虛擬模擬實驗主要研究方法

① 論網路虛擬模擬實驗中心建設研究與實踐

論網路虛擬模擬實驗中心建設研究與實踐

通過虛擬實驗教學管理系統，教師既可搭建典型實驗或調取實驗案例，網路虛擬模擬實驗中心建設研究與實踐該如何進行?

隨著計算機技術和網路技術的蓬勃發展，人們已無時無刻離不開網路。[1]在國內已有部分院校的實驗室引入了虛擬儀器系統，如上海復旦大學、上海交通大學、華中理工大學、廣州暨南大學等。未來的幾年內，我國將有50%的儀器為虛擬儀器。隨著微型計算機的發展，虛擬儀器將會逐步取代傳統的測試儀器而成為測試儀器的主流。

1 技術路線

隨著互聯網的發展，信息、消費、生產和智慧互聯，它給我們提供一種偉大精神，這種精神叫作合作共贏、共建共享。2016年某日，筆者在自助銀行遇見幾個外國人在那裡按來按去，不時發出各種疑問的聲音，似乎完不成他們想要的操作。想到他們一定是不會使用自動取款機，筆者便主動關切地問“Can I help you(需要幫忙嗎)?”，沒想到他們的回答讓筆者感到意外：“We are looking for restaurant(我們正在找飯店)。”幫他們找到想要的飯店後，筆者禁不住反思：既然自動取款機是聯網的，是不是也可以充分利用網路技術，進一步延伸其功能，查詢到附近的飯店、賓館等。甚至可以查詢到附近的學校，登錄它們的實驗中心。圖1為虛擬模擬實驗中心登錄頁面。

通過虛擬實驗教學管理系統，教師既可搭建典型實驗或調取實驗案例。方便地向學生布置實驗任務，還可在實驗結束後查看學生的實驗結果，給出實驗成績和評價。[2]

虛擬模擬實驗教學中心的建設，將部分單純演示性、驗證性的實驗教學內容以學生開展虛擬實驗為主;基本技能訓練和基礎實驗項目以虛擬實驗輔助實體實驗的開展，壓縮實體實驗室中有關實驗原理、實驗步驟、儀器設備使用、注意事項等的講授時間，進一步節約有限的`實驗學時，將更多的時間給學生動手實踐，節省下來的學時可以用來開設一些綜合性、設計性實驗和研究性實驗。典型實驗通常是由精通相關課程的教師設計的。要求學生在此基礎上進行實驗。可滿足教師對各層次實驗教學的需求。實驗模擬平台也為學生自由搭建實驗模擬提供了可能。學生既可通過實驗模擬平台動手操作，又可自主設計實驗，有利於培養設計能力和創新意識。與器材庫(或儀器、設備、材料庫)類似，虛擬實驗平台通常擁有一個器材欄。用於各類虛擬實驗器材的管理。學生可以把器材從器材欄中移到實驗台上，或者從實驗台上把器材收回到器材欄。

2 研究方法

行動研究法。嚴格地說，行動研究並不是一種獨立的研究方法，而是一種教育研究活動，是一種教師和教育管理人員密切結合本職工作綜合運用各種有效研究的方法，以直接推動教育工作的改進為目的的教育研究活動。課題組的成員來自學校一線工作者和學校的管理者，研究做到了學習、實踐、反思三者的結合，增強了課題成果的實際意義。[3]

調查研究法。調查國內外虛擬模擬實驗室的建立和使用情況，從中學習先進經驗和技術，避免在研究過程中走彎路。撰寫了調查研究報告。

文獻研究法。研究過程中，查閱大量文獻，借鑒同類課題的經驗和做法，為實驗得出定性結論起到重要作用。

比較研究法。本課題研究過程中，對資料的收集和分析進行了多方面的比較。一是學校的比較，各學段的比較等;二是類型的比較，智力與創造力的比較等;三是實驗效果的比較，例如在篩選材料過程中取捨的比較，同類統計資料在數據上的對比、推斷等。

個案研究法。科學地確定和研究典型個案進行研究是課題研究的捷徑，研究中，課題組提供多個成功的個案，比較各種優缺點，用以應用到本課題。[4]

3 模擬實例

單片機是電子信息類專業的必修課，其應用已涉及生活的方方面面。要想真正學以致用，需多學多練，掌握其編程技巧。以AT89C52單片機實現模擬電子琴為例，單片機擴展無源蜂鳴器實現電子琴功能。7個按鍵KEY1、KEY2、KEY3、KEY4、KEY5、KEY6和KEY7，分別對應7個音符，圖2為單片機模擬電子琴硬體電路。按下時蜂鳴器發出對應音調;還可以設計一個音樂自動播放功能，根據存入的樂譜進行循環播放。

4 結 論

建立開放式網上虛擬實驗室，運用虛擬現實技術模擬真實實驗。採用多媒體技術在計算機上建立虛擬實驗室環境，提供可操作的虛擬實驗儀器，使學生在互聯網上通過接近真實的人機交互界面完成實驗，同時提供網路實驗教學一體化的管理功能。這將是未來實驗教學的新方式。

② 什麼是虛擬模擬技術它有什麼特點和教學應用情境

虛擬現實是指用計算機生成的一種特殊環境，人可以通過使用各種特殊裝置將自己「投射」到這個環境中，並操作、控制環境，實現特殊的目的，即人是這種環境的主宰。基於虛擬現實技術的實踐訓練模式能夠以最短的時間、最小的成本獲得最佳的訓練效果，在這方面傳統的教學模式是無法企及的。

在教育環境中，AR已用於補充標准課程。文字，圖形，視頻和音頻可以疊加到學生的實時環境中。教科書，抽認卡和其他教育性閱讀材料可能包含嵌入的「標記」或觸發器，當被AR設備掃描時，它們會為以多媒體格式呈現的學生提供補充信息。學生可以成為主動的學習者，而不是被動的接受者，能夠與他們的學習環境進行互動。

③ 虛擬模擬實驗有哪些實驗方法

虛擬模擬實驗是指利用計算機技術和虛擬現實技術，將實驗對象的特性和過程模擬在計算機虛擬環境燃慧中，通過互動式的操作來進行實驗。虛擬模擬實驗有許多不同的實驗方法，下面列舉幾種常見的方法：

• 互動式實驗：用戶可以在虛擬環境中自由操作，觀察實驗現象，進行數據採集和分析，並對實驗參數進行調節橘段液和優化。

• 基於物理引擎的模擬實驗：利用物理引擎模擬物體的運動和互動，例如模擬汽車行駛、機器人運動、剛體碰撞等。

• 虛擬現實實驗：利用頭戴式顯示器等虛擬現實設備，將用戶置身於虛擬環境中，通過觸覺和視覺感受實驗的過程和結果。

• 三維可視化實驗：將實驗對象和過程用三維圖形的形式呈現，用戶可以通過旋轉、縮放等操作觀察和分析實驗現象。

• 模擬建模實驗：將實驗對象和過程用數學模型進行建模和模擬，通過對模型參數和輸入條件的變化，預測圓物實驗結果並進行優化。

以上是虛擬模擬實驗常見的幾種實驗方法，不同的方法適用於不同類型的實驗對象和實驗目的。

④ 虛擬模擬實驗技術包括哪些

虛擬模擬技術是一種利用計算機模擬技術，藉助圖形用戶界面來模擬真實世界情況，以便對現實世界中復雜的系統進行模擬和分析的技術。虛擬模擬技術可創建虛擬建築、機械、機械繫統、運輸系統和設計系統等，以便進行建模和分析。它還可以幫助企業優化設計流程，減少開發時間和成本，提高產品質量。
虛擬模擬技術類型：三維虛擬模擬：三維虛擬模擬是由計算機技術模擬和表示的空間中的實物模型，可以模仿出實物的外觀、顏色、結構、功能及其他特性。1、多媒體虛擬模擬：多媒體虛擬模擬是使用靜態圖像、動態圖像、音頻或視頻等多媒體技術，把事物的外觀、形狀、功能及其他特徵復鏈搏原精確地表示出來，從而創造出一個賦有多種屬性的「虛擬世界」。2、模擬技術：模擬技術是使用計算機模擬、建模和控制虧蔽真實系統的行為，以達到模擬真實系統運行的目的。3、銷喚州模擬模擬技術：模擬模擬技術是利用計算機模擬系統中的物理過程，重現現實環境中的狀態，從而達到對現實環境中狀態的模擬和控制的目的。
虛擬模擬技術應用方向：1、軍事和航空航天：虛擬模擬可以用於模擬機動性能、空氣動力特性和戰略行動，從而改善軍用器材的設計，推動軍事訓練技術的發展；2、醫學：虛擬模擬可以幫助醫生更好地了解病人的病情，更好地模擬手術過程，以及使用虛擬技術進行手術訓練；3、工程：虛擬模擬可以用於測試新設計、研發新產品，用於研究工程設計、試驗和性能測試，以及模擬系統的故障和運行狀況；4、教育：虛擬模擬可以用於教學和訓練，提高學習者的技能和知識，提高教學效率；5、建築：虛擬模擬可以用於測試建築物的結構安全性、外觀設計等；6、交通：虛擬模擬可以用於測試駕駛員的能力，模擬交通流量，模擬交通運行，以及測試路線規劃等；7、電子商務：虛擬模擬可以用於研究電子商務系統的設計和管理，以及模擬用戶行為；8、金融：虛擬模擬可以用於研究金融市場結構和運行狀況，並對投資組合進行模擬預測，以獲得更好的投資效果。

⑤ 多旋翼無人機裝配與群體協同虛擬模擬實驗

《多旋翼芹如無人機裝配與群體協同虛擬模擬實驗》

申報年份：2019年

申報類別：航空航天類

所屬學校：南京航空航天大學

項目負責人:雷磊

實驗設計層次：綜合設計型    

無人機集群是航空系統與信息技術高度交叉融合的前沿科技，已成為國防領域的研究熱點。涉及飛行器設計與工程、信息工程等傳統工科專業，對具備實踐能力的跨專業人才需求非常迫切。然而，無人機集群相關的實驗教學卻面臨著風險高、難度高、成本高的嚴重困難。針對上述問題，南京航空航天科技大學，帶著教學團隊核心來到南京恆點信息技術有限公司，恆點以相關科研和教學成果為基礎，遵照「能實不虛，虛實結合」的原則，雙方強強聯手，開發了《多旋翼無人機裝配與群體協同虛擬模擬實驗》項目。

多旋翼無人機裝配與群體協同虛擬模擬實驗，旨在學生掌握多旋翼無人機裝備參數與調試，無人機群群鏈路預算與組網，無人機集群協同與自主避障相關的技術原理和實驗方法。培養學生分析和解決工程的能力，本項目通過建模，為學生提供了虛擬的，面積約為64平方公開的某海島。上面有敵我雙方的軍事基地。我方基地有：無人機裝備實驗室，試飛場，以及14種多旋翼無人機組件，並且1：1還原了模型功能。

本次實驗一共包含了3個環節：

（1）多旋翼無人機裝備與參數調試

學生首先針對多旋翼無人機部件展開學習，然後，系統會隨機生成動力系統設計任務，學生線下計算並選擇合理的動力裝置，系統根據學生的選擇計算出動力性能指標。學生自主判斷是否達到設計要求，裝機、裝配、調試子環節，學生從備件庫中取出多旋翼無人機部件，並完成裝配。本環節引導學生開展容錯探究式自主學習，裝配過程中如果出現正反螺旋槳位置安裝錯誤，或者沒有正確調整GPS模塊的安裝方向，本項目不會中斷學生的實驗，在安裝完畢後，試飛過程中發生無人機側翻等事故，才會暴露錯誤。學生通過查閱「知視角」中的相關資料，自主探究錯誤原因，並返回裝配式重新調整。試飛成功後，學生依次對無人機PID控制系統的比例（P），積分（I），微分（D），參數進行調節，並且糾正無人機的「晃動」、「高頻抖動」、「漂移」、「回彈」，等錯誤狀態，直至無人機平穩飛行。最後提交本環節實驗結果。

（2）無人機集群鏈路預算與組網

系統隨機生成任務，學生線下計算無人機節點最小信號發送功率，並完成連通性測試，機間通信組網子環節，學生完成無人機集群，自組織時多分址組網協議時幀結構設計。開展網路性能測試與分析，並提交本環節實驗結慎局果，

（3）無人機集群協同與自主避障

虛擬力場探究，Boids模型給出了集群行為的三條寬首讓基本規則，放碰撞，速度匹配和聚合，虛擬立場法將Boids，對無人機集群節點運動的影響類比為，力對物體運動的影響。節點處在不同區域時虛擬立場的變化情況，觀察基於平行四邊形法則的虛擬力合成過程。通過科普華的類比，降低學生理解虛擬力場法的難度，協同自主避障，學生採用控制變數法，逐步分析各類虛擬力場參數取值，對無人機集群性能的影響，自主探究，使得無人機集群協同性能最優的參數聯合設計方案，最後提交本環節實驗結果。

本實驗要求學生開展容錯探究式自主學習，實驗成績評價重點，是學生分析和解決問題的能力，實驗報告中的解決方案或參數取值並不是唯一，系統可分別針對學生3個實驗環節的完成情況進行自動評分，最後再按照3個實驗環節分別佔30%，30%和40%的權重計算學生的最終實驗成績。

本實驗已在相關高校和行業內領先的科研院所得到應用，在南航老師和恆點公司的相互配合下，指導實驗教學項目開發，突出開發效率的同時，有效地保證實驗課件在功能性、兼容性、易用性以及美感等維度的品質，也為我國航空科研獻出綿薄之力。

⑥ 虛擬模擬技術可以用在哪些方面

虛擬模擬技術有著沉浸式體驗的本質性質，相當於說它能夠讓用戶充分的感受到自身開始置在模擬的場景中，並伴隨著模擬感受的影響而作出個人行為。而另一方面虛擬模擬技術有很好的沉浸式交互體驗，即用戶可以通過對周圍虛擬環境的變化感知，來進行動作並且與環境產生互相之間影響的操作結果。

⑦ 企業模擬實訓實驗有哪些

企業模擬實訓實驗是一種針對扒沒笑企業管理相關專業的教育教學方法，旨在通過對企業管理業務的模擬模擬，讓學生在春含虛擬的環境中體驗真實的企業管理操作和決策過程，以提高學生的實踐能力和綜合素質。

其主要目的在於：

1.增強學生的實踐能力：通過實踐操作，提高學生在企業管理方面的實踐能力和綜合素質，增強學生的實際應用能力，為將來就業打下堅實基礎。

2.提升學生的團隊協作能力：通過分組合作，培養學生的團隊合作能力，讓學生在實踐中學會合理分工、協作配合、互相溝通和協商等能力。

3.增加學生的就業競爭力：通過模擬企業管理過程，讓學生更好地了解企業管理的流程和業務，增強學生在就業市場上的競爭力。

企業模擬實訓實驗的內容一般包括以下幾個方面：

1.企業管理流程：通過模擬企業的各個管理環節，讓學生了解企業管理的流程和方法，包括企業策劃、組織、實施、監督、控制等環節。

2.企業決策模擬：通過模擬不同的企業經營環境和決策情況，讓學生在實踐中掌握企業決策的方法和技巧，了解不同決策對企業發展的影響。

3.企業運營管理：通過模擬企業的銷售、采購、生產等經營管理環節，讓學生了解企業的經營管理方式和管理技巧，提高學生的實踐操作能力。

4.企業財務管理：通過模擬企業的財務管理環節，讓學生了解企業的會計核算、財務分析、成本管理等內容，提高學生的財務管理能力。

5.企業市場營銷：通過模擬企業的市場營銷環節，讓學生了解企業市場營銷的方法和策略，提高學生的市場營銷能力。

通過企業模擬實訓實驗，學生可以在實踐操作中掌握企業管理的核心知識和技能，提高就業競爭力，更好地適應社會發展的需要。6.企業人力資源管理：通過模擬企業的人力資源管理環節，讓學生了解企業的招聘、培訓、績效管理、薪酬管理等內容，提高學生的人力資源管理能力。

7.企業戰略管理：通過模擬企業的戰略管理環節，讓學生了解企業的戰略規劃、競爭戰略、組織結構等內容，提高學生的戰略管理能力。

8.企業風險管理：通過模擬企業的風險管理環節，讓學生了解企業的風險評察悔估、風險控制、應急預案等內容，提高學生的風險管理能力。

9.企業創新管理：通過模擬企業的創新管理環節，讓學生了解企業的創新戰略、創新組織、創新流程等內容，提高學生的創新管理能力。

企業模擬實訓實驗通常採用虛擬模擬軟體，學生在計算機上進行實踐操作，可以模擬不同的企業管理場景，提高學生的實踐能力和創新能力。同時，企業模擬實訓實驗也可以採用實物模擬，讓學生實際參與到企業的管理過程中，體驗真實的企業管理環境，更好地掌握企業管理的實際操作和技能。

總之，企業模擬實訓實驗是一種非常有效的企業管理教育教學方法，可以提高學生的實踐能力、團隊協作能力和綜合素質，為學生的就業和職業發展打下堅實基礎。

⑧ 模擬的方法

主要是指建立模擬模型和進行模擬實驗的方法，可分為兩大類：連續系統的核宴模擬方法和離散事件系統的模擬方法（見模擬方法）。人們有時將建立數學模型的方法也列入模擬方法，這是因為對於連續系改睜銀統雖已有一套理論建模和實驗建模的方法，但在進行系統模擬時，常常先用經過假設獲得的近似模型來檢驗假設是否正確,必要時修改模型,使它更接近於真實系統。對於離散事件早或系統建立它的數學模型就是模擬的一部分。

⑨ 虛擬模擬技術在高職計算機網路基礎課程的應用研究論文

虛擬模擬技術已廣泛應用於高職計算機網路課程的教學中。本文簡介了虛擬模擬技術及其應用於計算機網路基礎課程的優勢，闡述了其在高職計算機網路基礎課程的課堂教學和實驗教學中的應用。

一、虛擬模擬技術的概述

虛擬模擬技術是將虛擬現實技術和系統模擬技術有機結合的一種新的實驗研究技術，人類、戰略性技術。藉助該技術可認識和改造世界，因而它有望成為繼數學推理、科學實驗之後又一虛擬模擬技術以多媒體技術、虛擬現實技術、網路通信技術等信息技術為基礎，構建一個與現實世界的物體和環境相同或相似的虛擬環境，如模擬器、模擬軟體、數學模型、模擬實驗等。其中虛擬模擬實驗在我國高職院校的教學中廣泛應用，已逐漸成為一種新的教學模式。

1.國內外虛擬模擬技術在教學中的應用

目前，國外虛擬模擬軟體主要包括多功能電路模擬實驗平台PSPICE、模擬和數字電路的.Tina Pro、用於電路描述和模擬的語言與模擬軟體Circuit Maker、模擬單片機Proteus、Cisco路由器和自定義網路拓撲結構及連接的Boson NetSim。在我國，北京郵電大學的電子信息虛擬模擬實驗教學中心有「開放式虛擬模擬實驗教學管理平台」、Packet Trace軟體、北京航天大學的分核跡橡布式虛擬環境、GMDSS模擬訓練實驗室、導航雷達模擬訓練中心等。

2.虛擬模擬技術應用於計算機基礎課程的優勢

通過實例操作演示非常抽象的概念，將抽象的網路概念具體化、形象化，為學生提供逼真生動的學習環境，加強老師與學生的互動，實現教與學雙向互動，提高學生的學習熱情和主動性。通過模擬實例的展示，為學生創造更多的實踐機會，不僅可以激發學生的求知慾望，幫助學生充分吸收和掌握教學內容，更能激發他們的創造動機和創造性思維。

二、虛擬模擬技術在高職院校計算機網路基礎課程的應用

1.虛擬模擬技術的應用，優化了網路課程實驗教學環境

目前，很多高職院校計算機硬體設備與軟體更新滯後，教師無法正常地開展實驗教學，只能通過視頻和文字等輔助資料來補充實際實驗的不足。虛擬化技術可以有效解決上述問題，通過虛改旁擬多種不同的計算機環境，學生可在一台計算機上完成伺服器與終端機之間的切換，並能使用不同的操作系統與應用程序來開展網路實驗。虛擬技術實現了改善高職計算機網路課程的實驗教學中教學環境、提高教育教學實效的目標。

2.虛擬模擬技術的應用，更新了實驗教學手段

高職教師們利用虛擬模擬技術實現了「一機多用」，有利於順利開展計算機網路基礎課程這一實踐性較強的課程，學生可以通過精確地操作某些系統或者軟體，了解其運行特徵和過程，並以此進一步加深對理論知識的理解，近距離觀察和分析實驗現象。

3.虛擬模擬技術的應用，緩解了實訓設備不足的難題

目前，在高職教育計算機網路課程的實訓設備嚴重短缺，而虛擬模擬技術讓虛擬實驗室成為現實，盡管不能州兄從根本上替代實際上的物理設備，但是學生可在虛擬機上做所有的操作實驗，將理論與實踐相結合，使學習更直觀，教學更真實，既保證了教學質量，又促進了學生實踐能力的培養。因此，虛擬模擬技術的應用，不僅解決了實驗實訓設備短缺的難題，又能更好地為高職教育培養更多的實用性人才助力。

三、結束語

綜上所述，現階段的高職院校計算機網路基礎課程的教學中仍存在著一些問題，將虛擬模擬技術與真實實驗相結合，可有效解決學校設備和場所短缺等問題，使學生通過虛擬模擬實驗教學掌握網路技術，提高學生的實踐能力和創新能力，提高學生的綜合運用計算機網路知識解決分析實際問題的能力，為社會培養出高水平高素質的復合型網路工程專業人才。

⑩ 虛擬實驗法和模擬實驗法的區別

虛擬實驗是指藉助於多媒體、模擬和虛擬現實等技術在漏敏散計算機上營造可輔助、部分替代甚至全部替代傳統實驗各操作環節的相關軟硬體操作環境，返氏實驗者可以像在真實的環境中一樣完成各種實驗項目，所取得的實驗效果等價於甚至優於在真實環境中所取得的效果。

虛擬實驗建立在一個虛擬的實驗環境(平台模擬)之上，而注重的是實驗操作的交互性和實驗結果的模擬性。 虛擬實驗的實現將有效緩解很多高校在經費、場地、器材等方面普遍面臨的困難和壓力，而且開展網上虛擬實驗教學能夠突破傳統實驗對「時、空」的限制，無論是學生還是教師，都可以自由、無顧慮地隨時隨地上網進入虛擬實拿正驗室，操作儀器，進行各種實驗，有助於提高實驗教學質量。