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计算机仿真模拟技术在高校教学中的应用

摘 要 本文通过对我国经济和科技发展的社会需求分析, 阐述了计算机仿真模拟教学在高校教学中的重要作用,并 以机械、材料、医学以及汽车设计这四类学科为主,简要介 绍了计算机仿真模拟技术在学科教学中的应用,从而为其 他类学科在教学中应用计算机模拟技术提供参考和指导. 关键词 计算机 仿真模拟 高校教学 应用

Analysis of the Application of Computer Simulation Tech原 nology in College Teaching // Liang Shuang,Liu Zhixin,Sun Xuejiao,Ji Liangbo

Abstract According to the social needs analysis of China´s economic and technological development, the computer simulation teaching play an important role in the teaching of colleges and universities, and the paper briefly introduces applications of computer simulation technology mainly in the mechanical, material, medical and automotive design subject teaching, so as to provide reference and guidance for the application of computer simulation technology in other subjects.

Key words computer;simulation;college teaching;application

随着我国新一轮科技革命和产业变革的不断深入,随 着物联网、云计算、大数据、人工智能等新兴技术广泛应用 于社会经济的各个领域,社会对于人才的需求变得越来越 苛刻.一方面是大学生就业难,一方面是企业用工荒,作为 高校而言,如何使大学生掌握更多更先进的知识技术,如何 使高校毕业生能更快更好地与用人单位的需求接轨,这是 所有高校,尤其是应用技能型本科院校面临的严峻课题.计 算机仿真模拟技术的出现是由于当人们设计和构造复杂系 统时,不可避免地要付出高昂的时间、人力、物力等代价,甚 至于无法进行试验,这时就需要建立一个模型来进行各种 试验.随着计算机越来越普及,计算机功能也越来越强大, 计算机仿真模拟技术被广泛应用于社会各个领域,尤其是 在高校实践教学中[1].

1 计算机仿真模拟教学的作用

计算机仿真模拟技术已经被广泛应用于各高校的实践 教学环节中,是高校教学中不可或缺的组成部分,同时它也是各高校培养高素质人才和提升大学生实践创新能力的重 要环节.计算机仿真模拟技术在高校教育教学中的作用如

下:

第一,计算机仿真模拟教学是理论教学的重要补充.随 着高校综合改革的不断深入,实践创新能力的培养成为高 校教育的重中之重,作为培养实践创新能力最为重要的实 践教学环节的比重逐年增加.计算机仿真模拟教学是实践 教学的重要手段,是理论教学的重要补充.

第二,计算机仿真模拟教学可以节约教学资源、补齐教 学短板.在以往的实践教学过程中,高校往往都需要付出高 昂的价钱购买试验设备或是带领学生深入企业、公司进行 参观实习,耗费了大量的金钱、人力物力,效果却不尽如人 意.一方面设备更新换代比较快,另一方面高校仅仅能提供 参观实习,很少能提供顶岗实习的机会,学生无法真实地参 与到企业中来.计算机仿真模拟教学可以更好地节约教育 资源、补齐教学短板[2].

第三,计算机仿真模拟教学可以避免危险事故的发生. 高校的部分实践教学是有一定危险性的,比如机械加工、有 毒的化学实验、传染病实验、高压电实验等.通过计算机仿 真模拟教学既能使学生获得感性认识,同时避免危险事故

的发生.

高等教育的教学改革首先要在认识上淡化理论教学与 实践教学的区别,使二者有机地结合到一起.现如今,各种 生产加工仿真软件、工艺流程仿真软件、沙盘模拟仿真软 件、企业经营仿真软件等层出不穷,这一方面体现出计算机 仿真模拟教学旺盛的生命力,另一方面也预示着计算机仿 真模拟教学将会使传统教学模式发生根本性的变革.

2 计算机仿真模拟教学在各学科中的应用

2.1 计算机仿真模拟技术在机械加工实训中的应用 机械加工实训是学习工程材料类和机械制造基础等课 程必不可少的实践性技术基础课程.随着数控技术的不断 发展,数控机床逐步替代了传统机床,数控加工也逐步替代 了传统加工,所以在高校机械加工实训教学中,数控机床的 实践教学比重越来越大.但是,与传统机械加工方式教学相 比,数控机床的实践教学难度更大.首先,数控机床的造价较高,高校很难通过大量购买以满足教学;其次,数控机床 型号较多,更新换代较快,作为高校很难配齐所有型号,也 很难实现实时的更新换代;最后,数控机床为自动化运行, 作为初学者而言,往往因为对机械的不熟悉以及编程的错 误导致道具或机床的损坏,甚至危及人身安全.所以,为了 解决以上问题,计算机仿真模拟技术逐步开始应用在机械 加工实训中来.一般来说,计算机仿真模拟可以通过二维或 三维的表达方式实现数控机床界面操作以及加工运行的全 过程模拟,学生可以直观真实地看到数控机床的操作界面, 并进行毛坯定义、卡具定义、零件测量、程序的编制、输入及 调试等工作,程序运行后,学生可以通过二维或三维演示观 看到机械加工的全过程.通过计算机仿真模拟技术,高校可 以在节约成本和风险的同时更好、更全面地完成机械加工 实训教学工作.

2.2 计算机仿真模拟技术在医学教育中的应用

随着科学技术的不断发展,虚拟现实技术是利用计算 机技术生成听觉、视觉于一体的模拟环境,借助设备实现人 们与虚拟环境的交互,通过虚拟现实技术人们可以体验到 身临其境的感觉.我国 VR 技术发展较晚,20 世纪 90 年代 开始逐步进行医学领域的 VR 技术研究.VR 技术可以使学 生获得更直观、更感性的临床体验,通过 VR 技术可以极大 地提高学生的学习兴趣,充实理论基础.首先,在以往的教 学中由于经费和场地的限制,一些实验无法进行,通过虚拟 现实技术可以极大程度地节约教学资源;其次,部分医学实 验是有较大危险性的,如病毒细菌的培养、有毒化学品的实 验、一些传染病的实验等,通过虚拟现实技术可以极大程度 地降低教学风险;最后,通过虚拟现实技术的应用,可以把 某些不便观察、不常见的事物全方位地展现出来,拓展了学 生的视野.现阶段,虚拟现实技术发展迅速,但其软硬件技 术均不完善,不过随着该项技术的不断发展,这项新兴技术 必然会广泛应用于高教领域.

2.3 计算机仿真模拟技术在汽车设计中的应用 在汽车设计领域中计算机仿真模拟技术的核心思想是 有限元分析.CAD 和 Pro-E 等设计软件的应用只能使绘图 更加便捷,使汽车部件更加直观,但并不能使汽车设计的水 平有较大提高.通过计算机仿真模拟技术的逐渐引入,汽车 设计研发经费、研发周期、研发水平等方面都有了显著的提 高,并且通过计算机仿真模拟技术还可以解决一些传统方 式无法解决的实际问题.由于其可解决复制问题的强大功 能及准确性,被广泛应用于科研、教育等各个领域.CAE 作 为有限元分析软件其建模能力较弱,在使用过程中往往与 Pro-E 协同使用.该技术在欧美发达国家的汽车制造领域应 用比较广泛,例如美国通用公司某车型车顶的承载能力分 别采用实际测量和计算机仿真模拟分析,在局部误差较小 的情况下,计算机仿真模拟分析仅用了实际测量 1/6 的时 间,大大提高了效率,节约了人力、物力和时间.计算机仿真 模拟技术在国内汽车设计制造中应用还不是很广泛,设计 方案往往依靠经验数据支持,当发现动力不足、发动机过热、车辆局部承载力不够等问题再采取解决措施,而解决问 题时往往仍然是依靠经验.目前国内各大汽车生产厂家已 经开始引进国外先进的计算机仿真模拟技术,各大院校也 开始引进计算机仿真模拟软件进行科研及教学.虽然计算 机仿真模拟技术在汽车设计领域中的作用已经被广泛认 同,但是关于该技术的高校教育相对滞后,相关高校应该加 强 CAE 等软件的教育教学,培养适应企业需求,适应汽车设 计领域时展的复合型人才.

2.4 计算机仿真模拟技术在轧钢生产操作教学培训中的应 用

近年来,随着我国装备制造业的兴起,国家对材料行 业,特别是装备制造行业的人才需要越来越多,那么,对于 应用型本科大学材料专业的学生们而言,存在着下入工厂 企业实习时间不足,实练经验不够,实践机会很少的情况, 在这种情况下,计算机仿真模拟技术教学能很好的弥补这 些缺点.下面以轧钢生产操作教学为例,来阐述计算机仿真 模拟技术在其教学中的应用.

众所周知,轧钢生产过程是复杂且充满危险性的,在校 学生很少有机会和有时间去现场实习学习,而轧钢仿真模 拟实训系统的产生,能很好地帮助学生去更直观更直接地 了解和学习轧制过程.轧钢生产仿真实训系统是按照实际 企业工厂的生产线,采用计算机动画技术进行开发制作,从 而完成了整个轧制生产工艺的总流程:轧钢仿真模拟软件 系统中带有自动控制系统,它和真实的实际企业中的操控 系统完全一致,甚至还比现场中的操控系统更完善,学生们 可以通过这些操控系统来不断调整工艺参数,以便获得更 好的加工工艺.轧制仿真模拟系统中具有各种模型,如阀门 开度与流量的关系模型、压下量与板坯弹跳关系模型、板坯 温度分布模型等,都能使学生更好地去解决轧制过程中存 在的各种问题.同时,轧钢仿真模拟系统软件中还配套拥有 课件、教案、素材库以及分析评价体系等资源.拥有了这些 资源,能让学生更好更方便地掌握实际轧制过程.

3 结语

总之,在当下科技迅速发展的今天,随着社会对应用型 人才技能的要求越来越高,计算机仿真模拟技术势必会在 应用型高校教学中发挥巨大作用,同时也需要高校教师将 模拟教学和实践教学很好地结合起来,利用计算机仿真模 拟技术的所有资源,并发挥它的最大潜力,并能自主设计成 一套适合本学科教学的课程体系,让学生能够很好、很快地 掌握学科知识.

参考文献

[1] 赵志华,贾丽红,王平.独立学院应用型人才培养浅议[J].教育探索, 2010(12):72-75.

[2] 王艳珍,卢小平,刘瑞享.模拟实训教学法在礼仪教学中的应用[J]. 教育探索,2007(12):78-82.

编辑 李金枝

计算机仿真论文范文结:

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