仿真教学论文范文第1篇
摘 要：在中职仪器分析实训教学中应用虚拟仿真教学模式，能够有效提高仪器分析实训教学的质量和学生的技能水平，提升教师的综合素质，解决实训项目教学中的困扰，推动教学改革的发展。
关键词：中职教学;虚拟仿真;实训教学;仪器分析;应用效果
当前，仪器分析实训教学存在仪器设备大型、贵重、人多机少的问题，使得学生没有充足的实训学习条件进行反复练习，只能通过教师的演示操作和讲解来学习，很难掌握技能操作要点。为此，教师可尝试利用信息化教学资源，将虚拟仿真技术应用到日常实训教学中，构建虚实结合的教学模式。根据辽宁省政府关于推进职业教育信息化建设的要求，笔者所在学校作为项目牵头学校开展了仪器分析虚拟仿真教学。教学实践证明，虚拟仿真教学能够有效提高仪器分析实训教学质量，以及学生的技能水平。现结合实际，对虚拟仿真技术在仪器分析实训教学中的作用和成效进行简要评述。
一、提高教学质量和学生的技能水平
虚拟仿真实训可以实现每人一台虚拟设备，可以让学生根据自己的能力随时调整虚拟仿真学习的进度和内容。这样，不仅能营造自主学习的良好氛围，提高学生的学习兴趣，而且能明显提升教学质量。与传统的实物实训教学相比，虚拟仿真实训的教学课时明显减少，并大大降低了原料消耗，节省了设备维护的人力和物力。
二、提升教师的综合素质
虚拟仿真实训与实物实训相结合的方法，对教师的实践能力和信息化技术应用能力提出了更高的要求。在这种模式下，学校需聘请计算机教师对专业教师进行培训，以提高专业教师的信息技术应用能力。同时，虚拟实训教学方面的骨干教师，需要结合虚拟仿真教学软件的各项教学内容对专业教师进行定期培训。这样，全体专业教师就能熟练掌握虚拟仿真实训项目的操作步骤和技术技能，不断提升自身的综合素质。
三、解决实训项目教学中的困扰
（1）节约了实训成本。在虚拟仿真实训模式下，学生操作的是虛拟设备，所有实训项目均可在一台电脑上完成，投资成本远低于实物实训。而且在设备损耗、维护保养方面，虚拟实训的投入也比实物实训明显减少。经过虚拟仿真实训学习的学生，在进行实物实训时掌握得会更快一些，不需要像以前那样进行多次练习，就能达到理想的实验效果。这些，都使得实验消耗大大减少。（2）增加了安全系数。利用电脑仿真技术进行虚拟实训，能避免学生刚开始学习时由操作不熟练导致的安全问题出现，大大增加了实训的安全系数。而且，虚拟实训设备不会因为学习者的误操作而损坏。（3）解决了实训教学中的观察难题。通过虚拟仿真技术，学生可以清晰直观地理解实验原理，明确实验事项和了解仪器构造，尤其是了解整个实验的动态过程和仪器内部的精细结构。这在实物实训中是很难实现的。可见，虚拟实训教学更有利于学生对某些关键技能点的观察和掌握。
四、推动教学改革的发展
（1）打破了学科本位体系。虚拟实训教学软件的研制开发融入了职业能力训练的要素，它从外部打破了以学科为本位的课程开发体系的弊端，在知识和能力的搭配上有所突破，将不同的知识、技能要求通过优化组合形成新的结构，构建了整个专业的虚拟实训平台，更注重实际工作能力的培养。因此，对于学校来说，虚拟实训教学既便于施教，又能缩短毕业生的职业适应期。（2）引导了实践教学评价的变革。为了让学生在虚拟实训软件教学中掌握岗位所需各项实际能力，实验教学安排应该是开放式的。即学生可以根据本人掌握技能的具体情况，选择实验的时间和次数，不受实验仪器和实验试剂的约束。在评价实践教学结果时，教师主要看学生是否能达到能力标准，而不是看学生是否做过实验，做了多少次实验。（3）促进了学分制改革的进程。因为虚拟实训软件可以使学生根据自己的需要进行实验，对于自己不熟悉的实训项目可以到计算机房进行反复的虚拟实训，再进行实验项目的实际操作，所以实验技能水平较高的学生可以先到实验室进行实验项目的考核，完成相应的实验学分，不受实验仪器的限制。这适应了学生的个体差异，使学分制改革更有实际意义。（4）加强了校企合作。笔者所在学校正进行企业化工技术人员的培训，在软件使用过程中，学校将信息项目内容应用到企业员工培训中，大大提高了培训效果，使过去用半个月时间完成的内容现在只需一周，而且员工的学习热情非常高，培训人员数量是过去同时期的两倍，而且技能水平掌握情况也好于往年，得到了企业的高度评价。
总之，虚拟仿真技术的应用，已成为实训教学重要的组成部分和提高教学质量的重要手段。让学生每人操作一台虚拟实训设备，反复训练合格后再进行实物实训，这样教学质量的提升非常明显。将虚拟仿真技术与实训教学相结合，极大加快了教育现代化的进程，提高了实训教学的水平和质量，对实训教学本身的发展也有着非常重要的理论和现实意义。同时，教师应认识到无论仿真实验多么“真实”，都不能取代真实的实验，一方面不能忽视实物实训教学，另一方面要注重以虚拟仿真技术来提高学生真实情景下的实验技能。
参考文献：
[1]王钰.浅谈仿真技术在仪器分析教学中的应用[J].卫生职业教育，2011（17）.
[2]马青竹.仿真技术在高职仪器分析实训中的应用探讨[J].实验技术与管理，2010（06）.
[3]熊淑平.虚拟仿真技术在高职教学中的应用探析[J].黄河水利职业技术学院学报，2013（01）.
仿真教学论文范文第2篇
摘 要：该文探讨依据“系统建模与仿真”课程的自身特点，结合卓越工程师教育培养计划，以培养学生的理论融合能力，技术表现能力和技术创新能力为改革思路，对“系统建模与仿真”课程的教学内容及教学模式进行探索与改革。具体地，考虑利用现有的实验室资源，以MATLAB/SIMULINK交互式仿真集成环境为平台，增加系统建模与系统仿真两部分内容的交叉/交互教学，引导学生在模型数理、仿真算法及实验技术三者间的关联性思维方式的形成，培养学生的基于教学内容的实践动手能力，使得通过在课程教学过程中融入的工程案例的教学，更好地成为卓越工程师教育培养计划实施的有效途径。
关键词：卓越工程师教育培养计划 系统建模 系统仿真 MATLAB/SIMULINK
1 教学现状分析
自2010年起，为了贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》，教育部正式提出了“卓越工程师教育培养计划”。该计划旨在为现实和未来各行各业培养创新能力强、适应经济社会发展需要的各种类型的优秀工程师后备军。该计划以及相关同类型的计划实施要求有关高校要转变办学理念、调整人才培养目标定位以及改革人才培养模式，强化培养学生的自主学习能力、创新意识和探索未知领域的兴趣，提高学生解决工程实际问题的综合能力。作为高校教师而言，在计划的理解与实施中就应当从课程内容、教学手段等入手进行改革，从而培养学生的创新和实践能力。
现行的国内各类各级高等院校开设的“系统建模与仿真”课程一般都包括系统建模与系统仿真两个基本的教学单元[2-3]。系统建模与系统仿真各自的大部分教学内容之间具有很密切的理论概念关联性和技术逻辑上的不可分性，这些特点使得两者的教学过程有必然联系。但两者又有各自所关注的问题，这使得两方面的教学方法与教学模式必然有一定区别。可以说，系统建模更关注问题的数理特性的理论表达，从而其结果表现得较为概念化、抽象化、数学公式化；与此相对，系统仿真则更关注解决所关心问题对应的理论结果的数值校验及其效果表示，从而表现得较为技术化、具象化、图表化。因此，授课教师如何有机地将二者结合起来，主动利用各自特性，将非常有助于该课程的教学。
特别地，对自动化专业的学生而言，在专业性工作中涉及的实际工程控制系统，往往需要依据性能指标要求设计控制器或对原有控制器进行校正。系统建模与仿真作为特殊的实践性科研步骤，为工程类控制系统的分析、计算、研究和控制器的综合设计提供了快速、经济、科学及有效的手段，它已成为现代工程技术人员应该掌握的基本技能之一。因此，在“系统建模与仿真”课程中做好理论传授和实践能力培养这两个环节变得尤为重要。
在系统仿真技术的发展中，MATLAB /SIMULINK作为一种有效的综合计算仿真软件，得到了越来越广泛的应用。本课程改革计划在“系统建模与仿真”课程教学过程中，以MATLAB/SIMULINK交互式仿真集成环境为平台，结合多种教学方法，通过对具体问题的分析、设计与仿真实验研究，提高学生独立分析问题，解决问题以及技术表现的能力。
基于上述认识与理解，结合“卓越工程师教育培养计划”的主旨[1，4]，通过强化系统仿真在整个课程中的地位与作用，有利于实现计划所期待的高水平工程类人才的培养。本文正是依据这样的想法提出面向卓越工程师培养计划的，具有交互教学过程的教改方案，以期完善和提高“系统建模与仿真”课程的教学效果。
2 教学内容的调整与安排上的考虑
目前的“系统建模与仿真”课程，在教学过程中分别就建模与仿真两个方面的问题进行讲授。建模部分通常注重传授控制系统的数学模型类型、系统的建模方法步骤以及典型控制系统的建模，相关的模型简化处理方法等。在仿真部分则侧重于基本数学运算的算法理论和算法流程实现等。我们从教学实践中得到的感性认识是，这种教学模式下学生通常对两部分的相关理论知识掌握得较好，而两部分之间的概念/操作对应，理论/实际（指仿真程序或实验组件）关联能力没有得到培养，少有达到教学预期效果的。
应当指出的是，系统建模与仿真的课程教学不仅需要学生掌握该技术本身的基本理论与方法，更要使之成为自动控制理论、计算机控制、课程设计和毕业设计等后续课程的学习和实践中验证或判断理论结论正确性、有效性的数值检验工具。换而言之，系统建模与仿真的教学需要特别注重理论与实践关联性等内容的教学环节，培养学生形成独立地、创造性地的思维能力和工作能力。另一方面，由于课程改革压缩了MATLAB导论课程的课时，使得学生在学习MATLAB的过程中有可能不能充分地学习SIMULINK交互式仿真集成环境。因此，有必要在系统建模与仿真的仿真教学部分精准而深入地介绍基于MATLAB/SIMULINK的控制系统模型搭建方法。
3 教学方法改革的若干讨论
3.1 以仿真实验问题探究为出发点的系统建模教学法
该提法的本质是问题探究型教学法的确立。为调动学生的学习参与性和积极性，在教学过程中可以以探究解决实际问题为出发点，动员学生主动探求学习，实现系统建模与仿真的交叉教学。即教师依据所教授的系统建模理论知识和教学内容要点，给出相对应的仿真实验课题让学生先行进行分组探讨，而后参与教师主导的实验仿真，并由学生对完成情况进行观察说明，归纳总结对所观察对象建模的必要性，着眼点乃至建模的基本步骤。现有的“系统建模与仿真”课程中的系统建模部分的教学过程仅仅包含课堂教学部分，因此，在此次教学改革中，将融合仿真实验教学部分的交叉，让学生走进实验室，观察具体的控制系统，并在计算机上进行仿真控制，然后走出实验室，归纳实验室工作感受，体会系统模型数理对系统仿真结果理解的意义与价值，推断出系统建模具有工程实践基础意义的理论本质。这样既能使教师在系统建模的教学中更好的了解教学效果，调整教学内容，改善教学方法；又能引起学生的学习兴趣，加强学生对授课内容的理论与技术双面性的深刻理解；更能培养学生自主学习、自主分析解决问题的能力。这种课堂与实验室教学相结合的方法，不仅为学生提供了自主发展的空间，也提供了培养创新性思维的机会。
3.2 基于案例的系统建模与系统仿真的交叉/交互教学法
案例教学法是各类工程技术学科在教学实践过程中常用而行之有效的教学方法之一。该教学法的基本做法是，教师通常会在教学过程中选取一些与学生专业方向相关的内容作为案例，如果案例有很恰当的工程形象性和技术实际意义，如此的教学活动将非常吸引学生的关注力，这样不仅可以简单地激发学生的学习兴趣，更可以促进学生自启性地进一步探究与了解本专业知识。卓越工程师教育培养计划要求培养出来的“卓越工程师们”除了具有良好的理论素养外，更需要具有自我推动下运用专业知识研究、解决各种工程实践问题的实际动手能力和创新思维能力。因此，在“系统建模与仿真”课程的教学过程中，应结合实际案例的讲解展开，有针对性地将建模过程和仿真方法之间的交互作用与影响导入教学过程中，用教学过程本身的进展诠释系统建模与系统仿真的本质。
例如，在拟定的教学活动中我们考虑以如图1所示的单级行车倒立摆系统为案例，围绕行车倒立摆系统的建模与仿真方法，完成本节标题意义的教学改革。单级行车倒立摆系统的形象直观，结构简单，构件组成参数和形状易于测量和改变，所加控制律的控制效果可以通过其摆杆运动平衡态数理特征的稳定性/收敛性等直观地体现，也可以通过摆杆角度、小车位移和稳态时间等的物理特性的度量来刻画，其作为控制系统的仿真实验平台校验效果的直观性、客观性已经得到普遍认可。
在系统建模与仿真的交互教学过程中，在进行到连续型动态学系统建模示例说明时，其中的一个案例即选定为单级行车倒立摆。具体步骤如下（图1）。
（1）（仿真实验教学）组织学生进入实验室做观摩型教学，使学生接触和认识固高科技有限公司的单级倒立摆实验平台（GLIP2001）及其相关设备，教师简要介绍倒立摆的工程对象由来，倒立摆系统的常用控制方法等，然后让学生观察基于双闭环PID控制作用下的倒立摆控制系统的摆杆垂直平衡控制问题的实验过程。
（2）（建模课堂教学）基于实验过程观察与实验结果向学生提问，该系统的运动平衡控制问题中的物理特征与目标是什么，该物理特征和目标的数学意义是什么，相应数学意义如何利用物理定律公式化表现，进而逆溯出对行车倒立摆系统实施控制的建模必要性问题。
（3）（建模课堂教学）在接下来的建模教学中，基于实验案例的运动学物理定理定律，建立出案例系统的一次理论模型，分析该模型所具有的数学模型基本特征（如线性/非线性，时变/时不变，平衡点/稳定性等），讨论数学模型理论特征与实验观察结果的运动学物理意义的一致性，完善学生对所建数学模型工程技术价值与作用的理解。
（4）（仿真实验教学）基于行车倒立摆系统的一次理论模型，由学生在MATLAB/SIMULINK平台上搭建以一次理论模型定义的仿真模型，通过仿真模型微分方程数值求解反演单级倒立摆控制系统的摆杆运动的平衡态邻域内的动态过程，并由此判断所建一次理论模型的数值有效性，即模型的数值特性与运动学特性是否相互吻合。通过这一环节，让学生理解系统仿真是系统建模合理性的检验手段之一。
（5）（建模课堂教学）在课堂教学中讨论基于一次理论模型进行控制器设计的问题，提出通过简化、变形、变换等将一次模型转换为更便于控制器设计理论工具展开的二次理论模型的思想，提示一次理论模型后处理的必要性和现实性，介绍实现建模后处理的主要基本技术，如线性化、模型降阶、平均化近似等。
（6）（仿真实验教学）要求学生借助MATLAB/SIMULINK实验平台，自主实现基于既成的双闭环PID控制作用下倒立摆系统的摆杆垂直平衡控制的数字仿真实验，由教师讲解控制器设计的二次理论模型背景，使学生体会简化控制器设计的二次模型建立的必要性和优势。
（7）（建模与仿真融合教学环节）对想进一步探究建模与仿真相互关系的同学，建议其建立各种意义下的二次理论模型并基于此模型自主进行双闭环PID控制器参数调整，观察对倒立摆系统平衡控制效果的影响。
4 结语
该文围绕卓越工程师培养计划的主旨培养目标，即为未来各行各业培养创新能力强、适应经济社会发展需要的各种类型的优秀工程师后备军，尝试以“系统建模与仿真”课程为培养平台，通过调整教学内容，结合多种交互式教学方法，致力于培养学生的学术理论的融会贯通能力，技术创新思维能力和实践动手能力。
参考文献
[1]张安富，刘兴凤.实施“卓越工程司教育培养计划”的思考[J].高等工程教育研究，2010（4）：56-59.
[2]张晓华.系统建模与仿真[M].北京：清华大学出版社，2013.
[3]张德丰.MATLAB/Simulink建模与仿真实例精讲[M].北京：机械工业出版社，2010.
[4]何小燕.实施卓越工程师教育培养计划的研究与实践—— 以西南交通大学为例[J].教育教学论坛，2012（33）：90-91.
仿真教学论文范文第3篇
【摘要】 頻谱资源紧缺已成为限制无线通信技术发展的瓶颈，轨道角动量作为一种新型复用维度，由于其能够实现在同一频率同时传输多路信号，可以有效的提高系统的容量。本文通过对轨道角动量通信系统的误码率进行分析，并在此基础上引入信道编译码，建立了基于轨道角动量的通信系统编译码模型。实验结果表明，高斯噪声环境下，不同调制方式下轨道角动量通信系统误码率与标准通信信道结果相近，相比较2FSK、2PSK而言， 轨道角动量通信系统中QAM调制具有更稳定、更优秀的性能。同时，模型中信道编译码的引入为今后轨道角动量通信系统在提高通信系统容量、解决系统模式串扰等方面建立了研究基础。
【关键词】 轨道角动量 RS码 模式串扰 模型 误码率
随着通信技术的不断发展与更新，频谱资源需求也随之上升，如何能够更有效的利用频谱资源已经成为了人们研究的热点。轨道角动量作（orbital angular momentum ，OAM）为一种与相位、幅度、极化完全不同的新型维度被引入到无线通信中。关于OAM的编码[1]问题，主要有两个方向，一种是对OAM本身进行编码，将不同的模态对应成不同的码字进行传输；另外一种就是将OAM涡旋波作为载体进行信息传输。理论上OAM涡旋波在同一频率的各模态之间是正交的，互不干扰。但是，实际无线通信系统信号在传输过程中，由于涡旋电磁波产生方法存在的一些缺陷，会引起信号的失真、模式串扰等问题[2]，信道编译码技术此时就显得尤为重要。里所（Reed-Solomon，RS）码其纠错能力强、构造方便算法相对简单等优点，逐步成为一种最有效、应用最广泛的信道编码。
本文提出一种基于RS码的多模态OAM通信系统信道编译码的实现方法。首先通过对OAM通信系统的研究，建立相应的模型。然后在此模型中引入RS编译码模块来实现多模态OAM通信系统信道编译码，为解决OAM各个模态串扰、信号失真等建立研究基础。
一、轨道角动量的信道编译码原理
在这一部分，我们提出如何通过在轨道角动量通信系统引入信道编译码来解决系统出现信号的失真、模式串扰等问题。
其中E，B分别为电场强度和磁感应强度， ε0为真空中的介电常数，r为场点的矢径。
SAM只有水平极化、垂直极化和圆极化三种状态，而OAM在理论上是具有无限多个状态的，而这无限多个状态又是相互正交的。
对具有OAM的通信系统进行信道编译码，实现多路信息的同频传输，有利于提高系统性能。图1为OAM通信系统编译码框图，通过在多模态OAM通信系统引入传统的RS码，将RS码与OAM很好的结合在一起，能够有效的降低系统误码率。
RS码的译码是从计算接收码字的伴随式入手。首先通过接收多项式r（x）求得N-K个伴随式。然后通过求解错误位置多项式来求解错误位置，根据错误位置找出错误值，得到实际错误符号个数，确定错误多项式。最后，将错误多项式与接收多项式对应位置相加，完成纠错。
二、通信系统建立
由于涡旋电磁波受相位影响较大，所以假设本文的OAM通信系统的发送端与接收端是视线传播。
本文所讨论的OAM通信系统是采用均匀圆形阵列天线（uniform circular arrays，UCA）产生携带OAM的电磁波。基于UCA的OAM通信系统模型如图2所示。OAM通信系统在发送端和接收端分别采用阵列天线，在发送端，可以通过改变阵元间馈电相位的关系来获得不同模态的OAM波。规则排列的圆形阵列多天线系统，利用电磁波的干涉和叠加原理，控制各个阵元之间馈电的相位差，获得涡旋电磁波的不同模态值。在接收端，系统通过UCA接收涡旋信号，实现涡旋信号的解调后，信息得以恢复。
系统中数字调制与解调主要采用三种方式： FSK，PSK， QAM。仿真系统的构建主要在于两个部分，发送端的螺旋调制器和接收端的螺旋解调器[6]。系统中采用缓存器对数据进行缓存，以此得到一个完整周期的数据。发送端螺旋调制器的功能就是将要传输的信号进行复制和移动相位l？？ false，相当于将一列串联信号转换成并联信号进行发送。其中，φ表示相移的大小。各个相移信号对应一个天线，各个天线的信号相同且独立。要产生l个模态值，需要2l+1个天线。接收端螺旋解调器就是螺旋调制器的反向处理过程。螺旋解调器的作用就是将接收到的涡旋电磁波信号进行相移，使他们具有相同的相位并且叠加，如同并联信号到串联信号的转换。
三、实验结果
本文对所建立的OAM通信系统进行研究，分别对不同调制方式下未引入信道编译码的OAM通信系统与引入信道编译码的OAM通信系统进行了仿真分析。
3.1 不同调制方式下OAM通信系统的误码率
2FSK调制方式下基带系统的误码率曲线与理论的非相干检测误码率曲线相近。本文分别取本征值为l=2、l=3、l=4，对系统进行了误码率曲线的绘制，结果如图3（a）所示。2PSK调制方式下系统的误码率曲线如图3（b）所示，与2PSK调制下的误码率理论值相比较，当具有高的信噪比的时候OAM通信系统误码率更高，主要是因为OAM通信系统是通过相移操作来达到我们要的效果，所以对相移比较敏感。相比较2FSK、2PSK，无线通信中QAM调制具有更稳定、更优秀的性能。QAM调制比2PSK的具有更高的比特率，比2FSK有更低的错误概率。当QAM调制方式引入到OAM通信系统中，系统的误码率也比传统的QAM调制的误码率理论值更低，如图3（c）所示。仿真中所采用的QAM星座映射方式是最简单的星座映射方式环状8-QAM。
3.2 基于RS碼信道编译码的实现
为了解决因电磁涡旋波产生方法存在的一些缺陷，如涡旋电磁波在发送接收时天线不能对准、信道失真等情况引起的模式串扰等问题，需要在系统中加入信道编译码。
本文采用了多进制编码RS（7，3）码，调制方法采用8-QAM调制，以此来分析基于RS码的OAM通信系统的信道编译码实现。仿真结果如图4所示：
图4中QAM调制方式下，OAM通信系统的性能比理论上的QAM调制下更好。为获得同一误码率，OAM通信系统需要更低的信噪比。同时，在同一信噪比的条件下，OAM通信系统比传统的通信系统具有更低的误码率。
五、结束语
在本文中，我们研究了将OAM作为无线通信中一种调制方式应用RS编译码的一种通信系统。采用门特卡罗仿真来验证OAM应用在无线通信中的可行性，通过分析可以看出实现多路信息在同一频率的传输，可以提高频谱利用率，最终解决频谱资源有限的问题。所以，基于OAM系统的无线通信系统在下一代无线通信技术中具有很大的应用价值。我们可以采用多种方式来解决OAM在无线通信中的模式串扰问题 ，如：均衡技术、OAM时分编码、自适应调制和信道编码等。本文通过在OAM通信系统引入RS码，为今后研究OAM通信系统信道编译码提供了研究基础。RS码是一种特殊的多进制码，它可以解决生成多项式纠错能力的关系问题。并且由于RS码具有纠正多个错误的能力、编码效率高等特点，很适合用作OAM通信系统信道编译码的前期研究，并且可以为后期对OAM通信系统信道编译码的研究建立一定的研究基础。
参 考 文 献
[1] Allen B， Tennant A， Bai Q， et al. Wireless data encoding and decoding using OAM modes. Electronics Letters， 2014， 50（3）： 232-233
[2] Ren Y， Zhang Y， Yue Y， et al. Efficient crosstalk mitigation of OAM based 400-Gbit/s QPSK data transmission in 1.1-km vortex fiber by using soft-decision LDPC codes： CLEO： Science and Innovations ， 2013 .America， 2013： CM2G. 5.
[3] Nevels.R， Kish.L. Twisted waves： concept and limitations[J].Antennas and Propagation Society International Symposium（APSURSI） on IEEE ， 2013，978（1）：1460-1461.
[4] Gaffoglio R， Cagliero A， De Vita A， et al. OAM multiple transmission using uniform circular arrays： numerical modelling and experimental verification with two digital television signals. arXiv preprintar Xiv：1511.02341，2015.
[5] 白婷婷. 高速通信系统中RS编解码的应用. 电子测试，2015，23（02）：57-59.
[6] Gaffoglio R， Cagliero A， De Vita A， et al. OAM multiple transmission using uniform circular arrays： numerical modelling and experimental verification with two digital television signals. arXiv preprintar Xiv：1511.02341，2015
仿真教学论文范文第4篇
关键词：虚拟仿真学科建设实验室管理
1虚拟仿真技术及其发展
虚拟仿真也称虚拟现实(VirtualReality，VR)，是在传统的仿真技术的基础上，利用3D技术、传感技术、人工智能等实现对现实的高度模拟，使用户产生“现场感”。虚拟仿真技术可以追溯到20世纪50年代，主要用于军事、航天、电力等领域，80年代以后，随着微型计算机的性能不断提升，仿真技术开始广泛应用于民用领域，如城市规划、節能环保、企业管理、经济分析等。2000年以后，随着高校教学改革的不断推进，仿真技术逐步进入高校的教学中。
从广义上来说，虚拟仿真技术不仅包含了计算机仿真技术、多媒体技术、传感技术、人工智能、软件工程等计算机技术，甚至还涉及到了心理学、社会工程学相关领域，使用户能在虚拟仿真系统中产生“沉浸感”。
2高校的虚拟仿真技术应用
高等院校早期将虚拟仿真技术应用在教学中主要是采用传统的模拟仿真方式。使用模拟仿真软件(EDA)将设计方案在计算机中进行仿真模拟，实现对产品性能、设计流程的模拟控制，从而使设计方案在实施前达到最优。例如网络设计中的tracertpacket，该软件使用图形界面对网络规划方案进行设计，并使用CLI界面对网络设备进行程序控制，不仅能模拟整个网络的运行过程，还能对网络中数据流和数据处理过程进行跟踪。再如电子电路模拟仿真软件Proteus，可以很方便地将电路设计、PCB设计和虚拟模型设计融合在一起，配合系统配置的虚拟仪器如示波器、逻辑分析仪等，在计算机内部就可模拟出十分完备的产品模型。这些模拟仿真软件都具有功能强大且价格低廉的特点，因此在高校教学中使用十分普遍。
随着3D技术、传感技术及人工智能等技术的不断发展，虚拟仿真技术逐步发展成为一种可模拟真实世界视觉、听觉、触觉的虚拟空间仿真，也称为虚拟现实技术。因此，虚拟现实技术是传统的虚拟仿真技术与现代IT技术的深度融合。虚拟现实技术出现后，在军事、城市建设、产品设计、旅游娱乐等领域迅速得到应用，例如曼恒公司的飞行模拟系统，该系统对飞机驾驶舱各个部分进行了充分的模拟，并利用三维视觉仿真技术生成一个逼真的、精准的虚拟环境，可以全方位、多角度地模拟真实飞行中的各种状况。虚拟现实技术在教育领域也同样有着十分广泛的应用，越来越多的教学与科研都将借助于该技术，如上海交通大学口腔医学虚拟实训系统、武汉大学公共安全可视化系统等，这些虚拟现实系统在学生技能培养方面相比于传统的教学方法有着巨大的优势。
但由于这些虚拟现实系统价格十分昂贵，例如一套导游虚拟现实系统报价在100万左右，平均每年的维护费用在10万左右，普通高校很难承受如此高昂的采购和后期维护费用，因此并未在市场中大量推广使用。随着3D打印技术的兴起，虚拟仿真+3D打印或许是高校更为普遍的选择。3D打印是一种快速成型技术，这项技术可以很好地与虚拟仿真学和材料学结合起来，给用户提供更加真实直观的产品。尤其对于那些与设计、制造技术相关专业，使用虚拟仿真软件在计算机中设计出模型，再通过3D打印机进行快速成型，可以很方便地实现对实物的模拟。3D打印机的价格相对较低，入门级的产品报价目前在万元以内，后期费用不高，随着3D打印技术的进一步普及，企业级的大型3D打印机价格将会进一步下调，这将为3D打印技术在高校中的推广起到很大作用。目前的3D打印技术可以很方便地打印出机械零配件、动物器官和小型建筑，能打印出食物、机器人的新型3D打印机也即将问世，3D打印技术将越来越多地延伸到高校的教学科研中。
3虚拟仿真技术与专业融合
虚拟仿真技术作为一种教学方法，可以融入到高校许多专业的教学、实训和科研中。尤其是与新兴产业、交叉学科相关联的专业，学科知识更加广泛、技术更加前沿、学习难度更大，在教学实践中更需要使用虚拟仿真的方式促进学生对理论知识的理解以及实践能力和创新能力的培养。对于实践教学而言，不同层次的实践教学可以用不同层次的虚拟仿真技术进行模拟。在专业基础课程中的实践教学可以使用简单、高效、成本低廉的传统仿真技术来完成，对于专业核心课程的实践教学或综合性实验，可采用虚拟现实系统或是借助3D打印技术来实现。
以物联网工程专业为例，该专业是典型的前沿技术专业，而且专业知识覆盖面十分广泛，从感知层、网络层到应用层，涵盖了传感技术、网络技术、通信技术、软件技术等诸多领域。如果简单地套用传统教学模式和方法，学生不仅很难理解其中的各种技术细节，对整个专业的应用前景也会感到困惑。虚拟仿真实验可以很好地解决这些问题。在感知层和网络层的教学中，可以使用前文中介绍的模拟仿真软件Proteus和tracertpacket，对物联网的底层传感器和网络进行模拟仿真实训。在综合实训课程中可结合具体专业面向的领域，使用各种实验设备进行虚拟仿真教学，如智能家居、物流管理等专业领域均可使用实验箱和综合实训室进行综合虚拟仿真。一些以物联网应用层为主要研究对象的专业则可使用沙盘模拟软件对学生进行实训，如物流管理沙盘、电力控制沙盘、ERP沙盘等，不仅培养了学生的实战经验，还可以大量节省教学成本。
虚拟仿真技术与专业结合的另一个例子是数字城市。数字城市技术是一种典型的虚拟现实技术，是将计算机技术与空间测量技术、遥感技术、虚拟仿真技术相结合的交叉技术，旨在构建一个虚拟的空间信息平台，将城市资源(包括自然资源、社会资源、基础设施、人文、经济等相关信息)以数字化的形式进行存储，以虚拟仿真的形式表现以供用户查询。数字城市技术覆盖范围广泛，因此可以与许多专业结合，例如数字城市技术、空间信息与数字技术等专业。这些专业都有着非常相似的特点，即采用多媒体技术绘制二维或三维虚拟现实界面，使用分布式存储技术对数据进行存储，使用数据库技术对数据进行管理，使用人工智能技术实现人机互动。在数字城市技术及相关专业的教学中，将大量的使用到虚拟仿真技术，并将虚拟仿真技术逐步和人体感官项融合，形成虚拟现实空间。随着国家数字城市战略的不断推进，数字城市与虚拟现实技术必将有着更加广阔的应用空间。
4虚拟仿真实验室的建设与管理
虚拟仿真技术应用于高校的实践教学与科研，主要是以虚拟仿真实训室为载体完成的。与普通实验室相比，虚拟仿真实验室的建设与管理有着一些特殊性。总结起来，有以下三个方面需要注意。
4.1软件是根本。由于长期存在“重硬件、轻软件”的觀念，国内高校的实验室建设经常会走入误区，在实验室中堆砌大量的硬件设备，让实验室的设备值“看得见、摸得着”。硬件的性能固然重要，但软件才是决定实验室设备是否符合用户需求的根本。对于虚拟仿真实验室而言，虚拟仿真软件用于对虚拟仿真设备和虚拟现实设备的控制，是实现实验室功能的最重要因素，而且这些软件通常是专用软件，功能无法用其他软件替代，如果一旦软件出现故障，实验室的设备就成了一堆废品。因此在虚拟实验室的建设和管理过程中，软件的性能指标以及软件系统的可靠性都应引起足够的重视。在系统采购时，集成商的软件开发、系统集成能力应作为考察的重点之一。
4.2服务是关键。虚拟仿真实验室因其较高的集成度和专业性，在使用和维护的过程中，十分依赖于厂商的后期服务。尤其是大型虚拟现实系统，软件和硬件结构复杂，需要精确的现场调试才能模拟出较为理想的虚拟现实状态，同时影响系统正常运行的因素较多，日常维护时需要管理人员有更强的专业性和针对性，因此厂商提供的后期服务显得尤为重要。例如系统调试、使用和维护培训、及时响应服务、零配件保障等，都需要在实验室建设规划时统筹考虑，否则花费大量财力购置的虚拟现实系统会最终成为昂贵的废品。
4.3项目是载体。建设虚拟仿真实验室的目的是促进高校教学与科研水平的提高，促进专业理论与实践的融合，因此科研与学科建设是实验室建设的重要支撑平台。在今天的科研与学科建设中，项目化是一种普遍的选择。科研的项目化已十分普及，学科建设的项目化正在成为趋势。教学内容项目化、实训过程项目化、专业建设项目化，一层一层地带动整个学科建设的项目化转型。不仅如此，很多高校提出“以赛促建”的观念，将学生竞赛项目作为学科和科研建设的重要平台。因此项目是实验室建设和使用的载体，没有应用项目的虚拟仿真实验室使用价值将大为降低。
随着高校学科和科研建设的不断提升，各种虚拟仿真技术在高校中将会有更加广阔的应用，本文旨在抛砖引玉，将虚拟仿真技术在高校的应用作出简要介绍，同时希望能引起各高校对虚拟仿真实验室建设的关注。
参考文献：
[1]尹湛华，朱海洋.虚拟仿真技术在高职实践教学中的比较优势[J].南昌高专学报，2008(04).
[2]林徐润，段虎.虚拟仿真技术在高职实训教学中的应用[J].深圳信息职业技术学院学报，2012(02).
[3]郭娟，于欣，高腾.虚拟现实技术对高等职业教育实践教学的促进作用[J].河北科技师范学院学报，2008(04).
基金项目：武汉商学院2014年教研重点项目《基于应用型人才培养的商科院校校内实验实训基地发展建设研究———以武汉商学院为例》，课题编号2014Z009。
仿真教学论文范文第5篇
摘 要：Multisim的二维模拟组件是抽象的，并且与实际组件的引脚分布明显不同。 针对以上问题，总结了三维模拟在理论教学和实践教学中的应用。 结合了电工电子教学内容，列出了一些模拟主题，给出了一些三维仿真实例。教学实践表明，三维仿真电路可以帮助学生认识实用组件的外观，熟练掌握复杂的仪器操作，并增强电路调试能力。
关键词：三维仿真;电工电子学
引言：Multisim是美国国家仪器有限公司NI推出的在Windows下运行的仿真工具。M Multisim使用软件来仿真电气和电子组件，设备和仪表，以进行原理图设计和电路功能测试。 Mul-tisim因为可以测量和验证电气，模拟和数字电路，所以广泛用于理论，实验和基于项目的教育中。在教学中，大多数教科书在许多章节中都有模拟测试部分，因此关键技术和重要知识点可以通过软件进行模拟。在理论教育中，Multisim仿真可以验证原理和定理，演示典型的电路功能，并使抽象理论更加清晰。它不仅激活了教室的氛围，而且解决了实验班级布置延迟的问题。
1. 三维元器件和仪器
对于Multisim10仿真软件，三维元器件的位置为Database： Master Database - →Group： Select allgroups - ， Family：3D_ VIRTUAL。 在主菜单View→Toolbar中选中3DComponents，即可在操作界面显示三维元器件工具栏。该系统提供23个组件，但只有几个，但是涵盖了常见的组件，例如电阻器，电容器，电感器，二极管，晶体管，集成运算放大器和计数器。 这些3D组件可用于设计典型的功能电路，并为理论和实践教育提供现实的仿真材料。
2.三维仿真在教学中的应用
2.1理论教学
（1）组件显示
在讲授“电工学和电子学”的基本组件时，传统的讲义通常只显示幻灯片中组件的图像，Multisim软件的3D显示不仅显示组件图像，还显示接线和调整方法
（2）课堂模拟
在教室里，Multisim 3D研究仿真电路使学生可以观察电压，电流，功率和功率因数参数值和波形，以进行分析和汇总。例如，二极管应用电路指导学生根据输出信号的特性分析二极管的状态并分析二极管的功能。指导学生总结失真的原因，包括显示正常放大和失真的公共基极放大器电路。例如，集成的运算放大器线性应用程序可指导学生根据波形分析来分析输出电压之间的关系。抽象的电路符号易于理解，来自3D设备的立体图像使电路更清晰。动态变化的波形在教室中引起学生的注意，并引导他们进行分析和总结，从而使他们由被动变主动。
（3）模拟工作
为了节省课堂时间，可以根据课程内容进行模拟工作，尤其是翻转教室时。教师将学习Multisim仿真主题，例如研究电源特性，基尔霍夫定律，节点电压分析，实际电源的等效转换，叠加定理，戴维南定理，最大功率传输以及改善正弦交流电路的功率因数。确定电路，二极管应用电路，晶体管应用电路的完整响应。学生根据模拟主题选择电路提交演示视频。有必要介绍仿真的目的，电路配置，组件功能，操作步骤和仿真结果。仿真工作可帮助学生验证用于检查组件功能的定律和定理。对于没有实验的课程，模拟可以减少缺少实验的影响。2.2实践教学
（1）實验准备
学生使用仿真软件执行实验操作，记录参数并观察波形。 实验准备可以帮助学生使用先进的设备并提高他们的实践技能。 学生可以通过3D仿真访问真实的设备，识别形状和管脚，减少操作错误并减少设备损耗。
（2）实习模拟
在实际焊接电路板之前，学生首先要模拟每个功能模块，然后将整个模块协调在一起。 学生在Multisim仿真环境中练习电路故障排除，以增强电路调试功能。 尽早发现在电路焊接过程中容易发生的错误，可避免不必要的返工，并在一定程度上减少了器件损坏。
3 Multisim 10三维电 路仿真实例
3.1例1：半波整流电路
整流是重要的二极管应用之一，也是直流负载所需的功率处理电路。 在Multisim 10环境中分别构建的2D和3D电路。 2D仿真电路与本书的电路模型基本相同，可以看到3D仿真电路与实际电路接近。在电路分析中，学生经常会混淆瞬时值，RMS和平均值。 这些概念之间的差异可以结合此电路仿真成功实现。 以电压为例，示波器显示瞬时值，可以看到电路中电压的瞬时值正在变化。 万用表直流电压文件测量平均值，但XMM3显示交流电压的平均值几乎为零。 均方根值通常用于测量交流电压的大小，XMMI显示均方根电压约为10V。 由于整流后的电压是直流电流，并且通常使用平均值来测量直流电压的大小，因此须要使用万用表直流电压来进行测量。
3.2实例2：六进 制计数器电路
计数器对脉冲数进行计数，可用于计数，计时和分频。基于同步十进制加法计数器74IS160，使用反馈复位方法和Multisim 10 3D仿真电路设计了十六进制计算器。函数信号发生器产生频率为5 Hz，占空比为50%的脉冲信号，并将计数器输出连接到解码显示器以进行观察。当模拟开始时，数字“ 0”至“ 5”会定期显示在解码显示器上，实现六进制计数。
2D仿真电路构造只能用于仿真，而3D电路构造过程也是布线图创建过程。使用集成芯片，学生在实验和焊接电路板时更容易出错。如果不知道引脚分配，则会得到错误的引脚号，忘记了地线和电源线，引脚焊点，短路等。使用3D组件进行仿真将限制学生对硬件的要求您可以事先了解芯片的形状和引脚排列。在实践中，巡回行为是不寻常的，学生经常求助于老师和其他学生。由于有限的练习时间和对设备的观察，大多数学生没有故障排除方法。为了锻炼和增强排除电路异常的能力，教师可以在Mulisim10仿真环境中模拟电路故障，学生可以通过观察和分析进行故障排除。
结束语：
3D模拟设备可帮助学生了解实际的设备形状和引脚，并减少由于接线错误而引起的设备损耗。 3D模拟设备可帮助学生习惯于操作复杂的设备并减少实际操作时间。 对于尚未通过实验和实习建立的课程，3D模拟可以减轻缺乏实验和实习的影响。
参考文献：
[1]曹玉苹，贺利，刘润华，任旭虎，张冬至.三维仿真在“电工电子学”教学中的应用[J].电气电子教学学报，2018，40（03）：109-114.
[2]申宾德.三维仿真互动教学模式在数控教学中的应用[J].产业与科技论坛，2013，12（08）：189-191.
[3]王尔申，李鹏，郑丹，王瑞芳，庞涛.Multisim仿真在电工及工业电子学中的应用[J].实验室研究与探索，2013，32（02）：99-102.