時間：2023-01-06 15:58:19
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇仿真實驗，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
財務仿真實驗室不僅可以加強學生的創新能力和實踐能力，還可以從專業領域發展來對實驗室管理進行規劃。人們在進行系統的設計、研究、實現以及分析時，總是通過實驗完成的，在傳統實驗中一般都是由真實系統來完成的，但是這種方式可以直接造成系統的破壞和故障，使得實驗難以重復、費用昂貴，所以這種傳統方法不能有效的進行研究，而信息技術和計算機技術的引入，使得研究手段和研究方法都獲得了突飛猛進的發展。
1、財務仿真實驗室的概述
傳統的實驗方法是通過生物、化學以及物理等進行研究對象的理論檢驗、觀察、模擬、分析，這種方法的優點是具有可重復性、安全性、經濟性和可靠性，缺點是對于復雜的經濟社會系統研究和分析無法勝任，為了讓實驗具備政策試驗、觀察分析、決策試驗、計劃分析、運籌試驗、評價、預測、監督以及控制等功能，需要建立計算機技術和電子技術的策略。經濟實驗的主要目的就是揭示經濟社會系統過程中的規律和現象，探索經濟社會系統運行中的控制手段和可控性，所以經濟實驗需要和科學思想進行結合，并通過實驗手段和實驗工具讓生產力的發展得到促進。
2、財務仿真實驗室的主要問題
2.1欠缺形式靈活性
會計核算操作一般都是由一套固定的使用業務來處理的，這種操作方式不僅直接導致原始憑證的審計以及識別遭到忽略，還使得賬務過于集中進行處理，讓會計處理違背了真實工作過程和一般順序。在模擬財務決策過程中，一般都是通過若干案例的給定來讓學生進行計算和理解。上述因素的發生都是因為案例來源、業務來源的局限性，使得學生在面對工作時缺乏挑戰性，老師在面對實際教學時缺乏改變。
2.2缺少情境真實性
模擬財務決策實驗的重點是股利分配、投資、資本運營以及融資等管理財務決策。我國目前還沒有有效的表現模擬財務決策實驗的方法，因為該實驗過于簡化、過于理想化，不僅不能在財務管理中反映出企業的動態效果，還不能在資本市場中反映出企業的表現。
2.3缺乏科學性評價
財務仿真實驗室管理是一個試驗項目繁多、體系龐大的學科，對于老師指導和學生實驗都比較困難。學生如果想要單獨進行全部實驗的完成，難度系數巨大的，必須和崗位評價相聯系，不僅需要通過角色來培養學生的團隊協作，還需要通過設計方案、問題解決、問題靈活分析來培養學生的處理能力。此外實驗項目的決策以及判斷存在較多的答案只有正確的對學生實驗結果、實驗過程進行評價，才可以客觀的、科學的進行財務仿真實驗室管理。
2.4缺乏技術先進性
隨著我國經濟化的不斷發展，學習財務管理的人是越來越多，面對如此數量的學生老師的工作量大幅度上升，但是實驗技術依舊是沒有改變，學生在財務管理實驗中遇到的特定問題是很難及時讓老師一對一的進行幫助，并且老師也不可能全面的、動態的對實驗全局進行控制，使得實驗效率低下，而在財務仿真實驗室管理中老師雖然可以讓實驗參數的設定比較靈活、教學成本降低，但是實驗卻存在重復性。
3、財務仿真實驗室管理的關鍵技術
3.1科學評價
財務仿真實驗室管理主要融合了企業經營模擬、經濟戰略制定、經濟決策模擬以及會計核算操作等方面，它的數據流量和存儲量都要求比較龐大，也就是說財務仿真實驗室管理是一種團隊協作的科學評價機制。傳統的財務管理中主要從財務總監、會計主管、投資主管、運營主管、融資主管以及分析主管六種崗位進行了定義，這六種角色是所有團隊的組合方式，都是由財務總監進行未來財務規劃和未來財務目標，通過責任細節要求和總體目標來分配工作給各個部門，并由各個部門制定出執行方案，最后進行分析、籌資、核算、運營以及投資等工作。財務仿真實驗室管理不僅需要通過團隊協作能力來對最終成績進行考核，還需要通過個人業務能力來對最終成績進行考核，做到各部門策略工作之間相互影響、相互配合，讓團隊成績與企業財務績效相掛鉤，其中個人業務能力是任務完成質量的反映，根據正確結果和業務方法可以對個人業務能力進行評價。
3.2經營模擬擴展
財務仿真實驗室管理主要是針對企業進行研究的，需要研究企業在發展過程中以及經營過程中的財務管理戰略制定，并利用外部資源和內部資源來制定決策活動、財務核算，讓企業實現最大化的經濟效益。財務管理實驗一般是由固定案例開始的，嚴格的對企業行為邊界和企業環境進行了限定，人為的讓企業經營活動與財務管理活動出現割裂，造成企業經營活動與財務管理活動之間相互作用被忽略。在實際運用中企業的投資項目融資容易受到財務管理決策型活動的影響，從而是企業的發展方向和經營方向遭到改變，而企業經營過程中一旦出現決策不同，是可以反過來對企業核算工作結果、制定財務決策進行影響的。要想讓財務仿真實驗室管理符合一般會計業務處理順序、具有動態變化，就必須讓會計處理的靈活性和真實性得到加強，讓業務處理的挑戰性和復雜性得到加強。
3.3任務驅動
財務管理在教學過程中一般需要比較龐大的教學案例，并需要大篇幅來進行企業實際環境背景的介紹，對于企業的資本運營情況、融資情況以及財務投資項目進行詳細描述，而財務仿真實驗室管理的實驗項目和實驗目標非常容易迷失在大背景中，所以就需要使用生成微型案例庫技術，把大案例逐步進行微小案例的分解，這種技術是通過財務管理知識進行的，利用人工干涉分類過程和識別過程把大案例進行知識列表歸納，從而形成事實基本單元。老師通過情景編輯工具的使用，并根據某種業務預定邏輯進行事實基本單元的重構以及連接，讓一個大案例完整的呈現出來。雖然這個過程使得案例原有語境遭到破壞，但是又因為情境設計是嚴格按照通用業務邏輯進行的，所以會出現新語境的多種組合，不僅加強了財務仿真實驗室的數據擴展能力，還讓真實性得到了保持。
4、結束語
財務仿真實驗室通過信息技術和計算機技術的引入，成功的避免了實驗的難以重復、費用昂貴以及系統的破壞、故障，財務仿真實驗室管理的三種關鍵技術分別是科學評價、經營模擬擴展以及任務驅動，其中科學評價是指通過團隊協作能力和個人業務能力來對最終成績進行考核，做到各部門策略工作之間相互影響、相互配合，經營模擬擴展是指讓會計處理的靈活性和真實性得到加強，讓業務處理的挑戰性和復雜性得到加強，任務驅動是指利用人工干涉分類過程和識別過程把大案例進行知識列表歸納，從而形成事實基本單元，并讓真實性和數據擴展能力得到了保持、加強。
參考文獻：
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關鍵詞 初中物理；實驗教學；虛擬實驗；仿真物理實驗室
中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：B
文章編號：1671-489X（2015）11-0158-02
仿真物理實驗室是一款面向中學物理課堂開發的一款軟件，內容包含了電學、力學、聲學、光學等所有實驗的仿真演示，具有集成化程度高、操作簡單等特點。這種軟件有利于師生在使用中根據自己的實驗設計把精力放在實驗模型的構建上而不是操作上。這款軟件為物理實驗教學提供了極大的方便。
1 在初中物理教學中使用虛擬實驗的意義
可以彌補傳統實驗儀器不足的現狀 實驗是物理教學的靈魂，但在傳統物理教學中，由于現實條件和教學理念等原因，只注重知識的口頭講解，不重視實驗操作，或在教學中只做比較簡單的實驗，導致實驗儀器嚴重不足。加之國家實施新課改以來，物理實驗發生很大變化，很多原來舊的實驗儀器被淘汰，雖然學校增添了很多新實驗儀器，但仍不能滿足物理實驗教學的現實需要。現在學校安裝的仿真物理實驗室軟件，包括了中學物理的所有實驗，原來很多做不了或因儀器不足不能做的實驗都可以用虛擬實驗來代替，解決了實驗課上不足或因場地儀器數量不足，實驗跟不上教學進度的現象。
本身具有傳統實驗無可比擬的優越性 虛擬實驗是根據實驗的相似性原理，運用軟件提供的虛擬實驗設備來搭建自己的實驗。這樣不僅可以做一些因自然條件限制在傳統實驗教學中無法做的實驗，如真空狀態下的物體自由落體運動；還可以隨時控制實驗進程、節奏，讓實驗結果更理想，讓實驗現象更明顯清晰可見。同時，避免在物理實驗中因學生操作的不規范而產生的危險性，避免實驗儀器在實驗過程中的損耗和損壞。
2 在初中物理各類型實驗中哪些實驗需要虛擬實驗
實驗是物理教學的靈魂。在初中物理實驗教學中會碰到五大類實驗，分別是測量型、探究性、演示型、操作型、設計型。在這幾類物理實驗中，籠統地來說，筆者認為比較適合運用虛擬實驗的有演示型、探究型、設計型。因為現實教學條件的限制，都實行大班教學，演示型實驗如果運用傳統方法去做，不能保證每個學生都能清晰地觀察到實驗現象。而虛擬實驗可以很好地解決這個問題。探究型、設計型實驗需要學生自主設計實驗方案，虛擬實驗可以方便地幫助學生檢驗實驗方案的正確性，既節省了時間，又避免了因學生設計方案錯誤導致的實驗儀器的損耗。但也不是絕對的，其他類型的實驗也有的非常適合運用虛擬實驗，所以在現實教學中要具體問題具體分析。
虛擬實驗在測量實驗中的應用 測量實驗是物理實驗中比較簡單的實驗，操作簡單，實驗儀器易得，一般無需用虛擬實驗。但也有一些測量實驗比較復雜，在正常的環境下實驗很難完成。如初中二年級物理“伏安法測小燈泡電阻”，這個實驗如果用傳統的儀器進行，學生很難獲得實驗結果，且容易造成儀器的損壞。這個實驗需要用虛擬實驗來輔助教學，操作步驟如下：
第一步，由于這個實驗比較抽象，需要教師講解實驗原理；
第二步，學生根據原理，利用虛擬實驗室進行實驗，連接電路圖；
第三步，教師根據學生在實驗中遇到的問題進行輔導答疑；
第四步，學生在對這個實驗理解的基礎上進行真實實驗，彌補虛擬實驗之不足，取得良好的教學效果。
虛擬實驗在探究實驗中的運用 探究實驗的目的就是培養學生透過現象看到本質的能力和發現問題的意識，所以實驗的現象是很重要的。但在真實試驗中，許多事物的現象會受外界因素的影響，導致實驗方案無法實施，這就需要借助虛擬實驗。如初中二年級“探究凸透鏡成像的規律實驗”，此實驗會受室內光線強弱的影響，室內光線控制不好，就得不到實驗現象，更談不上規律的總結。虛擬實驗則很好地解決了這個問題。
虛擬實驗在演示實驗中的應用 在物理實驗中最常見、最普通的實驗就是演示實驗。物理教師在講解概念的時候，因班級太大，導致很多學生對物理現象觀察不清晰，影響了對物理的學習興趣。虛擬實驗則很好地解決了這個問題。如初二年級“光的反射實驗”，學生既可能因室內光線的影響，也可能因在班內位置的影響，導致實驗效果觀察不明顯，這就需要借助虛擬實驗平臺進行實驗。
虛擬實驗在設計型實驗中的應用 設計型實驗重在培養學生自主解決問題的能力。在實驗中學生要根據自己要解決的問題來選擇實驗儀器，設計實驗，構建實驗模型，同時還要把自己不理解的實驗現象去弄清楚。這就需要虛擬實驗來幫助。一方面，虛擬實驗可以檢驗實驗設計是否合理；另一方面，虛擬實驗能幫助學生理解實驗現象，同時避免因實驗設計錯誤而造成的儀器損失。如“理解并表述牛頓第一定律實驗”，在這個實驗中，摩擦力是理解牛頓第一定律的關鍵，摩擦力的大小直接影響了實驗現象。但是摩擦力大小參數的設置在真實實驗中不好控制，虛擬實驗很好地解決了這一問題。
虛擬實驗在操作實驗中的應用 操作實驗是為了培養學生自己的動手能力和理論聯系實際的能力，一般在操作實驗中不主張運用虛擬實驗代替真實實驗。在初中物理教學中，很多的操作實驗都是電學實驗。電學實驗儀器較貴重且容易因錯誤操作而被損壞。所以在教學中要讓學生借助虛擬實驗清晰觀察學習實驗過程，鍛煉正確的實驗操作能力，避免在真實實驗中出現過失，導致實驗儀器損壞。如初三年級“串并聯電阻實驗”，如果不事先加以練習，在實驗中接線錯誤的話，很容易燒壞實驗儀器。但操作實驗一定要在虛擬實驗后進行真實實驗，畢竟虛擬實驗只是一個仿真實驗，起不到鍛煉學生動手能力的目的。在操作實驗中要把真實實驗與虛擬實驗相結合，這樣既解決了真實實驗的困難，也解決了虛擬實驗的不足。
3 結束語
總之，在新課改注重實驗的今天，虛擬實驗在實驗教學中確實起到很大的作用。但是不宜夸大虛擬實驗的作用，虛擬實驗帶來巨大方便的同時，也有很大的缺點。如果過多運用虛擬模擬實驗來代替傳統實驗，就會缺乏實驗的真實感，不利于培養學生動手能力、合作能力和創新能力，因為學生親手實驗的經歷是虛擬實驗代替不了的。此外，虛擬實驗，如果使用不規范，很可能會生成一個假的結果。但像這幾種實驗是可以用虛擬模擬實驗代替的，如危險性比較大的實驗、現象不明顯的實驗、現有條件做不了的實驗。因此，教師應該在實際教學中，根據教學實際，結合運用虛擬實驗與傳統實驗，只有這樣才能發揮虛擬實驗的最大效能。
參考文獻
[1]李春艷，易燁.虛擬仿真實驗室的建設與實驗教學的改革[J].中國管理信息化，2014（12）.
關鍵詞：物流系統模擬與仿真實驗；實踐教學建設；教學方法
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）23-0060-02
一、引言
《物流系統模擬與仿真實驗》是一門理論性和實踐性都很強的課程，是物流管理專業的專業基礎課，是培養學生工程控制設計與應用能力、創新能力的一門必修課。
二、《物流系統模擬與仿真實驗》的實驗配置
在硬件配置上，《物流系統模擬與仿真實驗》主要以計算機為主，甚至可以不需要網絡的支持，對硬件的要求不算太高。在軟件配置上，《物流系統模擬與仿真實驗》可使用的仿真軟件種類也比較多，如圖所示軟件。
總的來看，目前這些物流仿真軟件的基本功能大致包括：
1.為物流系統規劃設計提供重要參考。在建立正式的物流系統之前，先將物流系統的規劃方案轉化為仿真模型。通過運行該仿真模型，能夠評估規劃方案的合理性，調整模型的參數，可以達到優化系統的目的。
2.有效控制物流過程。物流過程一般包括信息、運輸、倉儲、配送、裝卸、包裝和搬運等物流功能的實現過程。通過物流系統仿真軟件，可以觀測到這些過程如何演進，各項參數會如何變化，過程中可能會出現哪些內外部事件，將對系統產生什么影響，系統又會做出什么反應等內容。通過掌握這些內容，實時調整運行過程中系統對環境的控制力。
3.估算物流成本。通過物流系統仿真軟件，可以分析和記錄進程中物流操作過程中，每項操作的時間和原材料的耗用，從而統計出各項物流作業的成本。
三、《物流系統模擬與仿真實驗》的教改內容
目前，大多數高校的《物流系統模擬與仿真實驗》的教學目標包括：熟悉某一仿真軟件的建模步驟；學習邏輯系統的建模方法；通過實際建立仿真模型深刻認識仿真的基本概念，實現仿真系統的優化設計。筆者將結合自身的教學實踐，就教學內容、教學方法等方面的改革進行如下探討。
1.教學內容的改革。目前，《物流系統模擬與仿真實驗》的教學內容一般包括基礎性實驗、創新性實驗和綜合應用性實驗三個部分。然而，隨著對人才創新性能力培養要求的不斷提高，本實驗存在一些困難，集中體現在基礎性實驗比例偏高，而創新性、綜合性實驗項目數量偏少。由于基礎性實驗側重基本知識的驗證，新穎性不足，與實際工作關聯不夠密切，在調動學生積極性與參與性方面存在較大難度。在具體操作中，維持基礎性實驗、創新性實驗和綜合應用性實驗三大模塊不變，但是要更加注重模塊之間的連續性，并提高每個模塊的實踐性。例如，選定倉庫布局設計、物流量控制、貨物包裝控制、貨物分揀控制、貨物合并控制、多通道數據采集6個基本項目后，將這些項目分成若干個子模塊。為激發了學生的學習興趣，可以在每次單元實驗時，從中選取1個或2個子模塊作為學生的實驗內容。這樣，可以增強學生的感性認識，實驗的效果更好。同時，增加若干設計性和綜合性實驗項目，例如“通過型物流中心的模型構筑實驗”、“倉儲型物流中心的仿真實驗”、“物流中心的模型的仿真”、“多層復合式物流中心的倉儲、運輸優化設計”、“機場物流系統的設計、仿真與優化實驗”項目等。
2.教學方法的改革。傳統的實驗課教學形式通常分為兩塊：首先由指導教師講授基本原理以及實驗方法和步驟，之后，學生根據實驗教材上的步驟逐步完成。這種教學方法的問題在于教與學分割嚴重，而學生又過分依賴教材上說明，只要直接按照步驟操作即可完成實驗。做完實驗后仍然對實驗內容知之甚少，缺乏主動思考。為此，本實驗的教學方法需要進行一些改革。從原先的“先教后做”的簡單模式改為“教師講授、學生自學、同學互學、課堂討論、案例分析與設計、網絡學習”等多種方式相結合的教學方式。具體而言：（1）“教師講授”。本實驗針對“難度較大”、“重要性突出”、“理解困難”、“綜合性強”的內容，采用“教師講授”為主的方式。（2）“學生自學”。本實驗針對“內容淺顯”、“理解容易”的內容積極鼓勵學生自學、探索。（3）“同學互學”。本實驗針對“有一定綜合性，但較為簡單”的實驗內容，將學生分成若干小組，小組成員分工協作，從而實現學生在團隊合作中相互學習。（4）“項目分析”。本實驗在進行具體物流系統分析時，使用實際案例，進行案例分析教學，要求學生根據案例進行分析，自主完成仿真建模過程。（5）“個別輔導”。充分利用現有的精品課程的網絡教學資源，安排專門的輔導教師對學生遇到的問題進行及時的個別輔導。（6）“網絡學習”。由于本實驗涉及的內容眾多、結構復雜，如果建成資料齊全的專業資料庫（包括視頻，圖片、文字以及相關的網絡資料），再結合專業軟件的使用，同時搭建網絡交流平臺，將利于學生利用網絡獲得更多的相關知識，達到更理想的教學效果。
四、結束語
總之，《物流系統模擬與仿真實驗》作為物流管理專業的基礎課，通過在教學內容和教學方法上的改革，更好地實現理論知識與行業實踐緊密結合，將對學生創新能力、靈活運用知識能力的培養具有重要的意義。
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關鍵詞:環境工程;虛擬仿真;平臺建設
為加快提高本科教育質量，2019年底教育部辦公廳公布了2019年度國家級和省級一流本科專業建設點名單，認定首批4054個國家級一流本科專業建設點和6210個省級一流本科專業建設點［1］。作為進入榜單的省級一流環境工程專業建設點，需要進一步加強專業建設，持續提升本專業內涵和建設水平，發揮一流專業的示范領跑作用，培養本專業一流人才，為學校“雙一流”建設奠定堅實基礎。
1虛擬仿真實驗平臺建設意義
國家《教育信息化十年發展規劃(2011—2020)年》提出深入推進信息技術與高等教育實驗的深度融合，將實驗信息化作為高等教育系統性變革的內生變量［2］，以高質量實驗助推高等教育質量變軌超車，對培養高素質人才，建設高等教育強國，具有十分重要的意義［3］。虛擬仿真實驗平臺依托虛擬現實和人機交互等技術，使學生在虛擬場景中開展實驗和實踐［4］。虛擬仿真實驗中心建設任務是實現真實實驗不具備或難以完成的功能，在涉及高危或極端的環境、不可逆的操作，高消耗、高成本、大型訓練等情況時，提供可靠、安全和經濟的實驗項目［5］。虛擬仿真實驗中心建設應充分體現虛實結合、能實不虛的原則［6］。
2建設思路
以環境工程省一流專業建設為契機，武漢工商學院環境與生物工程虛擬仿真實驗中心以開源共享、在線學習的信息化方式推進我校化學和污水處理類改革，以實驗、開放的思想推動化學和污水處理類教育更新;充分利用新媒體技術和互聯網平臺，創建開放共享平臺，回應全媒體大數據時代對于“終身學習”的需求［8］。虛擬仿真實驗平臺建設以學生為中心，平臺全天候開放，以線上線下交互學習的模式，將化學和污水處理類相關理論課、實驗課、課程設計和污水處理廠生產實習等環節，與仿真實驗互通交叉進行。在傳統課堂中，學生學習的知識理論性強，理解扁平化，通過在直觀、可視的虛擬仿真實驗項目中實施設計實踐、構思實現、運行操作、問題解決過程，增加學習的趣味性，學生對理論知識的感性認識不斷增強，對設計理念的掌握運用逐步熟練，對知識結構的建立形成持續完善，實現對專業知識體系理解的“理性—感性—理性”螺旋提升，強化學生的問題分析解決能力、綜合設計能力、實踐創新能力。
3建設措施
3．1開發與利用實驗資源
依托虛擬仿真技術研發公司提供的虛擬仿真產品及相關技術支持，項目用于學校虛擬仿真實驗，并持續開發拓展項目內容及功能;充分發揮工程技術企業和信息技術企業在虛擬仿真實驗項目中的積極作用，創新才人培養模式，強化大學生綜合能力訓練，培養適合創新性國家建設的應用型創新人才。湖北君集水處理公司是學校合作企業，為實驗項目提供了大量的專業實驗設備、技術支持和經費支持。持續開發獨立自主知識產權《污水處理工藝虛擬仿真實驗》軟件作為課程推進的新動力。虛擬仿真實驗平臺建設涵蓋四個模塊:化學水質檢測仿真實驗室(含COD、BOD、總磷、總氮和污泥的仿真實驗，包含演示，可用于預習，見圖1)，污水處理廠3D仿真培訓(可用于學生認知仿真實習或企業入職培訓，見圖2)，污水處理工藝設計(見圖3)和仿真污水處理廠運行(見圖4)。每個模塊化單元有其參數設置和設計計算等。
3．2建設化學和污水處理虛擬仿真實驗網絡共享平臺
3．2．1建設門戶網站實現網絡共享門戶網站作為虛擬仿真實驗網絡平臺數據庫系統的網絡入口，各模塊包括首頁，項目描述，項目團隊，網絡相關要求等，首頁涵蓋通知公告、相關視頻、虛擬仿真平臺和仿真軟件展示等。通知公告便于師生及時掌握本行業相關賽事和講座信息;相關視頻有實驗室安全知識講座、科技治污、各種宣傳片等;網絡平臺支持學生開展專業討論、在線共享學習資料等，承擔隨時學習等功能［7］。污水處理仿真實驗是在線開放共享的，進入實驗時可以選擇不同的角色，實現對用戶的分級管理，主要包括專家、教師和學生，不同級別用戶享有不同的使用權限，用以提高網絡的安全性［8］。3．2．2實現虛擬仿真實驗管理平臺功能虛擬仿真實驗項目構架及研發技術:通過3D仿真技術實現虛擬仿真。3D引擎在Windows平臺下通過DirectX技術實現3D渲染。通過骨骼動畫、關鍵幀和序列幀動畫制作3D動畫。通過計算機圖形學(實時陰影，光照貼圖，凹凸貼圖等)和計算幾何學(碰撞檢測、射線檢測、剛體、流體模擬等)等實現現象仿真。通過后臺模塊化模型的搭建和鏈接實現數據仿真。開發工具采用Unity3d作為3D引擎，采用C#語言并通過VisualStudio工具進行程序開發。通過SVN，MicrosoftProject等工具進行程序版本控制和項目管理。虛擬仿真管理平臺的開發語言是JAVA，開發工具是Eclipse跨平臺的自由集成開發環境(IDE)。服務器硬件設有專人專管，部署在實驗室核心機房;制定了虛擬仿真平臺維護流程要求及維護記錄，安排專人與歐倍爾公司對接并將軟件持續改進。虛擬仿真實驗平臺涵蓋對實驗平臺的后臺維護人員和各類基礎信息進行初始化、數據維護和功能設置，具體包括仿真程序教師端和仿真程序管理平臺，仿真程序教師端包括學員管理和考試管理，仿真程序管理平臺包括運維管理和部署管理。學員管理包括設置教師和學生的基本信息，包括實驗安排、實驗結果存儲上傳與數據分析、實驗操作評價、實驗報告成績、實驗課程成績管理等功能;部署管理包括資料庫、實驗交流、實驗過程管理、和在線答疑等部分［7］。
3．3建立和完善實驗與科研隊伍的培養制度
著力規范和加強教職工培訓管理工作，明確按照學校建設發展的需要，“統籌規劃、合理安排”的基本原則，采用校內與校外、國內與國外培訓相結合，形式多樣、有針對性、注重實效的方式來加強培訓工作，確保建立起一支高水平的實驗與科研隊伍。大力支持從事實驗與科研隊伍人員相互學習、相互促進、共同提高，研究成果和發表的相關論文及編寫的實驗教材與同類科研成果一樣享受各種獎勵。擔任有實驗教學課程的新教師和實驗技術人員上崗前必須經過培訓，過好實踐教學關，熟悉實驗室環境，了解掌握儀器設備性能和操作使用方法，掌握實驗教學軟件的運用，認真備課，撰寫指導實驗的教案。同時，在指導實驗前必須完成預備實驗，進行試講、試做，提供講稿、試做記錄，經系、實驗中心負責人組織審查確認后可進行實驗教學和指導實驗。
4應用情況
4．1學科競賽
2020年第46屆世界技能大賽水處理技術項目交流賽(武漢)由武漢工商學院承辦［9］，結合疫情防控相關要求，虛擬仿真平臺模塊是其中5個考試模塊之一，占總成績的10%，每個模塊的設置充分考驗選手設備安裝能力、操作熟練程度、實驗進程把握能力，以及界定、探索、解決不確定性問題的能力;2020年第46屆世界技能大賽水處理技術項目湖北省線上集訓也采用了虛擬仿真平臺，并且向參加的14所院校52名學生和10余名教練介紹和推薦了本校自主開發的虛擬仿真軟件;2020年第46屆世界技能大賽湖北省選拔賽水處理技術項目正式比賽中［10］，武漢工商學院學子分別取得了第一名和第二名的好成績。
4．2實驗和實踐教學
關鍵詞：物流仿真；實驗案例庫；Flexsim
基金項目：本文系新疆農業大學教學研究項目“基于教學實習環境下的物流工程類Flexsim仿真實驗項目設計研究”；新疆農業大學校前期資助項目（XJAU201122）的階段性研究成果
中圖分類號：G64 文獻標識碼：A
收錄日期：2013年3月7日
隨著我國物流產業的較快發展，很多企業對掌握物流仿真技術的高級應用型人才需求越來越迫切。物流仿真技術是采用虛擬現實技術對物流流程進行仿真模擬的一項非常實用的專業技能。為了適應社會發展對高校物流人才培養的新要求，構建物流仿真實驗案例庫，引導學生學習物流系統仿真建模設計思路與方法，逐步提高學生實踐應用能力是非常必要的。如果學生對實驗案例項目涉及的物流系統運作背景比較熟悉，那么就更容易激發學生對物流仿真技術的學習主動性。
一、物流仿真實驗案例庫構建動因分析
《物流仿真技術》在國內各高校都屬于新開設的課程，可以參考的實驗教學資料非常有限。對這門課程的教學安排，有很多學校依然以抽象復雜的仿真理論教授為主，缺少有效的實踐教學環節。在教與學的過程中，學生往往游離于教師安排的各類世界最先進的物流企業仿真案例的教學體系之外。目前已經出版的各類有關物流仿真技術的教材可以充分反映這一問題。即使教師應用多媒體進行簡單操作演示教學，學生掌握了仿真軟件的基本功能，但是如果不給學生創造可以主動參與和思考的實驗項目，學生掌握的仿真軟件操作方法是片斷式的，他們仍然不具備系統地做物流仿真方案的實踐應用能力。這種傳統的實踐教學模式容易導致學生培養與社會需求脫節。因此，很有必要投入大量精力尋找、設計易于學生理解和接受的物流仿真實驗案例，從而有利于教學效果的改善和提高。
新疆農業大學位于新疆烏魯木齊市。受到當地經濟發展水平的限制，學校能夠給物流專業的學生提供合適的在校外參觀實習的機會以及可以允許學生從事實踐操作的場所不多。鑒于這種現狀，為了彌補缺乏動手實踐機會造成的缺陷，學校購置了Flexsim5.0物流仿真軟件。這門課程教學安排在大學四年級第一學期進行。學生已經完成了物流認知、裝備以及生產等綜合實習任務，對新疆本地物流企業發展狀況及其物流系統各業務環節的運作積累了較豐富的感性認識。抓住這個良好時機，以學生教學實習環境為背景，充分利用學生實習認知經歷，設計和開發與實習企業直接相關的物流仿真實驗案例庫。將實習與實驗內容相結合，促使《物流仿真技術》的實驗教學內容來自實習企業，而又不囿于企業。學生可以主動融入案例庫實驗教學中，在最短時間有效地將實習企業實際物流業務內容濃縮，提煉出可以構建的物流仿真模型。通過這種實景式教學刺激學生學習欲望，最終是為了增強學生綜合分析問題的能力，更好地促進其發展。
二、基于案例庫的物流仿真實驗教學內容及組織實施
（一）實驗教學內容設計。《物流仿真技術》教學內容分為以下三個組成部分：
第一，仿真軟件基本操作實驗。創建基本試驗背景，指導學生了解Flexsim物流仿真軟件主要功能模塊以及基本操作方法、熟悉仿真建模步驟、掌握數據統計和顯示途徑、學會模型運行結果動態演示視頻制作技巧。
第二，以教學視頻為引導的虛擬物流系統仿真案例實驗。通過演示教學視頻，增強學生對先進的物流系統結構組成、運作流程、人員配置、設備選型等方面的了解。針對確定的物流系統或具體的物流環節，給出虛擬的設計參數，提出需要構建模型的仿真要求。通過這組實驗訓練學生應用Flexsim仿真軟件的綜合建模能力。包括以下幾個案例：
1、立體停車庫的設施規劃仿真案例。要求根據視頻和給出參數，構建Flexsim仿真模型，能夠顯示立體停車庫的運作流程，模擬停車庫一天的運行狀況，并對運行效果進行分析，尋找工作瓶頸環節，提出優化方案及改進模型。
2、連鎖超市配送中心分揀作業仿真案例。要求按照圖1指示流程，構建分揀作業仿真模型，分析視頻顯示的配送中心分揀作業環節平面布局的合理性，提出優化改進方案。（圖1）
3、生鮮農產品冷鏈物流系統仿真案例。播放新疆庫爾勒香梨采摘后，經過清洗、氣吹、分級、包裝等流通加工環節，進入保鮮庫的物流作業視頻。要求學生按照視頻建立仿真模型。
第三，基于實習背景的物流仿真案例實驗。選擇新華圖書配送中心、烏魯木齊市郵政物流倉儲中心、家樂福超市配送中心等多家物流專業教學實習基地作為仿真案例庫的設計背景，將其物流系統提煉，應用于物流仿真實驗案例庫的構建。學生根據自己的實習調研經歷，結合各實習基地主要的物流功能，確定運輸、分揀、配送、倉儲和包裝等物流業務為主要仿真實驗研究對象，分析并制定仿真模擬實驗方案，構建Flexsim動態仿真模型。
（二）實驗教學組織設計。第一、二類仿真案例實驗要求每位學生獨立完成仿真建模任務。教師負責指導學生選擇合適實體，完成物流作業流程平面布局；合理進行參數設計，構建仿真模型。第三類實驗按照學生參加物流綜合實習的分組，分成若干小組，并選出一名組長。由學生自主選擇實驗題目，自己制定小組分工合作的任務安排。系統分析、數據收集、方案設計由學生在課下完成，上課時間完成模型構建、運行、調試、數據分析等工作。
（三）實驗教學考核方式確定。建立學生參與實驗全過程的教學考核方式，包含實驗前的準備、實驗過程的參與、實驗步驟PPT的總結以及實驗報告的撰寫等環節。由個人完成的實驗，主要考核學生對仿真軟件操作的熟練程度、仿真模型構建的合理性以及運行結果的準確性。以小組為單位完成的實驗主要考核小組的整體表現，從實驗任務完成情況、工作效率以及小組團隊合作狀態等方面進行評價。考核的目的是為了督促學生認真對待每一節實驗課，同時也可以幫助任課教師準確把握課程進展情況，促進實驗教學質量提升。
三、基于實習背景的物流仿真實驗案例庫架構示例
（一）新華圖書配送中心物流作業流程仿真案例。新華圖書配送中心作業區域主要由收貨拆分區、庫存區、收發貨處理區組成。要求學生按照收貨揀貨儲存集貨發貨物流作業順序對新華圖書配送中心物流作業流程仿真模擬，尋找堵塞瓶頸環節，并提出改進方案。圖2是將圖書配送中心改建為立體化倉儲配送中心仿真方案，請判斷是否可行。（圖2）
（二）烏魯木齊市中郵物流倉儲中心物流作業仿真案例。烏魯木齊市中郵物流主營業務是在全疆范圍內開展商品配送服務。圖3是中郵物流倉儲中心某電腦倉庫入庫作業流程仿真效果圖，請找出堵塞瓶頸環節，并做出分揀出庫環節仿真模型，提出改進仿真方案。（圖3）
（三）家樂福超市農產品配送流程仿真案例。家樂福超市生鮮蔬菜的銷售價格較低，這與他們全面推行蔬菜采購采用“農超對接”模式密切相關。圖4是家樂福超市生鮮蔬菜配送流程現況仿真效果圖，建立改進仿真模型，對關鍵設施運行效果對比分析。（圖4）
四、結束語
開展物流仿真實驗教學不僅可以有效地提高學生對物流系統綜合分析和優化設計能力，而且能更好地滿足物流產業發展對高層次人才的需求。由于新疆各高校開設物流專業時間不長，對實驗教學投入的研究精力較為薄弱。更有必要投入大量精力逐步完善物流仿真課程教學體系架構，從而有利于后續教學效果的改善和教學資源的豐富。
主要參考文獻：
(一)會計仿真實驗教學理論基礎建構主義的學習就是在一定的情境下。借助其他人的幫助，通過人際間的協作交流活動而實現意義建構的過程。建構主義學習環境包含情境、協作、交流和意義建構四大要素。情境、協作、交流強調學習的條件和過程，而意義建構則是整個學習過程的最終目標。可以將建構主義學習理論指導下的教學模式概括為：以學生為中心，在整個教學過程中由教師起組織者、指導者、幫助者和促進者的作用，利用情境、協作、交流等學習環境要素充分發揮學生的主動性、積極性和創造性，最終達到使學生有效地實現對當前所學知識的意義建構的目的。
(二)會計仿真實驗教學目標發展性教學觀認為，教學的目的應該是促進學生的發展。這種發展不僅僅是知識和技能的獲得，而是知識與技能、過程與方法、情感與態度價值觀三位一體的發展。促進學生三位一體的發展是會計仿真實驗教學的總目標。從“知識與技能”目標看，會計仿真實驗應該能夠深化學生對理論知識的理解，培養學生會計核算、財務預測決策能力。從“過程與方法”目標看，會計仿真實驗應該使學生對企業經營有身臨其境的感覺，親身經歷企業經營的完整流程，掌握企業經營預測決策的方法，感悟企業經營的真諦。從“情感、態度與價值觀”目標看，會計仿真實驗不再將會計實驗教學局限于操作和認知領域。而強調一種更為廣泛的人文涵養，如訓練學生團隊精神和溝通協調能力，引發學生思考企業價值及企業的社會責任等問題，使學生初步面對上下級關系、同事關系、誠信和職業道德等為人處世問題等。
二、會計仿真實驗教學模式構建
(一)會計仿真實驗教學環境會計仿真實驗在ERP沙盤實驗室進行。借助于ERP沙盤模擬企業經營系統為會計實驗教學搭建仿真企業環境，將一家生產型企業交給學生模擬經營，使學生在仿真企業生產經營活動環境下，從財務角度透視企業整體運營過程，對產品研發、籌措資金，投資回收、現金流管理等分析，從仿真企業經營活動中自主獲取會計數據，進行賬務處理，編制財務報表。
(：)會計仿真實驗教學組織會計仿真實驗課程將學生分成6個模擬經營團隊，每個團隊約8人，各代表一個模擬公司，他們互相是同行業的競爭對手。團隊成員分別擔任模擬公司的企業總監(CEO)、財務總監(CFO)、生產總監(COO)、采購總監(CSO)、營銷總監(CMO)、信息總監(CIO)等角色。教師給定企業目前的發展狀況，給定未來的市場環境等信息，給定模擬經營規則。各個模擬經營團隊必須做出諸如新產品的開發、生產設施的改造、新市場中銷售潛能的開發、財務管理等重要決策，必須在兩天時間內模擬企業6年的經營周期，力爭在產供銷各個環節實現信息流、物流和資金流的緊密結合與有效管理。達到預期的企業經營目標，取得模擬經營的優勝地位。
(三)會計仿真實驗教學模式的操作程序會計仿真實驗教學按照如下程序進行：(1)模擬企業經營的初始年度。各個模擬經營團隊熟悉模擬經營環境，制定企業發展規劃，進行市場預測、產品開發決策，銷售預測、生產預測、固定資產投資預測、資金預測、現金流量預測等工作。(2)年度經營。初始年度做好各項預測與決策工作后，各個企業開始進行第一年至第六年的經營。每個年度分四個季度來做。在開展模擬經營活動時，要填制備種原始單據，并及時傳遞到財務部門進行編制記賬憑證、登記賬簿、分攤費用、成本計算等工作，期末編制財務報表。(3)年末。在每一經營年度的年末，學生總結當年經營的成功或失敗的經驗，對當年的財務報表進行分析。對下年度的生產能力、存貨采購、現金流量、資金籌集等方面編制預算。訓練學生運用盈虧平衡圖、毛利率、銷售回報率、資產周轉率等分析問題，學會用這些財務工具使投資和決策更加理性化。(4)6年經營完畢，評價各個團隊的經營業績。
(四)師生角色定位會計仿真實驗教學模式以學生為主體，學生處于中心地位，模擬經營團隊有絕對的自主經營權，企業發展規劃的制定、經營活動的開展、財務核算等工作由學生自主完成。
在會計仿真實驗教學模式中，教師起主導作用，扮演多種角色。(1)教師扮演組織者角色。教師要制定教學目標。設計教學方法和教學環境，合理組織安排教學程序。如完成實驗需要多少課時，總體實驗分為幾個步驟，課時怎樣分配，在每個步驟中學生先做什么后做什么，這些都需要教師的精心組織和安排。教學程序的組織和安排直接關系到學生的學習效果，關系到仿真實驗教學任務能否順利完成，關系到教學質量的優劣。(2)教師扮演監督員角色。督促學生遵守模擬經營規則，促進模擬經營團隊之間的公平競爭。(3)教師扮演政府、供應商和客戶等角色。教師代表政府向模擬企業最新的法規政策并征收稅金，代表供應商向模擬企業供應原材料，代表采購商向模擬企業產品訂單。(4)教師扮演分析評論員角色。每個經營期末，教師要對各個模擬經營團隊的經營活動進行分析評價，對下年度的工作提出指導性意見。(5)教師扮演業務顧問角色。學生在模擬經營中出現問題時，教師要適時點撥引導學生。如學生不知道如何完成具體實驗任務時，教師要提醒學生用什么知識或方法可以解決問題；決策失敗時。教師提醒學生應使用的科學決策方法；因經營失利而灰心喪氣時，教師要鼓勵學生，點撥引導學生分析模擬經營中存在的問題，幫助其走出困境。仿真實驗教學隨時需要這種有針對性的點撥引導，這不僅能幫助學生順利完成實驗任務，而且可以起到畫龍點睛的作用，使學生對問題和知識有幡然醒悟的感覺，對學生綜合能力的提升有極大促進作用。
三、會計仿真實驗教學模式特點
(一)實驗目的從核算監督為主向預測決策為主轉變傳統的會計實驗教學主要是“核算型”實驗教學，培養學生的記賬、算賬、報賬的能力。隨著企業信息化的發展，會計信息系統職能由以核算，監督為主向以預測、決策為主轉變，相應地要求會計人員具備預測、規劃、分析和決策等能力，因而對會計教學提出了新的要求。本文所構建的會計仿真實驗教學模式主要是訓練學生的預測與決策能力、分析解決問題和創造性思維能力、自主獲取會計數據進行賬務處理的能力以及會計職業判斷能力。
(二)實驗形式新穎會計仿真實驗以沙盤模擬經營、模擬經營團隊之間對抗的形式進行，使學生感受到現場的實戰氣氛，能夠激起學生參與的熱情，調動學生學習的積極性和創造性。以組建模擬經營團隊的形式開展實驗，能夠培養學生團隊精神，增強學生溝通技能。會計仿真實驗要求學生遵守各種“模擬經營規則”，能夠培養學生的誠信意識。
(三)實驗內容有利于培養學生的綜合協調能力會計仿真實驗訓練學生從企業整體戰略的角度制定企業發展規劃，從產品的研發、設備的投資與改造、生產能力規劃、物料需求計劃、資金需求計劃及成本、市場營銷、財務指標分析、信息系統建設及組織分工、人力資源的管理等企業管理的各個層面進行綜合考慮平衡規劃。
學生要預算現金流，要分析固定資產的投資可行性，要對比分析不同融資方式的融資成本等。會計仿真實驗調動學生綜合運用其大學期間所學專業知識對問題進行綜合分析與判斷，因此，會計仿真實驗課程涉及的實驗內容面廣，有利于培養學生的綜合協調能力。
(四)實驗過程能充分體現企業所有部門的配合以及信息對企業的重要性傳統的會計實驗只是進行日常賬務處理，學生難以體會公司財務部門與其他部門之間的協調合作，很難理解會計信息在整個公司管理中的地位和作用。會計仿真實驗給學生提供了仿真企業環境，學生經歷了相互的爭論與合作，從“拍腦袋”決策到科學決策中懂得了信息的重要性，從成功與失敗的經驗教訓中深切體會到企業的良好運作需要所有部門的全力合作。
四、會計仿真實驗教學模式及教學策略
(一)學生的中心地位和教師的主導作用兩者并重以建構主義學習理論為指導的會計仿真實驗教學模式強調學生是認知過程的主體。克服了傳統教學中“重教輕學”、學生被動接受知識的缺陷。但在強調“以學生為中心”的同時，還要重視發揮教師的主導作用。因為學生自主的意義建構是以已有的知識經驗為基礎的，而學生的個人經驗畢竟有限，沒有教師很好的指導，學生所學知識很大程度上是不完善的，就會使學生的學習盲目而低效。為此，在會計仿真實驗教學中，既要突現學生在學習過程中的主體地位，強調學習者的自主能動性，又要充分發揮教師的主導作用。使教師成為教學過程的組織者、指導者，學生自主意義建構的幫助者、促進者。只有兩者并重，才能保證會計仿真實驗教學目標的實現。
(二)引導學生系統運用知識解決問題會計仿真實驗課的目的之一是對學生過去所學理論知識的檢驗。學生通過各門會計課程的學習，已經掌握了豐富的理論知識。但這些知識在學生頭腦中是零散的知識，學生不知道這些知識之間的關系，應怎樣運用等。因此，教師要引導學生將財務管理、管理會計、財務會計、企業管理等知識從頭腦中調出來，綜合運用這些知識解決模擬經營中出現的現實問題，以此深化學生對理論知識的理解與掌握。
(三)重視學生能力的培養會計仿真實驗教學的另一個目的是初步培養學生各方面能力。首先，要培養學生的實踐能力和敢于冒險精神。沙盤課程對學生而言是一門全新的課程，很多學生在課程之初持觀望態度，不敢動手去做。教師要鼓勵學生敢于冒險，敢于運用其智慧進行大膽實踐。其次，要培養學生溝通與協作能力。教師要鼓勵學生發揮模擬經營團隊成員之間的合作精神，鼓勵每個學生盡自己最大努力與團隊其他成員進行溝通、協調。最后，要鼓勵學生敢于創新。在實驗課上，很多學生的模擬經營行為很保守。教師要鼓勵學生：一要運用科學方法決策，切忌盲目“拍腦袋”決策；二要敢想，大膽制定企業發展戰略，不仿效不盲從其他企業，敢于“獨辟蹊徑”；三要敢做，認準了目標就要敢于行動，不畏首畏尾；四遇到問題不慌亂，能夠頂住壓力妥善解決問題。
(四)進行開放性、多元性的評價會計仿真實驗教學目標的實現程度。關鍵在于學生的參與程度。因此，應建立一種能夠激發學生潛能和調動學生參與積極性的評價機制。傳統教學中只重視學習結果的評價。學生能力的培養和教學目標的實現是在實驗教學過程中形成，因此還應評價學生在實驗過程中的多方面表現：如學生能否靈活地運用知識解決問題，分析問題時展現出來的思維能力如何以及思維能力有何突破等。因此，會計仿真實驗應采用以形成性評價為主、形成性評價與終結性評價、教師評價與學生自主評價相結合的開放性、多元性評價形式。
五、會計仿真實驗教學模式實施前提
(一)對學生素質的要求會計仿真實驗屬于一種綜合性的實驗，是在教師的指導下，由學生團隊獨立完成模擬企業經營的全過程。為確保會計仿真實驗的順利進行，學生需具備全面的財會及經營管理知識，有一定的分析解決問題的能力和溝通協作能力。在開設該課程前，要求學生已修完會計學基礎、財務會計、成本會計、管理會計、財務管理、企業管理學、戰略管理、會計手工實驗等課程。因此，該課程適合在大三下學期或大四上學期進行。
關鍵詞：綜合布線；虛擬仿真
中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）33-0239-02
隨著計算機技術、網絡技術的發展和應用，計算機網絡技術人才的需求日益增大，計算機網絡技術專業成為中等職業學校常見專業，在很多學校長期開設，《網絡綜合布線》作為其一門主干必修課程，在開設過程中一直存在設備、時間、空間、經費等問題的限制，實驗實習的開展和成效有限。隨著教學改革的開展、實驗實習的深入開展、技能大賽的廣泛參與，利用虛擬仿真技術搭建《綜合布線虛擬仿真平臺》解決上述問題，顯得越來越迫切。
1 建設綜合布線虛擬仿真實驗室的目標
1）該仿真實驗室的建成應該能夠極大的提高學生學習興趣，能充分發揮學生的主觀能動性，在實驗實習過程中極大的吸引學生的注意力，并激發學生的求知欲。
2）該仿真實驗室的建成能徹底解決實際教學過程中長期存在的問題。例如：設備的嚴重不足、輪流實訓過程中時間跨度的拉長、實訓場所空間不足、實訓耗材的大量浪費等。
3）為學校其他虛擬仿真實驗室的建立提供可參考的依據，帶動學校信息化教學的蓬勃發展。
4）該仿真實驗室運行，將致力于提高學生的創新能力，激發學生的創新意識；讓學生在游戲中學，特別是讓那些后進生也很好地投入進來，真正的提高教學效率，提升教學水平、教學質量。
2 綜合布線虛擬仿真實驗室的設計要求
2.1 虛擬實訓系統技術要求
1）通過虛擬現實仿真系統用戶可以在虛擬的環境中了解作業過程中的知識點，查看作業中所涉及的工具，在練習模式中體驗訓練17個模塊，掌握作業的基本技巧。在考核模式中完成整個作業流程。教師可以通過后臺查看學生的成績記錄。
2）用戶可以通過開始界面登錄虛擬現實仿真系統。
3）進入選擇界面后，用戶可以選擇練習模式、考核模式或者設備認知。
4）練習模式：在練習模式中，學生可以選擇練習操作17種分項訓練，水晶頭的制作、機柜的安裝、模塊的端接、配線架的端接、管卡的安轉、線管的制作、線槽的制作、垂直系統的安轉、穿線操作、FD-BD-CD 之間的鏈接、永久鏈路的制作、測試鏈路的制作、光纖熱熔、光纖冷接、底盒的安轉、大對數的端接、TV同軸電纜的操作。當用戶在訓練過程中出現錯誤操作，系統會提醒用戶。
5）考核模式：在考核模式中包括兩套模擬試題。兩套試題的不同在于機柜和底盒的位置不一樣。在用戶選用指定試題后，系統會給出一張平面圖，用戶會根據操作流程完成每個步驟，如果回答錯誤系統會記錄用戶的錯誤點，以便老師后期查看。
6）設備認知模塊是會將每個流程中所涉及的工具設備都以三維模型加文字描述的形式收錄進來。學員可以挑選其中的工具進行360度查看，這樣方便他們課后鞏固。
7）老師可以登錄后臺查看學生的登錄記錄和考核模式中反饋。
8）系統中的動作和交互會包含真實的聲音和音效，以便滿足用戶的沉浸式體驗。
2.2 虛擬仿真開發平臺技術要求
1）可獲取所有3D數字工廠3D素材和多種OpenGL應用程序的三維模型、并到投影系統中立體展示。
2）可以將正在打開的Catia、Pro＼E、Navisworks、SketchUP等O計軟件快速同步到G-Magic投影系統中，直接立體展示、漫游、拆裝、剖切和測量等，不需要任何格式的另存和數據轉換。
3）可以導入常用三維格式數據，如fbx、obj、3ds、dae等。
4）擁有自己的數據壓縮格式，可保存工程/項目文件。
5）可復制和刪除模型，控制顯示模式（網格實體、隱藏顯示、居中顯示等）。
6）支持模型設計編輯功能，可修改模型姿態、紋理、材質屬性。
7）支持燈光系統，可以實時陰影渲染。
2.3 虛擬仿真頭盔技術要求
1）擬現實頭戴式顯示器，單眼有效分辨率為 1200 x 1080 ，雙眼合并分辨率為 2160 x 1200[4] 。
2）2K 分辨率大大降低了畫面的顆粒感，幾乎感覺不到紗門效應。并且能在佩戴眼鏡的同時戴上頭顯。
3）畫面刷新率為 90Hz。
3 本虛擬仿真實驗室的優勢
1）采用游戲式的場景，讓學生能夠身臨其境地進入綜合布線的場景，并十分投入地全程完成各個環節，從而獲得所需知識，形成相應技能。
2）采用仿真系統和虛擬仿真頭盔兩種模式，解決學生批量實驗實習的需求和高仿真度的場景模擬。
3）17個模塊的建立，真實再現了綜合布線的每一個環節，讓學生了解了每個環節的內容及細節，讓教學過程更靈活多樣。
4 結束語
虛擬仿真實驗室的建立只是個開始，如何高效的利用該實驗室并服務于教學是把在我們面前更大的一個課題。隨著網絡技術的進一步發展，新的需求還會不斷涌現，需要我們開發更多的虛擬工具和場景；同時隨著VR技術的進一步發展，我們還可以將虛擬場景的沉浸度、交互性做得更好、更逼真。
參考文獻：
關鍵詞：虛擬實驗室電氣仿真實驗電力系統分析三維動態仿真、
筆者學院的電氣工程及其自動化專業特點以電力系統為主，所學專業面對的是高電壓、大電流的環境。采用虛擬實驗室模擬仿真電力系統的實際環境，可以在實驗實訓中讓學生有效地完成專業實踐的同時，很好地保障學生的人身安全。因此筆者學院建立了以虛擬現實技術為基礎、以分析、遠程操作為目的電氣專業虛擬實驗基地。該基地可實現以學生為中心、以實驗教師為主導的開放性實驗教學，是一個集實驗儀器設備、實驗室環境、教務管理、實驗教學為一體的實驗管理和實驗設備同享系統。
一、虛擬實驗平臺的功能介紹
該虛擬實驗基地的實驗室儀器是可以通過校園網實現共享和遠程操作實驗，主要由5部分組成：數據采集通信、信號處理模塊、實驗選擇及相應實驗、網絡模塊、設計性實驗。
1.數據采集通信部分
實驗平臺的主要硬件儀器有AD-300實驗儀、電力系統分析實驗箱、繼電保護實驗箱、高電壓實驗箱、電力系統控制試驗箱、特高壓直流輸電實驗箱等。這些數據接口需通過硬件采集設備，比如自制的A/D實驗板、數據采集卡、Labjacku12、以太網接口模塊和串口模塊等完成數據連接通信。可以使學生用戶通過選擇控件來選擇并切換不同的數據采集通信方式。
2.信號處理模塊
實驗硬件儀器由于使用率較高，使得其電路老化和實驗采集的信號噪聲會越來越嚴重。因此，如何對所采集到的實驗信號進行去噪聲處理就變得尤其重要。信號處理部分主要采用的去噪聲方法是引入隨機噪聲和工頻干擾噪聲，并根據不同的實驗硬件分析信號的不同加入不同的時頻域處理算法；針對開關量或布爾值量主要閾值進行判斷處理，再進行二次值判別，以保證獲得數據的正確可靠性。
3.實驗部分
虛擬實驗部分主要有五大類：電力系統分析實驗、繼電保護實驗、高電壓實驗、電力系統控制實驗、特高壓直流輸電實驗等。電力系統分析實驗是一門綜合性和研究型的實驗課。由學生操作物理模擬的一次設備，自己獨立動手完成發電機并列、有功無功調節、系統穩定運行、暫態運行、失磁等與理論課結合緊密的研究型實驗。而其他的繼電保護、高電壓、電力系統控制、特高壓直流輸電等仿真實驗亦是通過虛擬儀器Labview把硬件儀器軟件化，構建虛擬保護與控制等，虛擬儀器采用人機界面化，方便學生進行實驗操作。實驗內容不變，具體的操作在虛擬儀器平臺上完成。
4．網絡部分
該實驗基地通過校園網，利用虛擬儀器網絡通信等模塊實現網絡化，使學生隨時能夠進入實驗室平臺進行實驗的預習和操作。教師也可以在校園網公布實驗任務，并可以實現教師與學生的交互式實驗。
5.設計性實驗部分
設計性實驗是學生在掌握實驗原理后，根據實驗目的進行的創造性實驗活動。該模塊是通過預留數據傳輸端口，獨自設立了設計軟件平臺。在該平臺上，學生可以任意組建電力系統模型，再進行拓撲，也可以進行各種分析計算。該模塊在畢業設計環節中應用效果非常好。
二、虛擬實驗室在電力實驗教學中的應用及優勢
1.實驗功能完善,操作方便
筆者學院的電力專業虛擬實驗室驗界面具有可視化、功能強大的特點，同時實驗操作方便，結果直觀。每個實驗都有詳盡的配套實驗指導說明。進行基礎性、驗證性實驗操作時，實驗界面上會及時出現后續的操作步驟提示，操作錯誤時系統會給出警示。同時，該實驗基地具備的在線幫助功能，使得學生可以在實驗的操作過程中隨時查閱相關實驗的目的、內容和實驗步驟。實驗完成后，學生可在虛擬實驗平臺中撰寫、修改實驗報告，提供給教師隨時檢查、批改，教師并將實驗評價反饋給學生。
2.完成實驗內容的拓展，實現教學實驗、輔助學習和職業培訓為一體的功能
筆者學院的電氣專業虛擬實驗室可以完成電力系統有功功率分布及分析、電力系統無功功率分布及分析、電力系統對稱故障計算及分析、繼電保護動作特性分析等傳統實驗內容，還增加了電網調頻調壓，管理負荷，倒閘操作等模擬實驗，也能模擬各類故障及異常運行狀態下的繼電保護、自動裝置等二次設備及其動作情況，可以實現事故處理以及事故后恢復控制的訓練等電網仿真培訓功能。
3.構建具有三維動態仿真功能的三維虛擬實驗環境
筆者學院電氣專業虛擬實驗室構建了元件模型庫和零件庫，并且具有動畫效果。學生可以在實驗時隨時調用，觀察其運行狀態。圖2所示為間隔內的開關及各刀閘、地刀的操作把手及分合指示的三維立體圖。學員可在三維實驗環境中觀察其操作情況，或對其進行操作。這樣的三維虛擬實驗環境，實現三維動態仿真，使學生不僅可以對實驗產生感性認識，還能鍛煉動手能力，拓展了學生的創造性思維。
4.實驗基地的開放模式
筆者學院的虛擬實驗基地建設，實行網絡化教學管理，實現對象管理、開放管理、預約管理、審批管理和門禁管理，是真正具有開放特征的實驗室。開放的模式主要有三種：自由選題型、自主研究型、團隊培訓型。
（1）自由選題型：實驗題目由教師提供，學生進行自由選擇。
（2）自主研究型：實驗內容和步驟由學生自己設計，并自由申請機房。或者是平時課堂布置的實驗學生利用課后時間進行實驗。
（3）團隊培訓型：學生組成的科研社團或者興趣小組針對某個團隊成員感興趣的課題進行研究。實驗基地根據學生對實驗室的需求，將開放管理分為定時開放、全天開放、預約開放三種。
三、小結
關鍵詞： VMware； Linux； 實驗平臺； 仿真； 服務器配置
中圖分類號：TP391 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2013）10-16-02
0 引言
Linux作為日漸流行的多用戶、多任務的網絡操作系統，有著開放、穩定、安全、費用低廉等許多其他操作系統無可比擬的優勢，有著越來越廣泛的應用前景，已成為網絡核心技術之一。
Linux課是計算機類專業學生的一門職業技能課，目的在于講授Linux操作系統的基礎和應用知識，使學生掌握Linux系統的安裝、配置、管理維護等技能，對Linux系統有一個全面了解。由于本課程授課內容主要側重于培養學生的應用技能，授課過程中需要網絡多媒體教學環境，現場演示各種服務的配置過程，使用大量的例子，培養學生分析問題、解決問題的能力[1]。因此，提高Linux實驗教學效果已成為高職院校實驗室建設迫切需要解決的問題。
1 實驗條件存在的問題
實驗室如不使用虛擬機技術，而只是安裝Windows和Linux雙系統則會帶來一些問題。
1.1 無法滿足“教學做”一體化教學改革要求
目前比較流行的多媒體同步教學軟件只能在Windows平臺上運行，在Linux平臺下不能使用。因此教師無法通過同步教學軟件控制學生的實驗進程和及時解決學生在實驗過程中出現的問題，難以實現在做中教、做中學的“教學做”一體化教學改革[2-3]。通過虛擬機技術，可以實現同時運行Windows和Linux兩個系統，在Windows上運行同步教學軟件，在虛擬機下的仿真Linux中進行實際操作訓練。
1.2 實驗室管理難度大
真實的Linux系統一旦不小心被修改root超級用戶密碼或者被刪除了重要系統文件，系統將無法正常使用，解決這一問題需要比較復雜的過程，甚至需要重新安裝Linux系統。通過虛擬機技術，在Windows上加上硬盤還原保護卡，系統重啟之后虛擬機中的仿真Linux系統就恢復到最初的狀態，可大大降低實驗室的管理難度，保證實驗的正常開展。
1.3 實驗項目受到限制
Linux系統安裝操作、分區及格式化操作等是學生必須掌握的技能，但在實際中，在學生機沒有光驅等一些限制條件下安裝真實的Linux系統是很難做到的，同時，一些“危險”性的實驗也可能破壞物理計算機系統。通過虛擬機技術，學生可以通過虛擬光驅加載Linux系統盤鏡像文件安裝系統，而且Linux有不同的發行版，學生可以很方便地安裝不同的Linux系統版本，學生之間可以相互比較各自安裝的系統，發現Linux不同發行版的特點。總之，學生可以放心大膽地進行各種實際操作，而不必顧慮會損壞主機系統，從而增加了實踐動手機會。
2 虛擬機技術
虛擬機（Virtual Machine）是指通過軟件模擬的具有完整硬件系統功能的、運行在一個完全隔離環境中的完整計算機系統。通過虛擬機軟件，可以在一臺物理計算機上模擬出一臺或多臺虛擬的計算機，這些虛擬機完全就像真正的計算機那樣進行工作，例如可以安裝操作系統、安裝應用程序、訪問網絡資源等等。目前流行的虛擬機軟件有Virtual Box、Virtual PC和VMware，它們均能在Windows系統上虛擬出多個計算機。
2.1 Virtual Box
VirtualBox是一款開源虛擬機軟件，最初由德國Innotek公司開發，在Sun被Oracle收購后正式更名成Oracle VM VirtualBox。使用者可以在VirtualBox上安裝并且執行Solaris、Windows、Linux、OS/2 Warp、BSD等系統作為客戶端操作系統。
2.2 Virtual PC
Microsoft Virtual PC可以在Mac OS和Microsoft Windows操作系統上模擬x86電腦，并在其中安裝運行操作系統。原來由Connectix公司開發，后被微軟公司收購并改名為Microsoft Virtual PC。
2.3 VMware
VMware工作站是VMware公司的產品，該軟件包含一個用于英特爾x86相容電腦的虛擬機套裝，其允許用戶同時創建和運行多個x86虛擬機。每個虛擬機實例可以運行其自己的客戶機操作系統。
VMware具有強大的功能：支持幾乎所有的常見操作系統，比如Windows，Linux，Solaris，FreeBSD等；提供快照功能，可以非常方便地還原操作；在網絡上可以支持10個網卡，可以虛擬Team，還增加了ACE服務器；有錄像功能，既能捕捉單張屏幕圖片，又能捕獲視頻；支持目前常見的所有接口；安裝完虛擬機的操作系統后，都有附加的虛擬機附件增強功能；安裝附加工具后，VMware能通過復制粘貼或拖拽直接與物理主機的桌面交換文件；虛擬磁盤可以隨便更改大小，也可以通過映射掛接其他磁盤，在設置里VMware有整理磁盤碎片功能等[4-5]。
3 仿真實驗平臺構建過程
目前高職院校實驗室的計算機內存基本都在2G以上，硬盤在120G以上，完全滿足構建性能良好的Linux仿真實驗平臺硬件條件。虛擬機選用功能強大且易用的VMware Workstation9.0，Linux系統選用與學習資料豐富的Fedora18。
3.1 VMware網絡連接模式的選擇
虛擬計算機與宿主機的網絡關系有四種模式：Bridged、NAT、Host-only和not-use。考慮到Linux課實驗需要，選擇Bridged模式。該模式默認與VMnet0接口相連，客戶機通過網橋直接連接外部物理網絡，客戶機和宿主機地位相同，均被看作是本地網絡獨立的主機，客戶機與宿主機處于同一網段，使用本地網絡不同IP地址。
3.2 構建過程中常見問題及解決方法
⑴ 啟動虛擬機系統時出現“serial0： Unable to launch virtual printer proxy：系統找不到指定的文件，設備將要被斷開連接。”錯誤。解決方法：在虛擬機“打印機”的“設備狀態”中取消“打開電源時連接”。
⑵ 新建虛擬機后，出現“無法初始化Easy Install。如果該錯誤依舊，你可能需要重新安裝VMware Workstation。”的提示。解決方法：新建虛擬機時，選擇“我以后再安裝操作系統（創建一個虛擬空白硬盤）”。
⑶ 點擊菜單“虛擬機”中的“安裝VMware Tools”時，出現“Easy Install正在進行中，不能手動啟動VMware Tools安裝。”提示。解決方法：請把虛擬機的“軟盤驅動器”的“連接”設置為“使用物理驅動器”，或把“設備狀態”的“打開電源時連接”取消。
⑷ “花屏”現象是指雖然進入了圖形模式，但是由于宿主機顯卡分配給虛擬機的顯存過小，導致在進入圖形化界面時出現了界面的模糊、字體放大等“花屏”現象。解決方法：進入文本模式，啟動vi編輯器，修改/etc/X11/XF86Config配置文件，將文件中的“24”修改為“16”，即將原24位像素調整為16位，保存退出vi，重啟系統即可解決該問題。
4 Linux實驗項目設計
在該仿真平臺下能夠完成的項目包括Linux基本操作實驗、各類服務器配置實驗、防火墻設置以及數據庫實驗等。
4.1 Linux基本操作實驗
Linux系統基本操作主要有系統安裝、用戶及權限管理、文件系統管理、磁盤管理、進程管理等。鑒于目前實驗室計算機的硬盤都比較大，很多處于閑置狀態，可以把Linux不同的發行版（CentOS、RHEL、紅旗Linux、Ubuntu等等）安裝鏡像文件都拷貝到硬盤上，供在實驗時安裝不同的發行版，以比較各個發行版的特點。
4.2 服務器配置與管理實驗
Linux服務器主要有Samba Server、NFS Server、FTP Server、WEB Server、DNS、Email Server、DHCP等。
通過配置Samba服務器，可以在裝有Windows系統的宿主機與虛擬機中的Linux系統之間實現共享資源。通過NFS服務器的配置，然后在宿主機上安裝SFU（Windows Services for UNIX）這樣的軟件，就能夠讓Windows系統與Linux系統之間實現資源互用。
FTP、WEB和DNS這三個服務器可以設計成一個綜合實驗：首先將制作好的網頁通過FTP上傳到WEB網站目錄，然后配置DNS對域名進行解析，最后通過域名對網站進行訪問。
Email郵件服務器與DNS域名服務器可以設計成一個綜合實驗，完成不同用戶之間通過郵箱地址相互收發郵件。
在進行DHCP服務器配置實驗時要注意Linux網卡選Host-only模式，Linux網卡選vm1，關閉vm1的DHCP功能，以避免各DHCP服務器之間相互干擾。
4.3 其他實驗
Linux系統內置了MySql數據庫、iptables防火墻等軟件，在該仿真實驗平臺上也可以完成這些軟件的相關實驗，甚至還可以完成復雜的云計算平臺構建實驗等。
5 結束語
利用WMware技術構建的Linux仿真實驗平臺可以很好地模擬真實環境，虛擬機上的實驗效果與真實機器上實驗效果相同，能完全滿足Linux課的教學要求[6]，有利于學生更好地完成Linux系統各類實驗，有利于教師實現教、學、做合一教學改革，有利于管理人員更加便捷地維護實驗室。今后將進一步研究如何使用虛擬機技術構建其他課程的仿真實驗實訓平臺。
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一、目前高校通信原理實驗課程的實際情況
目前，許多高校在通信原理實驗課程教學方面已經獲得了一定的發展，但是在教學方法、教學內容、實驗課程的講解以及實驗設備的配置等方面還是存在一些不足和缺陷。
1）高校通信原理實驗課程的教學內容以一些經典理論知識的驗證性實驗為主，多數情況下只是讓學生按照預設流程進行實驗操作，基本不需要學生進行實驗設計。雖然在一定程度上幫助學生熟悉了理論知識，但缺乏對學生邏輯思維分析方面的鍛煉以及發現問題解決問題能力的培養，更不利于學生探索、創新能力的養成。
2）實驗購置的硬件設備大多已模塊化，使用時都已經組裝好，雖然便于學生進行盡快熟悉設備進行仿真實驗，但如果只是單純地觀察分析預設實驗流程的邏輯計算結果，不僅與現實操作存在巨大的差異，而且容易造成學生的輕視心理，降低學生的學習興趣。
3）實驗設備的參數通常早已設定好，學生在進行仿真實驗時，只能使用預設參數，導致許多需要修改參數來對比分析結果的實驗無法進行，許多原理知識無法一一驗證。
4）購置實驗器材設備的成本較高，導致某些實驗設備比較陳舊，更新換代并不及時，影響教師進行相關課程的實驗教學。
5）實驗室的數量有限、地點固定，學生只能按照學校的統一安排進行某項實驗，無法根據自己的對理論知識和實踐操作的實際掌握情況進行實驗學習，這也在一定程度上影響了實驗教學效果和教學效率。
二、進行虛擬仿真實驗改革的原因
通信系統虛擬仿真軟件有許多，比如SystemView、Matlab等，都可以高度模擬通信系統中的每一個環節和細節，它們的出現和運用，讓高校通信原理課程教學變得更加有趣。通過虛擬仿真實驗可以讓學生盡快熟悉通信系統的各個模塊及環節，其中對信號和噪音系統真實的模擬，能讓學生通過波形和頻譜變化鍛煉自己的綜合分析能力和創新實踐能力。同時，虛擬仿真軟件能讓學生擺脫實驗室以及實驗設備的限制，讓實驗教學變得更加靈活，學生在電腦上安裝這個軟件后就可以隨時隨地進行各種實驗。因此，運用虛擬仿真實驗改革通信原理實驗教學勢在必行。
三、通信原理實驗教學改革
1）實驗室改革是提高通信原理實驗教學的必然要求，包括通過添置器材設備等措施建立綜合性實驗室。原先的實驗室可能只有一些硬件設備，比如通信原理實驗箱和示波器，進行實驗的學生分組不能多于實驗室設備的數量。改革后的虛實結合的綜合性實驗室增加了計算機，可以讓學生進行之前實驗設備所無法完成的實踐操作，更多地實現通信原理知識的設計與驗證，更好地滿足學生進行實踐操作學習的渴望。
2）實驗項目的設計非常重要。在進行實驗項目設計時，必須結合教學內容以及教學重點難點，合理運用虛實結合的實驗環境，分別安排適合的基礎硬件實驗和綜合性實驗。比如，可以設計碼型變換等基礎硬件實驗以及數字調制與解調等綜合性實驗。基礎硬件實驗可以讓學生掌握硬件設備的安全使用方法與正確操作流程，綜合性實驗可以讓學生通過虛擬仿真了解完整的通信系統、信號在傳輸過程中的變化特性，兩者結合能讓學生對通信原理有更直觀、全面的認識，更清楚地知道如何設計、實現具有實際應用價值的通信系統。
四、虛擬仿真實驗的優勢
高校學生在老師的指導下學會使用虛擬仿真實驗系統，可以設計出符合需求的通信模塊，在虛擬系統中設定不同的設備參數，不斷地進行觀察調試，直到構建出完整的通信系統。同時，還可以通過分析比較信號波形和頻譜來更好地理解通信傳輸過程。除此之外，虛擬仿真實驗還有以下優點。
1）虛擬仿真實驗彌補了高校實驗設備存在的缺憾，強大的虛擬設備和分析工具讓學生可以進行多種模塊選擇、不同參數設置的實驗學習。
2）在虛擬仿真實驗中學生可以根據學習理解或者疑惑進行實驗操作甚至試錯，而不用擔心操作不當損壞實驗設備而進行經濟賠償。同時，各種實驗操作變得更加直觀和簡單，能進一步激發學生的學習熱情和興趣，還可以提升學生自主思考、獨立設計的能力，幫助學生形成對通信原理知識的系統的認識和理解。
3）虛擬仿真實驗除了能及時更新實驗項目外，還可以降低實驗經費開支，教師可以根據教學內容的變化、科研成果的更新以及現實應用的需求改進原有的或增加新穎的實驗項目，與時俱進地提升學生的專業技能和水平，讓學生可以更好地適應社會發展的需要。
五、結語
計算機技術飛速發展，讓我們的工作、生活、學習都發生了翻天覆地的變化，虛擬仿真實驗的改革可以讓學生更加直觀地認識通信系統，更好地學習、掌握通信系統的原理和技術。同時，虛擬仿真實驗的改革讓實驗教學更加完善，更符合當代學生的學習需求，也讓通信教學內容變得更加豐富。此外，虛擬仿真實驗改革還能夠提升學生的學習興趣和實踐創新能力，培養出更多優秀的通信專業人才，推進通信領域不斷向前發展。
參考文獻：
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實驗報告（2）
四旋翼飛行器仿真
2012
1實驗內容
基于Simulink建立四旋翼飛行器的懸停控制回路，實現飛行器的懸停控制；
建立UI界面，能夠輸入參數并繪制運動軌跡；
基于VR
Toolbox建立3D動畫場景，能夠模擬飛行器的運動軌跡。
2實驗目的
通過在
Matlab
環境中對四旋翼飛行器進行系統建模，使掌握以下內容：
四旋翼飛行器的建模和控制方法
在Matlab下快速建立虛擬可視化環境的方法。
3實驗器材
硬件：PC機。
工具軟件：操作系統：Windows系列；軟件工具：MATLAB及simulink。
4實驗原理
4.1四旋翼飛行器
四旋翼飛行器通過四個螺旋槳產生的升力實現飛行，
原理與直升機類似。
四個旋翼位于一個幾何對稱的十字支架前，后，左，右四端，如圖
1
所示。旋翼由電機控制；整個飛行器依靠改變每個電機的轉速來實現飛行姿態控制。
圖1四旋翼飛行器旋轉方向示意圖
在圖
1
中，
前端旋翼
1
和后端旋翼
3
逆時針旋轉，
而左端旋翼
2
和右端的旋翼
4
順時針旋轉，
以平衡旋翼旋轉所產生的反扭轉矩。
由此可知，
懸停時，
四只旋翼的轉速應該相等，以相互抵消反扭力矩；同時等量地增大或減小四只旋翼的轉速，會引起上升或下降運動；增大某一只旋翼的轉速，同時等量地減小同組另一只旋翼的轉速，則產生俯仰、橫滾運動；增大某一組旋翼的轉速，同時等量減小另一組旋翼的轉速，將產生偏航運動。
4.2建模分析
四旋翼飛行器受力分析,如圖
2
所示
圖2四旋翼飛行器受力分析示意圖
旋翼機體所受外力和力矩為：
重力mg
,
機體受到重力沿方向；
四個旋翼旋轉所產生的升力
(i=
1
,
2
,
3
,
4)，旋翼升力沿方向；
旋翼旋轉會產生扭轉力矩
(i=
1
,
2
,
3
,
4)。垂直于葉片的旋翼平面，與旋轉矢量相反。
力模型為：
，旋翼通過螺旋槳產生升力。是電機轉動力系數，可取，為電機轉速。旋翼旋轉產生旋轉力矩Mi(i=1,2,3,4)，力矩Mi的旋向依據右手定則確定。力矩模型為
，其中是電機轉動力系數，可取為電機轉速。當給定期望轉速后，電機的實際轉速需要經過一段時間才能達到。實際轉速與期望轉速之間的關系為一階延遲：響應延遲時間可取0.05s(即)。期望轉速則需要限制在電機的最小轉速和最大轉速之間，范圍可分取[1200rpm，7800rpm]。
飛行器受到外界力和力矩的作用，形成線運動和角運動。線運動由合外力引起，符合牛頓第二定律：
r為飛機的位置矢量。
角運動由合力矩引起。四旋翼飛行器所受力矩來源于兩個方面：1）旋翼升力作用于質心產生的力矩；2）旋翼旋轉產生的扭轉力矩。角運動方程如下式所示。其中，L
為旋翼中心建立飛行器質心的距離，I
為慣量矩陣。
4.3控制回路設計
控制回路包括內外兩層。外回路由Position
Control
模塊實現。輸入為位置誤差，輸出為期望的滾轉、俯仰和偏航角。內回路由Attitude
Control
模塊實現，輸入為期望姿態角，輸出為期望轉速。Motor
Dynamics
模塊模擬電機特性，輸入為期望轉速，輸出為力和力矩。Rigid
Body
Dynamics
是被控對象，模擬四旋翼飛行器的運動特性。
圖3包含內外兩個控制回路的控制結構
（1）內回路：姿態控制回路
對四旋翼飛行器，我們唯一可用的控制手段就是四個旋翼的轉速。因此，這里首先對轉速產生的作用進行分析。假設我們希望旋翼1的轉速達到，那么它的效果可分解成以下幾個分量：
：使飛行器保持懸停的轉速分量；
：除懸停所需之外，產生沿ZB軸的凈力；
：使飛行器負向偏轉的轉速分量；
：使飛行器正向偏航的轉速分量；
因此，可以將期望轉速寫成幾個分量的線性組合：
其它幾個旋翼也可進行類似分析，最終得到：
在懸浮狀態下，四個旋翼共同的升力應抵消重力，因此：
此時，可以把旋翼角速度分成幾個部分分別控制，通過“比例-微分”控制律建立如下公式：
綜合以上三式可得到期望姿態角-期望轉速之間的關系，即內回路。
外回路：位置控制回路
外回路采用以下控制方式：通過位置偏差計算控制信號（加速度）；建立控制信號與姿態角之間的幾何關系；得到期望姿態角，作為內回路的輸入。期望位置記為。可通過PID
控制器計算控制信號：
是目標懸停位置是我們的目標懸停位置(i=1,2,3)，是期望加速度，即控制信號。注意：懸停狀態下線速度和加速度均為0，即。
通過俯仰角和滾轉角控制飛行器在XW和YW平面上的運動，通過控制偏航角，通過控制飛行器在ZB軸上的運動。可得：
根據上式可按照以下原則進行線性化：
（1）將俯仰角、滾轉角的變化作為小擾動分量，有，，，（2）偏航角不變，有，其中初始偏航角，為期望偏航角（3）在懸停的穩態附近，有
根據以上原則線性化后，可得到控制信號（期望加速度）與期望姿態角之間的關系：
則內回路的輸入為：
5實驗步驟與結果
（1）
根據控制回路的結構建立simulink模型；
（2）
為了便于對控制回路進行參數調整，利用Matlab軟件為四旋翼飛行器創建GUI參數界面；
（3）
利用Matlab的VR
Toolbox建立四旋翼飛行器的動畫場景
（4）
根據系統的結構框圖，搭建Simulink模塊以實現模擬飛行器在指定位置的懸停。使用默認數據，此時xdes=3，ydes=4，zdes=5，開始仿真，可以得到運動軌跡x、y、z的響應函數，同時可以得到在xyz坐標中的空間運動軌跡。然后點擊GUI中的VR按鈕使simulink的工作空間中載入系統仿真所需的參數，把x、y、z的運動軌跡和Roll，Pitch，Yaw輸入至VR中的模擬飛行器中，觀察飛行器的運動軌跡和運動姿態，然后再使用一組新的參數xdes=-8，ydes=3，zdes=6進行四旋翼飛行器運動進行仿真模擬，可以看出仿真結果和動畫場景相吻合。
6實驗總結與心得
此次MATLAB實驗綜合了SIMULINK、GUI和VR場景等多個部分，對四旋翼飛行器運動進行了仿真模擬。由仿真結果可以看出，四旋翼飛行器最終位置達到了期望給定的位置，三個方向的響應曲線最終平穩，對應飛行器懸停在期望位置，達到了控制要求。
關鍵詞：仿真實驗 組織與實施 實驗方法
中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）01（b）-0207-02
仿真實驗已廣泛應用于開發作戰概念、分析戰爭問題、評估作戰方案、檢驗作戰效能等作戰研究和輔助決策各個方面。然而，仿真實驗是一項復雜的系統工程，成功的進行仿真實驗的組織與實施非常困難。因此，研究一般性仿真實驗的組織與實施方法，保證實驗活動規范高效的進行具有重要的意義。
1 仿真實驗組織的基本過程
仿真實驗組織的基本過程主要包括3個主要階段：仿真實驗準備、仿真實驗實施和仿真實驗評估分析。仿真實驗準備階段必須要明確提供已知什么、想要實驗的新知識是什么和怎么實驗，最終產品為數據、模型和實驗計劃。仿真實驗實施階段主要根據準備的數據和模型構設實驗手段，并按仿真實驗計劃進行調控、觀測和采集實驗數據。仿真實驗分析階段主要對實驗采集的數據進行整理、分析，得出相應結論以便為實驗人員所用。
2 仿真實驗準備階段
仿真實驗準備的目的是清晰地定義仿真實驗的目標、環境、條件，并制訂仿真實驗實施的詳細計劃，以確保仿真實驗的價值和意義，使實驗過程始終運行在正確的軌道上。
2.1 仿真實驗構想
仿真實驗構想從軍事角度，在概念層次對所要做的實驗進行設想，明確在什么環境條件下進行實驗，實驗要發現或驗證演示什么，需要對什么進行調節控制以及觀測記錄什么。實驗構想的主要工作包括：（1）確定實驗目標，即實驗要發現或驗證的關系；（2）確定實驗的假設條件；（3）確定實驗的自變量；（4）確定實驗的因變量；（5）確定實驗需要控制的自變量；（6）確定變量的約束值。
2.2 仿真實驗規劃
仿真實驗目標和需要考察的變量及關系確定后，便要對仿真實驗進行規劃。
2.2.1 仿真實驗規劃設計
實驗規劃設計要考慮如何將各種變量引入到實驗中。實驗設計需要將實驗構想中列出的變量進一步分解細化，轉換為能夠引入部署到實驗中的變量，并將各種變量分為自變量、因變量和中間變量三類。因變量構成了實驗分析的目標函數，因變量的選擇必須能完整準確描述實驗的目標，而且要確保因變量的有效性和可靠性指標。自變量是對能夠影響因變量變化的各獨立因素的度量。因變量通常與眾多自變量有關，它們之間的因果關系錯綜復雜，需要基于實驗構想中的假設將自變量分為控制變量和調節變量。中間變量是影響因變量和自變量之間關系的變量，直接決定實驗結果的可信性，必須認真仔細確定中間變量。
2.2.2 仿真實驗任務清單
仿真實驗的任務清單描述實驗所要完成的各項任務，包括如下內容：（1）任務：需要做的是什么；（2）資源：每項任務由哪些組織負責，這些組織有什么樣的資源，哪些組織對各項工作提供支持；（3）時間表：每項任務和子任務應該在什么時間節點完成以及這些工作r間順序是什么；（4）邊界：各項工作如何保持足夠的獨立性，從而可以成功實施？對于互相依賴的工作，如何協調？（5）偶然性：任務、資源、時間表或邊界在可預測的環境中可能需要怎么調整。
2.2.3 可行性審查
可行性審查目的是：在制訂具體的仿真實驗計劃之前，盡可能地發現實驗中可能出現的問題，并及早解決問題。可行性審查包括下面的工作：（1）確定實驗規劃的各項任務及其進度是否可行；（2）為實驗規劃開發一個可執行的模型進行仿真，確保用某種更具體的形式綜合和表達假設中所表達的抽象思想，通過可執行模型進行邏輯檢查。
2.3 仿真實驗計劃
可行性審查之后，實驗團隊需要為實驗制訂詳細的實施計劃。仿真實驗計劃的好壞將直接影響到仿真實驗的成敗。在前期的工作中已經基本確定了實驗設施，實驗計劃工作重點將從相對抽象的問題轉到實驗中如何具體實施這些工作上來。
2.3.1 實驗條件構建計劃
由于仿真實驗系統十分復雜，計劃必須保證有足夠的時間完成實驗系統構建工作。技術人員應盡可能早地了解實驗設計者的計劃和目標，以便及早開發相關技術，同時還應從自身專業領域盡早識別出存在的風險，并在允許的時間內加以改正。此外，組成實驗環境的各系統必須得到校驗、測試與確認，以使實驗環境能夠滿足實驗的需要。
2.3.2 實驗過程控制計劃
由于存在大量的中間變量，實驗團隊必須確定如何控制它們的影響。其中應重點關注實驗需求方對實驗的影響。他們與實驗主體之間的交互，會改變他們在實驗中的工作進程。因此，精心計劃的實驗要事先考慮到這些因素，在向實驗需求方提供了解實驗過程的同時，盡量避免他們對實驗結果造成影響。
2.3.3 數據采集和分析計劃
雖然在實驗中需要先收集數據再進行分析，但在考慮數據采集分析計劃時，要首先考慮數據采集是否能全面、有效地支持數據分析的開展。
3 仿真實驗實施階段
對于復雜的仿真實驗，無論計劃多么周詳，都有可能出現意想不到的情況，詳細計劃在實施過程中都可能要經過不斷的調整、改進才能實現。在仿真實驗實施過程中，需要做好以下3個方面的工作。
3.1 建立仿真實驗環境
建立實驗環境通常由實驗技術支持人員構建完成，需要大量時間來搭建需要的系統并對各種設備進行檢查，而且經常會超過預期估計的時間。經常遇到的情況是單個系統運轉正常，但當系統進行協作、交換信息或訪問同一個數據時就會出現問題。將測試良好的、可靠的系統集成在一起是一項困難的工作。因此，要保證所有系統正常工作和交互，并可以支持實驗，需要提前精心準備。
3.2 仿真實驗的預測試
實驗預演或預測試是正式實驗之前，對整個實驗過程進行的預演或彩排，目的是發現實驗計劃中存在的漏洞，以便修改和充實實驗計劃；發現實驗中可能出現的問題，提前制定解決預案；對沒有實驗經驗的參與人員進行培訓。對復雜仿真實驗進行預測試是一個必需的先決條件，是實驗實施的一個重要階段，要給予特別重視，因為這是提前發現問題，確保實驗高效、順利進行的關鍵。
3.3 仿真實驗實施
在實驗實施工程中，仿真實驗最主要的任務是：（1）質量控制，確保實驗按計劃和設計進行，排除外部因素干擾；（2）數據完整性，確保收集到正確的數據，在數據采集、聚合、存儲或數據化簡的過程中沒有偏差；（3）聽取所有參與者的反饋，確保高質量的數據采集，對可能影響數據或數據解釋的問題都進行充分的收集了解。
4 仿真實驗分析階段
稻莘治觥⒍允笛樽齔銎攔饋⒆寫分析報告，以及報告、出版和發行實驗結果，是仿真實驗不可分割的一部分，也是實現實驗目標、提高實驗價值、擴展實驗影響及應用的重要方式。
4.1 數據分析
數據分析的目的是對實驗的問題，即實驗的因果假設是否一致做出合理的解釋。分析采用的形式通常有討論會和工作組兩種。如果實驗得出的數據是線性關系，通常使用通用線性模型進行分析。如果實驗數據是非線性關系，一般做法是使用各種轉換工具，把非線性數據轉換成線性關系。
4.2 實驗評估
實驗評估是對實驗做出最后評價，將知識轉化為能力的重要步驟。實驗評估有時也稱作實驗分析，它與數據分析的區別在于：一是二者分析的內容不同。數據分析主要用于分析從實驗中收集來的數據，其結果是形成數據分析報告。而實驗評估是以數據分析結論為基礎，對整個實驗做出評價，其結果表現形式是實驗報告；二是實施分析的人員不同。數據分析人員是專職從事分析的技術人員。而實驗評估人員是實驗設計人員，有很多軍事人員參與，特別是實驗報告要由軍事人員撰寫，而數據分析報告由數據分析人員撰寫。
4.3 撰寫報告
仿真實驗通常要撰寫兩份實驗報告，一份初步報告和一份詳細的實驗報告。初步報告通常以簡短公文或簡報兩種形式撰寫，目的是向實驗需求方報告實驗的初步結論。詳細報告不僅要闡明實驗的結論，而且要詳細描述實驗的細節，包括：一是仿真實驗要回答哪些問題；二是仿真實驗為什么能回答這些問題；三是參加仿真實驗的人員、時間和地點，實驗是如何組織實施的；四是實驗中發生了什么情況，并詳細描述每個情況；五是實驗結論。
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