計算機仿真技術(shù)在實驗教學(xué)的運用

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摘要：計算機仿真技術(shù)是利用計算機科學(xué)和仿真系統(tǒng)技術(shù)，對實驗?zāi)Ｐ瓦M行動態(tài)模擬，是一項綜合性的技術(shù)。它應(yīng)用于高校實驗教學(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：計算機仿真技術(shù)；實驗教學(xué)；應(yīng)用

傳統(tǒng)的實驗教學(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出來，來達到驗證研究的目的。但由于實驗場地、儀器、消耗品的需求較大，加上有的實驗，學(xué)生的人身安全和設(shè)備安全得不到絕對的保證，從而極大地影響了實驗教學(xué)效果。隨著計算機仿真技術(shù)在高校實驗教學(xué)中的應(yīng)用，很好地解決了傳統(tǒng)實驗教學(xué)的弊端，有效地提高了實驗教學(xué)質(zhì)量。

計算機仿真技術(shù)具有效率高、安全性好、不受環(huán)境條件和時間限制等優(yōu)點[1]。它是利用現(xiàn)代信息技術(shù)模擬相對真實的實驗現(xiàn)場環(huán)境，利用軟件的強大功能，使許多原本操作復(fù)雜，需要依靠昂貴的設(shè)備實現(xiàn)的實驗，輕而易舉的實現(xiàn)了。因此，高校應(yīng)加快實驗教學(xué)手段的更新步伐，運用計算機仿真技術(shù)對現(xiàn)有的實驗教學(xué)進行必要的改革。在高等教育中，傳統(tǒng)的實驗手段相對滯后，實驗課少，實驗設(shè)備短缺，實驗場地、儀器、消耗品數(shù)量巨大等。許多教學(xué)實驗不能開放，實驗效果也不太理想。仿真實驗教學(xué)是根據(jù)仿真理論，運用計算機技術(shù)，采用仿真方法，根據(jù)教學(xué)特點，通過建模開發(fā)輔助實驗教學(xué)?？梢詫崿F(xiàn)各種操作過程仿真和時空仿真。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)揮實驗設(shè)備的效益，從而在全國及各高校開始了實驗教學(xué)。同時利用仿真軟件對相關(guān)課程和內(nèi)容進行仿真，并結(jié)合實際操作、故障檢測，從而實現(xiàn)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)和排除設(shè)備故障的能力。

計算機仿真技術(shù)結(jié)合不同學(xué)科和理論基礎(chǔ)，以計算機和相應(yīng)的軟件為工具，通過虛擬測試的方法來分析和解決問題，是一種綜合的技術(shù)。它集計算機、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，利用計算機強大的數(shù)據(jù)處理能力，通過數(shù)學(xué)模型實現(xiàn)實際效果。并通過實際系統(tǒng)實驗對系統(tǒng)進行了反饋，得到了相關(guān)數(shù)據(jù)和結(jié)果，驗證了數(shù)學(xué)模型的正確性。教學(xué)理論和實踐表明：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，計算機仿真系統(tǒng)作為一種先進的實驗教學(xué)手段，需要將它與其他理論教學(xué)環(huán)境和實驗操作環(huán)境有機結(jié)合于一體[2]。

近年來，隨著多媒體的發(fā)展和計算機教學(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90年代后期，出現(xiàn)了一些電路仿真軟件。近年來一些信號處理和通信仿真軟件進入校園。這種應(yīng)用模式在高校的普及，同時對教師的模擬教學(xué)提出了更高的要求。教師運用計算機仿真技術(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，也可以借助計算機仿真技術(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)場景。友好的人機交互方式，加強學(xué)生理論與實踐的結(jié)合，加深學(xué)生對理論知識的理解與掌握。雖然計算機模擬技術(shù)在實驗教學(xué)中的應(yīng)用大大提高了大學(xué)生的實驗成績，同時學(xué)生在實驗過程中的體驗也更加真實豐富，節(jié)省了大量的實驗設(shè)備和教學(xué)資源。但是它還沒有完全取代具體的、真實的操作模擬。我們應(yīng)該認識到，我們使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)來提高實驗效果，但這與實際的科學(xué)研究畢竟是不同的?？茖W(xué)家們在自己的試驗中逐步發(fā)現(xiàn)探索這個未知的世界，并不是只依靠虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行的模擬測試。比如在電子模擬實驗中，學(xué)生最多只能重復(fù)現(xiàn)有的計算機的測試過程，局限于預(yù)設(shè)的場景，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，幫助實驗教學(xué)，而不是發(fā)現(xiàn)、發(fā)明和創(chuàng)造的過程。因此，計算機仿真技術(shù)的使用并不是完全意義上的實驗，只是在一定程度上模擬，可以稱為實驗教學(xué)輔助形式。因此，我們必須正確認識仿真技術(shù)，同時必須及時、適度、合理地運用和合理開發(fā)等媒體手段，結(jié)合實驗教學(xué)，結(jié)合實踐操作，發(fā)揮其最佳效果[3]。

計算機仿真技術(shù)在實驗教學(xué)中的應(yīng)用，極大地調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，增強了學(xué)生學(xué)習(xí)的意愿，使實踐過程更方便。但是學(xué)生也需要通過思考，使自己完成訓(xùn)練實驗，達到實驗?zāi)繕?，提高動手實踐能力。采用計算機模擬技術(shù)進行實驗教學(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)費用，操作方便。同時，對于傳統(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。計算機仿真技術(shù)在實驗教學(xué)中的應(yīng)用前景廣闊，值得研究和廣泛應(yīng)用。

參考文獻

[1]郜金麗.計算機科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展趨勢分析[J].無線互聯(lián)科技,2018,(05):25.

[2]苑修錦等.計算機科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展與信息化的聯(lián)系[J].電子技術(shù)與軟件工程,2018,(06):08.

[3]張明.計算機仿真技術(shù)在實驗教學(xué)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代計算機,2015,(05):05.

作者:周曉敏 單位:西南民族大學(xué)