時間：2022-11-13 00:08:24
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)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篇仿真技術(shù)論文，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
一、仿真技術(shù)在電子專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用實踐
伴隨著科學(xué)技術(shù)與現(xiàn)代教育技術(shù)的發(fā)展，各種先進(jìn)技術(shù)被廣泛運用到教學(xué)領(lǐng)域中，仿真技術(shù)作為一種新興的技術(shù)，同樣也被運用到電子專業(yè)的教學(xué)當(dāng)中，且對促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量與效率的提升，起到了舉足輕重的作用。以下筆者以“放大電路”的學(xué)習(xí)為例，對仿真技術(shù)在電子專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行探討。在模擬電路中，放大電路是一個極為關(guān)鍵的構(gòu)成部分，其中最為基本的電路形式就是共射極放大電路。因此，在放大電路教學(xué)過程中，首先應(yīng)當(dāng)利用多媒體課件對相關(guān)的知識點進(jìn)行說明，例如信號放大的基本概念、共射極電路的構(gòu)成、各個組成部分的作用、放大電路的動靜態(tài)特性等。
在對問題進(jìn)行設(shè)計時，可以設(shè)計以下問題：怎樣在放大電路輸入端添加正弦信號？輸出信號是否會出現(xiàn)變化？電壓放大倍數(shù)與什么因素相關(guān)？倘若對電路的偏置予以調(diào)整，那么輸出信號又將發(fā)生怎樣的改變？之后通過Multisim軟件建立共射極電路，然后再展開以下仿真實驗。共射極放大電路圖如圖1所示。將Simulate菜單內(nèi)的Anslysis下的DCOperatingPoint命令打開，進(jìn)而得到靜態(tài)的參數(shù)：VB=1.82V，VC=4.84V，VE=1.20V。將正弦電壓信號（幅值是5mV）添加在輸入端，進(jìn)而對處于空載狀態(tài)與接10kΩ負(fù)載下的放大電路的輸出電壓波形予以測定，進(jìn)而得出參數(shù)值分別是1.2V、753.7mV，具體如圖2所示。對輸入信號的幅值予以改變，輸入電壓增加到15mV，而在此時輸出電壓波形如圖3（1）所示。對偏置電阻予以改變，把電阻Rb1增加至25kΩ，最終所得到的電壓波如下圖3（2）所示。通過對上述仿真結(jié)果的總結(jié)與分析，可以得出以下五點結(jié)論：第一，當(dāng)輸出電壓大于輸入電壓幅值時，電路具備電壓放大的功能；第二，當(dāng)輸入電壓和輸出電壓在相位上相差180º時，共射極電路具備反相功能；第三，在輸入信號較大，且輸出信號正負(fù)半周不對稱時，將會出現(xiàn)失真的現(xiàn)象；第四，放大電路當(dāng)中的放大倍數(shù)和負(fù)載有一定的聯(lián)系，其中當(dāng)負(fù)載小時，放大電路的放大倍數(shù)就小，反之，負(fù)載大，放大倍數(shù)也大；第五，當(dāng)偏置電阻Rb1增加至一定值時，輸出電壓波形的負(fù)半周會發(fā)生失真的現(xiàn)象。
二、仿真技術(shù)在教學(xué)中的優(yōu)勢及注意事項
在中職電子專業(yè)教學(xué)中應(yīng)用仿真技術(shù)，具有一定的優(yōu)越性。一是應(yīng)用范疇比較廣，且有極強的拓展性。仿真教學(xué)能夠提供多種多樣的實驗教學(xué)程序與實驗電路板，能夠廣泛運用于各種電子課程，例如模擬電子技術(shù)、電子測量技術(shù)等。二是有比較高的效率。仿真技術(shù)能夠提供各種信號源、數(shù)字存儲示波器等虛擬儀器，能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集與處理，展開溫度檢測控制，以及進(jìn)行電路設(shè)計實驗等。三是有較強的趣味性。在教學(xué)過程中進(jìn)行仿真教學(xué)，能夠極大地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣與熱情，將全部的精力都投入到教學(xué)活動中。此外，仿真實驗的成本較低，可以隨時展開仿真教學(xué)。
雖然仿真教學(xué)的開展在一定程度上豐富了教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化了教學(xué)手段，但是倘若用虛擬仿真實驗完全替代實物實驗，將造成學(xué)生對實際元器件檢測與封裝認(rèn)知水平的下降，進(jìn)而使得學(xué)生實際操作儀器的能力、對實際電子產(chǎn)品設(shè)計布局的能力、實際電路布線的能力以及安裝調(diào)試能力等下降。因此，為了防止上述情況發(fā)生，我們在中職電子教學(xué)過程中，應(yīng)當(dāng)注意虛擬與現(xiàn)實兩者的有機結(jié)合，不但要注意仿真實驗在教學(xué)中的輔助作用和價值，同時還應(yīng)當(dāng)重視實際動手操作能力的培養(yǎng)，兩者互相促進(jìn)、互相影響。學(xué)校應(yīng)當(dāng)對電子專業(yè)教學(xué)課程進(jìn)行合理的安排，以上機實驗為主，同時輔以實際電路的安裝調(diào)試，且對仿真實驗課題進(jìn)行合理的選擇，進(jìn)而提供給學(xué)生優(yōu)秀的仿真實驗題目，以便學(xué)生能夠在實驗的過程中掌握更多的知識與技能，最終實現(xiàn)提高專業(yè)素質(zhì)與綜合能力的目的。
作者：張阿進(jìn)單位：江陰市南華中等專業(yè)學(xué)校
1征文范圍
1.1CAE當(dāng)前研究熱點與未來發(fā)展趨勢
(1)計算流體力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)、仿生力學(xué)、爆破力學(xué)等新進(jìn)展;(2)新材料與新工藝、生物材料、微納米、復(fù)合材料的CAE應(yīng)用技術(shù);(3)高性能計算與CAE;(4)智能化CAD/CAE集成;(5)多學(xué)科、多尺度CAE仿真技術(shù);(6)可靠性分析與CAE工程穩(wěn)健設(shè)計;(7)非線性有限元進(jìn)展及應(yīng)用;(8)有限元網(wǎng)格自動生成技術(shù).
1.2CAE專項技術(shù)應(yīng)用探討
(1)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強度分析、疲勞壽命分析、振動及噪聲仿真分析、碰撞仿真;(2)機構(gòu)動力學(xué)、多體動力學(xué)與控制仿真技術(shù);(3)跌落以及沖擊、多物理場耦合分析;(4)結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計與拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù);(5)先進(jìn)材料/結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計技術(shù).
1.3CAE的平臺技術(shù)與應(yīng)用
(1)虛擬產(chǎn)品開發(fā)平臺;(2)分布式仿真平臺技術(shù)與協(xié)同仿真;(3)產(chǎn)品研發(fā)仿真流程和數(shù)據(jù)管理平臺建設(shè);(4)企業(yè)級仿真和多學(xué)科聯(lián)合仿真.
1.4CAE技術(shù)的行業(yè)應(yīng)用與解決方案
(1)CAE在航空、航天、兵器、船舶工業(yè)中的應(yīng)用;(2)CAE在海洋工程、核工業(yè)及特種行業(yè)的應(yīng)用;(3)CAE在汽車制造、鐵道機車行業(yè)中的應(yīng)用;(4)CAE在裝備制造及通用機械工業(yè)中的應(yīng)用;(5)CAE在電子、材料、土木工程、生物科技中的應(yīng)用;(6)CAE技術(shù)在國家重大工程與裝備中的應(yīng)用.
1.5CAE技術(shù)的人才培養(yǎng)
(1)社會對仿真分析工程師的需求及要求;(2)高校CAE課程的設(shè)置及人才培養(yǎng)模式;(3)社會科技中介及培訓(xùn)機構(gòu)的CAE人才培訓(xùn)項目開發(fā).
2征文要求
(1)圍繞主題內(nèi)容、充實、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、文字通順,字?jǐn)?shù)在5000字以內(nèi),未在正式刊物發(fā)表;(2) 會議收錄論文,不收取任何費用,僅供業(yè)內(nèi)人士交流參考;(3)文章的格式編寫要求請訪問.cn或;(4)論文結(jié)束頁后另附論文全部作者詳細(xì)信息,包括作者職稱、學(xué)歷、職務(wù)及主要專業(yè)方向,聯(lián)系方式,并標(biāo)明按上述5個專題論文應(yīng)屬的類別;(5)論文請務(wù)必在7月10日之前發(fā)送到()郵箱里.
3論文評審
組委會將組織專家組對征集的論文進(jìn)行嚴(yán)格評審,根據(jù)評審結(jié)果向論文作者發(fā)出錄取通知和參會通知,并選出優(yōu)秀論文頒發(fā)獲獎證書和獎品,優(yōu)秀論文將推薦給專業(yè)刊物正式發(fā)表.
4聯(lián)系方式
2012年9月20—21日，Altair 2012 HyperWorks技術(shù)大會在上海錦江湯臣洲際大酒店成功舉行.本次大會以“仿真驅(qū)動創(chuàng)新，智能引領(lǐng)決策”為主題，共匯聚來自汽車、航空航天、鐵道、重型機械、船舶、電子、建筑等多個行業(yè)的400多位嘉賓參會.大會征集到近200篇論文，經(jīng)過論文評委會評審，最終收錄165篇高質(zhì)量的技術(shù)論文，內(nèi)容涵蓋前后處理平臺HyperMesh&HyperView，求解器技術(shù)RADIOSS，AcuSolve和MotionSolve等，優(yōu)化技術(shù)OptiStruct與HyperStudy，以及制造工藝技術(shù)、工業(yè)設(shè)計和二次開發(fā)等，其中，16篇論文被評為優(yōu)秀論文.
大會由Altair市場總監(jiān)錢純女士主持，Altair大中國區(qū)總經(jīng)理戚國煥先生致開幕詞.Altair全球CEO James Scapa作開場主題報告，對與會嘉賓長期以來的大力支持表示感謝，同時帶來Altair最新的發(fā)展情況及愿景.值得一提的是，James Scapa先生與大家分享了一個特大喜訊：Altair榮獲被譽為軟件行業(yè)的奧斯卡獎“Computer Software AMA/Stevie Awards”獎.本次大會作為Altair全球HyperWorks技術(shù)大會的重要一站，得到Altair高層的高度重視和鼎力支持：來自Altair總部的多體動力學(xué)技術(shù)專家Rajiv Rampalli，HyperWorks軟件開發(fā)副總裁周明博士，RADIOSS求解器技術(shù)專家Lionel Zhang Suo，Altair波音優(yōu)化技術(shù)中心專家Justin Reilly，企業(yè)解決方案高級總監(jiān)Doron Helfman，全球汽車和重型機械行業(yè)技術(shù)總監(jiān)Tony Norton，全球航空航天行業(yè)技術(shù)總監(jiān)Robert Yancey以及全球高校業(yè)務(wù)總監(jiān)Matthias Goelke等多位技術(shù)專家和業(yè)務(wù)總監(jiān)，帶來Altair最新的技術(shù)和行業(yè)應(yīng)用情況.
本次大會還特別邀請上汽集團技術(shù)中心湯曉東副總工程師和瑞典Volvo汽車技術(shù)中心Harald Hasselblad博士分別作題為“RADIOSS在上汽自主品牌轎車研發(fā)中的應(yīng)用”和“優(yōu)化技術(shù)在Volvo汽車研發(fā)前期階段中的應(yīng)用”的主題演講.
作為Altair主要產(chǎn)品線的按需云計算技術(shù)PBS Works和商業(yè)分析技術(shù)HiQube也在本次大會上重點亮相——Altair分別為其設(shè)立技術(shù)主題專場，吸引不少相關(guān)技術(shù)人員參加.
除精彩的主題演講外，在多個技術(shù)專場和行業(yè)專場中，來自上汽技術(shù)中心、泛亞汽車、上海大眾汽車、東風(fēng)汽車、奇瑞汽車、奧拓立夫、佛吉亞、陜西重汽、安徽合力、南車青島四方機車、青島四方龐巴迪、西飛技術(shù)中心、中航直升機研究所、上海飛機設(shè)計研究院、中國船艦研究中心、三星電子和南平鋁業(yè)等企業(yè)以及華南理工大學(xué)、湖北汽車工業(yè)學(xué)院、南京航空航天大學(xué)和西北工業(yè)大學(xué)等院校的代表也作了豐富多彩的演講，展示HyperWorks在他們實際產(chǎn)品研發(fā)和科研工作中的應(yīng)用成果.
在航空航天關(guān)鍵CAE技術(shù)專題研討中，Altair展示其在鳥撞分析、水上迫降仿真分析、艙門系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化與仿真等技術(shù)的強大功能和實際應(yīng)用成果，以及其在航空航天領(lǐng)域值得信賴的強大解決方案.
同時，Altair戰(zhàn)略合作伙伴HP，Cradle 軟件和Magna等公司也分別到會展示其解決方案，特別是HP在現(xiàn)場展示的一體機使參會嘉賓贊嘆不已.此外，大會還得到多家行業(yè)媒體的關(guān)注，并對Altair高層領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行專題采訪.
作為本次技術(shù)大會的互動環(huán)節(jié)，由機械工業(yè)出版社出版的《HyperMesh&HyperView應(yīng)用技巧與高級實例》一書首次亮相，贏得參會嘉賓的高度關(guān)注，在搶答贈書環(huán)節(jié)，全場激情四起，場面頗為壯觀.
最后，Altair亞太區(qū)高級副總裁Nelson Dias先生主持大會閉幕式，并舉行優(yōu)秀論文、2012大學(xué)生HyperWorks仿真技術(shù)競賽以及“我和Altair的那些年”有獎故事征集活動的頒獎儀式.
本次大會的成功舉辦進(jìn)一步深化Altair與中國制造業(yè)企業(yè)以及教育科研院校的聯(lián)系和合作，促進(jìn)先進(jìn)的CAE仿真技術(shù)以及云計算技術(shù)和商務(wù)應(yīng)用技術(shù)在中國的推廣應(yīng)用，切實提升企業(yè)競爭力和創(chuàng)新力.
【關(guān)鍵詞】虛擬仿真;數(shù)字電路;課程改革;教學(xué)方法
【中圖分類號】G420 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B 【論文編號】1009―8097(2010)07―0147―04
一 前言
數(shù)字電子技術(shù)是計算機及通信類專業(yè)的重要的專業(yè)基礎(chǔ)課,其中關(guān)鍵的環(huán)節(jié)就是培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和解決問題的能力,因此,生動形象的課堂教學(xué)和全面的實驗體系對教學(xué)效果和知識的應(yīng)用能力有著非常重要的作用。然而,由于實驗儀器的的老舊,數(shù)量有限,使得實驗的開出率以及實驗內(nèi)容的擴展都受到限制。為順應(yīng)現(xiàn)代教育的發(fā)展,實施的現(xiàn)代化遠(yuǎn)程開放教育,將計算機虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于數(shù)字電路教學(xué)中。其中理論教學(xué)結(jié)合多種教學(xué)方法和現(xiàn)代化的教育技術(shù),將基礎(chǔ)知識和理論形象地表現(xiàn)出來,有助于學(xué)生理解。課堂教學(xué)和實驗教學(xué)都利用計算機虛擬仿真軟件將所學(xué)理論聯(lián)系實際,并加以應(yīng)用,在此研究基礎(chǔ)上提出了基于虛擬仿真技術(shù)的所有電子技術(shù)課程教學(xué)的新模式。
二 計算機虛擬仿真技術(shù)
虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality)技術(shù),簡稱VR,涉及計算機圖形學(xué)、人機交互技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能等多個領(lǐng)域。它由計算機硬件、軟件以及各種傳感器構(gòu)成的三維信息的人工環(huán)境――虛擬環(huán)境,可以逼真地模擬現(xiàn)實世界(甚至是不存在的)的事物和環(huán)境,人投入到這種環(huán)境中,立即有“親臨其境”的感覺,并可親自操作,與虛擬環(huán)境進(jìn)行交互[1]。
計算機虛擬仿真技術(shù),是在多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等信息科技迅猛發(fā)展的基礎(chǔ)上,利用計算機技術(shù)將仿真技術(shù)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)相結(jié)合,是一種更高級的仿真技術(shù)。虛擬仿真技術(shù)以構(gòu)建全系統(tǒng)統(tǒng)一的完整的虛擬環(huán)境為典型特征,并通過虛擬環(huán)境集成與控制為數(shù)眾多的實體。實體可以是模擬器,也可以是其他的虛擬仿真系統(tǒng),更多的是計算機。實體在虛擬仿真軟件所提供構(gòu)建的環(huán)境中相互作用,以表現(xiàn)客觀世界的真實特征。虛擬仿真技術(shù)的這種集成化、虛擬化與網(wǎng)絡(luò)化的特征,可以滿足現(xiàn)代教育的發(fā)展需求[1]。
三 課程教學(xué)的若干問題及改革研究
對于理論教學(xué)環(huán)節(jié),首先是教學(xué)內(nèi)容陳舊。當(dāng)前大中專院校所用的教材內(nèi)容都是十幾年前的,即便是近幾年出版的教材,也只是內(nèi)容的深淺不同,體系結(jié)構(gòu)基本相同。比如教材中主要說明的74LS系列的芯片在目前實際應(yīng)用中已經(jīng)被淘汰,真正是學(xué)的沒用,用的沒學(xué)。現(xiàn)在的學(xué)生在學(xué)習(xí)中,非常關(guān)注所學(xué)知識的實用性,如果不能學(xué)以致用,就影響到學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性。因而在課程教學(xué)中要及時更新教學(xué)內(nèi)容,講解傳統(tǒng)芯片的同時多介紹一些現(xiàn)在普遍使用的芯片,當(dāng)然也要根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)程度,最大可能激發(fā)學(xué)生的興趣[3]。
其次是教學(xué)方法。常用的教學(xué)方法無非就是這幾種:講授法、討論法、談話法、閱讀指導(dǎo)法。根據(jù)課程的特點和教學(xué)要求,不能一成不變的套用傳統(tǒng)的教學(xué)方法。這些方法對有些課程很有效,但是對計算機課程不一定全部適合,因此需要探索適合本課程需求的新的教學(xué)方法。筆者在教學(xué)中通常有如下幾種方法:講授法,這是傳統(tǒng)的教學(xué)方法,教師口述基本事實、原理和推理過程。部分定理,原理及產(chǎn)品采用講授法。例舉法,就是以典型例題說明某個定理或元件的應(yīng)用,這是本課程用的最多的一種方法。在數(shù)字電路課程中有很多芯片的實際應(yīng)用,有些是針對某部分內(nèi)容的很典型的例子,這些例子對于學(xué)生理解和掌握此部分知識非常有用。任務(wù)驅(qū)動法,就是教師布置一些運用某個知識點的題目,要求學(xué)生在課堂上有限的時間里做出來,并檢查完成情況。這樣學(xué)生對該節(jié)課所學(xué)知識從理論到應(yīng)用有了一個全方位的認(rèn)識,而且對每個知識點掌握得都比較透徹,這是近年來比較流行的一種教學(xué)方法,也是計算機專業(yè)課程特有的一種教學(xué)方法,對提升教學(xué)效果有顯著作用。
再次是教學(xué)手段,不是單純的使用多媒體課件,而是結(jié)合計算機專業(yè)特點引入現(xiàn)代化教育技術(shù)和手段,很多典型例題用計算機仿真軟件在課堂驗證,讓學(xué)生直觀形象地了解電路的工作情況,從而掌握電路或芯片的應(yīng)用。
對于實驗教學(xué)環(huán)節(jié),首先是實驗設(shè)備簡陋。很多高校數(shù)字電路實驗設(shè)備包括我校仍然使用老式實驗箱,即由固定數(shù)字電路芯片搭建的實驗,學(xué)生只能按實驗教材設(shè)計的實驗按步驟做固定的實驗,實驗內(nèi)容都是以芯片講解為主,目的是對芯片功能進(jìn)行驗證。因此學(xué)生把實驗課當(dāng)完成任務(wù),實驗環(huán)節(jié)沒有促進(jìn)教學(xué),相反影響了教學(xué)效果。很多新的芯片不能認(rèn)識和實踐,使得實驗教學(xué)方法與實際應(yīng)用的要求嚴(yán)重脫節(jié)。其次在實驗教學(xué)過程中,由于實驗設(shè)備老化,個別元件被損壞或接觸不良,導(dǎo)致學(xué)生實驗中,出現(xiàn)一些問題,電路連接完全正確,但是就是得不到正確結(jié)果,結(jié)果費了很多時間去排除故障,這樣做實驗當(dāng)然激發(fā)不了學(xué)生的興趣,相反還會阻礙他們進(jìn)一步探索。再次,由于實驗條件的限制,實驗項目只能停留在驗證性實驗層次,學(xué)生的設(shè)計能力和綜合應(yīng)用能力都得不到提高,利用電子電路的計算機虛擬仿真軟件multisilm10就可以解決這個問題,利用這個軟件可以自行設(shè)計集成電路,綜合應(yīng)用各種芯片,完成所有的數(shù)字電路實驗[4]。在教學(xué)實施中,根據(jù)學(xué)生情況分驗證性實驗、設(shè)計性實驗和綜合性實驗三個層次完成實驗教學(xué)目標(biāo)。
四 計算機虛擬仿真技術(shù)在課程教學(xué)中的應(yīng)用
1 課堂教學(xué)中的應(yīng)用
在課堂講到門電路的工作原理或集成電路的應(yīng)用時,可以現(xiàn)場用計算機仿真軟件演示電路的工作過程,使學(xué)生更好地理解門電路的工作原理和芯片的工作情況。從而掌握電路的應(yīng)用。這樣,教學(xué)過程是由原理到應(yīng)用,由簡單到復(fù)雜,由抽象到現(xiàn)實,循序漸進(jìn)地完成理論知識的學(xué)習(xí)。數(shù)字電路的基本單元是門電路,那么理解其工作原理非常重要,但是此部分對于大部分同學(xué)來說都是難點,如何突破這個難點呢?利用軟件建立仿真電路,真實地展現(xiàn)輸出電壓隨輸入電壓的變化情況,就會獲得很好的效果。下面是利用仿真軟件說明TTL與非門工作原理的課堂實例:
(1) Vi=0V,輸入接低電平。那么Q1導(dǎo)通,Vb1=0.8V,Ib5
(2) Vi=3.6V,輸入高電平。那么Q1的發(fā)射極電流從發(fā)射極(0.852mA)流入,從集電極流出,Q1的發(fā)射極和集電極倒置狀態(tài)。Vb1=2.443V,Vb5=0.843V,Vbc1+Vbe2=2.443-0.843=1.6V,導(dǎo)致Q2、Q5導(dǎo)通。由于Vc2=0.886V,Q4、Q5截止。輸出Vo=0.018V。其電路仿真如圖2:
2 實驗教學(xué)中的應(yīng)用
大學(xué)生需要有獨立的設(shè)計能力和對電子器件的綜合應(yīng)用能力,這就決定了本課程的實驗體系應(yīng)該是三個層次,在簡單的驗證性實驗的基礎(chǔ)上必須開設(shè)有創(chuàng)造性的設(shè)計性實驗和綜合性實驗。然而實驗室有限的數(shù)字電路實驗箱只能做幾個簡單的驗證性實驗,無法滿足設(shè)計性實驗和綜合性實驗的設(shè)備要求。但是,利用電子電路的計算機仿真軟件就可以擴展實驗室,提供所需要的一切電子元件和芯片,搭建任意難度,任意復(fù)雜的電路,并驗證其正確性。同時利用仿真軟件的可配置性,配合適當(dāng)?shù)碾娐房勺龀龆喾N不同的應(yīng)用。在實驗課程中,提前給出了三種實驗的一些題目和內(nèi)容,要求驗證性實驗必須都完成,設(shè)計性實驗可選做一至兩個,綜合性實驗選做一個。下面簡要說明學(xué)生利用仿真軟件選做的數(shù)字電子鐘邏輯電路的設(shè)計實例。
要求用中、小規(guī)模集成電路設(shè)計一臺能顯示日、時、分秒的數(shù)字電子鐘,選用器材主要有:安裝有仿真軟件的計算機若干臺,集成電路(CD4060、74LS74、74LS161、74LS248),晶振、電阻、電容若干,數(shù)碼顯示管,三極管、開關(guān)若干。
提示設(shè)計方案,包括數(shù)字電子鐘的電路框圖和四個主要模塊的實現(xiàn)細(xì)節(jié),學(xué)生依據(jù)電路框圖和提示信息設(shè)計邏輯電路圖,并將其在虛擬實驗環(huán)境中用仿真電路實現(xiàn)。下面給出數(shù)字電子鐘的電路框圖。
篇幅所限,參考電路就不給出,但是通過這個實例可以看出虛擬仿真技術(shù)在課程實驗中的重要作用。不但節(jié)省很多設(shè)備購置費用,不受地點和環(huán)境的限制,而且和真實實驗具有相同的效果。既然如此,為什么不廣泛應(yīng)用呢?
五 總結(jié)
論文對數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)提出很多問題,在實際的教學(xué)實踐中對這些問題進(jìn)行了探索,將計算機虛擬仿真技術(shù)引入教學(xué)中,采用現(xiàn)代化教育手段進(jìn)行課程改革。課堂教學(xué)提出了很多適合本課程并行之有效的教學(xué)方法,重要電路工作情況的計算機仿真演示,部分例題的計算機仿真驗證,增強其直觀性和真實性,加強學(xué)生的理解。實驗教學(xué)也利用計算機仿真軟件,采用虛擬實驗和真實實驗相結(jié)合的方式,擴充建立了虛擬實驗室,擴展了實驗內(nèi)容,在無需花費很大代價的情況下,滿足了設(shè)計性實驗和綜合性實驗的條件,從而完成三個層次實驗體系的建設(shè)。在本文的研究基礎(chǔ)上,可將虛擬仿真技術(shù)推廣應(yīng)用到所有電子技術(shù)課程教學(xué)中,引發(fā)電子技術(shù)課程改革的新局面。
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【關(guān)鍵詞】物流系統(tǒng)仿真；Flexsim軟件
隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，物流業(yè)迅速地成長，全國各地的物流工程建設(shè)也在逐步展開，但在項目的投資建設(shè)中產(chǎn)生了一系列的合理性分析的問題，如技術(shù)、經(jīng)濟可行性和管理方法等。如物流配送中心在規(guī)劃建設(shè)過程中的選址是否恰當(dāng)，其容量設(shè)計、裝備配置和場地規(guī)劃是否合理，是否能夠更好簡化工作，節(jié)約成本和時間，對理貨、存儲、分揀等工作區(qū)的劃分是否能夠更加方便各項作業(yè)的進(jìn)展和管理。對于這些實際的問題，如果只憑經(jīng)驗和感覺來判斷，難免會有些方面被疏忽，建成后再進(jìn)行調(diào)整就會增加建設(shè)的成本，耽誤正常的工作，從而帶來巨大的損失。
物流仿真技術(shù)是借助計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)學(xué)手段，采用虛擬現(xiàn)實方法，對物流系統(tǒng)進(jìn)行實際模仿的一項應(yīng)用技術(shù)。它需要借助計算機仿真技術(shù)對現(xiàn)實物流系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)建模與求解算法分析，通過仿真實驗得到各種動態(tài)活動及其過程的瞬間仿效記錄，進(jìn)而研究物流系統(tǒng)的性能和輸出效果。物流仿真技術(shù)最大的優(yōu)點就是不需要實際設(shè)備的安裝，不需要實際實施相應(yīng)的方案，即可驗證如下目標(biāo)：①增加新設(shè)備后給企業(yè)帶來的效應(yīng)；②設(shè)計新的生產(chǎn)線的好壞；③比較各種設(shè)計方案的優(yōu)劣等等。本文主要研究物流系統(tǒng)仿真技術(shù)的基本理論，并通過Flexsim仿真軟件進(jìn)行說明說明。
1.物流系統(tǒng)仿真的特點
物流系統(tǒng)仿真的特點主要體現(xiàn)在以下3個方面。
（1）物流系統(tǒng)中流的仿真：對于物流系統(tǒng)中的多種流，如貨流、車流、信息流、資金流等，可以采用動態(tài)仿真 描述流的產(chǎn)生、流動、消失、積累和轉(zhuǎn)換等。
（2）物流系統(tǒng)中排隊的仿真：由一個或多個服務(wù)臺和等待服務(wù)的顧客組成的離散系統(tǒng)成為排隊系統(tǒng)。物流系統(tǒng)是復(fù)雜的離散事件系統(tǒng)，并且各種設(shè)施設(shè)備可以看作是服務(wù)臺，各種實體貨物等可以看作是顧客等待接收服務(wù)。
（3）物流系統(tǒng)組織中資源的因素仿真：物流組織是通過各種人員和設(shè)備參與實現(xiàn)的，這些都是物流系統(tǒng)中的資源。通過對各種資源不同的規(guī)劃，物流服務(wù)質(zhì)量和運作效率也是有差異。利用計算機仿真技術(shù)描述人和設(shè)備的行為過程，可以得出較優(yōu)的物流體統(tǒng)組織方案。
2.物流系統(tǒng)仿真的優(yōu)勢
在構(gòu)建物流系統(tǒng)時，由于建設(shè)投資巨大，存在一定的投資風(fēng)險，且建成后發(fā)現(xiàn)了不合理的地方需要改造，成本將會非常的高。利用仿真技術(shù)實現(xiàn)物流系統(tǒng)各個模塊的運行狀況，并得出適應(yīng)發(fā)展、經(jīng)濟有效的設(shè)計方案。物流系統(tǒng)仿真技術(shù)的主要有以下優(yōu)點。
（1）對于復(fù)雜的物流系統(tǒng)可以采用仿真的方法構(gòu)建模型；（2）對于新的物流系統(tǒng)，無需實際建設(shè)投資，可先利用計算機仿真模擬對新系統(tǒng)進(jìn)行可行性和效率做出正確的評判，如方案合理再實施，降低投資風(fēng)險；（3）可以對多個方案進(jìn)行分析對比，從中選擇最優(yōu)方案；（4）通過仿真調(diào)整目標(biāo)函數(shù)和約束條件來優(yōu)化方案。
3.物流系統(tǒng)仿真的步驟
物流系統(tǒng)仿真的一般步驟：（1）弄清問題，掌握實際情況；（2）收集整理資料；（3）確定各個因素之間的相互關(guān)系；（4）構(gòu)造仿真模型模型；（5）確定模型參數(shù)；（6）檢驗?zāi)Ｐ偷恼_性；（7）仿真模型的運行及結(jié)果分析。
4.Flexsim仿真軟件
4.1 Flexsim仿真軟件介紹
Flexsim是由美國的Flexsim Software Production公司出品的，是一款商業(yè)化離散事件系統(tǒng)仿真軟件。Flexsim采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)，并具有三維顯示功能。建模快捷方便，顯示能力強大，特別適合于生產(chǎn)制造、配送、交通運輸?shù)阮I(lǐng)域。其主要特點包括：（1）基于面向?qū)ο蠹夹g(shù)建模；（2）突出的3D圖形顯示功能；（3）建模和調(diào)試的方便；（4）建模的擴展性強；（5）開放性好。
4.2 應(yīng)用Flexsim仿真軟件建模仿真方法
（1）設(shè)置模型布局
Flexsim對象庫中的對象基本能夠反映各項實際設(shè)施。如進(jìn)貨源和出貨源可以分別用發(fā)生器和吸收器來表示，加工作業(yè)可以用處理器表示，貨架、運輸機、操作員分別有相應(yīng)的實體表示。并根據(jù)各個實體的數(shù)量尺寸，將其調(diào)整到適當(dāng)?shù)奈恢茫蛊渑c實際方案相符。在設(shè)置這些參數(shù)時，要根據(jù)具體的對象特征設(shè)置參數(shù)才能正確的模擬顯示。
（2）定義“流”
根據(jù)系統(tǒng)中各對象之間的邏輯關(guān)系，連接相應(yīng)的端口，構(gòu)建模型的邏輯流程。
實體與實體之間的聯(lián)系可用輸入輸出（A）連接或者中間端點（S）連接。作業(yè)的流程要與實際作業(yè)時的流程相符合。
（3）設(shè)施參數(shù)的設(shè)計
根據(jù)每個對象所描述的物流系統(tǒng)的特征，設(shè)定對象的參數(shù)。Flexsim中常用的一些仿真參數(shù)主要有：
①生成器參數(shù)：可按到達(dá)時間間隔模式、到達(dá)時間表模式、到達(dá)序列模式創(chuàng)建臨時實體。通過生成器可以設(shè)置貨物的到達(dá)類型和到達(dá)時間分布等。
②處理器參數(shù)：處理器參數(shù)一般用到的是處理器容量、處理時間、預(yù)置時間、平均故障時間和平均維修時間等。
③暫存區(qū)參數(shù)：暫存區(qū)參數(shù)主要有暫存區(qū)容量、暫存區(qū)大小、暫存區(qū)貨物堆放形式等。
④貨架參數(shù)：貨架參數(shù)主要有貨架容量、貨架列數(shù)、層數(shù)、列寬、層高、最小停留時間和堆存方式等。
⑤運輸工具參數(shù)：運輸工具包括工人、運輸叉車、堆垛機等，參數(shù)主要有裝載時間、卸載時間、運行速度、裝載量、加速度以及運輸線路設(shè)計等。
⑥臨時實體流參數(shù)：臨時實體流參數(shù)決定實體如何將臨時實體送到下游。這些參數(shù)主要有送往端口、是否使用運輸工具、是否拉動、拉動條件、優(yōu)先級等。
4.3 編譯運行與仿真結(jié)果分析
在完成模型的建立后，可以對仿真模型進(jìn)行編譯運行。為了減小誤差，可以通過反復(fù)多次的運行或根據(jù)不同的設(shè)定條件運行，得出仿真的結(jié)果。分析實驗中各個對象的工作狀況及效率，對比不同的實驗的結(jié)果，提出改進(jìn)優(yōu)化措施，并再次進(jìn)行驗證。最終得出最優(yōu)的方案。
【參考文獻(xiàn)】
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論文摘 要:實驗室擔(dān)負(fù)著向?qū)W生傳播知識與技術(shù)、培養(yǎng)學(xué)生動手的能力和創(chuàng)新能力的重要使命。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展及教學(xué)改革地不斷深入, 實驗教學(xué)在整個教學(xué)體系中的地位越來越突出,實驗教學(xué)模式的改革已經(jīng)迫在眉睫。本文主要分析了實驗教學(xué)的傳統(tǒng)模式與存在的問題,并提出了提高電子信息類專業(yè)實驗教學(xué)質(zhì)量的方法[1]。
0 引 言
實驗教學(xué)是學(xué)校教學(xué)活動的重要組成,教學(xué)質(zhì)量的好壞是對學(xué)校人才培養(yǎng)層次與質(zhì)量的直接體現(xiàn)。實驗作為實驗教學(xué)活動的主要內(nèi)容, 在改善教學(xué)質(zhì)量方面發(fā)揮著不可替代的作用。實驗室在傳播知識的同時,更重要的作用體現(xiàn)在對學(xué)生的創(chuàng)造性思維與想象力的培養(yǎng)上。通過實驗教學(xué),學(xué)生分析解決問題以及動手能力明顯提高。伴隨教學(xué)改革的日益深入, 實驗教學(xué)的改革也越來越引起人們的關(guān)注,以往的教師灌輸式的理論教授方式,學(xué)生被動接受的教學(xué)模式,已無法滿足社會經(jīng)濟發(fā)展的要求。當(dāng)前,社會需要的是主動型、能力為主的人才培養(yǎng)。加強學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng),必須切實轉(zhuǎn)變以往重理論教學(xué)輕實驗教學(xué)的錯誤觀念,重新認(rèn)識實驗教學(xué)在學(xué)校教學(xué)活動中的地位與作用,根據(jù)當(dāng)前社會經(jīng)濟對人才的要求, 改革傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式,改革實驗教學(xué)手段,優(yōu)化更新實驗教學(xué)的內(nèi)容,切實提高實驗教學(xué)質(zhì)量。
1 實驗教學(xué)的傳統(tǒng)模式與存在的問題
國內(nèi)高校工科教育當(dāng)中,實驗教學(xué)存在著硬件條件不足、硬件實驗條件的發(fā)展與技術(shù)要求不相符,加上近幾年高校擴招,實驗教學(xué)的硬件條件更是供不應(yīng)求。進(jìn)一步加大對教學(xué)硬件條件的投入,豐富實踐教學(xué)的內(nèi)容、加強實驗條件的改革及建設(shè),在目看來具有特殊的重要性。面對這種情況,我國的教育主管部門采取了一些推進(jìn)實踐教學(xué)改革及建設(shè)的措施。如:在全國高校本科的教學(xué)水平評估中,實驗室基地建設(shè)與建設(shè)投資及其實驗教學(xué)改革被列為一項重要的指標(biāo)。并且,各高校也逐漸開始響應(yīng)教育部的的這一舉動,紛紛實行了“雙基”型實驗室,與此同時,建設(shè)了“實驗教學(xué)示范中心”。當(dāng)前,傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式的缺點主要有以下幾點:驗證性的實驗所占比例較大,與綜合性、設(shè)計性、創(chuàng)新性實驗之間的比例失調(diào);實驗?zāi)Ｊ絾我弧嶒炇以O(shè)備陳舊;實驗教學(xué)中缺乏先進(jìn)的實驗教學(xué)手段。
2 提高電子信息類專業(yè)實驗教學(xué)質(zhì)量的方法
2.1 實驗中引入相應(yīng)的仿真技術(shù)來進(jìn)行虛擬實驗
在實驗教學(xué)中引入計算機仿真技術(shù),能夠充分調(diào)動學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性,培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時,教師能夠通過計算機技術(shù)對學(xué)生的實驗操作的全過程進(jìn)行觀察,對學(xué)生進(jìn)行良好的跟蹤與指導(dǎo),更好地進(jìn)行學(xué)生實驗結(jié)果的采集工作,先進(jìn)科學(xué)的教學(xué)理念與教學(xué)手段對于提升實驗教學(xué)效果,提高實驗教學(xué)水平具有重要作用。引入計算機技術(shù)后,理論與實驗教學(xué),教師教學(xué)指導(dǎo)與學(xué)生操作、思考融合成一個有機整體。以往傳統(tǒng)實驗教學(xué)中課堂、課時以及實驗設(shè)備因素的限制作用得到了解決,實驗教學(xué)更加靈活化,教學(xué)內(nèi)容在時空上得到進(jìn)一步的延伸,更好地激發(fā)了學(xué)生進(jìn)行實驗的熱情。
將計算機仿真技術(shù)引入到實驗教學(xué)中,通過相應(yīng)技術(shù)進(jìn)行的虛擬實驗,為學(xué)生提供了更為靈活開放的實驗環(huán)境,能夠更好地培養(yǎng)學(xué)生在實驗過程中獨立思考能力,增強學(xué)生的的學(xué)習(xí)創(chuàng)新意識。對于實驗教學(xué)內(nèi)容,仿真技術(shù)的應(yīng)用,將虛擬性實驗與真實的電路實驗整合成有機整體,實驗的能動性與趣味性明顯提高,同時實驗內(nèi)容的充實,有利于學(xué)生綜合實踐以及探索創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。當(dāng)前,已經(jīng)有越來越多的高校重新進(jìn)行了實驗室的規(guī)劃建設(shè),通過計算機仿真技術(shù)進(jìn)行虛擬實驗是實驗教學(xué)改革發(fā)展的新方向。將與實驗教學(xué)相關(guān)的計算機軟件技術(shù)引入到高校實驗室中,為實驗科研提供了良好的平臺,對于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性與積極性,培養(yǎng)創(chuàng)新能力具有重要作用。計算機仿真技術(shù)的應(yīng)用,一方面能夠改善實驗教學(xué)條件、充實實驗教學(xué)的內(nèi)容,另一方面,還能夠明顯降低實驗成本,提高實驗教學(xué)的效率。通過單片機的實驗教學(xué),能夠發(fā)現(xiàn),教學(xué)過程中引入proteus仿真軟,通過該軟件對單片機的硬件系統(tǒng)進(jìn)行模擬,克服了實際實驗過程中硬件電路固定以及實驗內(nèi)容不易改動等因素的限制。實驗設(shè)計全過程,除計算機外不用再進(jìn)行任何硬件的添加即可實驗,這有力地推動了實驗課程教學(xué)改革,更有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。仿真技術(shù)的另一重要應(yīng)用主要表現(xiàn)在學(xué)生的業(yè)余愛好上,如挑戰(zhàn)杯、電子設(shè)計大賽等等,學(xué)生就能夠用計算機來實現(xiàn)仿真,首先用計算機仿真出實驗的模型,再在計算機上進(jìn)行相應(yīng)的模擬調(diào)試,最終用硬件來實現(xiàn)。在整個仿真的過程中,學(xué)生可以自由發(fā)揮自己的潛能,通過大量的仿真對比,來達(dá)到設(shè)計目的,也可大膽反復(fù)地調(diào)試,避免了器件的損壞。電子設(shè)計競賽中,由于proteus開發(fā)環(huán)的運用,培訓(xùn)過程中不需投入任何硬件的條件下,學(xué)生卻普遍反映,對于單片機的學(xué)習(xí)比單純理論知識的學(xué)習(xí)更易接受也更易得到提高。事實證明,運用proteus進(jìn)行系統(tǒng)仿真成功后進(jìn)行的實際制作,可明顯的提高單片機系統(tǒng)的設(shè)計效率。此外,遠(yuǎn)程教學(xué)中仿真教學(xué)的運用具體重要的意義,對于教學(xué)改革是一種很好的嘗試。
2.2 實驗中引入Matlab軟件內(nèi)建的Simulink組件技術(shù)
目前,我國開設(shè)了電子信息類專業(yè)的高校中,大部分都將Matlab軟件作為重要的實驗教學(xué)平臺,對定理以及算法進(jìn)行仿真和驗證實驗。Simulink組件作為Matlab的重要組成,能夠為用戶提供一個仿真分析與動態(tài)建模的集成系統(tǒng)環(huán)境。該環(huán)境下,只需利用鼠標(biāo)進(jìn)行簡單直觀的操作,就能夠完成復(fù)雜系統(tǒng)模型的構(gòu)建,在此過程中避免了大量繁雜的書寫程序。由于 Simulink組件具有適應(yīng)性強、效率高,結(jié)構(gòu)仿真精細(xì)、流程清晰且貼近實際、效率高、使用靈活等諸多優(yōu)點,Simulink組件技術(shù)已經(jīng)被廣泛地運用于處理數(shù)字信號與控制理論等復(fù)雜的仿真設(shè)計之中。同時Simulink能夠通過連續(xù)、離散采樣時間以及兩種采樣時間混合的的方式進(jìn)行建模,該組件還可支持多速率系統(tǒng),不同的系統(tǒng)組成部分的采樣速率不同。此外,Simulink為動態(tài)系統(tǒng)模型的創(chuàng)建,提供的圖形用戶接口(GUI) ,使在進(jìn)行模型方塊圖的創(chuàng)建時只需通過鼠標(biāo)單擊與拖動鼠等簡單操作即可完成,為用戶提供了一種更便捷、更直接的創(chuàng)建方式,同時能夠立即獲得系統(tǒng)仿真結(jié)果。
該組件的這一特性,一方面可以使算法的驗證更為簡單,減少學(xué)生投入在驗證性實驗中所用的時間,而將大部分精力投入到設(shè)計性、綜合性試驗中;另一方面,可以使學(xué)生更快捷的驗證新思路、新算法,而不會由于代碼調(diào)試方面的問題影響了創(chuàng)新實驗的開展。以自適應(yīng)濾波中的經(jīng)典RLS 算法為例,如果直接采用Matlab編程方式,在進(jìn)行代碼調(diào)試時,就會消耗掉大量的精力,代碼長度將達(dá)到200 行以上。而如果采用Simulink組件模塊化設(shè)計的思想,只需要鼠標(biāo)對模型的拖拽,就能以流程圖的形式將濾波器搭建起來。由于Simulink提供了豐富的元件庫,采用圖形化的表示方法,學(xué)生在進(jìn)行算法驗證的時候只需調(diào)用成熟的模塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)計即可。這樣的實驗方法事半功倍,思路清晰,參數(shù)的調(diào)整也十分便捷,廣受學(xué)生歡迎。由此可見,引入Simulink組件后的實驗,既不會影響實驗效果,又能夠提高實驗效率,對學(xué)生模塊化編程的思想也有較好的促進(jìn)作用。
3 結(jié) 語
當(dāng)前,社會對人才綜合素質(zhì)的要求不斷提高,進(jìn)行實驗教學(xué)改革已經(jīng)迫在眉睫,而大學(xué)實驗教學(xué)的改革又直接影響到學(xué)生的動手和創(chuàng)新能力。實驗教學(xué)必須能夠跟得上時代的腳步,把計算機仿真技術(shù)與Simulink組件技術(shù)應(yīng)用到實驗教學(xué)中可以充分調(diào)動學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性,充分發(fā)掘?qū)W生的創(chuàng)造能力,在學(xué)習(xí)到先進(jìn)技術(shù)的同時,提高學(xué)生對社會的適應(yīng)能力。
參考文獻(xiàn)
【關(guān)鍵詞】生產(chǎn)仿真；管道安裝仿真；計算機優(yōu)化
近年來，由于制造業(yè)領(lǐng)域三維CAD系統(tǒng)軟件的普及，“數(shù)字生產(chǎn)”變得非常實用。通過生產(chǎn)前使用三維模型仿真整個生產(chǎn)進(jìn)程，制造效率以及安全性達(dá)到預(yù)期效果，并且通過各領(lǐng)域工作臺共享信息使得實施管理動態(tài)生產(chǎn)成為可能。下面分別介紹復(fù)雜船體分段搭載，設(shè)備搬運，CRP的安裝以及機艙通道等仿真應(yīng)用實例。
1 生產(chǎn)仿真
1.1 船舶工業(yè)仿真技術(shù)
計算機仿真主要應(yīng)用于船舶設(shè)計平臺，尤其是概念設(shè)計以及結(jié)構(gòu)分析。由于船舶生產(chǎn)非常復(fù)雜且需要足夠經(jīng)驗，計算機仿真很難廣泛應(yīng)用到船舶生產(chǎn)過程中。仿真作用如下：1.提高質(zhì)量；2.縮短訂單與交船時間間隔；3.減少生產(chǎn)成本減少成本，包括材料成本和工資；4.減少制造過程中時間浪費。
在船舶生產(chǎn)中仿真可以應(yīng)用到如下幾個方面：
1.生產(chǎn)進(jìn)程分析和估計；2.生產(chǎn)計劃安排；3.訓(xùn)練特殊技術(shù)工種的模擬器，例如線加熱、焊接以及校正；4.檢測施工安全性。
1.2 船舶生產(chǎn)仿真
隨著計算機集成制造的應(yīng)用，根據(jù)設(shè)計和生產(chǎn)數(shù)據(jù)制作產(chǎn)品模型，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行工藝設(shè)計。為了提高生產(chǎn)三大主要元素——生產(chǎn)率、質(zhì)量和安全性，研究各種先進(jìn)的計算機仿真技術(shù)非常重要。
船舶屬于大型設(shè)備，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，具有億萬個來自世界各地生產(chǎn)的部件以及各種各樣的材料。在建造船舶時，眾多部件會聚船廠，考慮船廠環(huán)境及設(shè)備等相關(guān)的信息才能進(jìn)行有效生產(chǎn)和工序安排。制定生產(chǎn)計劃，需要積累豐富的船舶建造經(jīng)驗，以滿足多工種協(xié)調(diào)作業(yè)時對效率和質(zhì)量的要求。三維CAD不僅有效地應(yīng)用在船舶生產(chǎn)仿真中，而且在自動化和飛機工業(yè)中應(yīng)用也相當(dāng)成功。近年來，隨著計算機容量顯著提高，價格也變的便宜。因此，應(yīng)用軟件變的越來越廣泛，船舶建造仿真技術(shù)越來越簡單。除此而外，三維CAD集成了船體和設(shè)備所需的所有結(jié)構(gòu)件和部件。近來，IHI新開發(fā)了AJSAI系統(tǒng)集成了所有產(chǎn)品數(shù)字模型，從直觀的角度在計算機上顯示了船塢中搭載二周后VLCC結(jié)構(gòu)的三維視圖。從而提高了生產(chǎn)效率、安全，以及產(chǎn)品質(zhì)量。
1.3 計算機優(yōu)化制造
船舶建造過程中，多工種工人互相依靠、協(xié)作制造。隨著工作難度等級提高，相關(guān)生產(chǎn)難度也隨之上升。產(chǎn)品模型是計算機集成制造的核心，設(shè)計和生產(chǎn)計劃是仿真的基礎(chǔ)。在這一領(lǐng)域，基于優(yōu)化生產(chǎn)的數(shù)字制造成為現(xiàn)實。
2 管道安裝仿真
在船舶建造中，裝配是一個很典型的工作。一般情況，工人僅僅憑借個人經(jīng)驗，根據(jù)不含詳細(xì)說明的粗略圖紙進(jìn)行生產(chǎn)制造。因此，裝配工作存在以下問題：1.從粗略圖紙中構(gòu)思整體結(jié)構(gòu)、設(shè)計裝配工序，必須接受過職業(yè)訓(xùn)練、具有工作經(jīng)驗。2.基于經(jīng)驗設(shè)計的工序不一定是最佳的3.生產(chǎn)時才能發(fā)現(xiàn)設(shè)計的錯誤。4.不可預(yù)見的問題時常出現(xiàn)，生產(chǎn)計劃經(jīng)常受影響5.無經(jīng)驗人員不能從事裝配工作。近來，隨著裝配仿真系統(tǒng)的開發(fā)，即使無經(jīng)驗的工人也能進(jìn)行裝配工作。裝配仿真通過船廠無線局域網(wǎng)將結(jié)果顯示在工人從事裝配場所的個人電腦上。電腦屏幕上裝配時組件整體樹形結(jié)構(gòu)圖通過三維模型圖可以從任意角度觀察任何想看到的地方，包括貨盤名稱、部件種類、部件名稱、次要部件以及每個組件之間的關(guān)系的相關(guān)列表。這種模型圖形即使沒有經(jīng)驗的人們也易于理解。隨著便攜計算機系統(tǒng)成功開發(fā)以及RFID系統(tǒng)的問世，管道安裝仿真技術(shù)將更進(jìn)一步發(fā)展，尤其管道部件的管理。
3.1 分段搭載
是在機艙里，四周已有的四個分段中間插入另外一個分段的安裝過程。插入分段與鄰近安裝好結(jié)構(gòu)件相對關(guān)系非常復(fù)雜，因為該分段是在定盤上完成的。在那里，工作環(huán)境受其他因素的影響很小，設(shè)備盡可能裝配在分段上。由于額定載荷為幾百噸的大型起重設(shè)備同時吊卸分段時各種障礙物隨時出現(xiàn)，因此細(xì)心而熟練地操作非常必要。只有這樣，分段才能非常精確地安裝在確定位置。
3.2 設(shè)備搬運
這種設(shè)備在整個FPSO營運過程中一直不停地運轉(zhuǎn)，有時需要搬運至船外，進(jìn)行修理、更換損壞部件。通過仿真可以設(shè)計出最優(yōu)搬運路線，在整個運輸過程中不會碰撞任何設(shè)備以及結(jié)構(gòu)件。多種設(shè)備經(jīng)過這種仿真，效果顯著。仿真結(jié)果制成使用操作手冊供船東檢驗，得到設(shè)計認(rèn)可。
3.3 CRP的安裝
在狹窄船塢中實現(xiàn)螺旋槳精確地安裝非常重要。安裝螺旋槳旋轉(zhuǎn)軸時，船體里面和外面的安裝工人需要協(xié)作工作。通過仿真預(yù)先互相交流意見、確定安裝流程，裝配工作才能順利展開。
3.4 機艙通道
通過借助假想木板確認(rèn)通道的人性化空間為眾多船級社和船東所要求。如果設(shè)計時運用三維CAD進(jìn)行仿真，設(shè)備和結(jié)構(gòu)件之間干涉將會避免。這樣，設(shè)計質(zhì)量隨之提高。
4 結(jié)論
論文摘要：運用虛擬現(xiàn)實仿真 (VRS)進(jìn)行實驗教學(xué)是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的有效途徑。針對大學(xué)生的學(xué)習(xí)特點，分析了傳統(tǒng)教學(xué)方法的不足，探討了基于虛擬現(xiàn)實仿真的“生產(chǎn)與運作管理”實驗教學(xué)的特點、內(nèi)容和形式，有助于高校教師優(yōu)化教學(xué)過程，提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。
縱觀我國工商管理本科專業(yè)人才的就業(yè)去向可以發(fā)現(xiàn)，畢業(yè)生就業(yè)去向大都是金融業(yè)、政府機關(guān)和高校，極少有人自愿去制造企業(yè)工作，即使到了制造企業(yè)，也只愿意去財務(wù)或營銷部門，而不愿去生產(chǎn)管理部門，原因是生產(chǎn)管理部門的崗位工作環(huán)境較差，待遇較低，付出多，導(dǎo)致集中了企業(yè)絕大部分財力、人力、設(shè)備及其他資源的生產(chǎn)系統(tǒng)受到冷落。在這樣的人才使用環(huán)境中，學(xué)生對于與生產(chǎn)管理相關(guān)的課程自然就不重視。然而，從工業(yè)發(fā)達(dá)國家看，近年來，紛紛將注意力轉(zhuǎn)移到生產(chǎn)領(lǐng)域，企業(yè)界和學(xué)術(shù)界也都開始重新審視企業(yè)內(nèi)部的生產(chǎn)系統(tǒng)及其管理理論，將生產(chǎn)戰(zhàn)略問題作為企業(yè)經(jīng)營戰(zhàn)略的重要組成部分來研究。可見，創(chuàng)新教學(xué)方法，增強學(xué)生學(xué)習(xí) “生產(chǎn)與運作管理”課程的興趣，具有非常重要的現(xiàn)實意義。
1 生產(chǎn)與運作管理課程的教學(xué)調(diào)查和教學(xué)方式的分析
1．1 教學(xué)調(diào)查
在浙江省精品課程 “生產(chǎn)與運作管理”的建設(shè)過程中，為了有針對性地開展課程教學(xué)方法改革，我們就本課程的學(xué)習(xí)，于2007年對我校 04級工商管理專業(yè)40名學(xué)生做了一次調(diào)查，得到如下結(jié)論：
(1)由于學(xué)生沒有實際工程背景，缺乏對企業(yè)生產(chǎn)與運作管理的感性認(rèn)識，對于生產(chǎn)與運作管理的一些理論和方法理解有一定困難；
(2)學(xué)生對生產(chǎn)與運作管理課程的認(rèn)識存在誤區(qū)，對相關(guān)理論知識掌握不熟練，對未來是否從事生產(chǎn)管理工作信心不足，導(dǎo)致學(xué)習(xí)該課程的動力不足：
(3)隨著非制造業(yè)在國民經(jīng)濟中地位的提升以及制造業(yè)和非制造業(yè)現(xiàn)實的工作性質(zhì)、工作環(huán)境和條件、工資待遇等方面的差異，決定了學(xué)生對以制造業(yè)為主體的生產(chǎn)與運作管理課程熱情不高；
(4)學(xué)生對傳統(tǒng)的案例討論、觀看錄像、企業(yè)參觀、專家講座、計算機輔助教學(xué)等教學(xué)模式基本認(rèn)可，但是對創(chuàng)新教學(xué)方法和手段的需求更為強烈。
1．2 教學(xué)方式分析
生產(chǎn)與運作管理是一門實踐性、操作性強的課程，教學(xué) 的關(guān)鍵是讓學(xué)生產(chǎn)生 “真實感”。教學(xué)方式除了課堂授課外 ，傳統(tǒng)的教學(xué)方式主要有如下幾種 。
(1)觀看錄像。這種方式比較簡單，國外教材都配有相應(yīng)的錄像教學(xué)光盤，學(xué)生通過觀看錄像了解國外先進(jìn)企業(yè)的生產(chǎn)與運作管理經(jīng)驗。比如針對質(zhì)量管理專題，播放美國著名酒店的全面質(zhì)量管理錄像；講授 5s現(xiàn)場管理，播放一盤有關(guān)現(xiàn)場改善的錄像；講到供應(yīng)鏈管理、庫存管理時，根據(jù)需要選擇相應(yīng)的錄像播放。
觀看錄像這種方式存在 2個問題，一是現(xiàn)有錄像大多是英文版，錄像的對話比較快，多數(shù)學(xué)生聽不清楚。另外，錄像內(nèi)容以綜合性為主，缺乏針對國內(nèi)生產(chǎn)管理的專題教學(xué)光盤。
(2)參觀企業(yè)。這是一種比較好的理論聯(lián)系實踐的學(xué)習(xí)方法，能夠讓學(xué)生真實感受到企業(yè)的實際生產(chǎn)隋景，并對照所學(xué)的專業(yè)理論知識加以思考。比如，針對紹興紡織特色，選擇了紡織印染企業(yè)作為參觀對象，讓學(xué)生到生產(chǎn)車間看設(shè)備布局、生產(chǎn)流程、生產(chǎn)計劃與調(diào)度、質(zhì)量控制、現(xiàn)場改善與員工的班組建設(shè)等基層運作管理。
這種方法在實施中存在困難，主要是沒有建立固定的教學(xué)基地，與企業(yè)沒有穩(wěn)定的關(guān)系；而且，隨著學(xué)生人數(shù)的逐年增多，許多企業(yè)對學(xué)生參觀不感興趣。
(3)邀請企業(yè)專家講座。對于某些實務(wù)性、技巧性比較強的內(nèi)容，如生產(chǎn)調(diào)度、員工指派、班組建設(shè)、現(xiàn)場改善等，請企業(yè)專家結(jié)合自己的工作實際，現(xiàn)身傳授管理技巧和經(jīng)驗，比任課教師講效果好，印象深。
與參觀一樣，邀請專家也存在一定困難。由于企業(yè)的工作繁忙，很難保證企業(yè)專家能按照課程的教學(xué)時間來安排講座，這樣很有可能打亂教學(xué)計劃。
(4)案例討論。教學(xué)案例一方面可以增加學(xué)生的實踐知識，另一方面幫助學(xué)生深入理解相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容，提高學(xué)生分析問題、解決問題的綜合能力。生產(chǎn)與運作管理課程案例不同于其他管理課程的案例，它的特點是需要生產(chǎn)與運作管理理論知識作基礎(chǔ)解決實際問題。比如：生產(chǎn)能力規(guī)劃案例只有在學(xué)習(xí)完生產(chǎn)能力查定辦法相關(guān)理論的基礎(chǔ)上，才能進(jìn)行案例分析；庫存管理案例的中心是解決庫存問題，如果不了解庫存管理理論，是很難進(jìn)行案例討論的；又比如網(wǎng)絡(luò)計劃案例，在討論的時候，學(xué)生首先要對網(wǎng)絡(luò)計劃技術(shù)有所了解，然后才能進(jìn)行案例分析。
目前好的生產(chǎn)與運作管理案例不多，主要問題是：案例篇幅太長，描述性內(nèi)容多，真正反映生產(chǎn)與運作管理的實際數(shù)據(jù)和實際場景模擬少，教學(xué)效果不佳。
(5)傳統(tǒng)的計算機輔助模擬實驗教學(xué)系統(tǒng)(實驗教學(xué)軟件)。采用計算機和多媒體輔助實驗教學(xué)，教師可以精心設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，使復(fù)雜問題簡單化，繁瑣問題條理化，抽象問題具體化，具體問題概括化，使教學(xué)過程以直觀的形式達(dá)到人機一體，便于圍繞某一學(xué)習(xí)主題進(jìn)行密集、快速的活動，同時增加了課堂教學(xué)的密度和廣度。目前本課程中常用的實驗軟件主要有物料需求計劃／制造資源計劃實驗 (MRP／MRP II)、項 目進(jìn)度計劃實驗 (PERT)、質(zhì)量管理實驗 (排列圖、因果圖、直方圖、控制圖)、工作分析與工作研究實驗等。
從近年來的實施情況看，學(xué)生對這種傳統(tǒng)的計算機輔助實驗教學(xué)開始產(chǎn)生視覺疲勞，興趣逐步減弱。原因在于某些實驗教學(xué)軟件只是教學(xué)形式的變化，更多的是將重點放在了生產(chǎn)與運作管理活動教學(xué)模型的求解上，而對于更為重要的企業(yè)業(yè)務(wù)流程分析、經(jīng)濟模型構(gòu)建與咨詢診斷等功能沒有真正體現(xiàn)。實驗過程中，學(xué)生只要記住幾個參數(shù)，并輸入到軟件規(guī)定的相應(yīng)位置，就可以得出實驗結(jié)果，不能真正起到培養(yǎng)學(xué)生知識運用能力和創(chuàng)新能力的目的。另一個主要原因是該課程實踐性很強，而高校教師普遍缺乏企業(yè)生產(chǎn)管理的實際經(jīng)驗。某些教師一直從事教學(xué)工作，沒有企業(yè)的從業(yè)經(jīng)歷，或者即使有一定的生產(chǎn)管理的實際經(jīng)驗，也由于長期在高校從事教學(xué)和學(xué)術(shù)研究，對企業(yè)目前生產(chǎn)運營中的某些實際問題的了解不夠深人。由于實際管理經(jīng)驗的缺乏，教師容易在教學(xué)中造成理論和實踐脫節(jié)、枯燥和不生動等問題。
2 虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)在“生產(chǎn)與運作管理”教學(xué)中的應(yīng)用
隨著管理思想的發(fā)展和新技術(shù)、新方法、新成果的不斷涌現(xiàn)，生產(chǎn)與運作管理學(xué)科的范圍和內(nèi)容在不斷拓展，僅僅依靠人的經(jīng)驗及傳統(tǒng)的計算機技術(shù)難于滿足越來越高的要求。基于現(xiàn)代計算機技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)的虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電力、交通運輸、通信、化工、核能等各個領(lǐng)域。借助虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)進(jìn)行本課程的實驗教學(xué)，對企業(yè)業(yè)務(wù)活動進(jìn)行多維仿真，給學(xué)生產(chǎn)生各種感官信號，使學(xué)生有身臨其境的感覺，并能使學(xué)生與虛擬現(xiàn)實環(huán)境之間進(jìn)行多維信息的交互，從定性和定量結(jié)合集成的虛擬環(huán)境中獲得企業(yè)生產(chǎn)運作活動的感性和理性認(rèn)識，體驗、接受和認(rèn)識客觀事物，深化對概念、原理和方法的理解，進(jìn)而提出設(shè)計創(chuàng)意。在制造業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計、運行、分析及改造的整個生命周期，都可以使用虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)進(jìn)行實驗教學(xué)，具有代表性的主要有如下幾種。
(1)用于產(chǎn)品研發(fā)的仿真實驗。產(chǎn)品研發(fā)過程可分為概念設(shè)計、細(xì)節(jié)設(shè)計、評審和再設(shè)計階段。每一階段又可以細(xì)分，如詳細(xì)設(shè)計可分為總體CAD、零部件 CAD、計算機輔助工程、可制造技術(shù)、可裝配性設(shè)計等。產(chǎn)品研發(fā)過程的仿真實驗就是對上述活動進(jìn)行模擬，讓學(xué)生從進(jìn)度、資源和成本等指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，選擇集成的最優(yōu)方案。
(2)用于車間設(shè)施規(guī)劃和布局的仿真實驗。根據(jù)車間之間和車間內(nèi)部空間的組織方式，采用虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)模擬各種方案，判斷車間整體布局是否能滿足車間調(diào)度要求，車間設(shè)備是否得到充分利用，負(fù)荷是否比較平衡，物料處理系統(tǒng)是否能夠和車間的柔性程度相適應(yīng)，生產(chǎn)制造運輸費用是否合理等。例如在流水線生產(chǎn)系統(tǒng)的仿真實驗中，運用WITNESS仿真軟件模擬流水生產(chǎn)過程，加深學(xué)生對流水線組織設(shè)計與技術(shù)設(shè)計的理解和掌握，讓學(xué)生學(xué)會對流水線進(jìn)行控制。目前國內(nèi)外用于輔助車間生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計的仿真軟件有 PURDUE大學(xué)開發(fā)的 GCMS，System Modeling公 司開 發(fā)的 SIMAN／CINEMA，Auto Simulation公司開發(fā)的 AUTOMOD／AUTOGRAM和清華大學(xué)開發(fā)的 IMMS等。
(3)用于車間生產(chǎn)調(diào)度的仿真實驗。車間內(nèi)部的生產(chǎn)調(diào)度問題包括：確定工件的加工路線，確定工件在機器上的加工工藝和加工時間，選擇運輸路線和工具，指派加工工人等。生產(chǎn)調(diào)度仿真實驗就是對這些調(diào)度問題進(jìn)行分析和評價，目前已經(jīng)有一些成熟的軟件可用來仿真調(diào)度問題，如 Autosched、JobTimePlus、FACTOR、FACTOR／AIM和 SIMNETD等。我國也已研制開發(fā)了用于車間調(diào)度層面的仿真軟件，如南開大學(xué)研制的JobShop，清華大學(xué)與航天部204所等單位開發(fā)的工廠仿真調(diào)度環(huán)境FASE，以及在此基礎(chǔ)上開發(fā)的智能規(guī)劃調(diào)度系統(tǒng)等。
(4)用于物流與供應(yīng)鏈管理的仿真實驗。從生產(chǎn)線到車問到整個工廠，再到供應(yīng)鏈系統(tǒng)的庫存、瓶頸、流程、協(xié)作和信息共享等方面，通過仿真可以快速改變和優(yōu)化系統(tǒng)的流程邏輯和決策數(shù)據(jù)的靈敏度分析。如：在物流系統(tǒng)中配送路線的優(yōu)化實驗中，運用 WITNESS軟件的設(shè)計功能，根據(jù)規(guī)劃與物流分析的主要內(nèi)容，以物流系統(tǒng)中運輸成本最小為目標(biāo)，設(shè)計物流系統(tǒng)中的配送路線，使整個配送路線最優(yōu)，從而達(dá)到運輸成本最低；在垃圾回收物流仿真系統(tǒng)設(shè)計實驗中，仿真程序研究如何設(shè)計物流系統(tǒng)，使收集系統(tǒng)在滿足時間約束、載重約束的條件下，使垃圾處理公司的物流總成本最低。系統(tǒng)涉及的指標(biāo)主要有車輛載重量、隨車工作人員數(shù)和客戶滿意度。
總之，虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)在制造業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)貫穿于產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)、生產(chǎn)計劃制定、加工、裝配、測試和銷售的整個生命周期。
除了上述單一企業(yè)的生產(chǎn)管理的虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)外，用于虛擬企業(yè)業(yè)務(wù)流程集成的虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)正成為仿真技術(shù)研究的熱點。比較典型的仿真實驗軟件是 CIM—OSA，在應(yīng)用 CIM—OSA進(jìn)行供應(yīng)鏈分析與設(shè)計時，系統(tǒng)描述了2個仿真工具的開發(fā)和設(shè)計。其一是在 Arena仿真平臺上開發(fā)的單機后勤仿真器，其二是基于 Internet的虛擬企業(yè)內(nèi)供應(yīng)鏈集成仿真環(huán)境。在基于 Internet仿真器的功能設(shè)計上，每個供應(yīng)鏈模塊包括在線的Intemet應(yīng)用和離線的信息管理 2個模塊。Intemet系統(tǒng)在通用的www環(huán)境下進(jìn)行開發(fā)，以支持各類廣泛應(yīng)用的Web服務(wù)器和瀏覽器。根據(jù)不同供應(yīng)鏈伙伴的不同需求，如在線訂購和在線庫存量檢索等，它們的應(yīng)用系統(tǒng)將有所不同。
另外，虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)的應(yīng)用也正在向服務(wù)業(yè)不斷滲透。目前許多高校在生產(chǎn)與運作管理的實驗課程中，都安排了服務(wù)業(yè)的相關(guān)仿真實驗，代表性的是采用 Lanner公司提供的世界領(lǐng)先的仿真工具 WITNESS。通過 WITNESS對實際商業(yè)系統(tǒng) (工業(yè)工程、制造工程、運作管理、供應(yīng)鏈與物流、戰(zhàn)略管理、業(yè)務(wù)流程)的建模和仿真，讓學(xué)生了解不同制造業(yè)、服務(wù)業(yè)的運作流程。通過 WITNESS模型的交互菜單，學(xué)生可以作出不同的管理、運作流程項目的設(shè)計，并能夠及時運行和獲得系統(tǒng)的效果，給學(xué)生提供深刻的流程體驗，使學(xué)生能很好地完成生產(chǎn)與運作管理課程的各項設(shè)計任務(wù)，達(dá)到真正提高教學(xué)效果的目的。
3 結(jié)束語
生產(chǎn)與運作管理是一門實踐性很強的課程，從增加現(xiàn)實場景模擬、加強課堂師生互動、強化理論與實際結(jié)合等方面不斷創(chuàng)新多樣化的教學(xué)方法，對學(xué)生進(jìn)行實踐技能和科學(xué)研究方法的訓(xùn)練，不僅有助于學(xué)生鞏固課堂所學(xué)知識，加深對生產(chǎn)與運作管理基本概念、基本原理和分析方法的理解，掌握從事企業(yè)生產(chǎn)與運作管理活動的基本技能，而且，能夠拓寬學(xué)生的知識領(lǐng)域，鍛煉學(xué)生的實踐技能，培養(yǎng)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、求真務(wù)實的工作作風(fēng)。
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首先將模擬電子技術(shù)課程的教學(xué)體現(xiàn)在三個方面：課堂理論教學(xué)、計算機仿真技術(shù)輔助教學(xué)和實踐教學(xué)。其次，模擬電子技術(shù)相關(guān)知識點的實踐應(yīng)用則貫穿于大二（下）到四年級的畢業(yè)設(shè)計，如大二的電子技術(shù)基本技能訓(xùn)練、模擬電子技術(shù)課程設(shè)計，大三的綜合電子系統(tǒng)設(shè)計，大四的畢業(yè)設(shè)計等。其三，除了這些必修科目以外，在一些選修類項目，如大學(xué)生科技創(chuàng)新、電子設(shè)計競賽、社團組織中也體現(xiàn)了模擬電子技術(shù)知識的運用。通過培養(yǎng)方案的調(diào)整，可以行之有效的保證學(xué)生在校學(xué)習(xí)期間不斷學(xué)習(xí)、實踐模擬電子的相關(guān)知識，將學(xué)以致用的理念貫穿于整個在校學(xué)習(xí)期間，使學(xué)生在反復(fù)學(xué)習(xí)實踐中不斷拓展知識的深度和廣度，具有分析問題、解決問題的工程實踐能力。
二、改革探索更加有效的教學(xué)模式
（一）教學(xué)手段不斷改革
為了改進(jìn)教學(xué)質(zhì)量，提高教學(xué)效果，為培養(yǎng)應(yīng)用型人才提供有力支持，近年來，我們在教學(xué)手段的不斷改進(jìn)方面做了有益的嘗試。第一，引入計算機仿真技術(shù)，將理論與實踐有機結(jié)合。在教學(xué)中引入仿真技術(shù)，有效的改進(jìn)了教學(xué)效果，增強了學(xué)生分析問題、解決問題的能力。首先，站在教師的角度，仿真技術(shù)的使用，使教師在原有電子課件的基礎(chǔ)上，加入了對實際電路的分析過程，使得教學(xué)生動直觀，加深學(xué)生對概念和規(guī)律的理解和掌握。通過仿真軟件，不僅可以幫助學(xué)生理解一些抽象概念，并且可以使其深刻理解在電路中，各元件參數(shù)對電路的影響。其次，從學(xué)生的角度看，將計算機仿真技術(shù)與模擬電子技術(shù)教學(xué)內(nèi)容有效結(jié)合，使學(xué)生通過仿真直觀的了解本課程研究中所能解決的實際問題，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與參與探索的求知欲。如在學(xué)習(xí)完相關(guān)理論后，引導(dǎo)學(xué)生利用仿真軟件自行設(shè)計波形信號發(fā)生器、多路輸出的直流穩(wěn)壓電源、心電圖信號放大器、低頻功率放大器、光電報警器等。學(xué)生通過這樣一些模擬電路的實際應(yīng)用，了解了課程的作用，明確了學(xué)習(xí)目標(biāo)，產(chǎn)生了好奇心，激發(fā)了學(xué)習(xí)動力。在教學(xué)中引入計算機仿真技術(shù)，使學(xué)生在教師的引導(dǎo)下帶著問題進(jìn)行自發(fā)學(xué)習(xí)，使整個學(xué)習(xí)過程始終處于探索研究、再探索研究到最終驗證的良性循環(huán)過程。第二，開放實驗室，提供探究和創(chuàng)新的良好環(huán)境。模擬電子技術(shù)是一門實踐性很強，并且面向工程的課程，基本的應(yīng)用電路在掌握了基本理論后，都需要實驗來驗證。通過實驗驗證理論→發(fā)現(xiàn)問題→結(jié)合理論修正問題→再次進(jìn)行實驗驗證，通過這樣一個螺旋式過程，學(xué)生學(xué)習(xí)知識的深度和廣度均不斷拓展。同時，也讓學(xué)生深刻體會到了實踐和理論的差異，在實踐中切實鍛煉了學(xué)生分析解決問題的能力。院系面向電子信息類學(xué)生開放電子技術(shù)實驗室，為學(xué)生提供了理論聯(lián)系實踐的場所，更為學(xué)生進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)提供了不可取代的自主學(xué)習(xí)平臺，是培養(yǎng)學(xué)生探究未知能力、實踐能力和創(chuàng)新能力的必要途徑。除集中實驗外，課后及其他學(xué)期學(xué)生根據(jù)自己的興趣及時間安排，自行登記到實驗室進(jìn)行實驗和研究。電子技術(shù)實驗室安排值班教師為實驗學(xué)生答疑，幫助學(xué)生探究和創(chuàng)新。實驗室的開放，滿足了不同層次學(xué)生培養(yǎng)實踐能力的要求，體現(xiàn)了因人而異、因材施教的教育理念。第三，充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。模擬電子技術(shù)課程為校級精品課程，目前在建校級資源共享課程。現(xiàn)有的精品課程網(wǎng)站，為學(xué)生的課外學(xué)習(xí)提供了一個高效的研究型學(xué)習(xí)平臺。精品課程網(wǎng)站提供了豐富的和教學(xué)相關(guān)的資訊。學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣和愛好，進(jìn)行探索式研究式自主學(xué)習(xí)。這樣的學(xué)習(xí)模式不受空間和時間的制約，延伸了學(xué)生獲取知識的途徑，不僅使得學(xué)生的學(xué)習(xí)變得更加便捷，而且學(xué)習(xí)起來更加自主、高效，更重要的是在學(xué)生能力培養(yǎng)方面起到了不可或缺的作用。
（二）教學(xué)方法不斷改進(jìn)
教學(xué)是一個獲取知識、啟迪思想、激發(fā)潛能、培養(yǎng)能力的過程，它需要教師根據(jù)自己的教學(xué)能力設(shè)計一種教學(xué)策略，通過優(yōu)化的教學(xué)手段和教學(xué)方法，在課堂上將教學(xué)內(nèi)容精彩而生動地展示給學(xué)生，并且在課后進(jìn)一步挖掘?qū)W生自主學(xué)習(xí)的潛力。在培養(yǎng)應(yīng)用型人才思想指導(dǎo)下，我們不斷在教學(xué)方法上進(jìn)行探索和改進(jìn)，側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力。
1.采用啟發(fā)探索式教學(xué)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量。
采用啟發(fā)探索式教學(xué)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，教師在教學(xué)中主要承擔(dān)主導(dǎo)作用。在對課程進(jìn)行教學(xué)設(shè)計時，在保證基本概念的基礎(chǔ)上部分重點采用案例式教學(xué)，通過分析實際電路，引入知識點。通過課堂討論、仿真軟件演示、習(xí)題研究等環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，讓學(xué)生由被動的接受知識轉(zhuǎn)化為主動的探索知識，充分發(fā)揮學(xué)生在教學(xué)中的主體作用。教師在完成一個知識點或一個章節(jié)的教學(xué)后，布置兩到三個綜合性的問題，讓學(xué)生自由分組形成課題組。利用課余時間自行通過查閱資料完成題目的分析、方案選擇、電路仿真設(shè)計、結(jié)果分析，并制作出一份多媒體課件及電子文檔說明原理、分析過程、重難點及注意事項，由課題組選派一名同學(xué)在課堂上進(jìn)行講解，并且接受老師和同學(xué)的提問，進(jìn)行討論。在這個過程中，學(xué)生不僅從中領(lǐng)會自學(xué)的思路，學(xué)會分析問題和解決問題，而且還培養(yǎng)了團隊協(xié)作能力和科技論文的寫作能力。還有一點也是很重要的，即講解之后還要接受老師和同學(xué)的提問，進(jìn)行討論。在這個環(huán)節(jié)中，不僅可以查漏補缺，檢查出學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的薄弱環(huán)節(jié)，及時加以彌補，而且也可以有效的促進(jìn)教學(xué)相長，教師可以根據(jù)討論中學(xué)生反映出的興趣點對教學(xué)過程進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。最后，在教與學(xué)的位置互換中，學(xué)生親身體驗了“教”，這有助于加強師生之間的互相理解。
2.鼓勵支持學(xué)生自主學(xué)習(xí)，拓展知識廣度與深度。
課堂教學(xué)無論在時間和內(nèi)容上都是有限的，除了課堂教學(xué)，課后可供學(xué)生自主支配的時間很多。引導(dǎo)學(xué)生利用好課余時間，是提高學(xué)習(xí)質(zhì)量的一個有效工具。如在初期給出參考書目，讓學(xué)生閱讀，撰寫讀書報告；給出優(yōu)秀的模擬電子技術(shù)學(xué)習(xí)網(wǎng)站或電子論壇，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)；訂好答疑時間，定期解答學(xué)習(xí)過程中遇到的問題；鼓勵學(xué)生參加專業(yè)社團及校省級大學(xué)生創(chuàng)新項目；在學(xué)生自愿報名的基礎(chǔ)上，優(yōu)選學(xué)生參與省及國家的電子設(shè)計競賽和智能車大賽；鼓勵和幫助學(xué)生在校學(xué)習(xí)期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文等。參與以上活動的優(yōu)秀學(xué)生，根據(jù)培養(yǎng)方案中規(guī)定，均獎勵相應(yīng)的學(xué)分，旨在鼓勵和培養(yǎng)學(xué)生的研究創(chuàng)新能力。通過近幾年的實踐，反映出學(xué)生普遍對面向?qū)嶋H、有挑戰(zhàn)性的課題比較感興趣。而興趣是促進(jìn)學(xué)習(xí)的強大動力，在強大的興趣驅(qū)動下，在團隊精神的鼓舞下，學(xué)生自發(fā)學(xué)習(xí)，分析問題、解決問題的能力得到了迅速的提高。近年來，電信專業(yè)的學(xué)生在大學(xué)生電子設(shè)計競賽、智能車大賽中均獲得省級以上獎項。
（三）重組優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，充分發(fā)揮課堂教學(xué)的效果
在課時壓縮的客觀條件下，教學(xué)內(nèi)容必須進(jìn)行優(yōu)化重組。教學(xué)內(nèi)容在保證本課程基礎(chǔ)及關(guān)鍵知識點完整的前提下進(jìn)行了合適的優(yōu)選。在電子教案中增加了本學(xué)科領(lǐng)域的技術(shù)前沿和新科技成果的應(yīng)用介紹，在不多占用課時的基礎(chǔ)上擴展了知識的廣度，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時也為學(xué)生的自主學(xué)習(xí)指引了方向。
三、教學(xué)改革的進(jìn)一步探索
關(guān)鍵詞：情境教學(xué)；教學(xué)模式；數(shù)字化
引言
職業(yè)教育是對受教育者施以從事某種職業(yè)所必需的知識、技能的訓(xùn)練，以能力培養(yǎng)為本位，以就業(yè)為導(dǎo)向，強調(diào)技能和實際操作能力培養(yǎng)。但從總體上看，職業(yè)教育仍然是我國教育事業(yè)的薄弱環(huán)節(jié)。隨著信息技術(shù)的廣泛使用，改變了生活、工作和學(xué)習(xí)的方式，也對職業(yè)教育提出了新要求。無論是大規(guī)模的區(qū)域性數(shù)字化職業(yè)教育資源，還是學(xué)校自建的小型數(shù)字化職業(yè)教育資源，普遍存在缺乏系統(tǒng)性、優(yōu)質(zhì)數(shù)字職業(yè)教育資源不足、低質(zhì)數(shù)字職業(yè)教育資源重復(fù)建設(shè)、動態(tài)更新緩慢等一系列問題，嚴(yán)重困擾著數(shù)字職業(yè)教育資源建設(shè)的可持續(xù)性發(fā)展。因此，構(gòu)建數(shù)字環(huán)境下職業(yè)教學(xué)情境教學(xué)模式，將新知識、新技術(shù)和新方法融入職業(yè)教育課程體系中，深化職業(yè)教育教學(xué)改革，培養(yǎng)適應(yīng)現(xiàn)代化建設(shè)要求的高素質(zhì)勞動者和專業(yè)人才是職業(yè)教育的發(fā)展趨勢。
教學(xué)過程模式
職業(yè)院校培養(yǎng)的人才類型是技術(shù)應(yīng)用型、技術(shù)技能型或操作性的高技能人才，因此，要根據(jù)未來職業(yè)需求和學(xué)生未來發(fā)展需要制定培養(yǎng)目標(biāo)，圍繞既定的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容，在數(shù)字環(huán)境下構(gòu)建未來職業(yè)情境，采用師生相互作用的方式、結(jié)構(gòu)與程序開展教學(xué)組織活動。
1.創(chuàng)設(shè)情境
教學(xué)情境是指在課堂教學(xué)中，根據(jù)教學(xué)的內(nèi)容，為落實教學(xué)目標(biāo)所設(shè)定的，適合學(xué)習(xí)主體并作用于學(xué)習(xí)主體，產(chǎn)生一定情感反應(yīng)，能夠使其主動積極建構(gòu)性學(xué)習(xí)的具有學(xué)習(xí)背景、景象和學(xué)習(xí)活動條件的學(xué)習(xí)環(huán)境。[1]廣義來說，是指作用于學(xué)習(xí)主體，產(chǎn)生一定的情感反應(yīng)的客觀環(huán)境；狹義來說，是指在課堂教學(xué)環(huán)境中，作用于學(xué)生而引起積極學(xué)習(xí)情感反應(yīng)的教學(xué)過程。[2]依托數(shù)字環(huán)境創(chuàng)設(shè)多層目標(biāo)結(jié)構(gòu)模式，形成職業(yè)教學(xué)中情境教學(xué)的獨特優(yōu)勢，縮短學(xué)校與職業(yè)領(lǐng)域的距離，提高學(xué)生對經(jīng)濟社會發(fā)展的適應(yīng)能力。教師依托開放教育資源和數(shù)字環(huán)境創(chuàng)設(shè)情境，營造一種學(xué)習(xí)氛圍，使學(xué)生形成良好的求知心理，參與對所學(xué)知識的探索、發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識過程，激發(fā)學(xué)生的參與意識，引發(fā)問題，使其進(jìn)一步明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，主動參與。
（1）創(chuàng)設(shè)技能目標(biāo)情境
利用開放教育資源創(chuàng)設(shè)技能目標(biāo)情境，培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)和職業(yè)崗位能力，掌握相關(guān)職業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展和工藝變革。[3]利用仿真技術(shù)創(chuàng)設(shè)技能目標(biāo)情境，使學(xué)生在職業(yè)情境中掌握職業(yè)崗位的工作流程、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及生產(chǎn)工具的使用，培養(yǎng)學(xué)生的操作運行能力、維護(hù)檢修能力、安裝調(diào)試能力、技術(shù)管理與安全管理能力，使學(xué)生具有一定的可持續(xù)發(fā)展能力。
（2）創(chuàng)設(shè)知識目標(biāo)情境
利用開放教育資源創(chuàng)設(shè)知識目標(biāo)情境，培養(yǎng)專業(yè)基礎(chǔ)能力，注重理論與實踐相結(jié)合，使學(xué)生掌握職業(yè)崗位所需專門性知識和技術(shù)特征知識，建立職業(yè)崗位所需的知識結(jié)構(gòu)、能力結(jié)構(gòu)和素質(zhì)結(jié)構(gòu)。[4]利用仿真技術(shù)創(chuàng)設(shè)知識目標(biāo)情境，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)基本技能，突出實用性、技能性和職業(yè)性，為學(xué)生提供一個知識和技能的基礎(chǔ)平臺。
（3）創(chuàng)設(shè)通用能力目標(biāo)情境
利用開放教育資源創(chuàng)設(shè)通用能力目標(biāo)情境，培養(yǎng)學(xué)生在不同職業(yè)中的適應(yīng)能力，即在職業(yè)崗位變化時，依然能較快地適應(yīng)新的職業(yè)崗位的能力；培養(yǎng)在不同職業(yè)間的可遷移能力，即在環(huán)境變化中不斷自我充實、自我提高、自我發(fā)展及終身不斷學(xué)習(xí)進(jìn)步所必備的能力[5]。利用仿真技術(shù)創(chuàng)設(shè)通用能力情境，訓(xùn)練學(xué)生探索問題、判斷問題和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的逆向思維能力，形成職業(yè)意識，提高職業(yè)能力，使學(xué)生具備一個現(xiàn)代職業(yè)人的基本素質(zhì)。
（4）創(chuàng)設(shè)情感態(tài)度和價值觀情境
根據(jù)不同的職業(yè)，利用開放教育資源和仿真技術(shù)創(chuàng)設(shè)培養(yǎng)情感態(tài)度和價值觀情境，即培養(yǎng)學(xué)生自我管理、自我調(diào)節(jié)、自我約束的能力，既掌握理論知識的識記、理解、遷移和運用的方法，又掌握實踐技能學(xué)習(xí)的一般規(guī)律，具有對職業(yè)技能進(jìn)行分解、歸納，并用來解決實際問題的能力。
2.監(jiān)控指導(dǎo)
教學(xué)過程監(jiān)控主要是監(jiān)控學(xué)生學(xué)習(xí)策略的使用情況、監(jiān)控與評價學(xué)習(xí)過程，促進(jìn)學(xué)生對知識的主動建構(gòu)和專業(yè)素養(yǎng)的穩(wěn)步提升。監(jiān)控指導(dǎo)包括課堂理論教學(xué)監(jiān)控指導(dǎo)和實踐教學(xué)監(jiān)控指導(dǎo)。
（1）理論教學(xué)監(jiān)控指導(dǎo)
依托開放教育資源教師針對學(xué)科專業(yè)知識進(jìn)行課堂教學(xué)活動，教學(xué)內(nèi)容突出教學(xué)重點和難點，注重基本理論、知識的傳授，確保知識豐富連貫。
（2）實踐教學(xué)監(jiān)控指導(dǎo)
利用仿真技術(shù)是將理論知識和實踐活動、間接知識與直接經(jīng)驗、抽象思維和形象思維、傳授知識與訓(xùn)練才能相結(jié)合進(jìn)行實踐教學(xué)活動。注重實踐技能的傳授，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機和學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生敏銳的直覺能力和創(chuàng)造性思維能力。
3.個別指導(dǎo)
個別指導(dǎo)可以做到因材施教，有助于發(fā)展學(xué)生潛力，提高綜合素質(zhì)，在教學(xué)過程中采用面對個體、兼顧全體的教學(xué)策略，教師注重個別差異，重視與學(xué)生的交流，迅速反饋。根據(jù)不同的學(xué)生個體，利用開放教育資源和仿真技術(shù)提供個性化、多樣化的學(xué)習(xí)資源，制定不同學(xué)習(xí)任務(wù)和不同難度的學(xué)習(xí)計劃。在教學(xué)過程中教師要既注重前期的教學(xué)設(shè)計也重視學(xué)習(xí)過程的個別指導(dǎo)，在教師引導(dǎo)和帶領(lǐng)下，學(xué)生在特定時間內(nèi)有目標(biāo)、按計劃地交互性學(xué)習(xí)。[6]
學(xué)習(xí)過程模式
數(shù)字環(huán)境下職業(yè)教育的學(xué)習(xí)過程強調(diào)情境化、個性化和多樣化的教學(xué)和學(xué)習(xí)，強調(diào)學(xué)生是學(xué)習(xí)過程的主體，因此在學(xué)習(xí)過程中應(yīng)充分調(diào)動學(xué)生的積極性和主動性。
1.創(chuàng)設(shè)情境
在開放教育資源和仿真技術(shù)的支持下構(gòu)建職業(yè)教學(xué)情境學(xué)習(xí)環(huán)境，優(yōu)化整合學(xué)習(xí)資源，提供包括各種多媒體網(wǎng)絡(luò)課件模塊、實時輔導(dǎo)模塊、非實時輔導(dǎo)模塊的學(xué)習(xí)系統(tǒng)；包括作業(yè)跟蹤模塊、分級操作測試模塊、學(xué)習(xí)記錄模式、成績分析模塊、評估反饋模塊的學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)；包括多媒體素材模塊、操作技能訓(xùn)練模塊、學(xué)習(xí)策略模塊、試題庫模塊的學(xué)習(xí)資源庫。
數(shù)字環(huán)境下的職業(yè)教育情境有助于讓學(xué)生在“一站式”的學(xué)習(xí)環(huán)境中學(xué)習(xí)，不必因到處尋找資源而迷失在教育資源中。教師不關(guān)注如何填鴨式地將大量的內(nèi)容強加于學(xué)生，而是致力于給學(xué)生提供多樣化的、情境化的學(xué)習(xí)資源，支持學(xué)生的自主學(xué)習(xí)。
2.明確學(xué)習(xí)目標(biāo)
在數(shù)字環(huán)境下創(chuàng)設(shè)職業(yè)教育情境學(xué)習(xí)的環(huán)境中，明確學(xué)習(xí)目標(biāo)的本質(zhì)是對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程進(jìn)行引領(lǐng)，整合優(yōu)質(zhì)學(xué)習(xí)資源，讓學(xué)習(xí)更加有效。根據(jù)教學(xué)需求和職業(yè)需求，教師有效地組織數(shù)字化教學(xué)資源，對學(xué)生學(xué)習(xí)過程進(jìn)行一體化設(shè)計，加強學(xué)習(xí)內(nèi)容的篩選與組織，引導(dǎo)學(xué)生了解自己的學(xué)習(xí)方法和學(xué)習(xí)特點，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)的能力。根據(jù)學(xué)習(xí)目標(biāo)，教師進(jìn)行學(xué)期整體規(guī)劃設(shè)計，對學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)活動、學(xué)習(xí)效果測評等做好“一體化”的統(tǒng)籌規(guī)劃，幫助學(xué)生循序漸進(jìn)地掌握最有價值、最具核心、最有用的學(xué)習(xí)內(nèi)容。
3.探究學(xué)習(xí)
基于數(shù)字化環(huán)境的構(gòu)建職業(yè)教育情境學(xué)習(xí)環(huán)境，以“教師引導(dǎo)、學(xué)生主體”為中心，在教師的指導(dǎo)監(jiān)控下，學(xué)生選擇探究形式，完成從發(fā)現(xiàn)問題到解決問題的學(xué)習(xí)和交流過程，通過親身實踐，得出結(jié)論。學(xué)生除了有一定的邏輯能力等智力因素外，在情感智能、思維策略和技能方面要具有創(chuàng)新的勇氣、寬松的心理氛圍及良好的完成任務(wù)的動機。在探究學(xué)習(xí)過程中，搭建數(shù)字化的情境學(xué)習(xí)環(huán)境，學(xué)生可以在職業(yè)情境中獲取豐富的教學(xué)資源，如視頻課件、案例分析、崗位流程、操作演示等，實現(xiàn)各種資源的優(yōu)化組合，學(xué)生可以在大量的教育資源中獲取知識和技能，培養(yǎng)未來職業(yè)能力。同時，在數(shù)字化的情境學(xué)習(xí)中，針對不同的學(xué)生，采用不同的學(xué)習(xí)活動方式，教師，學(xué)生參與并討論，最后教師總結(jié)，這種探究學(xué)習(xí)方式有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)其解決問題的能力，活躍了學(xué)習(xí)氣氛。
4.評測反饋
評測反饋是有效自主學(xué)習(xí)過程的重要環(huán)節(jié)，學(xué)生對學(xué)習(xí)過程不斷進(jìn)行監(jiān)控、調(diào)節(jié)，對學(xué)習(xí)結(jié)果進(jìn)行反饋，有助于提高學(xué)習(xí)成績最終達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)。為確保在數(shù)字化情境中評測反饋的科學(xué)性、導(dǎo)向性、客觀性和全面性，可采用學(xué)生自評、小組互評、教師評測等多元化評測方式，多維度地對學(xué)習(xí)效果進(jìn)行反饋，為學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)計劃和學(xué)習(xí)方法的調(diào)整提供依據(jù)。
結(jié)束語
數(shù)字環(huán)境下職業(yè)教學(xué)情境教學(xué)模式能夠優(yōu)化課堂環(huán)境與結(jié)構(gòu)，突出體現(xiàn)教師的主導(dǎo)作用與學(xué)生的主體作用，使職業(yè)教育由傳統(tǒng)的灌輸講授轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生自主探究、發(fā)現(xiàn)、分析、解決問題，進(jìn)而完成知識的建構(gòu)。在數(shù)字化職業(yè)教學(xué)情境中，提供給學(xué)生充分、自由運用的時間，創(chuàng)建學(xué)生個性發(fā)展的空間，激起他們的創(chuàng)造欲，發(fā)揮其潛能，培養(yǎng)其自學(xué)能力、思維能力、表達(dá)能力和創(chuàng)新能力。
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論文摘要：由于社會對于電力的總的需求不斷增大，同樣對于輸配電線路的施工技術(shù)要求也更加嚴(yán)格，輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)的設(shè)計成為電力部門非常重視的問題，文章講述了輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)概況和輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)功能設(shè)計詳情，講述了目前輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)的設(shè)計策略及應(yīng)用。
一、輸配電線路施工技術(shù)概述
目前我國的輸配電線路施工技術(shù)參與人員數(shù)量較多，但是這些人員的能力水平都是各不相同的，操作人員的各方面知識水平和素質(zhì)也需要提升。對于輸配電線路施工操作人員的培訓(xùn)如果僅僅停留在理論的層面，就難以替身操作人員的實踐能力，參加培訓(xùn)的人員因為實踐比較少，所以技能就比較差，正是這種原因使得人們對于輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)的需求也更加迫切。
二、輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)設(shè)計現(xiàn)狀
（一）輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)概況
輸配電線路施工技術(shù)仿真是對現(xiàn)實配電線路施工技術(shù)系統(tǒng)的抽象屬性的模仿。人們利用這樣的模型進(jìn)行試驗，從中得到輸配電線路施工技術(shù)所需的信息，然后幫助實踐者對現(xiàn)實世界的輸配電線路施工技術(shù)的問題做出決策。輸配電線路施工技術(shù)仿真是一個相對概念，任何逼真的仿真都只能是對真實系統(tǒng)某些屬性的逼近然而仿真是有層次的，既要針對所欲處理的客觀系統(tǒng)的問題，又要針對提出處理者的需求層次，否則很難評價一個仿真系統(tǒng)的優(yōu)劣。
輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)一種先進(jìn)的實施培訓(xùn)手段，提高培訓(xùn)的效率，強化培訓(xùn)效果。輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)的設(shè)計是在計算機的基礎(chǔ)上開發(fā)，通過Internet 軟件平臺及面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，綜合設(shè)定，使得輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)具有實用性和可維護(hù)控制性。
輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)的開發(fā)，主要是首先起源于國外對于計算機仿真系統(tǒng)的應(yīng)用，尤其是西方國家如英國、美國等大型企業(yè)開發(fā)計算機仿真系統(tǒng)，并取得了顯著的效果，這樣參加培訓(xùn)的人員可以在很短的時間內(nèi)獲得具體輸配電線路施工技術(shù)作業(yè)經(jīng)驗，其技能可以與在現(xiàn)場工作2年的人員比，因此很多國家都看到了計算機仿真技術(shù)的優(yōu)越性，計算機仿真系統(tǒng)也越來越多的應(yīng)用到各個領(lǐng)域中。目前我國對于仿真系統(tǒng)的應(yīng)用也是在一些危險性較大的領(lǐng)域，例如大型的鍋爐裝置、化學(xué)化工及變電站的應(yīng)用中，后來有人提出在輸配電線路施工技術(shù)作業(yè)中應(yīng)用，但是目前仿真系統(tǒng)在輸配電線路施工技術(shù)作業(yè)中應(yīng)用僅僅停留在提出的階段，還沒有完全開發(fā)出完善的輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)。
（二）輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)功能設(shè)計
目前關(guān)于輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)的設(shè)計的思想越來越統(tǒng)一，即輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)必須能夠便于施工技術(shù)模型的調(diào)試和輸配電線路畫面的構(gòu)造，輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)還應(yīng)采取先進(jìn)的運行軟件和保證運行數(shù)據(jù)相分離的一種設(shè)計思路。
關(guān)于輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)功能設(shè)計應(yīng)該分成培訓(xùn)師和受培訓(xùn)者兩個方面的功能，對于輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)培訓(xùn)師功能應(yīng)該是輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)的集成操作，其主要功能是可以控制受培訓(xùn)者的機器，包括受培訓(xùn)者機器的開始暫停關(guān)機等功能，另外可以準(zhǔn)確知道受培訓(xùn)者機器是否有事故及分析事故產(chǎn)生源，輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)培訓(xùn)師機器功能還應(yīng)是控制受培訓(xùn)人員考核的現(xiàn)場等具體狀況。輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)學(xué)員機器功能設(shè)計，首先要依附于輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)培訓(xùn)師機的功能下，即能夠受到輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)培訓(xùn)師機器的監(jiān)管控制。在這種模式的輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)受培訓(xùn)人員的機器可以提供參家培訓(xùn)人員的操作畫面，主要包括操作的流程圖、、控制組、趨勢圖及操作記錄等具體的監(jiān)控畫面。
輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)將電網(wǎng)仿真系統(tǒng)和輸配電線路仿真及配電站系統(tǒng)仿真等有機結(jié)合進(jìn)行設(shè)計，該系統(tǒng)應(yīng)該具有的特點是確保在硬件使用上采用了以局域網(wǎng)應(yīng)用為核心，利用工作站、開放式系統(tǒng)及微機構(gòu)成的分布式，以便于以后輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)的擴充和升級。此外，在輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)軟件上采用了軟件相互支持系統(tǒng)技術(shù)，這樣使輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)系統(tǒng)更加便于修改和維護(hù)。再者，在功能上要更加完善，即充分考慮了仿真電網(wǎng)和輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)及仿真變電站之間的相互影響，使輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)更加具有真實性。最后，還應(yīng)通過采用了輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)多媒體技術(shù)，逐步實現(xiàn)輸配電線路施工技術(shù)的圖像化和可視化，比較完整的反映出輸配電線路施工技術(shù)作業(yè)情況，同時也使仿真的對象更加便于更改和進(jìn)一步擴充，這樣輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)就會具有更高的性價比。
通過輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)為輸配電線路施工技術(shù)作業(yè)人員提供了一種較為先進(jìn)的培訓(xùn)手段，同時也徹底改變了傳統(tǒng)的培訓(xùn)模式，它的設(shè)計及應(yīng)用可以提高整體的輸配電線路施工作業(yè)技術(shù)，進(jìn)一步確保電網(wǎng)安全，同樣也大大提高了作業(yè)者的勞動生產(chǎn)率，為創(chuàng)造良好的經(jīng)濟效益和社會效益發(fā)揮著顯著的作用。
三、結(jié)論
輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)仿在不斷的發(fā)展和完善中，供電有限公司每年都會投入很大的資金和時間等用于施工技術(shù)人員的培訓(xùn)及考核，著力開發(fā)完善的輸配電線路施工技術(shù)的仿真系統(tǒng)，使得輸配電線路施工技術(shù)的仿真系統(tǒng)能自由安排培訓(xùn)項目，并且允許人員在培訓(xùn)中發(fā)生各種錯誤，同時演示出因為操作錯誤造成的種種后果且不帶來任何實際危害，不受其他客觀條件的限制，此外還可以人為制造各種故障來綜合培訓(xùn)操作人員處理操作中故障的能力。輸配電線路施工作業(yè)人員進(jìn)行重復(fù)性集中培訓(xùn)，從而使的操作人員在短期內(nèi)接受較多的培訓(xùn)項目，縮短總的培訓(xùn)周期。可節(jié)約大量的培訓(xùn)時間與經(jīng)費。所介紹的輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)目前已經(jīng)投入運行，實際應(yīng)用表明該系統(tǒng)能極大地提高培訓(xùn)的質(zhì)量，在短時間內(nèi)提高施工技術(shù)人員的技術(shù)水平，對電力系統(tǒng)的建設(shè)起到了重大的推動作用。目前很多設(shè)計成果效果較為顯著，但是為了進(jìn)一步提高輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)的應(yīng)用水平，還需要更好的完善輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)，爭取達(dá)到創(chuàng)造更高的經(jīng)濟效益和社會效益。
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《汽車?yán)碚摗氛n程是一門通過高度有機綜合工程數(shù)學(xué)、工程力學(xué)與汽車構(gòu)造等專業(yè)知識體系來提高學(xué)生對汽車動力性、燃油經(jīng)濟性、制動性、操縱穩(wěn)定性、平順性和通過性等重要汽車使用性能指標(biāo)進(jìn)行定量化分析并研究相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計方案的能力的專業(yè)基礎(chǔ)課程[1，2]。在筆者的教學(xué)過程中，通過課堂調(diào)研與作業(yè)信息反饋，發(fā)現(xiàn)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中普遍對基本概念與定義的理解不夠深入，從而導(dǎo)致他們所分析出的各類具體工況下汽車的性能表現(xiàn)缺乏實際的物理依據(jù)這一問題，進(jìn)而反過來更加阻礙學(xué)生對基本概念與定義的充分理解和吸收，最終形成惡性循環(huán)，極大地挫傷了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。
從每年期末考試的情況來看，汽車?yán)碚摰钠骄峙c及格率均低于汽車構(gòu)造、發(fā)動機原理、汽車設(shè)計等其他專業(yè)主干課程。如何在已有教學(xué)水平和教學(xué)資源的基礎(chǔ)上深化改革教學(xué)方法，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)動力，培養(yǎng)學(xué)生對專業(yè)技術(shù)研究開發(fā)關(guān)鍵核心問題的敏銳嗅覺與快速解決能力，是值得每一位《汽車?yán)碚摗氛n程教師深思的問題。
傳統(tǒng)的《汽車?yán)碚摗氛n程教學(xué)分為理論教學(xué)和實踐教學(xué)兩部分，課堂理論教學(xué)一般在課時分配上占有絕對主導(dǎo)權(quán)地位。而從考核與成績評價方式上來講，也是傳統(tǒng)的期末考試成績具有絕對話語權(quán)。這樣的設(shè)計原則上合理，但是過于依賴課堂教學(xué)與期末考試在專業(yè)能力培養(yǎng)與考核上的作用。在課程學(xué)習(xí)階段的學(xué)生早已不是剛?cè)胄５母咧挟厴I(yè)生，而是有一定專業(yè)知識素養(yǎng)并充滿專業(yè)實踐創(chuàng)新基礎(chǔ)與渴求的大三學(xué)生。教學(xué)方式和考核方式的過于單一，在很大程度上會降低學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和對專業(yè)前景的光明預(yù)期，最終影響培養(yǎng)質(zhì)量。為此，本文將重點分析如何在堅持傳統(tǒng)教學(xué)方法精髓的基礎(chǔ)上進(jìn)行教學(xué)考核方法的創(chuàng)新，從而為培養(yǎng)具有高度理論素養(yǎng)和強大實踐創(chuàng)新能力的學(xué)生提供可靠保障。
文中提到的教材均為清華大學(xué)余志生撰寫的汽車?yán)碚摳靼娼滩模饕缘谖灏鏋橹鳌?/p>
一、傳統(tǒng)教學(xué)方法的堅持與優(yōu)化
傳統(tǒng)教學(xué)方法即教師PPT講授+板書詳細(xì)剖析關(guān)鍵知識難點+師生問答互動+評閱學(xué)生作業(yè)。對于汽車?yán)碚撨@門理論課程，堅持該方法無疑是以保證學(xué)生理解掌握完整理論體系與普遍分析方法為出發(fā)點，但在實踐過程中，我們可以嘗試進(jìn)行以下優(yōu)化：
1.第一章。改變常規(guī)的授課思路，以汽車坡道行駛驅(qū)動動力學(xué)建模理論、方法、過程與模型在動力性評價與優(yōu)化設(shè)計中的應(yīng)用為基本講授綱要和思路。有了對模型的系統(tǒng)理論認(rèn)識，就很方便教師給學(xué)生講授理論研究與實驗中發(fā)動機轉(zhuǎn)速特性、滾動阻力系數(shù)、空氣阻力系數(shù)、坡度與加速阻力系數(shù)、附著率的由來及其在模型理論分析中的地位與作用。按此思路優(yōu)化第一章教學(xué)，可以強化培養(yǎng)學(xué)生以系統(tǒng)動力學(xué)的微分方程建模來對汽車驅(qū)動性能進(jìn)行研究和設(shè)計開發(fā)的工程學(xué)研發(fā)思路，促進(jìn)同學(xué)們對在先修的理論力學(xué)、高等數(shù)學(xué)等課程中自己認(rèn)識較淺的知識盲點進(jìn)行深化具體認(rèn)識。此外，通過本章開始的課程學(xué)習(xí)所逐步培養(yǎng)的這種能力也有助于培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)其他機械工程領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程的自學(xué)能力，從而使學(xué)生在將來的就業(yè)與深造中具有廣泛的適應(yīng)性與極強的自主性。
2.第二章。以發(fā)動機萬有特性為基本出發(fā)點，引出等速、等加速與等減速工況燃油消耗量的分析方法以及影響燃油消耗量的主要因素。由于發(fā)動機萬有特性通常屬于學(xué)生認(rèn)識不深入的基本知識點，那么，結(jié)合本課程的一個重要培養(yǎng)目標(biāo)——對專業(yè)技術(shù)研究開發(fā)關(guān)鍵核心問題的敏銳嗅覺與快速解決能力，將由基于萬有特性的發(fā)動機最小燃油消耗特性所確定的最佳無級變速器調(diào)速特性原理對無級變速器的結(jié)構(gòu)功能設(shè)計的理論指導(dǎo)作用作為本章的重要研討性學(xué)習(xí)內(nèi)容來開展教學(xué)工作，教學(xué)過程可采用案例研討、以小組為單位的課程設(shè)計作業(yè)、課程設(shè)計作業(yè)答辯等方式靈活進(jìn)行。而且，鑒于萬有特性理論的重要性和相關(guān)應(yīng)用的重要工程意義，無級變速調(diào)速理論的研討性學(xué)習(xí)是本章的教學(xué)重點。
對于電動汽車部分，屬于目前的主流新技術(shù)。為了給學(xué)生強化工程創(chuàng)新實踐意識，本節(jié)的教學(xué)可以以在理論講解的基礎(chǔ)上結(jié)合主流動力性燃油經(jīng)濟性仿真分析軟件——Cruise、Advisor在具體車型設(shè)計方案評估中的應(yīng)用來開展[3，4]。教學(xué)過程可采用案例研討、以小組為單位的課程設(shè)計作業(yè)、課程設(shè)計作業(yè)答辯等方式靈活進(jìn)行。如何將仿真技術(shù)與教學(xué)有機結(jié)合將在本文后面相關(guān)部分闡述。
3.第三章。第三章講授的內(nèi)容是對前兩章所學(xué)內(nèi)容的進(jìn)一步深化，更側(cè)重于檔位的設(shè)計、匹配對汽車燃油經(jīng)濟性和動力性的綜合影響。傳統(tǒng)授課方式能保證學(xué)生吸收大部分核心知識點。本章的教學(xué)重點在傳動系檔數(shù)和各檔傳動比的選擇上。學(xué)生普遍反映教材相關(guān)內(nèi)容過于抽象，學(xué)習(xí)過程中感覺不貼合實際。為此，教師在精確傳授教材內(nèi)容的同時，應(yīng)該結(jié)合自己在企業(yè)的實際工作經(jīng)驗給學(xué)生直觀形象解釋清楚幾何速比級差與漸變速比級差在改善汽車動力性上的顯著差異，方有助于理解。
4.第四章和第五章。第四章和第五章是本課程的又一教學(xué)重難點。由于第四章涉及的制動動力學(xué)與第五章涉及的汽車操穩(wěn)系統(tǒng)動力學(xué)存在相互耦合關(guān)系，且都同時直接對整車的行駛操縱穩(wěn)定性有最直接的影響，所以筆者設(shè)想在遵循傳統(tǒng)教學(xué)理念方法的同時，將兩章的內(nèi)容系統(tǒng)整合在一起進(jìn)行講授。一來期望提高學(xué)生綜合分析解決問題的能力;二來教學(xué)內(nèi)容會更貼近汽車行駛的主動安全性這一前沿尖端技術(shù)，在興趣的指引下能有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
因為現(xiàn)在的學(xué)生數(shù)理基礎(chǔ)都比較扎實，同時理論力學(xué)也學(xué)得比較深入，所以在分析制動方向穩(wěn)定性和操穩(wěn)性時，除了通過動力學(xué)模型的推導(dǎo)使學(xué)生獲得精準(zhǔn)的理論認(rèn)知外，建議以MATLAB/Simulink軟件為切入口，教會學(xué)生將教材上重點討論的模型轉(zhuǎn)化為仿真模型并通過仿真來形象理解制動和轉(zhuǎn)向控制對汽車操穩(wěn)性的綜合影響。進(jìn)行相關(guān)教學(xué)時可采用案例研討、以小組為單位的課程設(shè)計作業(yè)、課程設(shè)計作業(yè)答辯等方式靈活進(jìn)行。
此外，這兩章有幾個知識點聯(lián)系非常密切。在傳統(tǒng)的教學(xué)進(jìn)度安排中是分開講授的，學(xué)生感覺比較抽象難懂。但如果結(jié)合在一起講授，預(yù)期效果會比較好。這兩個知識點是第四章中考慮側(cè)偏時的制動力系數(shù)、側(cè)向力系數(shù)與滑動率的特性關(guān)系以及第五章中的輪胎側(cè)偏特性與附著橢圓。每年的期末考試涉及到這兩個知識點的分析論述題失分非常嚴(yán)重。說明學(xué)生理解不扎實。綜合講解這兩個知識點時，最終目的是使學(xué)生通過綜合分析制動力驅(qū)動力側(cè)向力系數(shù)隨滑動率和側(cè)偏角的變化而變化的相關(guān)特性曲線，結(jié)合輪胎側(cè)偏特性，來理解附著橢圓的生成過程以及它在理論分析和設(shè)計中的指導(dǎo)意義。
由于附著橢圓生成過程中涉及的因素有側(cè)偏角對驅(qū)動力制動力——滑動率特性的影響，還有滑動率對側(cè)偏剛度特性的影響[5]，其教學(xué)難度至少和理想制動力分配曲線組的生成過程相當(dāng)。如果還要進(jìn)一步探討如何根據(jù)附著橢圓來合理進(jìn)行滑動率、側(cè)偏角的匹配工作，那么其教學(xué)難度應(yīng)該至少和利用f、r線組與β線組來研究車輪在某一附著系數(shù)路面的抱死順序相當(dāng)。因此，這一內(nèi)容的PPT制作時應(yīng)充分利用動畫功能來層次清晰地展示橢圓的生成過程。
在教學(xué)中，還應(yīng)注意的一點是，在分析前后輪不同的抱死順序?qū)ζ囘\動穩(wěn)定性影響時，教材中沒分析前后輪同時抱死時對汽車運動穩(wěn)定性的影響。作為啟發(fā)式教學(xué)的經(jīng)典案例，可以通過課堂討論并抽學(xué)生回答問題的方式來開展啟發(fā)式教學(xué)。
5.第六章。本章的內(nèi)容理論相對較深，在教學(xué)過程中，改進(jìn)的方向依然應(yīng)該是引入MATLAB/Simulink進(jìn)行仿真教學(xué)。通過仿真分析直觀地體會懸架剛度、阻尼、動行程等關(guān)鍵參數(shù)的改變對車身、車輪等部件的振動位移、振動加速度的時頻響應(yīng)特性的影響，并可以針對不同的振動控制目標(biāo)提出不同的參數(shù)優(yōu)化方案。
在教學(xué)過程，可以采用案例研討、以小組為單位的課程設(shè)計作業(yè)、課程設(shè)計作業(yè)答辯等方式靈活進(jìn)行。由于本章內(nèi)容理論體系較復(fù)雜，故可以在期末的筆試中略微減小本章的權(quán)重，而將本章內(nèi)容的考核重點放在平時的課程作業(yè)答辯環(huán)節(jié)。
6.第七章。一般來說，本章不是本門課程的教學(xué)重點。采用常規(guī)的教學(xué)方法即可進(jìn)行授課。當(dāng)然，在涉及到牽引通過性計算和汽車越過臺階、壕溝能力的分析計算時，可以引入MSC ADAMS軟件從可視化動力學(xué)仿真的角度來讓學(xué)生驗證教材上相關(guān)理論的正確性。這樣，學(xué)生就會對教材上理論分析的結(jié)果有一個感性化認(rèn)識，這又反過來促進(jìn)了他們進(jìn)一步探求教材上理論分析的更深層理論假設(shè)出發(fā)點以及細(xì)究邏輯推理演繹過程的興趣。
在教學(xué)過程，可以采用案例研討、以小組為單位的課程設(shè)計作業(yè)、課程設(shè)計作業(yè)答辯等方式靈活進(jìn)行。由于本章內(nèi)容理論體系較復(fù)雜，故可以在期末的筆試中略微減小本章的權(quán)重，而將本章內(nèi)容的考核重點放在平時的課程作業(yè)答辯環(huán)節(jié)。
二、動力學(xué)仿真技術(shù)在汽車?yán)碚摻虒W(xué)過程中的應(yīng)用
以上分析了在傳統(tǒng)的理論教學(xué)過程中如何進(jìn)行教學(xué)改進(jìn)與優(yōu)化。在理論教學(xué)的同時，實驗教學(xué)不可或缺。實驗教學(xué)存在具體形象、生動有趣、學(xué)生認(rèn)知積極性高等優(yōu)點，這有助于夯實學(xué)生的理論認(rèn)知水平。
就目前各大學(xué)的平均實驗條件而言，汽車?yán)碚搶嶒灥膬?nèi)容一般集中在動力性、制動性和平順性這三大塊上[6]。由于操穩(wěn)性涉及綜合性能要求最高的整車系統(tǒng)，而燃油經(jīng)濟性要求各種復(fù)雜的實車行駛工況，所以實驗開設(shè)的難度比較大。同時，由于現(xiàn)在學(xué)生人數(shù)很多，實驗場地又相對有限，所以實驗教學(xué)方式也出現(xiàn)了局部與傳統(tǒng)課堂教學(xué)方式趨同的趨勢。具體而言，教師現(xiàn)場講解學(xué)生認(rèn)識了解的時間增加了，而學(xué)生親自動手做實驗的時間減少了。
為了在有限的實驗條件下使學(xué)生直觀形象地領(lǐng)會汽車動力性、經(jīng)濟性、制動性、操穩(wěn)性、平順性等經(jīng)典工程實例的理論精髓，需要把動力學(xué)仿真技術(shù)引入到實驗教學(xué)環(huán)節(jié)中來。這就要求學(xué)生先期掌握基本的仿真技術(shù)，同時也要求教師先期完成各類性能經(jīng)典工程實例的仿真平臺構(gòu)建與程序調(diào)試工作。
1.第一章。汽車的驅(qū)動動力學(xué)方程本質(zhì)上講是基于牛頓第二定律的線性微分方程，非常便于利用MATLAB/Simulink的基本編程功能來對行駛過程進(jìn)行模擬。只要將相應(yīng)的作用在汽車上的各類驅(qū)動力和行駛阻力進(jìn)行函數(shù)編譯形成計算子模塊后，再利用Simulink強大的可視化編程功能，非常便于學(xué)生直觀理解汽車的驅(qū)動力——行駛阻力平衡機理與方程式。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生通過軟件操作，即可驗證教材上的案例分析結(jié)果，從而形象直觀地加深他們對理論的理解深度，靈活掌握汽車動力性三大指標(biāo)的工程設(shè)計與評價意義。在完成仿真計算分析的過程中，在編譯作為仿真基本單元的各類驅(qū)動力與行駛阻力函數(shù)模塊時，學(xué)生可以進(jìn)一步復(fù)習(xí)各種力的計算方法，并深入領(lǐng)會各類驅(qū)動力和阻力的生成機理及物理含義。
2.第二章和第三章。本章的燃油經(jīng)濟性分析與混合動力汽車部分宜大規(guī)模采用仿真教學(xué)。教學(xué)過程中，建議以汽車的檔位設(shè)計與燃油經(jīng)濟性動力性的綜合優(yōu)化匹配設(shè)計為核心教學(xué)目標(biāo)，開展教學(xué)任務(wù)設(shè)計與執(zhí)行工作。教學(xué)軟件可以采用ADVISOR或AVL/Cruise。由于這些軟件能對模型和源代碼進(jìn)行開放式設(shè)計，具有優(yōu)秀的模塊化的展示與人機界面交互式仿真設(shè)計操作功能，再加之能與其他多種軟件進(jìn)行聯(lián)合仿真，仿真結(jié)果直觀可信度高，所以利用該軟件即可快速完成不同車型動力總成的傳動比等參數(shù)設(shè)計并直接在各類典型循環(huán)工況(NEDC、UDDS、1015、ECE-EUDC)下進(jìn)行快速仿真測試檢驗這些參數(shù)設(shè)計對燃油經(jīng)濟性和動力性的改善效果。
對于混合動力汽車部分，由于絕大部分學(xué)生之前沒有任何工程實踐經(jīng)驗，而教材的論述又過于理論化，所以在教學(xué)過程中可以利用上述軟件給學(xué)生講解車身、車輪、電機、傳動系、動力電池、發(fā)動機模型的基本仿真原理并引導(dǎo)學(xué)生按教材的內(nèi)容搭建串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式的動力性與經(jīng)濟性仿真模型。完成模型構(gòu)建后，可以再結(jié)合模型給學(xué)生講解不同構(gòu)型的模式切換過程及仿真方法，最后可通過布置仿真作業(yè)讓學(xué)生理解不同構(gòu)型的模式切換控制在動力性和燃油經(jīng)濟性方面有哪些具體的性能表現(xiàn)差異。
3.第四章和第五章。由于討論制動方向穩(wěn)定性與二自由度汽車操穩(wěn)動力學(xué)特性時都是建立的簡明易懂的常微分方程模型，所以它們的分析都可以利用MATLAB/Simulink的可視化編程與仿真功能來實現(xiàn)。由于在第一章的學(xué)習(xí)過程中學(xué)生已經(jīng)能針對系統(tǒng)受力編寫函數(shù)子模塊，加之動力學(xué)方程簡明易懂能直接用Statespace模塊表達(dá)，所以學(xué)生可課后自行完成上述性能的分析工作。基于汽車二自由度操穩(wěn)動力學(xué)模型的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)與瞬態(tài)響應(yīng)的仿真分析結(jié)果可直接和教材上的結(jié)果進(jìn)行對比，一來起到檢查模型正確性的作用，二來使學(xué)生能夠更扎實地領(lǐng)會操穩(wěn)性分析的理論基礎(chǔ)。對于ABS的仿真教學(xué)，由于其模型是非線性的，所以建模難度稍大，不過也沒有本質(zhì)區(qū)別。由于教材上提供了完整的動力學(xué)模型，故只要教會學(xué)生利用m文件編譯出ABS的非線性動力學(xué)模型并將其作為和Statespace子模塊具有相同功用的模塊嵌入Simulink仿真文件的動力學(xué)部分模擬部分即可。
對于更復(fù)雜的實車操穩(wěn)性試驗，如蛇形試驗、轉(zhuǎn)向盤角階躍輸入試驗、轉(zhuǎn)向盤角脈沖試驗、轉(zhuǎn)向回正性能試驗、轉(zhuǎn)向輕便性試驗、穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗6個國標(biāo)試驗，如利用MATLAB/Simulink軟件進(jìn)行建模仿真和結(jié)果分析，對來說本科生難度會比較大。故在此可將MSC/ADAMS或CarSim軟件引入仿真教學(xué)中。由于國標(biāo)中的參數(shù)是公開的，所以學(xué)生可以將國標(biāo)規(guī)定的車輛動力學(xué)與試驗路況關(guān)鍵參數(shù)直接輸入軟件相應(yīng)菜單欄進(jìn)行可視化仿真，并在仿真結(jié)束后采集數(shù)據(jù)分析時域和頻域的動力學(xué)響應(yīng)特性，繼而對操穩(wěn)性進(jìn)行評價。
4.第六章。本章仿真教學(xué)的意義在于使學(xué)生能將教材上的懸架振動動力學(xué)理論轉(zhuǎn)化為形象直觀的仿真模型來深化對懸架振動動力學(xué)的理解。由于懸架之間的本質(zhì)差異體現(xiàn)在剛度、阻尼等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計要求上，所以如果本章內(nèi)容直接進(jìn)行實驗教學(xué)，那么需要在實驗現(xiàn)場裝配各類不同剛度阻尼的懸架系統(tǒng)，以使學(xué)生能通過對不同參數(shù)懸架的一系列試驗結(jié)果來分析懸架參數(shù)對振動時頻響應(yīng)特性的影響靈敏度，并和教材上理論分析的結(jié)果進(jìn)行對比。顯而易見，這導(dǎo)致了實驗成本高、實驗耗時長等諸多問題。如果將實驗教學(xué)的大部分內(nèi)容改為由仿真來完成，那么顯而易見的好處是一來學(xué)生通過仿真建模深化了對懸架振動動力學(xué)理論的認(rèn)識;二來由于仿真時調(diào)整設(shè)置參數(shù)非常容易，那么相應(yīng)的教學(xué)耗時與教學(xué)成本均會大幅下降，而教學(xué)效果起碼和實驗教學(xué)相同。
由于教材中闡述的懸架動力學(xué)模型是線性的，所以學(xué)生根據(jù)前面學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，可以自己在MATLAB/Simulink中搭建1/4和1/2汽車的懸架振動動力學(xué)模型并進(jìn)行仿真，繼而獲取懸架關(guān)鍵部件的振動時域頻域響應(yīng)特性。由于仿真時所設(shè)置的剛度、阻尼等關(guān)鍵參數(shù)來自教材，那么將通過仿真得到的時域頻域響應(yīng)特性動力學(xué)特性與教材上給出的特性進(jìn)行對比，學(xué)生便能檢驗自己建模的正確性并找出建模中的問題所在，從而使學(xué)生更扎實地掌握授課內(nèi)容。
5.第七章。由于本章不是課程的教學(xué)重難點所在，且本章的難點輪-地動力學(xué)理論需要學(xué)生在研究生階段進(jìn)行系統(tǒng)深入掌握，所以在學(xué)時安排上建議以理論教學(xué)為主。如果學(xué)生對相應(yīng)的仿真內(nèi)容感興趣，可以參見我國各著名高校在月球車、裝甲車、坦克等高技術(shù)特種車輛領(lǐng)域的通過性仿真研究論文，從中學(xué)習(xí)通過性仿真建模的理論基礎(chǔ)、工具、參數(shù)設(shè)置方法等技術(shù)細(xì)節(jié)，為將來的工作和深造奠定基本的理論基礎(chǔ)。
三、改進(jìn)后的學(xué)時安排與考核方法
前面論述了傳統(tǒng)教學(xué)方法的改進(jìn)和仿真教學(xué)的實施重點。由于教學(xué)改進(jìn)的目的是貫徹扎實理論素養(yǎng)+工程實踐創(chuàng)新導(dǎo)向的卓越工程師培養(yǎng)方針，那么，相應(yīng)的學(xué)時安排和考核方法也必須進(jìn)行改進(jìn)，以確保教學(xué)過程的高效進(jìn)行和教學(xué)質(zhì)量的真實可信。
在學(xué)時安排上，對于前述傳統(tǒng)教學(xué)優(yōu)化的部分，由于只是圍繞重難點對授課內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)協(xié)調(diào)整合，所以這部分改進(jìn)不影響原有的學(xué)時安排計劃。對于仿真教學(xué)部分需要增加學(xué)時并進(jìn)行重新分配。需要注意的是，雖然后面提到的考核方式中增加了平時作業(yè)答辯和仿真論文作業(yè)答辯兩大環(huán)節(jié)，但是這兩個環(huán)節(jié)不占用學(xué)時，由教研組在實施過程中另選時間進(jìn)行。
改進(jìn)后的學(xué)時安排如表1所示。
在考核方法的改進(jìn)上，除了原有的出勤、平時教材作業(yè)、期末筆試考核外，需要增加教材作業(yè)答辯考核、仿真論文作業(yè)答辯考核這兩個環(huán)節(jié)。答辯考核屬于師生雙向互動教學(xué)相長的一個環(huán)節(jié)，它能有效防止學(xué)生相互抄襲，督促學(xué)生重視平時學(xué)習(xí)的過程，防止期末抱佛腳而導(dǎo)致的專業(yè)知識掌握不扎實等一系列目前教學(xué)中存在的問題，從而最大限度保證平時教學(xué)質(zhì)量與學(xué)生工程實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)質(zhì)量。
四、結(jié)語
探討了汽車?yán)碚搨鹘y(tǒng)教學(xué)方式的改進(jìn)與優(yōu)化思路，論述了將動力學(xué)仿真技術(shù)引入教學(xué)的可行性與執(zhí)行措施。為了落實這些教學(xué)改進(jìn)措施，繼而分析制定了相應(yīng)的學(xué)時安排要求與考核評價方法。下一步即可以此為基本綱要進(jìn)行教學(xué)改進(jìn)實踐探索，以不斷完善基本改進(jìn)綱要，最終形成一套能有效培養(yǎng)卓越工程師的汽車?yán)碚撜n程教學(xué)體系，并期望促進(jìn)課程的更深層次教學(xué)改革。
