虛擬仿真技術教學范文

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隨著社會的發展和進步,人們的生活水平和生活質量都得到了很大的改善,因此,對醫學的發展也提高了關注。目前,醫學教學觀念和教學模式都發生了很大的轉變,學校也開始了對高素質人才的有效培養和教學,其中,虛擬仿真技術是醫學教學中的重要手段和方式,對傳統的醫學實驗教學提出了很大的改進。虛擬仿真技術對推動醫學教學改革、創新教學模式和培養學生的綜合技能都有著重要的作用和影響。本文主要介紹了虛擬仿真技術的概念,并分析了虛擬仿真技術在醫學實驗教學中的具體應用。

關鍵詞:

虛擬仿真技術；醫學；實驗教學

隨著科學技術的迅速發展,醫學實驗教學方面出現了許多的新技術和應用,對醫學教學產生了很大的影響。其中虛擬仿真技術是目前比較先進的技術應用,且獲得了廣泛的應用和發展,特別是對計算機技術和多媒體技術的應用,提高了醫學實驗的教學質量,創新了醫學實驗教學的模式。虛擬實驗教學是一種在計算機技術基礎上發展起來的情景模擬技術,能夠讓用戶體驗到一種身臨其境的感覺,實現和具體的情景接觸,產生一定的體驗,為實際的操作提供一定的基礎。

1虛擬仿真技術的概述

虛擬仿真技術是在計算機技術的基礎上發展起來的新興的科學技術,是指利用多媒體技術的結合,創造形成一個有視覺、聽覺和觸覺的虛擬現實環境,讓用戶體驗到一種身臨其境的感覺。在這個虛擬的環境中,用戶能夠感受到空間中客體的存在,也可以和虛擬空間中的客體進行相關的互動,這項技術的應用,主要是加快用戶對相關知識的認識效率。虛擬仿真技術涉及的方面比較多,主要包括計算機技術、多媒體技術、網絡技術和人工智能技術等,另外,還有計算機的圖像處理和模式的識別等,是現代仿真技術的有效發展和外延[1]。虛擬仿真技術的主要特點就是,讓用戶獲得真實的體驗,和虛構的客體進行交互,并產生一定的想象。在虛擬的空間中,實驗人員可以進行和現實世界中同樣的活動和實驗,而且受到的外界影響因素比較小,實驗產生的效果也更好一些。特別是在醫學教學中的應用,能夠有效的提高學生的實踐能力和創新能力,因此,虛擬仿真技術的應用具有重要的意義。

2虛擬仿真技術在醫學實驗教學中的應用

虛擬仿真技術的發展和應用對醫學實驗教學產生了很大的影響,特別是對傳統的醫學實驗教學方式和實驗模式進行了很大的改進。傳統的醫學實驗教學中,缺少實驗的設備和實驗的客體,學生的實際操作能力得不到有效的鍛煉,所以,對學生的學習和操作能力培養不到位[2]。虛擬仿真技術的應用為學生進行實驗操作提供了一定的基礎,也實現了對學生的有效培養。目前虛擬仿真技術在醫學實驗教學中的優勢主要體現在以下四個方面。

2.1虛擬仿真技術改善了醫學實驗教學設備在醫學實驗教學中,對設備的要求比較高,主要包括一些實驗用的動物或者尸體、實驗用到的儀器和設備以及相關的實驗經費等,都對實驗教學的有效進行產生了一定的影響。隨著社會的發展,解剖學在目前獲得了很大的發展,也是醫學教學中最基礎和最重要的課程,所以,一定的實驗設備在教學中是非常關鍵的,對教學的有效性影響也很大。目前,虛擬仿真技術的廣泛應用和發展,很好的解決了醫學實驗教學中的這些問題,不但豐富了實驗教學設備,學生可以利用虛擬的“尸體”進行操作和實踐,也很好的鍛煉了學生的實踐動手操作能力。

2.2虛擬仿真技術能夠提高學生的興趣虛擬仿真技術能夠為學生提供相關的實驗環境,創造一定的基礎性實驗條件,同時,還能夠實現學生在虛擬的空間環境中和客體進行有效的交流,提高學生對相關內容的認識和理解。虛擬仿真技術在醫學試驗教學中的應用,能夠將聲音、圖像和相關的多媒體演示功能進行結合,豐富實驗教學過程和教學內容,充分的提高了學生的興趣[3]。同時,將具體的教學內容變得形象和生動,而且有一定的視覺沖擊力,方便了學生的理解和掌握,因此,提高了實驗教學的效率和質量。比如,在進行細胞膜的教學時,可以利用虛擬仿真技術建立細胞結構,動態化的展示,可以讓學生更好的觀察和學習。

2.3虛擬仿真技術突破了時間和空間上的限制虛擬仿真技術的應用,對傳統的醫學實驗教學產生了很大改變,打破了時間和空間上的限制,學生可以通過虛擬仿真技術對動物的內部結構進行有效的觀察,以及實現動態化的觀察[4]。比如要了解一些藥物的成分和產生的身體反應,在傳統的教學中,通過一定的講述過程是無法實現有效教學的,學生也難以理解。因此,虛擬仿真技術的應用,實現了這些過程的快速進行和變化,同時,將這些反應過程和變化情況能夠清晰的表現出來,幫助學生進行學習和理解。

2.4虛擬仿真技術避免了在具體實驗中的危險情況醫學實驗過程存在一定的危險性,會對人體的健康產生一定的危害,比如一些感染性的疾病等。所以,隨著虛擬仿真技術在實驗教學中的應用,避免了學生和實驗對象的直接接觸,而是通過虛擬的方式產生實驗的客體,所以,不需要考慮實驗過程中產生一些危險性的因素,因此,對相關的實驗進行有很大的幫助。除此之外,虛擬仿真技術也很好的幫助學生積累了臨床經驗,有效的鍛煉了學生的實際操作能力,有利于學生的綜合水平提高和發展。

3結語

隨著虛擬仿真技術的發展和應用,改善了醫學實驗教學,虛擬仿真技術的應用,加深了學生對于醫學知識的認識和理解,提高了醫學實驗教學的質量和效率。另外,虛擬仿真技術打破了時間和空間上的限制,完善了實驗教學的設備,并有效的避免了在試驗中的不安全因素,對醫學實驗教學具有重要的意義。

參考文獻

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篇2

【摘 要】隨著社會科學技術的快速發展，電子科技也在不斷更新，并且逐漸滲透到社會的各個領域，虛擬仿真技術在中職學校也得到了廣泛的運用和發展，取代了大部分電子設計。電子技術是一門實踐性很強的學科，對學生的要求也很高。在中職學校，電子技術在教學中的應用也存在著一些問題，本文針對中職學校電子技術教學對虛擬仿真技術運用的現狀，分析了虛擬仿真技術在中職學校電子技術教學中的不足和優勢。

關鍵詞 虛擬仿真技術；中職；電子技術；教學應用

中圖分類號：G718.3 文獻標識碼：A 文章編號：1671-0568（2015）20-0122-02

電子技術是一門專業技能課，它在中職學校中的快速發展，不僅推動了現代教育的進步，而且還提高了中職的教學水平和質量、學生的學習興趣，豐富了課堂知識內容。在電子技術教學中，應用虛擬仿真技術是把理論和實踐相結合的重要方法，也是讓學生們提高綜合素質的重要方式。

一、虛擬仿真技術的概念

虛擬仿真技術是虛擬系統對真實系統的模仿，在電子技術教學中一直被使用，是電子計算機發展過程中研究出來的新方法。隨著科技的飛速發展，虛擬仿真技術也在不斷變革，并漸漸成為不可缺少的一部分。

二、虛擬仿真技術的應用現狀

在虛擬仿真技術不斷發展的情況下，該技術在實踐應用中開始普及，虛擬仿真技術在電子技術教學中，已經成為教學的重要教學工具，其他很多行業也在開始引進虛擬仿真技術。虛擬仿真技術到目前為止，一直使用的是Multisim仿真軟件，并且該軟件已經更新到了EWB5.0，這個軟件是建立在PC平臺上的一個圖形操作界面，模仿一個真實版的電子電路實驗臺，可以對所有工作臺進行操作和指揮，體驗真實的電子電路實驗。目前，我國普遍采用的是EDA軟件，主要是對電子電路進行分析、設計和仿真。

三、虛擬仿真技術在教學中的應用

1.理論教學。理論教學是電工電子教學中不可缺少的一部分。理論教學可以使學生有足夠的專業理論知識，為實踐教學打下基礎。專業理論課一般比較枯燥無味，有些學生基礎比較差，比較薄弱，就沒有很大的興趣，老師教起來就相對來說比較困難，而且還影響教學效果。隨著虛擬仿真技術的發展，課堂上漸漸地引進了這項技術，在進行理論講解的同時，利用仿真技術進行多媒體演練，把理論教學中抽象的概念形象化、簡單化、直觀化。例如：在基本放大電路中，對靜態工作的選擇，直接影響到放大器的性能。一般在理論課上，學生都會利用公式進行推理，這樣就不能深刻理解，會對基本放大電路的知識掌握不好。但是，通過虛擬仿真的演示，學生很直觀地去了解和認識；在模擬電子線路中，三根管的公式是：Ie=Ic+Ib，在理論教學中都是用表格的方式列出相應的數據，證明是很多實驗之后的出來的結果，學生只有死記硬背，沒有真實體驗，所以用虛擬仿真的技術，讓學生們自己動手去驗證公式的到來，這樣就會更容易牢記。

2.實踐教學。電子技術教學更注重實踐，是一門實踐性很強的課程。在實驗過程中安全第一，但是也避免不了出現一些意外，存在很多安全隱患。而虛擬仿真技術只需要在計算機房就可以完成實驗，可以避免安全隱患的發生。虛擬仿真技術可以讓學生不受任何因素的限制，只要有計算機就可以完成實驗，可以更好地把理論和實踐相結合，提高學生的應用能力和課堂效果。例如：實踐工作中沒有邏輯轉換儀器，但是仿真技術中有，在數學電路中，利用邏輯轉換儀器，將邏輯電路和邏輯表達方式、真值表之間進行轉換，可以讓學生學習起來更加方便。

四、虛擬仿真技術在中職電子技術教學中的意義

1.虛擬仿真技術在教學環境中創造了很多種場景，讓教學環境多元化，因為仿真技術具有交互性強、生動形象等特殊特點，可以把各種各樣的假設模型通過系統更直觀的讓學生們看到各種假設所出現的結果，提高學生的創新能力和創新思維。這樣課堂就不會枯燥無味，學生們就會更加積極地參與到課堂中。例如，在學習《彩色電視機原理及維修》時，可以借助多媒體信息軟件，為學生展示電視劇發展的歷程，講解彩色電視機市場的特點，結合實際生活，提問“自己家中使用的電視劇是什么樣的”，形成互動型教學模式。所以，虛擬仿真技術不僅能夠使學生掌握專業的技能知識，還能激發學生對專業知識的興趣，還能有效地提高課堂效率。

2.在傳統實訓教學中，學生和教師反映適應性差是普遍問題之一，其只要因素是硬件設備。仿真技術使用廣泛，兼容性強，適用于教學的全過程，并且不受專業技術、學科類別的影響，如電子專業的實訓項目教學、基礎實驗等，都可利用具有仿真功能的通用型軟件Protel和Multisim來完成。

3.仿真技術不僅僅可以解決實訓費用過高的問題，還能夠降低環境污染、意外問題的發生。在傳統的操作系統中，經常會有危險的環節，而仿真技術可以提前讓學生掌握其流程，減小危險事故的發生，可以使學生放心大膽地去完成每一個試驗。

五、虛擬仿真技術在中職電子技術教學中存在的問題

雖然虛擬仿真技術改善了教學手段，豐富了教學內容，但是教學中完全使用仿真技術會大大降低學生對真實元器件的封裝、檢測的認識度，降低對儀器的操作能力和削弱對電子產品的布線能力、安裝調試能力等。為了避免這種現象，必須采取兩種相結合的方法，在強調仿真技術對教學的輔的同時，還要強調實際動手能力的重要性，兩者有效結合。對仿真實驗合理地安排，提供科學、合理的仿真實驗，讓學生多自己動手設計、制作，提高學生的動手能力。

六、虛擬仿真技術在中職電子技術教學中應用方法的研究

1.仿真技術與經濟發展緊密結合。目前，大多數仿真技術軟件都是外國開放的，這些軟件不僅價格昂貴，而且不適合我國的教育發展。所以我國應該建立仿真技術服務平臺，研究開發適合我國教育發展的仿真軟件，開發仿真軟件要緊密的與經濟發展相結合，跟上科技發展的腳步，全力開發先進的、適用的、全面覆蓋的仿真技術。

2.仿真技術的標準化、規范化。許多中職學校在自行研發仿真技術軟件，但是到目前為止沒有一個統一的標準。所以對仿真技術要標準化，學生的使用要流程化、對軟件的設計要規范化，把仿真技術和多媒體技術緊密結合，提高仿真技術在中職電子技術教學中的教學質量。

3.堅持虛實結合。雖然仿真技術能夠很大程度的提高學生的理解能力和動手能力，但是仿真技術缺乏實物感，與真實的實驗不一樣。比如：在網絡實訓中，利用到的一些設備路由器、交換機等，雖然在仿真技術中學生都會使用，但是實物和仿真存在著差異，會導致在實物訓練中無從下手。所以，應該合理的安排仿真實驗，有計劃地進行實訓，把仿真技術和實物訓練結合在一起，提高教學的質量和效果。

隨著科學技術的發展，虛擬仿真技術在我們生活用廣泛使用，在中職電子教學技術中也具有重要的意義。它使理論教學概念變得生動化、形象化，不僅創新了電子技術教學的模式，而且還提高了學生的電子技術綜合能力，使學生對專業理論知識更加深入的掌握。學生通過實踐，形成了一定的創新意識和思維想法，為未來的工作和發展奠定了基礎。

參考文獻：

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篇3

關鍵詞：虛擬仿真技術；數控技術專業；數控仿真軟件；中職學校

中圖分類號：G642

1虛擬數控仿真系統

虛擬數控技術是利用計算機來模仿真實的數控設備工作環境和工作過程的一門技術。它以計算機仿真和數控加工技術為基礎，集計算機圖形學、人工智能、網絡技術、多媒體技術和虛擬現實技術為一體，在虛擬的條件下，對數控設備的工作過程和環境進行全面的仿真。目前國內外研究人員在加工過程仿真方面做了許多工作，如美國Maryland大學開發了用于培訓數控操作人員的虛擬數控機床仿真器。同濟大學研制的數控程序微機動畫仿真系統。清華大學CIMS工程研究中心開發的“通用加工過程仿真器”等等，但目前的虛擬系統都屬于幾何仿真的范疇，將刀具與零件視為剛體，不考慮切削參數、切削力及其他物理因素對切削加工的影響，只是對數控程序進行翻譯，產生刀具位置數據，并以此數據驅動機床運動部件和刀架運動，對工件進行虛擬切削，同時檢查是否有干涉和碰撞。未來虛擬數控技術的主要發展方向是向物理仿真發展，包括加工精度分析，切削過程的熱變形，切削力作用下的系統彈性變形、夾緊變形，以及機床的動態和靜態分析等。

2虛擬數控仿真系統在中職數控教學中的應用

2.1傳統數控實訓教學中存在的問題

職業教育以崗位需求和職業能力為本位，突出實踐技能的訓練。目前很多學校都投入購置了數控設備，雖然數控機床的數量增加了很多，但仍不能滿足實訓教學的需要，教學只能“在黑板上開機床，在練習本上編工藝”；學生從理論學習轉入實際操作缺少中間過渡環節，實訓的危險性增加；實訓教師在現場指導多名學生同時操作時，環境嘈雜，且很多學生圍著一臺機床，教學效果不好；數控機床結構復雜緊湊，學生在學習過程中觀察了解機床的工作狀態和工作原理及機床的機構時，觀察角度受到限制等等?；谶@些在實訓教學中存在的問題，我們利用計算機虛擬現實技術，對數控機床的工作過程和環境進行全面的仿真,開發了《虛擬數控機床仿真實訓與考核系統》。

2.2利用虛擬仿真技術實現的數控加工仿真教學系統

《虛擬數控機床仿真實訓與考核系統》總體上設計了三個部分，即學習幫助、仿真實訓和仿真考核。

學習幫助部分是入門學習的資源庫,包括了自動操作、手動操作和學生難以掌握的對刀操作的過程。軟件的核心部分是采用虛擬現實技術實現的仿真實訓與考核部分，對機床、工件和刀具進行了三維實體造型，通過實體間的布爾運算來實現整個數控加工過程的仿真，系統采用OPEN GL作為圖形開發引擎，使動態仿真過程變得流暢，實現了機床操作全過程仿真和加工運行的全環境仿真。學生根據圖紙確定加工工藝、編制好程序后，就可以在平臺上輸入程序，完成對刀及零件加工的全部工作。

圖2虛擬數控仿真系統

軟件針對中職學生的特點，注重過程性，強調細節，增加了安全性訓練和工藝性訓練功能。比如背吃刀量是根據機床、工件和刀具的剛度決定的，當加工不同的材料時，其取值是不同的，學生往往給出很大的背吃刀量，而這在實際的機床上加工時，是非常危險的，我們的軟件中充分考慮了這一點，教師可以根據加工需要來設置背吃刀量，當學生給出的數值過大時，系統就會提示，并停止運行，讓學生養成正確的加工習慣。

考核平臺，可利用試題生成工具生成試題，通過考試服務界面導入到系統，還可以導入報名表、進行成績處理等。系統通過網絡能夠對實操的全過程進行考核，對編程中出現的語法錯誤和操作運行時發生的碰撞進行檢測并扣分，考試結束后學生可查詢什么地方出現了錯誤以及扣掉了多少分。

軟件通過三個平臺的設置，學生在訓練的過程中發現的問題，可以在學習平臺上找到答案，之后還可以通過考試系統檢驗自己學習的效果，使學生能夠自主學習、獨立操作和自我測評。

3基于《虛擬數控機床仿真實訓與考核系統》課堂教學模式實驗

為了檢驗基于《虛擬數控機床仿真實訓與考核系統》的教學模式對數控技術專業教學的應用效果，選取了《數控設備與編程》，這一中職數控技術專業的主干課程。該課程在內容相同的情況下，采用《虛擬數控機床仿真實訓與考核系統》后，在沈陽市裝備制造工程學校的教學課時數從原來的160學時減少為120學時。我們選取開設同樣課程、學生總體水平相同的兩個班級作為實驗研究對象，實驗班為09數控1班，對照班為09數控3班，兩個班均為38人，其中實驗班采用基于《虛擬數控機床仿真實訓與考核系統》的課堂教學模式，對照班采用傳統教學模式。

通過一學年教學實踐，《數控設備與編程》課程對照班與實驗班教學情況如表1所示：

表1數控教學情況對比分析表

班級 09數控3班38人（對照班） 09數控1班38人（實驗班）

理論教學學時 54 54

實驗教學學時 16 6

實訓教學學時 3周 2周

總教學學時 160 120

教學組織形式 傳統的集體授課 基于數控仿真軟件的小班小組教學

教學模式 理論課 教師講解，并運用有相關示意圖演示，學生聽、記。 基于虛擬仿真軟件的數控課課堂模式

實驗課 采用先在黑板上理論講解，再動手操作。 小組探究，仿真展示、驗證，動手操作。

實訓課 采用教師指導，學生操作練習。 教師布置項目，學生自主探究、仿真驗證、操作練習。

實驗班和對照班數控專業技能考試后測對比分析如表2所示：

表2控制班與實驗班數控專業后測情況對比分析表

09數控3班38人

（對照班） 09數控1班38人

（實驗班）

數控編程正確率 61％（23人） 79％（30人）

操作撞刀 17人次 5人次

工件合格率 53％（20人） 76％（29人）

4結語

《虛擬數控機床仿真實訓與考核系統》在數控教學實踐中起到了很好的助學和助教的作用，受到老師和學生的歡迎。系統彌補了實訓設備的不足，節約了大量的實訓材料的投入；仿真系統作為學生從理論學習轉入實際操作過程的中間過渡環節，降低了實訓的危險性；仿真軟件通過三維建模，可以放大、縮小、隨意旋轉查看機床，直觀、清晰，有良好的助教功能，改善了教學效果；學習平臺的設立有助于引導學生自主學習，激發學生的學習興趣。比如一個學生，學完數控車床的操作后，對仿真操作產生了濃厚的興趣，自己學習了數控銑床的相關知識，編程加工出了自己的名字；對于數控操作中的難點，采用信息技術進行“虛擬現實”的仿真教學，不僅可提高操作學習的安全性，也很容易讓技能操作符合規范；仿真系統擴展了課堂容量，提高了教學質量。信息化教學資源的應用打破了傳統以教師為“中心”或“標準”的“說教”式教學模式，換之以師生互動、共同探究的“引導式”教學模式，師生之間變得平等。相互尊重的氛圍，極大地調動了學生的學習興趣，提高了課堂教學質量。

數控仿真軟件將課堂教學的知識點和實踐教學的實訓點整合在一起，改變了傳統教學模式，讓學生在做中學、在學中做，使我們的數控教學取得了事半功倍的效果。

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篇4

關鍵詞：虛擬仿真；Matlab；電力電子技術；實驗實訓

中圖分類號：G642.0文獻標志碼：A文章編號：1674-9324（2016）02-0134-02

作者簡介：王波（1982-），男，浙江義烏人，博士研究生，副教授，研究方向：電工、電子和自動化

一、引言

電力電子技術是目前最活躍、發展最快的一門新興學科，且廣泛應用于工業、交通、IT、通信、國防以及民用電器、新能源發電等領域，它的應用領域幾乎涉及國民經濟的各個工業部門。

二、電力電子技術課程教學現狀

當前高職院校基本都采取理論教學加實踐操作的模式進行電力電子技術課程的教學。首先，講解電力電子器件的工作原理、特性以及使用方法；然后對各種變流電路（包括整流、逆變、斬波和交流變換等）的電路構成、工作原理和波形等進行分析；最后在實驗實訓臺上進行實操、搭建電路、觀察波形等進行驗證。電力電子技術課程本身屬于電類各專業課程中較難的課程之一，教學對象又為高職學生，他們理論基礎差，計算能力弱，因此教學重心一定偏向實操。然后，在對電力電子電路進行實驗實訓分析的過程中，由于電力電子器件具有非線性等特點以及電力電子電路的復雜性，造成實驗實訓結果不明顯，單從示波器顯示波形不能很好地檢測電路的正確性。而且電力電子技術的實驗實訓都涉及到220V或者380V的高電壓，具有一定的危險性。往往造成學生實驗實訓項目做得迷迷糊糊，不知道結果是否正確，即使知道錯誤了也很難進行排故，導致學生學習興趣減低，形成惡性循環。

三、虛擬仿真技術在電力電子技術教學中的應用

虛擬仿真技術是近年來隨著計算機技術迅猛發展而逐步形成的一類實驗研究的新技術，它在各類專業各種類型的課程當中被廣泛應用。虛擬仿真技術的優點主要有：（1）實驗硬件門檻低，基本不需要專業的實驗設備，只需要普通計算機即可；（2）實驗過程安全可靠，不涉及高電壓、高電流；（3）實驗過程迅速、結果清晰明顯，能快速地在計算機屏幕上顯示所需要的所有結果，一目了然；（4）糾錯排故簡單，基本的仿真實驗修改只需要在仿真環境下進行器件或者連接的修改。鑒于以上優點，虛擬仿真技術在電力電子技術課程實驗當中進行應用十分合適，并能有效地提高電力電子技術課程的教學效果。目前，可對電力電子電路及系統進行虛擬仿真的軟件較多，如Matlab、Pspise、Saber以及Multisim等。這些模擬仿真軟件的出現，為電力電子電路及系統的分析提供了方便、有效的手段，大大簡化了電力電子電路及系統的設計和分析過程。其中Matlab軟件由于其Simulink環境下提供的SimPow-erSystems工具箱在電力系統分析、電力電子電路分析中令人滿意的表現、友好的界面和模塊化的形式受到廣大用戶的青睞。根據電力電子技術課程教學的要求，結合課程實驗操作內容，我們設計、建立并實現了涵蓋高職教學要求的十五個電力電子技術Matlab仿真項目。下面以直流升壓斬波電路為例，詳細介紹使用Matlab軟件進行模擬仿真的方法和步驟。

四、仿真實例

本節以直流升壓斬波電路為例，詳細介紹使用Matlab軟件進行電力電子電路仿真的方法和步驟。直流升壓斬波電路是典型的直流斬波電路之一，它通過電容、電感元件的儲能以及電力電子器件（此處使用IGBT）的通斷控制，使負載上得到比電源電壓高的電壓。根據電路原理圖，在Matlab的Simulink中建立直流升壓斬波電路仿真模型，步驟如下：

1.仿真平臺建立。啟動MATLAB，進入MATLAB環境，點擊工具欄中的Simulink選項，進入所需的仿真環境，點擊File/New/Model新建一個仿真平臺。

2.模塊提取。在Simulink環境中拉取所需要的模塊到仿真平臺中，具體做法是點擊左邊的器件分類，電力電子仿真實驗一般只用到Simulink和SimPowerSys-tems兩個，分別在它們的下拉選項中找到我們所需的模塊，用鼠標左鍵點擊所需的模塊不放，然后直接拉到仿真平臺中。

3.仿真模型建立。將提取的各模塊，按照原理圖布局好位置并進行連線。具體做法是移動鼠標到一個模塊的連接點上，會出現一個“+”字型光標，按住鼠標左鍵不放，一直拉到所要連接的另一個模塊的連接點上，放開左鍵，連線就完成了。

4.參數設置。參數設置分為模塊參數設置和仿真參數設置。模塊參數設置如下：直流電壓源的幅值設置為100V。電阻負載設置為1Ω?？刂泼}沖電壓由脈沖發生器產生，電壓幅值設置為3V，周期設置為0.001S，脈沖寬度比的大小設置可改變輸出負載電壓的大小。IGBT、功率二極管、信號分解器、電感和電容可保持默認設置。示波器根據需要輸出的波形個數設置輸入端口數。仿真參數設置如下：將開始時間設置為0，終止時間設置為0.01，算法設置為ode23tb。

5.仿真。完成以上步驟后便可以開始仿真，仿真結束后雙擊示波器觀察波形。直流升壓斬波電路在控制脈沖電壓寬度比為80%和40%時的仿真波形如圖3所示，與理論分析值一致。五、小結虛擬仿真技術隨著計算機技術的發展在近些年得到了長足的發展，越來越多的課程在教學中引入了虛擬仿真技術，它對課程教學效果的提供具有較大的作用。文章在分析教學現狀的基礎上，引入了使用Matlab軟件的虛擬仿真技術，并以直流升壓斬波電路為例，詳細介紹使用Matlab軟件進行電力電子電路仿真的方法和步驟。

參考文獻：

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篇5

【關鍵詞】三維虛擬仿真；高等職業教育；實驗實訓

The Researching in The Three-dimensional Virtual Simulation Technology Applied in Higher Vocational Education Teaching

ABSTRACT：This paper expounds the three-dimensional virtual simulation technology application in each industry，analysis of the virtual simulation technology in higher vocational teaching in urgent need and application prospect，the three-dimensional virtual simulation technology application in higher vocational teaching existing problems，put forward recommendations.

KEY WORDS：Three-dimensional virtual simulation；Higher vocational teaching；Experiment and Practice

1.前言

三維虛擬仿真技術在國外一些發達國家得到非常重視，在教育、科學研究、工業、交通、軍事、航空等領域得到大量的開發和應用。韓國三星公司早已采用仿真虛擬技術在其網站上進行新產品展示；英國陸虎汽車也采用了人性化的仿真虛擬技術向客戶提供模擬車型體驗；雪佛蘭樂馳品牌的官方網站上提供了該車型生動有趣的360?虛擬體驗窗口；美國先靈葆雅公司出品的抗過敏藥開瑞坦在廣告中將三維虛擬技術應用于廣告人物形象。

在我國，三維虛擬仿真技術也正在蓬勃發展。在這領域做出杰出貢獻的單位代表有中視典數字科技有限公司和上海景格汽車科技有限公司。中視典數字科技有限公司于2002年注冊于深圳高新技術園區，先后研發的產品有：虛擬現實編輯器、三維網絡平臺、工業仿真平臺等。這些虛擬仿真軟件能夠滿足不同領域不同層次對虛擬現實的需求。上海景格汽車科技有限公司，是近幾年新崛起的一家專業從事多媒體仿真系統、教學軟件開發等業務的高科技企業。該公司自主研發的數字化汽車實訓中心具有強大的三維仿真虛擬功能。

綜上所述，三維虛擬仿真技術已廣泛應用于教育教學培訓及實驗實訓、軍事訓練及軍事仿真演習、商業產品介紹及廣告宣傳等各行業。然而，三維虛擬仿真技術應用于教育教學的情況尚處于自發的狀態，尚未形成完善的、良性循環的、自覺開發和應用的體制，尤其在高等職業教育方面的應用，更是存在著許多問題。

因此，開展三維虛擬仿真技術應用于高職教學的研究，便顯得迫在眉睫以及具有深遠的意義。

2.高職教育的現狀突出顯示了實驗實訓設備不足的問題

高等職業教育的現狀突出顯示了實驗實訓設備不足的問題。這問題從以下兩方面進行闡述。

（1）高等職業教育的辦學定位，決定了在人才培養過程中，需要大量的與社會生產實際相符的實訓實驗設備。

高等職業教育是國民教育體系中高等教育的一種類型和層次，是和高等本科教育不同類型不同層次的高等教育。高等職業教育的人才培養目標是培養生產、經營、管理與服務一線的高等技術應用型人才，培養模式為“以能力為中心”，強調職業性和適應性。這種辦學定位具有以下幾個特征：以培養適應生產、建設、管理、服務第一線需要的高等技術應用型人才為根本任務；以社會需求為目標、技術應用能力的培養為主線設計教學體系和培養方案；以“應用”為主旨構建課程和教學內容體系，基礎理論教學以應用為目的，以“必需、夠用”為度；專業課加強針對性和實用性；實踐教學的主要目的是培養學生的技術應用能力，在教學計劃中占有較大比例。

高等職業教育的辦學定位決定了在人才培養過程中，需要大量的與社會生產實際相符的實訓實驗設備。

（2）高等職業教育辦學規模及在校學生總數的大幅擴大，迫切需要與之配套的大量實訓實驗設備。

1995年深圳職業技術學院的創辦，標志著中國高等職業教育的起步。十多年，我國高等職業教育實現了跨越式的發展。如今高職教育已迅猛發展成為中國高等教育的“半壁江山”。近這兩三年，我國高等職業院校在數量上已基本穩定，在辦學規模方面，許多院校正在加快擴大發展，然而辦學規模及在校學生總數的大幅擴大，給辦學條件帶來很大的壓力。尤其突出的是實驗實訓設備的不足與在校學生快速增長的矛盾。

3.三維虛擬仿真技術應用于高職教學的分析

高等職業教育的辦學定位及發展現狀，迫切需要與之配套的大量實訓實驗設備，然而，這些設備大多數都是比較昂貴，高等職業院校的辦學經費相當有限，能在這方面的投入更是不足。如何更好地解決實驗實訓設備不足的問題，成為當今高等職業教育最關心的問題之一。

三維虛擬仿真技術是一種采用以計算機技術為核心的現代高科技手段生成逼真的視、聽、可操控性一體化的特定范圍的虛擬環境，用戶借助必要的設備（鼠標、方向盤等外部配件）以自然的方式與虛擬環境中的對象進行交互作用、相互影響，從而產生親臨真實環境的感受和體驗。

三維虛擬仿真技術應用于高職教學的方案是應用三維虛擬仿真技術開發出實驗實訓設備的仿真系統，將該仿真系統安裝在許多計算機上，讓學生在計算機上進行仿真操作實訓，待熟練后再安排少量時間到真實設備上進行實訓。該教學解決方案主要優勢表現為：

1）仿真系統運行操作平臺是計算機，不受場地限制。

2）仿真系統表現效果更為優美、逼真，具有很強的交互性，走進三維虛擬仿真中的虛擬環境，恰如身臨其境。

3）大多數真實的實訓設備比個人計算機昂貴。該教學解決方案可以做到每個學生使用一臺計算機進行獨立操作實訓，對于給每一個學生購買一臺真實的實訓設備，將大幅減少經費的投入。

4）該教學解決方案，可做到每個學生使用一臺計算機進行獨立操作實訓，教師可進行聯網教學，提高了教學效率。

5）該教學解決方案，相對于學生一開始就直接到真實的設備上進行實訓，大幅降低了危險性以及設備損耗率。

三維虛擬仿真技術應用于高等職業教育，就教學效率、技術先進性、資源利用、經濟投入、節能環保方面，順應國家關于職業教育的發展方向及職業教學理念，在整個教學過程貫穿了數字化教學方法，使學校教學資源充分利用。三維虛擬仿真技術應用于高等職業教育，有諸多優勢表現，可以大幅減少真實的實驗實訓設備的投入，能夠很好地解決高職教育中實驗實訓設備不足的問題。

4.三維虛擬仿真技術應用于高職教學的成功案例

筆者工作所在單位廣西電力職業技術學院，我校的豐田花冠A245E自動變速器實訓設備只有5臺，隨著我校汽車類專業的發展擴大，花冠A245E自動變速器實訓設備遠遠滿足不了教學及實訓的需要。教師通過科研立項研發了豐田花冠A245E自動變速器的三維虛擬仿真模型，以軟件的形式展現，安裝在計算機上。有了該項目的仿真模型，改變了原來整個班學生圍觀在少數設備旁聽教師講解原理及檢修過程的教學模式，形成了一人一臺計算機，教師可進行廣播教學的新模式，提高了教學質量；同時，實訓教學時可以讓學生先在計算機上像玩電腦游戲似的進行仿真操作，待操作熟練時再到實物上進行，這樣可大幅降低設備的損耗率，提高了學生進行實訓操作的興趣，而且可以很大程度上解決了汽車類專業的快速發展與實訓設備不足的矛盾。

5.三維虛擬仿真技術應用于高職教育存在的問題及解決辦法

三維虛擬仿真技術應用于高等職業教育，有諸多優勢表現，然而，三維虛擬仿真技術應用于高等職業教育教學的情況尚處于自發的狀態，存在著許多問題。

（1）就單獨一所高等職業院校而言，可供應用于教學的三維虛擬仿真軟件非常稀少，因此，三維虛擬仿真技術應用于高職教學雖好，但無法在許多課程中普及。

（2）高等職業院校內部，尚未形成能夠調動教師隊伍積極參與開發和應用三維虛擬仿真技術的體制。

針對三維虛擬仿真技術應用于高等職業教育存在的上述問題，提出擬解決問題的幾點建議：

（1）相關教育主管部門建立一個全國性的三維虛擬仿真軟件共享平臺，同時建立相應的管理制度，讓每個高校都積極地貢獻出自己學校開發出的三維虛擬仿真軟件到該共享平臺，同時，每個高?？筛鶕约旱呢暙I大小或通過付費的方式獲得一定的分享權限，即相當于參考“中國知網（http：///）”的運營模式來組織一個三維虛擬仿真軟件共享平臺，這樣我們就有了一個永不枯竭的三維虛擬仿真軟件庫。

（2）對于高校內部，學校可制定一系列的規章制度及獎勵制度，促進教師隊伍開發和應用三維虛擬仿真技術軟件，如鼓勵教師進行三維虛擬仿真軟件開發方面的科研立項以及給予相應的經費支持；將三維虛擬仿真軟件開發和應用作為職稱評聘的條件之一。從而，學校內部在三維虛擬仿真技術方面形成了良性循環的、自覺開發和應用的體制。

6.結論

三維虛擬仿真技術應用于高等職業教育，有諸多優勢表現，可以大幅減少真實的實驗實訓設備的投入，能夠很好地解決高職教育中實驗實訓設備不足的問題。然而，三維虛擬仿真技術應用于高職教育教學的情況尚處于自發的狀態，尚未形成完善的、良性循環的、自覺開發和應用的體制。因此，呼吁相關教育主管部門建立一個全國性的三維虛擬仿真軟件共享平臺，形成“眾人拾柴火焰高”的領域；同時，對于高校內部，學?？芍贫ㄒ幌盗械囊幷轮贫燃蔼剟钪贫龋龠M教師隊伍開發和應用三維虛擬仿真技術軟件。從而，全社會在三維虛擬仿真技術開發和應用方面，形成“百花齊放”人人共享的良性循環的局面。

參考文獻

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[2]周立元，石明忱，武立偉.利用VR技術開發三維虛擬實訓項目的研究[J].職教研究，2009年02期.

科研項目：豐田花冠A245E自動變速器三維仿真模型的研發。

作者簡介：

鄭軍龍（1978—），男，壯族，廣西南寧人，碩士，講師，主要從事汽車運用領域的科研和教學工作。

羅黎（1981—），男，廣西羅城人，工程碩士，講師，廣西電力職業技術學院電子與信息工程系教師，主要研究方向：汽車電子控制系統。

篇6

關鍵詞：電機學；虛擬仿真；教學

一、 電機學授課中存在的問題

教學內容涉及直流電機、變壓器、異步電機以及同步電機的基本結構、工作原理以及電磁感應、能量轉化等多方面的問題，使學生在學習的過程中感覺授課內容較為繁重，并且由于其計算量非常大，學生在學習過程中往往有很大的厭學思想。同時電機學又是一門實踐性非常強的課程，如果只講授理論，不能很好地與工程實際相結合，理論與實踐脫節，那么學生很快就會失去學習興趣，造成學習基礎不牢固。

其次，電機學課程實驗教學裝置一般情況下由多個掛箱組成一個實驗臺，在使用過程中根據不同的實驗內容來摘、掛各種不同的實驗箱體，由于使用量大，經常性的拔插，使得設備損壞情況非常嚴重，尤其是每個電機實驗都會使用的電阻箱，其完好率非常低，這就需要在實驗教學過程中，學生必須將很大一部分的精力和時間去解決由于設備老化帶來的信號失真等問題，嚴重影響對實驗內容的理解。

二、虛擬仿真軟件在電機學教學中的作用

電機學教學的自身特點決定了其授課方式應該是增加較多綜合性和工程實踐類的授課內容，以此來提高學生的學習興趣。但是由于高校擴招，高校的實驗條件受到很大制約，無法滿足學生實踐操作，尤其是“電機學”教學中模擬的工程實際項目，如串勵直流電動機的輕載運行、異步電機起動與停止、變壓器的極性和聯結組以及電機學中磁場的分布等內容，僅僅依靠教師的講解學生很難有較深入的理解，只能依靠仿真手段直觀演示。

將虛擬仿真技術應用在電機學授課過程中，能夠加強學生創新能力的培養，提高了學生的學習興趣，改變了傳統教師講，學生被動接受的授課模式。針對提出的項目要求，學生不像以前只是重復教師的操作，而是能夠發揮主觀能動性，可以自己設計電路，建立仿真模型、調試仿真參數并驗證最后的結果，整個過程教師充當指引方向的角色，而將具體的設計、調試過程交由學生獨立完成，培養他們獨立分析問題和解決實際問題的能力。

虛擬仿真技術的應用另一個大的優勢在于學生對于授課內容的理解不一定非要在實驗室完成，可以擺脫昂貴的儀器與設備的束縛，僅僅需要一臺筆記本學生在寢室內就可以模擬出的電機實際運行情況。

三、將虛擬仿真技術有效融入教學中的主要方式

（一）傳統教學為主、仿真教學為輔有機結合

傳統教學方法的優勢在于授課教師通過此種教學方法能夠充分發揮教師的主導作用，將教師多年來對教學內容的理解在短時間內傳遞給學生，但是存在學生容易產生依賴心理，造成學習的積極性和主動性不高以及教學形式單一等問題。虛擬仿真教學則體現了學生作為教學主體，教師的作用更多地體現在提出問題設想以及引導學生思路，這樣能夠充分發揮學生自主性，但也容易產生教學內容講述深度不夠以及學生由于個體的差異產生的教學進度不易統一的問題。因此將傳統教學方法和虛擬仿真教學有機結合起來可以既發揮教師的主導作用又發揮學生的主體作用，可以很好地提升教學質量。例如對異步電動機工作原理進行講解時，就可以采用傳統教學方式，通過教師對內容理解概括出工作原理的幾個方面，大大節約學生的理解時間。而電機內部由于結構復雜并且電磁轉化過程又比較抽象，學生的工程實際經驗又少，很難對其產生較為直觀的理解，這個時候就可以將虛擬仿真技術加入，產生較好的教學效果。

（二）進行教材改革

現行各個高校所用的電機學授課教程大部分是對電機的結構、原理進行講解，極少涉及到將虛擬仿真技術和電機學授課內容相結合，因此想要改變傳統的教學授課模式，改革電機學授課教程，提高學生的學習興趣，就必須要應用虛擬仿真軟件對授課具體實例進行軟件仿真，將課程中許多抽象的概念和原理以具體圖形的形式表現出來，以便促進學生更好地理解課程中的重點和難點知識。例如在講授他勵直流電動機的起動過程，在教材傳統內容的基礎上，可以增加MATLAB的Simulink工具箱程序，來進行一個簡單的仿真設計，通過仿真模塊的建立，參數的調試過程，學生能夠非常直觀地觀察起動電流的變化過程，同時也可以觀察其他變量的動態過程。將課程實例與虛擬仿真技術融合在一起，能夠激發學生的學習興趣并提高學生對工程的認識，達到改善教學質量的目的。

（三）教師科研工作與授課相結合，引入最新科研成果，豐富教學內容

將教師的科研項目與授課內容相結合，以便增長學生的見識。如在科研課題中，經常會用到三相異步電動機啟動、調速和制動，教師可以在授課過程中給出課題的基本要求，組織學生獨立開展課題設計研究，然后在班級內部對課題設計內容進行討論，最后由教師決定通過后學生獨立進行各個階段的實施方案的設計，然后根據設計方案在虛擬仿真軟件上完成實驗內容并處理實驗數據，最后撰寫實驗報告。另外，還可采用MATLAB軟件完成課題中復雜的參數計算，以便學生能夠把更多的精力放在研究各參數的相互關系上，很好地提升了學習效率。

（四）充分發揮實踐基地作用，將實驗項目與虛擬仿真軟件相結合

即實踐――理論――實踐的教學模式。在實驗教學過程中首先教師進行演示，以便學生能夠有目的地觀察電機運行時的各種現象，然后針對本節所講述的內容，讓學生帶著問題有目的去聽課，針對剛才的教師授課內容將實驗現象上升到理論高度分析，得出結論，最后再通過MATLAB仿真軟件將實驗進一步理論深化，以達到事半功倍的效果。通過學生主動構思實驗設計內容，提出設計實驗方案和實驗電路，教師的作用僅僅起到側面輔導，而不實際參與到實驗的具體操作過程中。為此實驗中心應創造條件在課外對學生開放，給有興趣的學生以更多的鍛煉機會，培養學生的綜合實踐能力與創造思維能力。

（五）應用虛擬仿真技術，完善網絡課程建設

目前隨著社會的不斷進步，計算機技術、互聯網技術的蓬勃發展，使得網絡教學獨特的優勢越來越明顯。網絡教學能夠克服傳統課堂教學受時間、空間上的限制，使學生可以利用零星時間隨時學習，同時網絡課程作為課堂教學的補充，方便教師與學生的互動。較好的網絡課程需要不斷地完善教學內容，增加方便學生獨立學習的資源，這時虛擬仿真技術的優勢便體現出來，可以應用MATLAB軟件中的Simulink工具箱來動態的顯示一些電機運行狀況，這樣能夠提高學生學習的主動性與學習效率，取得較好的教學效果。

虛擬仿真技術在電機學教學中應用，能夠真實再現實際工程項目運行狀況，使許多較為抽象的概念和原理形象化，大大改善了教學效果，提高了電機學課程的教學質量，學生接受效果要好于傳統電機學授課方式。

參考文獻：

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[3]李祥瑞.利用計算機軟件技術促進電機學實訓課程的改革[J].中國電力教育，2012， （22）：100-101.

篇7

關鍵詞：石油化工 實驗教學 虛擬仿真技術 教學模式

對于石油化工加工這樣實踐性很強的課程，實驗教學是極其重要的。課堂教學+工廠實習的模式在理論上雖然可以達到教學預期目標，但實際應用起來存在一定的弊端，實際教學效果離預期目標存在一定差距。

一、石油化工加工實驗教學模式與存在的問題

1.目前石油化工實驗教學模式

目前石油化工實驗教學課程一般采取課堂教學+工廠實習的模式進行。具體按照以下步驟進行：

1.1課堂教學

石油化工加工教學內容主要包括加工原理、加工工藝流程、工藝參數、主要設備、操作規程及故障處理。

多媒體技術興起之前，教師通過口頭講述和粉筆書寫傳授石油化工加工知識。但如設備元素是如何構建成設備、操作規程和故障處理教師很難通過圖畫等方式來講述，主要是因為一般操作規程和故障處理步驟繁多復雜非常耗費時間而且讓學生感覺枯燥無趣，所以此類課程課堂教學一般只講述加工工藝流程，而不具體講解實際生產中操作規程和故障處理。

多媒體技術興起后廣泛應用于石油化工加工課堂教學。采用多媒體教學，教師可以節省書寫的時間，擁有更多的時間來講解。同時，課件變得豐富多彩，比如設備結構可以有具體的實物圖，甚至可以采用動畫的形式來演示設備各組成元素如何構建成為設備。但針對石油化工加工操作規程及故障處理，多媒體技術依然無能為力，教師雖然能將規程和故障處理呈現在課件上，但通常只能放映給學生粗略看看。

此外，部分高校課堂教學會配合一些按實物比例縮小的模型輔助教學。但模型只能針對實體物件，對于石油化工加工原理、流程、參數、操作的教學等無法應用。

1.2工廠實習

工廠實習內容主要包括加工原理、加工工藝流程、工藝參數（調試及范圍、影響）、主要設備（結構及控制指標）、操作規程及故障處理。

實習時由工廠技術人員對加工原理進行口頭講述，引導著學生沿著加工流程路線講解加工流程、工藝參數、設備；操作規程和故障處理一般只是簡單講解，學生自學為主。講解完成后學生可以自主在允許范圍內參觀學習，在此過程中，學生若有不清楚的地方可向技術人員咨詢。

2.目前石油化工實驗教學模式存在的問題

2.1課堂教學的抽象性與枯燥性

在多媒體技術應用于石油化工教學之前傳統的教學模式非常陳舊，沒有調動起學生的學習積極性，教學效果比較差。雖然近年來運用多媒體教學手段，教學形式相對豐富，但是由于時間與空間的限制，學生也很難深入有效地學習。

2.2工廠實習的局限性

工廠實習是課堂教學的補充與完善，是學生綜合能力培養與訓練的重要教學環節。傳統的工廠實習是將學生帶入企業，請技術人員講解理論和實踐經驗。由于學生人數不斷增加，實習時間和經費有限，企業內部各項管理措施的限制，學生在實習中只能增加感性認識，很少有動手操作的機會。只能從表面上對企業的生產情況、工藝流程與設備性能形成感官認識，無法接觸生產的工程實際問題，使生產實習的預期效果大打折扣，難以達到教學目標的要求[1]。又由于工廠現場存在機器噪音，而實習一般安排全班同學一起進行，因此，工廠實習時技術人員的講解作用有所減弱。此外，石油化工加工有一定危險性，一般學生實習只能到相對安全的地方，看到工藝流程和設備的一部分，學生在生產實習后還是很難把課本理論知識和現場實際相結合。

2.3課堂教學與工廠實習的銜接性

實驗課的真正目的就是讓學生通過課程的學習能透徹清晰地理解理論知識，鞏固其專業技能[2]。但傳統教學模式是在理論課之后，根據學生的課程安排并結合實習企業的生產管理要求安排工廠實習。因此，工廠實習與課堂教學存在一個較長的時間間隔，此類課程課堂教學本身比較枯燥，學生可能對一些知識有所遺忘，課堂教學與工廠實習銜接性不好。

二、虛擬仿真技術在石油化工加工實驗教學中的應用

虛擬仿真技術是一門多學科的綜合性技術，將先進的仿真技術與網絡技術相結合。石油化工加工虛擬仿真就是以化工生產過程基本規律為依據，利用數學建立模型方法，在計算機上再現該生產過程的一種應用技術。各種單元操作以及生產工藝過程都可以通過仿真軟件真實地再現其生產過程，使學生在一個逼真的環境中獲得對工藝知識的徹底理解、對實際操作技能的熟練掌握[3]。

石油化工加工課程是一門實踐性很強的學科，但受客觀條件的限制，目前石油化工加工的實驗教學難以達到預期教學目標。模擬仿真教學提出了真實現場實物演示的教學模式，可以彌補客觀條件的不足，有利于提高石油化工加工教學的教學水平[4]。

1.仿真技術在石油化工實踐教學中的功能

石油化工加工課程與工程實際聯系緊密，在實踐條件有限的情況下，通過虛擬仿真軟件進行仿真教學，使學生親自體驗整個過程，培養其綜合運用知識的能力及化強其工程意識。

1.1仿真課堂教學

仿真課堂教學與傳統的課堂教學不同之處在于，仿真課堂教學在仿真實驗室內進行，教師一方面通過多媒體技術進行傳統意義上的講授；另一方面可以結合仿真現場各種設備模型和參數調試來講解；在這種課堂教學模式下，學生對設備裝置、工藝指標的控制都有了深刻的認識和理解。

1.2虛擬仿真實訓

學生根據所學的內容在相應仿真環境中進行仿真實訓操作，可以自由調試各個工藝的參數，自由控制各個節點實訓內容，對工藝流程動態參數及注意事項作詳細分析和設定。虛擬仿真技術和實際情境實驗結合的模式可合理有效配置教學資源，解決實踐課時少的問題，形成多元化的教學環境。

2.仿真技術在石油化工實驗教學中的價值

仿真教學提高了教學效率，調動了學生的學習積極性。其次，仿真教學中的演示和實驗，可以讓學生更生動形象地觀察，讓其能夠快速地掌握操作步驟和工藝原理。最后，仿真實訓只是一種模擬，學生進行實驗時不會因錯誤操作而引起不良效果；反復操作時，也不會造成原料的浪費；仿真實訓在故障分析中具有獨到作用，沒有實際生產可能存在的潛在危險，保證了學生的安全。

三、小結

采用“仿真課堂教學+仿真實訓+工廠實習”模式，學生可以結合所學的理論知識，分析判斷模擬操作中出現的問題，并根據幫助提示加以解決處理，仿真訓練完成后，學生再進行工廠實習。通過前期仿真課堂教學和仿真實訓階段，學生已經熟悉企業生產所采用的DCS控制系統，并且對操作室的DCS系統的使用能夠很快地理解[3]。因此，采用“仿真課堂教學+仿真實訓+工廠實習”模式可以顯著提高石油化工加工實驗教學效果。

參考文獻

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[3] 李廷真 賴慶軻 黃美英.淺議化工仿真技術在化工專業實踐教學中的作用[M].中國西部科技，2013（7）：92-93.

篇8

1虛擬仿真技術在基礎醫學教育中的應用

基礎醫學教育中的教學方式一般分為理論授課和實驗操作兩部分。其中理論教學的方式是課堂講授加傳統醫學插圖，學生大多感覺學習過程枯燥、不好理解、不好記憶。而利用虛擬仿真技術可以在虛擬的環境下，將人體各器官的解剖、生理學、病理學的數學模型存在數據庫中，利用計算機顯示屏上有意識地顯示某些細節，學生可以將病人的各種病變部位分開或合在一起觀察病變情況，同時可以利用此技術培養學生的人體解剖理論的認知能力。舉例來說，目前解剖教學上應用的虛擬仿真人體解剖圖的數字化的解剖圖譜，利用這一圖譜，學習者在虛擬的環境中可以自由地選擇、觀察、移動虛擬對象，并且虛擬的組織器官還能及時給予學習者感官上的反饋，這樣就更容易理解和掌握解剖結構。比較典型的應用實例就是利用“虛擬人”數字化數據集進行三維重建，即“人體數字化解剖學”研究，創立虛擬仿真解剖學，同時提供CT、MRI及PET等方面的斷層圖像，進行一系列醫學臨床、教學及研究的虛擬模擬。具體步驟就是利用一臺人體虛擬解剖電腦，教師可以講授人體各部分結構的解剖知識，學生也可以在虛擬的組織和器官間的模擬操作感受觸覺反饋，使學生更快地掌握手術要領和技術。學生在課堂上能以三維的形式看到人體數千個解剖結構的形狀、位置及器官間的相互空間關系等，學習興趣和效果顯著提高。

2虛擬仿真技術在臨床醫學教育中的應用

在臨床醫學教育中，臨床實踐是重要的教學方式，臨床實踐是對醫學學生動手能力培養的重要環節，加強實踐技能訓練已成為醫學教育改革的重點。虛擬仿真技術引入醫學臨床實踐教學是非常行之有效的教學方式。虛擬仿真技術在臨床醫學教育中最顯著的應用是虛擬手術教學，即通過虛擬臨床手術技術讓學生在手術之前學習新的手術方法和流程，練習所制定的手術計劃，在虛擬仿真手術之后，也能讓學生溫習或重復全部手術過程，并且能夠對學生的臨床技能進行一個客觀的評定?，F今醫學院校的學生和教師都不能只是局限于書本的知識，必須不斷地學習和提高自己的臨床技能，而在實踐中常會遇到教育資源有限的問題，解決這一問題行之有效的手段就是利用虛擬仿真技術模擬復制手術場景，讓學生不斷在虛擬現實場景中進行實踐訓練。這種應用虛擬仿真技術的臨床實踐教育方式不僅可以讓教師在教學中演示不同策略的手術流程，教授學生應對各種突況、避免手術失誤、降低手術風險、減少病人損傷、提高手術成功率，而且同時還節約了教育資源，具有零風險、可反復操作等優勢，學生可利用它完成手術的各個操作步驟，并對操作的過程和結果進行分析和總結，達到更多地積累臨床實踐技巧和經驗的目的。虛擬仿真技術應用于醫學臨床實踐教學能使學生有更多接觸臨床的經驗，可以提高學生臨床技能操作的能力、臨床綜合診斷思維能力，還可以激發學生的學習熱情和潛力，使他們能夠運用課堂上所學的臨床理論知識較快地掌握臨床診療實踐規律，還有利于學生職業道德和行為規范的養成。

3虛擬仿真技術在遠程醫學教育中的應用

在遠程醫學教學中，經常會由于教學設備、試驗場地或教學經費等方面的原因，使得一些應該開設的教學內容無法進行。利用虛擬仿真技術可以彌補這些方面的不足，學生足不出戶便可以學習各種各樣的知識，獲得與現場學習一樣的效果，從而加深對教學內容的理解。以往對于一些醫學實驗，在遠程醫學教學過程中一般采用電視錄像的方式來取代實驗課程，學生無法直接參與實驗，利用虛擬仿真技術進行虛擬遠程醫學實驗，則可以增加學生動手學習的機會。虛擬仿真技術應用于遠程醫學教育的基礎是基于遠程醫療的分支網真醫學，即遠程呈現醫學，它把專家的知識通過通訊網絡傳輸到需要的遠程位置，在遠程醫療應用領域發揮其獨特的優勢。網真醫學是虛擬仿真技術的一個全新領域，它結合了高清視頻、音頻和交互式組件（計算機軟件和硬件），在網絡上創建獨特的“面對面”體驗的新型技術。使用者可以進入某個共享網絡空間的圖形環境，以遠程控制操作或觀察為目的的進行人機通信和交互，用這個方法幫助醫生有效地進行手術和診療。網真醫學應用與遠程教育可以確保醫學生以更有效的方式進行培訓，例如記錄操作過程、讓學生探討操作細節并擁有沉浸于運作房間的感覺。醫學學生可以進入虛擬的手術是或實驗室，在虛擬環境下激勵一個完整的操作過程，教師也可以將操作中常見問題反饋給學生，從而提高每個人對某個問題的訓練。利用虛擬仿真技術可以創建大量的三維人體組織結構，用于醫學教學。隨著網絡技術的飛速發展，把創建的三維醫學教學資源應用與遠程醫學教育，可以使學習者隨時隨地的學習，是資源得到充分利用。虛擬仿真技術應用于遠程醫學教育可以將生動的動態三維場景展現給學習者，提高了教學的質量和效果。

4虛擬仿真技術在醫學教育中應用的意義

醫學教育注重的是直觀、形象、生動，傳統的醫學教學往往不夠生動，難以具體化，難以直接展示人體的結構，疾病發生及發展過程等教學內容，同時又存在著醫學教學成本大，不可重復執行的問題，這些弊端對學生更好的掌握醫學知識極為不利。為了改善原有醫學教學模式中存在的這些問題，使虛擬仿真技術應用于醫學教學中的教學模式意義重大，該教學模式不僅調動了學生的學習興趣，而且將抽象的內容具體化、形象化，給學生留下深刻的記憶，也給教師在教學中提供方便，從而達到提高教學水平和科研水平的目的。

作者:姜燕 李亢 單位:湖北醫藥學院

參考文獻:

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篇9

關鍵詞：離心泵；虛擬仿真；教學課件；flash；

在現代的教育環境下，許多教師除了運用傳統的教學方式，更多的應用了現代教育技術來輔助教學。如應用 PowerPoint 制作教學課件； 應用 Authorware制作具有交互功能的學習系統； 應用計算機高級語言(如VB)

制作具有交互功能的學習系統、考試系統；應用 Flash制作虛擬仿真教學課件；建設教育網站輔助教學等等。

在多年的教學實踐中，我們應用以上方法進行了教學改革嘗試，我們感覺其各有所長。根據《離心泵的檢修與安裝》課程需要多次反復實驗、消耗較多耗材等特點，我們選擇應用 Flash技術來制作虛擬仿真交互的教學課件，使學生能在任何地方任何時間來加強《離心泵檢修與安裝》課程的實操和理論知識的學習，學生可以像玩游戲一樣來體驗離心泵的檢修與安裝技術，這將極大的提高學生學習的興趣。

一、使用 Flash 制作多媒體課件的優點

1、圖形、文字處理功能強大

Flash 把文本、圖形、圖像、音頻、視頻、動畫等多種信息集成在一起。利用 Flash可將任意文字、圖形制作成動畫片段。利用錄音設備錄制的教師真實的聲音文件或選擇較好音效的聲音文件，可方便地插入到用 Flash 制作的多媒體課件中，從而實現文字演示、圖形展示與教師的解說同步進行。

2、交互性強

利用圖形交互界面和窗口技術，使學生能通過友好的人機交互界面來操縱控制多媒體信息的顯示，學生可以像玩游戲一樣去學習，并可實現學習者對信息的主動選擇和控制。利用 Flash技術可實現虛擬仿真交互的實驗，可將任意文本或圖形制成按鈕，對按鈕賦以動作（例如播放、返回等）就可實現對仿真實驗流程的操縱控制，學生可以像在真實的實驗環境下去操縱離心泵的檢修與安裝，如果操作錯誤的話，會有錯誤的提示，操作正確才能繼續后面的操作步驟。

3、便于遠程網絡學習

方便利用網絡進行教學。學生可不受時空的限制，在任意時間任意地點都可通過網絡獲得教學資源進行自主學習?；?WEB 的學習方式是一種新興的教學方式，在網站中可方便地演示由 Flash 開發的多媒體課件，從而可方便地在學校建立的局域網及遠程互聯網上實現基于 WEB 的學習。

4、修改方便，可擴展性強

與 Authorware、PowerPoint 等軟件比起來，Flash 在修改課件方面更加方便。比如，要修改課件中所有按鈕的顏色，只需要在庫中修改按鈕元件的顏色，在舞臺上所有的按鈕的顏色就都會改變，而無需逐個修改。在 Flash 課件中如果要修改層次關系、配音效果、運動路線、某個角色的形狀等等，都只要簡單的幾個步驟就行了，這就提高了課件的可擴展性和再使用率。

5、生成的文件小，使用方便

由于 Flash 中使用的是矢量圖形，因此，生成的文件所占的存儲空間比較小。此外，Flash 對于圖像、聲音和視頻文件都可以進行相應的壓縮處理，這就使得導出后的 SWF 文件非常小，方便攜帶以及在網絡上共享。

二、應用FLASH制作《離心泵的檢修與安裝》虛擬仿真交互教學課件的設計思路與實踐

根據教學需要，我們認為仿真交互教學課件可以制作為如下幾種類型：1、用于仿真交互自學的課件2、動態教學課件；3、相關知識點集成課件；4、利用屏錄軟件制作課件。

以《離心泵的檢修與安裝》課程為例，我們把這門課程分成了五大項目，按照項目化來組織課程內容，每個項目又分為若干個任務來完成，完全是按照企業的項目化來組織本門課程的教學，為此在虛擬仿真交互教學課件的設計與實現中，我們進行了如下的教學改革。

1、用于虛擬仿真交互自學課件

我們制作課件的目標之一是調動學生的自主學習興趣，強調學習過程以學生為中心，充分發揮學生的自主學習性，使學習者能積極主動地建構他們自己的知識。因此課件設計中強調學生以玩游戲的心態主動參與。學生可以依據所學的離心泵的知識來進行離心泵的安裝和檢修測試，如果某個步驟不正確的話，仿真系統會馬上顯示出來，并根據評分標準自動打分，同時還有按鈕可用來提示所需知識的要點，要求學生能在出錯后明白錯在哪里，下次自主學習的時候就能避免錯誤，從而掌握離心泵檢修與安裝的基本知識。

2、 動態教學課件

配合項目化驅動的課程內容我們制作了揭示離心泵內部運行機制的動態教學課件。傳統教學中離心泵的工作過程和離心泵內部模塊的運行機制的講解，往往采取將內容用文字配以圖形加以介紹，呆板枯燥學生不易理解，學習沒有興趣。我們采用FLASH制作動態教學課件。如：動態演示離心泵的安裝過程。畫面中包含構成離心泵的各個部分：聯軸器、管線、泵體、葉輪、泵軸及軸承等，這些為靜態圖形。教學課件按照離心泵安裝和拆卸的過程動態演示各個步驟，并在關鍵的知識點加以文字提示。

2、相關知識點集成課件

用 PPT 制作的課件，雖有許多優點亦有一些不足。如內容為一屏屏顯示，需要用到相關知識時往往不在本屏，需前后翻頁查找，擾亂了學生的思路?？梢园粗R點用 FLASH 制作集成課件，較好的解決此類問題。屏幕演示 PPT 課件時，需講解某元器件時，打開 FLASH 課件，相關知識點全部包含。如，涉及到離心泵內部結構、工作方式及檢修注意事項。我們將其內容分別放于 Flash 的各層，第一層為目錄，其它每個知識點各占一層，將其集成打包在一起。使用時由按鈕引導到相關內容，應用靈活方便。

此課件雖制作簡單但應用起來得心應手，起到事半功倍的效果。

3、利用屏錄軟件制作課件

為了便于自學及學生課后復習，發揮網絡優勢。我們將課程各小節及重要的知識點利用屏錄軟件制作成流媒體文件（FLASH 類型），放在網站樹形目錄結構中。學生點擊相應內容，其知識點的音頻、視頻效果使學生的記憶深刻，同時可以操作控制按鈕，對沒聽清、不理解的內容反復觀看，提高了學習質量。

三、《離心泵檢修與安裝技術》課程的教學實踐

現就如何在教學中應用教學課件， 以及教育網站的實際應用，提出和大家探討。

《離心泵檢修安裝技術》課程的特點是教學內容多、信息量大，對基礎性、先進性和前沿性都有很高的要求，同時具有很強的工程實踐性。而授課學時僅幾十個學時，因此很難使學生能完全掌握課程的所有內容，如何提高課內教學質量和課外輔助教學效果成為我們對本門課程的基本教學改革思路。

在教改實踐中我們采取如下作法。

1、 在課堂講授中應用多媒體課件和板書相結合

課堂講授中，應用PPT制作的多媒體課件和黑板上板書相結合。PPT課件圖文并茂，和諧的文字顏色與字體，配以動畫效果或嵌入Flash制作的動畫課件，其感官效果好，重點突出，信息量大。對于一些教學難點，配以板書進行講解。有助于同學們對知識的理解，并有效節約了課時。

2、 教學網站輔助教學

我們開發出網絡輔助教學系統——離心泵檢修安裝技術的虛擬仿真網站。通過網絡課程的相應學習模塊激發學生學習熱情、擴展課外知識面。如網站“素材庫”模塊包含各知識點的動畫教學課件；“教師授課”模塊是以小節為單位的屏錄FLASH課件；“學生自學”模塊也是以五大項目為主結構，項目下又分成具體的工作任務，完全從工作過程來講解課程的知識點。為了方便學生對課程內容的理解，將實驗指導及實驗錄像放于網站“實踐指導”模塊，便于學生實驗前預習，使學生對實驗的全過程做到心中有數。

3、運用網絡考試功能鞏固及測試學習效果

我們提出網站輔助教學和網絡考試的教改模式，在虛擬仿真網站的“習題解答”和“疑難解答”庫中含有大量習題及疑難問題解答，并且可以輸入關鍵詞搜索相關知識點的問題，縮小了查找范圍。通過網站輔助教學可有效激發學生的學習興趣，促進學生對相關知識的不斷溫習；通過在線的網絡考試對這部分內容進行測試，并在最終的課程成績中占據約30％的份額，而期末的測試內容以實操為主，并在最終的課程成績中占據50％的份額。

參考文獻：

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關鍵詞：虛擬仿真技術；食品專業；改革；發展

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）23-0120-02

一、虛擬仿真技術

虛擬仿真技術（virtual reality，VR）又稱虛擬現實技術、靈境技術或模擬技術，是利用計算機技術、網絡通信技術、人工智能技術、自動化控制技術儀器儀表c測量技術等交叉產生的一種現代信息技術，是虛擬的系統模仿另一個真實系統的技術，能夠創造一種高端的人機接口，包括通過視覺、聽覺、觸覺、嗅覺和味覺等多種感覺同等的實時模擬和交互，可以獲得多維交互體驗的虛擬環境。虛擬仿真技術有三個突出的特征：沉浸感、交互感和構想性。隨著空間信息科學、計算機圖形、多媒體技術、數字圖像處理、人機接口技術、人工智能技術、傳感器技術等的快速發展，虛擬仿真技術已經廣泛應用于建筑、醫療、教育、軍事、航天、服裝、生產制造等領域。目前，也有一些文獻論述了虛擬仿真技術在食品加工、食品檢測、食品機械制造中的應用。

二、食品專業改革發展遇到的問題

1.傳統教育方式無法激發學生對食品專業理論課的興趣。興趣是學習最好的老師。食品專業的理論課程中含有大量的基本概念、原理、公式推導，這些基礎知識點比較抽象。即使教師結合實例講解也很難激發學生對理論課的興趣。例如：《食品工程原理》的基礎知識比較廣，理論公式比較多，主要教學目標是使學生利用數學、物理、化學及物理化學等學科知識去解決食品工業中所遇到的實際問題，該課程具有較強的設計、選型、安裝和操作等工程特點。學生對課程中的理論、公式感覺很抽象，學習起來掌握不住要領，往往只能學習到一些簡單的片段，在分析和解決具體問題時感到無從下手。

2.現有食品實驗課程無法提高學生的食品專業實驗技能。食品實驗教學主要是教師講解演示，學生模仿驗證。這種“填鴨式”、完成任務式的實驗教學，不能對學生針對性地進行創新和能力的培養。例如：食品化學實驗課的教學通常是指定幾個實驗項目，如粉絲的制備與質量感官評價、蛋白質的鹽析及透析、果蔬褐變機理等實驗內容，老師將所需的試劑配置好，學生按四人一組分成若干小組，教師詳細講解實驗原理、操作步驟，學生按部就班地模仿老師的操作步驟完成實驗，最后撰寫實驗報告。這種教學方式使得學生主動學習的積極性不高，而且該教學方法在一定程度上限制了學生主觀能動性的發揮和創新能力的培養。

3.食品工廠實習無法達到預期的教學效果。食品專業本科教學體系中有一個重要的環節就是工廠實習。但是，隨著市場競爭日益激烈，工廠以不斷提高企業效益為主要目標，而接收大學生實習已不再是必須履行的義務；其次，現代食品工廠趨向自動化、連續化，為了保證產品質量與安全，廠房絕對不允許學生動手操作；再次，學生在實習現場基本就是看和聽，沒有參與和動手的機會，學生也逐漸失去新鮮感，結果導致工廠實習形式化，無法達到預期的教學效果。

4.食品專業知識和實驗技術片段化，沒有形成一個整體的結構?，F在食品學科被分割成多個課程進行學習，學生學習完各個課程后往往沒有將食品學科整個知識點和實驗技術整合起來。知識點和實驗技術的片段化使得學生無法提高自身的綜合水平，無法將所學知識和技能靈活應用于生產實踐。例如：《食品加工》主要介紹了各個食品的加工方式和原理，《食品營養學》主要介紹了各個營養素的功能，這兩個課程的內容似乎沒有關聯性，學生只能片段化地學習，無法將兩者綜合起來。

三、基于虛擬仿真技術促進食品專業改革，推動食品專業的發展

1.通過虛擬仿真技術激發學生對食品專業理論課程的興趣。研究表明：在理論課程上應用虛擬仿真技術，可以將抽象的概念形象化，靜態的知識點動態化，可以形象地展示結構功能，提高食品理論課的授課效果。例如：《食品工程原理》這門課結合虛擬仿真技術，讓學生可以看到食品工業生產過程中各個單元操作的基本原理及典型設備的結構原理、操作性能，使學生將食品工程原理的知識與虛擬仿真平臺上看到的生產設備和工藝過程聯系起來，使學生深切體會到食品工程原理課程中所講述的每個單元操作都與食品專業學習密切相關。生動形象的學習便于學生理解，提高教學質量。

2.將虛擬仿真技術與食品實驗教學相結合，提高食品實驗教學的效果，激發學生的創新性。隨著虛擬仿真技術引入實驗教學中，許多研究表明：虛擬實驗可完善食品真實實驗不具備或難以完成的教學功能，如一些成本較高、需要用高檔儀器操作的實驗等。食品實驗教學中大部分是分組實驗、分工合作，學生個人沒有機會操作完整的實驗。通過虛擬仿真技術平臺，學生可完整地操作一遍實驗技能，掌握每個實驗細節。例如：食品化學實驗通過虛擬仿真平臺可以讓學生自己思考做什么實驗，用哪些試劑，設計實驗方案。學生通過在虛擬仿真平臺上操作，驗證自己實驗設計的合理性，激發了學生的思維能力和創新能力；同時，通過失敗經驗獲取知識和要點，思考失敗的原因，鞏固了所學的知識，提高了動手能力。

3.構建實景虛擬仿真門戶，增強食品工廠實習類課程的果效。實景虛擬仿真門戶，可在食品工廠原地取景，從廠房布置、車間設備擺設等方面按照實習基地實際比例進行排布。結合實習基地的真實情形，提煉實習教學素材，配建廠房設計講解、工廠設備操作講解、實習提示等內容，讓學生在進入工廠實習前，先通過實景虛擬仿真門戶了解實習基地的完整情況，并提出專業問題。教師在后臺收集這些問題，在實習基地現場進行講解。以果蔬飲料生產實習為例，學生先通過虛擬仿真平臺了解果蔬飲料生產的基本原理、工業化生產流程及各工序的主要參數，通過虛擬仿真平臺向老師提出自己的疑問，在參觀果蔬飲料工廠的時候，教師邀請企業技術人員通過現場講解和專題講座為學生答疑解惑，讓學生了解到工廠的生產、企業的經營和管理。

4.利用虛擬仿真技術，綜合食品專業課程，完善食品課程資源的建設。自從虛擬仿真技術在教學中廣泛應用之后，大量研究表明利用虛擬仿真技術可優化教學資源的建設和積累，提高教學質量。食品專業課程可基于虛擬仿真技術，優化教學流程。例如：讓學生在課前通過虛擬仿真平臺自學課程內容，在課堂上與老師探討自學過程中的疑點和難點，使得學生從被動學習轉化為主動學習，教師從“填鴨式”授課轉化為探討式授課。其次，食品專業課程可基于虛擬仿真技術，優化教學內容。例如：食品專業的課程內容有一些是重復的，那么重復的內容可以讓學生在虛擬仿真平臺上自己鞏固，而新的知識點可以作為課堂教學的主要內容。再次，通過虛擬仿真技術平臺，片段化的食品專業課程可以被綜合起來。例如：在平臺上要求學生設計一款具備一定功能的產品，學生需要市場調研獲得市場缺乏哪方面的產品，根據產品功能，再依據所學的食品原料學、食品營養學和食品化學等知識提出產品配方，依據食品工藝學、食品工程原理、食品加工學等知識提出產品工藝，依據食品毒理學和食品衛生學控制產品的安全性；最后，基于虛擬仿真技術，教師可跟蹤學生的學習情況，收集學生的學習難點，這樣可以使課堂教學內容有針對性，提高教學效率和效果。

⒖嘉南祝

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The Influence of Virtual Reality Technology on the Reform and Development of Food Specialty

LI Jing，CHEN Nuo，DEND Ze-yuan，RUAN Zheng

（Nanchang University，Nanchang，Jiangxi 330047，China）