虚拟仿真实验主要研究方法

① 论网络虚拟仿真实验中心建设研究与实践

论网络虚拟仿真实验中心建设研究与实践

通过虚拟实验教学管理系统，教师既可搭建典型实验或调取实验案例，网络虚拟仿真实验中心建设研究与实践该如何进行?

随着计算机技术和网络技术的蓬勃发展，人们已无时无刻离不开网络。[1]在国内已有部分院校的实验室引入了虚拟仪器系统，如上海复旦大学、上海交通大学、华中理工大学、广州暨南大学等。未来的几年内，我国将有50%的仪器为虚拟仪器。随着微型计算机的发展，虚拟仪器将会逐步取代传统的测试仪器而成为测试仪器的主流。

1 技术路线

随着互联网的发展，信息、消费、生产和智慧互联，它给我们提供一种伟大精神，这种精神叫作合作共赢、共建共享。2016年某日，笔者在自助银行遇见几个外国人在那里按来按去，不时发出各种疑问的声音，似乎完不成他们想要的操作。想到他们一定是不会使用自动取款机，笔者便主动关切地问“Can I help you(需要帮忙吗)?”，没想到他们的回答让笔者感到意外：“We are looking for restaurant(我们正在找饭店)。”帮他们找到想要的饭店后，笔者禁不住反思：既然自动取款机是联网的，是不是也可以充分利用网络技术，进一步延伸其功能，查询到附近的饭店、宾馆等。甚至可以查询到附近的学校，登录它们的实验中心。图1为虚拟仿真实验中心登录页面。

通过虚拟实验教学管理系统，教师既可搭建典型实验或调取实验案例。方便地向学生布置实验任务，还可在实验结束后查看学生的实验结果，给出实验成绩和评价。[2]

虚拟仿真实验教学中心的建设，将部分单纯演示性、验证性的实验教学内容以学生开展虚拟实验为主;基本技能训练和基础实验项目以虚拟实验辅助实体实验的开展，压缩实体实验室中有关实验原理、实验步骤、仪器设备使用、注意事项等的讲授时间，进一步节约有限的`实验学时，将更多的时间给学生动手实践，节省下来的学时可以用来开设一些综合性、设计性实验和研究性实验。典型实验通常是由精通相关课程的教师设计的。要求学生在此基础上进行实验。可满足教师对各层次实验教学的需求。实验仿真平台也为学生自由搭建实验模拟提供了可能。学生既可通过实验仿真平台动手操作，又可自主设计实验，有利于培养设计能力和创新意识。与器材库(或仪器、设备、材料库)类似，虚拟实验平台通常拥有一个器材栏。用于各类虚拟实验器材的管理。学生可以把器材从器材栏中移到实验台上，或者从实验台上把器材收回到器材栏。

2 研究方法

行动研究法。严格地说，行动研究并不是一种独立的研究方法，而是一种教育研究活动，是一种教师和教育管理人员密切结合本职工作综合运用各种有效研究的方法，以直接推动教育工作的改进为目的的教育研究活动。课题组的成员来自学校一线工作者和学校的管理者，研究做到了学习、实践、反思三者的结合，增强了课题成果的实际意义。[3]

调查研究法。调查国内外虚拟仿真实验室的建立和使用情况，从中学习先进经验和技术，避免在研究过程中走弯路。撰写了调查研究报告。

文献研究法。研究过程中，查阅大量文献，借鉴同类课题的经验和做法，为实验得出定性结论起到重要作用。

比较研究法。本课题研究过程中，对资料的收集和分析进行了多方面的比较。一是学校的比较，各学段的比较等;二是类型的比较，智力与创造力的比较等;三是实验效果的比较，例如在筛选材料过程中取舍的比较，同类统计资料在数据上的对比、推断等。

个案研究法。科学地确定和研究典型个案进行研究是课题研究的捷径，研究中，课题组提供多个成功的个案，比较各种优缺点，用以应用到本课题。[4]

3 仿真实例

单片机是电子信息类专业的必修课，其应用已涉及生活的方方面面。要想真正学以致用，需多学多练，掌握其编程技巧。以AT89C52单片机实现模拟电子琴为例，单片机扩展无源蜂鸣器实现电子琴功能。7个按键KEY1、KEY2、KEY3、KEY4、KEY5、KEY6和KEY7，分别对应7个音符，图2为单片机模拟电子琴硬件电路。按下时蜂鸣器发出对应音调;还可以设计一个音乐自动播放功能，根据存入的乐谱进行循环播放。

4 结 论

建立开放式网上虚拟实验室，运用虚拟现实技术模拟真实实验。采用多媒体技术在计算机上建立虚拟实验室环境，提供可操作的虚拟实验仪器，使学生在互联网上通过接近真实的人机交互界面完成实验，同时提供网络实验教学一体化的管理功能。这将是未来实验教学的新方式。

② 什么是虚拟仿真技术它有什么特点和教学应用情境

虚拟现实是指用计算机生成的一种特殊环境，人可以通过使用各种特殊装置将自己“投射”到这个环境中，并操作、控制环境，实现特殊的目的，即人是这种环境的主宰。基于虚拟现实技术的实践训练模式能够以最短的时间、最小的成本获得最佳的训练效果，在这方面传统的教学模式是无法企及的。

在教育环境中，AR已用于补充标准课程。文字，图形，视频和音频可以叠加到学生的实时环境中。教科书，抽认卡和其他教育性阅读材料可能包含嵌入的“标记”或触发器，当被AR设备扫描时，它们会为以多媒体格式呈现的学生提供补充信息。学生可以成为主动的学习者，而不是被动的接受者，能够与他们的学习环境进行互动。

③ 虚拟仿真实验有哪些实验方法

虚拟仿真实验是指利用计算机技术和虚拟现实技术，将实验对象的特性和过程模拟在计算机虚拟环境燃慧中，通过交互式的操作来进行实验。虚拟仿真实验有许多不同的实验方法，下面列举几种常见的方法：

• 交互式实验：用户可以在虚拟环境中自由操作，观察实验现象，进行数据采集和分析，并对实验参数进行调节橘段液和优化。

• 基于物理引擎的仿真实验：利用物理引擎模拟物体的运动和互动，例如模拟汽车行驶、机器人运动、刚体碰撞等。

• 虚拟现实实验：利用头戴式显示器等虚拟现实设备，将用户置身于虚拟环境中，通过触觉和视觉感受实验的过程和结果。

• 三维可视化实验：将实验对象和过程用三维图形的形式呈现，用户可以通过旋转、缩放等操作观察和分析实验现象。

• 仿真建模实验：将实验对象和过程用数学模型进行建模和仿真，通过对模型参数和输入条件的变化，预测圆物实验结果并进行优化。

以上是虚拟仿真实验常见的几种实验方法，不同的方法适用于不同类型的实验对象和实验目的。

④ 虚拟仿真实验技术包括哪些

虚拟仿真技术是一种利用计算机仿真技术，借助图形用户界面来模拟真实世界情况，以便对现实世界中复杂的系统进行模拟和分析的技术。虚拟仿真技术可创建虚拟建筑、机械、机械系统、运输系统和设计系统等，以便进行建模和分析。它还可以帮助企业优化设计流程，减少开发时间和成本，提高产品质量。
虚拟仿真技术类型：三维虚拟仿真：三维虚拟仿真是由计算机技术模拟和表示的空间中的实物模型，可以模仿出实物的外观、颜色、结构、功能及其他特性。1、多媒体虚拟仿真：多媒体虚拟仿真是使用静态图像、动态图像、音频或视频等多媒体技术，把事物的外观、形状、功能及其他特征复链搏原精确地表示出来，从而创造出一个赋有多种属性的“虚拟世界”。2、仿真技术：仿真技术是使用计算机模拟、建模和控制亏蔽真实系统的行为，以达到模拟真实系统运行的目的。3、销唤州模拟仿真技术：模拟仿真技术是利用计算机模拟系统中的物理过程，重现现实环境中的状态，从而达到对现实环境中状态的模拟和控制的目的。
虚拟仿真技术应用方向：1、军事和航空航天：虚拟仿真可以用于模拟机动性能、空气动力特性和战略行动，从而改善军用器材的设计，推动军事训练技术的发展；2、医学：虚拟仿真可以帮助医生更好地了解病人的病情，更好地模拟手术过程，以及使用虚拟技术进行手术训练；3、工程：虚拟仿真可以用于测试新设计、研发新产品，用于研究工程设计、试验和性能测试，以及模拟系统的故障和运行状况；4、教育：虚拟仿真可以用于教学和训练，提高学习者的技能和知识，提高教学效率；5、建筑：虚拟仿真可以用于测试建筑物的结构安全性、外观设计等；6、交通：虚拟仿真可以用于测试驾驶员的能力，模拟交通流量，模拟交通运行，以及测试路线规划等；7、电子商务：虚拟仿真可以用于研究电子商务系统的设计和管理，以及模拟用户行为；8、金融：虚拟仿真可以用于研究金融市场结构和运行状况，并对投资组合进行模拟预测，以获得更好的投资效果。

⑤ 多旋翼无人机装配与群体协同虚拟仿真实验

《多旋翼芹如无人机装配与群体协同虚拟仿真实验》

申报年份：2019年

申报类别：航空航天类

所属学校：南京航空航天大学

项目负责人:雷磊

实验设计层次：综合设计型    

无人机集群是航空系统与信息技术高度交叉融合的前沿科技，已成为国防领域的研究热点。涉及飞行器设计与工程、信息工程等传统工科专业，对具备实践能力的跨专业人才需求非常迫切。然而，无人机集群相关的实验教学却面临着风险高、难度高、成本高的严重困难。针对上述问题，南京航空航天科技大学，带着教学团队核心来到南京恒点信息技术有限公司，恒点以相关科研和教学成果为基础，遵照“能实不虚，虚实结合”的原则，双方强强联手，开发了《多旋翼无人机装配与群体协同虚拟仿真实验》项目。

多旋翼无人机装配与群体协同虚拟仿真实验，旨在学生掌握多旋翼无人机装备参数与调试，无人机群群链路预算与组网，无人机集群协同与自主避障相关的技术原理和实验方法。培养学生分析和解决工程的能力，本项目通过建模，为学生提供了虚拟的，面积约为64平方公开的某海岛。上面有敌我双方的军事基地。我方基地有：无人机装备实验室，试飞场，以及14种多旋翼无人机组件，并且1：1还原了模型功能。

本次实验一共包含了3个环节：

（1）多旋翼无人机装备与参数调试

学生首先针对多旋翼无人机部件展开学习，然后，系统会随机生成动力系统设计任务，学生线下计算并选择合理的动力装置，系统根据学生的选择计算出动力性能指标。学生自主判断是否达到设计要求，装机、装配、调试子环节，学生从备件库中取出多旋翼无人机部件，并完成装配。本环节引导学生开展容错探究式自主学习，装配过程中如果出现正反螺旋桨位置安装错误，或者没有正确调整GPS模块的安装方向，本项目不会中断学生的实验，在安装完毕后，试飞过程中发生无人机侧翻等事故，才会暴露错误。学生通过查阅“知视角”中的相关资料，自主探究错误原因，并返回装配式重新调整。试飞成功后，学生依次对无人机PID控制系统的比例（P），积分（I），微分（D），参数进行调节，并且纠正无人机的“晃动”、“高频抖动”、“漂移”、“回弹”，等错误状态，直至无人机平稳飞行。最后提交本环节实验结果。

（2）无人机集群链路预算与组网

系统随机生成任务，学生线下计算无人机节点最小信号发送功率，并完成连通性测试，机间通信组网子环节，学生完成无人机集群，自组织时多分址组网协议时帧结构设计。开展网络性能测试与分析，并提交本环节实验结慎局果，

（3）无人机集群协同与自主避障

虚拟力场探究，Boids模型给出了集群行为的三条宽首让基本规则，放碰撞，速度匹配和聚合，虚拟立场法将Boids，对无人机集群节点运动的影响类比为，力对物体运动的影响。节点处在不同区域时虚拟立场的变化情况，观察基于平行四边形法则的虚拟力合成过程。通过科普华的类比，降低学生理解虚拟力场法的难度，协同自主避障，学生采用控制变量法，逐步分析各类虚拟力场参数取值，对无人机集群性能的影响，自主探究，使得无人机集群协同性能最优的参数联合设计方案，最后提交本环节实验结果。

本实验要求学生开展容错探究式自主学习，实验成绩评价重点，是学生分析和解决问题的能力，实验报告中的解决方案或参数取值并不是唯一，系统可分别针对学生3个实验环节的完成情况进行自动评分，最后再按照3个实验环节分别占30%，30%和40%的权重计算学生的最终实验成绩。

本实验已在相关高校和行业内领先的科研院所得到应用，在南航老师和恒点公司的相互配合下，指导实验教学项目开发，突出开发效率的同时，有效地保证实验课件在功能性、兼容性、易用性以及美感等维度的品质，也为我国航空科研献出绵薄之力。

⑥ 虚拟仿真技术可以用在哪些方面

虚拟仿真技术有着沉浸式体验的本质性质，相当于说它能够让用户充分的感受到自身开始置在模拟的场景中，并伴随着模拟感受的影响而作出个人行为。而另一方面虚拟仿真技术有很好的沉浸式交互体验，即用户可以通过对周围虚拟环境的变化感知，来进行动作并且与环境产生互相之间影响的操作结果。

⑦ 企业仿真实训实验有哪些

企业仿真实训实验是一种针对扒没笑企业管理相关专业的教育教学方法，旨在通过对企业管理业务的仿真模拟，让学生在春含虚拟的环境中体验真实的企业管理操作和决策过程，以提高学生的实践能力和综合素质。

其主要目的在于：

1.增强学生的实践能力：通过实践操作，提高学生在企业管理方面的实践能力和综合素质，增强学生的实际应用能力，为将来就业打下坚实基础。

2.提升学生的团队协作能力：通过分组合作，培养学生的团队合作能力，让学生在实践中学会合理分工、协作配合、互相沟通和协商等能力。

3.增加学生的就业竞争力：通过模拟企业管理过程，让学生更好地了解企业管理的流程和业务，增强学生在就业市场上的竞争力。

企业仿真实训实验的内容一般包括以下几个方面：

1.企业管理流程：通过模拟企业的各个管理环节，让学生了解企业管理的流程和方法，包括企业策划、组织、实施、监督、控制等环节。

2.企业决策模拟：通过模拟不同的企业经营环境和决策情况，让学生在实践中掌握企业决策的方法和技巧，了解不同决策对企业发展的影响。

3.企业运营管理：通过模拟企业的销售、采购、生产等经营管理环节，让学生了解企业的经营管理方式和管理技巧，提高学生的实践操作能力。

4.企业财务管理：通过模拟企业的财务管理环节，让学生了解企业的会计核算、财务分析、成本管理等内容，提高学生的财务管理能力。

5.企业市场营销：通过模拟企业的市场营销环节，让学生了解企业市场营销的方法和策略，提高学生的市场营销能力。

通过企业仿真实训实验，学生可以在实践操作中掌握企业管理的核心知识和技能，提高就业竞争力，更好地适应社会发展的需要。6.企业人力资源管理：通过模拟企业的人力资源管理环节，让学生了解企业的招聘、培训、绩效管理、薪酬管理等内容，提高学生的人力资源管理能力。

7.企业战略管理：通过模拟企业的战略管理环节，让学生了解企业的战略规划、竞争战略、组织结构等内容，提高学生的战略管理能力。

8.企业风险管理：通过模拟企业的风险管理环节，让学生了解企业的风险评察悔估、风险控制、应急预案等内容，提高学生的风险管理能力。

9.企业创新管理：通过模拟企业的创新管理环节，让学生了解企业的创新战略、创新组织、创新流程等内容，提高学生的创新管理能力。

企业仿真实训实验通常采用虚拟仿真软件，学生在计算机上进行实践操作，可以模拟不同的企业管理场景，提高学生的实践能力和创新能力。同时，企业仿真实训实验也可以采用实物仿真，让学生实际参与到企业的管理过程中，体验真实的企业管理环境，更好地掌握企业管理的实际操作和技能。

总之，企业仿真实训实验是一种非常有效的企业管理教育教学方法，可以提高学生的实践能力、团队协作能力和综合素质，为学生的就业和职业发展打下坚实基础。

⑧ 仿真的方法

主要是指建立仿真模型和进行仿真实验的方法，可分为两大类：连续系统的核宴仿真方法和离散事件系统的仿真方法（见仿真方法）。人们有时将建立数学模型的方法也列入仿真方法，这是因为对于连续系改睁银统虽已有一套理论建模和实验建模的方法，但在进行系统仿真时，常常先用经过假设获得的近似模型来检验假设是否正确,必要时修改模型,使它更接近于真实系统。对于离散事件早或系统建立它的数学模型就是仿真的一部分。

⑨ 虚拟仿真技术在高职计算机网络基础课程的应用研究论文

虚拟仿真技术已广泛应用于高职计算机网络课程的教学中。本文简介了虚拟仿真技术及其应用于计算机网络基础课程的优势，阐述了其在高职计算机网络基础课程的课堂教学和实验教学中的应用。

一、虚拟仿真技术的概述

虚拟仿真技术是将虚拟现实技术和系统仿真技术有机结合的一种新的实验研究技术，人类、战略性技术。借助该技术可认识和改造世界，因而它有望成为继数学推理、科学实验之后又一虚拟仿真技术以多媒体技术、虚拟现实技术、网络通信技术等信息技术为基础，构建一个与现实世界的物体和环境相同或相似的虚拟环境，如模拟器、仿真软件、数学模型、仿真实验等。其中虚拟仿真实验在我国高职院校的教学中广泛应用，已逐渐成为一种新的教学模式。

1.国内外虚拟仿真技术在教学中的应用

目前，国外虚拟仿真软件主要包括多功能电路模拟实验平台PSPICE、模拟和数字电路的.Tina Pro、用于电路描述和仿真的语言与仿真软件Circuit Maker、仿真单片机Proteus、Cisco路由器和自定义网络拓扑结构及连接的Boson NetSim。在我国，北京邮电大学的电子信息虚拟仿真实验教学中心有“开放式虚拟仿真实验教学管理平台”、Packet Trace软件、北京航天大学的分核迹橡布式虚拟环境、GMDSS模拟训练实验室、导航雷达模拟训练中心等。

2.虚拟仿真技术应用于计算机基础课程的优势

通过实例操作演示非常抽象的概念，将抽象的网络概念具体化、形象化，为学生提供逼真生动的学习环境，加强老师与学生的互动，实现教与学双向互动，提高学生的学习热情和主动性。通过仿真实例的展示，为学生创造更多的实践机会，不仅可以激发学生的求知欲望，帮助学生充分吸收和掌握教学内容，更能激发他们的创造动机和创造性思维。

二、虚拟仿真技术在高职院校计算机网络基础课程的应用

1.虚拟仿真技术的应用，优化了网络课程实验教学环境

目前，很多高职院校计算机硬件设备与软件更新滞后，教师无法正常地开展实验教学，只能通过视频和文字等辅助资料来补充实际实验的不足。虚拟化技术可以有效解决上述问题，通过虚改旁拟多种不同的计算机环境，学生可在一台计算机上完成服务器与终端机之间的切换，并能使用不同的操作系统与应用程序来开展网络实验。虚拟技术实现了改善高职计算机网络课程的实验教学中教学环境、提高教育教学实效的目标。

2.虚拟仿真技术的应用，更新了实验教学手段

高职教师们利用虚拟仿真技术实现了“一机多用”，有利于顺利开展计算机网络基础课程这一实践性较强的课程，学生可以通过精确地操作某些系统或者软件，了解其运行特征和过程，并以此进一步加深对理论知识的理解，近距离观察和分析实验现象。

3.虚拟仿真技术的应用，缓解了实训设备不足的难题

目前，在高职教育计算机网络课程的实训设备严重短缺，而虚拟仿真技术让虚拟实验室成为现实，尽管不能州兄从根本上替代实际上的物理设备，但是学生可在虚拟机上做所有的操作实验，将理论与实践相结合，使学习更直观，教学更真实，既保证了教学质量，又促进了学生实践能力的培养。因此，虚拟仿真技术的应用，不仅解决了实验实训设备短缺的难题，又能更好地为高职教育培养更多的实用性人才助力。

三、结束语

综上所述，现阶段的高职院校计算机网络基础课程的教学中仍存在着一些问题，将虚拟仿真技术与真实实验相结合，可有效解决学校设备和场所短缺等问题，使学生通过虚拟仿真实验教学掌握网络技术，提高学生的实践能力和创新能力，提高学生的综合运用计算机网络知识解决分析实际问题的能力，为社会培养出高水平高素质的复合型网络工程专业人才。

⑩ 虚拟实验法和模拟实验法的区别

虚拟实验是指借助于多媒体、仿真和虚拟现实等技术在漏敏散计算机上营造可辅助、部分替代甚至全部替代传统实验各操作环节的相关软硬件操作环境，返氏实验者可以像在真实的环境中一样完成各种实验项目，所取得的实验效果等价于甚至优于在真实环境中所取得的效果。

虚拟实验建立在一个虚拟的实验环境(平台仿真)之上，而注重的是实验操作的交互性和实验结果的仿真性。 虚拟实验的实现将有效缓解很多高校在经费、场地、器材等方面普遍面临的困难和压力，而且开展网上虚拟实验教学能够突破传统实验对“时、空”的限制，无论是学生还是教师，都可以自由、无顾虑地随时随地上网进入虚拟实拿正验室，操作仪器，进行各种实验，有助于提高实验教学质量。