计算机仿真技术在实验教学中的应用

2023-01-16

传统的实验教学是人们使用仪器、设备等, 通过人工控制和模拟自然现象, 使自然过程或生产过程以典型的形式表达出来, 来达到验证研究的目的。但由于实验场地、仪器、消耗品的需求较大, 加上有的实验, 学生的人身安全和设备安全得不到绝对的保证, 从而极大地影响了实验教学效果。随着计算机仿真技术在高校实验教学中的应用, 很好地解决了传统实验教学的弊端, 有效地提高了实验教学质量。

计算机仿真技术具有效率高、安全性好、不受环境条件和时间限制等优点[1]。它是利用现代信息技术模拟相对真实的实验现场环境, 利用软件的强大功能, 使许多原本操作复杂, 需要依靠昂贵的设备实现的实验, 轻而易举的实现了。因此, 高校应加快实验教学手段的更新步伐, 运用计算机仿真技术对现有的实验教学进行必要的改革。

在高等教育中, 传统的实验手段相对滞后, 实验课少, 实验设备短缺, 实验场地、仪器、消耗品数量巨大等。许多教学实验不能开放, 实验效果也不太理想。仿真实验教学是根据仿真理论, 运用计算机技术, 采用仿真方法, 根据教学特点, 通过建模开发辅助实验教学。可以实现各种操作过程仿真和时空仿真。它改变了传统的教与学教育模式, 使我们的教学方式发生了一场革命。由于仿真教学软件成本低廉, 教学效果好, 能充分发挥实验设备的效益, 从而在全国及各高校开始了实验教学。同时利用仿真软件对相关课程和内容进行仿真, 并结合实际操作、故障检测, 从而实现了学生发现和排除设备故障的能力。

计算机仿真技术结合不同学科和理论基础, 以计算机和相应的软件为工具, 通过虚拟测试的方法来分析和解决问题, 是一种综合的技术。它集计算机、网络技术、图像技术、多媒体技术、软件工程、信息处理于一体, 利用计算机强大的数据处理能力, 通过数学模型实现实际效果。并通过实际系统实验对系统进行了反馈, 得到了相关数据和结果, 验证了数学模型的正确性。

教学理论和实践表明:在具体的教学过程中, 各种教学手段都有其局限性, 只有将各种教学手段合理有效地结合起来, 能收到最好的教学效果, 计算机仿真系统作为一种先进的实验教学手段, 需要将它与其他理论教学环境和实验操作环境有机结合于一体[2]。

近年来, 随着多媒体的发展和计算机教学的普及, 为教学及其应用模拟创造了必要的硬件条件, 20世纪90年代后期, 出现了一些电路仿真软件。近年来一些信号处理和通信仿真软件进入校园。这种应用模式在高校的普及, 同时对教师的模拟教学提出了更高的要求。教师运用计算机仿真技术, 以多媒体教学为基础, 在应用多媒体工具制作课件的同时, 也可以借助计算机仿真技术, 打破传统教学在理论、公式上的抽象性, 为学生提供直观、形象的教学场景。友好的人机交互方式, 加强学生理论与实践的结合, 加深学生对理论知识的理解与掌握。

虽然计算机模拟技术在实验教学中的应用大大提高了大学生的实验成绩, 同时学生在实验过程中的体验也更加真实丰富, 节省了大量的实验设备和教学资源。但是它还没有完全取代具体的、真实的操作模拟。我们应该认识到, 我们使用虚拟现实技术来提高实验效果, 但这与实际的科学研究毕竟是不同的。科学家们在自己的试验中逐步发现探索这个未知的世界, 并不是只依靠虚拟现实技术进行的模拟测试。比如在电子模拟实验中, 学生最多只能重复现有的计算机的测试过程, 局限于预设的场景, 并在固定的操作过程中产生相应结果, 这种方法只能是辅助理解科学原理或技能训练, 帮助实验教学, 而不是发现、发明和创造的过程。因此, 计算机仿真技术的使用并不是完全意义上的实验, 只是在一定程度上模拟, 可以称为实验教学辅助形式。因此, 我们必须正确认识仿真技术, 同时必须及时、适度、合理地运用和合理开发等媒体手段, 结合实验教学, 结合实践操作, 发挥其最佳效果[3]。

计算机仿真技术在实验教学中的应用, 极大地调动了学生的学习积极性, 增强了学生学习的意愿, 使实践过程更方便。但是学生也需要通过思考, 使自己完成训练实验, 达到实验目标, 提高动手实践能力。采用计算机模拟技术进行实验教学, 不仅可以大大提高教学质量和教学效果, 而且可以节省培训费用, 操作方便。同时, 对于传统的教学模式、教学内容、教学方法、教学手段和课程结构, 都赋予了更深刻的意义。计算机仿真技术在实验教学中的应用前景广阔, 值得研究和广泛应用。

摘要：计算机仿真技术是利用计算机科学和仿真系统技术, 对实验模型进行动态模拟, 是一项综合性的技术。它应用于高校实验教学中, 大大降低了教学成本, 使教学资源得到了不断更新和优化, 改变了传统教育模式, 使教与学发生了革命性的变化。

关键词：计算机仿真技术,实验教学,应用