虚拟实验中协同实验模式的研究
第11卷第4期
2009年8月北京邮电大学学报(社会科学版)Journal of BUPT (Social Sciences Editi on )Vol 111,No 14Aug 12009
收稿日期:2009208210
作者简介:叶小英(1986—),女,安徽安庆人,北京邮电大学网络教育学院教育技术研究生。
虚拟实验中协同实验模式的研究
叶小英,刘洪沛,文福安
(北京邮电大学网络教育学院,北京 100088)
摘 要:网络虚拟实验作为网络教学的一种重要手段,对提高学生的动手能力有着显著的作用,被认为是极有发展和应用前景的网络教学策略之一。文章介绍了网络虚拟实验中协同实验模式的基本概念、理论基础及其特点分析,同时探讨了协同实验模式的学习环境设计,在此基础上,进一步探讨了协同实验的教学模式。
关键词:虚拟实验;CSC L;协同实验
中图分类号:G402057 文献标识码:A 文章编号:100827729(2009)20420080205
一、引 言
在网络教育和远程教育中,受时间、空间、成本等多方面的限制,如何高效地开展实验教学是困扰教育管理者的一大难题。虚拟实验的出现,为解决这一难题提供了一种有效途径[1]。许多国内外学者和学校通过虚拟实验来解决这个问题,做出许多有益的尝试。国外比较著名的有,2004年美国巴尔的摩的约翰霍普金斯大学教育资源中心发起的基于java 技术的虚拟物理实验室项目,学生通过调节参数来观察各种实验现象与实验结果
[2]。德国Ruhr 大学开发的vclab 实验室,该学习系统是一个较为成
功的有关控制工程的实例[3]。新加坡国立大学电子工程系开发的用于工程教育的虚拟实验室,使用者通过网络操作真实的实验设备,但是一次只能允许一个使用者操作实验
[4]。国内的虚拟实验系统的研究起步较晚,但是发展较快,比较著名的有,中国科技大学开发了大学物理仿真实验平台,内容包含了基本物理的测量、基本实验仪器的使用,综合性实验、设计性实验等。广播电视大学开发了物理虚拟实验平台,该软件通过计算机把实验设备、教学内容、教师指导和学生的操作有机地融合为一体,形成了一部活的、可操作的物理实验教科书。北京师范大学现代教育技术研究所研制的基于虚拟空间的三维电子线路实验环境的Evlab 系统,通过EV lab 系统,学生可以掌握电子线路实验中常见的仪器操作方法[5]。北京邮电大学的虚拟实验教学系统,使得自由搭建任意合理的实验模型提供了可能,能满足
教师对各层次实验教学的需求[6]。
通过调查分析,目前国内外在数字化实验教学的研究和应用方面虽然已经取得了一些成果,但是师生之间和生生之间交互性较差,主要还集中在理论探讨、系统的设计与开发、虚拟实验网络教学平台的开发[7],且多采用的是单机版的虚拟实验软件,学员独自进行实验,在实验过程中很少会有交流,交互性比较差,但科学实验常常是一种协作性的活动,与同伴合作是实验过程中一个至关重要的环节,通过虚拟协同实验模式,分布在各地的学员就能够共同完成一项实验,并在实验的过程中使用多种交流手段相互探讨,协同地对虚拟实验中的各种虚拟仪器进行操作。这样,在网络实验过程中也营造出了多人传统实验室的气氛,使得网上学员能够互相交流和学习,克服网络教育中师生和生生时空分离带来的学生之间的陌生感和学习气氛的贫乏等问题。综上所述,虚拟实验中的协同实验模式的研究十分必要。
叶小英等:虚拟实验中协同实验模式的研究
二、虚拟实验中协同实验模式
11协同实验模式的概述
协同实验模式是计算机协作学习理论与网络虚拟实验系统两者相结合的产物。计算机支持的协作学习(Computer Supported Collaborative Learning,简称CSCL)是在计算机支持的协同工作(Computer Sup2 ported Collaborative Work,简称CSC W)和协作学习相融合的基础上发展起来的。它是利用计算机技术建立协作学习的环境,使教师与学生、学生与学生在讨论、协作与交流的基础上进行的一种协作学习方式,是传统合作学习的延伸和发展[7]。虚拟实验是指借助于计算机、网络、多媒体、仿真和虚拟现实等技术营造可辅助、部分替代甚至全部替代传统实验各操作环节的实验教学环境。实验者可以像在真实的环境中一样完成各种实验项目,由于信息获取更快捷,操作更自由,协同更方便,其实验效果可以等价于甚至优于在真实环境中所取得的效果[8]。笔者认为虚拟实验中的协同实验是指应用虚拟现实技术与多媒体技术,在计算机上提供三维立体近似真实的虚拟实验环境,实验员们通过上网加入同一个实验组协同做一个实验,并在实验的过程中使用多种交流手段相互探讨,所有人的所有操作都实时地被显示在其他组员的屏幕上,每个实验员还可以对同组人员的操作做实时的评价和修改,满足CSCL 所要求的W hat You See IsW hat I See(W YSI W I S)功能。
21协同实验模式的特点
传统实验方式的教学作用比较单一,存在着许多不足之处,例如:学校的实验条件有限,不可能完成教学计划所规定的所有实验,目前多采用的是单机版的虚拟实验软件来辅助教学,学员独自进行实验,在实验过程中很少会有交流。在已有的虚拟实验室系统中,较成熟的系统多运行于单机环境下,如SP I CE和Electr onics workbench等。基于网络运行环境的虚拟实验室系统是近几年开始流行,而且现有的系统几乎都是只利用网络资源,将虚拟实验室搬到I nternet上,在I nternet进行实验演示,人机交互很少。2004年湘潭师范学院数学与计算机科学系彭晖教授等设计出同步协同电路虚拟实验室的基本框架和功能,并分析了基于W eb的同步虚拟实验室工作特点,指出协同实验方式可以使多个学生一起协作完成同一个实验,所有人的操作都实时地被显示在其他组员的屏幕上,并且每个学生都可以对同组人的操作做出指导和修改[9]。上述虚拟实验研究都表明虚拟协同实验有着独特的优势。
虚拟实验中的协同实验方式与单机版的个人实验相比,其优势主要表现如下:
第一,增强协作沟通意识
在虚拟实验的协作实验中,实验者为了达到共同的实验要求和目标,必须强化自身的合作精神,提高自己的人际交往能力和沟通能力。
第二,启发独立思考判断的能力
在协同实验中,实验组员之间以一些自身因素参与影响实验及实验进度,实验组员会以自己的逻辑展开实验思路,这样一来,组员们之间就必须协调好组成员之间的观点,在这一协调过程中实验者个人能够获得新的观点或技能。因此,实验组员之间将会学习到而且必须学会聆听他人的观点并进行评价,这些都是建立在实验者自己独立思考的基础上,所以,协同实验模式可提高实验者的独立思考和批判思维的能力。
第三,培养竞争意识
虚拟实验中的协同实验不仅强调组员之间在实验中的相互协作与交流,同时,实验组员之间彼此为了顺利完成实验,组员之间存在相互激励,又存在相互竞争的意识。
三、虚拟实验中协同学习环境设计
建构主义的学习理论强调教学要以学习者为中心,学习的发生是学习者与周围的环境相互交互的结果,这充分说明了学习环境对学习的重要性。虚拟实验中协同实验模式是在一定的网络学习环境下进行的,在虚拟实验中,学员是否适应虚拟实验协同实验模式,不仅与学习者本身因素有关,也与虚
拟实验协同实验中学习环境是否科学有关[10]。因此,能否创设出适应他们实验实习的协同虚拟实验学习环境显得相当重要。
通过对虚拟实验协同学习环境及其要素的分析,笔者认为基于网络的虚拟实验协同学习环境设计应该关注的要素有:虚拟实验问题情境的设计、学习资源的设计、学习支持工具的设计
、小组合作交图1 协同实验模式的学习环境设计模型
流的设计等。根据乔纳森的建构主义学习环境
(CLE )设计模型,笔者给出了虚拟实验合作学习
环境设计模型,如图1所示。该模型中要素的设计
方法如下。
11虚拟实验问题情境的设计
为了获得良好的实验效果,使学生有身临其境
的真实感,教师首先要利用虚拟现实技术和多媒体
技术在计算机上创建三维立体虚拟实验场景,使实
验者能从不同的角度观察一个实验对象,并且事先
设置多个视角,使实验者可以直接在这些视角之间
切换;其次,创建可视化的实验对象,对象应该是
实际事物的仿真,用户与虚拟实验环境之间的交互
通过这些可视化的实验对象来完成。好的虚拟实验
问题情境还应具有以下两个特点:①问题情境的
设计应该尽可能与真实实验情境相类似;②虚拟
实验问题情境应该与教学内容,学习目标紧密联系。
21学习资源的设计学生为了完成实验,需要掌握一些新的知识及其相关信息。为此教师在设计学习资源时,必须确定学生为了完成实验,需要哪些相关的信息。为了明确组内个人分工的确定,需要针对具体实验的分工情况,设计不同的学习资源,然后设计出可供学生选择的、丰富的、随时可得的、与实验有关的学习资源。设计学习资源要做好以下两点。
第一,学习资源设计前期分析。针对不同的学员,设计有助于提高学员知识能力水平的实验任务。专家和老师要分析学员以前的水平和通过实验所达到的水平。
第二,内容设计的评价。在学员实验的过程中,可以根据他们在实验过程中遇到的具体问题,进行收集、分析反馈信息,对实验方案做出相应的调整。
31学习支持工具的设计
学习支持工具包括认知工具和智能指导系统。认知工具是用来支持和扩充学习者思维过程的,通常指的是可视化的智能信息处理软件,如知识库、在线字典、各种通话工具等。学习者可以从与认知工具的交互中获得认知结构的发展和改变,同时通过认知工具有利于找出实验问题解决的最佳方案。虚拟实验智能指导旨在通过对学习者实验过程的数据收集和监控,提供智能和人性化的指导,实现“在线教师”的功能。根据实验过程中的不同情况提供有针对性的实验指导,实现虚拟实验教学过程智能化。
41小组合作交流的设计
建构主义教学把学习者放在一起,使他们有机会在“合作一件事”的环境下交流和学习。虚拟实验中的小组合作是用于网络环境下协作学习的建构主义教学策略。在实验的过程中,小组成员之间、小组之间以及学生和教师之问都要就实验中遇到的问题通过网络进行交流。因此教师要设计一个宽松的、自由的网络交流空间,使每一个学生都能就实验原理、实验装置、实验操作和实验方案进行及时交流,从而提高实验技能。
51指导策略的设计
(1)协作交流策略
采用网络资源、认知工具等,为学员建立一个良好的协同学习环境,支持学员之间的协商交流和北京邮电大学学报(社会科学版)2009年第4期
知识建构。实现协同实验过程可分为以下两个步骤:
第一,建立良好的学习共同体。学员之间在良好结构的学习小组中学习,学员的多样性可以使其之间进行互补,网络虚拟这个学习环境的极端多样性使得学员在协同实验过程中能够建构极端丰富的知识,其效果远远优于传统班级的组织形式。
第二,当实验任务确定后,明确每个学员在实验小组中所承担的任务。为了协调小组内部的矛盾冲突,加强小组内部的沟通交流,要设计不同的规则和不同的指导策略,以便实验顺利进行。
(2)辅导策略
辅导介入了学生实验的整个过程,从实验小组的建立、任务的分配、小组内部成员之间的讨论、组与组之间的交流以及给小组的实验情况提供反馈。需要说明的是教师应该是在小组实验过程中遇到困难的时候给以辅导,以使其能力进步提高,而不是帮助学生完成具体的实验,并且这种辅导应随着学生能力的提高而消退。
(3)反思策略
反思是指学习者有意识地反思实验过程的一种策略。在虚拟实验合作学习中,包括每个小组成员的反思和合作学习过程的反思。通过反思可以使小组成员了解自己的学习过程和小组合作的学习过程,这样可以不断地增强学习者的实验效能感。
四、虚拟实验中协同实验的教学模式设计
教学模式就是在一定的教学思想指导下,围绕着教学活动中的某个主题,形成相对稳定的、系统
化和理论化的教学范型[11]。
笔者认为,虚拟实验中的协同实验模式是在构建主义学习理论的指导下,利用网络技术、虚拟现实技术和多媒体技术创造一个近似真实的虚拟实验环境,在教师的指导下,主要是由合作小组就某个实验进行交流与合作,以达到对实验所需要知识和技能的理解和掌握的一种合作教学模式。目前网络虚拟实验系统关于网络虚拟实验应用于教学的模式研究较少,根据上述协同虚拟实验学习环境的设计,笔者给出了虚拟实验中协同实验的教学模式,如图2所示
。
图2 协同实验模式的教学模式设计
在此笔者把协同虚拟实验的教学模式分为学生的活动和教师的活动,教师在充分学习教材的基础上,准备大量实验学习资源材料,精心安排呈现方式,学生在进入实验平台以后,由组长进行创建实验小组,在实验过程中,学生能随时和其他伙伴进行交流,充分表达自己的见解,理解他人的思维动
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向,更好地进行协同化实验。教师在学生实验过程中遇到问题的时侯给予点拔,帮助学生沿概念框架逐步攀升。在效果评价方面,学生通过协同实验之后,提交实验报告,互相进行评价,分析实验中存在的问题,进行反思、交流。学生的活动明确了学生在实验过程中交流、合作共同完成实验的过程,从这个过程中可以看出学生是实验问题的主要解决者;教师的活动描述了教师在实验过程中所提供的帮助,从这些帮助中可以看出教师是学生学习的促进者,正是这两种不同类型的活动推动着实验的顺利进行。
五、总 结
网络协同实验参考了网络技术、计算机协同技术和远程协作学习理论等,最终目的是营造出多人网上异地协同实验的环境,使学员能够如同传统实验课一样交流、互动。这样就打破了传统远程教育的沟通障碍,加强了人与人之间的彼此合作与协同的能力,同时营造出了多人传统实验室的气氛,使得网上学员能够互相交流和学习,克服网络教育中师生和生生时空分离带来的学生之间的陌生感和学习气氛的贫乏等问题,同时也能加深对于实验课程的理解。网络协同实验将成为虚拟实验发展的一个重要方向。
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Research on Coll abora ti ve M odel of V i rtua l Exper i m en t
YE Xiao2ying,L IU Hong2pei,W EN Fu2an
(School of Net w ork Educati on,BUPT,Beijing100088,China)
Abstract:V irtual experi m ent,as an i m portant means of teaching,p lays a significant r ole in i m p r oving students’ability1It is considered one of the teaching strategies of extraordinary p r os pect of devel opment and ap2 p licati on1The paper intr oduces the collaborative model of virtual experi m ent,s pecifically its basic concep ts, theoretical basis and characteristics1Meanwhile,the design of its learning envir on ment is discussed and the teaching model is further exp l ored1
Key words:virtual ex peri m ent;CSCL;collaborative experi m ent
控制系统仿真与CAD 实验报告
《控制系统仿真与CAD》 实验课程报告
一、实验教学目标与基本要求 上机实验是本课程重要的实践教学环节。实验的目的不仅仅是验证理论知识，更重要的是通过上机加强学生的实验手段与实践技能，掌握应用 MATLAB/Simulink 求解控制问题的方法，培养学生分析问题、解决问题、应用知识的能力和创新精神，全面提高学生的综合素质。 通过对MATLAB/Simulink进行求解，基本掌握常见控制问题的求解方法与命令调用，更深入地认识和了解MATLAB语言的强大的计算功能与其在控制领域的应用优势。 上机实验最终以书面报告的形式提交，作为期末成绩的考核内容。 二、题目及解答 第一部分：MATLAB 必备基础知识、控制系统模型与转换、线性控制系统的计算机辅助分析 1. >>f=inline('[-x(2)-x(3);x(1)+a*x(2);b+(x(1)-c)*x(3)]','t','x','flag','a','b','c');[t,x]=ode45( f,[0,100],[0;0;0],[],0.2,0.2,5.7);plot3(x(:,1),x(:,2),x(:,3)),grid,figure,plot(x(:,1),x(:,2)), grid
2. >>y=@(x)x(1)^2-2*x(1)+x(2);ff=optimset;https://www.360docs.net/doc/7516813044.html,rgeScale='off';ff.TolFun=1e-30;ff.Tol X=1e-15;ff.TolCon=1e-20;x0=[1;1;1];xm=[0;0;0];xM=[];A=[];B=[];Aeq=[];Beq=[];[ x,f,c,d]=fmincon(y,x0,A,B,Aeq,Beq,xm,xM,@wzhfc1,ff) Warning: Options LargeScale = 'off' and Algorithm = 'trust-region-reflective' conflict. Ignoring Algorithm and running active-set algorithm. To run trust-region-reflective, set LargeScale = 'on'. To run active-set without this warning, use Algorithm = 'active-set'. > In fmincon at 456 Local minimum possible. Constraints satisfied. fmincon stopped because the size of the current search direction is less than twice the selected value of the step size tolerance and constraints are satisfied to within the selected value of the constraint tolerance.
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第三章 自动控制原理实验 3.1 线性系统的时域分析 3.1.1典型环节的模拟研究 一. 实验目的 1． 了解和掌握各典型环节模拟电路的构成方法、传递函数表达式及输出时域函数表达 式 2． 观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的 影响 二．典型环节的结构图及传递函数 方 框 图 传递函数 比例 （P ） K (S) U (S) U (S)G i O == 积分 （I ） TS 1(S)U (S)U (S)G i O == 比例积分 （PI ） )TS 11(K (S)U (S)U (S)G i O +== 比例微分 （PD ） )TS 1(K (S) U (S) U (S)G i O +== 惯性环节 （T ） TS 1K (S)U (S)U (S)G i O += = 比例积分微分（PID ） S T K S T K K (S)U (S)U (S)G d p i p p i O ++ == 三．实验内容及步骤 观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响.。 改变被测环节的各项电路参数，画出模拟电路图，阶跃响应曲线，观测结果，填入实验报告 运行LABACT 程序，选择自动控制菜单下的线性系统的时域分析下的典型环节的模拟研究中的相应实验项目，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始即可使用本实验机配套的虚拟示波器（B3）单元的CH1测孔测量波形。具体用法参见用户手册中的示波器部分。
《控制系统计算机仿真》实验指导书
实验一 Matlab使用方法和程序设计 一、实验目的 1、掌握Matlab软件使用的基本方法； 2、熟悉Matlab的数据表示、基本运算和程序控制语句 3、熟悉Matlab绘图命令及基本绘图控制 4、熟悉Matlab程序设计的基本方法 二、实验内容 1、帮助命令 使用help命令，查找sqrt（开方）函数的使用方法； 2、矩阵运算 （1）矩阵的乘法 已知A=[1 2;3 4]; B=[5 5;7 8]; 求A^2*B （2）矩阵除法 已知A=[1 2 3;4 5 6;7 8 9]; B=[1 0 0;0 2 0;0 0 3]; A\B,A/B （3）矩阵的转置及共轭转置 已知A=[5+i,2-i,1;6*i,4,9-i]; 求A.', A' （4）使用冒号选出指定元素 已知：A=[1 2 3;4 5 6;7 8 9]; 求A中第3列前2个元素；A中所有列第2，3行的元素； （5）方括号[] 用magic函数生成一个4阶魔术矩阵，删除该矩阵的第四列 3、多项式 （1）求多项式p(x) = x3 - 2x - 4的根 （2）已知A=[1.2 3 5 0.9;5 1.7 5 6;3 9 0 1;1 2 3 4] ， 求矩阵A的特征多项式; 求特征多项式中未知数为20时的值； 4、基本绘图命令 （1）绘制余弦曲线y=cos(t)，t∈[0，2π] （2）在同一坐标系中绘制余弦曲线y=cos(t-0.25)和正弦曲线y=sin(t-0.5)，t∈[0，2π] 5、基本绘图控制 绘制[0，4π]区间上的x1=10sint曲线，并要求： （1）线形为点划线、颜色为红色、数据点标记为加号； （2）坐标轴控制：显示范围、刻度线、比例、网络线 （3）标注控制：坐标轴名称、标题、相应文本； 6、基本程序设计 （1）编写命令文件：计算1+2+?+n<2000时的最大n值； （2）编写函数文件：分别用for和while循环结构编写程序，求2的0到n次幂的和。 三、预习要求 利用所学知识，编写实验内容中2到6的相应程序，并写在预习报告上。
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数虎图像提供虚拟仿真实验室硬件设备搭建和内容制作整体解决 方案 虚拟现实实验室是虚拟现实技术应用研究就的重要载体。 随着虚拟实验技术的成熟，人们开始认识到虚拟实验室在教育领域的应用价值，它除了可以辅助高校的科研工作,在实验教学方面也具有如利用率高,易维护等诸多优点.近年来,国内的许多高校都根据自身科研和教学的需求建立了一些虚拟实验室。数虎图像拥有多名虚拟现实软硬件工程师，在虚拟现实实验室建设方面有着无与伦比的优越性！ 下面请跟随数虎图像一起，让我们从头开始认识虚拟现实实验室。【虚拟现实实验室系统组成】： 建立一个完整的虚拟现实系统是成功进行虚拟现实应用的关键，而要建立一个完整的虚拟现实系统，首先要做的工作是选择确实可行的虚拟现实系统解决方案。 数虎图像根据虚拟现实技术的内在含义和技术特征，并结合多年的虚拟现实实验室建设经验，最新推出的虚拟现实实验室系统提供以下组成：
虚拟现实开发平台： 一个完整的虚拟现实系统都需要有一套功能完备的虚拟现实应用开发平台，一般包括两个部分，一是硬件开发平台，即高性能图像生成及处理系统，通常为高性能的图形计算机或虚拟现实工作站；另一部分为软件开发平台，即面向应用对象的虚拟现实应用软件开发平台。开发平台部分是整个虚拟现实系统的核心部分，负责整个VR场景的开发、运算、生成,是整个虚拟现实系统最基本的物理平台，同时连接和协调整个系统的其它各个子系统的工作和运转，与他们共同组成一个完整的虚拟现实系统。因此，虚拟现实系统开发平台部分在任何一个虚拟现实系统中都不可缺少，而且至关重要。 虚拟现实显示系统： ·高性能图像生成及处理系统 ·具有沉浸感的虚拟三维显示系统 在虚拟现实应用系统中，通常有多种显示系统或设备，比如：大屏幕监视器、头盔显示器、立体显示器和虚拟三维投影显示系统，
矩形蒸汽灭菌器强度数值模拟与试验研究
矩形蒸汽灭菌器强度数值模拟与试验研究 杜伟１。刘鹏飞‘．郑津洋１，钱增友２，谢铕鑫２。王儒涛２ （１．浙江大学化工机械研究所，浙江杭州３１００２７； ２浙江新丰医疗器械有限公司，浙江绍兴３１２３６８） 摘要：真空压力蒸汽灭菌器由干具有良好的灭菌性能，在医疗器械领域得到了日益广泛的应用。由于外加强带圆角矩形截面灭菌器结构特殊．ｃＢ１５０—１９９８中规定的应力公式不能适用，需运用数值方法对其进行强度计算和校核。因此，在试验研究基础上。本文建立了一种具有较高精度的矩形灭菌器三维有限元模型，获得了灭菌器在设计压力下的应力分布结果。通过比较表明，有限元结果和试验结果吻台得较好，最大应力均发生在圆角附近区域。有限元结果为制定矩形截面灭菌器相关标准提供了一个参考依据。 美键词：灭茵器；矩形截面容器；有限元 中圈分类号：ＴＨ４９：ＴＧｌｌ３２５文献标识码：＾文章编号：１００１—４８３７（２００７）１０—ｏｏｌ７—０５ ＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄＥｘｐｅ血ｌｅｎｔａｌＳｔｕｄｙｏｆＳｔｒｅｎ＠ｈ ｏｆＲｅｃｔａｎｇｌｌｌａｒＳｔｅａｍ—ｈｅａｔｅｄＳｔｅｒｉＩｉ髓ｒ Ｄｕｗｅ＾ＬＩｕＰｅＩｌｇ—ｆｅ＾ｚＨＥＮＧＪｉｎ—ｙ舳９１，ＱＩＡＮｚｅＩｌｇ—ｙ０一，ⅪＥＹｏｕ—ｘｉｎ２，ｗＡＮＧＲｕ—ｔａ０２（１．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ０ｆＣｈｅＩｌｌｉｃａｌＭａｃｈｉｎｅｒｙａｎｄＰＩｏｃｅｓＢＥｑｕｉｐＨ脚ｔ，ｚｈｅｊｉａ“ｇＵｎｉｖｅ碍ｉ‘ｙ，Ｈ锄ｇｚｈｏｕ３１００２７，ｃｈｉｎａ；２．ｚｈｅｊｉａｎｇｘｉ小ｎｇＭｅｄｊｃａｌＡｐｐ啪ｔｕｓｃｏ．，Ｌｆｄ．，ｓｈａｏｘｉｌｌｇ３１２３６８，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓ时ａｃｔ：Ｖａｃｕｕｍ８ｔｅａｍ—ｈｅａＩｅｄｓｔｅｍｉｚｅ玛ａＩｅｏｎｅｏｆｄｌｅｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｍｅｄｉｃａｌｉｎｓｔｎｌｒｌｌｅｎｔｓｄｕｅｔｏｔｈｅｉｒｈｉｇｈｐｅ而丌ｎａＩｌｃｅｓｉｎｓｔｅ五ｌｉ吲ｉｏｎ．Ｄｕｅ１０｛ｔｓ８ｐｅｃ“ｓｌｍｃｌｕ陀，ｄｅ８ｉｇＩｌ０ｆｓｔ础ｌ粤ｈｅｎｉ“ｇｒｅｃｔａｎｇＬｌｌａｒｇｔｅｄｌｉｚｅｒｗｉ山ｄＩ＿ｃｕｌａｒ∞ｍｅｒｃａＴｌｎｏｔｕｓｅｔｈｅｓｔｒｅ昭ｆｏｒｒＩｌｕｌａ荫ｖｅｎｊｎ吐ｌｅｓｔ明ｄａｒｄＧＢ１５０一１９９８．Ｓｏ“ｉｓｅ８ｓｅｎｔ湖ｔｏｄｅｔｅｒ－“ｎｅ“ｓｍｅｎｇｌｈ埽ｎｕｎ坨血ａｌ晷ｉＴｎｕｌａｔｉ帆．Ｔｈ８ｐ叩盱ｐｒｏｐｏ吕器ａｆｈｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｆｏｒｐＴｅｄｉｃｔｉ“ｇ出ｅ吼弛ｓｅｄｉｓｔｄｂｕｔｉｏｎｂａ驼ｄｏｎｅｌｐｅ＾ｍｅｎｔｓ．Ｃｏｍｐ８＾ｓｏｎ８ｓｈｏｗｌｈａｔｔｈｅｎｕｒｒ屺ｄｃａｌｒｅｓｕｈｓａｒｅｉ“９００ｄ８９ｒｅｅｍｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅｅ。ｐｅ＾ｍｅＨｔａｌ ｄａｌａ．ＴｈｅＨｌａｘｉｍｕｍｓｔ陀鲻ｏｃｃｕｒｓ且ｔｔｈｅｄｉｓｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ弛ｇｉｏｎｓ０ｆｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉ“ｇ五ｂ．Ｔｈｅｍｏｄｅｌｃａｎｂｅｕｓｅｄｔｏｐｒｅｄｉｃｔｔ｝．ｅｓｔｒｅｓｓｄｉ８ｔ五ｂｕｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｓｔｅｄｌｉｚｅｒｕｎｄｅｒｄｅｓｉｇ“ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｗｈｊｃｈｐｒｏｖｉｄｅａｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｆｏｒＩｎｕｌａｌｉｎｇｔｈｅｃｏｒｒｅｌａ忙ｄｃｄｔｅ＾８０ｆｔｈｅｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒｓｔｅｄｌｉ髓ｒ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｔｅｄｌｉｚｅｒ；ｒｅｃｔａ“ｇＩｉｌｎｒｓｅｃⅡｏｎｖｅｓｓｅｌ；ｎｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ船ａｌｙ缸ｓ 所谓灭菌是指将微生物，包括病原微生物、细菌芽胞等全部杀死或清除的过程…。目前主要的几种三砭茵技术为：压力蒸汽灭菌、干热灭菌、等离子体灭 基金项目：教育部新世纪优秀人才支持计划（ＮｃＥＴ—０４一∞２６）菌、环氧乙烷灭菌和甲醛灭菌等［“。在上述灭菌技术中，压力蒸汽灭菌具有下列优点…：灭菌可靠、效果好、时间短，在１３３℃时，５Ｉｌｌｉｎ即可杀灭所有微生 １７? 万方数据万方数据
无菌工艺模拟试验研究
无菌工艺模拟试验研究 【摘要】本文对无菌工艺模拟试验进行综述。 【关键词】无菌；工艺；模拟 无菌产品主要分为两大类，一类是最终灭菌产品，另一类是用无菌工艺过程生产的非最终灭菌产品[1-3]。我国新版GMP规定无菌生产工艺验证必须实施培养基模拟灌装试验[4]。本文对无菌工艺模拟试验进行综述。 1.无菌工艺模拟试验的概念 无菌工艺模拟试验是采用微生物培养基替代产品对无菌工艺进行评估的验证技术，也称为培养基灌装试验[5-9]。无菌工艺模拟试验的目的是证明在无菌制剂在生产过程中所采用的各种方法和各种规程以防止微生物污染的水平达到可接受的合格标准的能力，或提供保证所生产产品的无菌性的可信限度达到可接受的合格标准的证据[10-13]。在培养基模拟试验中，首先将适当体积的无菌液体培养基分装到无菌西林瓶中，或分装无菌粉末，然后用注射器将培养基注入瓶中；或者采用粉末分装过程将一种培养基干粉分装到西林瓶中，然后再用注射器将其他液体，最后进行微生物培养。 2.无菌工艺模拟试验的问题分析及应对策略 培养基灌装试验需要考虑很多关键点促生长试验、厂房、设备、工艺、人员、干扰设计、环境等。 2.1最差条件的设计 如在最差条件下能获得好的结果，说明在比最差情况要好的实际生产中，无菌保证的可靠性更有保证。通常设计的最差条件有：在生产结束进行试验，超出常规生产时间还包括不清场直接试验，无菌风险大于正常生产；模拟灌装程序速度低于正常生产速度，增加了药品在无菌区暴露的时间，无菌风险大于正常生产；容器规格为最大敞口容器增加了药品在无菌区暴露的面积，无菌风险大于正常生产；灭菌的胶塞已贮存26h，超出了24h的贮存期限挑战贮存时限，无菌风险大于正常生产；A/B级区人员生产人员定员为6人，模拟最大生产人员10人，风险大于正常生产；生产设备故障，更换灌装头，灌封线堵塞，输送轨道的调节，破损件的更换非正常干预，无菌风险大于正常生产；采用大豆胰蛋白粉末培养基，增加了微生物生产的营养环境，无菌风险大于正常生产。 2.2培养基微生物性能和无菌性试验 2.2.1培养基微生物性能实验
数值模拟方法与实验方法对比
数值模拟方法与实验方法对比 摘要：科学研究与解决工程问题的基础在于物理实验与实物观测，但是采用实 物模型进行物理实验的研究周期长、投入大，有时甚至无法在实物上进行，如对 天体物理的研究。而现代科学研究方法的核心则是通过观测或实验建立研究对象 的数学模型，基于数学模型进行研究与分析。在数学模型上进行的数值模拟研究 具有研究周期短、安全、投入少等优点，已经成为现代科研不可或缺的工具。 关键词：科学研究；实验；数值模拟 1 数值模拟方法介绍 数值模拟实际上可以理解为用计算机来做实验，其可以形象地再现实验情景，与做实验并无太大区别。数值模拟方法的应用对象分为三个层次： （1）宏观层次：常见的工程建筑、制造设备、零件等； （2）界观层次：材料的微观组织与性能，如金属材料的晶粒度影响其屈服 强度； （3）微观层次：基本物理现象与机理，如金属材料凝固时的结晶与晶粒生 长过程。 宏观与界观层次的数值模拟方法包括：有限差分方法(FiniteDifferenceMethod,FDM)、有限单元法(FiniteElementMethod,FEM)、边界单元 方法(Boundary Element Method,BEM)、有限体积方法(Finite Volume Method,FVM)、无网格方法(Mesh less Method)。 微观层次的数值模拟方法包括：第一原理法(First Principle Simulation)、元胞 自动机方法(Cellular Automata)、蒙特卡洛方法(Monte Carlo Method )、分子动力学方法(Molecular Dynamics)，分为经典方法、嵌入原子模型(Embedded Atom Model)、从头计算(Ab initio calculation)的方法。 虽然在工程技术领域内能使用的数值模拟方法有很多种，但是就其实用性和 广泛性而言，有限单元法是最为突出的。有限单元法的基本原理是将一个连续的 求解域分割成有限个单元，用未知参数方程表征单元的特性，然后将各个单元的 特征方程组合成大型代数方程组，通过求解方程组得到结点上的未知参数，获取 结构内力等需要考察的输出结果。它能很好的适应复杂的几何形状、复杂的材料 特性和复杂的边界条件，加之成熟的大型软件系统支持（比如ANSYS、MARC、NASTRAN），有限元法成为一种应用广泛的数值计算方法。 2 实验方法介绍 科学实验，是人们为实现预定目的，在人工控制条件下，通过干预和控制科 研对象而观察和探索其有关规律和机制的一种研究方法。它是人类获得知识、检 验知识的一种实践形式。 2.1 实验方法的特点 科学实验之所以能优于自然观察而受到人们广泛重视，这是和科学实验本身 的特点密切相关的。 （1）科学实验具有纯化观察对象的条件的作用。 科学实验中，人们可以利用各种实验手段，对研究对象进行各种的人工变革 和控制，使其摆脱各种偶然因素的干扰，这样被研究对象的特性就能以纯粹的本 来面目而暴露出来，人们就能获得被研究对象在自然状态下难以被观察到的特性。
远程虚拟仿真实验室教学系统
电力电子虚拟仿真教学实验平台 实验室建设背景 目前的高等教育中，越来越强调对学生实践能力的培养，实验教育成为理工科教育的一个至关重要的环节。然而，随着各学科实验项目和学生人数的增多，传统的电气实验室和实验仪器数量很难满足学生的需求，在教学和学生使用上的不便之处也慢慢凸现出来。如何解决传统实验教学资源分配不足、实验方式过于刻板、实验器材维护费时费力、实验内容固定难以拓展等问题，是目前新工科建设、课程改革内容中一个讨论的热点。 在对创新型实验建设的需求日益明确之际，仿真实验教学的概念开始成为学校关注的重点。仿真教学实验是一种基于软件技术构建的虚拟实验教学系统，是现有各种教学实验室的数字化和虚拟化，为开设各种专业实验课程提供了全新的教学与科研环境。因此建设仿真实验室可以与实物实验室互补，它除了可以辅助高校的科研工作，在实验教学方面也具有如利用率高,易维护等诸多优点。近年来，国内的许多高校都根据自身科研和教学的需求建立了一些高科技的仿真实验室。 远宽解决方案 远宽能源除了将仿真技术应用于科研与工业测试，也率先将该技术引入到了教学实验室建设中。对于不同的实验内容与实验类型，远宽能源提出了如下的仿真实验建设的解决方案：实时仿真实验和远程虚拟仿真实验。
1. 实时仿真实验 远宽能源将先进的FPGA小步长实时仿真技术应用到教学实验室建设中，小步长实时仿真技术使它能够覆盖电力电子、电机驱动、新能源等多个电力电子相关应用的创新教学实验以及研究的需求。基于图形化系统建模，模型一键下载，无需FPGA编程编译，大大增强了产品的易用性；同时实验平台还配置了硬件控制器（TI的DSP或者NI的GPIC），和仿真器构成完整的闭环系统。实时仿真实验系统如下图所示：
网络虚拟实验系统研究背景目的意义及现状发展趋势
网络虚拟实验系统研究背景目的意义及现状发展趋势1研究背景、目的及意义 2 国内外发展现状 2.1国外研究现状 2.2 国内研究现状 3 网络虚拟实验系统发展趋势 虚拟实验是指借助于多媒体、仿真和虚拟现实等技术在计算机上营造可辅助、部分替代甚至全部替代传统实验各操作环节的相关软硬件操作环境，实验者可以像在真实的环境中一样完成各种实验项目，所取得的实验效果等价于甚至优于在真实环境中所取得的效果。 1研究背景、目的及意义 随着计算机多媒体技术和网络通信技术的迅速发展，信息时代的学习、生活方式都发生了重大变革。作为培养和提高学生动手实践能力、观察能力、分析问题和解决问题能力等方面有着先天优势的实验教学是高校教育改革的关键问题之一。目前，我国传统实验教学环节不足、实验资源不均衡，学生创新能力不足，虚拟实验教学环境研究与建设有利于解决当前实验教学中存在的问题。因此，对于虚拟实验教学环境的研究已经成为当前教育研究一个新热点，分析其原因是主要信息技术的蓬勃发展已经使部分虚拟实验环境的设计与开发成为现实，并在一定的理论指导下应用于实践，使各类虚拟实验室建设成为可能。虚拟实验降低了实验室建设成本，缓解了由于财政压力给实验实训教学环节带来的不利影响，有利于学生实践操作能力的培养。 2 国内外发展现状 网络虚拟实验室概念的提出至今仅为十余年的时间，但因其诱人的应用前景，各国均在大力开发，已经取得了一些进展。 通过对2005年以来检索的437篇期刊论文、会议论文以及学位论文进行研究内容分析可以发现应用比例如图1所示：
1 虚拟实验研究情况 2.1国外研究现状 目前,网络虚拟实验系统在发达国家已十分普及。例如，VLAB是美国俄勒冈大学物理系主办的物理实验网站。该网站包含了天体物理、能量与环境、力学、热学等方面的几十种虚拟实验。该系统采用Java语言开发，实验程序需要从服务器端下载，并运行在客户机上。另外一个典型例子是2004年美国巴尔的摩的约翰霍普金斯大学教育资源中心发起的基于Java技术的虚拟物理实验室项目。学生通过调节实验参数来观察各种实验现象和实验结果。该实验室的实验程序基于Java Applet技术实现实验界面与仿真算法，将其嵌入到网页中，客户端只需一个集成Java虚拟机的浏览器即可运行仿真。 2.2 国内研究现状 我国的网络虚拟实验系统的研究起步较晚，但是发展速度较快。根据目前从网上可查到的信息和各院校开放的对外服务看，国内部分大学已陆续建立了网络虚拟实验系统。例如，华中科技大学《液压与气压传动》远程教育小组开发了液压回路性能和液压元件装拆虚拟实验。 3 网络虚拟实验系统发展趋势 虽然网络虚拟实验系统发展时间很短，目前的研究还存在很多不足，但是其作为网络教育中的重要组成部分，有着广阔的发展前景。 ①基于3D的纯软件方式开发的网络虚拟实验系统将成为主流
控制系统仿真实验报告
哈尔滨理工大学实验报告 控制系统仿真 专业：自动化12-1 学号：1230130101 姓名：
一．分析系统性能 课程名称控制系统仿真实验名称分析系统性能时间8.29 地点3# 姓名蔡庆刚学号1230130101 班级自动化12-1 一．实验目的及内容： 1. 熟悉MATLAB软件的操作过程； 2. 熟悉闭环系统稳定性的判断方法； 3. 熟悉闭环系统阶跃响应性能指标的求取。 二．实验用设备仪器及材料： PC, Matlab 软件平台 三、实验步骤 1. 编写MATLAB程序代码； 2. 在MATLAT中输入程序代码，运行程序； 3.分析结果。 四．实验结果分析： 1.程序截图
得到阶跃响应曲线 得到响应指标截图如下
2.求取零极点程序截图 得到零极点分布图 3.分析系统稳定性 根据稳定的充分必要条件判别线性系统的稳定性最简单的方法是求出系统所有极点,并观察是否含有实部大于0的极点，如果有系统不稳定。有零极点分布图可知系统稳定。
二．单容过程的阶跃响应 一、实验目的 1. 熟悉MATLAB软件的操作过程 2. 了解自衡单容过程的阶跃响应过程 3. 得出自衡单容过程的单位阶跃响应曲线 二、实验内容 已知两个单容过程的模型分别为 1 () 0.5 G s s =和5 1 () 51 s G s e s - = + ，试在 Simulink中建立模型，并求单位阶跃响应曲线。 三、实验步骤 1. 在Simulink中建立模型，得出实验原理图。 2. 运行模型后，双击Scope，得到的单位阶跃响应曲线。 四、实验结果 1．建立系统Simulink仿真模型图，其仿真模型为
模拟电路虚拟实验教学系统的研究与应用
模拟电路虚拟实验教学系统的研究与应用 随着社会经济的不断发展，我国教育制度的不断改革，网络化教育已经涉及各个课程，课堂内容也变得越来越多样化，计算机应用软件越来越多，对我国经济发展起到重要的作用。实验教学课程都有实物作为课程基础，在网络上无法直观地进行实验操作，在理工科网络学习中，实验教学问题也一直没有很好地解决。本文针对模拟电路虚拟实验教学进行研究，探讨模拟电路虚拟实验在教学中的应用，对于模拟电路虚拟实验教学系统，也就是模拟真实环境下实验的器材和原理进行开发的虚拟平台，学生在这个平台上可以随意开展实验，老师对学生的实验进行指导，通过这样的方法不断提高学生的学习能力。 标签：模拟电路；虚拟实验教学系统；研究 随着信息技术的发展，对于理工科实验教学，要不断创新教学模式，传统实验教学模式面临着严峻的挑战，需要跟上时代的进步，对传统的教学模式进行改革，根据现代学生的主体性和差异性来制订适合学生学习的教学方法，对学生因材施教，锻炼学生综合能力。对于模拟电路虚拟实验教学系统的应用和开发，可以让学生自己动手操作，体验整个实验的过程，不断提高学生的学习兴趣，增强学生的实践动手能力，拓展学生的思维，提高学生学习能力和学习积极性，也有助于学生健康成长。 1.高等教育在教学中存在的问题 高等教育实训课程现场教学很多时候受到各种限制条件的约束，一些大型实验设备占用大面积的场地，不能很好地让学生自己动手操作，老师也只是对学生进行理论培训，导致很多学生不明白实验原理。 很多的实验设备只是针对教学实验，没有用于生产加工，更新速度较慢，如果对设备不断进行更新，又会导致投入巨大，造成不必要的浪费。同时一些高端的设备的价格相对较高，结构也十分复杂，大量采购这些设备增加了教学经费，机器的成本较大。 在文理科专业教学中，很多都是对理论的讲解，教学实践相对不足，导致学生对知识的掌握很不牢固，在处理相关问题的时候，也就不能灵活运用这些知识。老师在平时的讲解过程中，都是通过多媒体进行学习，学生获取的这些知识只是简单的理论，导致很多实验效果不理想。 2.模拟电路虚拟实验教学系统具体实例 模拟电路是电子信息专业的基础课程，也是实验性较强的课程，对虚拟实验教学系统的运用，可以很好地提高学生的实践知识。虚拟实验一般都是借助多媒体、仿真和虚拟现实等技术，很大程度上打破了传统实验教学的局限，极大地提高了教学效果。在学习数控加工课程期间，学生按照老师的要求在仿真系统软件
典型环节的模拟研究实验报告
第三章自动控制原理实验 3.1 线性系统的时域分析 3.1.1典型环节的模拟研究 一. 实验目的 1．了解和掌握各典型环节模拟电路的构成方法、传递函数表达式及输出时域函数表达式 2．观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响 二．典型环节的结构图及传递函数 三．实验容及步骤 观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响.。 改变被测环节的各项电路参数，画出模拟电路图，阶跃响应曲线，观测结果，填入实验报告 运行LABACT程序，选择自动控制菜单下的线性系统的时域分析下的典型环节的模拟研究中的相应实验项目，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始即可使用本实验机配套的虚拟示波器（B3）单元的CH1测孔测量波形。具体用法参见用户手册中的示波器部分。 1)．观察比例环节的阶跃响应曲线 典型比例环节模拟电路如图3-1-1所示。
图3-1-1 典型比例环节模拟电路 传递函数： 1 (S) (S) (S) R R K K U U G i O= = = ；单位阶跃响应：K )t( U= 实验步骤：注：‘S ST’用短路套短接！ （1）将函数发生器（B5）所产生的周期性矩形波信号（OUT），作为系统的信号输入（Ui）； 该信号为零输出时，将自动对模拟电路锁零。 ①在显示与功能选择（D1）单元中，通过波形选择按键选中‘矩形波’（矩形波指示灯亮）。 ②量程选择开关S2置下档，调节“设定电位器1”，使之矩形波宽度＞1秒（D1单元左显示）。 ③调节B5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波输出电压= 4V（D1单元右显示）。（2）构造模拟电路：按图3-1-1安置短路套及测孔联线，表如下。 （a）安置短路套（b）测孔联线 模块号跨接座号 1 A5 S4，S12 2 B5 ‘S-ST’ （3）运行、观察、记录： 打开虚拟示波器的界面，点击开始，按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮（0→+4V阶跃），观测A5B输出端（Uo）的实际响应曲线Uo（t）见图3-1-2。示波器的截图详见虚拟示波器的使用。 图3-1-2 比例环节阶跃响应曲线图图3-1-3 惯性环节阶跃响应曲线 实验报告要求：按下表改变图3-1-1所示的被测系统比例系数，观测结果，填入实验报告。 R0 R1 输入Ui 比例系数K 计算值测量值 200K 100K 4V 0.5 0.51 200K 4V 1 1.02 50K 100K 2V 2 1.93 200K 1V 4 4.06 1 信号输入（Ui）B5（OUT）→A5（H1） 2 示波器联接 ×1档 A6（OUT）→B3（CH1） 3 B5（OUT）→B3（CH2）
控制系统仿真实验报告1
昆明理工大学电力工程学院学生实验报告 实验课程名称：控制系统仿真实验 开课实验室：年月日
实验一 电路的建模与仿真 一、实验目的 1、了解KCL 、KVL 原理； 2、掌握建立矩阵并编写M 文件； 3、调试M 文件，验证KCL 、KVL ； 4、掌握用simulink 模块搭建电路并且进行仿真。 二、实验内容 电路如图1所示，该电路是一个分压电路，已知13R =Ω，27R =Ω，20S V V =。试求恒压源的电流I 和电压1V 、2V 。 I V S V 1 V 2 图1 三、列写电路方程 （1）用欧姆定律求出电流和电压 （2）通过KCL 和KVL 求解电流和电压
四、编写M文件进行电路求解（1）M文件源程序 （2）M文件求解结果 五、用simulink进行仿真建模（1）给出simulink下的电路建模图（2）给出simulink仿真的波形和数值
六、结果比较与分析
实验二数值算法编程实现 一、实验目的 掌握各种计算方法的基本原理，在计算机上利用MATLAB完成算法程序的编写拉格朗日插值算法程序，利用编写的算法程序进行实例的运算。 二、实验说明 1．给出拉格朗日插值法计算数据表； 2．利用拉格朗日插值公式，编写编程算法流程，画出程序框图，作为下述编程的依据； 3．根据MATLAB软件特点和算法流程框图，利用MATLAB软件进行上机编程； 4．调试和完善MATLAB程序； 5．由编写的程序根据实验要求得到实验计算的结果。 三、实验原始数据 上机编写拉格朗日插值算法的程序，并以下面给出的函数表为数据基础，在整个插值区间上采用拉格朗日插值法计算(0.6) f，写出程序源代码，输出计算结果： 四、拉格朗日插值算法公式及流程框图
虚拟仿真实验教学系统通用模型研究
一ＩＳＳＮ１６７２－４３０５ＣＮ１２－１３５２／Ｎ实一一验一一室一一科一一学ＬＡＢＯＲＡＴＯＲＹ一ＳＣＩＥＮＣＥ第２０卷一第１期一２０１７年２月Ｖｏｌ ２０一Ｎｏ １一Ｆｅｂ ２０１７ 虚拟仿真实验教学系统通用模型研究 王一艳１，刘一昕１，丁雪梅２，曹一晨３ （吉林大学一１．药学院；２．动物学院；３．计算机科学与技术学院，吉林长春１３００１２） 摘一要：为解决虚拟仿真实验教学系统重复设计和资源利用率低的问题，提出了一种基于统一平台与插件技术相结合的系统通用模型设计方法三首先，采用统一建模语言对系统通用性功能需求进行了分析与描述三然后，构建了基于云存储的系统统一平台框架结构三最后，给出了基于 模型－视图－控制器 设计模式的实验插件技术开发方案三该方法可以有效地提升系统的可扩展性与可维护性，对实验教学资源的开放共享与用户间的协同创新也能够起到一定的推动作用三 关键词：虚拟仿真；实验教学；通用模型 中图分类号：ＴＰ３９１一一文献标识码：Ａ一一ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２－４３０５．２０１７．０１．０１９Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｇｅｎｅｒａｌｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｔｅａｃｈｉｎｇｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｖｉｒｔｕａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ＷＡＮＧＹａｎ１，ＬＩＵＸｉｎ１，ＤＩＮＧＸｕｅ－ｍｅｉ２，ＣＡＯＣｈｅｎ３（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＰｈａｒｍａｃｙ；２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＡｎｉｍａｌＳｃｉｅｎｃｅ；３．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌ?ｏｇｙ，ＪｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００１２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｔｅａｃｈｉｎｇｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｖｉｒｔｕａｌｓｉｍ?ｕｌａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｉｎｃｌｕｄｉｎｇｒｅｐｅｔｉｔｉｖｅｄｅｓｉｇｎａｎｄａｌｏｗｒｅｓｏｕｒｃｅｓｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｒａｔｉｏ，ａｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｏｆｓｙｓ?ｔｅｍｇｅｎｅｒａｌｍｏｄｅｌｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆｕｎｉｆｉｅｄｐｌａｔｆｏｒｍａｎｄｐｌｕｇ－ｉｎｗａｓｉｍｐｒｏｖｅｄ．Ｆｉｒｓｔ，ｔｈｅｇｅｎｅｒａｌｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｗａｓａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｄｅｓｃｒｉｂｅｄｂａｓｅｄｕｎｉｆｉｅｄｍｏｄｅｌｉｎｇｌａｎ?ｇｕａｇｅ．Ｔｈｅｎ，ｔｈｅｕｎｉｆｉｅｄｐｌａｔｆｏｒｍｆｒａｍｅｗｏｒｋａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｏｆｓｙｓｔｅｍｗａｓｂｕｉｌｄｂａｓｅｄｃｌｏｕｄｓｔｏｒａｇｅ．Ｆｉ?ｎａｌｌｙ，ｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｐｒｏｇｒａｍｏｆｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｐｌｕｇ－ｉｎｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｂａｓｅｄｍｏｄｅｌ－ｖｉｅｗ－ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．Ｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｃａｎｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｅｘｐａｎｓｉｂｉｌｉｔｙａｎｄｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅｏｆｓｙｓｔｅｍｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｐｒｏ?ｍｏｔｉｎｇｔｈｅｏｐｅｎｓｈａｒｉｎｇｏｆｔｅａｃｈｉｎｇｒｅｓｏｕｒｃｅａｎｄｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅｉｎｎｏｖａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｕｓｅｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｖｉｒｔｕａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｔｅａｃｈｉｎｇ；ｇｅｎｅｒａｌｍｏｄｅｌ 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一 一一一基金项目：吉林省科技发展计划资助项目（项目编号：２０１５０３０９００２ＧＸ）三一一虚拟仿真实验教学依托虚拟现实二多媒体二人机交互二数据库和网络通讯等技术，构建高度仿真的虚 拟实验教学环境，参与者可以在虚拟环境中开展相 关实验活动［１－２］三目前大多虚拟仿真实验教学系统都是基于某一门课程或者某一个实验室的设计与实 现，系统开发技术种类繁多且趋于成熟［３－５］三如何设计针对某一学科专业的通用虚拟仿真实验教学系 统模型，实现基于此模型的二次开发与资源共享二避 免重复性劳动并提高工作效率，对于现阶段虚拟仿 真实验教学的建设与发展显得尤为重要［６－７］三本文通过对虚拟仿真实验教学系统业务需求的分析，提出了一种基于统一平台与插件技术相结合的系统通用模型设计方法，构建了基于 模型－视图－控制器（ＭｏｄｅｌＶｉｅｗＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ＭＶＣ） 设计模式的虚拟仿真实验建模云平台，给出了基于该平台的Ｆｌｅｘ插件技术开发实现方案，为用户提供了一个资源开放共享二协作创新研究的实验环境三１一系统功能需求分析为了满足虚拟仿真实验教学系统业务需求，同时保证系统资源信息可维护性及系统功能的可扩展性，将系统用户角色划分为教师二学生二系统管理员 和插件管理员四类参与者三不同的角色有不同的操
工作面相似模拟实验方案研究
工作面相似模拟实验方案研究 1 试验研究内容 （1）顶板的初次来压步距、冒落带裂隙带高度及分布形态； （2）煤层上山煤柱的留设。 （3）沿煤层推进方向支承压力的分布曲线。 2 相似模拟试验原理 相似材料模拟试验结果的可靠性取决于模型与原型之间的相似程度。相似材料模拟试验的基本原理是相似理论，其主要原理是三个基本相似定律：（1）相似第一定律（相似定律）：对于两个相似的力学系统，在任一力学过程中，它们对应的长度、时间、力和质量等基本物理量应当具有：几何相似、动力相似和运动相似。 （2）相似第二定律（Π定律）：两个相似现象的基本物理方程可以用量纲分析的方法进行转换。对于所研究的对象，尚无法建立描述其特性的表达式，但知道决定其意义的物理量，就可以通过量纲分析的方法，确定相似判据，从而为建立模型与原型之间的相似关系提供依据。 （3）相似第三定律（相似存在定律）：只有具有相同的单值条件和相同的主导相似判据时，现象才互相相似。其中，单值条件为：①原型与模型的几何条件相似；②在所研究的过程中具有显著意义的物理常数成比例；③二个系统的初始状态相似；④在研究期间两个系统的边界条件相似。主导相似判据为系统中具有重要意义的物理常数和几何性质组成的判据。 本方案依据相似定律，对于两个相似的力学系统，在任一过程中，它们相对应的长度、时间、力及质量的基本物理量满足如下关系： 在同一特征和现象中，如表征现象的所有物理量在空间上所对应的各点和在时间上对应的瞬间各自互成一定比例，则现象相似。相似现象的基本性质和被研究对象之间的相似特征可以用相似定理或理论来表示。 鉴于相似材料模拟的特点，模拟试验应满足：几何相似、运动相似、动力相似、边界条件相似、对应的物理量成比例，因此： (1) 岩石的变形特征相似，即模型上任一点、任一时刻的应变与原型上的点应变相似。 (2) 根据试验目的，在选择相似材料的要求上，由于条件限制，仅以强度（抗拉或抗压）指标作为主导特征。 (3) 模型线比