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計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)范文第1篇

【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)仿真 模擬電子技術(shù) 考試系統(tǒng) 研發(fā)

一、“模擬電子技術(shù)”考試系統(tǒng)的基本特征

在實(shí)際的教學(xué)與考試過(guò)程當(dāng)中，采用教W與考試分離的模式不僅能對(duì)教學(xué)的質(zhì)量進(jìn)行客觀與公平的檢驗(yàn)，同時(shí)對(duì)教學(xué)質(zhì)量的提高也有著重要的推動(dòng)作用。而利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行考試則可以很好的實(shí)現(xiàn)教學(xué)與考試的分離，在現(xiàn)階段的各種考試當(dāng)中都有著廣泛的運(yùn)用，也受到了人們的熱烈歡迎。但是利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行考試，相應(yīng)的系統(tǒng)則是必不可少的。但是當(dāng)前階段的計(jì)算機(jī)考試系統(tǒng)存在著嚴(yán)重的不足，制約了計(jì)算機(jī)考試在大范圍內(nèi)的全面推廣。計(jì)算機(jī)考試系統(tǒng)的主要特征包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：第一，計(jì)算機(jī)考試系統(tǒng)內(nèi)部所有的試題都是靜態(tài)試題，其內(nèi)容和答案都是唯一的，這尚不能完全達(dá)到高水平考試的要求。第二，計(jì)算機(jī)考試系統(tǒng)內(nèi)部所包含的試題的數(shù)量明顯偏低，同時(shí)由于這種系統(tǒng)并不是一種開放性的系統(tǒng)，如果學(xué)生在平時(shí)的模擬考試或者練習(xí)過(guò)程當(dāng)中，將所有的題目都做完，而后再去參加考試，必然能獲得較高的分?jǐn)?shù)。因此，這種考試系統(tǒng)在運(yùn)用的過(guò)程當(dāng)中就失去了當(dāng)初的目的，成為單純?cè)u(píng)價(jià)教師工作與學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量的一種工具，失去了其“以考助學(xué)”的初衷。在許多領(lǐng)域的考試當(dāng)中，由于擔(dān)心學(xué)生做完所有的題目并強(qiáng)行記錄，計(jì)算機(jī)考試系統(tǒng)還不能完全對(duì)學(xué)生開放，從而限制了其應(yīng)用。

“模擬電子技術(shù)”在多個(gè)專業(yè)都是重要的基礎(chǔ)課程，“模擬電子技術(shù)”課程對(duì)學(xué)生的電路分析能力有著一定的要求，其中不僅涉及到大量的電路圖，同時(shí) 也需要對(duì)相關(guān)的電路圖進(jìn)行編輯與重現(xiàn)，這就使得這門課程的計(jì)算機(jī)考試系統(tǒng)的研發(fā)難度加大許多。在項(xiàng)目的研究過(guò)程中，筆者通過(guò)查閱相關(guān)資料等方式對(duì)“模擬電子技術(shù)”計(jì)算機(jī)考試系統(tǒng)的研發(fā)進(jìn)行了分析與研究，認(rèn)為“模擬電子技術(shù)”計(jì)算機(jī)考試系統(tǒng)應(yīng)該包含以下幾個(gè)方面的特征：第一，該系統(tǒng)應(yīng)該包含有電路圖編輯功能，學(xué)生可以在該系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)電路圖的編輯與重現(xiàn)。第二，應(yīng)該設(shè)計(jì)出動(dòng)態(tài)試題模塊，例如，在試題當(dāng)中，電路的連接方向、電壓、電流、電阻等都可以產(chǎn)生一定的變化，而并非是一成不變的。第三，系統(tǒng)內(nèi)含電路仿真模塊，運(yùn)行仿真模塊即可計(jì)算電路節(jié)點(diǎn)電位和支路電流，從而獲得不同參數(shù)條件下的試題標(biāo)準(zhǔn)答案，并實(shí)現(xiàn)考試自動(dòng)評(píng)分。對(duì)于一題多變的動(dòng)態(tài)類型題目，學(xué)生只有通過(guò)理解而非記憶的方式才能正確答題，因此，所開發(fā)的考試系統(tǒng)完全可以，且應(yīng)該開放給學(xué)生練習(xí)。實(shí)踐表明，“模擬電子技術(shù)”考試系統(tǒng)，極大地提高了學(xué)生練習(xí)的積極性，也提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)。

二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

“模擬電子技術(shù)”計(jì)算機(jī)考試系統(tǒng)主要包括題目開發(fā)模塊、試卷編輯模塊、考試模塊、題庫(kù)和試卷庫(kù)。題目開發(fā)模塊的主要功能是實(shí)現(xiàn)電路圖的編輯功能，有了這個(gè)功能之后，既可以增加試題庫(kù)當(dāng)中的試題數(shù)量，也能夠?qū)υ囶}庫(kù)當(dāng)中現(xiàn)有的試題進(jìn)行編輯與修改。試卷編輯功能的主要作用是組建新的試卷或者修改已經(jīng)存在的試卷?？荚嚹K用來(lái)從試卷庫(kù)選擇試卷、調(diào)出試題、重現(xiàn)試題、仿真電路和自動(dòng)評(píng)分，是考試系統(tǒng)的核心模塊。

在考試模塊當(dāng)中可以實(shí)現(xiàn)從試題庫(kù)選擇試題組成試卷并分析試卷中所包含的信息等。從原始信息提取電路拓?fù)鋽?shù)據(jù)、隨機(jī)參數(shù)代碼和題目文本。隨機(jī)參數(shù)代碼和隨機(jī)數(shù)種子送至隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，確定相關(guān)隨機(jī)參數(shù)；電路圖重繪單元利用電路拓?fù)鋽?shù)據(jù)和相關(guān)隨機(jī)參數(shù)，重新繪制電路；電路仿真單元對(duì)電路仿真，獲取電路的各節(jié)點(diǎn)電位和各支路電流；標(biāo)準(zhǔn)答案提取單元從仿真數(shù)據(jù)中提取出標(biāo)準(zhǔn)答案。題目文本在被從原始信息提取出來(lái)之后，可以由考試者輸入相關(guān)的答案，考試者所輸入的相關(guān)數(shù)據(jù)會(huì)被提取并送至答案比較單元，答案比較單元會(huì)將考試者所輸入的答案與標(biāo)準(zhǔn)答案進(jìn)行比較，最后完成相關(guān)的評(píng)分工作。

學(xué)生在進(jìn)行練習(xí)的過(guò)程當(dāng)中，系統(tǒng)時(shí)鐘會(huì)隨機(jī)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)題目的隨機(jī)數(shù)種子，這就使得題目不再是靜止不變的。而學(xué)生在參加考試的過(guò)程當(dāng)中，隨機(jī)數(shù)種子則是由教師指定的，這就使得每個(gè)學(xué)生的考試題目都是完全一樣的，從而使得考試是公平與公正的。

三、電路仿真

在“模擬電子技術(shù)”計(jì)算機(jī)考試系統(tǒng)當(dāng)中，由于題目是動(dòng)態(tài)變化的，電路圖的相關(guān)參數(shù)并不是一成不變的，而是會(huì)發(fā)生一定的變化，同時(shí)題目所對(duì)應(yīng)的答案也會(huì)發(fā)生一定的變化。電路仿真單元的研發(fā)可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)能夠自動(dòng)獲取標(biāo)準(zhǔn)答案與自動(dòng)評(píng)分功能。在電路仿真單元當(dāng)中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電路直流工作點(diǎn)的模擬，從而形成對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)答案。

電路直流工作點(diǎn)的仿真需要解電路方程組，由于電路方程組大部分都是一些非線性的元器件，從而使得方程的建立與解方程都較為困難。解決這一問(wèn)題的思路是用元器件的直流伴隨模型，將非線性元件進(jìn)行線性化，再建線性電路方程組和解電路方程組。通過(guò)反復(fù)迭代運(yùn)算，最后獲得電路方程組的數(shù)值解。

四、結(jié)語(yǔ)

基于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的模擬電子技術(shù)考試系統(tǒng)的研發(fā)對(duì)當(dāng)前高校關(guān)于模擬電子技術(shù)課程的教學(xué)與考試都有著重要的意義。由于模擬電子電路的虛擬性，通過(guò)該系統(tǒng)的使用能夠使得整個(gè)學(xué)習(xí)的過(guò)程更加的生動(dòng)，避免了當(dāng)前高校采用的“PPT+教科書”的教學(xué)模式。

參考文獻(xiàn)：

[1]張歡.海船船員輪機(jī)智能考試系統(tǒng)的研究與開發(fā)[D].大連海事大學(xué)，2010.

[2]江澤中.基于JSP技術(shù)的在線考試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].華中師范大學(xué)，2015.

[3]沐遠(yuǎn).成圈型賈卡經(jīng)編針織物計(jì)算機(jī)仿真研究[D].江南大學(xué)，2006.

[4]李煥哲.分布式計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)課程在線考試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].北京郵電大學(xué)，2007.

[5]周密.基于B/S結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)考試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].中南大學(xué)，2013.

[6]翁劍鳴.散裝化學(xué)品船液貨裝卸系統(tǒng)仿真軟件的研究[D].大連海事大學(xué)，2014.

[7]蘇軍朝.基于OGRE的鐵路集裝箱起重機(jī)仿真操作系統(tǒng)的研究[D].西南交通大學(xué)，2012.

[9]楊彬楠.基于的昆明冶金高等?？茖W(xué)校網(wǎng)絡(luò)考試系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].電子科技大學(xué)，2013.

計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)范文第2篇

SystemView通信仿真系統(tǒng)是針對(duì)現(xiàn)代電子通信科研和教學(xué)開放的一種專業(yè)的電子通信仿真系統(tǒng)，在實(shí)踐應(yīng)用中可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理、濾波器設(shè)計(jì)以及復(fù)雜的通信系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型建立等不同形式、不同層次的設(shè)計(jì)和仿真，在電子通信領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)角度來(lái)看，SystemView通信仿真系統(tǒng)是在Windows平臺(tái)基礎(chǔ)上形成的一種動(dòng)態(tài)仿真系統(tǒng)，在具象的實(shí)驗(yàn)應(yīng)用中能夠?qū)崿F(xiàn)可視化的動(dòng)態(tài)電子通信系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、分析和仿真。在當(dāng)前電子通信領(lǐng)域廣泛存在的模擬、數(shù)字、數(shù)?；旌?，在各種多速率系統(tǒng)中的應(yīng)用效果顯著，仿真活動(dòng)延續(xù)到各種線性、非線性控制系統(tǒng)領(lǐng)域，能夠進(jìn)行各種系統(tǒng)的時(shí)域與頻域分析、譜分析，以及對(duì)各種邏輯電路、射頻、模擬電路進(jìn)行理論分析和失真分析等，這廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理、通信系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真領(lǐng)域。

二、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的開展

1.軟硬件實(shí)驗(yàn)環(huán)境的建設(shè)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的開展是建立在對(duì)虛擬儀器技術(shù)和計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)的基礎(chǔ)之上的，所以虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在電子通信領(lǐng)域的應(yīng)用一定要從電子通信的角度出發(fā)，對(duì)相應(yīng)的虛擬儀器和計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)進(jìn)行研究，并在電子通信技術(shù)的基礎(chǔ)上以數(shù)據(jù)交換為主要手段實(shí)現(xiàn)二者的有機(jī)結(jié)合，提升虛擬仿真實(shí)驗(yàn)開展的水平和質(zhì)量。同時(shí)，針對(duì)電子通信領(lǐng)域所特有的一些現(xiàn)象和規(guī)律，借助計(jì)算機(jī)模擬仿真軟件進(jìn)行模擬仿真，將電子通信的技術(shù)和理論環(huán)境模擬做到極致，為電子通信技術(shù)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)營(yíng)造一個(gè)最大限度接近真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

2.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的合理選擇

計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)范文第3篇

【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī) 仿真技術(shù) 發(fā)展 應(yīng)用

1 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)簡(jiǎn)介

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)仿真成為可能，使用專門的軟件，借助多媒體技術(shù)可以給人身臨其境的感覺(jué)。仿真技術(shù)的發(fā)展，很大程度上得益于控制工程技術(shù)的發(fā)展，在控制工程中需要使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的應(yīng)用能夠加快產(chǎn)品開發(fā)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高工作效率，減少經(jīng)費(fèi)開支。

2 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)原理

通常情況下，計(jì)算機(jī)不能夠?qū)ν饨缧畔⑦M(jìn)行認(rèn)知，因此需要建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型來(lái)反映事物的本質(zhì)特點(diǎn)。

通過(guò)數(shù)學(xué)模型能夠清楚地反映出研究對(duì)象的特點(diǎn)，通過(guò)模型轉(zhuǎn)換，使用計(jì)算機(jī)算法等將數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)能夠處理的形式，也即建立仿真模型。仿真模型是計(jì)算機(jī)仿真的關(guān)鍵，再進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)之前設(shè)置好的模型進(jìn)行模擬，獲得仿真結(jié)果。對(duì)仿真實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)通常采用反向驗(yàn)證和置信通道法。

3 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)應(yīng)用

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，改變著傳統(tǒng)的生產(chǎn)生活方式。計(jì)算機(jī)仿真在交通工程、制造領(lǐng)域、教育領(lǐng)域等都得到了較好的應(yīng)用。

3.1 交通領(lǐng)域

人和車輛是交通的主要組成部分，要考慮安全的前提下，提高交通效果。交通安全仿真通過(guò)虛擬技術(shù)，增加各種誘發(fā)因素，進(jìn)而對(duì)某一路段的交通安全情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。

計(jì)算機(jī)仿真可以有效地對(duì)交通安全進(jìn)性評(píng)價(jià)。仿真過(guò)程能夠?qū)崿F(xiàn)可視化操作，能夠更加直觀地進(jìn)行分析，不同于傳統(tǒng)的數(shù)值仿真。比如，對(duì)某路段進(jìn)行交通安全評(píng)價(jià)時(shí)，傳統(tǒng)的絕對(duì)數(shù)和事故率方法可以進(jìn)行評(píng)價(jià)， 還可以在虛擬環(huán)境中設(shè)置不同的交通工具，考慮人的行為感知的情況下，進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3.2 制造領(lǐng)域

制造業(yè)是國(guó)家的第二產(chǎn)業(yè)，對(duì)各行各業(yè)影響深遠(yuǎn)，汽車制造是制造業(yè)的重要組成部分。實(shí)驗(yàn)課題難度大，成本高。計(jì)算機(jī)仿真可以很好地解決這個(gè)問(wèn)題，比如對(duì)碰撞試驗(yàn)來(lái)說(shuō)，通過(guò)建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，可以對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行模擬。

3.3 教育領(lǐng)域

使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬仿真分析已經(jīng)成為當(dāng)前重要的研究方法，在教學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)中，采用多媒體可以很好地提高教學(xué)水平。計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛟谙嚓P(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想和方法的指導(dǎo)下，改變傳統(tǒng)教與學(xué)、理論與實(shí)踐的關(guān)系，發(fā)揮研究人員的主動(dòng)性。計(jì)算機(jī)仿真模擬可以加深對(duì)相關(guān)理論的理解，提高實(shí)驗(yàn)水平。

3.4 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在其他領(lǐng)域的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)不僅僅在交通、制造、教育領(lǐng)域得到大量應(yīng)用，在軍事領(lǐng)域、消防、音樂(lè)等領(lǐng)域均有較廣泛的應(yīng)用。通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真，可以使用模擬駕駛器進(jìn)行模擬，從而降低戰(zhàn)機(jī)、戰(zhàn)車、燃油的損耗，在進(jìn)行軍事武器研發(fā)時(shí)，可以縮短研發(fā)周期，降低研發(fā)成本。計(jì)算機(jī)仿真在消防中的應(yīng)用，可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的溫度、空氣流動(dòng)速度、火荷載、逃生路線等進(jìn)行模擬，從而提高應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的能力，提高設(shè)計(jì)科學(xué)性。

4 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展方向和趨勢(shì)

4.1 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)發(fā)展方向

網(wǎng)絡(luò)化仿真。仿真系統(tǒng)開發(fā)兼容性不強(qiáng)、開始周期長(zhǎng)，費(fèi)用昂貴，難以實(shí)現(xiàn)信息共享，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)取得了較大水平的提高。利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，可以實(shí)現(xiàn)仿真系統(tǒng)共享。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)共享能夠提高資源的利用效率，避免不必要的重復(fù)開發(fā)，減少科研經(jīng)費(fèi)。

虛擬制造技術(shù)。虛擬制造技術(shù)發(fā)揮計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，使用計(jì)算機(jī)完成對(duì)產(chǎn)品的管理和控制，虛擬制造技術(shù)已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)發(fā)展的重要方向。

4.2 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和仿真技術(shù)的發(fā)展，仿真技術(shù)很好地解決了各學(xué)科發(fā)展中的問(wèn)題，很大程度上提高了工作效率，更加形象直觀地進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，節(jié)約了產(chǎn)品開發(fā)周期，降低了開發(fā)成本，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。計(jì)算機(jī)軟硬件性能得到了較大水平的提高，進(jìn)一步促進(jìn)了仿真技術(shù)的發(fā)展。仿真技術(shù)主要朝著面向?qū)ο蟮姆抡娼?、分布式仿真、智能仿真等方向發(fā)展。

4.2.1 面向?qū)ο蠓抡娼?/p>

發(fā)揮計(jì)算機(jī)的符號(hào)處理能力，可以提高人們對(duì)仿真對(duì)象的認(rèn)知速度，與傳統(tǒng)的人工建模有著較大的進(jìn)步。面向?qū)ο蟮姆抡娼＃梢宰畲蟪潭忍岣呦到y(tǒng)的建模能力。此外，面向?qū)ο蟮姆抡娼２僮麟y度小，更容易使用，可以發(fā)揮仿真技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。

4.2.2 分布式仿真

分布式仿真將不同分布位置的計(jì)算機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，形成時(shí)間空間相互禍合虛擬仿真環(huán)境。分布式仿真系統(tǒng)由幾個(gè)子模型組成。部分是仿真系統(tǒng)中，主要有動(dòng)態(tài)、靜態(tài)數(shù)據(jù)分割技術(shù)、功能分割技術(shù)等。

4.2.3 智能仿真

在仿真的不同階段引入知識(shí)表達(dá)和處理技術(shù)，可以縮短仿真建模時(shí)間，提高模型效率，幫助用戶做出最優(yōu)決策，及時(shí)修正模型，界面更加智能化，增加仿真系統(tǒng)的尋優(yōu)能力。

4.2.4 其他仿真

一些仿真可以實(shí)現(xiàn)高度的可視化，對(duì)仿真過(guò)程進(jìn)行形象展示，便于研究人員真實(shí)地對(duì)仿真過(guò)程進(jìn)行分析，易于理解。踴仿真能夠?qū)⒙曇?、視圖等元素加入其中，交互性更強(qiáng)。

5 結(jié)語(yǔ)

計(jì)算機(jī)仿真伴隨著其他學(xué)科的發(fā)展而快速發(fā)展，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)很好滴解決了其他學(xué)科的問(wèn)題。計(jì)算機(jī)仿真經(jīng)歷了從簡(jiǎn)單的原型到物理模型，再到今天的動(dòng)態(tài)顯示仿真過(guò)程，并可實(shí)現(xiàn)可視化操作。多媒體技術(shù)、人工智能、可視化等技術(shù)同仿真技術(shù)的結(jié)合，仿真技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用將更加廣泛。在不遠(yuǎn)的將來(lái)，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在生產(chǎn)生活中會(huì)發(fā)揮更大的作用，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]王莉.計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在自動(dòng)化物流系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2015（04）：51-52+55.

[2]周杰.檔案高仿真復(fù)制技術(shù)――檔案館應(yīng)用傳統(tǒng)手工復(fù)制和計(jì)算機(jī)高仿真技術(shù)的研究[J].檔案學(xué)研究，2013（05）：54-57.

[3]胡媛，吳正一，胡小峰，戴星.計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在優(yōu)化就醫(yī)序列中的應(yīng)用研究[J].中國(guó)醫(yī)院管理，2013（06）：33-35.

[4]李劍虹，涂贛峰，戚喜全，毛繼紅，呂定雄，馮乃祥.我國(guó)鋁電解槽計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的研究發(fā)展及現(xiàn)狀[J].材料與冶金學(xué)報(bào)，2010（03）：173-179.

[5]張祖鷹.淺談?dòng)?jì)算機(jī)仿真技術(shù)在教學(xué)實(shí)訓(xùn)中的應(yīng)用研究與實(shí)踐[J].商場(chǎng)現(xiàn)代化，2007（21）：387.

計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)范文第4篇

本文介紹了應(yīng)急疏散仿真技術(shù)提出的背景及其特點(diǎn)，闡述了所涉及到的疏散人員行為的研究、應(yīng)急疏散的計(jì)算機(jī)仿真研究等，并對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)以及未來(lái)的研究方向進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：應(yīng)急疏散；行為模式；計(jì)算機(jī)仿真

中圖分類號(hào)：C35文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

一、前言

火災(zāi)后室內(nèi)人員的安全疏散是建筑防火設(shè)計(jì)的重要組成部分。在目前的技術(shù)條件下安全管理部門只能通過(guò)應(yīng)急疏散演習(xí)來(lái)提高應(yīng)急疏散能力，并對(duì)應(yīng)急疏散設(shè)施進(jìn)行安全評(píng)估。但應(yīng)急疏散演習(xí)風(fēng)險(xiǎn)大、花費(fèi)高，本身具有一定的破壞性和安全隱患，同時(shí)當(dāng)前對(duì)應(yīng)急疏散設(shè)施的安全評(píng)估缺乏有效的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，人的行為受外界和心理諸多因素的影響，不可能把人置于真正事故現(xiàn)象的混亂之中。在這樣的背景下，有必要借助計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)來(lái)模擬群體行為與應(yīng)急疏散場(chǎng)景，借助計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)應(yīng)急疏散模擬演練，并利用模擬結(jié)果對(duì)應(yīng)急疏散指揮方案與應(yīng)急疏散設(shè)施進(jìn)行性能評(píng)估。在事前就找到建筑布局中疏散的瓶頸，疏散預(yù)案中的不足，從而對(duì)相應(yīng)的地方加以改進(jìn)。最終達(dá)到減少事故發(fā)生及事故損害的效果。

二、人的行為的探討

人員作為疏散的主體，對(duì)于疏散具有決定性的影響，因此在進(jìn)行人員疏散仿真研究時(shí)必須先要對(duì)疏散中的主體疏散人員進(jìn)行研究。一般來(lái)講，被疏散者在疏散過(guò)程中采取的行為與其所處的環(huán)境有復(fù)雜的關(guān)系。在疏散過(guò)程中，每個(gè)被疏散者都處于三種類型的相互作用之中，所有這些相互作用都涉及到復(fù)雜的決策。這些相互作用可以被分類如下：

人與人之間的相互作用：與其他被疏散者的作用。

人與建筑物的相互作用：與建筑物室內(nèi)結(jié)構(gòu)的作用。

人與環(huán)境的相互作用：與受火災(zāi)影響的大氣和可能出現(xiàn)的碎片的作用。

這些相互作用影響被疏散者的行動(dòng)，并且由此引發(fā)決策過(guò)程。根據(jù)這些相互作用發(fā)生的方式，這一過(guò)程可以變得越來(lái)越復(fù)雜。這些方式可以發(fā)生在三個(gè)不同的層次上：

心理學(xué)層次上：給定疏散者的特征和經(jīng)歷，基于可用的信息來(lái)做決定。在火災(zāi)威脅下的這一類型的相互作用可能會(huì)引起被疏散者遠(yuǎn)離火焰或者是響應(yīng)疏散的號(hào)召。

社會(huì)學(xué)層次上：建立在一個(gè)被疏散者與其他被疏散者之間的相互作用之上的反應(yīng)。在火災(zāi)中，這種類型的相互作用可能會(huì)引起被疏散者鼓動(dòng)救援或者向其他被疏散者發(fā)出警告。

生理學(xué)層次上的：對(duì)所處環(huán)境做出的生理反應(yīng)會(huì)以某種方式影響居住者的能力。在火災(zāi)中，這種相互作用可能會(huì)引起致幻煙霧的陶醉或者呼吸和感覺(jué)器官對(duì)刺激性氣體的不適應(yīng)。

根據(jù)上述觀點(diǎn)，從組織行為學(xué)，把緊急疏散中人的行為模式分為個(gè)體行為模式、群體行為模式和決策者行為模式。

1 個(gè)體的行為模式

疏散過(guò)程中單個(gè)人員的行為主要體現(xiàn)在單個(gè)人員的移動(dòng)行為上，包括移動(dòng)方向上的前，后，左，右的移動(dòng)表現(xiàn)。這種行為是疏散人員能夠進(jìn)行的最簡(jiǎn)單，最直接，最基本的行為。在疏散過(guò)程中采取什么樣的基本行為可以是隨機(jī)的，也可以按照一定的規(guī)則選取。另外，通過(guò)心理學(xué)的研究總結(jié)發(fā)現(xiàn)，個(gè)體人員行為一般有下面行為：

（1）隨機(jī)行走。當(dāng)然人員在一個(gè)疏散空間里面，而疏散空間沒(méi)有出口的話，那么里面的人員將隨機(jī)采取這種層次的行為。

（2）人員避碰?？紤]到人員的避碰行為就可以在疏散過(guò)程中使得人員和人員不會(huì)相互碰撞，人員也不會(huì)跑入障礙物當(dāng)中去。

（3）目標(biāo)。當(dāng)一個(gè)疏散人員確定了自己的目標(biāo)點(diǎn)以后，他就會(huì)調(diào)整運(yùn)動(dòng)方向和速度朝著目標(biāo)點(diǎn)行動(dòng)，即使在疏散過(guò)程中運(yùn)動(dòng)方向有些小的調(diào)整，但還是會(huì)再一次調(diào)整朝著出口方向前進(jìn)。

2群體的行為模式

群體行為在緊急疏散中的行為是一個(gè)極其復(fù)雜的現(xiàn)象，人在緊急疏散中的各種心理和行為可以考慮以下幾種因素：

（a）群集性。人群是因?yàn)橛泄餐P(guān)心的問(wèn)題而聚集在一起，該團(tuán)體是偶然的、臨時(shí)產(chǎn)生的，是一個(gè)沒(méi)有任務(wù)分擔(dān)的團(tuán)體，易于受周圍人的感情所影響。

（b）交互性。由于某種原困，人們匯集到一起，這些匯集起來(lái)的人群的心理又起到相乘的作用。

（c）跟隨性。不是自己來(lái)判斷逃生的方向，而是跟在前面的人或是大多數(shù)人的后面，胡亂跟隨。

（d）沖突性。疏散過(guò)程中成員之間容易發(fā)生沖突。

3決策者行為模式

決策者根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的情況，將會(huì)對(duì)疏散采取指導(dǎo)性措施?，F(xiàn)場(chǎng)情況主要有：是否有沖突；沖突的大小；各出口的人流量等。采取的措施通常有：派出引導(dǎo)員，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)的疏導(dǎo)；通過(guò)大屏幕，向觀眾發(fā)出疏散信息；派出安全員，現(xiàn)場(chǎng)處理沖突等等。

綜上所述，疏散人群的行為是一個(gè)極其復(fù)雜的物理過(guò)程。在整個(gè)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，其動(dòng)態(tài)要受許多因素的直接或間接的影響。而群體中個(gè)體間的相互作用，甚至人的心理狀態(tài)也都是影響運(yùn)動(dòng)過(guò)程的重要因素。為了從大量的觀測(cè)數(shù)據(jù)中得到其背后的規(guī)律，指導(dǎo)實(shí)踐，需要以計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)作為主要的研究手段。通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真，可以將在現(xiàn)實(shí)中難于實(shí)行的實(shí)驗(yàn)放到計(jì)算機(jī)生成的虛擬空間中去進(jìn)行，而不受試驗(yàn)場(chǎng)景、規(guī)模和經(jīng)費(fèi)的限制，也不存在事故發(fā)生的可能。另外，由于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展，在建立仿真模型時(shí)并不需要對(duì)人群的行為建立方程，所需要的只是一些觀測(cè)所得的行為特征和數(shù)據(jù)。這樣，就繞開了對(duì)疏散人群行為數(shù)學(xué)建模的這一難題。由此可見，對(duì)火災(zāi)應(yīng)急疏散的研究，采用計(jì)算機(jī)仿真(或稱為疏散仿真)，是其最重要的研究手段。

三、應(yīng)急疏散仿真的研究現(xiàn)狀

應(yīng)急疏散仿真作為對(duì)人群疏散研究的一個(gè)重要的組成部分，其發(fā)展與疏散研究的發(fā)展密不可分。只有將其納入疏散研究這一學(xué)科中闡述，才能理解其發(fā)展的歷程和最新的進(jìn)展。

人群疏散的仿真研究始于20多年前，這個(gè)領(lǐng)域的研究?jī)?nèi)容主要有三大部分：第一，對(duì)行人、人群以及疏散的觀察和試驗(yàn)。主要目的是得到具體的數(shù)據(jù)以給建筑設(shè)計(jì)、疏散方案的指定提供參考；第二，對(duì)人群行為的數(shù)學(xué)模型的建立。這方面的研究主要是將人群假想為流體，用流體力學(xué)和熱力學(xué)的公式建立人群運(yùn)動(dòng)的模型；第三，對(duì)人群行為和疏散過(guò)程的計(jì)算機(jī)仿真，這方面的研究由于計(jì)算機(jī)的普及，在最近逐漸成為這個(gè)領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。

目前的應(yīng)急疏散仿真模型可分成兩類，一類是以元胞自動(dòng)機(jī)模型(Cellular Automata Model)為代表的離散仿真模型，另一類是以社會(huì)力量模型(Social Force Model)為代表的連續(xù)仿真模型。

元胞自動(dòng)機(jī)是由大量簡(jiǎn)單一致的個(gè)體通過(guò)局部聯(lián)系組成的離散、分散及空間可擴(kuò)展系統(tǒng)。其基本思想是將建筑物平面進(jìn)行均勻網(wǎng)格劃分，每個(gè)網(wǎng)格有三種狀態(tài)：被墻壁或障礙物占據(jù)、被人員占據(jù)或?yàn)榭?。模型中的人員占據(jù)一個(gè)網(wǎng)格(元胞)，同時(shí)模型中人員的運(yùn)動(dòng)將遵循一定的局部規(guī)則并具有一定的智能性。

社會(huì)力量模型是一種多粒子自驅(qū)動(dòng)的連續(xù)模型，人員被表示成具有一定質(zhì)量和大小的自驅(qū)動(dòng)的粒子。所謂的社會(huì)力是指人員之間或人員與環(huán)境之間的社會(huì)心理交互或物理接觸。每個(gè)人員都試圖以一定的期望速度運(yùn)動(dòng)，而人員的實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度最終由一個(gè)牛頓力學(xué)方程組所決定。類似于社會(huì)力量模型的心理學(xué)模型還被應(yīng)用于計(jì)算機(jī)群體動(dòng)畫的應(yīng)用中。

離散仿真模型省去了建立群體行為微分方程組這一過(guò)程，在仿真速度上得到提高。但是離散仿真模型在對(duì)群體行為的模擬真實(shí)程度上，不如以社會(huì)力量模型為代表的連續(xù)仿真模型。連續(xù)仿真模型的缺點(diǎn)是計(jì)算成本較大。但是筆者認(rèn)為，計(jì)算成本的降低和速度的提高并不是應(yīng)急疏散仿真研究的重點(diǎn)，仿真結(jié)果是否真實(shí)反映了客觀現(xiàn)實(shí)是這一研究的關(guān)鍵，因?yàn)檫@是涉及到公共安全的一項(xiàng)研究。

總體上講，現(xiàn)有研究主要側(cè)重于群體行為的物理模型，一種研究趨勢(shì)是將心理變量引入到群體行為物理模型中，但缺乏對(duì)群體行為控制模型的研究?？紤]到應(yīng)急疏散演習(xí)風(fēng)險(xiǎn)高、花費(fèi)大，有必要開發(fā)應(yīng)急疏散演練平臺(tái)，這就需要研究群體交互控制技術(shù)，如用戶化身技術(shù)在應(yīng)急疏散仿真中的應(yīng)用。同時(shí)，需要將這些技術(shù)成果真正用于公共設(shè)施應(yīng)急疏散性能評(píng)估和應(yīng)急疏散指揮中。

四、應(yīng)急疏散仿真的發(fā)展趨勢(shì)

從國(guó)際范圍內(nèi)人員疏散計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)的研究現(xiàn)狀來(lái)看，主要存在以下問(wèn)題：

A.因?yàn)槿说男袨榫哂泻艽蟮碾S機(jī)性，在同樣條件下的重復(fù)演習(xí)很難得到一致的結(jié)果，所以至今還缺乏全面可靠的疏散演習(xí)數(shù)據(jù)以驗(yàn)證模型(沒(méi)有一套所謂的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù))；

B.在人員疏散模擬中考慮和利用災(zāi)害動(dòng)態(tài)模擬的詳細(xì)結(jié)果(災(zāi)害發(fā)展和人員疏散實(shí)際上是同時(shí)進(jìn)行的兩個(gè)交互過(guò)程，而目前絕大多數(shù)疏散模型在模擬過(guò)程中沒(méi)有考慮火災(zāi)發(fā)展和煙氣蔓延的動(dòng)態(tài)影響)；

C.綜合離散型模型和連續(xù)型模型的優(yōu)點(diǎn)，加強(qiáng)復(fù)雜行為的模擬功能(如疏散過(guò)程中的自動(dòng)休息)。

從目前國(guó)外人員疏散計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)的研究發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，復(fù)雜行為的模擬是當(dāng)前人員疏散計(jì)算機(jī)模擬研究的一個(gè)熱點(diǎn)，另外如何在人員疏散模擬中充分考慮火災(zāi)發(fā)生發(fā)展和煙氣蔓延的動(dòng)態(tài)影響也是研究人員十分關(guān)注的問(wèn)題。

就國(guó)內(nèi)目前的情況而言，在中國(guó)人群心理行為特點(diǎn)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的匾乏，嚴(yán)重制約了人員疏散計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。所以國(guó)內(nèi)目前應(yīng)主要側(cè)重于(1)疏散模型的研究改進(jìn)及專業(yè)軟件開發(fā)和完善 (2)中國(guó)典型人群行為特點(diǎn)的匯總分析，而且后者要比前者任務(wù)更艱巨。

盡管迄今為止，所有人員疏散模型和軟件都有這樣或那樣的缺陷，但人員疏散計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)的意義和應(yīng)用前景正以越來(lái)越快的速度顯現(xiàn)出來(lái)，只要我們能夠充分認(rèn)識(shí)和理解各種模型的特點(diǎn)，根據(jù)不同的場(chǎng)合和要求選擇合適的模型，我們就一定能夠最大限度地發(fā)揮人員疏散模擬技術(shù)應(yīng)有的作用，并在不斷應(yīng)用的過(guò)程中檢驗(yàn)和改進(jìn)各種模型，促進(jìn)人員疏散模擬技術(shù)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 溫麗敏,陳全,陳寶智. 火災(zāi)中群聚疏散的設(shè)計(jì)方法及計(jì)算機(jī)仿真.東北大學(xué)學(xué)報(bào),19.NO.15，1998

[2] 楊立中，李健，趙道亮，方偉峰，范維登.基于個(gè)體行為的人員疏散微觀離散模烈.中國(guó)科學(xué)，2004，E34(11):1264―1270

[3] Gabriel S，Benigno E A． A critical review of emergency evacuation simulation models［A］． NIST Workshop on Building Occupant Movement during Fire Emergencies［C］． Gaithersburg，MD，2004: 25 － 50．

[4] 呂春杉，翁文國(guó)，楊銳，等． 基于運(yùn)動(dòng)模式和元胞自動(dòng)機(jī)的火災(zāi)環(huán)境下人員疏散模型［J］． 清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2007，47(12):2 163 － 2 167．

計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)范文第5篇

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)；大學(xué)物理；模擬仿真；理論教學(xué)

一、前言

在大學(xué)物理課堂教學(xué)中，計(jì)算機(jī)可以快速完成常規(guī)的計(jì)算并仿真模擬物理過(guò)程，強(qiáng)化教學(xué)效果，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、科學(xué)思維能力、探索發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新精神等能起到積極的作用[1]。

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是一門基于計(jì)算機(jī)建立的系統(tǒng)模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)研究的綜合性技術(shù)。20世紀(jì)初，仿真技術(shù)就已得到初步應(yīng)用。20世紀(jì)40年代至50年代，航空航天和原子能技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。20世紀(jì)60年代之后計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，為仿真實(shí)驗(yàn)提供了先進(jìn)的平臺(tái)，加速了仿真技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用[2][3]。

隨著仿真技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)應(yīng)運(yùn)而生。20世紀(jì)90年代初，國(guó)內(nèi)部分高校和機(jī)構(gòu)開始著手于計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)的研發(fā)。其中由科大奧瑞首創(chuàng)開發(fā)的計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件大學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn)，是國(guó)內(nèi)最具權(quán)威的大學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，已在國(guó)內(nèi)外多所高校獲得應(yīng)用。仿真物理實(shí)驗(yàn)作為計(jì) 算機(jī)輔助物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一個(gè)發(fā)展方向，已經(jīng)成為了大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的一個(gè)新亮點(diǎn)。

二、仿真教學(xué)的研究

大學(xué)物理的理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)同等重要。對(duì)于計(jì)算機(jī)專業(yè)的大學(xué)物理課程而言，仿真教學(xué)既可以成為教學(xué)內(nèi)容也可以作為一種教學(xué)手段。仿真教學(xué)是利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，實(shí)現(xiàn)大學(xué)物理課程知識(shí)和計(jì)算機(jī)專業(yè)能力并重培養(yǎng)的過(guò)程。這樣，仿真教學(xué)拓寬了大學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容，把以教授知識(shí)為主的課堂教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)榻淌谥R(shí)和能力培養(yǎng)并重的課堂教學(xué)。

筆者結(jié)合近兩年在安徽信息工程學(xué)院（原安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院）計(jì)算機(jī)專業(yè)的大學(xué)物理教學(xué)實(shí)踐，總結(jié)其中存在的以下問(wèn)題，也是促使課堂進(jìn)一步實(shí)行仿真教學(xué)的原因。

（1）學(xué)生理科基礎(chǔ)薄弱。在工科專業(yè)中，計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)相對(duì)較差，尤其是對(duì)數(shù)學(xué)、物理等理科基礎(chǔ)知識(shí)的掌握。仿真教學(xué)基于軟件平臺(tái)，其中核心的算法需要一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。而算法需要的基礎(chǔ)知識(shí)是應(yīng)用層面的，比純粹的理論知識(shí)更容易接受，這也符合“通過(guò)做數(shù)學(xué)來(lái)學(xué)數(shù)學(xué)”的思想。因此，仿真教學(xué)反過(guò)來(lái)還可以鞏固和增強(qiáng)理科基礎(chǔ)知識(shí)的理解和應(yīng)用。

（2）學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和學(xué)習(xí)興趣。大學(xué)物理作為高校理工科專業(yè)基礎(chǔ)課程，其重要性可見一斑。學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)課程的認(rèn)識(shí)不足，直接導(dǎo)致學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)降低。仿真教學(xué)作為一種教學(xué)手段，既體現(xiàn)了大學(xué)物理的實(shí)用性，也加強(qiáng)了計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)踐，能有效發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，增強(qiáng)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和提高學(xué)習(xí)興趣。教學(xué)內(nèi)容、方法和考核方式也會(huì)影響學(xué)生學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī)和興趣。

（3）教學(xué)內(nèi)容陳舊。大學(xué)物理的基本內(nèi)容是幾十年甚至幾百年前就建立起來(lái)的，課本中研究的更是簡(jiǎn)化了的、能用解析方法求解的典型問(wèn)題。而實(shí)際問(wèn)題是復(fù)雜的，且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類對(duì)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)也會(huì)發(fā)生改變。仿真教學(xué)具有交互性，可以開拓教學(xué)內(nèi)容。因?yàn)槲锢矸抡鎸?duì)象來(lái)源于實(shí)際，需要學(xué)生去生活中尋找和探究對(duì)應(yīng)應(yīng)用，然后結(jié)合大學(xué)物理理論知識(shí)進(jìn)行模擬仿真，達(dá)到深化教學(xué)內(nèi)容的目的。由于仿真需要一定計(jì)算機(jī)專業(yè)知識(shí)，這樣仿真教學(xué)也側(cè)面增強(qiáng)了專業(yè)知識(shí)的運(yùn)用。

（4）教學(xué)方法傳統(tǒng)、考核評(píng)價(jià)方式單一。在教學(xué)中，筆者所在學(xué)校的大學(xué)物理依舊采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法，即教師的單方面講授。即便采用了多媒體輔助教學(xué)手段，也僅僅停留在展示物理模型或過(guò)程的階段。一方面是由于大班教學(xué)的限制；另一方面，由于課時(shí)數(shù)量的縮減，使得講授成為一種高效傳授知識(shí)的方式。但這種教學(xué)方法效果不理想，課堂上普遍出現(xiàn)學(xué)生睡覺(jué)和玩手機(jī)的現(xiàn)象。針對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生采取的課堂仿真教學(xué)，需要學(xué)生及時(shí)參與，結(jié)合一定的專業(yè)基礎(chǔ)理解和應(yīng)用物理知識(shí)。仿真教學(xué)要求教師布置電子作業(yè)，需要學(xué)生投入更多課后時(shí)間去實(shí)踐，且由于作業(yè)加強(qiáng)了與專業(yè)課程知識(shí)的聯(lián)系，這樣就簡(jiǎn)化了作業(yè)的操作性，但提高了作業(yè)的挑戰(zhàn)性、趣味性和創(chuàng)造性。

由于實(shí)際物理問(wèn)題的復(fù)雜性，許多問(wèn)題都要用到精確的數(shù)學(xué)計(jì)算。仿真教學(xué)充分利用了計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大功能，豐富計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的內(nèi)涵，使計(jì)算機(jī)不僅是教師的輔助教學(xué)工具，也是學(xué)生W習(xí)的工具和內(nèi)容。筆者在課堂仿真教學(xué)上還參考了美國(guó)大學(xué)的多種教學(xué)方法。因?yàn)檎n堂教學(xué)不是一言堂，而是多言堂；不是單向灌輸，而是雙向甚至多向互動(dòng)；不是單調(diào)、乏味的，而是生動(dòng)、活潑，充滿生機(jī)活力的[4][5][6]。

三、仿真教學(xué)的改進(jìn)措施

傳統(tǒng)大學(xué)物理的考核方式比較單一，針對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)施的仿真教學(xué)，筆者在考核方式上也進(jìn)行了一系列改革。

傳統(tǒng)的大學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核評(píng)價(jià)形式均存在一定問(wèn)題，對(duì)于計(jì)算機(jī)這種工科專業(yè)，學(xué)生會(huì)很難從大學(xué)物理這門基礎(chǔ)課程中受益，那么大學(xué)物理打基礎(chǔ)、搭橋梁的重要功能也就得不到體現(xiàn)。因此必須通過(guò)教學(xué)改革來(lái)改善這種局面，結(jié)合計(jì)算機(jī)專業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行的大學(xué)物理課堂仿真教學(xué)是一種有效嘗試。

1.仿真教學(xué)軟件

仿真教學(xué)基于軟件，以下是在大學(xué)物理課堂仿真教學(xué)中使用到的軟件。

（1）Flash。Flash是由Macromedia公司推出的交互式矢量圖和Web 動(dòng)畫的標(biāo)準(zhǔn)，廣泛應(yīng)用于創(chuàng)建應(yīng)用程序，可以包含視頻、聲音、圖形和動(dòng)畫。課堂教學(xué)中可使用Flash來(lái)創(chuàng)建多媒體課件中的動(dòng)畫、視頻內(nèi)容，也可以通過(guò)添加圖片、聲音、視頻和特殊效果，單獨(dú)構(gòu)建Flash應(yīng)用程序。在仿真教學(xué)中，F(xiàn)lash可以用來(lái)制作精美的動(dòng)畫，添加到課件中，可形象模擬物理現(xiàn)象和過(guò)程[7]。

（2）Java。Java是一種面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言，具有通用性、高效性、平臺(tái)移植性和安全性等特點(diǎn)。目前，很多國(guó)家和機(jī)構(gòu)都建立了基于Java技術(shù)的仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。如美國(guó)俄勒岡大學(xué)物理系主辦的物理仿真實(shí)驗(yàn)網(wǎng)站和科羅拉多大學(xué)波德分校（University of Colorado Boulder）創(chuàng)辦的PhET網(wǎng)站，網(wǎng)站中的仿真項(xiàng)目均是基于Java語(yǔ)言編寫的。國(guó)內(nèi)的華中科技大學(xué)李元杰教授組織構(gòu)建的DTP（digital teaching of physics）也是基于Java語(yǔ)言的（如圖1所示）。

相對(duì)于Flash，Java_發(fā)更具交互性。對(duì)于計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生，Java更是一門需要學(xué)習(xí)和運(yùn)用的語(yǔ)言。

（3）MATLAB。MATLAB是MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。MATLAB的處理單元是矩陣，比用C、FORTRAN等語(yǔ)言完成相同的事情更簡(jiǎn)便。Simulink提供了一個(gè)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無(wú)需編寫大量程序，只需通過(guò)簡(jiǎn)單的鼠標(biāo)操作，即可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。比如在演示振動(dòng)和波動(dòng)的疊加時(shí)，用Simulink演示就比較直接方便。

Flash可以制作出精美的動(dòng)畫，而MATLAB也有多種方式實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫效果[8]。因此，在仿真教學(xué)中，MATLAB不僅可以進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，也可以進(jìn)行可視化模擬仿真（如圖2所示）。

（4）VRML。VRML即虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言，可用于建立動(dòng)態(tài)的虛擬世界。目前，國(guó)內(nèi)有高校成功開發(fā)了基于VRML技術(shù)的三維仿真實(shí)驗(yàn)中心。比如，華中科技大學(xué)開發(fā)的液壓元件裝拆實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以在仿真的環(huán)境中認(rèn)識(shí)和操作各零部件。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為第二代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要基礎(chǔ)，已經(jīng)引起越來(lái)越廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。比如，當(dāng)前火熱的VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）和AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)），對(duì)于計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生，接觸并了解這類技術(shù)對(duì)專業(yè)學(xué)習(xí)是有益處的。

以上是大學(xué)物理仿真教學(xué)中可以運(yùn)用和接觸了解的軟件，其他專業(yè)學(xué)科類的仿真軟件暫未涉及。

2.仿真教學(xué)內(nèi)容

大學(xué)物理理論教學(xué)內(nèi)容較多，但教學(xué)課時(shí)是有限的（筆者所在學(xué)院一學(xué)年安排96課時(shí)）。作為專業(yè)基礎(chǔ)課，大學(xué)物理還必須為后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)，因此仿真教學(xué)內(nèi)容必須是精簡(jiǎn)的、與專業(yè)緊密相關(guān)的內(nèi)容。

物理研究的對(duì)象是物質(zhì)（包括能量和場(chǎng)），因此仿真教學(xué)的內(nèi)容也是客觀的物質(zhì)。物理中關(guān)于物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的規(guī)律是經(jīng)過(guò)抽象概括的，主要通過(guò)模型來(lái)描述。物理模型可以分為心理模型和概念模型。心理模型是學(xué)生腦海中建立的關(guān)于物理現(xiàn)象認(rèn)識(shí)的模型，而概念模型是建立在物理概念之上的模型。學(xué)生的學(xué)習(xí)就是不斷克服和打破心理模型，接受概念模型的過(guò)程。而大學(xué)物理仿真教學(xué)的主要內(nèi)容就是基本物理概念模型的仿真。

在仿真教學(xué)中，筆者把物理模型分為：運(yùn)動(dòng)類、能量類、振動(dòng)類、波動(dòng)類、熱學(xué)類、電磁場(chǎng)類和光學(xué)類等。根據(jù)仿真教學(xué)要求編制的教學(xué)大綱包含了具體的仿真教學(xué)模型和實(shí)現(xiàn)方式。

3.仿真教學(xué)實(shí)施

課堂仿真教學(xué)的實(shí)施，需要學(xué)生和教師雙方的參與。教學(xué)中，教師和學(xué)生均會(huì)面臨一些新的困難和挑戰(zhàn)，包括假設(shè)生成、模型設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)解釋以及對(duì)發(fā)現(xiàn)過(guò)程的自我監(jiān)控等。因此，仿真教學(xué)需要建立有效的反饋機(jī)制，包括仿真教學(xué)在內(nèi)容選擇以及過(guò)程設(shè)計(jì)上應(yīng)該針對(duì)學(xué)習(xí)者的困難提供相應(yīng)的學(xué)習(xí)支持，只有這樣才能真正發(fā)揮計(jì)算機(jī)模擬在學(xué)習(xí)中的優(yōu)勢(shì)。

仿真教學(xué)的教學(xué)效果還需要建立評(píng)價(jià)機(jī)制，包括學(xué)生對(duì)教師的評(píng)價(jià)和教師對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)。課程評(píng)價(jià)“本質(zhì)上是一個(gè)確定課程與教學(xué)計(jì)劃實(shí)際達(dá)到教育目標(biāo)的程度的過(guò)程”，是貫穿于課程實(shí)施全程并推進(jìn)課程進(jìn)展的內(nèi)在動(dòng)力， 也是連接課程目標(biāo)與課程實(shí)施的橋梁。教師應(yīng)根據(jù)教學(xué)評(píng)價(jià)結(jié)果，及時(shí)反復(fù)修改教學(xué)大綱，達(dá)到教學(xué)目的。

4.教學(xué)評(píng)價(jià)

教學(xué)的中心是學(xué)生，因此需要學(xué)生參與到教學(xué)評(píng)價(jià)中來(lái)。從學(xué)生角度，學(xué)生需要知道自己是否達(dá)到了學(xué)習(xí)的要求以及是否需要改進(jìn)學(xué)習(xí)方法。因此需要教師對(duì)教學(xué)中學(xué)生學(xué)習(xí)情況進(jìn)行評(píng)估，除了學(xué)校教務(wù)系統(tǒng)必須完成的學(xué)生對(duì)教師的評(píng)測(cè)以及平時(shí)的面談等形式外，還可以通過(guò)以下形式完成對(duì)仿真教學(xué)的評(píng)估。

（1）調(diào)查形式。調(diào)查是一種直接有效的檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果的形式。包括：物理期望調(diào)查，對(duì)物理科學(xué)的認(rèn)識(shí)信心的調(diào)查，科學(xué)觀點(diǎn)的調(diào)查以及其他內(nèi)容調(diào)查。

（2）反饋形式。首先是組長(zhǎng)收集組內(nèi)成員（大約十名）對(duì)教師的測(cè)評(píng)表（結(jié)合由筆者制訂的教學(xué)目標(biāo)），經(jīng)過(guò)整理分析后，交給學(xué)習(xí)委員；其次是學(xué)習(xí)委員結(jié)合組長(zhǎng)平時(shí)的表現(xiàn)，給組長(zhǎng)收集的信息打可信度系數(shù)；最后把有系數(shù)的測(cè)評(píng)表交到筆者手里，完成學(xué)期反饋評(píng)估。

（3）作業(yè)形式。作業(yè)包括紙質(zhì)作業(yè)和電子作業(yè)，且安排了分組。紙質(zhì)作業(yè)主要是對(duì)課本習(xí)題的思考，對(duì)于有一定難度的習(xí)題，要求學(xué)生寫上自己對(duì)課堂仿真的思考、疑問(wèn)或者對(duì)老師上課的意見等。電子作業(yè)是要求組內(nèi)完成課堂上某個(gè)仿真程序的編寫和運(yùn)行，其中均包含對(duì)仿真教學(xué)的反饋。

（4）報(bào)告形式。在每一學(xué)期教學(xué)中，安排PPT報(bào)告。根據(jù)課堂上的仿真教學(xué)，結(jié)合課本未講述的內(nèi)容制作PPT并進(jìn)行報(bào)告。報(bào)告要求分工合作， 其中包含對(duì)課堂仿真教學(xué)和教師的評(píng)價(jià)。

根據(jù)以上教學(xué)評(píng)估結(jié)果，對(duì)學(xué)生和教師學(xué)期表現(xiàn)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

筆者針對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)理科基礎(chǔ)薄弱、物理學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和興趣的缺乏、教學(xué)和考核方式單一、教學(xué)內(nèi)容陳舊、理論與實(shí)踐脫節(jié)等問(wèn)題，在大學(xué)物理課堂教學(xué)實(shí)施了仿真教學(xué)，同時(shí)改革了教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和評(píng)價(jià)機(jī)制等。教學(xué)實(shí)踐表明，仿真教學(xué)精簡(jiǎn)了大學(xué)物理理論知識(shí)內(nèi)容，減輕了學(xué)生學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)；增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，參與課堂教學(xué)；加強(qiáng)了與專業(yè)的關(guān)聯(lián)性， 提高了學(xué)生的專業(yè)實(shí)踐能力。此教學(xué)研究將大學(xué)物理理論知識(shí)與計(jì)算機(jī)專業(yè)應(yīng)相結(jié)合，強(qiáng)調(diào)了學(xué)科的實(shí)用性，推進(jìn)應(yīng)用型本科高校的改革。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳能芝.計(jì)算機(jī)模擬輔助大學(xué)物理教學(xué)的研究[D].武漢：華中師范大學(xué)，2007.

[2]候彥慶.計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)[J].信息通信，2016（2）：181-182.

[3]王子才.仿真技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用[J].中國(guó)工程科學(xué)，2003（2）：40-44.

[4]陳文彥，王栓宏.體驗(yàn)美國(guó)大學(xué)的教學(xué)模式[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2013（5）：94-96.

[5]江 捷.美國(guó)大學(xué)多樣化教學(xué)方法的分析與啟示[J].教學(xué)研究，2012，35（2）：20-22.

[6]張曉玲.基于FLASH技術(shù)的大學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn)的研究[D].武漢：華中師范大學(xué)，2007.