仿真实验范文

仿真实验范文第1篇

摘  要 为了提高电工学实践教学效率和学生的实践能力，提出将Multisim虚拟仿真实验与实体实验并行的电工学实验教学方法，并给出综合实验的实例分析与应用。通过对电工学实验特点的分析，根据不同实验要求进行实体实验与仿真实验，以增强学生对于电工学内容的认识与理解，同时提高学生分析与设计实际电路的能力。

关键词 电工学;Multisim;实验室;虚拟仿真实验;实体实验

Key words electrotechnics; Multisim; lab; virtual simulation experi-ment; entity experiment

1 引言

隨着社会信息化的迅速发展，教育教学过程中对于信息化技术的需求越来越大，如何将虚拟仿真实验技术更好地应用于实际教学过程中，进一步加强教学改革，使教育教学顺应教育信息化的发展趋势和现实发展需要，是广大教学工作者需要深入探索实践的问题。当前，国内外许多高校已经开发了虚拟仿真实验项目，建立了相应的虚拟仿真实验室[1-2]。

电工学是研究电磁现象在工程中应用的技术科学，是工科各类非电专业必修的一门实践性很强的技术基础课。该课程内容综合性强，对工科学生综合素质的提高以及创新能力的培养至关重要。各类电路的实验验证对于促进学生在复杂的理论中深入理解和掌握其根本原理起着非常重要的作用，也可以在一定程度上提高学生的实际动手操作能力，同时在此基础上进一步提高学生对应用电路的设计和分析能力。为了适应电工学课程对于实验的各种要求，提出将Multisim虚拟仿真实验与实体实验并行的电工学实验教学方法，形成虚实结合的实验教学模式，实现优势互补的实验教学目标，并给出实例进行具体分析[3]。

2 现有电工学实验教学中存在的问题

当前大多数院校给学生开设的电工学实验，都是依靠实验室提供的实验台设备，让学生在学习完对应的理论内容后，在规定的时间里，根据规定的实验指导书的内容，在指导教师的指导下完成实验。在近几年的电工学实验教学中发现，这种教学模式可以在一定程度上提高学生的实际动手操作能力，但也存在很多问题[4]。

1）一般院校的实验中心所引入的电工学实验设备都是模块化设备，这种实验室仪器的操作只是供学生做一些验证性实验或简单的设计性实验，对于一些综合性设计实验根本无法实现，这就导致达不到对学生能力培养的期望。

2）实验台上的实验只能在规定的时间按照规定的内容去完成，对于稍复杂一些的实验，线路的检查和调试的时间需求不能够充分满足。一般性验证性实验对于学生而言，能够在一定程度上提高动手能力，并加深对理论知识的理解和掌握，但不能满足学生个性化学习要求。同时，内容的局限性也限制了学生兴趣的培养，那么创新更无从谈起。

除此之外，对于作为初学者的学生来说，实验室实验必然会造成元器件的损毁。同时，在电工实验中，强电与弱电并存，或多或少有一定的安全问题……

可以看出，对于电工学实验教学来说，传统的单一实验室平台实验教学方法与当今社会要求的培养创新型、应用型人才的教学理念不符，不利于工科学生综合素质的提高以及创新能力的培养。那么，如何激发学生对于电工学实践环节的兴趣，有效提高实验教学效率和学生的实践能力，就成为该课程亟待解决的问题。

3 Multisim虚拟仿真实验和实体实验结合的教学模式

Multisim虚拟仿真实验特点  现代计算机技术和虚拟技术的发展，使很多知识的学习开放化、自动化。Multisim

就是一款用于开发和仿真的软件，不仅仅局限于各类电路的虚拟仿真，而且在LabVIEW虚拟仪器、单片机仿真等技术方面有许多创新和提高。Multisim计算机仿真与虚拟仪器技术（LabVIEW）可以方便地将抽象的理论知识用计算机仿真真实地再现出来，可以极大地提高学生的学习热情和积极性，真正做到变被动学习为主动学习。Multisim虚拟仿真实验具备以下特点[5]。

1）无局限性，随时随地可以使用。Multisim是虚拟仿真实验平台，实验人员可以根据自己的要求做任意相关实验，包括综合性实验、研究型实验、设计型实验等。同时，仿真实验平台仅仅是一个软件平台，对于学生来说，可以随时随地进行自己的实验。这样既可以满足学生自由分配时间的需求，又可以发挥学生的主观能动性，完成任何层次的实验。

2）软件调试方便，维护方便。电路本身就是由很多元器件和很多连线形成的，学生作为初学者，在做实验的过程中难免会出现很多错误。在虚拟仿真实验平台上完成实验时，学生可以随时发现问题，随时更改线路的连接形式，删除或增加元器件、修改参数，调试过程中也可以根据调试结果随时更改线路，最终得出最优方案，非常方便。

3）安全性好，不消耗实验器材。实验过程既是一个提高动手能力和实际操作能力的途径，也是一个摸索的过程和练手的过程。学生作为初学者，在练的过程中提高自己的能力的同时，难免会出现这样那样的错误。而虚拟平台对于这些错误会实时提示，并很明显地标记出来，既能够提示实验人员正确操作方法，又不会出现仪器损毁的情况，对学生来说保证了安全性，对实验室来说不会出现仪器损耗，大大减少了经费开支。

4）可以使用一些实验室不常见的元件。一般情况下，实验室平台主要用于满足学生的基本实验，对于一些综合性实验或提高学生创新能力的设计型实验来说，有一些不常用的元件就没有，造成实验的局限性。而虚拟平台提供了非常完整的元件库，能够满足各种类型的实验需求，使实验者灵活选用各种元件，使实验得到一个最佳效果。

虽然Multisim虚拟仿真实验具备很多实验室硬件实验所不能实现的优点，但单一的仿真实验由于其电路中元件和操作环境的理想化，使学生对实际的操作认识不够深刻，实际动手能力匮乏，容易导致在设计过程中与实物脱节，同样不能达到从根本上提高实践能力的目的。

Multisim虚拟仿真实验与实体实验并行的教学模式  现代科学技术和工业的发展是基本理论研究、应用研究和技术开发紧密结合的过程。这就要求学生在学习电工学课程基本理论知识的基础上，能够将其应用到实际设计过程中。众所周知，实体实验室的实验台都是针对课本中的一些比较重要的理论而开发的，非常有必要让学生按照实验要求动手去进行操作。但是实验室实验一般都是根据教材需求设置的一些常规性实验，而为了提高学生的创新能力，在学习完整个课程之后，还应该做一些综合性实验，或针对某一个项目课题进行一些设计或仿真，常规实验室对于这种需求将无法满足。在这种情况下就需要采用Multisim软件进行虚拟仿真实验。因此，对于不同类型的实验应该灵活地采用不同的方法进行，才能够得到最佳的效果。

1）基礎实验。戴维宁定理、单管放大、集成运放、编码器、译码器等内容都是电工学课本中要求学生必须掌握的内容，这些内容的相关实验，实验室的实验台都很完善。对于这些实验，可以先在课堂上用Multisim软件进行虚拟仿真，然后将仿真过程以及仿真结果结合课堂理论教学，增进学生对于基本理论的掌握和理解，为下一步的实验室实际操作打下坚实的理论基础，再在实验室平台上进一步进行实操，使学生掌握常用的电子仪表、电子仪器的使用方法，并能够按照实验要求完成电路的搭建、实验数据的读取、实验波形和曲线的结果分析等内容，从而使学生对于理论知识的掌握与实践能力的提高都大大增强[6-7]。

2）综合性、设计型实验。对于整个电工学而言，可以将其分成三大部分内容，包括基本电路部分、模拟电路部分和数字电路部分。每学完一部分内容，可以布置相关内容的综合性、设计型实验，这些综合性、设计型实验应以总结对应部分内容以及提高学生设计能力为目的。由于实验室实验设备本身和实验室开放情况等各方面的限制，对于这些综合性、设计型实验，在给出实验目的和实验内容的情况下，从确定设计思路，到一步一步搭起每个模块的实验电路，最后到搭起整个实验电路，包括各个环节的验证调试等过程，都在实验室完成是不现实的。一方面，对于完成实验的最佳设计思路，实验台不一定能够提供所有可用的最优元器件;另一方面，直接在基本设计思路的指导下进行连线操作，必然会出现很多隐患，由于接线过程中线路复杂而出现错误接线，从而导致反复检查修正，甚至出现烧毁电气元件的情况，等等。同时，这种由多个模块组成的综合性实验，所要求的时间和场地是具有连续性的，不能由于其他实验而中断。

那么，对于这些综合性、设计型实验，完全可以在实体实验前用Multisim软件进行虚拟仿真，既可以避免以上情况的产生，还可以让学生灵活快速地根据仿真结果，优化自己的设计思路，最终找出最优设计方案。得到仿真结果后，再以实验室实验台为基础，有目的性地对于综合性实验的部分过程或整个实验电路进行实操。

总之，将仿真实验和实体实验并行进入课堂教学与实验教学过程中，才能使学生对于电工学课程的学习更加完善，才能加强学生的创造性思维方式的培养，才能更进一步促进学生动手实践和创新能力的提高。课堂理论教学、仿真实验和实体实验三者相辅相成、缺一不可。

4 综合实验案例分析

下面以数字时间记录仪仿真电路综合性实验为例，介绍实验过程。

实验目的：设计一个数字时间记录仪。

实验要求：要求数字时间记录仪能够完整、准确地显示时、分、秒时间信息;要实现1 Hz的秒计数;同时实现校时功能。

首先，确定基本设计方案，并在Multisim环境下实现本实验的基本过程。用六个数码管完整地显示时分秒信息;用一个由两个十进制计数器串联，加上必要的反馈置零电路组成的十二进制计数器来实现时的计时;用两个由十进制和六进制的计数器串联组成的六—十进制计数器分别实现分、秒的计时;同时实现校时功能，需要分别对时分秒的校时电路;要实现1 Hz的秒计数，可以由晶体振荡器分频后提供，也可以由555定时来产生脉冲，并分频为1 Hz后提供;校时电路可以用单刀双掷开关切换计数功能与校时功能来实现。该数字时间记录仪将秒计数器的进位端连接到分计数器的时间记录仪信号输入端，将分计数器的输出进位端连接到小时计数器的时间记录仪信号输入端，显示数码管连接到计数器的计数输出端，校时电路与各计数器的正常时间记录仪信号通过单刀双掷开关选择后，接到计数器的时间记录仪端。完整的数字时间记录仪仿真电路如图1所示。

由于数字时间记录仪电路比较复杂，因此将单个功能的实现分别做成子电路，然后直接把设计好的电路复制到子电路编辑窗口中，把需要与外界连接的引脚引出来，就可以直接与主电路其他部分连接，从而实现其功能。在图1所示完整数字时间记录仪仿真电路中，12（SC2）为十二进制计数器子电路，实现对于小时显示的进位功能，其原电路如图2所示;CLOCK（SC3）为分频器子电路，实现将1 kHz信号分频为1 Hz信号，其原电路如图3所示;60（分）和60（秒）为两个六—十进制计数器子电路，分别实现控制分和秒的显示，其原电路为如图4所示的74LS161构成的六—十进制计数器电路。

为了实现各个分功能的电路能够有效地连接到一起，均需要将原电路设置成子电路的形式，然后放入总电路中实现连接。本文以六—十进制计数器原电路（图4）和子电路（图5）为例，介绍如何将原电路转换成子电路形式，以便于实现总电路的连接。从图4和图5的比较可以看出，只要有了原电路，对应的子电路设计过程很简单，只需要将设计好的功能电路复制到子电路编辑窗口中，把需要与外界连接的引脚引出来，就可以与主电路的其他部分相连接。用同样的方法可以把分频器原电路、十二进制计数器原电路也复制到子电路编辑窗口中，再把需要与外界连接的引脚引出来，接入主电路即可。文中只给出分频器子电路、十二进制计数器原电路图，如图2和图3所示，其子电路图示不再重复绘制。

至此为止，完成Multisim数字时间记录仪的虚拟仿真实验电路的设计。在完成虚拟数字时间记录仪的设计及仿真后，再根据实际情况选择是否在实体实验平台上做整体实验或者部分模块实验，就更可靠更方便了。

5 结语

在电工学传统的实验室实验教学的基础上，开展Multi-

sim虚拟仿真实验与实体实验并行的实验教学模式，将理论设计与分析、实体实验现实与交互式设计与仿真相结合，完善电工学现有的实验教学体系，提高实验教学水平和教学质量，同时激发学生的实验创新能力和综合素质，同时为实验室教学模式提供一种新思路。在电工学实验教学过程中，如何进一步改善和实践虚拟仿真实验与实体实验相结合的教学方法，真正实现对于电工学实验教学的最佳教学效果，进一步提高实验教学质量，这无疑对整个电工学实验教学质量的提高有着积极意义。

参考文献

[1]李亮亮，赵玉珍，李正操，等.材料科学与工程虚拟仿真实验教学中心的建设[J].实验技术与管理，2014，31（2）：5-8.

[2]李宁，杨坤，史芹.大学物理虚拟仿真实驗开放式教学初步探索与实践[J].教育现代化，2016（40）：118-119.

[3]付杨.基于Multisim技术的电子电路综合设计改革[J].实验技术与管理，2017，34（4）：112-114，198.

[4]杨蕊，王晓燕，杨婷.基于Multisim虚拟仿真技术的电工电子实验室建设[J].实验技术与管理，2015，32（10）：129-131.

[5]李忠波.电子设计与仿真技术[M].北京：机械工业出版，2004.

[6]王海波.基于Multisim仿真软件的电工电子实践教学改革[J].数字技术与应用，2011（9）：221-222.

[7]廖辉.仿真软件在电工学中辅助教学探讨[J].实验技术与管理，2014，31（4）：102-105.

仿真实验范文第2篇

摘要：结合当前工科院校物理实验教学特点，以桂林理工大学物理虚拟仿真实验教学中心为例，对物理实验教学中存在的问题，虚拟仿真物理实验的优点进行了概述，在此基础上，对虚拟仿真实验提出建设方案以及虚拟仿真实验的解决方案。

关键词：虚拟仿真实验;大学物理实验;仿真技术

物理学基本规律的发现及其理论的建立，以及促进生产技术的发展都是以严格的物理实验为基础的，物理实验在物理学和生产技术发展中起过重要作用[1]。物理学科具有让学生形成科学思维和掌握科学方法的条件，但是物理实验课时较少，以桂林理工大学为例，一般工科专业仅32学时，仅靠课堂真实实验教学远远不够，大量的实验不能开设，利用虚拟仿真实验可以提高培养学生的学习能力和实验能力，学生可以根据自己的兴趣爱好拓展实验。虚拟仿真技术是一门崭新的综合性的信息技术[2]，物理虚拟仿真实验教学中心建设对物理教育信息化、教育质量的提升和实验教学改革产生积极并且重要的影响。在现有实验的基础上，积极开展虚拟仿真实验项目，将会对现有实验教学模式注入新的活力，对教育质量的提升和教学改革产生积极的影响[3]。

一、物理实验教学中存在的问题

我校的物理实验课程是面向全校理工科学生的基础实验课程，中心每年接受31个本科专业3000名以上的学生做物理实验，总人时数约为100000。而一个完整的学生学习链包含：预习→课堂教学→实验报告→复习→考试。在面向大规模学生教学时，受师资及硬件条件的限制，在预习、复习、考试环节通过真实实验已无法完成并达到教学要求。同时，学校的实验室用房紧张，目前未能根据不同的专业需要开设不同的实验，更不能根据不同学生的爱好开设不同的实验，这一情况在全国各高校的物理教学实践中普遍存在。

1.预习环节。作为实验课，预习环节不仅要掌握实验原理和仪器的使用方法，更重要的是动手操作。只有看到“仪器”（而不仅仅教材上的文字），触摸仪器才能对仪器的原理和操作有更深入的了解。在没有仿真实验时，由于实验室的仪器设备无法开放满足大多数学生的预习需求，学生进行物理实验预习时只能通过书本进行，只能对理论知识进行预习。对学生来说，预习环节的不完善导致学生无法对实验环境建立直观认识，学生上课前对即将开展的实验过程不熟悉，学生实验中无法有目的地进行操作、观察和独立思考，并利用掌握的知识对现象进行合理分析讨论，解决实验问题。对教师来说，教師对学生预习情况的检查只能通过学生提交的预习报告进行，而通过这些大同小异的预习报告教师无法在课前发现学生对实验项目中普遍存在的难点、重点问题的把握，从而在实验课中进行有针对性的讲解。

2.撰写实验报告和复习环节。由于受到时间的限制，学生在课堂实验上无法消化实验教学的内容，在撰写实验报告和复习时如遇疑难，只能靠“回忆”。但实际上很多问题学生看到仪器就容易解决，但靠“回忆”的方式，往往得不到解决，这样就导致学生对所学实验根本无法掌握。这样的教学过程导致很多学生上实验课变成了完成任务，不利于学生对物理实验学习的积极性，极大地影响教学质量的提高。

3.考试环节。物理实验考试不仅要考察学生对理论知识的掌握，更要考察学生的实验动手能力和思维能力。在同时面临成百上千学生时，在有限的时间内，真实实验仪器无法满足考试需求。受到硬件、实验室以及师资的限制，物理实验考试尤其是动手操作考试很难进行，老师凭印象打分，成绩因教师而异，考试不具备客观性，这就使学生学习的积极性和参与热情受到了极大的影响。

中心一直致力于把部分既能体现学科优势特色，又能反映科研前沿的专业实验，介绍给本科生。但由于这些仪器价格昂贵，耗材配备较多，管理严格，本科生难以接触这些仪器，而且操作的难度很大。同时，中心并无这些较贵的仪器，无法开设这些实验。若要专门开设这些实验成本过高的实验，资源消耗也比较大。这样就使本科生失去了接触和了解科研前沿的机会。

二、虚拟仿真实验教学中心建设的意义

由于教学资源有限并且课时较少，仅靠课堂真实实验教学不能很好满足不同学生的不同兴趣爱好，利用虚拟仿真实验可以提高培养学生的学习能力和实验能力。同时，部分实验设备精密、结构很复杂、价格昂贵的仪器台套数太少等很多问题亟待解决。虚拟仿真实验可以实现开放式教学的先进的实验手段，不仅可避免在实验过程中贵重仪器设备的损坏现象，而且可以减少大量贵重仪器设备的投资建设。另外学生在宿舍也可以利用电脑或者手机就可以研究自己想要实现的实验。而且通过虚拟仿真实验和真实实验的结合，能够提高学生的创新能力。因此，很有必要建设虚拟仿真实验。

三、虚拟仿真实验的优点

传统实验设备随着使用年限的增长，设备逐渐老化，维护设备的难度大、投入的成本高。一般仪器设备超过7年之后维护成本较高，严重影响教师上课，而更新设备花费较大，学校一般很难批准。虚拟仿真实验和传统的实验相比，虚拟仿真实验后续投入少，维护比传统实验容易，学生做实验比较容易，在做实验之前可以提前预习，减少对设备的不规范操作导致的设备损坏。

四、建设思路

以现有虚拟仿真实验为基础，进行虚拟仿真实验与现有实验进行资源深度整合，依托于桂林理工大学校级物理实验教学中心成立了桂林理工大学物理虚拟仿真实验教学中心。根据地方工科院校特点及人才培养的需要，按照“夯实基础、激发兴趣、创新教育、培养能力”的物理实验教学指导思想提出了“虚实结合、相互补充、能实不虚”的建设原则，和“精选实验，加强提高，学科交叉、相互衔接、探索创新”的建设思路。以此为指导构建大学物理虚拟仿真实验教学体系，并持续推进实验教学信息化建设和实验教学改革与创新。进一步通过校企合作共建、共管，将中心建设成为专业特色鲜明、服务全校各专业并有一定区域辐射作用，全过程、多层次、系统化的虚拟仿真实验教学基地。

五、虚拟仿真实验提供的解决方案

通过虚拟仿真实验，采用虚实结合的模式，解剖各个教学环节，能够实现真实实验不具备或难以完成的教学功能，使学生在宿舍、图书馆、机房等可24小时随时通过仿真实验系统进行物理实验的预习和复习;可以在机房安排大规模的同时考试，考试系统内置有统一专家评判系统，对所有学生的评分都用同样的标准，保证了评分的公平性。通过虚拟仿真实验教学，还能促进教师实验教学理念的提升，提高实验教师应用现代化教学手段的能力。

目前，虚拟仿真实验online版有实验65个，在没有实验课的情况下，学生可选择自己喜欢的实验项目进行仿真实验，增加物理实验知识、开阔视野、体会物理实验的魅力，为今后的研究型、创新型实验的开展打下良好的基础。虚拟仿真实验教学中心的建设，能够将贵重实验设备虚拟数字化，使非专业人员也能模拟操作专业人员才能接触的仪器。把本科实验教学与学科专业特色结合起来，将科研成果及时向教学实践转化，利用仿真实验实现对本科生的培训。同时，学校也在积极争取经费增加创新型、设计型新实验，全方位提高学生的综合能力。

六、结束语

物理虚拟仿真实验室对现有实验的补充和扩展，学生不受设备和平台的限制，更不会受到时间和地点的限制，随时可以根据需要对所学知识进行复习，对未学知识进行学习。使学生的动手能力、科学思维能力及对科学方法的掌握能力得到极大的提高。因此，建立虚拟仿真实验教学平台对桂林理工大学学生是很有必要的。

参考文献：

[1]刘维慧，孟丽华，于阳，等.工科物理虚拟仿真实验教学平台的建设实践[J].大学物理实验，2016，（29）：38-41.

[2]陈守满，姜建国.虚拟现实技术在教学中的应用[J].计算机应用，2002，（4）：111-112.

[3]李平，毛昌杰，徐进.开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设提高高校实验教学信息化水平[J].实验室研究与探索，2013，32（11）：5-8.

仿真实验范文第3篇

——函数发生器

指导教师： 学院; 学号： 姓名：

一.设计任务 要求：

设计一个正弦波信号发生器 设计一个方波信号发生器

设计一个能同时输出正弦波、方波和三角波的函数发生器

指标： 频率：1kHz 幅度：正弦波大于10Vpp，方波10Vpp， 三角波6Vpp。

二、电路原理

函数发生器一般是指能自动产生正弦波、方波、三角波的电压波形的电路或者仪器。电路形式可以采用由运放及分离元件构成;也可以采用单片集成函数发生器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器。函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。

1 RC正弦振荡电路

起振条件：

F1A

振荡平衡条件：

AF1AF(2n1)π (n为整数)4个组成部分： 放大电路 选频网络 正反馈网络 稳幅网络 振荡频率

1f02RC

Fff0若时：

13

R2rDA13R1运放的放大倍数

2 方波信号发生器

滞回比较器：引入正反馈，产生振荡

RC电路：作为延迟环节和反馈网络，通过对电容的充放电实现两种状态的转换。

稳压管：输出需要的方波电压。

滞回比较器：

提高了比较器的响应速度，同时输出电压的跃变不是发生在同一门限电平上，具有抗干扰能力。 同相输入端

反相输入端

方波信号发生器

当UiUp时，Uo=-Uz，当Ui小于-UT时，输出发生翻转Uo=+Uz。

3 函数发生器

采用RC桥式正弦振荡电路产生正弦信号 正弦信号通过比较器电路产生方波 方波信号利用反相积分电路变换为三角波 通过开关选择需要的输出波形

总体电路

仿真结果

六、总结

仿真实验范文第4篇

1 目前油田化学实验教学面临的主要问题

(1) 实验课时量严重不足, 无法保证理论知识有效巩固目前石油工程专业的《油田化学》课程的课时只有60学时, 其中油田化学实验课时只有8个学时, 学生可现实操作的只有8个, 其他2个综合性实验是有兴趣的学生自己预约实验, 在实验教师的指导下, 自己设计操作。而实际上目前涉及油田化学的实验有六大部分, 共计21个实验, 因此, 如何制定出最优的教学模式, 使学生对理论知识与操作技能掌握的更全面。

(2) 面临大量化学试剂的严重污染和安全问题油田化学实验所用的化学试剂, 涉及的特别是有机化合物或多或少都存在一定的毒性或者腐蚀性, 废弃化学药品, 不仅会腐蚀实验室的的水管线, 而且会造成严重的化学水污染。钻井液实验产生大量的废弃泥浆和水泥浆, 废弃物体系非常复杂, 体系中含有大量的有毒有害物质, 而且具有一定的粘度和固相物质。因此, 如何解决油田化学实验室化学试剂的污染问题, 同时又能获得最佳的实验教学效果。

(3) 实验教学成本逐渐加大油田化学实验所采用的实验材料和试剂成本较高, 特别是一些专有材料, 比较昂贵, 油田化学的实验材料费, 一般是学校财政拨款和实验室运行经费, 经费有限, 审批有一定的过程。办学成本成为一个不可避免的现实问题, 也是实验教学面临的一大难题, 化学实验需要实验设备和大量的实验试剂, 耗费相当大, 因此, 如何降低油田化学的实验成本, 减轻学校的经济负担也是一个值得思考的问题。

2 油田化学虚拟仿真实验体系建设

设想的实验体系为三个层次, 第一:设计典型虚拟仿真实验, 包括表面活性剂类型鉴别虚拟实验、聚丙烯酰胺的合成与水解虚拟实验、土酸酸液的配制虚拟实验、胍胶压裂液配制虚拟实验。第二:动画型虚拟仿真实验;主要包括化学驱油过程虚拟实验, 化学堵水剂过程虚拟实验等目前无法实现完全可操作的网络虚拟实验, 采用实验过程动画化, 这类实验采用两种方式来完成, 一种是先期教学过程中供学生演示的动态实验, 一种是拍摄每个实验操作的全过程, 供学生熟悉和掌握实验的整个流程。第三:集成第三方优势虚拟仿真实验, 针对油田化学领域, 目前本校无法做到完全虚拟实验, 比如钻井液完井液性能评价虚拟实验, 水泥浆性能评价虚拟实验, 污水絮凝剂评价实验等可以借鉴目前国内石油相关院校及其他院校的成熟实验资源。

3 油田化学虚拟仿真实验功能与特色

(1) 预习实验和复习实验的功能传统实验中学生在实验过程中, 跟着设定好的实验步骤做, 缺乏主观能动性, 课前应让学生做好充分的实验准备, 特别要做好实验前的预习, 从而提高实验的效果。但纯文字的预习理解加大了预习的难度, 如果预习能边看文字材料, 边在电脑上操作虚拟仿真实验, 甚至在关键步骤还能够通过互动亲手点击操作, 对于学生理解实验原理、明确实验目的、理清实验步骤、自然而然理解油田化学实验知识起到很好的作用[2]。

(2) 有利于培养学生的创新意识如果学生能通过油田化学的虚拟仿真平台进行实验操作, 选择感兴趣的实验内容, 学生的可操作性比较强, 实验安全系数也比较高, 实验系统具有很强的识别功能, 操作如果出现错误, 系统会提示错误, 只有修改正确后才会停止提示, 也不用担心设备损坏, 在这种环境下实验, 既能建立学生的创新空间, 也能培养学生的创新意识。

(3) 可进行危险性高, 成本高的实验油田化学中的部分危险性实验, 可以通过电脑虚拟环境直观展示实验过程, 利用计算机模拟出可展现宏观和微观的实验变化过程, 可把抽象的概念形象化透过现象看本质, 能直观、安全地进行平时实验室无法做的危险性、不可逆、微观的、抽象的实验操作。比如钻井液性能评价中需要测试钻井液在高温高压环境中的流变性, 在现实实验中高温和高压环境具有大的危险性, 如果把该实验集成在油田化学虚拟仿真平台上, 学生可以安全的, 甚至反复的操作该实验, 达到身临其境的模拟效果, 理解更加深刻。

(4) 虚拟实验设计应具有步骤模式和纠错功能实验可以设计成按照完成上一个步骤, 才可以点击下一个步骤的模式进行, 只有上一步操作正确, 才能进行下一步实验, 这不仅能让学生更加深刻的理解具体的实验步骤, 而且能使学生很快掌握正确的实验步骤[3]。另外虚拟实验中设计引入纠错功能, 若某个步骤操作失误, 系统就会提醒操作错误, 而且可以提示, 错误的操作步骤可能是什么原因造成的, 提醒学生进行正确的操作, 引入错误结果, 让学生真正了解实验的过程, 以及实验中需要注意的要点。

摘要：虚拟仿真实验具有可实现多次重复、安全环保、成本低廉、节约能源的特点。论文分析了油田化学虚拟实验室建设的必要性、构建了实验教学体系, 讨论了油田化学虚拟实验室建设的功能与特色。

关键词：油田化学,虚拟仿真,实验室建设,组织管理,建设设想

参考文献

[1] 李家明.仿真在化学实验教学中的应用探讨[J].钦州学院学报, 2011, (6) :65-68.

[2] 王卫国.虚拟仿真实验教学中心建设思考与建议实验室研究与探索, 2013, 32 (12) :5-8.

仿真实验范文第5篇

（西安石油大学，陕西 西安 710065）

摘要：將计算机仿真技术运用于大学物理实验教学是提高教学质量促进物理实验改革的重要举措。仿真实验完善了物理实验的教学过程、丰富了教学模式，是新形势下科技进步的产物。结合西安石油大学仿真实验的教学实践，总结分析了现阶段仿真实验的教学特点和教学现状以及运行过程中出现的问题。通过阐述仿真实验的积极意义和不足之处，说明其在实验教学中的辅助地位，并给出完善仿真实验的建议。

关键词：仿真试验；大学物理实验；教学实践

一、引言

物理学对于人们科学素质的培养有着重要的地位，其中物理实验教学做为一门基础实验课程肩负提高学生的综合素质、培养学生的实践能力与创新能力的工作，成为大学教育阶段人才培养必不可少的一部分[1]。传统物理实验教学由于受教学资源、教学时间等各种因素的限制，满足不了现阶段不断提高的教学要求。伴随着仿真技术的迅速发展，计算机仿真实验系统在物理实验教学中得到了广泛的应用。仿真实验系统是以数学理论、相似原理、信息技术、系统技术及其他相关的专业技术为基础，以计算机和各种物理效应设备为工具创建的非实物形态的实验体系。在仿真实验中没有以实物形态存在的实验仪器，实验者通过对虚拟的软件进行操作得到类似于真实实验的实验结果，以这种方法去认知真实的世界[2]，虚拟实验环境下进行的计算机仿真实验，让物理实验教学走出实验室，在最大可能节约实验室硬件资源的同時，克服了实验教学长期受到场地、课时等等条件的制约 [3，4]，为大学物理实验开辟了开放性、设计性甚至研究性实验教学的新途径[5，6]。为了适应物理实验教学的发展，提高学生综合实验技能以及培养广大学生对物理实验课程的兴趣，西安石油大学于2013-2014学年第二学期开始将仿真实验纳入全校理工科物理实验课程教学大纲，形成了在传统物理实验的基础上结合开设仿真实验的综合教学模式，教学实践完善了物理实验教学方法和教学内容，提高了物理实验课程教学质量，仿真实验教学实践收到了良好的教学效果，在实践过程中出现的各种问题也值得我们思考和探索.

二、仿真实验的特点

仿真实验解决了实验室师资与学生规模失调的问题，仿真实验不受实验课时的限制，只要仿真实验服务器在运行，任何配有计算机设备和网络的地方学生都可以进行操作，延长了实验时间，具有可操作性强、重复性好的特点[7]。随着计算机软硬件及校园网的发展，大学物理仿真实验在开发技术和功能各方面都在不断提升，仿真实验软件利用组件的理念开发出物理仿真仪器库，使仿真实验实现了可自主设计实验方案，自主选择实验仪器，不仅满足了基础实验教学的开展，同时为设计性实验、研究型实验的开展提供了条件。仿真试验采用学生为主体、教师为主导的教学方法。学生根据不同测量结果的要求，可自拟实验方案，根据实验方案灵活选择实验仪器，激发学生实验兴趣的同时引导学生创新思维，创新能力的形成。仿真实验软件提供实验数据接口，能够得到实时实验状态，给出实验结果评判，实验灵活度高、针对性强，界面友好、实验指导信息丰富，实验提示栏在学生操作实验时，实时提示相关仪器的名称、功能、操作方法等信息，实验帮助文档融合了实验简介、实验原理、实验仪器、实验内容，实验指导。学生可在提供的实验提示信息及实验帮助文档的指导下顺利完成实验内容。

三、仿真实验教学现状

1.仿真实验教学内容。西安石油大学物理实验课程中要求学生在一学期的时间内除了完成实验室的八个必做实验项目外还需要在网上选作两项与本学期实验室实验内容不相同的仿真实验项目。仿真实验采用大学物理实验中心仿真实验室和远程服务器终端对学生开放的方法完成。依照逐步提升的层次化、模块化的教学体系，遵循基础性实验、综合性实验、设计性实验的发展顺序，依次对学生开放的仿真实验项目共计31项，界面主要包括：力学实验的5个项目、热学实验的3个项目、光学实验的6个项目、电学实验的10个项目、电磁学实验的3个项目、近代物理实验的4个项目。

2.仿真实验教学过程中出现的问题。首先是服务器稳定性的问题，西安石油大学物理仿真实验开设在大学一年级的第二学期，此阶段学生课程任务繁重，社团活动多，很多同学总是把两项仿真实验拖到最后的时间集中进行完成，造成仿真系统服务器经常瘫痪的现象，实验室就此现象升级服务器，并要求学生合理利用时间尽早完成仿真实验，不要出现学期末扎堆的现象，同时建议学生按照院系进行分时段登录操作，完善仿真实验系统的稳定性。

其次是软件的安全问题，部分学生反映在使用软件时出现登陆不了仿真系统大厅的现象，老师们和厂家沟通发现是人为更改了登陆密码，由于仿真系统使用的是同一个登陆用户名和密码，所以更改后出现原有密码失效的现象，后面经过对密码进行复位操作以及在数据库中新增一百个用户，暂时解决了登录失败的问题。为了维护软件的自身安全防止黑客的攻击，需要软件开发人员对软件进行不断修补和升级，维护正常的教学秩序，提高软件的安全性。

3.虚拟仿真实验教学平台建设。为进一步完善实验教学过程，提高实验教学水平，物理实验中心在原有的大学物理仿真实验基础上增添了物理实验预习评判系统和物理实验考试系统两项教学软件。物理实验预习评判系统是在大学物理仿真实验基础上，进一步加强虚拟实验的模型设计，建设在线实验预习环境。学生在课前通过预习系统操作仿真实验，了解实验原理、内容及实验仪器的操作方法，建立起对实验的直观认识和完成实验的思路。自动评判的预习成绩帮助学生及时了解学习效果，也有助于教师掌握学生预习情况，针对性的调整教学重点。

四、仿真实验教学展望

仿真实验以自身强大的功能特点在实验教学中得到了良好的教学效果，被越来越多的学科领域广泛应用，成为实验教学环节中必不可少的一部分。仿真实验带给实验教学最大的便利就是节约了实验仪器，灵活了实验时间、实验空间，给广大师生教学带来了实实在在的方便。但是仿真实验主要是对实验所需要的仪器和操作方法的模拟，不能充分体现真实的实验环境下的实验结果，大学物理实验课注重培养学生的动手能力，学习规范操作各种实验仪器以及应对实验过程中的实际突发问题。

在现阶段的仿真实验的建设实践中，应该注重将科研成果与教学相结合，将科学发展的成果融入到基础教学中来，我校物理实验中心实验教材中已经引入光纤光栅传感技术的部分研究成果，下一步在仿真实验项目中增加相应的研究型实验对于丰富和扩展学生的知识面，提高综合实验技能，加强学生的科学素质和创新意识的培养尤为重要。

参考文献：

[1]高宏，郭文阁，贾振安.“综合设计型物理实验”公选课的实践与体会[J].大学物理实验，2010，23（2）：97-99.

[2]陈守川，杜金潮，沈剑峰.新编大学物理实验教程[M].第二版 杭州：浙江大学出版，2008：321.

[3]王晓蒲，霍煎青，杨旭.大学物理仿真实验和教学实践[J].物理实验，2001，21（1）：28-29.