展開的較為單純的技能訓練，如，工作研究的實驗主要是針對動作研究、動素分析、生產節拍平衡開展具體分析過程實踐，幫助學生深刻體會這些基本專業手法的實際應用場合；人因工程，主要是通過系列人因實驗帶領學生親身體驗，感受高度、亮度、顏色、頻繁度、規律度等人因影響因素帶給人視覺、聽覺等感官的切實感受，從而探討基于人因的合理化設計、布局及工作安排；設施規劃布局則是基于物流分析方法，通過物流強度度量，分析部門間的相關性強度，從而為合理布局、物流優化提供有效參考。以上這些實驗均對學生在工業工程專業基本方法技能的培訓上起到了有效效果。然而，卻并未在促進學生養成工業工程職業素養上發揮強化作用。原因在于，缺乏像物流工程、系統工程、系統建模及仿真優化等這類有關工業工程系統設計、管理及優化的主干課程的綜合性實踐項目，要設計出針對本專業基本技能方法的綜合性實踐項目，需要的制造業相關設備、產品品種等數量巨大，且耗費大、成本高，很難從實際操作入手，計算機仿真方法不失為解決此問題的一種有效方法。基于計算機仿真技術的虛擬教學則以其高效率、低成本、內容豐富、性能有效和安全等優勢得到越來越多的應用和推廣。因此，應該將“項目教學”“案例教學”“教、學、做”一體化和基于計算機仿真技術的虛擬教學的方法結合起來，充分發揮各自的優點，提升實踐教學效果。基于計算機仿真技術的虛擬教學很容易與其它先進的教學方法相結合，因此，在工業工程類實驗課程的教學中，將基于計算機仿真技術的虛擬教學與其它教學方法相結合，有助于提高實驗課程教學效果，而且成本低、效率高，使學生可以不受場地、行業、設備與產品的限制，使學生更好的掌握專業技能和方法，并通過基于計算機仿真平臺開發的綜合性實踐項目，鍛煉學生的工業工程系統設計、管理及優化的綜合能力，培養學生的專業素養，從而促進本專業人才培養效果的提升，計算機仿真技術在工業工程類實驗課程的教學中具有重要的意義。

2計算機仿真技術在實驗課程教學中的應用

計算機仿真技術為人們提供了一個理想的實踐教學手段，目前國內外已經普遍將其應用于軍事訓練、課程教學、運動訓練以及醫學研究等方方面面。美國是計算機仿真技術虛擬現實的起源地，現在美國計算機虛擬仿真技術的發展水平也比較高，在這個領域代表了國際先進水平，也是第一個把虛擬仿真技術應用在教育教學中的國家，目前在感知、用戶界面、后臺軟件和硬件等幾個方面，形成了一個比較系統的虛擬仿真教學儀器架構。如，美國的卡羅萊納州立大學利用Java技術建立了基于Web的探索式虛擬物理實驗室，主要有以下幾個模塊：基于JavaApplet的虛擬實驗設備和實驗設施、相關的實驗課程模塊、實驗結果評價模塊、協作模塊。在歐洲，英國在計算機仿真技術虛擬現實的相關領域處于領先地位，研究出了虛擬仿真軟件包，并應用在教學儀器和工業安全培訓等方面。如，英國的諾丁漢大學在教育和學術方面對虛擬仿真技術進行了研究與探索，其目標主要在于探索桌面虛擬仿真的輸入設備應用上。此外，該小組還和其他學校緊密合作，將其仿真系統應用在了特殊學生教育中。在中國，目前各個大學和科研機構也廣泛采用計算機仿真技術建立虛擬場景進行相關領域的教學與研究。例如：中國科技大學開發出第一套基于虛擬仿真的教學儀器系統——利用虛擬仿真技術進行幾何光學實驗平臺的開發，系統將計算機輔助教學儀器的智能化儀器、計算機技術、虛擬仿真和物理教學儀器等有機結合，把物理教學儀器系統推進到了新的領域；北京潤尼爾網絡科技有限公司以北京郵電大學強勢的網絡、通訊、電子三門學科為基礎，采用JavaApplet技術、B/S結構、J2EE框架，為解決高校日趨緊張的實驗設備及實驗場地等實驗教學問題，由北京郵電大學網絡教育技術研究所組織精英力量，經過多年研究，開發出了配套的虛擬實驗系統。通過對國內、外的基于計算機仿真的虛擬現實教學應用情況進行對比，我們發現：當前，國外基于計算機仿真的虛擬實驗比國內開發時間早，應用相對成熟，不管是在仿真器材還是仿真軟件上都比較豐富、且功能較多；同時，國外很多成熟的仿真實驗產品價格普遍偏高，且技術難度也不太適合本科學生，更適合研究所或工程師使用。盡管如此，我國還是有很多現行的成熟的計算機仿真軟件供我們選擇，這些成熟的仿真軟件具有界面友好、可擴充性、支持二次開發等特性，甚至大多實現模塊化利于定制化實驗的開發，基本上能滿足國內高等院校實驗教學需要及豐富的仿真實驗需求。因此，國內很多高校及科研院所普遍采用購買成熟的仿真軟件產品，基于自身的仿真實驗需求進行對應的二次開發，從而設計出適合自己的基于計算機仿真的虛擬實驗平臺，并得到了很好的應用發展。就工業工程類實驗課程而言，現在市面上流行的仿真軟件，如，Flexsim、witness、em-plan等都能提供給我們一個良好的仿真實驗平臺，供我們在這些平臺上進行綜合性實踐項目的構建和開發。

3基于計算機仿真技術的實驗教學模式開發

在深度分析學生學習特點和企業真實需求的基礎上，基于建構主義學習理論和混合式學習理論，按照社會發展對人才培養的要求，結合計算機仿真實驗教學設計的基本原則，借鑒信息化和項目教學、案例教學設計方法，探索出基于實踐項目、真實案例和工作任務的計算機仿真實驗教學模式，實現了“教、學、做”一體化的實驗設計。該模式由“項目導入、制定計劃、實施計劃和成果展示與評價”4個環節組成，其中，計算機仿真實驗教學貫穿了該模式的所有環節。下面簡單介紹該模式的具體實施方案。

（1）在“項目導入”環節，專業教師的活動包括：借助選定的計算機仿真實驗平臺，導入項目任務及目標、展示項目結果，讓學生對項目有一個直觀的認識，然后再布置具體的實踐任務；利用計算機仿真實驗平臺，讓學生明確自己應當完成的具體任務和完成任務后可以獲得哪些知識以及達到什么樣的技能水平；在充分考慮學生的現有知識和能力水平的基礎上，適當采取分工協作方式，安排具體的任務完成時間及成果的評定方法等。

（2）在“制定計劃”環節，學生的活動包括：通過自主學習、分工協作等方式，對具體實踐項目的目標、任務進行分析；確定任務所涉及的專業方法和技能手段，充分應用已掌握的專業知識和能力，借助計算機仿真實驗平臺，設計出仿真實驗模型幫助決策與優化；確定仿真實驗任務的實施步驟，為仿真實驗任務的實施做好充分的準備。

（3）在“實施計劃”環節，學生的活動包括：在計算機仿真實驗平臺上，按照擬定的計劃，逐步完成實踐項目的仿真任務；在完成實踐項目仿真任務的過程中，學生通過應用所學專業知識和技能，建構自己的專業知識，從而幫助自己養成專業素養。

（4）在“展示與評價”環節，學生的工作包括：在計算機仿真實驗平臺上展示自己的實踐項目仿真成果；參與討論和評價；通過對比分析，學生對自己的實踐項目展開進一步的仿真優化處理。

4結語

將計算機仿真技術與項目教學、案例教學更加緊密的結合起來，能夠更好的實現“教、學、做”一體化，并且，在顯著改善實驗教學條件、提升實驗教學效果的同時，減少了設備消耗，尤其是耗材的使用量，節省了實驗經費，而且克服了時間與空間上的限制，使工業工程綜合實驗課的開課率和學生的專業綜合能力得到顯著提升。計算機仿真技術在專業實驗教學方面的應用前景廣泛,值得深入研究。

參考文獻

[1]徐洪梅,熊建設,石雷.計算機仿真技術在通信原理實驗教學中的應用[J].實驗技術與管理,2006,23(8):88-90.

[2]張祖鷹.淺談計算機仿真技術在教學實訓中的應用研究與實踐[J].商場現代化,2007(7X):387.

[3]胡曉波,李琰,王艷芳.計算機仿真技術在實驗教學中的應用[J].實驗室科學,2007(2):121-122.

[4]曹旭帆,葉舟,高靈.基于計算機仿真技術的實驗教學改革方案[J].實驗技術與管理,2008,24(12):99-101.

[5]徐瑋瑋.仿真實驗在教學中的應用及其意義[J].科技信息,2009(34):I0352-I0353.

[6]陳龍,張亞君.Proteus仿真軟件在單片機實驗教學中的應用[J].實驗技術與管理,2009,26(8):73-75.

[7]徐紅,劉羽.計算機專業虛擬實驗教學環境的改革與實踐[J].實驗技術與管理,2009,26(2):90-92.

[8]張明,李良榮.計算機仿真技術在實驗教學中的應用[J].長春師范學院學報:自然科學版,2010,29(6):117-119.

[9]劉穎,張東亮,李旺彥.計算機仿真技術在教學中的應用研究[J].電腦編程技巧與維護,2011(22):143-144.

[10]白銳,張健.計算機仿真技術在自動化專業教學過程中的應用研究[J].中國現代教育裝備,2012(21):58-59.

[11]張敬南,張謬鐘.實驗教學中虛擬仿真技術應用的研究[J].實驗技術與管理,2013,30(12):101-104.

[12]王衛國.虛擬仿真實驗教學中心建設思考與建議[J].實驗室研究與探索,2013,32(12):5-8.

[13]劉揚武.分析計算機仿真技術在高校網絡協議實驗教學中的應用[J].電腦知識與技術,2014(15):76.

[14]宋菲.計算機仿真技術在《電路分析》課程教學中的應用研究[J].中國電子商務,2015(1):290-290.

第3篇：計算機仿真技術學習范文

關鍵詞：計算機仿真；教學方法；教學改革；實踐

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）02-0048-03

一、引言

仿真技術已經在國防軍事、國民經濟、社會生活的眾多領域發揮了重要的作用，國內外眾多學者認為，仿真技術“正在成為與理論、實驗并列的第三種認識和改造客觀世界以及科學研究的手段”，因此仿真技術被認為是“使能”技術。

仿真科學與技術雖然尚未成為一級學科，但國內多個軍隊院校已經開始設置仿真專業和仿真工程二級學科，已經培養了數千名仿真工程技術人才。我校從2005年起開始在測控工程本科專業開設《計算機仿真技術》課程，30學時，每年選課人數近150人，主要目的是讓學員建立起計算機仿真的概念，掌握計算機仿真的基本方法并能夠對連續系統進行初步的仿真研究，為今后從事導彈控制系統的分析與設計奠定基礎。

計算機仿真技術是仿真科學與技術涉及到的有關具體仿真技術中最為基礎的部分，具有綜合性、多學科交叉等特點。因此，學員普遍反應該課程難學、難懂。為提高教學效果，針對課程特點和現行課程教學的不足，我們從教學內容、教學方法手段、教學資源和實踐環節等方面進行了課程改革和實踐，取得了較好的教學效果，為計算機仿真課程的教學改革提供了實踐基礎和案例參考。

二、現行課程教學的不足

1.課程定位不明確。由于計算機仿真技術在本校是第一次開設，對于課程應該達到什么樣的目標定位并不明確。現行的課程標準將目標定位為掌握連續系統仿真方法和離散事件系統建模與仿真方法，并能夠對具體的連續系統進行仿真研究。事實證明這種要求目前是達不到的，特別是在有限的學時限制之下。另外，課程的定位也和測控工程專業的培養目標不盡相符。同時，本校應屆畢業的研究生反映，本科階段已經學過的內容，碩士階段還得重新學一遍，甚至到了博士階段，也有部分重復的教學內容出現。這說明目前對于計算機仿真技術本科課程、乃至整個仿真課群的設置與定位是不明確的。

2.教學內容與其他課程重疊。計算機仿真技術課程現行的教學內容與《現代控制理論》等課程的內容有所交叉和重疊。連續系統數學模型及相互轉化等內容在《現代控制理論》中已經講授過。而有關“數值積分法”的內容和《計算方法》的內容有交叉。教學內容交叉和重疊現象令學生無法準確界定、無法準確區分課程內容，也令教學督導專家詬病，當然也就不利于學員的系統學習了。

3.教學方法手段單一。該課程的教學方法還主要停留在傳統的講授為主的教學理念上，只采用單一的教學方法和手段。教學內容文字性公式居多，直觀性材料、多媒體材料、應用型材料偏少，學員學完后不知道如何應用、如何解決實際問題，總認為計算機仿真就是一種數值游戲、一種計算機游戲。

4.缺乏必要的實踐環節。計算機仿真技術本來是實踐性很強的綜合性技術，仿真技術本身是在對控制系統分析的過程中不斷完善和發展起來的。現行的教學模式缺乏實踐環節，學員難以了解仿真技術具體是如何應用解決實際問題的，缺乏感性認識和實踐的機會，不知道在導彈控制系統分析中有何用處。

三、課程教學的改革實踐

根據作者的教學實踐和實際科研工作經歷，提出并實踐了如下改革思路。

1.教學內容改革。計算機仿真技術課程涉及多個交叉學科，緊密相關的課程包括計算方法、計算機軟件設計、計算機圖形學、計算機控制、自動控制原理、現代控制理論等課程。如何講出本課程的特點同時又避免與其他課程雷同是必須解決的問題，因此必須在教學內容的編排上下功夫。

經過分析與調研，最終將本課程的主要內容選定為連續系統的數字仿真方法上（占總學時的40%），而對連續系統的建模及模型表示、相互轉換則不作過多講述，避免與自動控制原理、現代控制理論重復。而對于計算機仿真技術中的離散事件系統仿真（占總學時的25%）則僅作原理性講述，因為經過調查發現，學員在現階段還體會不到離散事件系統仿真建模的精髓，還不能夠從離散事件仿真建模過程抽象出解決實際復雜系統的建模與仿真方法，而這正是離散事件系統仿真的核心思想和應用目的所在。剩余的學時則主要講述計算機仿真的基本概念、步驟與發展趨勢及應用等內容。

授課內容調整后，課程主題內容分明，有利于將連續系統仿真方法講深、講透，增進學員的理解。

2.基于比較教學的教學方法實踐。為了加深學員對內容的理解，在教學過程中廣泛采用了比較教學方法[1]。

一是連續系統與離散事件系統仿真方法的比較。仿真的本質是在計算機上對模型進行試驗，完成狀態轉移計算。連續系統仿真模型的建立主要是從數學模型出發，建立適合計算機上實現的運行模型。因此連續系統仿真推進時鐘時，以為增量進行推進，采用差分方程實現狀態推進。因而連續系統其仿真方法明確，好理解，在計算機上求解微分方程即可，重點放在如何選取微分方程的數值解法上。

而離散事件系統的狀態變化是由于隨機發生的事件而引起的，如何進行離散事件系統的仿真時鐘推進和狀態變遷就成為離散事件系統仿真的核心問題。離散事件仿真的基本思想就是將事件序列模擬出來，記錄事件引起的狀態變化并進行統計，最后得到感興趣的系統性能參數。時鐘推進方法根據仿真粒度分別可采用事件調度法、互動掃描法和進程交互法，其中事件調度法是基礎，體現了離散事件系統演化的特點。

離散事件系統只能根據其系統特點，將由事件驅動引起的狀態變化通過簡化在計算機上復現出來，從而進行仿真研究。這種思路大部分學員開始時不理解，甚至認為是“很笨的方法”，沒有什么特別之處。然而，這種方法卻是對離散事件系統甚至復雜混雜系統進行仿真的唯一有效方法。

通過建立連續系統和離散事件系統仿真比較表（如下表所示）進行比較教學，學員對兩種系統的仿真方法理解得更透徹。

二是數值積分法、替換法和離散相似法的比較教學，后面兩者都是從仿真的快速性出發進行設計的。

數值積分方法是從求解微分方程的角度發展而來的，思路嚴謹，方法體系完整，是主流的連續系統仿真方法，其主要過程是建立差分方程。替換法是應用z與s的映射得到離散脈沖傳遞函數，再由Z反變換求得差分方程的方法。替換法相當于數值積分法的多步法，簡單替換法可以歐拉方法一致的精度，雙線性替換法可得到和梯形法一致的精度，但計算過程相比歐拉積分方法和梯形法快。但缺點也很明顯，替換法要求對系統先進行線性化，因而只對線性系統有效，而且替換法其理論依據不嚴格，誤差大小也沒有定量的結論。

離散相似法是一種快速仿真方法，其基本思想是簡化系統的輸入。由于實際系統輸入經常選擇階躍信號，對輸入采用零階保持器的簡化措施沒有引入誤差，可以獲得更高的仿真精度。而歐拉方法要求狀態變量的導數為階躍信號時，才沒有系統誤差，這在實際中是很難滿足的。因此對于階躍信號輸入，采用零階保持器的離散相似法可以獲得沒有系統誤差的仿真結果，這不僅優于歐拉方法，還優于其他的高階數值積分算法。

但離散相似法的局限也是很明顯的：即要求系統必須是線性的。非線性系統要采用離散相似法，首先要進行線性化，但線性化過程已經引入了誤差，自然會影響仿真結果的準確性；另外系統的階次和“病態”屬性的存在使得計算狀態轉移矩陣很復雜甚至不收斂，將帶來較大的截斷誤差。因此對于線性系統，離散相似法將系統拆分為一系列低階環節，再針對每個低階環節應用離散相似法，但此時這些低階環節的“輸入”已不再是階躍信號了，因此采用離散相似法同樣帶來了誤差。

只有在離散相似法選擇的典型環節是積分環節時，離散相似法（零階保持）等價于歐拉方法。

通過以上比較教學，學員對連續系統的仿真方法理解就很透徹了。

3.輔助教學資源開發。學員通過比較教學，雖然對連續系統的仿真方法已經很理解的，但是對其如何使用仍然是模糊的。為此，我們利用Matlab語言開發了連續系統仿真算法輔助教學演示軟件。

軟件的主要功能包括：（1）對常用的數值積分法進行Matlab實現，寫出各種數值積分法的遞推疊代公式，顯示出每步計算結果；（2）連續系統包括典型的一階系統、二階系統和三階系統；（3）可對數值計算結果和系統精確解進行列表比較和圖形比較；（4）對病態系統采用不同的仿真方法進行仿真演示，比較方法的異同和計算精度；（5）一個魚雷攻擊移動目標系統（6階系統）進行具體應用，演示如何對具體連續系統進行仿真分析。

教學過程中，涉及到相關算法時，利用輔助教學軟件進行教學演示，對計算公式的推導、每步計算過程和結果都進行演示，并最終演示仿真結果及與真實解、其他算法之間的差異，從而班組學員理解算法的計算過程。

4.增加實踐環節。由于教學過程中，只能采用較簡單的對象進行講授和演示，學員對于如何采用計算機仿真技術解決導彈控制系統的定量分析與精度評定等應用仍然沒有概念。鑒于學時的限制和實驗條件的限制，目前尚不具備讓學員動手進行計算機仿真驗證的條件。因此依托戰略導彈控制系統半實物仿真試驗系統科研條件，讓學員參觀、體驗計算機仿真技術在大型導彈連續系統仿真中的應用這一實踐環節，感受半實物仿真試驗過程和數字仿真、可視化仿真過程，從而增強了學員理解仿真技術應用的直觀性，使學員的實踐能力得到全面鍛煉和提高。

四、教學效果

計算機仿真技術課程在我校開設了7屆，前幾屆學員普遍反映難學，抓不住重點和思路，不知道如何應用。經過近3年的教學改革與實踐，教學效果明顯改善，具體教學效果如下。

1.課堂和實踐教學效果。通過以上教學改革和教學實踐，學員在課堂上能夠積極主動地思考和回答問題，對學習計算機仿真技術課程充滿了興趣，能夠在教員的引導下主動對具體連續系統進行仿真建模與分析，主動閱讀參考文獻提出問題。實踐環節中，多數同學能夠從總體上理解半實物仿真系統的組成及工作原理、過程，有些學員甚至與實驗指導教員探討，提出半實物仿真、數學仿真、可視化仿真的改進措施。總體來說，課堂和實踐教學效果較好。

2.大作業反饋教學效果。從近幾年大作業完成情況看，學員對連續系統的仿真算法掌握較好，對于算法在一階微分方程中的應用基本能夠掌握，通過文獻的參考和指導，初步掌握了對連續系統建模、模型轉換、仿真建模、仿真實現這一過程。大部分同學也能對高階系統進行模型轉換和仿真分析，這表明大部分學員已經掌握了對實際系統進行仿真分析的能力。

總之，通過教學改革和實踐，學員在學習過程中發揮了主體作用，提高了綜合分析能力和知識運用能力，教學效果顯著提高。

五、結束語

本文針對計算機仿真技術課程特點和現行教學模式存在的課程定位不明確、教學內容交叉重疊、教學方法手段單一、缺乏必要的實踐環節等不足，結合作者多年的教學實踐和經驗，提出并實踐了一些該課程教學改革的具體思路，相信對于該課程的后續教學改革、提高教學質量和效果具有一定的參考意義。這種教學改革的實踐表明，不僅增加了教學的趣味性，學員也普遍反應計算機仿真技術更容易理解了，仿真方法思路更清晰了，取得了明顯的教學效果。

參考文獻：

[1]廖守億，張金生，劉志國，等.計算機仿真本科課程的比較教學法探索與實踐[J].時代教育，2013，（01）.

[2]李興瑋，龍志強，張明.《仿真技術基礎》本科課程教學改革思路初探[J].高等教育研究學報，2009，（01）.

第4篇：計算機仿真技術學習范文

關鍵詞： 職業教育 計算機仿真 應用

傳統的職業教育教學，大都采用課堂講授然后在實訓場所進行實習實驗的方法。盡管現在我國已進行了大刀闊斧的職業教育改革工作，盡量實行或者實現理實一體化教學，即邊理論學習邊實習實驗。但由于這樣那樣的原因，要使這二者有機地結合起來非常困難，當然勢必會出現理論和實際脫節的問題。尤其對于那些資金不足地實驗條件有限的學校，特別是一些中等職業學校和技校，相當數量的實驗和實習只能在黑板上或書本上進行，缺少教學應有的環節，導致學生在學習過程中完全受到教師和教材的束縛，缺少創新和學以致用的能力，直接影響教學的效果。

為了改變這種狀況，人們一直在追尋應用仿真技術盡量避免和減少理、實脫節的問題。早些時候的仿真通常都是物理仿真，隨著科學技術的發展，現在的仿真技術已分為了兩大類：物理仿真和計算機仿真。物理仿真的優點是直接、形象、易懂，但模型受限，易損壞難以重復使用。而計算機仿真則是將研究對象進行描述，建立虛擬模型，在計算機的運行中即可實現。優點是：不怕破壞，易修復修改，可以反復使用。實踐證明，職業學校的一些常設專業，比如電工、電子、機械、數控、模具、汽車、服裝、化工等均可引入仿真教學，計算機仿真教學即可應用于理論教學，也適用于實習實驗教學。最大的好處是能夠實現節能降耗，在一定程度上可緩解教育資金的不足，節約大量的教育經費。

計算機仿真教學與物理仿真教學和真實的實習實驗教學相比，具有一系列的優點。

一、直觀、形象

仿真教學能夠提供一個近乎實際的平臺環境，一些高校、科研單位研制的三維仿真軟件，能夠模擬和實際完全吻合的虛擬情景。例如，利用仿真軟件我們可以模擬一個個電子單元電路、直至一個完整的電路。而且能夠清楚地顯現這個電路工作時的各種電學狀態，甚至教師在授課時無法展示的波形圖。并能保存仿真中的各種技術數據，為電路的測量、記錄提供了非常方便有效、快捷的理論數據。另外仿真還能提供電路中各種元器件的模型參數，既能滿足同學們的感官要求，又能滿足在教學中的實際效果。在數控加工教學中，通過軟件，同學們可從任意的角度去觀察數控機床的加工過程，加工的毛坯變為成品的過程歷歷在目。再如化學仿真，仿真過程能夠對物質化學變化前后的形態、顏色、溫度等都可模擬得非常逼真。

二、節約、安全

應用仿真教學，無論是在理論課堂還是實習實驗場所，我們不必要準備大量的物質材料，不必具備很大的空間場所，僅此便可節約大量人力、物力和財力。例如，電氣課程，我們可以節約大量的模擬板、面包板及各種電器、電子元器件。數控加工可以不必設置場地、機床、可不必投放加工材料，化學實驗無需真材實料、無需瓶瓶罐罐，等等。由于這些教學情況均是在虛擬狀態下進行的，因此對于電氣、電子電路的數據測量，我們可以借助于虛擬的儀器、儀表進行操作。在安裝、調試、測量電路過程中，由于人與設備、電路非實際接觸，從而可以避免學生觸電。即便電路出現短路、漏電等故障，也不會毀壞設備與器件，安全系數大大提高。再說數控加工，機床和加工工件、材料、刀具在數控加工的過程中，投資是巨大的，一臺機床動輒幾十萬，甚至上百萬。虛擬毛坯代替實際材料，虛擬冷卻液替代實際冷卻液，極大地降低實習實驗消耗。且刀具不會因為進給量過大而損壞。在化學仿真中，酸、堿、鹽都是虛擬物品，沒有消耗更沒有污染。

三、高效、全面

仿真教學可縮短實驗、實習材料、儀器儀表、工卡量具的準備過程學習或實習完畢后，也節省了回收時間。在仿真教學過程中，教師、學生可以輕松對實行過程初始化，對未能完成的實驗實習進行狀態的存貯，對在實驗、加工、實驗過程中出現的錯誤及時地修正，對已經完成的實驗實習進行調入回顧，極大地提高了實驗實行的效率。

仿真教學軟件可充分考慮實際環境中的各種因素，避免由于特定條件而導致的操作結果的單一取向。如電氣仿真，可對失壓、欠壓、過壓、過載、短路、斷路、漏電、電路調節等諸多因素進行全面的仿真，可人為模擬各種狀態下的故意破壞而不損壞設備、電路。總之，仿真教學幾乎可以構建我們所要的一切。

綜上所述，計算機仿真教學，尤其是在職業教育教學中能夠起到前所未有作用與功效，既能節約大量教育資金，能夠收到在傳統課堂上達不到的教學效果，特別是由于它的安全性、無破壞性，可以反復修改或格式化，從而會激發同學們更高的學習、探索、創新的意識，會使得課堂氣氛更加活躍，互動性更強，真正使同學們由被動學習轉而變為主動學習，從而將我國的職業教育提升到一個嶄新的階段。

參考資料：

第5篇：計算機仿真技術學習范文

關鍵詞：教學模式改革；計算機仿真；電力電子技術

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）15-0034-03

一、前言

《電力電子技術》是一門面向機械電子、自動化等專業開設的實踐性很強的應用技術型專業基礎課程。其主要研究內容為電能的變換和控制，涉及各種電力半導體器件及變流裝置，如整流、逆變、直流斬波、交-交變換等電能變換及PWM控制和軟開關技術等內容[1-2]。在該課程的課堂理論教學中，有大量的電路波形分析及電量計算內容，需要畫出相應的電壓、電流信號波形圖并作相關電量的數學公式推導及諧波分析。在傳統教學模式中主要采用PPT動畫及課堂板書等教學方式，不僅費力費時，且電路波形的動態變化表現不足，交互性很差，尤其對電路的諧波分析非常抽象、復雜而不易理解。特別是當需要改變電路參數及負載性質時，所有的波形圖必須重新畫出，非常不方便，不僅使得教學課時緊張，而且內容單調枯燥，大大降低了學生的學習興趣，難于達到理想的教學效果。為了克服傳統課堂教學模式的缺點，形象直觀地進行教學，變抽象為具體，變枯燥為生動，激發學生的學習興趣，提高教學質量，有必要將MATLAB/SIMULINK及PSIM等計算機仿真技術引入到課堂教學中，作為傳統課堂教學手段的補充，對現有課堂教學模式進行改進及完善[3-6]。

《電力電子技術》課程具有很強的實踐性，實驗教學在整個課程教學中占有非常重要的地位。實驗不僅可以驗證課堂教學講授的理論、加深對課堂理論知識的理解，而且可以鍛煉學生的動手能力及解決實際問題的能力，在整個課程教學中具有不可或缺的作用。本課程所開設的實驗均是依托“電力電子技術及電機控制實驗裝置”完成的。由于該實驗裝置操作復雜，加之每個實驗學時有限，使得學生不易熟練掌握裝置的使用，在實驗中存在以下幾方面的問題：（1）由于操作不當容易造成器件損壞，查找故障及更換損壞器件又會減少學生的實驗時間，影響實驗效果。（2）由于每臺實驗裝置只配備了一臺雙蹤示波器，同一時刻只能觀察分析最多倆路電壓、電流或驅動控制信號波形，難于對實驗電路的各處波形有一個全面的觀察，影響對電路工作情況的整體理解。（3）實驗設備及元器件的老化等問題可能使得實驗結果與理論分析出現較大差異甚至異常情況，從而影響實驗效果。（4）每次的實驗結果及觀察的波形需先記錄在實驗數據記錄表中，實驗結束時由指導教師檢查實驗數據及波形是否正確并給出成績。但若實驗結果不正確，則學生沒有時間去糾正，還需另約時間重新完成實驗，不利于提高實驗效率。針對實驗中存在的問題，需要對傳統的實驗教學模式加以改進和完善，在實驗教學中引入計算機仿真技術，開發對應實驗項目的MATLAB仿真虛擬實驗，并提供給學生，作為學生實驗時的輔助實驗手段，達到及時解決實驗中出現問題的目的，提高實驗教學質量[7-10]。

二、《電力電子技術》課程課堂教學及實驗教學模式改革的思路

基于傳統課堂理論教學及實驗教學中存在的問題和不足，引入計算機仿真技術，對《電力電子技術》課程課堂教學模式及實驗教學模式進行改革。

1.課堂教學模式改革思路。在傳統的PPT加板書授課的基礎上，引入專用電力電子仿真軟件MATLAB/SIMULINK和PSIM，針對課程主要教學知識點和重要電路開發若干課堂教學計算機仿真實例。通過在課堂教學中引入MATLAB及PSIM教學仿真實例，對關鍵的電力電子電路進行交互式動態波形分析，幫助學生理解課堂所講理論內容。采用PPT動畫+課堂板書+計算機仿真等三位一體的教學模式，提高課堂利用率，調動學生學習興趣。將相關MATLAB及PSIM教學仿真實例提供給學生，以便學生能夠在課前熟悉及課后復習課堂講授內容，達到提高學習興趣和教學質量的目的，同時讓學生熟悉電力電子電路的計算機仿真方法，為以后在實際工作的應用打下基礎。

2.實驗教學模式改革思路。在傳統裝置實驗的基礎上，利用MATLAB仿真軟件中的SIMULINK工具箱開發每一個實驗項目的MATLAB仿真虛擬實驗，在實驗前提供給學生，使學生對所做實驗的電路及需要觀察的波形有一個直觀、感性的認識。將MATLAB仿真虛擬實驗程序預存在實驗室計算機上并對學生開放，以使學生隨時能夠針對實驗中出現的問題進行仿真，觀察正確的波形，以便于幫助確定問題所在，達到快速解決問題的目的，提高實驗效率。通過虛擬實驗+裝置實驗的實驗教學模式，達到激發學生的學習興趣，提高電力電子技術實驗教學質量的目的。為了配合實驗教學改革，還需編寫一套內容完整、難易度適中、針對不同專業特點的《電力電子技術實驗指導書》，以使不同專業的學生能有針對性地選擇不同的實驗項目，從而使學生更好地得到實驗技能的訓練，提高專業技術水平。

三、《電力電子技術》課堂教學模式的改革

根據《電力電子技術》課堂教學改革的思路及漸進式的設計思想，從易到難，從簡到繁，利用計算機仿真軟件MATLAB/SIMULINK及PSIM開發設計了12個相關的教學仿真實例[11-12]。分別為單相橋式全控整流電路、三相半波可控整流電路、三相橋式全控整流電路、三相半波有源逆變電路、三相橋式有源逆變電路、BUCK降壓斬波電路、BUCK濾波降壓斬波電路、BOOST升壓斬波電路、升降壓斬波電路、CUK斬波電路、單相電壓型PWM逆變電路及三相電壓型SPWM逆變電路等課堂教學仿真實例。這12個實例基本涵蓋了《電力電子技術》課程的主要教學內容和重要知識點，通過在課堂教學中加以應用，能夠直觀、動態、形象及交互地對電力電子電路進行動態電壓、電流波形分析，提供了一種圖形化的交互環境，從而使得復雜的電力電子電路仿真和分析及波形觀察變得十分容易，改進及完善了以往僅用PPT動畫及課堂板書的教學方式，構成了PPT動畫+課堂板書+計算機仿真等三位一體的新課堂教學模式。為達到更好的教學效果，進一步提高課堂的教學效率及教學質量，在課程開始時，就將教學仿真實例的源程序提供給學生，使得學生可以課前進行預習，課后進行復習，不僅可以提高學生的學習興趣，而且還可培養學生的自學能力，同時使學生逐步熟悉和掌握MATLAB和PSIM這兩種常見的電力電子電路仿真設計軟件的使用，為以后在實際工作的應用打下基礎。

下面以三相電壓型SPWM逆變電路仿真實例為例介紹計算機仿真技術在課堂教學中的應用。三相電壓型SPWM逆變電路是《電力電子技術》課程非常重要的一個教學內容。該教學知識點除了需要介紹電路工作原理外，還包括大量的波形分析、公式推導及諧波分析和相關電量的計算。采用傳統的PPT+板書教學模式時，學生普遍反映內容復雜、抽象、枯燥、不易理解，教學效果不理想。為了彌補傳統課堂教學模式的不足，利用MATLAB/SIMULINK開發了三相電壓型SPWM逆變電路教學仿真實例，其MATLAB仿真電路模型如圖1所示，相應的仿真結果示于圖2中。

MATLAB仿真軟件具有豐富的電路波形分析功能，可方便地利用MATLAB/SIMULINK的Scope示波器觀察多路指定信號隨時間變化的動態波形。圖2中示出了三相對稱的SPWM輸出電壓ua、ub、uc的波形及三相對稱輸出電流ia、ib及ic的波形。通過仿真波形可清楚地動態觀察到對應波形間的幅值及相位關系，并可根據需要放大局部波形，而這在傳統教學模式中是難于做到的。MATLAB軟件另一個優勢是具有強大的數學計算能力，特別適合電力電子電路的諧波分析及相關電量計算。利用FFT功能模塊可對輸出SPWM電壓波形作指定次數諧波的幅值及相角計算，利用RMS功能模塊可對信號進行有效值計算。圖1中示出了利用FFT模塊及RMS模塊對輸出電壓ua進行諧波分析及有效值計算的方法，相應的動態計算結果通過Display數字顯示器可直接給出。通過以上實例可以看出，在課堂教學中，利用計算機仿真作為教學的輔助手段，可有助于將煩瑣、枯燥、抽象的理論分析及推導變得生動、直觀且易于理解，可有效引起學生的關注和學習興趣，達到提高教學效率及教學質量的目的。

四、電力電子技術實驗教學模式的改革

依據實驗教學模式改革思路并結合實驗室的具體情況，本課程共開設4個實驗：三相半波可控整流電路實驗、三相半波有源逆變電路實驗、三相橋式全控整流及有源逆變電路實驗、直流變換電路實驗等。所有實驗均可在“電力電子技術及電機控制實驗裝置”實驗成。不同專業的學生可根據專業需要選擇其中3個作為必做實驗，1個為選做實驗。針對該實驗設備操作復雜、實驗學時有限的問題，編寫了與實驗設備配套的《電力電子技術實驗指導書》，對每一個實驗均詳細說明了實驗要求、電路的工作原理及實際操作過程等內容。利用MATLAB仿真軟件中的SIMULINK工具箱開發了每一個實驗項目的MATLAB仿真虛擬實驗程序。分別為：三相半波可控整流電路虛擬實驗、三相半波有源逆變電路虛擬實驗、三相橋式全控整流及有源逆變電路虛擬實驗、BUKE降壓斬波電路虛擬實驗、BOOST升壓斬波電路虛擬實驗、升降壓斬波電路虛擬實驗及CUK斬波電路虛擬實驗等，對應每一個實驗，均編寫了虛擬仿真實驗指導。在實驗前，將相應的虛擬實驗仿真程序提供給學生，使學生對實驗電路的結構、電路元器件連接關系、相關的電壓、電流波形等有一個直觀、感性的認識，以提高實驗效率和實驗效果。所開發的所有虛擬實驗程序均安裝在實驗室計算機中，學生在實驗中可隨時調用相關仿真程序，通過對相應電路波形的對比，幫助確定實驗中出現問題的原因，找到解決問題的方法。圖3為三相橋式全控整流電路虛擬實驗MATLAB仿真模型，其仿真波形示于圖4中。

由圖4中虛擬實驗仿真波形可以看出，學生可以同時觀察到相位依次相差120°的對稱三相電源線電壓uab、ubc、uca的波形，三相電流ia、ib、ic的波形，6個晶閘管依次相位相差60°的門極觸發信號ug1～ug6的波形，整流輸出電壓ud及輸出電流id的波形等。通過仿真波形，可觀察到全部相關信號之間的相位關系。尤其重要的是可仿真當某個晶閘管的門極觸發信號缺失或是晶閘管故障時電路相應節點的波形，當實驗中出現相應故障時，可以幫助學生確定故障原因，提高學生獨立解決實際問題的能力，而這是實際裝置實驗中僅利用雙蹤示波器觀察波形時無法實現的。從三相橋式整流電路的MATLAB仿真虛擬實驗的例子可以看出，虛擬實驗具有裝置實驗所不能實現的功能，是裝置實驗的重要輔助手段。采用計算機仿真虛擬實驗+實際裝置實驗的實驗教學模式可以達到提高實驗效率和實驗教學質量的目的。

五、結束語

本文針對傳統課堂教學及實驗教學中存在的問題和不足，在課程教學中引入計算機仿真技術，對《電力電子技術》課程教學模式進行了改革。提出了PPT動畫+課堂板書+計算機仿真三位一體的課堂教學模式，基于MATLAB/SIMULINK及PSIM電路仿真軟件開發了教學仿真實例應用到課堂教學中，可以實現對電力電子電路進行電路原理及波形的交互式動態分析，形象直觀，便于理解和掌握。基于MATLAB/SIMULINK開發了虛擬實驗程序，提出了虛擬實驗+裝置實驗的實驗教學模式，提高了學生獨立解決實際問題的能力。計算機仿真技術應用到課程教學中，提高了學生的學習興趣及教學的效率，讓學生逐步熟悉電力電子電路的計算機仿真方法，為以后在實際工作的應用打下基礎，是一種值得肯定和進一步發展完善的教學改革方向。

參考文獻：

[1]王兆安，黃俊.電力電子技術[M].第4版.北京：機械工業出版社，2000.

[2]王兆安，劉進軍.電力電子技術[M].第5版.北京：機械工業出版社，2009.

[3]洪武.PSIM在電力電子技術教學中的應用[J].實驗科學與技術，2009，7（1）.

[4]陳宏.基于Matlab的電力電子技術課程的教學探索[J].實驗室科學，2013，16（1）.

[5]丘東元，張波.基于仿真平臺的“電力電子技術”教學模式探討[J].電氣電子教學學報，2010，32（2）.

[6]榮軍，萬軍華，陳曦.計算機仿真技術在電力電子技術課堂教學難點中的應用[J].實驗技術與管理，2012，29（8）.

[7]汪義旺，索跡.電力電子技術仿真實驗教學探討[J].實驗科學與技術，2011，9（4）.

[8]馬立華，席惠.MATLAB在電力電子實驗教學中的應用[J].實驗室研究與探索，2005，24（2）.

[9]王武.基于Matlab和PLECS的電力電子仿真實驗教學[J].實驗技術與管理，2011，28（6）.

[10]段曉燕，趙正天，段生成.電力電子技術模擬實驗教學探討[J].實驗科學與技術，2008，6（6）.

[11]黃忠霖，黃京.電力電子技術的MATLAB實踐[M].北京：國防工業出版，2009.

[12]野村弘，藤原憲一郎，吉田正伸.使用PSIM學習電力電子技術基礎[M].胡金庫，賈要勤，王兆安，譯.西安：西安交通大學出版社，2009.

第6篇：計算機仿真技術學習范文

【關鍵詞】教育技術；計算機仿真；教學平臺

【中圖分類號】G420 【文獻標識碼】A 【論文編號】1009―8097（2009）06―0124―03

引言

現代信息技術環境為信息教育的開展提供了重要保證。在這樣的環境下，如何對學與教的過程和學與教的資源進行設計、開發、使用、評價和管理，是一個有待于開發和探討的課題[1]。

作為現代信息技術的重要組成部分−− 機器人仿真技術一般 用于工程設計，還沒有用于高等學校聽障學生學習計算機編程語言先例，它優良的計算機界面圖象仿真功能，從視覺補償角度非常適用于聽障學生的特點。利用這一特性，我們將計算機編程語言學習中聽障學生所遇到的難點，教學點用仿真圖示的方法進行新的教學方法組合。例如：流程圖設計與編寫計算機指令的關系，我們拋開聽障學生不易明白的技術術語，以工程設計項目為方式，機器人創新教育的教學訓練的模式[2] ，設計了流程圖與指令對應同時與所寫指令有明確執行效果的教學方法（見下圖1）。

由于是工程項目設計，目標易于理解，聽障學生可以很容易地根據目標選用流程圖中的圖形進行過程組合，而在流程圖的組合過程中對應的計算機指令也實事 的顯示出來。指令的用法也一目了然。聽障學生通過這一方法，首先知道流程圖的基本畫法，其中每一個圖框中應寫那 條指令，而且明白所寫指令對應的實際效果是什么。利用這種圖、文、做一體的簡便方式，聽障學生可以很清楚的看到計算機語言的編寫過程和機器指令的使用方法。針對結果中出現的問題可以很清楚地知道在何處修改，同時可實時看到修改的結果。用這種教學模式可使聽障學生的“入門” 較輕松，溝通較容易，這樣便 使他們對學習編程建立信心。

一 基本設計思路

常規的計算機高級語言的教學一般選用指令分類的形式講解, 每條指令的含義可用語言、文字解釋。教材可以簡潔明了。但聽障學生由于聽力障礙, 基礎術語、語言文字能力較差，簡潔的教材, 使得講解十分困難, 同時沒有聽障學生適用的輔助教具, 更增加了聽障學生的理解難度。為解決以上所涉及的難題，在本教學環節設計中引入仿真機器人，采用了屏幕機器人仿真和流程圖與計算機語言對照的方式來講解計算機高級語言, 大家知道：在計算機輔助教學系統中，被計算機程序化的影像起著視聽教材的作用[3]。根據這一原理，我們將語言的學習變成屏幕游戲的編寫, 不刻意強調每條指令的結構, 用簡單的圖面對比來告訴聽障學生指令的意義和用法。這種視覺補償的方式, 可很好地兼顧聽障學生的生理特點, 揚長避短。設計原理框圖見圖2：

二 課程設計方案

1教學對象分析

在教學過程中, 我們發現聽障學生極易放棄他們認為不易掌握的知識, 盡管有些在正常人看來是及其 簡單的。為使聽障學生能達到既定的學習目標，教師必須考慮聽障學生達到此教學目標所經歷的心理歷程。本教學環境選用了視覺補償的概念, 利用計算機仿真技術從基礎知識入手，利用顯、淺、易、懂的方式引導聽障學生進入教學情景, 最大限度的集中聽障學生在課堂上學習的注意力，積極參與到既定的教學過程中,提高學習效率。

從教學內容來講，要分析掌握技能與聽障學生原有學習習慣之間存在的差異，面向學生的學習需要[4]，聽障學生還有多少知識沒有掌握。從教材上來講，教師應努力以鮮活的知識、通俗易懂的教授形式把生硬的教材符號簡單化。

以往教學目標關注較多的是知識， 技能。缺少為達到此目標所進行的感情、能力的關注。對聽障學生而言，教學目標與他們的生理、心里、認知能力之間有很大的聯系, 而溝通難是工科學科教學中的一大難點。因此教學目標的設計首先要以如何使聽障學生能夠學會為主要目的，即用仿、學、做結合的方式改變“溝通難” 的問題。

2 教學目標

（1）根據知識的性質確定教學方式[5]。通過仿真教學輔具的幫助，聽障學生能夠較有成效地學習計算機編程語言的知識及基本操作，培養聽障學生建立基本工程設計的概念，使聽障學生能運用計算機仿真的手段將制定項目 設計構思以直觀形象表達 出來，同時聽障學生可用此方法完成自定義項目的練習。

（2）教學設計過程要根據聽障學生的生理特點和知識水平選擇教授知識的切入點，教師應“激活” 以符號為主要載體的書本知識，并對其進行個性化解讀和詮釋[6]。教授給 聽障學生學會選擇，正確使用，把學習內容分解成為一系列更易處理的單一子任務，從而使聽障學生獲得一種較為輕松的學習環境。感受到科學的有用和研究的

樂趣，在親歷體驗的過程中構建他們動態的知識體系，從而學會學習、樂于學習。

三 設計方法

1 課前準備

（1）教學點：流程圖設計與編寫計算機指令的關系及設計效果。

（2）構建計算機仿真技術支持的學與教實踐教學環境。

學生每人一臺教學計算機，在機器上裝有仿真教學輔助軟件。

學生自由組合組成練習小組，搭建實踐教學用仿真場地同時配備教學機器人一臺。

2 教學流程

（1）復習流程圖的基本知識。

（2）利用仿真教學平臺中流程圖設計子系統，建立指定項目的設計流程。觀察流程圖的設計過程與指定項目之間的邏輯關系，流程圖的圖示化選擇是否正確，并分析原因。

（3）觀察流程圖的圖形模塊所生成的計算機指令與單一指令設計的不同。

（4）將流程圖對應生成的計算機指令調入到計算機語言的編譯環境中，進行語法檢查，通過后，進入仿真。

例如：―― 設計一個《機器人走四邊形》的工程訓練項目，學習條件轉移語句的使用。

首先：拋開聽障學生不易明白的技術術語，以工程設計項目為方式，利用《聾教育仿真教學平臺》設計了流程圖與指令對應同時與所寫指令有明確執行效果的教學方法（見圖3）。

第二：對應學習計算機編程語言指令― 講解用while實現虛擬前行的方法，條件循環走正方形指令。

第三：指導學生利用教學軟件在計算機屏幕上利用圖形化C語言編譯環境工具完成指定教學科目的訓練，教授對應學習的手段和方法。讓學生了解語言編程的基本方法和調試手段。

3 教學過程

根據圖2我們可知，這是一個虛擬機器人運動的工程項目，我們將此單元課程設計為：

第一：設定工程目標： 虛擬機器人向前行走一段距離然后右轉,重復進行。

第二：選用流程圖與機器指令對應的設計方法講解計算機語言。

首先用圖形化編輯的方法列出流程圖，此時每一個流程圖形所對應的機器指令亦同時在屏幕上對應顯示出來。

第三：學習機器指令，講解使用方法。

第四：屏幕仿真，觀看設計結果。見圖4。若有誤差對應修改。

第五：保存結果。

四 小結

利用這種圖、文、做一體的簡便方式，聽障學生可以很清楚的看到計算機語言的編寫過程和機器指令的使用方法。針對結果中出現的問題可以很清楚地知道在何處修改，同時可實時看到修改的結果。用這種教學模式可使聽障學生的“入門” 階段的學習較輕松，技術溝通較容易，這樣便使他們對學習編程這門課程建立信心。用這種方法作為“入門”階段的的教學途徑，降低入門難度，從教學結果看聽障同學掌握較好，課堂氛圍輕松。

仿真技術用于聽障學生的計算機語言教學實際上是一個新的課題。本著淺顯易懂的教學理念，在教學時進行了如下設計：

第一：課前準備。將現代仿真技術成為聽障學生課堂教學的組成元素。創建一個新穎的實踐教學環境。減輕聽障學生學習難度, 樹立學習的信心。這樣可以減輕聽障學生學習計算機高級語言普遍存在的畏難情緒。

第二：從整個教學設計中關注學生自主參與，要照顧聾生的思維進程[7]，將合作學習貫穿在查找、收集、交流、構思（設計）和運行等各個教學環節之中，確立學生的主體地位，培養了合作精神。提倡項目式合作訓練，使學生把學習過程當成一種“游戲” ，輕松愉快，減輕了學習過程中的心理壓力。

第三：重視以發展的眼光來評價學生的設計，盡可能挖掘學生在學習中的閃光點，并給予充分的肯定，讓每個學

生都有成功的體驗，從而讓他們樹立信心，初步學會計算機語言的編程規律。 有一個良好的開端。

五 教學后記

通過教學輔具在聽障教學中的使用，以構建計算機仿真技術支持的學與教創新環境為出發點，利用計算機仿真的教學手段，同時運用身心障礙補償和技能訓練的方法，對有聽力障礙的學生進行現代技術知識的傳授。教師利用這一教學載體，通過機器人創新教育的教學訓練模式，力求解決聽障學生學習計算機語言“入門難” 的問題，聽障學生能借助此技術來改善學習境況，同時建立一種新的聽障教學的實踐模式。

特殊教育象征著一個社會的文明程度和發展水平，特教教學是一個復雜而細膩的過程, 教師的一個手勢，一個微笑，一句稱贊等各種表示都會對聾啞學生產生很大的影響，更由于聽障教學人文主義色彩較為濃厚，這種作用就更為重要。而我們在發展的同時要始終把握好一個原則，那就是技術只能是一種工具，無法代替人的情感因素。根據聽障學生認知活動的特點來選擇恰當的教學策略[8]。將情感因素帶入教學中，幫助聽障學生克服心理障礙，提高學習質量，達到最終教學目標。

參考文獻

[1] 杜平原, 吳超英. 信息技術環境下教學設計創新的構思[J]. 教育技術理論與實踐.2004.2:3-5

[2] 仲照東,李益明.機器人教學與高職創新教育[DB/OL].

[3] 山口熏,金子健.特殊教育的展望[M].遼寧: 遼寧師范大學出版社, 1996.

[4] （美）湯姆林森 著.多元能力課堂中差異教學[Z].劉頌譯.北京: 中國輕工業出版社, 2003. 9.

[5] 李明祥.聾校信息技術教育探索[OL].

[6] 胡波.基于新課程理念的現代教學設計[J]. 中國教育學刊, 2007, (3): 44－48.

[7] 張峰.聾校運用計算機輔助教學的幾點思考[OL].省略/runwen/xklw/xx/200703/144353.html.2007-03-09>

[8] 陳書爽.多媒體技術在聽障學生個性化教育中的支持性研究[OL].省略/xgjy/tsjy/jszx/jxyj/tzyj/200802/t20080227_446842.htm.2008-02-26>

The Design and Practice of Computer Programming Language Teaching for Deafness Students

HAN Yu-min

(Special Education College of Beijing Union University Beijing100075,China)

第7篇：計算機仿真技術學習范文

關鍵詞：計算機；大學物理；模擬仿真；理論教學

一、前言

在大學物理課堂教學中，計算機可以快速完成常規的計算并仿真模擬物理過程，強化教學效果，對培養學生的學習興趣、科學思維能力、探索發現和創新精神等能起到積極的作用[1]。

計算機仿真技術是一門基于計算機建立的系統模型進行動態研究的綜合性技術。20世紀初，仿真技術就已得到初步應用。20世紀40年代至50年代，航空航天和原子能技術的發展推動了仿真實驗技術的發展和應用。20世紀60年代之后計算機技術的發展，為仿真實驗提供了先進的平臺，加速了仿真技術的發展和應用[2][3]。

隨著仿真技術的發展，計算機仿真實驗應運而生。20世紀90年代初，國內部分高校和機構開始著手于計算機仿真實驗的研發。其中由科大奧瑞首創開發的計算機仿真實驗教學軟件大學物理仿真實驗，是國內最具權威的大學物理仿真實驗教學系統，已在國內外多所高校獲得應用。仿真物理實驗作為計 算機輔助物理實驗教學的一個發展方向，已經成為了大學物理實驗的一個新亮點。

二、仿真教學的研究

大學物理的理論教學與實驗教學同等重要。對于計算機專業的大學物理課程而言，仿真教學既可以成為教學內容也可以作為一種教學手段。仿真教學是利用計算機仿真技術，實現大學物理課程知識和計算機專業能力并重培養的過程。這樣，仿真教學拓寬了大學物理教學內容，把以教授知識為主的課堂教學轉變為教授知識和能力培養并重的課堂教學。

筆者結合近兩年在安徽信息工程學院（原安徽工程大學機電學院）計算機專業的大學物理教學實踐，總結其中存在的以下問題，也是促使課堂進一步實行仿真教學的原因。

（1）學生理科基礎薄弱。在工科專業中，計算機專業的學生的知識基礎相對較差，尤其是對數學、物理等理科基礎知識的掌握。仿真教學基于軟件平臺，其中核心的算法需要一定的數學基礎。而算法需要的基礎知識是應用層面的，比純粹的理論知識更容易接受，這也符合“通過做數學來學數學”的思想。因此，仿真教學反過來還可以鞏固和增強理科基礎知識的理解和應用。

（2）學生缺乏學習動機和學習興趣。大學物理作為高校理工科專業基礎課程，其重要性可見一斑。學生對基礎課程的認識不足，直接導致學習動機降低。仿真教學作為一種教學手段，既體現了大學物理的實用性，也加強了計算機專業實踐，能有效發揮學生的主觀能動性，增強學習動機和提高學習興趣。教學內容、方法和考核方式也會影響學生學習的動機和興趣。

（3）教學內容陳舊。大學物理的基本內容是幾十年甚至幾百年前就建立起來的，課本中研究的更是簡化了的、能用解析方法求解的典型問題。而實際問題是復雜的，且隨著科學技術的發展，人類對問題的認識也會發生改變。仿真教學具有交互性，可以開拓教學內容。因為物理仿真對象來源于實際，需要學生去生活中尋找和探究對應應用，然后結合大學物理理論知識進行模擬仿真，達到深化教學內容的目的。由于仿真需要一定計算機專業知識，這樣仿真教學也側面增強了專業知識的運用。

（4）教學方法傳統、考核評價方式單一。在教學中，筆者所在學校的大學物理依舊采用傳統的教學方法，即教師的單方面講授。即便采用了多媒體輔助教學手段，也僅僅停留在展示物理模型或過程的階段。一方面是由于大班教學的限制；另一方面，由于課時數量的縮減，使得講授成為一種高效傳授知識的方式。但這種教學方法效果不理想，課堂上普遍出現學生睡覺和玩手機的現象。針對計算機專業學生采取的課堂仿真教學，需要學生及時參與，結合一定的專業基礎理解和應用物理知識。仿真教學要求教師布置電子作業，需要學生投入更多課后時間去實踐，且由于作業加強了與專業課程知識的聯系，這樣就簡化了作業的操作性，但提高了作業的挑戰性、趣味性和創造性。

由于實際物理問題的復雜性，許多問題都要用到精確的數學計算。仿真教學充分利用了計算機的強大功能，豐富計算機輔助教學的內涵，使計算機不僅是教師的輔助教學工具，也是學生W習的工具和內容。筆者在課堂仿真教學上還參考了美國大學的多種教學方法。因為課堂教學不是一言堂，而是多言堂；不是單向灌輸，而是雙向甚至多向互動；不是單調、乏味的，而是生動、活潑，充滿生機活力的[4][5][6]。

三、仿真教學的改進措施

傳統大學物理的考核方式比較單一，針對計算機專業實施的仿真教學，筆者在考核方式上也進行了一系列改革。

傳統的大學物理教學內容、教學方法和考核評價形式均存在一定問題，對于計算機這種工科專業，學生會很難從大學物理這門基礎課程中受益，那么大學物理打基礎、搭橋梁的重要功能也就得不到體現。因此必須通過教學改革來改善這種局面，結合計算機專業特點進行的大學物理課堂仿真教學是一種有效嘗試。

1.仿真教學軟件

仿真教學基于軟件，以下是在大學物理課堂仿真教學中使用到的軟件。

（1）Flash。Flash是由Macromedia公司推出的交互式矢量圖和Web 動畫的標準，廣泛應用于創建應用程序，可以包含視頻、聲音、圖形和動畫。課堂教學中可使用Flash來創建多媒體課件中的動畫、視頻內容，也可以通過添加圖片、聲音、視頻和特殊效果，單獨構建Flash應用程序。在仿真教學中，Flash可以用來制作精美的動畫，添加到課件中，可形象模擬物理現象和過程[7]。

（2）Java。Java是一種面向對象的程序設計語言，具有通用性、高效性、平臺移植性和安全性等特點。目前，很多國家和機構都建立了基于Java技術的仿真實驗系統。如美國俄勒岡大學物理系主辦的物理仿真實驗網站和科羅拉多大學波德分校（University of Colorado Boulder）創辦的PhET網站，網站中的仿真項目均是基于Java語言編寫的。國內的華中科技大學李元杰教授組織構建的DTP（digital teaching of physics）也是基于Java語言的（如圖1所示）。

相對于Flash，Java_發更具交互性。對于計算機專業學生，Java更是一門需要學習和運用的語言。

（3）MATLAB。MATLAB是MathWorks公司出品的商業數學軟件，用于算法開發、數據可視化、數據分析以及數值計算，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。MATLAB的處理單元是矩陣，比用C、FORTRAN等語言完成相同的事情更簡便。Simulink提供了一個系統建模、仿真和綜合分析的集成環境。在該環境中，無需編寫大量程序，只需通過簡單的鼠標操作，即可構造出復雜的系統。比如在演示振動和波動的疊加時，用Simulink演示就比較直接方便。

Flash可以制作出精美的動畫，而MATLAB也有多種方式實現動畫效果[8]。因此，在仿真教學中，MATLAB不僅可以進行數值計算，也可以進行可視化模擬仿真（如圖2所示）。

（4）VRML。VRML即虛擬現實建模語言，可用于建立動態的虛擬世界。目前，國內有高校成功開發了基于VRML技術的三維仿真實驗中心。比如，華中科技大學開發的液壓元件裝拆實驗，學生可以在仿真的環境中認識和操作各零部件。虛擬現實技術作為第二代互聯網技術的重要基礎，已經引起越來越廣泛的關注和應用。比如，當前火熱的VR（虛擬現實）和AR（增強現實），對于計算機專業的學生，接觸并了解這類技術對專業學習是有益處的。

以上是大學物理仿真教學中可以運用和接觸了解的軟件，其他專業學科類的仿真軟件暫未涉及。

2.仿真教學內容

大學物理理論教學內容較多，但教學課時是有限的（筆者所在學院一學年安排96課時）。作為專業基礎課，大學物理還必須為后續專業課程學習打好基礎，因此仿真教學內容必須是精簡的、與專業緊密相關的內容。

物理研究的對象是物質（包括能量和場），因此仿真教學的內容也是客觀的物質。物理中關于物質運動的規律是經過抽象概括的，主要通過模型來描述。物理模型可以分為心理模型和概念模型。心理模型是學生腦海中建立的關于物理現象認識的模型，而概念模型是建立在物理概念之上的模型。學生的學習就是不斷克服和打破心理模型，接受概念模型的過程。而大學物理仿真教學的主要內容就是基本物理概念模型的仿真。

在仿真教學中，筆者把物理模型分為：運動類、能量類、振動類、波動類、熱學類、電磁場類和光學類等。根據仿真教學要求編制的教學大綱包含了具體的仿真教學模型和實現方式。

3.仿真教學實施

課堂仿真教學的實施，需要學生和教師雙方的參與。教學中，教師和學生均會面臨一些新的困難和挑戰，包括假設生成、模型設計、數據解釋以及對發現過程的自我監控等。因此，仿真教學需要建立有效的反饋機制，包括仿真教學在內容選擇以及過程設計上應該針對學習者的困難提供相應的學習支持，只有這樣才能真正發揮計算機模擬在學習中的優勢。

仿真教學的教學效果還需要建立評價機制，包括學生對教師的評價和教師對學生的評價。課程評價“本質上是一個確定課程與教學計劃實際達到教育目標的程度的過程”，是貫穿于課程實施全程并推進課程進展的內在動力， 也是連接課程目標與課程實施的橋梁。教師應根據教學評價結果，及時反復修改教學大綱，達到教學目的。

4.教學評價

教學的中心是學生，因此需要學生參與到教學評價中來。從學生角度，學生需要知道自己是否達到了學習的要求以及是否需要改進學習方法。因此需要教師對教學中學生學習情況進行評估，除了學校教務系統必須完成的學生對教師的評測以及平時的面談等形式外，還可以通過以下形式完成對仿真教學的評估。

（1）調查形式。調查是一種直接有效的檢驗學習效果的形式。包括：物理期望調查，對物理科學的認識信心的調查，科學觀點的調查以及其他內容調查。

（2）反饋形式。首先是組長收集組內成員（大約十名）對教師的測評表（結合由筆者制訂的教學目標），經過整理分析后，交給學習委員；其次是學習委員結合組長平時的表現，給組長收集的信息打可信度系數；最后把有系數的測評表交到筆者手里，完成學期反饋評估。

（3）作業形式。作業包括紙質作業和電子作業，且安排了分組。紙質作業主要是對課本習題的思考，對于有一定難度的習題，要求學生寫上自己對課堂仿真的思考、疑問或者對老師上課的意見等。電子作業是要求組內完成課堂上某個仿真程序的編寫和運行，其中均包含對仿真教學的反饋。

（4）報告形式。在每一學期教學中，安排PPT報告。根據課堂上的仿真教學，結合課本未講述的內容制作PPT并進行報告。報告要求分工合作， 其中包含對課堂仿真教學和教師的評價。

根據以上教學評估結果，對學生和教師學期表現進行綜合評價。

筆者針對計算機專業理科基礎薄弱、物理學習動機和興趣的缺乏、教學和考核方式單一、教學內容陳舊、理論與實踐脫節等問題，在大學物理課堂教學實施了仿真教學，同時改革了教學內容、教學方式和評價機制等。教學實踐表明，仿真教學精簡了大學物理理論知識內容，減輕了學生學習負擔；增強學生學習的動機，提高學生學習的興趣，參與課堂教學；加強了與專業的關聯性， 提高了學生的專業實踐能力。此教學研究將大學物理理論知識與計算機專業應相結合，強調了學科的實用性，推進應用型本科高校的改革。

參考文獻：

[1]吳能芝.計算機模擬輔助大學物理教學的研究[D].武漢：華中師范大學，2007.

[2]候彥慶.計算機仿真技術的應用與發展趨勢[J].信息通信，2016（2）：181-182.

[3]王子才.仿真技術發展及應用[J].中國工程科學，2003（2）：40-44.

[4]陳文彥，王栓宏.體驗美國大學的教學模式[J].中國大學教學，2013（5）：94-96.

[5]江 捷.美國大學多樣化教學方法的分析與啟示[J].教學研究，2012，35（2）：20-22.

[6]張曉玲.基于FLASH技術的大學物理仿真實驗的研究[D].武漢：華中師范大學，2007.

第8篇：計算機仿真技術學習范文

【關鍵詞】仿真技術；實踐教學；應用

中圖分類號：G64

文獻標識碼：A

文章編號：1006-0278（2015）04-143-01

目前鋼鐵行業受到行業背景的沖擊，出現了“寒冬”現象，企業效益和發展生存受到挑戰，對接收學生實習的積極性不斷下降，即使接收學生實習，時間也被大大縮短，冶金工程專業的學生在實習中企業很少給動手操作的機會，教學效果難以達到教學目標的要求。若將先進計算機仿真技術應用于實習教學環節中，能彌補傳統教學的不足之處。

一、仿真技術在實踐教學中的必要性

隨著計算機技術與網絡的發展，仿真技術運用在各個學科領域和工程技術項目當中，為推進科技進步和經濟發展起到了重要作用。同時，在高校實踐教學中的作用也十分的突出。以計算機和專用設備為工具，人在虛擬的環境中可以獲得和現實環境中相同的感受。并根據真實環境中的理論和實際操作情況在虛擬的環境中進行操作、驗證、設計、運行等教學方式。在教育教學中應用仿真軟件，對提高教學成效，促進教學相長有十分重要的意義。

目前，仿真技術主要應用于電子信息、機械加工、工程管理等相關專業的實踐教學，在冶金工程技術專業的應用還不是太廣泛。冶金工藝技術類課程是冶金技術專業的必修課程，該類課程主要特點是將原理整合到工藝中，在理解原理的基礎上制定合理的冶金工藝制度，解決實際生產問題。傳統的教學模式中，原理和工藝不能有效的融合在一起，原理苦澀難懂，工藝不能聯系實際生產情況。現代鋼鐵企業設備多，人員多、規模大，到冶金企業當中開展實踐教學會受到很多因素的影響與制約。學生無法接觸到大量實際操作，只能走馬觀花似的對冶金工藝流程及設備有表面的了解。在相關的課程教學中，僅僅依靠圖片、動畫、視頻資料是遠遠不夠的，所以教學效果并不理想。因此，改善教學方法和教學模式，加強仿真技術教學在冶金工程技術專業實踐教學中的應用是十分重要的。

二、仿真技術在實踐教學中的應用

傳統的實踐教學多為教師帶隊赴鋼鐵企業參觀認知實習，傳統的實踐教學很難保證實習的系統性。授課過程受到現場噪音、現場生產調度、設備和人身安全等因素的影響。在此就造成了不能保證每位學生都有足夠的時間詳細的了解每個生產環節的生產工藝及操作制度。學生在帶隊教師或現場人員的講解下被動接受知識，缺乏自主學習意識。同時，現場時間產生交通、住宿、廠方協商等多項費用，增加學生培養成本。因此在傳統實踐教學中操作和培訓的效率低，教師工作量大，教學成本高。

利用計算機仿真技術，進一步輔助教學，可實現同步教學，通用性強，經濟性良好。模擬仿真系統以計算機為平臺，配以豐富和真實的界面顯示，再現鋼鐵企業生產現場，搭建虛擬的燒結、煉鐵、煉鋼、精煉、連鑄、軋鋼等生產實踐平臺。學生進入平臺進行實踐學習，實現人機交互。可以使抽象的內容具體化，形象化，教學生動性得以加強。

在實習實訓教學中運用計算機仿真教學是解決上述問題的有效途徑。它可以有效的在計算機后臺集成各類生產工藝模型，進行數據模擬運算，建立合理的評價管理體系。采用三維技術、動畫技術等將現場工藝、設備逼真的呈現在計算機界面，極大的激發了學生學習興趣。增強了教學的生動性、直觀性和趣味性。可以建立完整的體系，教學時可以按照生產工藝先后順序、設備工作原理進行系統性講授。可以說，這是冶金專業教學方面的一條捷徑，可以投入較少的人力、物力出色的完成教學任務。

三、仿真實踐教學平臺功能

（一）豐富理論教學環節

仿真實踐教學平臺以冶金熱力學、動力學為基礎，將冶金原理與工業生產實際相結合，實現課本理論知識和實際操作的緊密結合。通過展示生動形象的動畫視頻資料刺激學生的感官，提高學生對生產操作的感性認識。在仿真實踐教學平臺中，知識的呈現多種多樣，有很多模塊和游戲，內容豐富；知識點難易程度適當，學生能夠輕易的理解很多鋼鐵方面的知識。在教學過程中完整地再現鋼鐵生產工藝流程，使學生愉快的完成學習任務。

（二）完善實踐教學環節

由于學生毫無生產實踐經驗，實習單位出于安全及經濟效益等諸多因素的考慮，不能讓學生進行現場體驗操作，實習效果大打折扣，實踐能力難以得到提升。針對以上問題，學院引入仿真實踐教學平臺，打破時間和空間的限制，為學生建立多維的專業實習平臺。在仿真實踐教學平臺中，學生自行設計生產工藝路徑和參數，學生能夠因變量錯誤或操作錯誤導致異常工況，便于學生提高分析問題、解決問題的能力。通過仿真實踐教學平臺，學生能掌握鋼鐵企業中各個崗位的操作技能，增加實踐能力和創新能力。

總之，冶金仿真實踐教學的這一新的教學模式的應用還在起步和研究階段，利用現有資源，只要積極思考在應用中產生的問題并加以分析解決，加之與理論知識有效結合和互補，一定會達到良好的教學效果。

參考文獻：

[1]卓偉偉，蹤波.網絡虛擬煉鋼大賽對于教學改革的意義[J]中國科教創新導刊，2013（14）.

第9篇：計算機仿真技術學習范文

關鍵詞:葉片零件;數控加工;計算機仿真;工藝設計;虛擬執行

引言

自上世紀中期MIT開發出第一代數控機床后，數控技術的伴隨著信息技術的發展已經帶動了國防工業、高端制造業的飛速發展，先進工藝的提升解決了傳統工藝無法滿足的制造條件。當前，國家提倡建設“智能制造”強國［1，4－5］，先進的數據化制造技術是未來實現工業4.0的基礎，計算機仿真技術作為數控技術研究的補充，對數控技術的研究提供完整、準確的數據環境，并且為制造執行過程提供數據分析，為研究人員驗證算法提供穩定的環境支撐［2－3］。葉片零件作為高端產品的核心部件，提升其精度、耐用度是產品競爭力的核心體現，主要體現在復雜產品空間自由曲面的加工精度以及后期人工修正的比率，當前國內對于葉片零件的加工主要采用數字機床，葉片零件加工的精度直接關系到最終產品的成敗，如XXX驅逐艦的國產化主要取決于國產數控技術的發展，提升了國產內燃機的強度，促進了大型軍艦國產化的進度。葉片零件的仿真技術主要通過計算機仿真工具對葉片加工過程進行模擬化，如采用計算機輔助制造技術(CAM)自動完成葉片加工路徑規劃、控制程序編輯以及校驗、加工以及裝配等整個流程的模擬仿真，并且通過記錄過程數據對整個流程關鍵點進行實時分析為制造人員提供關鍵數據支持。本文通過CAM軟件設計葉片零件的加工過程的仿真，并通過實際實驗進行仿真結果分析［18－22］。

1葉片零件數控加工仿真

1.1有限單元分析法介紹

隨著計算機仿真技術在工程設計、分析階段的應用，葉片零件在其加工前期會利用有限元理論進行受力實驗分析，對其后期加工成品后整體應力、加工誤差控制、表面質量提升等方面有質的提升。有限單元分析法是指將連續的整體單元通過離散成為有限數量(特定數量)的單元，而各個單元在邊界處即可相互連接，而對于結果分析是通過單元受力結果的集合進行綜合代替，該過程在工程力學的研究中被稱為是有限單元法，最終的實際結果是否準確取(接近實際物理結果)決于有限單元結構的選取以及單元網絡劃分是否準確，而在實際工程中，為了提升分析結果的準確性，往往通過提高單元數量來提升結果的精度，但是該方法是以增加計算開銷作為代價的。研究人員主要在確保滿足工程精度要求的前提下，降低目標對象的復雜度，從而縮短分析、計算的時間。本文采用Ansys軟件作為有限元分析工具，結合與CAD的三維模型數據的無縫接入，通過數據處理、計算分析以及結果處理三個階段完成工程過程分析。其流程如圖1所示。

1.2計算機輔助制造仿真

本文設計過程中采用UGNX的CAM模塊進行輔助制造仿真，主要包含人機交互的工藝參數輸入、刀具軌跡分析計算、刀具軌跡編輯、刀具軌跡仿真以及結果后處理程序構成。(1)工藝參數輸入:該單元利用人機交互界面，將設計過程中所相關的工藝參數作為輸入，包含毛坯、刀具、夾具等工藝參數數據;(2)刀具軌跡分析計算單元:該單元主要完成對工藝方法的制定，包含了業界主流的加工工藝，例如針對削鐵工藝，包含單向切、雙向切、環切等平面統削模式，并且利用投影法在刀面上通過控制刀具實現曲面加工;(3)刀具軌跡編輯單元:該單元主要針對在計算過程中出現的偏差問題進行臨時參數更改解決過程中的問題;(4)刀具軌跡仿真單元:該單元主要完成對目標過程的仿真，根據實際工程處理過程虛擬相關零部件完成正流程的仿真執行;(5)結果后處理程序:該單元主要針對仿真結果進行統計分析，并且調用系統工具將最終的執行程序生成所需的數控代碼［14－17］。其編程步驟如圖2所示。

1.3物理模型算法介紹

作為在數控加工過程中模擬葉片零件切割的過程，熱效應對葉片的生產過程有相對較高的影響，本文充分考慮了熱效應在葉片加工過程中的影響因素，如公式1所示為熱傳導效應表示:(1)其中:T為溫度;t為時間;ρ為密度;c為比熱;L為潛熱;λ為導熱系數;(x、y、z)為坐標;fs為固相的質量分數。通常難以計算定向凝固中的熱輻射，因為存儲每個表面因素對其他視覺因子所需的大量學習，本文中，采用蒙特卡羅方法得到的數值方法來處理定向凝固中的輻射，需要更少的記憶和更高的精度。然后，被切割的葉片單元表面i所包圍可劃分為具有相同數量n的常規離散空間單元，其溫度計算為包括的表面單元的平均值，之后可以計算名為i－j的特定空間單元與表面單元i之間的熱輻射如公式2所示。(2)其中:Ti為表面單元i的溫度;Ti－j為葉片表面單元i－j的溫度;Fi和Fi－j分別為兩個葉片單元表面的面積，s為Stefan－Boltzman常數。1.4葉片零件的數控加工仿真模型基于仿真系統工具的模型設計主要通過二次開發工具對葉片曲面特征函數進行編寫，通過計算求得曲面各個型質點出的曲率半徑，其程序設計如圖3所示。工過程中對發生干涉現象的參數進行微調即可，提升切削效率、在UGNX的CAM模塊中參數設置如圖4所示，主要對主軸轉速、快速進給率、切削進給率等進行了設置。通過調用以上算法程序對初始化參數進行執行，得出一組實驗數據，經過校驗處理，最終通過后處理程序進行處理形成數據代碼，如圖5所示。

2結論

本文主要從數控機床在葉片類零件設計過程中用到的仿真技術進行介紹，從有限元單元分析法、CAM技術以及模型構建等數控加工仿真等相關進行介紹，主要對葉片編程與加工過程仿真，葉片切削過程中的切削受力變形進行了較詳細的研究。

參考文獻

［1］劉玉波．高速銑削鎳基高溫合金復雜薄壁零件關鍵技術研究［D］．哈爾濱理工大學，2016．

［2］吳寶海，張瑩，張定華．基于廣域空間的自由曲面寬行加工方法［J］．機械工程學報，2011，(15):181－187．

［3］樊文剛，李建勇，蔡永林，馬麗梅．復雜曲面多點切觸加工特征參數線刀軌規劃［J］．西安交通大學學報，2012，(01):81－85．

［4］喬陽，艾興，趙軍，劉戰強．涂層硬質合金刀具銑削粉末冶金鎳基高溫合金時的失效機理［J］．北京工業大學學報，2011，(01):1－6．

［5］李堯，劉強，楊森，熊佳俊，皮世威，徐義平．一類流線型曲面高效數控銑削加工方法研究及應用［J］．航空制造技術，2016，(19):91－97．