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摘要:計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)科學(xué)和仿真系統(tǒng)技術(shù),對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)P瓦M(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬,是一項(xiàng)綜合性的技術(shù)。它應(yīng)用于高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,大大降低了教學(xué)成本,使教學(xué)資源得到了不斷更新和優(yōu)化,改變了傳統(tǒng)教育模式,使教與學(xué)發(fā)生了革命性的變化。
關(guān)鍵詞:計(jì)算機(jī)仿真技術(shù);實(shí)驗(yàn)教學(xué);應(yīng)用
傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是人們使用儀器、設(shè)備等,通過人工控制和模擬自然現(xiàn)象,使自然過程或生產(chǎn)過程以典型的形式表達(dá)出來,來達(dá)到驗(yàn)證研究的目的。但由于實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地、儀器、消耗品的需求較大,加上有的實(shí)驗(yàn),學(xué)生的人身安全和設(shè)備安全得不到絕對(duì)的保證,從而極大地影響了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用,很好地解決了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的弊端,有效地提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。
計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)具有效率高、安全性好、不受環(huán)境條件和時(shí)間限制等優(yōu)點(diǎn)[1]。它是利用現(xiàn)代信息技術(shù)模擬相對(duì)真實(shí)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境,利用軟件的強(qiáng)大功能,使許多原本操作復(fù)雜,需要依靠昂貴的設(shè)備實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn),輕而易舉的實(shí)現(xiàn)了。因此,高校應(yīng)加快實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段的更新步伐,運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對(duì)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行必要的改革。在高等教育中,傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)手段相對(duì)滯后,實(shí)驗(yàn)課少,實(shí)驗(yàn)設(shè)備短缺,實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地、儀器、消耗品數(shù)量巨大等。許多教學(xué)實(shí)驗(yàn)不能開放,實(shí)驗(yàn)效果也不太理想。仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是根據(jù)仿真理論,運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù),采用仿真方法,根據(jù)教學(xué)特點(diǎn),通過建模開發(fā)輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)??梢詫?shí)現(xiàn)各種操作過程仿真和時(shí)空仿真。它改變了傳統(tǒng)的教與學(xué)教育模式,使我們的教學(xué)方式發(fā)生了一場(chǎng)革命。由于仿真教學(xué)軟件成本低廉,教學(xué)效果好,能充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)設(shè)備的效益,從而在全國(guó)及各高校開始了實(shí)驗(yàn)教學(xué)。同時(shí)利用仿真軟件對(duì)相關(guān)課程和內(nèi)容進(jìn)行仿真,并結(jié)合實(shí)際操作、故障檢測(cè),從而實(shí)現(xiàn)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)和排除設(shè)備故障的能力。
計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)結(jié)合不同學(xué)科和理論基礎(chǔ),以計(jì)算機(jī)和相應(yīng)的軟件為工具,通過虛擬測(cè)試的方法來分析和解決問題,是一種綜合的技術(shù)。它集計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、圖像技術(shù)、多媒體技術(shù)、軟件工程、信息處理于一體,利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力,通過數(shù)學(xué)模型實(shí)現(xiàn)實(shí)際效果。并通過實(shí)際系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了反饋,得到了相關(guān)數(shù)據(jù)和結(jié)果,驗(yàn)證了數(shù)學(xué)模型的正確性。教學(xué)理論和實(shí)踐表明:在具體的教學(xué)過程中,各種教學(xué)手段都有其局限性,只有將各種教學(xué)手段合理有效地結(jié)合起來,能收到最好的教學(xué)效果,計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)作為一種先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段,需要將它與其他理論教學(xué)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)操作環(huán)境有機(jī)結(jié)合于一體[2]。
近年來,隨著多媒體的發(fā)展和計(jì)算機(jī)教學(xué)的普及,為教學(xué)及其應(yīng)用模擬創(chuàng)造了必要的硬件條件,20世紀(jì)90年代后期,出現(xiàn)了一些電路仿真軟件。近年來一些信號(hào)處理和通信仿真軟件進(jìn)入校園。這種應(yīng)用模式在高校的普及,同時(shí)對(duì)教師的模擬教學(xué)提出了更高的要求。教師運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù),以多媒體教學(xué)為基礎(chǔ),在應(yīng)用多媒體工具制作課件的同時(shí),也可以借助計(jì)算機(jī)仿真技術(shù),打破傳統(tǒng)教學(xué)在理論、公式上的抽象性,為學(xué)生提供直觀、形象的教學(xué)場(chǎng)景。友好的人機(jī)交互方式,加強(qiáng)學(xué)生理論與實(shí)踐的結(jié)合,加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解與掌握。雖然計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用大大提高了大學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績(jī),同時(shí)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中的體驗(yàn)也更加真實(shí)豐富,節(jié)省了大量的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和教學(xué)資源。但是它還沒有完全取代具體的、真實(shí)的操作模擬。我們應(yīng)該認(rèn)識(shí)到,我們使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來提高實(shí)驗(yàn)效果,但這與實(shí)際的科學(xué)研究畢竟是不同的??茖W(xué)家們?cè)谧约旱脑囼?yàn)中逐步發(fā)現(xiàn)探索這個(gè)未知的世界,并不是只依靠虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行的模擬測(cè)試。比如在電子模擬實(shí)驗(yàn)中,學(xué)生最多只能重復(fù)現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)的測(cè)試過程,局限于預(yù)設(shè)的場(chǎng)景,并在固定的操作過程中產(chǎn)生相應(yīng)結(jié)果,這種方法只能是輔助理解科學(xué)原理或技能訓(xùn)練,幫助實(shí)驗(yàn)教學(xué),而不是發(fā)現(xiàn)、發(fā)明和創(chuàng)造的過程。因此,計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的使用并不是完全意義上的實(shí)驗(yàn),只是在一定程度上模擬,可以稱為實(shí)驗(yàn)教學(xué)輔助形式。因此,我們必須正確認(rèn)識(shí)仿真技術(shù),同時(shí)必須及時(shí)、適度、合理地運(yùn)用和合理開發(fā)等媒體手段,結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué),結(jié)合實(shí)踐操作,發(fā)揮其最佳效果[3]。
計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用,極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的意愿,使實(shí)踐過程更方便。但是學(xué)生也需要通過思考,使自己完成訓(xùn)練實(shí)驗(yàn),達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo),提高動(dòng)手實(shí)踐能力。采用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué),不僅可以大大提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果,而且可以節(jié)省培訓(xùn)費(fèi)用,操作方便。同時(shí),對(duì)于傳統(tǒng)的教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段和課程結(jié)構(gòu),都賦予了更深刻的意義。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用前景廣闊,值得研究和廣泛應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
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作者:周曉敏 單位:西南民族大學(xué)
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