计算机仿真在实验教学中的应用
仿真实验是利用计算机创建一个可视化的实验操作环境, 其中的每一个可
视化仿真物体代表一种实验仪器或设备,通过操作这些虚拟的实验仪器或设备, 即可进行各种实验,达到与真实实验相一致的教学要求和目的, 它是虚拟仿真技术、计算机技术和专业理论知识多方面结合的结晶。实验是教学过程中的一个重要环节, 很多学校都把实验教学和实验室建设放在首要位置上,然而, 由于受到经费、 场地和设备等的限制, 实验教学并不能达到预期的效果。 一些耗资大的实验许多学校不能开设, 学生只能通过课堂上老师的讲述对实验仪器及实验操作进行想象, 缺乏实际操作经验。另外随着现在学生数量的增多, 许多实验受到教室和课时的限制,在规定的时间内学生无法真正完成实验, 造成实验课走过场的现象。当今快速发展的计算机技术为这一要求提供了途径，仿真实验将实验室搬上了计算机, 学生通过操作鼠标和键盘能够了解实验仪器、 实验原理、 实验内容, 进行实验操作, 观察实验现象, 收集数据,分析数据,得出结论等,其实验效果等值于甚至优于在真实环境中所取得的效果。下面从几个方面浅谈计算机仿真在实验教学中的应用。
一、计算机仿真在PLC教学中的应用
可编程控制器是自动化技术、计算机技术和通讯技术相结合的产物，具有高性能、低成本，高工业抗干扰性等优点。长期以来，可编程控制器始终在工业自动化控制领域起到重要作用，为各种各样的自动化控制设备提供非常可靠的控制应用。实现PLC仿真具有重要的现实意义。而作为一门关键的实验课，对学校PLC教学而言，学时和实践场地有限，如何更好地达到教学目的，满足学生的求知欲望，提供更多机会实践和提高编程能力？本文除了分析目前PLC实验教学的不足，提出了以虚拟PLC代替真实的硬件、以虚拟被控对象代替实物装置进行实验的思想，阐述了如何利用计算机仿真技术，进行PLC仿真，开发出一套针对三菱FX2n系列的PLC仿真软件，并为PLC实验提供开放式实验平台，这些将很好地解决上述问题。在实验应用方面，PLC仿真系统有着硬件PLC不可比拟的优越性，适应开放式数控系统的发展趋势。电梯是高层建筑不可缺少的运输工具,用于垂直运送乘客和货物,传统的电梯控制系统采用继电器———接触器进行控制,产生了触点多、故障率高、可靠性差、维修工作量大等的缺点,而采用
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PLC组成的控制系统可以很好地解决上述问题,使电梯运行更加安全、方便、舒适。因此,在高等院校、高职学院、中职学校电专业中普遍开设的“可编程控制器原理及应用”这门课程中,电梯的PLC控制是一个重要的应用举例。为了让学生了解电梯控制的控制流程,验证学生所编制的PLC程序的正确性,需要通过实验进行教学。但由于受到体积、价格等诸多客观条件的限制,很难在实验室配置较全面的各种电梯模型,而利用计算机仿真软件来完成实验虚拟对象,并通过PLC与计算机的通信,来观察PLC控制的实验效果是一种全新的实验手段,实验内容不受实验室仪器设备、实验材料的限制,既可以很方便地更新、增加实验内容,又解决了实验经费的不足问题,有效地提高了PLC的电梯控制教学效果。
二、计算机仿真在电子商教学中的应用
随着网络经济的发展,各个院校相继开设了电子商务专业。但普遍存在重理论而轻实践的现象,不利于电子商务人才的培养。将仿真技术应用在电子商务教学中，可以组建电子商务仿真实验室,将计算机类的课程与商务类的课程有机结合起来,注重培养学生的动手能力。电子商务作为一个新兴领域,各个院校在电子商务专业建设中,培养目标和课程体系不是完全统一，因此侧重点是不同的。普遍存在的问题是重理论而轻实践的现象非常严重,不利于电子商务人才地培养。原因很简单，就是实践的电子商务平台很难搭建，应用仿真技术可以解决这一问题。利用计算机技术、网络技术等现代信息技术从事商务活动,突出学生的动手能力,培养融IT与商务于一身的高素质复合型人才。
电子商务引起人们的普遍关注，细说起来也不过是最近几年的事情。电子商务网络仿真实验室可以提供一个真实的环境,在这个环境中,学生可以模拟电子商务的各种活动。因此,电子商务网络仿真实验室具有可操作性、仿真性及适应性强的特点。可操作性,是指电子商务网络仿真实验室中的计算机所需软件;仿真性,是指学生在电子商网络实验室的计算机上安装了相关软件后,能够模拟IT 环境,进行各种电子商务活动等;适应性强,是指电子商务网络仿真实验室能够成为与电子商务相关的多门课程的实习实训基地。在电子商务网络仿真实验室,学生可以学习基本的电子商务网站的建设流程。
利用仿真技术可以构建电子商务仿真实验室，通用的通信网络硬件实验平台《计算机网络》或《计算机网络与通信》是计算机专业的必修专业课程。它的实验主要是从以下几个方面进行设计的:网络技术做实验:它包括网络布线与制作,
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计算机操作系统的安装与配置,局域网的设计与实现,广域网的设计与实现。其目的主要是让学生了解常用网络的设备的连接、安装与配置。通过设计、连线和配置,完成网络数据通信实验。计算机网络原理的模拟与仿真:计算机网络模型,有许多协议支持实现,每种协议实现都有些算法。原理的模拟与仿真就是解决其中的一些算法实验,这种实验通常用软件加以实现,但同时也需一些硬件配合完成。其目的主要是使学生通过实验对算法应用理解更深刻。如:数据链路层的连续ARQ,网络安全中的加密算法等。网页虚拟实现交互指导实验:有些网络设备费用很高,也没有必要全部实做,设计一些虚拟网页,通过网络的操作达到实验的目的。如:网络的测试仪的使用,高端网络设备的使用和配置等。
在教学应用中，通过仿真技术不但可以节约教学成本，而且能取得良好的教学效果。计算机软硬件技术的飞速发展，带动了计算机仿真技术的发展，使得计算机仿真方法有了更广阔的应用空间，其中对复杂的工业生产过程的仿真就是一个重要方面。面向计算机仿真方法学的几个主要发展趋势是定性仿真方法、面向对象仿真方法、分布式交互仿真方法和人机和谐仿真环境等。
电子商务网络仿真实验室建成之后,还需要对相关课程进行实习实训教材的编写、实习实训习题集的编写,以及实习实训教学计划的制定。可以更好的辅助教师管理实验，体现实验效果，仿真实验室提供了实验教学平台，用于实时监控学生实验情况，并且对实验进行评分，评估实验效果
三、计算机仿真在电子电路教学中的应用
实验是电力、电子技术课程教学中不可缺少的重要环节，多年来传统的实验方法在为帮助学生学习理论知识、培养学生实验技 能方面发挥了重要作用。近年来，随着计算机技术的飞速发展，仿真作为一种新兴的实验技术迅速崛起，电 路实验技术正面临着一场深刻的实验手段的变革，目前， 己有越来越多的高校开展了电路仿真实验的开发和设计，不断创新实验教学工作己成为该课程建设的一大紧迫任务，也是现代实验教学技术发展的必然趋势。
在传统电路实验项目设计中，由于受实验时间、测量仪器、电路元件等条件的限制，基本以验证性基础实验为主，学生只会在有限的时间内对己设计好的实验内容进 行测量，而对电路的设计思想、元件参数的选择、实验结果的分析等不求甚解，除了熟悉仪器的使用外，其它实验目的不能得到充分体现，并容易产
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生厌倦、轻视的 心理，而仿真实验所具有的高效率、高精度、无损耗和灵活、真实的模拟效果等特点可以为学生提供一个大胆尝试、积极创新的实验环境，学生可以根据所学知识进 行设计性实验和综合性实验，满足不同层次学生的需要，鼓励学生的探索意识和创新思维，同时将仿真实验作为一种现代先进的实验技术引入课堂，增强其新颖性和 时代感，提高学生对电路实验的兴趣，开阔学生的视野，而且也会为将来学生的就业添加一块重量级的砝码。
随着高校电气、电子技术专业的发展，电子课程设计、大学生电子竞赛等综合性实践活动对学生的设计能力提出了更高的要求，如果仍按传统的实验方法，将 设计完成的电路图连接成实物后使用各种仪器进行测量，首先制作电路板的过程是一个既耗时、费力又损失材料的工作，况且制作完成后的验证结果如果有错，又先 得花相当的时间弄清是设计有误还是制作有误，随着现代电子技术的高速发展，设计的电路越来越复杂，规模也越来越大，传统的验证方法己经完全不行了，在这种 情况下，离开EDA技术几乎无法完成现代电子线路设计任务，仿真实验可以克服传统实验的这些缺点，使用仿真软件根据需求测试设计的电路是否合乎要求，然后 予以必要的调整，直到仿真结果顺利通过检测后才进入实物制作阶段。这种方式可以事先排除大部分设计阶段所造成的损失，使设计者可以更直接地将精力集中在设 计层面上，大大缩短了整体设计周期，让学生尽早掌握这一先进技术，适应现代社会对电子设计的要求，才能在高速发展和竞争日益激烈的电子工业中面临各种挑战 并得以生存和发展。
四、结论
由以上几个例子中我们可以看到，计算机仿真软件确实是一个优秀的模拟实验平台，利用它可以方便、快捷地完成许多实验和测试，在实 验教学中，我们可以采用实际实验与仿真实验相结合、相对比的方式，使二者的长处都得到充分应用。对于学生而言，计算机仿真既可培养学生的实验技能，又提高了计算机的应用能力，更重要的是让学生从中学会使用一个计算机仿真技术的方法，让他们在仿真中多试验有一个更加清晰的认识。
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