某大学虚拟仿真实验平台的设计与应用研究

2023年1月第2期Jan. 2023No.2教育教学论坛EDUCATION AND TEACHING FORUM虚实结合仿真实训平台的建设与实践张乃龙（北京工业大学 材料与制造学部，北京 100124）［摘 要］ 为适应新工科建设的要求，加强学生综合工程能力培养，解决实践资源不足的问题，结合智能制造专业建设要求，搭建了虚实结合仿真实训平台应用于专业课程群的实践教学。

基于机械工程系统基本设计流程，构建课程群综合设计能力实训平台，把机械原理、机械设计、机械控制和创新方法实践等课程实践相贯通进行方案设计、结构设计和控制系统设计，建立虚拟设备模型、实物样机和控制系统相结合进行控制仿真验证的虚实仿真训练模式。

实践表明，虚实结合使实训内容多样化，机械系统设计的一线式实训更接近于实际，提高了学生的参与积极性，有助于提升学生的创新能力和解决复杂工程问题的能力。

［关键词］ 虚拟仿真；实践训练；虚实结合；能力培养［基金项目］ 2019年度北京工业大学教育教学研究课题（K2019ID003）［作者简介］ 张乃龙（1976—），男，山东临沂人，博士，北京工业大学材料与制造学部高级实验师，主要从事数字化设计研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2023）02-0109-04 ［收稿日期］ 2022-03-18近年来，随着工程教育中新工科建设的快速开展和工程教育专业认证工作的不断推进，国内各高校在机械工程专业的教学中越来越强调对学生创新能力和解决复杂工程问题能力的培养［1］。

创新能力和工程能力的培养离不开科学的实践教学体系和完善的校内外实验基地建设［2］。

面对场地限制和设备安全问题，各类仿真软件的使用为解决课程实践问题提供了可选的手段。

当前虚拟仿真平台在各类课程中已得到广泛应用，虚拟样机及计算分析软件在机械原理类课程［3］、三维建模软件在机械设计类课程中都已普遍开展应用训练［4-5］，电工电子和PLC课程也通过仿真软件实现了实训多样化［6-7］。

高校虚拟仿真实验平台的设计与开发随着信息技术的快速发展和互联网的普及应用，高校教育也在不断进行改革与创新。

其中，虚拟仿真实验平台的设计与开发在高校教育中扮演着重要的角色。

本文将探讨高校虚拟仿真实验平台的设计与开发，包括其意义、设计原则和开发过程。

一、高校虚拟仿真实验平台的意义虚拟仿真实验平台是指通过计算机和相关软件技术，模拟真实环境中的实验过程和操作，使学生能够在虚拟环境中进行安全、高效、灵活的实验学习。

高校虚拟仿真实验平台的意义主要体现在以下几个方面：1. 实验资源丰富：虚拟仿真实验平台可以利用计算机模拟各种实验环境和场景，提供丰富的实验资源，避免了传统实验室的资源限制和设备磨损问题。

2. 安全性与实效性：虚拟仿真实验平台大大降低了实验操作中的安全风险，避免了实验事故的发生。

同时，实验过程中可以根据学生的学习进度和实际需要进行调整和优化，提高实验效果。

3. 自主学习和迭代：虚拟仿真实验平台可以提供学生自主选择实验项目、自主设置实验参数和自主完成实验的机会，培养学生的创新能力和解决问题的能力。

4. 教学资源共享：虚拟仿真实验平台可以将实验资源进行共享和开放，提高教学资源的利用效率，促进教学研究的合作与交流。

二、高校虚拟仿真实验平台设计的原则高校虚拟仿真实验平台的设计是关键，下面是一些设计原则可以参考：1. 用户体验为中心：设计虚拟仿真实验平台时，要以学生为中心，注重用户体验，使界面友好、操作简单、功能齐全，尽量减少学生的学习曲线。

2. 多元化实验模式：虚拟仿真实验平台应该提供多种实验模式，包括模拟实验、虚拟实验和实物实验，并根据不同学科和实验需求提供相应的实验模式。

3. 提供丰富的实验资源：虚拟仿真实验平台应该提供丰富的实验资源，包括各种实验场景、设备和实验数据，以满足学生不同层次和学科的需求。

4. 支持教师管理和评估：虚拟仿真实验平台应该提供教师管理工具，包括学生实验记录和成绩管理，以及学生实验数据的分析和评估功能，方便教师对学生的学习情况进行监控和评价。

实 验 技 术 与 管 理 第38卷 第10期 2021年10月Experimental Technology and Management Vol.38 No.10 Oct. 2021收稿日期: 2021-02-07 修改日期：2021-03-10基金项目: 国家杰出青年科学基金（62025205）；国家自然科学基金（61960206008，62002292，61902320）作者简介: 郭斌，（1980—），男，山西太原，博士，教授，智能感知与计算工信部重点实验室副主任，主要从事普适计算、群智感知计算和大数据智能等方面研究，guob@ 。

引文格式: 郭斌，刘佳琪，於志文，等. 智能感知与普适计算虚拟仿真实验平台设计与应用[J]. 实验技术与管理, 2021, 38(10): 134-139. Cite this article: GUO B, LIU J Q, YU Z W, et al. Design and application of virtual simulation experimental platform for intelligent sensing and pervasive computing[J]. Experimental Technology and Management, 2021, 38(10): 134-139. (in Chinese)ISSN 1002-4956 CN11-2034/TDOI: 10.16791/ki.sjg.2021.10.025智能感知与普适计算虚拟仿真实验平台设计与应用郭 斌，刘佳琪，於志文，梁韵基，王 柱，王 亮（西北工业大学 计算机学院，陕西 西安 710129）摘 要：针对智能感知与普适计算教学过程中理论知识与业务场景结合困难的问题，设计和搭建了智能感知与普适计算虚拟仿真平台。

该平台旨在培养学生的国家安全和国防建设意识以及基于前沿智能感知技术的创新能力。

高校虚拟仿真实验管理与共享平台存在问题浅析1. 引言1.1 背景介绍高校虚拟仿真实验管理与共享平台是当前教育领域中一个备受关注的话题。

随着信息技术的不断发展和普及，高校虚拟仿真实验已经成为高等教育教学中不可或缺的一部分。

与传统实验相比，虚拟仿真实验具有成本低、安全性高、资源共享等优势，受到越来越多高校的重视和应用。

虚拟仿真实验管理与共享平台作为支持虚拟仿真实验的基础设施，在高校教学和科研中发挥着重要作用。

在实际应用过程中，也面临着一些问题和挑战。

对于高校而言，如何有效管理虚拟仿真实验资源、提高资源利用效率，并且如何构建一个安全、便捷、高效的共享平台，是当前亟待解决的问题。

本文将通过对高校虚拟仿真实验管理与共享平台存在问题的分析，探讨产生问题的原因，并提出相应的改进建议，希望能够为高校虚拟仿真实验管理与共享平台的提升提供一些参考。

1.2 研究目的高校虚拟仿真实验管理与共享平台存在问题浅析引言本文旨在深入探讨高校虚拟仿真实验管理与共享平台存在的问题，并提出相应的改进建议，以期为高校虚拟仿真实验平台的发展提供参考。

通过对当前高校虚拟仿真实验平台存在的资源整合不够全面、平台安全性不足、缺乏标准化管理、使用门槛较高、缺乏有效的激励机制等问题进行分析，可以更好地认识当前虚拟仿真实验平台存在的瓶颈和不足之处，从而提出有效的改进措施。

通过本次研究，旨在为高校虚拟仿真实验管理与共享平台的发展提供理论支撑和实践指导，推动该领域的持续健康发展。

1.3 研究意义高校虚拟仿真实验管理与共享平台的建设和发展，对于提升高校教学实验水平、促进教学科研一体化、推动教学改革和创新具有重要意义。

通过建设虚拟仿真实验平台，可以有效弥补高校实验设备和资源不足的问题，提高实验教学的质量和效果。

虚拟仿真实验平台可以拓展学生的实践能力和创新思维，培养学生的动手能力和实践能力，促进学生科学素养和综合素质的提高。

通过共享平台，可以加强高校之间的教学资源共享和交流合作，促进教育资源的优化配置，推动高校教育教学的均衡发展。

建设虚拟仿真实验平台的意义及内容分析在素质教育背景下，师范大学已被提出全新的要求，构建“信息化、智能化”教学环境势在必行。

师范大学要结合实验教学内涵、内容等，科学建设虚拟仿真实验平台，有效整合实验教学资源，优化实验教学方法、手段，提高实验教学有效性。

因此，本文从不同角度入手客观分析了建设虚拟仿真实验平台的意义及内容。

标签：建设;虚拟仿真实验平台;意义;内容;分析在新形势下，传统教学模式已无法满足师范大学教学客观要求。

师范大学要客观分析专业实验教学中存在的问题，借助信息化手段，构建合理化的虚拟仿真实验平台，有效弥补传统教学缺陷，促使“理论、实践”教学巧妙融合，科学培养学生综合素养，成为新时期所需的高水平专业人才。

一、建设虚拟仿真实验平台的意义1、丰富实验教学内容，优化实验教学形式师范教学注重“理论、实践”二者巧妙融合，实验操作是学生提高自身综合能力与素质的关键所在。

虚拟仿真实验平台的建设利于虚拟仿真软件、虚拟课堂二者巧妙融合，打破传统实验教学中的时空限制，实验教学更加直观、形象，丰富了实验教学内容，实验教学形式、实验教学环境得以优化，利于实验教学各环节顺利进行，实验教学目标顺利实现。

2、增加师生互动，提高学生技能在虚拟仿真实验平台作用下，课堂教学活动空间不断扩展，教师、学生间的互动明显增加。

学生可以根据自身各方面情况，章节知识掌握情况，优化利用课余时间，借助虚拟仿真实验平台，针对性学习理论知识，进行相关的实验操作，深层次理解复杂化的理论知识，有效软突破章节教学重难点。

教师可以借助虚拟仿真实验平台软件，随时了解学生学习各个知识点情况，准确把握不同层次学生学习中的问题点、兴趣点，有效和学生互动、交流，优化实验教学，便于学生更好地突破教学重难点，提高实验教学质量。

此外，虚拟仿真实验平台能够逼真的模拟全过程，在师生互动、交流中，学生可以优化利用所掌握的重难点知识，进行相关的实验操作，提高专业技能。

3、确保实验安全，降低实验成本在实验操作方面，某些实验操作具有污染等风险，在实验条件、实验操作者方面有着较高的要求。

现代特殊教育(高等教育研究)Journal of Modern Special Education ( Research in Higher Education)2020年第22期22nd Issue 2020高校虚拟仿真实验教学平台的探索与实践——以“特殊儿童教育与康复”实验教学平台为例何侃****江苏省高等教育教改重点课题“特殊儿童康复虚拟仿真实验教学资源共建共享与协同创新研究"（2017JSJG458）研究成 果、江苏省“教育学”重点建设学科阶段性成果、江苏高校品牌建设T.程项目（教育康复学专业）建设成果。

**何侃，硕士，教授;研究方向：特殊儿童心理.教育与康复，残疾人事业发展.E-mail ：952729825@ ;（南京特殊教育师范学院康复科学学院南京210038）［摘要］虚拟仿真实验教学是现代信息技术与高等教育深度契合，以高质量实验教学助推高等教育教学变轨超车的内生变量，不仅是未来实验教学改革的趋势，也是创新人才培养模式与提升高等教育质量的重要手段。

建设虚 拟仿真实验教学平台，是高校应用型人才培养的需要,是与现代信息技术深度融合的产物，新时期应用型特殊教育教师专业实践能力培养面临诸多困境与挑战，通过舟虚拟仿真技术与特殊教育专业知识有机结合，精心设计实验教学的 方案、内容、过程，构建“特殊儿童教育与康复”虚拟仿真实验教学平台，在新时代推进人才培养创新和高等教育课程教学改革等方面将发挥更大作用［关键词］虚拟仿真；实验教学平台；特殊教育；教育康复学［中图分类号］G760—、前言顺应信息技术发展和高等教育实验教学发展的新要求，为弥补真实实验在实验条件、实验成本、 交互性与安全性等方面的不足，虚拟仿真实验教学 在高等教育教学中的应用日渐增多1。

从师范类特殊教育领域的人才培养来看，特殊儿童教育与康 复综合实训一直是传统教学中的薄弱环节。

在传统教学方式中，教师常采用文字呈现或角色模拟方式进行综合实训。

［摘要］以装饰工程构造与施工课程为例，在分析其传统实训教学环节存在的普遍性问题基础上，构建基于虚拟仿真技术的课程实训平台，实施理实一体化教学模式，以提高教学质量和学习效果，培养复合型技术技能型人才。

［关键词］理实一体化；虚拟仿真；实训平台［中图分类号］G712［文献标志码］A［文章编号］2096-0603（2020）35-0099-03基于理实一体化的虚拟仿真实训平台构建与应用研究①年立辉，魏静，武永峰，袁明慧（江苏建筑职业技术学院，江苏徐州221116）伴随国家加快转变经济发展方式，建筑业的转型升级迫在眉睫，而高素质技术技能型人才培养是其关键环节。

国务院《职业技能提升行动方案（2019—2021年）》要求3年开展职业技能培训5000万人次以上。

[1]教育部“职教20条”提出，从2019年启动“1+X 证书”制度试点工作，推进虚拟工厂等网络学习空间建设和普遍应用。

[2]按照《高等职业教育创新发展行动计划（2015—2018年）》提出的“应用信息技术改造传统教学，促进泛在、移动、个性化学习方式的形成”要求[3]，通过开发虚拟仿真实训平台，与真实实训场地相配合，着力解决实训教学中实训组织周期较长、实训材料浪费严重、实习场地安排困难、学生实操能力培养不足等问题。

为培养建筑高技能人才，推动建筑业技术转型升级，本文提出虚拟仿真系统化解决方案，助力建筑产业现代化。

一、国内外研究现状国外职业教育比较发达，对虚拟仿真实验教育的研究相对比较成熟。

从1965年萨瑟兰（Ivan Sutherland ）博士最早对虚拟现实技术的设想，到“Virtual Reality ”这个词的创造，再到“virtual lab ”虚拟实验室的概念的提出，最终发展成为具有虚拟操作感官的虚拟现实交互系统。

按照目前构建虚拟仿真实训平台的方式，可将其分为仿真类虚拟实训室和远程操作类实训实验室。

仿真类虚拟实训室是以软件为基础，搭建仿真环境，对工程建设及过程进行模拟实训，具有高可靠性、高安全性、高性价比等特点，如新加坡国立大学正式推出了虚拟校园，为学生与教师提供沟通的平台；美国布法罗大学的虚拟青蛙解剖软件，是虚拟仿真技术在教育领域的一个新的里程碑。

SOFTWARE 2020软 件第41卷 第11期2020年Vol. 41, No.110 引言医学机能学[1-2]是在保留部分经典生理学、病理生理学和药理学实验的基础上，将上述三门课程的实验内容有机融合起来，形成一门独立的综合性实验性学科，通过揭示正常和异常生命过程中机体机能变化的特点和规律，培养医学生掌握基本实验技能、增强分析和解决基金项目：黑龙江省教育科学“十三五”规划2019年度备案课题（GJC1319120）作者简介：袁辉（1982―），男，研究生，博士，研究方向：医学机能学教学方法。

通讯作者: 徐吉雨（1984―），女，研究生，硕士，研究方向：学生管理和素质教育研究。

线上教学中应用VMC-100虚拟仿真实验平台的教学效果解析袁辉1 徐文秀1 西玉立1 李丽2 石屹1 于学刚1 徐吉雨3（1. 牡丹江医学院口腔医学院，黑龙江牡丹江 157011；2. 牡丹江医学院基础医学院，黑龙江牡丹江 157011；3. 牡丹江医学院医学影像学院，黑龙江牡丹江 157011）摘　要：采用线上教学+VMC-100虚拟仿真实验平台相结合的教学方法，分别对口腔医学专业学生讲授和指导医学机能学实验课程，通过课堂教学评价指标、课后作业、期末考核成绩、实验设计成绩及学生满意度等评估方式，比较线上教学和线下教学的教学效果。

结果显示，线上教学+VMC-100虚拟仿真实验平台组与传统线下教学组各项评价指标相比较，实验操作成绩和学生满意度后者显著优于前者（p<0.05），有统计学意义；其他评价指标两者相比较无显著性差异（p>0.05），无统计学意义。

关键词：医学机能学；虚拟仿真实验；实验教学；线上教学中图分类号：TP391文献标识码：ADOI ：10.3969/j.issn.1003-6970.2020.11.014本文著录格式：袁辉，徐文秀，西玉立，等.线上教学中应用VMC-100虚拟仿真实验平台的教学效果解析[J].软件，2020，41（11）：53-55Analysis of Teaching Effects of VMC-100 Virtual Simulation ExperimentPlatform in Online TeachingYUAN Hui 1,XU Wenxiu 1,XI Yuli 1,LI Li 1,SHI Yi 2,YU Xuegang 1,XU Jiyu 3(1.School of Stomatology,Mudanjiang Medical College, Mudanjiang Heilongjiang 157011;2.School of Basic Medicine, Mudanjiang Medical College, Mudanjiang Heilongjiang 157011;3.School of Medical Imaging,Mudanjiang MedicalCollege, Mudanjiang Heilongjiang 157011)【Abstract】：Online teaching+VMC-100 virtual simulation experiment platform teaching method was used toteach and guide the experimental course of medical function for stomatological students. The teaching effectsof online teaching and offline teaching were compared through the evaluation methods of classroom teaching evaluation index, homework after class, final examination results, experimental design results and student satisfaction rates. Compared with the traditional offline teaching group, the experimental operation scores andstudent satisfaction rates of the online teaching+VMC-100 virtual simulation experimental platform group were better than the former (p<0.05), with statistical signifi cance; there was no signifi cant diff erence in other evaluationindexes between the two groups (p>0.05).【Key words】：functional medicine science;virtual simulation experiment;experimental teaching;onlineteaching基金项目论文软 件第41卷 第11期SOFTWARE问题能力，进而提高对科学实验兴趣，为培养应用型医学人才夯实基础[3-4]。