仿真课堂范文

仿真课堂范文（精选11篇）

仿真课堂 第1篇

关键词：电子仿真,课程教学,教学探索

一、EWB仿真软件的简介

应用EWB软件于课堂教学可以对模拟、数字或混合电路进行仿真。该软件的特点是采用直观的图形界面, 在计算机屏幕上模仿真实实验室的工作台, 用屏幕抓取的方式选用元器件, 创建电路连接测量仪器。使用虚拟测试仪器对电路进行仿真实验如同置身于实验室使用真实仪器测试电路, 既解决了购买大量元器件和高档仪器的难处, 又避免了仪器损坏等不利因素, 同时可以帮助学生更好地掌握课堂教学内容, 加深对概念、原理的理解, 通过电路仿真, 进一步培养学生的综合分析、开发设计和创新能力。

二、引入EWB软件课堂教学的探索

1、传统课程教学存在的问题

从教师的教学过程来看, 传统的课堂理论教学主要以灌输学科知识为主, 学生的学习主要是停留在书本上和课堂教师的讲解上, 过多的倚重书本的学习和课堂的学习。教师的教学目的是让学生能够重复这些内容, 并尝试使用这些知识去解决日常生活中发生的比较复杂的问题。带领学生进行实验, 在实验过程中的错误操作会导致数据不准确从而失去了实验的本来意义, 有的甚至可能导致元器件、设备损坏, 增加了学校教学资金的投入。同时现在中等职业学校的学生基础千差万别, 不同层次的学生对知识的理解和认识程度也不同, 他们的思考方式、学习需求、学习优势、学习风格也不一样。学生的学习客观上存在着个体差异, 不同的学生在学习同一内容时, 实际具备的认知基础和情感准备以及学习能力倾向不同, 决定了学生对同样的内容的学习速度和掌握程度及所需要的帮助不同。而传统的课堂教学一般采用的是统一的教学计划、教材, 讲授的是相同的内容, 这样就不能很好地解决这个问题。

2、引入EWB软件教学的优势

在教学中引进EWB软件可以让学生直观地看到电子电路工作的实际效果, 测量电子电路的有关参数, 激发学生的学习兴趣, 有利于学生对电路的认识、理解。同时利用仿真软件进行教学符合学生认知规律, 从简单到复杂、从局部到整体。现代教育心理学研究指出, 学生的学习过程, 不仅是一个接受知识的过程, 而且也是一个发现问题、分析问题、解决问题的过程。这个过程一方面是学生产生各种疑问、困难、障碍和矛盾的过程, 另一方面是展示学生聪明才智、形成独特个性与创新成果的过程。在这种情况下, 如果统一的安排学生去完成相同的任务就不能很好地做到因材施教, 采用仿真软件就可以很好解决这个问题, 而且大大地调动了学生学习的主观能动性。

利用仿真软件如EWB软件进行电路设计教学, 可以大大提高教学效率。通常在设计电路时我们需要使用面包板或制成印制电路板来连接元器件, 但是学生在电路设计的初期往往由于对电路特性的不太熟悉经常需要更换元器件的参数或更改连线, 这就需要我们不断地在面包板上或印制电路板上去调换元器件, 这个工作非常的繁琐, 而且容易造成元器件的损坏和浪费。同时, 平常带领学生去做实验时, 实验前准备实验材料和设备, 实验中拼插、焊接实验元器件、使用实验设备、实验后清点实验材料, 以及日常维护实验器材等工作常常耗费了大量人力和财力。

3、采用EWB软件教学存在的不足

从上面的分析不难看出, 采用EWB软件教学具有一定的优势, 但从目前中等职业学校的学生来看, 仿真软件应用于教学同样存在一些不足。比如要想利用这个软件首先要求学生要具有一定的计算机基础知识和一定的计算机操作能力, 而且由于一般的计算机仿真软件都是由国外公司开发的, 所以许多的应用软件的操作界面是英文, 这就要求学生要想独立地使用这个软件, 就要有一定的英语知识, 能够看懂命令, 即使可以使用一些汉化工具进行汉化, 处理成为中文界面, 但也由于中西方语言的不同或者是翻译的专业所限制, 有些术语的翻译不同。这就使要想让每位学生独立地利用这个软件分析、设计电子电路存在困难, 所以目前大部分只是局限在教师的课堂教学中, 对学生实际地动手操作能力还存在限制。另外, 该软件采用的是北美 (ANSI) 标准, 而不是我国国家规范, 即使目前推出的版本中的欧洲标准与我国使用的很近似, 但软件中的一些元器件或零件, 它们的符号或者标识与我们给学生讲授的仍存在一定的差异, 对现在的中职学校的学生掌握相应的电子知识有了一些障碍。

三、结束语

仿真课堂 第2篇

实验报告（2）

四旋翼飞行器仿真

2012

1实验内容

基于Simulink建立四旋翼飞行器的悬停控制回路，实现飞行器的悬停控制；

建立UI界面，能够输入参数并绘制运动轨迹；

基于VR

Toolbox建立3D动画场景，能够模拟飞行器的运动轨迹。

2实验目的通过在Matlab

环境中对四旋翼飞行器进行系统建模，使掌握以下内容：

四旋翼飞行器的建模和控制方法

在Matlab下快速建立虚拟可视化环境的方法。

3实验器材

硬件：PC机。

工具软件：操作系统：Windows系列；软件工具：MATLAB及simulink。

4实验原理

4.1四旋翼飞行器

四旋翼飞行器通过四个螺旋桨产生的升力实现飞行，原理与直升机类似。

四个旋翼位于一个几何对称的十字支架前，后，左，右四端，如图

所示。旋翼由电机控制；整个飞行器依靠改变每个电机的转速来实现飞行姿态控制。

图1四旋翼飞行器旋转方向示意图

在图

中，前端旋翼

和后端旋翼

逆时针旋转，而左端旋翼

和右端的旋翼

顺时针旋转，以平衡旋翼旋转所产生的反扭转矩。

由此可知，悬停时，四只旋翼的转速应该相等，以相互抵消反扭力矩；同时等量地增大或减小四只旋翼的转速，会引起上升或下降运动；增大某一只旋翼的转速，同时等量地减小同组另一只旋翼的转速，则产生俯仰、横滚运动；增大某一组旋翼的转速，同时等量减小另一组旋翼的转速，将产生偏航运动。

4.2建模分析

四旋翼飞行器受力分析,如图

所示

图2四旋翼飞行器受力分析示意图

旋翼机体所受外力和力矩为：

重力mg,机体受到重力沿方向；

四个旋翼旋转所产生的升力

(i=

1,2,3,4)，旋翼升力沿方向；

旋翼旋转会产生扭转力矩

(i=

1,2,3,4)。垂直于叶片的旋翼平面，与旋转矢量相反。

力模型为：，旋翼通过螺旋桨产生升力。是电机转动力系数，可取，为电机转速。旋翼旋转产生旋转力矩Mi(i=1,2,3,4)，力矩Mi的旋向依据右手定则确定。力矩模型为，其中是电机转动力系数，可取为电机转速。当给定期望转速后，电机的实际转速需要经过一段时间才能达到。实际转速与期望转速之间的关系为一阶延迟：响应延迟时间可取0.05s(即)。期望转速则需要限制在电机的最小转速和最大转速之间，范围可分取[1200rpm，7800rpm]。

飞行器受到外界力和力矩的作用，形成线运动和角运动。线运动由合外力引起，符合牛顿第二定律：

r为飞机的位置矢量。

角运动由合力矩引起。四旋翼飞行器所受力矩来源于两个方面：1）旋翼升力作用于质心产生的力矩；2）旋翼旋转产生的扭转力矩。角运动方程如下式所示。其中，L

为旋翼中心建立飞行器质心的距离，I

为惯量矩阵。

4.3控制回路设计

控制回路包括内外两层。外回路由Position

Control

模块实现。输入为位置误差，输出为期望的滚转、俯仰和偏航角。内回路由Attitude

Control

模块实现，输入为期望姿态角，输出为期望转速。Motor

Dynamics

模块模拟电机特性，输入为期望转速，输出为力和力矩。Rigid

Body

Dynamics

是被控对象，模拟四旋翼飞行器的运动特性。

图3包含内外两个控制回路的控制结构

（1）内回路：姿态控制回路

对四旋翼飞行器，我们唯一可用的控制手段就是四个旋翼的转速。因此，这里首先对转速产生的作用进行分析。假设我们希望旋翼1的转速达到，那么它的效果可分解成以下几个分量：

：使飞行器保持悬停的转速分量；

：除悬停所需之外，产生沿ZB轴的净力；

：使飞行器负向偏转的转速分量；

：使飞行器正向偏航的转速分量；

因此，可以将期望转速写成几个分量的线性组合：

其它几个旋翼也可进行类似分析，最终得到：

在悬浮状态下，四个旋翼共同的升力应抵消重力，因此：

此时，可以把旋翼角速度分成几个部分分别控制，通过“比例-微分”控制律建立如下公式：

综合以上三式可得到期望姿态角-期望转速之间的关系，即内回路。

外回路：位置控制回路

外回路采用以下控制方式：通过位置偏差计算控制信号（加速度）；建立控制信号与姿态角之间的几何关系；得到期望姿态角，作为内回路的输入。期望位置记为。可通过PID

控制器计算控制信号：

是目标悬停位置是我们的目标悬停位置(i=1,2,3)，是期望加速度，即控制信号。注意：悬停状态下线速度和加速度均为0，即。

通过俯仰角和滚转角控制飞行器在XW和YW平面上的运动，通过控制偏航角，通过控制飞行器在ZB轴上的运动。可得：

根据上式可按照以下原则进行线性化：

（1）将俯仰角、滚转角的变化作为小扰动分量，有，，（2）偏航角不变，有，其中初始偏航角，为期望偏航角（3）在悬停的稳态附近，有

根据以上原则线性化后，可得到控制信号（期望加速度）与期望姿态角之间的关系：

则内回路的输入为：

5实验步骤与结果

（1）

根据控制回路的结构建立simulink模型；

（2）

为了便于对控制回路进行参数调整，利用Matlab软件为四旋翼飞行器创建GUI参数界面；

（3）

利用Matlab的VR

Toolbox建立四旋翼飞行器的动画场景

（4）

根据系统的结构框图，搭建Simulink模块以实现模拟飞行器在指定位置的悬停。使用默认数据，此时xdes=3，ydes=4，zdes=5，开始仿真，可以得到运动轨迹x、y、z的响应函数，同时可以得到在xyz坐标中的空间运动轨迹。然后点击GUI中的VR按钮使simulink的工作空间中载入系统仿真所需的参数，把x、y、z的运动轨迹和Roll，Pitch，Yaw输入至VR中的模拟飞行器中，观察飞行器的运动轨迹和运动姿态，然后再使用一组新的参数xdes=-8，ydes=3，zdes=6进行四旋翼飞行器运动进行仿真模拟，可以看出仿真结果和动画场景相吻合。

6实验总结与心得

此次MATLAB实验综合了SIMULINK、GUI和VR场景等多个部分，对四旋翼飞行器运动进行了仿真模拟。由仿真结果可以看出，四旋翼飞行器最终位置达到了期望给定的位置，三个方向的响应曲线最终平稳，对应飞行器悬停在期望位置，达到了控制要求。

本次试验收获很多，学习到了很多知识，首先是熟悉了SIMULINK由简至繁搭建系统的过程，学习了利用VR建立虚拟模型，并在SIMULINK中连接。其次是熟悉了MATLAB

仿真课堂 第3篇

关键词：电机与电力拖动；交互式课堂教学模式；MATLAB仿真；虚拟实验；

中图分类号：G64文献标识码：A文章编号：10054634（2015）05007004

《电机与电力拖动》作为电气、机电及自动化类专业的一门专业课程，涉及电学、磁学、电磁学、动力学、热学及机械等学科知识，公式推导繁琐，与工程实践联系紧密，教师的讲解和学生的学习都存在一定的困难。实验教学在于化抽象为具体，将课堂上靠语言、公式描述的抽象概念转化为实物及其各种运行状态。传统灌输式实验教学虽然完成了教学任务，培养了学生最基本的实验技能，但无法达到实验课的要求，没有发挥学生的主观能动性，不能开拓学生的创造性思维，起不到提高动手能力和运用理论知识去分析、解决问题的能力。虚拟实验技术应运而生，即利用计算机技术及其图形功能，用虚拟模型来仿真实际的物理实验过程以达到实验目的的应用系统。作为一种全新的教学手段，虚拟实验的仿真系统可以根据实验者的操作给出和真实环境中完全一样的实验响应，给实验者身临其境的逼真感，突破了时空限制，具有开放性和经济实用性等特点，而且可以弥补传统实验存在的空白，比如电机的过载和堵转。本课程的虚拟实验室建设已成为国内外研究的热点。

文章进行基于MATLAB仿真的《电机与电力拖动》交互式课堂教学模式的研究，在课堂教学中实时穿插虚拟实验，将理论与实践相联系；采用教师讲授与学生主动参与实验操作的交互式课堂教学模式，从而加深学生对所学内容的认识与理解，提高学生学习的主观能动性、创造性及动手能力。

1交互式课堂教学模式设计

基于MATLAB仿真的《电机与电力拖动》课程交互式课堂教学模式的研究，依据课程教学大纲要求，结合电机拖动基础的课程特点，通过MATLAB/Simulink仿真软件建立典型对象（变压器、交直流电机及其拖动系统等）的M文件及仿真模型库，每个实验配有详细的说明，实验结果包括关键参数的实时监测、实验数据和曲线显示及动态变化过程的观察，形象而直观；然后，将建立的M文件和仿真模型合理超链接到理论教学的PPT中，教师在进行理论讲解的过程中，实时调入虚拟实验或者演示或者让学生上台操作，理论紧密联系实践，使理论得以及时消化，同时调动了学生学习的兴趣，达到事半功倍的效果；最后，将构建的习题仿真模型库和教学PPT一起共享给学生，让大家自行学习实践，从而更好地理解和掌握所学知识，实现学中做和做中学，提高动手能力和创新能力。

仿真课堂 第4篇

使用3D仿真虚拟机器人软件开展教学, 能够避免实体机器人的硬件故障等问题, 可以使学生更清楚地感受机器人是怎样在程序的控制下活动的, 能够突出程序设计在教学中的中心地位, 更有利于学生理解和体会“程序是机器人的灵魂”的思想。通过图形化的编程界面可以让学生直观地了解结构化的程序设计方法, 使“算法”和“程序”变得直观而形象, 从而提高学习计算机程序设计的兴趣, 同时降低学习难度。在为机器人编写和调试程序完成教学任务的过程中, 学生在动手实践、创新思维、科学探究和解决问题等方面的能力将得到大幅度提升。

笔者参与了2012年广州市举行的3D仿真虚拟机器人“智能校车”竞赛项目, 开发了相应的校本课程, 采用班级授课的形式开展该项目教学培训, 以任务驱动和项目导向为主要教学方法。在实践中发现, 3D仿真虚拟机器人的教学由于涉及仿真虚拟现实, 不仅算法和程序结构的内容和以往的纯编程教学有所不同, 而且在教学策略的选取上也有独特之处, 需要教师仔细斟酌取舍。笔者以2012年广州市“智能校车”项目为例对开展3D仿真虚拟机器人课堂教学的基本策略进行阐述。

一、任务设计, 先分后合

3 D仿真虚拟机器人与单纯的程序教学相比, 任务具有更强的综合性, 涉及的知识点比较多, 需要充分考虑学生的认知规律、知识经验, 注意分析教学目标, 采取整体规划、分步组合及循序渐进的策略。在广州市“智能校车”项目中, 校车的初步运动要求巡线转弯, 过程是校车沿着导航线移动, 在移动过程中如果走偏能够自动校正方向, 遇到路口时能够转弯。由于涉及仿真虚拟现实, 该程序不仅结构上涉及循环结构和选择结构, 还涉及传感器的使用和模型对应变量参数的设置等, 在教学中不可能一蹴而就, 要求学生一次性完整地理解和学习程序编写。面对这类综合性任务, 需要将整体任务分解成一个个分任务, 在完成各个分任务的同时加深理解, 最后进行综合程序的组合, 完成整体学习目标。

在巡线转弯的教学中, 笔者的任务设计按以下方式进行。任务一:移动控制。在学生学会操作软件、组装模型后, 可以马上学习控制校车移动。从中学习程序的编写方法、动作模块和变量的设置等知识, 通过修改速度和时间的变量参数从演示效果中理解程序和变量与控制校车的关系。任务二:转弯控制。该任务要求在校车移动一段距离后, 转一个90度的弯, 前进一段路程后, 重复转弯, 直到回到原位置。从中学习转向模块、延时模块和循环结构的知识, 通过修改转向和延时的变量参数, 获得转弯的准确控制。任务三:简单巡线。该任务要求校车沿着导航线移动, 在移动过程中如果走偏, 能够自动校正方向。从中学习分支结构、传感器的使用等知识, 通过修改分支情况, 理解分支结构与校车运行的直接关系。任务四:巡线转弯。该任务要求校车在巡线过程中如果检测到十字路口则执行转弯程序, 转一个90度的弯。从中学习多种任务在程序结构中的组合和分析, 提高结构化思维能力。

二、问题生成, 以生为本

程序教学经常生成一些问题供学生探究, 但是如果问题能从学生中生成才会更具有探究的现实意义, 更能激发学生探究的热情和求知欲望。由于3D仿真虚拟机器人软件引入了物理引擎的设计, 转弯时的速度、角度对轨迹的影响都与现实中的行车轨迹相同。在学生练习巡线转弯的过程中, 转弯的轨迹出现了如图1所示的3种典型情况。

在轨迹 (1) 和轨迹 (3) 中, 校车已无法回到导航线上巡线, 甚至会撞向障碍物, 而做出轨迹 (2) 的学生也不明所以然。面对学生在课堂中生成的问题, 如果教师不予理会, 轻则影响学生完成任务, 妨碍对程序的正确理解, 重则严重挫伤学习积极性, 所以教师需要抓住问题生成的机遇, 及时引导学生进行探究, 解决他们的困惑。

笔者收集了出现这3种典型轨迹的学生设计的程序, 提出了程序研究的方法和目标, 交由学生自己研究, 引发了学生极大的热情。经过学生的讨论和测试, 最后得出结论:转弯时的角度和实际速度对轨迹有重要影响, 在转固定角度时, 校车的实际速度产生决定性影响。轨迹 (1) 是由于前一个路口减速时间太长, 导致下一个路口实际速度不足, 轨迹 (3) 是由于前一个路口时直行, 导致下一个路口实际速度过快。解决办法, 一是调整前一个路口的速度, 二是对转弯后的程序多加一个转向模块。

三、情境创设, 生动有趣

学生确实对3D仿真机器人充满好奇心, 对学习抱有很高的热情。但是, 如果在教学中不考虑教学情境, 只考虑知识任务, 对学生的学习兴趣将是一个极大的伤害。笔者在教学3D仿真机器人避障内容时, 在仿真地图导航线中间添加了一个障碍物, 然后运行学生编写的巡线程序, 当校车运行到障碍物时, 直接撞了过去, 当屏幕显示“撞了, 扣20分!”时, 引发了哄堂大笑。笔者顺势抛出问题:遇到障碍物时该怎么办?

由于学生对刚才的情境充满兴趣, 所以研究热情非常高, 通过笔者提供的学案, 短短几分钟就学会了超声波感应器的使用方法, 掌握了避障策略, 进入了优化程序阶段。在小结时, 除了掌握的避障策略和实现方法, 学生还提出遇到障碍物提前绕开的思想, 赢得了其他同学的热烈掌声。

四、过程评价, 及时鼓励

在3D仿真虚拟机器人教学中, 大部分任务都具有很强的目标导向性, 学生完成任务的情况, 只看运行结果就能一目了然, 以致学习评价通常采用终结性评价。学生之间存在差异, 不是所有学生在规定时间内都能完成指定的任务, 而终结性评价容易降低基础较差学生的学习积极性, 也影响了任务情境所激发出来的学习热情的持续效果。因此, 在3D仿真虚拟机器人的教学中, 学习评价要在完成任务的过程中及时进行, 不能等学生完成所有任务后才进行评价。

笔者在教学路线选择策略时, 在学案中提供了常规的“人字形”倒车法范例。但是在学生的实际练习中, 却意外地出现了“7字形”和“直线型”倒车法 (如图2所示) 。

笔者发现了新方法后, 立刻对这几名学生进行了肯定和表扬, 并请他们演示和讲解实现方法, 使他们赢得了同学的赞叹。这几名学生在以后的学习中, 更加自信也更加努力地研究程序, 回到家后不用监督也能自觉地练习, 因此在学生中很快脱颖而出, 最后代表学校参加白云区和广州市的竞赛, 均获得了名次。可见, 在教学中注重过程性评价, 及时鼓励创新, 肯定学生的学习成果, 会对学生带来极大的鼓舞, 增强学习效果。

3D仿真虚拟机器人教学, 不同于纯程序教学和应用软件教学, 既具有明显的程序特征又有典型的应用特点。教师要根据教学目标确定有效的教学策略, 还需要更多地研究3D仿真虚拟机器人的教学内容, 深入研究学生的身心发展特点, 因材施教, 努力做到让所有学生都能学得快乐、学有所得, 让学生通过3D仿真虚拟机器人的学习, 能够在创新思维、动手实践和解决问题的能力上得到真正的发展与提升, 为今后的学习、工作、生活打下良好的基础。

参考文献

[1]张嘉志, 王同聚.让机器人走近学生—3D仿真虚拟机器人:普及机器人教育的新途径[J].中小学信息技术教育, 2010 (6) :95-96.

[2]董健.虚拟机器人软件在中小学机器人教育中的应用研究[J].中国信息技术教育, 2011 (13) :114-115.

[3]范利华.借助机器人教学平台培养小学生编程能力[J].浙江教育技术, 2011 (5) .

通信系统仿真实验 第5篇

一、Systemview操作环境的认识与操作

一、实验目的

1、了解和熟悉Systemview 软件的基本使用；

2、初步学习Systemview软件的图符库,能够构建简单系统。

二、实验要求：

1、PDF中1.7练习

2、正弦信号（频率为学号*10，幅度为（1+学号*0.1）V）、及其平方谱分析；并讨论定时窗口的设计对仿真结果的影响。

三、实验仿真

四、实验结论

输出信号底部有微弱的失真，调节输入的频率的以及平方器的参数，可以改变输入信号的波形失真，对于频域而言，sin信号平方之后，其频率变为原来的二倍，这一点可有三角函数的化简公式证明

实验

二、滤波器使用及参数设计

一、实验目的

1、学习使用SYSTEMVIEW 中的线性系统图符。

2、掌握典型FIR 滤波器参数和模拟滤波器参数的设置过程。

3、按滤波要求对典型滤波器进行参数设计。

二、实验要求： 学习滤波器的设计

1、设计一种FIR型带通滤波器，带通滤波器的带通范围为150HZ-200Hz，下边带截止频率为120HZ。上边带截止频率为230HZ。截止点相对于滤波器带通区的归一化增益为-60dB。

2、设计一种模拟低通滤波器，低通滤波器的通带范围为学号*10。

三、实验仿真

四、实验结论

对于试验中低通滤波器的参数设置不太容易确定，在输入完通带宽度、截止频率和截止点的衰落系数等滤波器参数后，如果选择让SystemView 自动估计抽头，则可以选择“Elanix Auto Optimizer”项中的“Enabled”按钮，再单击“Finish”按钮退出即可。此时，系统会自动计算出最合适的抽头数通常抽头数设置得越大，滤波器的精度就越大。

实验

三、模拟线性调制系统仿真（AM）

一、实验目的

1、学习使用SYSTEMVIEW 构建简单的仿真系统。

2、掌握模拟幅度调制的基本原理。

3、掌握常规调幅、DSB 的解调方法。

4、掌握AM 信号调制指数的定义。

二、实验要求

1、完成PDF中4.1节的AM调幅仿真（要求调制信号频率为学号*10），改变调制度，并观察输出波形(已调波)的变化；观察其输出频谱

2、设计滤波器，完成AM系统的解调；观察其输出频谱；

三、实验仿真

四、实验结论

高斯白噪声的功率谱是均匀分布的，作为一种噪声，仿真的时候加上高斯白噪声其结果频谱宽但是除了输出信号的频谱功率大些，其他的比较微弱，低通滤波器对高斯白噪声的影响并不是很大，在实际中，所有的通信系统中都不可避免的引入高斯白噪声。

实验

四、DSB调制解调仿真

一、实验目的

1、学习使用SYSTEMVIEW 构建简单的仿真系统。

2、掌握模拟幅度调制的基本原理。

3、掌握常规调幅、DSB 的解调方法。

4、掌握AM 信号调制指数的定义。

二、实验要求

使用通信库中现成的双边带调幅图符重新完成4.1节中的仿真，并进行解调及分析

三、实验仿真

四、实验结论

DSB系统在无干扰的信道中传输时，解调后的波形与调制信号波形相比较，只是发生了一点延迟，幅度变化也不是很大，其波形基本与调制信号波形一样。而DSB系统在有噪声干扰的信道中传输时，解调后的信号不仅有延迟，而且波形发生了变化，仍然为正弦波，但是幅度却发生了很大变化，而且是不规则的幅度变化。

实验

五、SSB调制解调仿真

一、实验目的

1、熟悉和掌握单边带调制解调方法，以及对比单边带和双边带调制，比较其优缺点，、掌握SSB调制解调设计流程。

2、练习使用SytemView软件仿真的使用。构造一般的仿真系统

二、实验要求

参考PDF 4.3节，采用移相法完成SSB调制，并进行解调。

三、实验仿真

四、实验结论

实验中并没有加高斯白噪声，但输出的结果频谱仍然有些噪声。实验中采用的频率为180Hz，结果图并不理想，也没有把上边带和下边带的频谱放在一起对比，不过在试验中，最开始的时候两个信号的频率一样的时候，上边带互相抵消的，上边带没有波形。

实验

六、模拟角度调制系统仿真

一、实验目的

1、分析理解FM调制的意义

2、掌握FM调制的基本原理

3、设计调制及解调仿真系统

二、实验要求

1、完成PDF中5.1.1、5.1.2节的仿真；

2、加大5.1.2节中FM调制器的调制增益，观察输出FM信号的频谱变化。在解调器前面加大噪声，并逐步改变噪声功率，观察解调波形失真情况。

三、实验仿真

实验参数设置比较麻烦，参数设置的并不太合适导致输出信号的波形并不是十分规范，实验输出信号的频谱也存在很大的噪声，在试验中修改滤波器的参数可以使得输出的波形和频谱改变较大，但是很难找到一个十分完美的参数使得信号可以完美的无失真，调频信号的频率为180Hz，滤波器的参数根据调制信号和载波信号的频率进行适当的设置即可。

实验

七、脉冲幅度调制系统仿真

一、实验目的

1、理解并掌握抽样定律，了解抽样定理的一般应用。

2、设计一个脉冲幅度调制的通信系统，掌握脉冲幅度调制系统的一般设计流程和方法

二、实验要求

1、理解抽样定理的意义

2、采用乘法抽样与开关抽样两种方式完成信号的取样与恢复

三、实验仿真

四、实验结论

当采样频率小于奈奎斯特频率时，在接收端恢复信号失真比较大，这是因为存在信号 混叠，当采样频率大于或者等于奈奎斯特采样频率的时候，恢复信号和原始信号基本一致，理论上理想抽样频率为2倍的奈奎斯特带宽，但是在实际工程应用中，限带信号绝对不会严格限带，而且实际滤波器特性并不理想。

实验八基带传输系统眼图分析与观察

一、实验目的

了解眼图分析法中系统参数的影响，建立构成观察眼图的基带传输仿真原理图，掌握眼图观察的相关参数的设置。眼图 的 “眼睛” 张开的大小反映着码间串扰的强弱。“眼睛”张的 越大，且眼图越端正，表示码间串扰越小;反之表示码间串扰越大。学习如何通过眼图来评价一个通信系统的性能。

二、实验要求 参考pdf7.2节

1、了解眼图分析法中系统参数的影响

2、建立构成观察眼图的基带传输仿真原理图，掌握眼图观察的相关参数的设置

三、实验仿真

四、实验结论

信噪比是度量通信系统通信质量可靠性的一个主要技术指标，眼图能直观的表明码间串扰和噪声的影响，可以用来评价一个通信系统的优劣，另外也可以用来根据眼图对接收滤波器的特性加以调整，以减少码间串扰和改善系统的传输性能。

实验九数字信号的载波调制系统仿真

一、实验目的

1、熟悉并且掌握数字信号的载波传输的基本原理，2、掌握原理图，能根据原理图设计出对应的通信系统，3、掌握原理图中各部分的作用与组成，4、掌握相干解调和非相干解调的基本原理，掌握两种解调方式的优缺点，并能够根据实际情况选用适当的解调方式，5、熟悉SystemView的仿真流程，进一步简易通信系统的设计流程

二、实验要求

1、学习数字信号的载波传输的基本原理（包括2ASK、2FSK）；

2、完成2ASK调制仿真（包括调幅法和键控法）和解调仿真（相干解调和非相干解调）；

3、完成2FSK调制仿真（包括模拟调频法和键控法）和解调仿真（相干解调和非相干解调）；

三、实验仿真

四、实验结论

在2ASK调制中，载波的幅度只有两种变化状态，即利用数字信息“0”或“1”的基带矩形脉冲去键控一个连续的载波，使载波时断时续的输出。有载波输出时表示“1”，无载波输出时表示发送“0。2FSK信号产生的方法一般有两种：一种叫直接调频法，另一种叫频移键控法。所谓直接调频法，就是将输入的基带脉冲去控制一个振荡器的某种参数，而达到改变振荡频率的目的。虽然方法简单，但频率稳定度不高，同时转移速度不能太高；键控法就是利用矩形脉冲序列控制的开关电路，对两个不同的独立频率源进行选通。一般来说，键控法采用两个独立的振荡器,得到的是相位不连续的2FSK信号；而且直接调频法f1,f2由同一个谐振电路产生，则得到相位连续的2FSK信号。2FSK信号便是0符号对应于载频f1，1符号对应于载频f2（与f1不同的另一个载频）的一调制波形，而f1与f2的改变是瞬间完成的;

十、自行设计内容：增量调制

一、实验目的

1.通过实验加深对课本理论知识的理解。2.掌握SystemView进行通信原理仿真的方法。

3.通过实验进一步掌握增量调制系统的构成及其工作原理。4.通过实验现象对比，了解系统各项参数对系统性能的影响。

二、实验要求

1、分析各个模块在系统中的作用，并说明系统构成的原理。

2、说明系统各个参数设定的具体依据。

3、改变系统参数，结合输出波形分析造成输出波形失真的原因。

三、实验仿真

四、实验结论

仿真课堂 第6篇

【摘要】现代化汽车生产企业产品更新速度快，要求缩短设计研发周期，仿真技术已经普遍应用到制造行业。本文依托载运工具运用工程仿真实验室软硬件设备，开发“汽车综合仿真实验项目”，并对每个子项目的要求、能力培养等情况进行阐述。

【关键词】载运工具运用工程 研究生仿真训练 汽车综合仿真

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）06-0161-01

随着计算机技术和专业仿真技术的发展，要求汽车生产企业在设计研发阶段要加快进度。在这样新的形势下，对高校机械相关专业研究生培养提出了更高的要求：不仅要求研究生掌握数学、力学、机械、电子电工等传统基础课程知识，同时还要掌握现代设计方法，会运用成熟的专业仿真计算软件进行建模与优化设计。一个只懂得用传统机械设计方法进行设计计算、并根据计算结果作机械零部件图的学生，已经远远不能满足现代企业的需求。

我校载运工具运用工程学科，在充分利用中央地方共建资金和交通运输部建设资金基础上，建立了独立的载运工具运用工程仿真实验室。目前该仿真实验室有服务器一台、工作电脑20台。购买了Hyper-mesh、AVL-FIRE、GT-suite等专业仿真软件。本综合仿真实验项目通过利用这些专业仿真软件，分步骤、分阶段进行模拟仿真训练，在研究生开题之前，将课题研究中所用专业软件和基本技能训练一遍。下面以“汽车综合仿真实验项目”为例，将综合仿真实验项目分解为三个子训练项目，说明整个训练项目的流程。

一、发动机燃烧室三维设计仿真训练项目

本训练项目利用Hyper-mesh软件建立发动机整机三维模型，主要是包括燃烧室和进气道部分。然后将发动机燃烧室及进排气道模型分离出来。对燃烧室模型进行网格划分，进行缸内三维仿真计算，可以得到燃烧放热规律及缸压曲线。在进行改进设计过程中，可以对气道、活塞、凸轮轴（配气相位）等零部件进行优化设计。利用缸内三维仿真模型还可以进行气道流动仿真计算。特别针对带有进排气气道的燃烧室模型，可以对凸轮轴进行优化设计，开展进气流量、发动机回火等问题的研究。

本项目要求学生能够熟练掌握三维模型分离技术、掌握网格划分技术、初步掌握三维仿真的理论基础和三维仿真分析能力。

二、发动机整机性能仿真训练项目

在本训练项目中，首先获取发动机整机性能仿真所需要的基本几何参数数据，利用GT-POWER软件建立发动机整机仿真计算模型。在模型中，输入发动机管路及缸内几何尺寸、发动机点火顺序、气门升程曲线、摩擦功曲线、过量空气系数及边界等条件，将训练1中所得到的发动机燃烧放热规律带入到整机模型中，进行整机性能仿真计算。根据不同转速和不同负荷条件设置一系列计算工况，计算发动机在不同工况条件下的动力性、经济性，可以得到发动机的外特性曲线和万有特性图。

本训练项目要求学生掌握发动机整机仿真模型的建模方法，理解模型中参数的物理意义，掌握vibe等燃烧模型的设置方法。能够根据发动机不同工况对燃烧放热规律进行合理调节，得到精确合理的计算结果。

三、整车性能仿真训练项目

根据某整车的基本结构，简化物理模型，从GT-DRIVE的模板中选用复合模块、控制模块、连接模块、传感器及执行器模块等，搭建仿真模型，建立汽车系统的各总成和部件的机械连接和信号连接，并对各部件和总成进行参数化处理，完成整车建模。然后进行仿真计算得到各个挡位下的加速度、最大爬坡度、最高车速、最大功率等整车动力性指标和百公里油耗等经济性指标。可以进一步加深学生对动力传动一体化研究的认识。

本项目要求学生在掌握汽车基本结构和电控基本知识的基础上，掌握整车仿真建模方法、能够根据不同的设计目标进行仿真计算，并能够对计算结果进行分析。

四、小结

汽车综合仿真实验项目包含了发动机零部件优化设计、发动机缸内三维仿真于燃烧排放特性分析、发动机整机性能仿真分析、整车动力传动性能仿真等一系列优化设计与仿真的子训练项目。即使不能让每个学生全都做一遍，但通过团队合作，将与本学科领域相关的学生分组，可以分解完成每个子项目。既可以让学生充分认识仿真技术在汽车现代化设计中的作用，又锻炼了学生开展实际项目的科研能力和团队合作能力。

参考文献：

[1] 高琪瑞，李东海.能源动力仿真实验教学系统设计与应用[J].，实验技术与管理，2006.05.

[2] 杨秉耀，刘丽葵.加强研究生实验技能培训的研究[J].实验室研究与探索，2009.6.

[3] 马玉真，宋方臻.用于研究生教学的机械类课程仿真实验教学系统的开发[J].教育教学论坛，2012.9.

仿真课堂 第7篇

任务教学法和探究式学法的建构主义教学模式, 是通过教师或学生提出问题确定任务后, 再由学生根据对知识掌握的程度及所提问题的难易程度, 几个人一组进行探究式学习, 或借助老师的指导找到解决问题的办法。通过研究性解决问题使学生自主地建构和完整自己的认知结构, 这样学生成为教学中心, 教师只是组织者和促进者, 教学过程注重学生学习的自主性和独立性, 充分挖掘学生的智慧潜能, 激发学生的创造力。另外, 小组合作研究既能充分发挥不同人的特长, 优势互补, 还可以培养团队合作精神。它形式上是“研究”, 实质上是一种综合性的学习。

下面以离心泵冷态开车、停车为例, 说明我是如何利用任务教学法和探究式学法相结合教学模式将化工仿真操作应用于课堂中。应用此种教学模式进行仿真实验操作分以下四个过程:

一、任务提出

离心泵的开车、停车是学生根据所掌握的工艺流程和参照化工仿真操作手册进行探究学习的。首先让学生分好学习小组, 之后提出问题。此种提出问题的方法关键是要求学生一边阅读化工仿真操作手册, 一边对手册上的内容和步骤进行分析研究从而提出问题。这时老师要不断地鼓励学生, 看哪个小组提出的问题又多又有价值。比如会提出这样一些问题如:1) 为什么离心泵启动前全开泵P101A入口阀VD01向离心泵充液?2) 为什么只有当泵出口压力PI102大于入口压力PI101的1.5~2.0倍后, 才全开泵出口阀VD04?3) 为什么离心泵开车前要关闭出口阀?4) 离心泵启动前为什么要排放不凝气体等等。需要说明的是这些问题, 学生能提出的一定由学生提出, 学生没有发现的问题并且是本次操作必须注意掌握的, 老师在这之后要慢慢引导学生找到此问题。这时同学们就会认真阅读手册, 深入研究每一个操作步骤, 并且会在大脑中多次提出疑问。

以往的化工仿真教学模式是, 老师备好课后, 让学生一步步是按着老师说的步骤进行机械地操作, 至于每一步为啥这样操作, 对于职业学校的学生来说, 大多数学生是不会想不会问的, 这种教学方法尤其在化工仿真应用上是不可行的, 因为它束缚了学生的创新思维, 扼杀了学生们在动手操作时迸发出的创造力。

二、问题探究

同学们提出的这些问题老师一一记录在黑板上, 之后同学们就可以借助仿真操作的界面, 以小组合作的形式展开讨论学习, 小组内部解决不了的问题, 小组之间也可以研究讨论。这个过程是积极地热烈地研究学习过程, 学生们可以根据仿真软件上的离心泵的DCS图和现场操作图, 各自搜索原有的认知结构, 畅所欲言引发认知冲突, 由冲突再次引发学生的研究和探索的心态, 学生对冲突中出现的新问题重新进行研究和分析、推理, 完成新认知结构的建构。

通过问题的研究过程, 从而拓宽学生知识面, 训练学生的综合分析能力, 提高学生对复杂的化工过程动态运行分析、判断能力。

三、教师点拨

这一过程, 教师必须走在同学们中间, 认真观察、倾听学生们的讨论, 在适当的时间进行指导。在整个研究过程中, 教师既要为研究小组内的各成员提供研究指导, 又要负责对整个研究过程的监控。由于这是一个完全以学生研究活动为中心的过程, 教师的指导要依据掌握和了解各小组的研究情况, 及时解决学生在研究中发生的偏差和问题。如果是学生没有发现的问题老师一定要在学生弄懂这些问题之后, 学习兴致正浓时提出。比如:老师引导学生去想:离心泵开车时为什么不能使入口压力过低?离心泵停车时为什么要先关闭出口阀再关电机等等。通过这些问题的提出再一次调动起学生的学习研究热情, 如果确实有学生通过讨论也不能得到满意答案的, 老师及时给予启发, 至到找到答案。

这个过程是学生热切地从老师那获取知识的过程, 是非常不同于过去的被动接受知识, 因为这过程包含了学生的积极思考过程

四、问题评价

此过程要求每个小组选派一名学生一边进行操作, 一边讲解离心泵开车、停车的工艺过程, 小组其他成员可以补充。等到最后一个小组同学操作展示时, 整个离心泵开车、停车过程基本上趋于完善, 老师要对每个同学的回答给予肯定, 增强学生的信心。

利用任务教学法和探究式学法把化工仿真应用于课堂教学中, 教师的作用更多的是引导学生进行训练与思考, 让学生在计算机软件的帮助下自己学习, 自己动手做实验, 发现问题集体讨论, 教师只在一旁加以引导, 最终让学生自己解决问题。

总之, 通过采用任务教学法和探究式学法相结合的教学模式在化工仿真操作的教学中, 起到了良好的教学效果, 并且从就业反馈上看也有显著成果。06级、08级毕业生分配到了工作岗位后较短的时间内就能熟练掌握生产上的DCS操作, 部分学生已经成为内操主力, 在各自的工作中均得到好评。由于这种方法实施的时间比较短, 有些环节还需要进一步完善, 所以在今后的教学工作中, 还要进一步去探索、提炼、升华形成一套系统的完整的理论, 为职业学校的教学发展献出一份自己的力量。

摘要：《化工原理》是一门综合运用数学、物理、化学等基础知识, 分析和解决化工生产中各种物理过程或单元操作问题的工程学科。它具有专业性强, 生产实践性强特点。行业的特性决定我们把化工仿真操作引进课堂是相当必要的。为了更有效地达到理想的教学目标, 我采用任务教学法和探究式学法相结合的教学模式将化工仿真操作应用于的课堂教学中。

关键词：教学方法,化工仿真,任务教学法,探究式学法

参考文献

[1]赵刚.化学工业出版社.化工仿真实训指导, 1998.

仿真课堂 第8篇

通信原理是电子信息类的一门重要的专业基础课,也是研究生入学考试的课程之一,该课程不仅理论性强、数学分析复杂、涉及较多难以理解的抽象概念,而且教学内容较多,除了讲授课程的核心内容外,还要复习课程必备的数学和专业基础知识,同时还要介绍通信领域新理论新技术[1]。将System View仿真技术引入课堂教学,不仅能简化数学推导,弥补数学推导上的不足,还能使抽象的概念变得形象生动,并加深对通信系统的理解,提高课堂教学效率。

2 System View简介

2.1 System View的特点

System View是美国Elanix公司推出的基于Windows操作系统的动态系统分析平台,它实现了功能的软件化,避开了复杂的硬件搭建,不用写代码也无需先进仪器,同样也能完成各种复杂的模拟、数字和数模混合的通信系统设计与仿真。具有良好的交互界面,功能强大的分析窗口,提供了可视化的仿真过程。

2.2 System View的仿真步骤

System View的仿真过程是:用户在设计窗口只需用鼠标点击图符库中的相应图符并连接就可以构建仿真模型,然后对仿真模型中各图符的参数进行设置,并设置合理的系统运行时间,最后在分析窗口就可以观察仿真波形和频谱,而且可以通过分析窗口中的接收计算器可对仿真波形和频谱进行进一步比较、分析和运算。

3 System View仿真软件辅助“通信原理”课堂教学

本文以MASK系统的System View仿真为例,详细阐述了System View仿真在通信原理课堂教学中重要作用。

3.1 有效提高课堂教学效率

通信原理课程涉及大量原理方框图和波形图,教学过程中采用课件进行讲述时,图形是静止的,采用黑板板书时,又需要耗费大量的时间,而System View仿真软件中都有现成的图符,只需用鼠标进行点击、拖动和连线即可得到原理图,对系统和各图符设置好参数后,用波形观察窗口就可以观看系统各部分的波形图和频谱图,并能对各图形进行分析和计算。

例如,图1给出了MASK调制和相干解调在System View平台上的仿真模型图,仿真过程中,设置图符0为4电平数字基带信号,频率为10Hz,载波频率为50Hz,采用相干解调,仿真得到的波形如图2所示,从上到下依次为调制信号、4ASK信号和解调信号。由图2的仿真结果可知,解调出来的信号与调制信号一致,只是在波形上有一定的延时。其次,改变图1中图符0的进制数M的取值,就可以得到其他进制的MASK调制解调系统,还可以改变其他参数(如载波频率),在信道中加入高斯噪声等,就可以得到不同条件下MASK信号波形及频谱。

3.2 弥补数学分析上的不足

通信原理教材中,只对二进制基带信号的功率谱进行了数学公司的推导,并未对多进制的基带信号的功率谱和数字已调信号的功率谱进行数学推导,因为其数学推导相当繁琐超出了本科生的学识范围,所以在通信原理教材中除个别作了不太严格的解释外,其他的都直接给出公式[4]。而通过System View仿真就能直接观看其频谱,例如图3、图4分别为图1中4电平数字基带信号和4ASK已调信号的频谱,由图3可知,数字基带信号的频谱集中在零频附近,由图4可知4ASK已调信号的频谱其中心频率为50Hz,与载波频率一致,与图3对比可知,带宽是数字基带信号带宽的两倍,仿真结果与理论相吻合。综上所述,通过System View仿真,一方面可以弥补数学分析上的不足,另一方面可以使抽象的内容形象具体。

3.3 激发学生的学习兴趣

将System View仿真引入课堂教学中,能使教学方式多样化,吸引学生的注意力,便于学生边学边做,使“教”与“学”互动,其次在学生的课外时间里,学生遇到其他问题时,可以通过System View仿真进行解决问题,或是有自己的新看法和方案时,可以验证自己的方案。因此,将System View仿真引入课堂教学中,能激发学生的学习兴趣,帮助学生理解知识的同时,使学生在兴趣的驱使下积极思考,提高分析问题和解决问题的能力。

4 结束语

课堂教学表明,将System View仿真引入课堂教学中,不仅使复杂的理论变得易于理解,使抽象的概念变得形象、生动,使学生更直观地掌握。而且活跃了课堂学习氛围,激发了学生的学习兴趣,提高了教学质量,更重要的是提高了学生分析问题和解决问题的能力,有利于今后的学习和工作。

参考文献

[1]周敏.通信原理过程化教学的探究[J].阴山学刊,2016,30(2):115-116.

[2]谢莉.基于System View的DSB-SC通信系统的仿真与分析[J].信息通信,2015(10):5-6.

[3]冯育涛.通信系统仿真[M].北京:国防工业出版社,2014.99-106.

仿真课堂 第9篇

1 构建模拟电路高效课堂中存在的问题

模拟电路课程的知识点很多,在平时的教学过程中,主要采用电路理论分析法进行讲解,学习比较枯燥。以单管共发射极放大电路为例,要求学生掌握该电路的3个动态指标:电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。主要通过讲授三极管及整个放大电路的微变等效电路[3]的方法来分析该电路的动态指标并进行理论估算。在分析和讲解过程中,学生总体表现为在老师的带动下被动的接受相关的理论知识,与老师的互动也很被动,主动学习少,教学效果不是很好。没有学生身心在场、主体参与的课堂很难是高效的课堂,很难实现每一个学生的“三维”发展。

2 虚拟仿真技术在构建模拟电路高效课堂中的应用

2.1 虚拟仿真技术及软件简介

虚拟仿真又称虚拟现实技术或模拟技术,是用一个虚拟的系统模仿另一个真实系统的技术。从狭义上讲,虚拟仿真是指随着计算机技术的发展而逐步形成的一类试验研究的新技术。

Multisim 9是Electronic Workbench公司于2005年12月推出的仿真软件[4],用于各类电路的虚拟仿真。在该软件中能够实现电路元器件编辑、选取;电路图绘制;提供多种常用的虚拟仪表,可以通过这些仪表观察电路的运行状态以及仿真结果。该软件还为学生提供了3D面包板实验平台和3D元件库,允许学生搭建他们的电路图并且在面包板上进行试验,不必构造具体的物理电路,进而测试电路工作状况和电路特性分析等。

2.2 虚拟仿真技术的应用

下面就以单管共发射极放大电路为例,说明使用仿真软件Multisim 9来讲解放大器3个常用动态指标即电压放大倍数、输入电阻和输出电阻的具体应用。

1)实验电路图

在仿真软件Multisim 9中,打开选择组件窗口,选择需要的元器件、信号发生器和示波器等组件,连接如图1所示的电路图。

2)放大器动态指标仿真分析

(1) 电压放大倍数Au的仿真

调整放大器到合适的静态工作点,然后加入输入电压ui,在输出电压uo不失真的情况下,用交流毫伏表测出ui和uo的有效值Ui和Uo,则电压放大倍数为Au=Uo/Ui。

具体的测量方法是:在图1所示的电路中,闭合开关J1和J2,打开信号发生器XFG1的界面,调整输入信号的幅值和频率,单击仿真开关进行仿真,打开示波器XSC1,观察输入、输出电压波形。在输出电压不失真的情况下,使用万用表XMM1和XMM2测量出uo和ui的有效值Uo和Ui,即可计算出电压放大倍数。

(2) 输入电阻Ri的仿真

输入电阻是指从放大器输入端看进去的等效电阻,它表明放大器对信号源的影响程度。

按照图2所示的电路来测量输入电阻,在被测放大器的输入端与信号源之间串联一个已知电阻R,用交流毫伏表测出Us和Ui,根据输入电阻的定义可得Ri=Ui/(Us-Ui)*R。具体的测量方法是:在图1所示的实际电路中,闭合开关J2,打开信号发生器XFG1界面,调整输入信号的幅值和频率,单击仿真开关进行仿真,打开示波器XSC1,观察输入、输出电压,在输出电压不失真的情况下,用万用表测出开关J1在打开和闭合两种情况下ui的有效值Ui1和Ui2,按照下面的公式Ri=Ui1/(Ui2- Ui1)* R8,即可测出输入电阻。

(3) 输入电阻Ro的仿真

输出电阻是从放大器输出端看进去信号源的等效电阻,放大器的输出端可以等效为一个理想的电压源uo和输出电阻Ro相串联。

按照图2所示的电路来测量输出电阻,测出输出端不接负载R5时输出的有效电压Uo和接入负载时的输出有效电压UL,根据输出电阻的定义可得Ro=(Uo/UL-1)*R5。具体的测量方法是:在图1所示的实际电路中,闭合开关J1,打开信号发生器XFG1界面,调整输入信号的幅值和频率,单击仿真开关进行仿真,在J2打开和闭合时,使用万用表XMM2分别测得输出端不接负载R5时输出的有效电压Uo和接入负载时的输出有效电压UL,按照上面的公式即可测出输出电阻。

2.3总结

通过上述仿真过程的讲解,可以发现将仿真软件合理的应用在模拟电路的实际教学过程中,可以发动学生、发展学生,让学生主动参与实际的学习过程,掌握所学的理论知识。虚拟仿真技术在构建模拟电路高效课堂的具体应用体现在以下几个方面。

1)激发学生学习的兴趣

使用仿真软件来模拟实际的放大电路,富于情趣,创造了和谐的学习氛围,仿真软件的图形演示功能为教师提供形象表达工具,将难点问题以仿真的方式呈现出来,加强直观性,吸引学生注意力,使像“微变等效电路”这样抽象的教学问题变得具体形象,提高知识的可接受性。可以激发学生学习的兴趣,培养学生学好的信心,让学生主动参与到课堂教学活动中来。师生的情感也得到增强,学习效果必然得到提高。

2)引导学生进行独立思考、实现自主学习

采用虚拟仿真的方法来进行教学,以学生的知识和能力基础为出发点,关注对学生“学”的设计,通过仿真模拟这样直观的方式来展现放大电路的整个工作过程,针对仿真过程中出现的各种现象,引导学生主动的提出问题并积极进行思考,在教师的理论讲解过程中主动挖掘其中蕴含的理论知识,主动经历知识产生、发展和形成过程,努力实现“三维”目标的有机结合和统一,让学生真正成为课堂的主人,进行独立思考,实现自主学习,不断提高课堂教学效果。

3)指导学生完成实验、进行电路设计

虚拟仿真教学完成后,可以引导学生进行实际的实验操作,学生可以根据图1所示的放

大电路选取合适的原件,使用实际的实验原件和仪器连接实际的电路,进行放大器动态指标

的实际测量,并与理论估算的数据进行对比,理解实际实验数据与理论数据的差异并分析原因。

同时,学生可以根据掌握的理论知识,并使用仿真软件进行电路的设计,把所学的知识应用到实际的放大电路设计中,体会知识在现实生活中的应用价值,让学生不仅成为学习的主人,还将成为生活的主人,培养学生具有终身学习的能力。

3 结束语

理想的高效课堂是要实现学生知识技能、学习过程方法与情感态度价值观的综合发展,绝不是有着固定教学模式的课堂,要结合所讲授的课程内容,采用合适的教学方法。根据模拟电路的课程内容和特点,可以通过使用虚拟仿真软件Multi-sim 9将虚拟仿真技术合理地应用到实际的教学过程中,调动学生学习模拟电路的兴趣,引导学生参与到知识的主动获取过程中,使学生进行独立思考、实现自主学习,最终实现高效课堂的教学目标。

摘要：高效课堂的最终目标是实现学生的“三维”发展。在模拟电路的理论教学中,学生参与课堂的主动性不高,将虚拟仿真技术应用在该课程教学中,通过使用仿真软件Multisim 9来讲授模拟电路的理论知识,能够发动学生,让学生主动参与实际的学习过程,自己获得所学的理论知识,实现高效课堂的目标。

关键词：虚拟仿真技术,Multisum,高效课堂

参考文献

[1]龙宝新,张立昌.论当代我国高效课堂改革的成因和走向[J].教育科学,2014(2).

[2]王秀珍、张秀君.优质高效课堂教学改革策略研究[J].中国教育学刊,2014(5).

[3]周雪.模拟电子技术[M].西安:西安电子科技大学出版社,2005.10.

仿真课堂 第10篇

1 理论与实践结合的仿真课堂教学模式的设计

1.1 修订专业课程的教学计划, 调整专业实践课时

按照“面向社会需求, 坚持就业导向;注重专业知识, 突出操作能力训练”的现代职业教育理念, 我们对医学影像技术专业的主要专业课程影像技术学和影像诊断学的教学计划做了适当修改, 既往我们的实践课时仅占总课时数的1/3左右, 现在通过增加专业课程的实践课时, 使得2门课程的实践课时已占课程总学时数的50%以上, 在教学时间上保证了理论与实践结合的仿真课堂教学模式改革的实施, 这个方案已得到学校和专家委员会的支持和认可, 并已经实现了其良好的教学效果。

1.2 参照医院医学影像科的工作环境, 尽量完善实验室的规划和改造, 创设模拟的实际工作岗位场景

为了创设这样一个身临其境的仿真的岗位环境, 在学校领导的大力支持下, 我们花费近80万元改造了医学影像实验室, 使之实现综合化、多样化仿真模拟, 使学生能在其中感受真实的工作场景, 体味工作内容和环节, 理解岗位角色。这样也就从客观上保证了理论与实践结合的仿真课堂教学模式改革的实施。

2 理论与实践结合的仿真课堂教学模式的实施

在对此项课堂教学模式改革的学习和讨论过程中, 教师和学生统一思想, 一致认为理论与实践结合的仿真课堂教学模式的实质是将专业课程的理论知识、教学内容与实践教学、实际操作技能训练融为一体, 或者说是把在教室的理论教学与实际工作中的技术操作融为一体, 教师边讲解边示范操作, 学生边听讲边实际操作练习, 让学生能够融入在岗位情景的教学氛围中, 在理论讲授与动手操作的教学活动中学到技能、掌握知识, 从而提高教学效果。

在具体实施过程中是以教学班为单位, 任课教师和实践指导教师在专业实验室利用多媒体课件形象地展示课堂教学内容, 以“手的摄影体位设计”为例, 先带领学生观看工作流程的录像, 再借助多媒体课件演示操作步骤和要点, 教师示范操作, 强调注意事项;学生的实际操作训练分6个小组同时进行, 由任课教师和实践指导教师分别指导各个小组完成实践教学任务;课程的时间分配大约是教师讲授示范占1/3, 学生小组实践占2/3, 将原有的理论授课和实践教学过程有机地融为一体, 突出和强化专业技能训练, 圆满完成课堂教学任务。

另外, 我们还设定在医院影像科的实验室仿真环境中, 采用角色扮演的方式由每个小组的学生分别担任登记室工作人员、患者、技术员、医生进行工作流程的训练, 注意各个角色的岗位意识, 文明语言的恰当应用, 服务意识的具体体现。这种授课和操作训练的形式让学生感到很新奇, 也使其充分理解和感悟角色, 大大提高了学习兴趣, 使得学习气氛活跃, 操作技能的训练也变得轻松愉快, 学生主动参与的积极性明显提高, 也大大提高了课堂教学效果。

3 理论与实践结合的仿真课堂教学模式的效果分析

3.1 影像技术学与影像诊断学课程的实际操作成绩评价分析

既往学生的实际操作考核成绩良好率大约为40%左右, 在实施理论与实践结合的仿真课堂教学模式后, 综合分析一个学年3个班共116名学生的实际操作考核成绩, ≥90分者7人, 80～89分者58人, 70～79分者42人, 60～69分者9人, 没有不及格者, 成绩良好的学生占56%, 成绩优秀的学生占6% (见图1) 。

3.2 学校督导组和同行听课反馈

利用实验室仿真的工作场景, 应用理论与实践结合的教学模式, 学生分组以角色扮演的形式参与实验的全过程。这样可以实现理论讲授与实践活动的紧密结合, 体现医学影像技术专业以技能操作能力为特点的岗位需求, 在课堂教学中侧重于学生实际操作技能、岗位意识和职业责任的训练和培养, 可以充分调动学生学习的积极性。

3.3 学生问卷调查

对学生问卷调查的结果表明, 学生对医学影像技术专业课程实施理论与实践结合的仿真课堂教学模式都给予了充分的肯定。学生纷纷写道:“此种新教学模式可以充分调动学习的积极性, 激发我们的学习兴趣”;“实际岗位的工作场景模拟, 工作过程和岗位角色的仿真, 使我们仿佛身临其境, 无论是学习操作还是实际操作考核, 都可以加深对岗位角色的认识和理解, 对工作过程的熟悉和掌握”;“理论与实践相结合, 可以突出理论授课的重点, 讲过理论马上进入实际操作, 还有教师示范、实际指导等环节的保证, 既节省时间又有助于记忆和操作”;“对影像技术的工作岗位而言, 我们的基本操作技能是求职就业的重要条件, 只要是自己亲自做过的工作就会有自己独到的体会, 有自己的理解, 这样一来课堂练就的实际操作技能就将成为我们参与社会竞争的资本, 成为我们的本领和财富”;“这种课堂教学模式拉近了教师与自己的距离, 使理论上复杂的知识具体化, 师生之间的交流更自由, 问题的发现和解决也更为直接和有针对性”。学生普遍认为, 医学影像技术专业课程实施理论与实践结合的仿真课堂教学模式, 确实摒弃了原传统课堂教学模式的许多弊端, 促进了强化操作能力训练的职业教育教学理念的贯彻执行, 提高了学生的学习积极性和学习效率, 在获取知识的同时, 岗位的责任意识得到了强化, 实际操作技能亦得到了训练与提高, 从而保证了在专业课程教学中对学生综合素质的培养和岗位竞争力的提升。

3.4 学生实习过程追踪

在对实施理论与实践结合的仿真课堂教学模式改革尝试后的学生进入实习岗位的追踪中, 综合22家实习单位的反馈, 无论是学生本人还是带教教师, 普遍反映学生对于岗位的工作环境、内容、职责、服务意识都没有陌生感, 显得从容自信、得心应手, 具有很强的适应能力, 能够较快地融入、胜任岗位工作, 得到认可和鼓励。

4 实施理论与实践结合的仿真课堂教学模式改革的启示

作为职业教育中的医学影像技术专业教育, 学生应该具备的职业技术能力就是完成影像技术和相关工作的专门操作能力, 熟练掌握该技术所需的基础知识和能力。这些能力具体表现在3个方面即专业、方法和社会能力:专业能力是指具备从事职业活动所需要的专门技能及专业知识;要注重熟练技能、掌握知识, 以获得合理的知识结构。方法能力是指具备从事职业活动所需要的工作方法及学习方法;要注重学会学习、学会工作, 养成科学的思维习惯。社会能力是指具备从事职业活动所需要的行为规范及道德观念;要注重学会共处、学会做人, 以确立积极的人生态度[1]。

医学影像技术专业的教学目标是以典型职业活动的工作能力为导向, 侧重于培养学生具备基本的职业资格, 包括职业知识、职业技能和职业道德, 面向社会和市场, 成为适应社会需求的“下得去、用得上、留得住”的实用技能型人才。这就意味着, 医学影像技术专业课程的教学过程应该以现实岗位的工作过程为参照, 强调的是学生通过对岗位工作流程的学习过程, 获取常规过程性的操作知识, 主要解决“怎么做”和“怎么做更好”的问题, 使学生能够在做中学、在学中做, 以角色扮演的形式, 在完成具体任务的过程中学习专业知识和操作技能, 充分发挥学习的积极性和主动性。同时, 由于学习的过程与岗位工作环境、流程保持一致, 可以提高学生熟悉、处理和解决实际问题的能力, 有助于其积累一定的工作经验, 并形成良好的职业素质[2]。

在实施理论与实践结合的仿真课堂教学模式的具体教学过程中, 着重强调以培养学生的岗位能力为出发点, 以实际工作情境为导向, 在技术上、方法上和过程中都要求尽量贴近医学影像技术相关工作的岗位需求。在教学活动中, 体现学生是学习的行动主体, 以职业情境中的行动能力为目标, 以基于职业情境的学习情境中的行动过程为途径, 以教师与学生之间互动的合作行动为方式, 以专业能力、方法能力、社会能力整合后形成的行为能力为评价标准[3,4]。教师在整个课堂教学活动中, 真正成为一个组织者、协调者和学习伙伴, 勤于提供咨询、帮助, 注重引导学生“学会做什么”。教师紧紧把握住一个原则, 学生不仅仅需要掌握专业理论和技能, 更重要的是掌握获得专业技能的思维方法和实际应用能力[5]。

尝试这种课堂教学模式既可以保证实践教学时间, 将理论知识与实践活动紧密结合, 在实际课堂教学中边讲边练、讲练结合, 使理论在实践中得以消化[6], 也可以让学生、教师同处工作的场景中, 便于教师的严格要求和学习问题的提出、发现和解决, 在仿真的工作环境中, 在实际操作的训练中培养学生的实践能力、专业技能、岗位意识、敬业精神、科学态度、职业道德和严谨求实的工作作风[7]。

总之, 理论与实践结合的仿真课堂教学模式的研究和探索, 是职业教育中深化教学改革的重要内容, 是全面推进素质教育的重要途径, 是培养应用性技术人才的基本途径。在医学影像技术专业尝试理论与实践结合的课堂教学模式, 我们的共识是其有助于培养学生的专业技能和学习能力, 全面提升学生的综合素质, 有助于提高毕业生参与人才市场岗位竞争的能力, 借此亦可以充分体现职业技术教育的特色, 使医学影像技术专业教育具有更大的生存和发展空间。

参考文献

[1]邵剑龙.现代教育技术研究与应用[M].北京:北京大学出版社, 2003.

[2]马必学, 刘晓欢.理论与实践一体化教学模式的改革创新[J].教育与职业, 2005, 7:22～23.

[3]乐国友.采用仿真模拟实训强化学生的职业岗位素质和技能[J].科技情报开发与经济, 2006, 5:265～266.

[4]胡大威.理论实践一体化教学模式的探索——高职计算机软件技术专业教学改革的实践[J].辽宁高职学报, 2007, 10:41～42.

[5]张雁平, 吴雄彪, 花有清.高职院校理论、实践一体化教学的实施与思考[J].实践技术与管理, 2007, 11:105～108.

[6]毛丹洪.仿真技术在实践性教学中的推广使用[J].职业教育研究, 2007, 9:174.

化工单元仿真及化工过程仿真系统 第11篇

1 化工单元仿真

1.1 化工单元设备仿真模型

化工单元是化学工艺流程仿真模拟的最小单元, 将其抽象封装成一个基本化工模块。在化工生产工艺流程中, 物料流流经的单元设备时, 将设备当做一个过程模型, 其中涉及到设备属性, 物性数据, 输入流变量, 输出流变量。设备属性是设备的基本特征属性, 物性数据是流的表达, 输入流变量和输出流变量是物料流在流动过程引起的实时变化数据。

1.2 化工单元设备仿真的特性

1) 通信特性:物料经过某个单元设备或者仪表的时候, 产生了电子信号, 通过通信通道这些信号传递给端子, 形成输出输入信号。在信号传递过程中有3 种传递方式:缓冲, 同步, 异步。

2) 属性特性:每个单元设备、仪表或者物料流都有自己的属性。

3) 物化特性:物料经过单元设备会发生物理或者化学的变化, 这些变化使单元设备、仪表或物料流的某些属性发生了变化, 同时通过相应计算模块计算出变化的属性的值。

4) 功能特性:单元设备的功能以及相关属性的表示的意义。每一个单元设备都有不同的功能特性, 使用条件等等。

2 化工过程仿真系统

在化工过程研究分析的基础上, 结合多个化工过程的实践, 设计开发了一套化工过程仿真系统Sol Simul。

2.1 系统结构

Sol Simul系统主要分为现场站和操作站。现场站主要是用来采集设备数据。操作站是用来显示和操作对应的现场设备, 见图1。物理层主要是设备的底层驱动, 通道层有IO设备接口和端子, 用来传递信号, 仪表层主要是仪表和处理模块, 在这里显示端子从底层获取的信号数据, 界面层主要有流程图画面, 控制组画面, 趋势图画面, 总貌画面, 报警画面。

2.2 物理设备

Sol Simul系统的物理层包括化工仿真单元设备 (IO驱动) 、各类通信驱动、用于可以链接实际现场设备的驱动, 以及OPC设备驱动。化工仿真单元设备是由系统根据化工生产中实际的设备、装置等进行仿真, 这些单元设备又被称为软设备。主要包括各类阀, 泵, 管道, 罐, 换热器, 蒸发器, 分离器, 精馏塔等。

2.3 数据通道

Sol Simul系统的数据通信主要通过IO设备接口和端子。IO设备接口是从物理层设备定期收集数据或实时响应物理事件并将数据传递通过端子提交给上层仪表, 或通过端子接收上层仪表输出数据传递给相关的物理设备。端子主要起到信号转化和隔离作用, 也便于系统组态, 其的读写方式有缓冲, 同步, 异步。

2.4 仪表计算

Sol Simul系统的仪表层包括各类由系统软件实现的常用指示、控制仪表和完成各种计算功能的模块, 这些仪表和模块又称软仪表。在软设备组成的化工过程仿真流程基础上, Sol Simul系统通过软仪表的检测、计算和控制输出, 实现化工过程仿真。软仪表包括各类模拟量指示、PID控制、开关量、逻辑计算、算术计算、流量计数器、脉冲以及用户自定义仪表等。

2.5 用户界面

Sol Simul系统中总貌画面主要是用来显示和操作流程项目中包含的项目名称, 控制组, 趋势图, 需要操作的仪表和开关等, 便于整体工况监控及快速页面切换。控制组画面主要是用来监视、控制一组相关工位仪表的运行状态等。趋势图画面是用来显示各化工过程参数数据随时间变化的曲线, 生动形象的向用户直观展示。流程图画面显示了实验中化工工艺流程图包括现场图和DCS图, 主要操作有设置设备属性值, 改变属性参数。报警画面主要是对错误操作或者不按正确步骤操作的报警提示。

2.6 报警提示

Sol Simul系统中根据对设备进行操作造成仪表值超限引起的报警。报警级别分为普通报警和紧急报警。仪表值设有高报值, 高高报值, 低报值, 低低报值。在仪表值处于报警高报或低报时就会触发普通报警, 当仪表值处于高高报或者低低报时就属于紧急情况, 设备已经处于高危情况, 十分紧急。

2.7 故障设置

Sol Simul系统中化工故障主要分为两种:临时故障设定和通用故障设定。通用故障的设定是对所有仿真装置的任意操作和显示进行故障设定, 如设定仪表的高报值、高高报值, 低报值和低低报值。临时故障设定是对设备进行突然变化导致的故障, 训练用户的紧急情况的处理能力。

2.8 考核评价

Sol Simul系统中考核评价是系统可以自动评价用户仿真实验成绩, 主要有步骤分, 操作质量分, 报警分。步骤分是根据操作指导设定, 是否根据步骤的顺序进行操作的。操作质量分是操作指导的参数值是否与用户操作一致, 相差多少。报警分是由于操作失误引起参数值超限, 则扣除分数。

3 结论

化工过程仿真系统解决了化工生产过程中的复杂性, 让操作员安全的操作和了解到各种工况下的正确操作, 提高了操作员的操作水平和处理特殊状况的能力, 具体的实验说明和考核成绩可以指导操作员进行操作, 了解操作的正确性。Sol Simul系统提供了多种通用单元设备模型, 用来组态工艺流程图, 也可以自主开发特殊的设备模型, 简单的操作界面和多方面的显示界面, 提高了操作性和交互性。

参考文献

[1]杨霞, 吕玮, 王朋辉, 等.基于Aspen Dynamics氯乙烯精馏过程的动态模拟及应用[J].计算机与应用化学, 2015 (9) .

[2]王双剑.化工系统图形化建模仿真平台的设计与开发[D].北京:北京化工大学, 2012.