基于虚拟仿真平台实施通信类实训课程改革的探索与实践
虚实结合仿真实训平台的建设与实践
2023年1月第2期Jan. 2023No.2教育教学论坛EDUCATION AND TEACHING FORUM虚实结合仿真实训平台的建设与实践张乃龙（北京工业大学 材料与制造学部，北京 100124）［摘 要］ 为适应新工科建设的要求，加强学生综合工程能力培养，解决实践资源不足的问题，结合智能制造专业建设要求，搭建了虚实结合仿真实训平台应用于专业课程群的实践教学。
基于机械工程系统基本设计流程，构建课程群综合设计能力实训平台，把机械原理、机械设计、机械控制和创新方法实践等课程实践相贯通进行方案设计、结构设计和控制系统设计，建立虚拟设备模型、实物样机和控制系统相结合进行控制仿真验证的虚实仿真训练模式。
实践表明，虚实结合使实训内容多样化，机械系统设计的一线式实训更接近于实际，提高了学生的参与积极性，有助于提升学生的创新能力和解决复杂工程问题的能力。
［关键词］ 虚拟仿真；实践训练；虚实结合；能力培养［基金项目］ 2019年度北京工业大学教育教学研究课题（K2019ID003）［作者简介］ 张乃龙（1976—），男，山东临沂人，博士，北京工业大学材料与制造学部高级实验师，主要从事数字化设计研究。
［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2023）02-0109-04 ［收稿日期］ 2022-03-18近年来，随着工程教育中新工科建设的快速开展和工程教育专业认证工作的不断推进，国内各高校在机械工程专业的教学中越来越强调对学生创新能力和解决复杂工程问题能力的培养［1］。
创新能力和工程能力的培养离不开科学的实践教学体系和完善的校内外实验基地建设［2］。
面对场地限制和设备安全问题，各类仿真软件的使用为解决课程实践问题提供了可选的手段。
当前虚拟仿真平台在各类课程中已得到广泛应用，虚拟样机及计算分析软件在机械原理类课程［3］、三维建模软件在机械设计类课程中都已普遍开展应用训练［4-5］，电工电子和PLC课程也通过仿真软件实现了实训多样化［6-7］。
虚拟仿真教学项目实践(3篇)
第1篇摘要：随着信息技术的飞速发展，虚拟仿真技术在教育领域的应用越来越广泛。
本文以某高校虚拟仿真教学项目为例，探讨虚拟仿真教学项目的实践过程，分析其优势与不足，并提出改进措施，以期为我国虚拟仿真教学的发展提供参考。
一、引言虚拟仿真教学作为一种新型的教学模式，通过计算机技术模拟真实场景，为学生提供一种身临其境的学习体验。
与传统教学模式相比，虚拟仿真教学具有诸多优势，如提高学生的学习兴趣、增强学生的实践能力、降低教学成本等。
本文以某高校虚拟仿真教学项目为例，分析其实践过程，探讨其应用效果。
二、虚拟仿真教学项目实践过程1. 项目背景某高校为提高学生的实践能力，引进了一套虚拟仿真教学系统。
该系统涵盖多个专业领域，包括机械、电子、建筑等。
通过虚拟仿真技术，学生可以在计算机上完成各种实验、设计和分析任务。
2. 项目实施（1）需求分析项目组对学校各专业的教学需求进行调研，了解教师在教学过程中遇到的难题和学生的实际需求。
根据调研结果，确定虚拟仿真教学系统的功能模块和关键技术。
（2）系统设计项目组根据需求分析，设计虚拟仿真教学系统的架构和功能模块。
系统主要包括以下模块：①实验仿真模块：模拟真实实验环境，实现实验数据的采集、处理和分析。
②设计仿真模块：提供各种设计工具，支持学生进行产品设计、分析和优化。
③分析仿真模块：通过模拟真实场景，分析各种参数对系统性能的影响。
（3）系统开发项目组采用C++、Java等编程语言，结合OpenGL、Unity3D等图形渲染技术，开发虚拟仿真教学系统。
同时，与相关企业合作，引入先进的仿真算法和模型。
（4）系统测试与优化项目组对虚拟仿真教学系统进行多次测试，确保系统稳定、可靠。
在测试过程中，根据教师和学生的反馈，对系统进行优化和改进。
3. 项目推广与应用（1）教师培训项目组对教师进行虚拟仿真教学培训，使其掌握系统操作方法和教学技巧。
（2）课程改革将虚拟仿真教学系统应用于相关课程的教学过程中，实现理论与实践相结合。
虚拟仿真技术在数字电路课程改革实践中的应用研究
二 计算机虚拟仿真 技术
虚拟现实 （ ｒ ａＲｅｌｙ Ｖｉｕ ｌ ａｉ ）技术 ，简称 ＶＲ，涉及 计算机 ｔ ｔ
图形 学 、 人 机 交 互 技 术 、 传 感 技 术 、 人 工 智 能 等 多 个 领 域 。 它 由计 算 机 硬 件 、软 件 以 及 各 种 传 感 器 构 成 的 三 维 信 息 的 人 ： 境 — — 虚 拟 环 境 ，可 以逼 真 地 模 拟 现 实 世 界 （ 至 是 不 ｒ环 甚 存 在 的 ） 的 事 物 和 环 境 ， 人 投 入 到 这 种 环 境 中 ， 立 即有 “ 亲 临其 境 ” 的感 觉 ， 并可 亲 自操 作 ， 与 虚 拟 环 境 进 行 交 互 【。 １ Ｊ 计算 机 虚拟 仿真 技术 ，是在 多媒 体技 术 、虚拟 现 实技 术 与 网络通 信技 术等 信 息科 技迅 猛发 展 的基础 上 ，利 用计 算 机 技 术 将 仿 真 技 术 与 虚 拟 现 实 技 术 相 结 合 ， 是 … 种 更 高 级 的 仿 真 技 术 。 虚 拟 仿 真 技 术 以构 建 全 系 统 统 一 的 完 整 的 虚拟 环境 为 典型 特征 ， 并通 过虚拟 环 境集 成与 控制 为 数众 多 的 实 体 。 实 体 可 以 是 模 拟 器 ， 也 可 以 是 其 他 的虚 拟 仿 真 系 统 ， 更 多 的 是 计 算 机 。 实 体 在 虚 拟 仿 真 软 件 所 提 供 构 建 的环 境 中 相 互 作 用 ， 以 表 现 客 观 世 界 的 真 实 特 征 。 虚 拟 仿
仿真技术应用到课堂教学和实验环节 中，实现 实验教学的高层 次 目标 ，有效地提高教学质量 。 【 关键词 】虚拟仿真 ；数字 电路；课程 改革 ；教学方法 【 中图分类 号】Ｇ ２ ４０ 【 文献标识码 】Ｂ 【 论文编 号】１ ０－ ８ ９ （０ ０ ７ ｌ７ ４ ０ ９ ０ ７ ２ １ ）０ —０ ４ —０
基于SPOC平台的虚拟仿真课程教学改革探索
基于SPOC平台的虚拟仿真课程教学改革探索作者：韦银幕蓝欢玉蒋玉芳来源：《广西广播电视大学学报》2023年第05期［摘要］针对虚拟仿真课程在教学实践中存在的资源重复、评价方式单一等不足，文章引入SPOC平台，开展虚拟仿真课程教学模式创新的研究。
在教学调研工作中，提出了规范虚拟仿真课程线上教学环节的方式，以完善平台硬件设施及平台功能为侧重点，提高学生在学习中的参与度，改善学生学习积极性不高的问题。
同时，按照原有的教材框架，拓展教学内容获取渠道，优化课程教学资源，并以真实的项目及案例作为引导，在教学过程中拓展学生学习的知识面。
在完成上述相关工作的基础上，高效整合教学评价现状，对原有教学评价机制进行创新，实现多维度评价。
［关键词］SPOC平台；虚拟仿真课程；仿真教学情境；教学模式；创新策略［中图分类号］G434 ［文献标识码］A ［文章编号］1008-7656（2023）05-0021-04虚拟仿真课程是高校计算机专业的创新类课程，也是一门技术性课程。
虚拟仿真技术结合了大数据和人工智能等新技术，为教育领域带来了许多创新和发展。
在虚拟仿真中收集到的大量学习数据可以通过大数据分析进行处理和分析[1]。
借助大数据分析技术，可以深入挖掘学生的学习行为和趋势，提供个性化的学习支持和反馈。
同时，还可以通过对学习数据的分析，识别学习过程中的模式和规律，优化课程设计和教学策略。
一、虚拟仿真课程教学现状分析当前，基于大数据的个性化学习已经成为教育发展的趋势。
虚拟仿真技术通过收集学生的行为和反馈数据，结合大数据分析和机器学习算法，为学生提供个性化的学习体验。
系统根据学生的学习进度、兴趣和能力，定制符合其需求的学习内容，使人工智能技术应用于虚拟仿真中的教学辅助与评估。
通过自然语言处理和机器学习等技术，智能系统能模拟教师的工作，并根据学生的情况提供实时的辅导和反馈[2]。
此外，系统还通过对学生在虚拟环境中的表现和决策进行评估，提供准确的学习评估和反馈。
《通信系统仿真》实验改革的探索与体会
《通信系统仿真》实验改革的探索与体会通信系统仿真实验为计算机科学与技术专业的学生提供了一个可以全面掌握通信系统仿真原理和技能的机会。
近年来，随着社会科学研究的不断发展，我们通信系统仿真实验也经历了一次重大的改革。
本文通过对改革实施和实施效果的分析，探讨了通信系统仿真实验改革的探索和体会。
首先，对通信系统仿真实验进行改革的目的是提高学生的实践能力和实践素养。
为了达到这一目标，我们在实验内容和实验形式上做了一些改革。
首先，我们将实验的内容由传统的理论知识转向实践性的实验内容，通过实验的做法来实现理论知识的运用，从而更好地培养学生的实践素养和实践能力。
其次，我们在实验形式上也作出了一些改变。
将传统的小组讨论方式改为学生更加自主的实验形式，让学生亲自动手实践，进一步增强实践素养和实践能力。
改革后的通信系统仿真实验给学生带来了显著的实践能力和实践素养的提高，但也存在一些问题，如学生的态度不够认真或缺乏实践的技能。
为了解决这些问题，我们针对学生的不同问题，在教学过程中更加细致入微，采用更加灵活多变的方式，指导学生进行实践。
例如，在实践前，教师要讲解实验原理及实验流程，让学生明白实验的目的及对实验结果的重要性；在实验过程中，教师还要详细的讲解相关技术，以及步骤的演示，帮助学生完成实验，得出正确的结论；在实验结束后，还要结合实验结果，进行实验结论的总结，以此让学生更好的掌握实验所涉及的知识，增强自己实践能力和实践素养。
通过实施上述改革，我们在提高学生实践能力和实践素养方面取得了明显的效果。
学生在实验中更加灵活地运用自己所学的知识和技能，明白实验的目的及实验结果的重要性，并根据实验结果作出正确的结论，这说明实践能力和实践素养已经初步提高。
总之，通过对通信系统仿真实验的改革，我们发现了一些新的发现，提出了一些新的观点，并在提高学生实践能力和实践素养方面取得了显著的成效。
今后，根据实际情况进行相应的调整和完善，努力实现学生实践能力和实践素养的最佳提升。
虚拟仿真技术在实训课程资源开发过程中的研究及应用
图1 2.2 开发过程
在三维建模的基本流程一般分为：①项目建模准备。
在项目建模准备阶段，需要充分参照现实设备或图纸进确定建模场景、建模精度、建模单位、
模型分组编号。
将分解模型图纸导入建模软件进行分组并冻结，作为后期建模的参考。
②项目建模过程。
在项目建模过程阶段，需要根据分解模型进行建模标准（高、中、低模）建立，根据材质进行模型分组建模，尽量保证同一材质由同一人建模，避免后期材质贴图出现差异。
选择合适的建模工具，按照前期标准进行三维建模，在建模中一定要保证设备结合处比例合适、布线规范、精
端进行观看和学习，是一种可以普遍应用的教学方法。
只需要将教学资源
图2。
虚拟仿真实践教学改革(3篇)
第1篇摘要：随着我国教育事业的不断发展，实践教学在高等教育中的地位日益凸显。
虚拟仿真实践教学作为一种新兴的实践教学方式，具有广阔的应用前景。
本文分析了虚拟仿真实践教学改革的必要性和可行性，提出了虚拟仿真实践教学改革的策略和措施，以期为我国高等教育实践教学改革提供参考。
一、引言实践教学是高等教育的重要组成部分，是培养学生创新能力和实践能力的重要途径。
近年来，随着科技的飞速发展，虚拟仿真技术逐渐应用于实践教学领域，为实践教学改革提供了新的思路和手段。
虚拟仿真实践教学具有以下优势：①降低实验成本；②提高实验安全性；③拓展实验范围；④提高实验效率。
因此，开展虚拟仿真实践教学改革具有重要的现实意义。
二、虚拟仿真实践教学改革的必要性1. 提高实践教学效果传统的实践教学方式存在诸多弊端，如实验设备昂贵、实验条件有限、实验安全性低等。
虚拟仿真实践教学可以克服这些弊端，提高实践教学效果。
2. 满足人才培养需求随着我国经济社会的发展，企业对人才的需求越来越高，对人才的实践能力和创新能力提出了更高的要求。
虚拟仿真实践教学可以培养学生的实践能力和创新能力，满足人才培养需求。
3. 促进实践教学改革虚拟仿真实践教学可以推动实践教学改革，优化实践教学体系，提高实践教学质量。
三、虚拟仿真实践教学改革的可行性1. 技术支持虚拟仿真技术已经取得了长足的发展，可以为虚拟仿真实践教学提供技术支持。
2. 政策支持我国政府高度重视虚拟仿真实践教学改革，出台了一系列政策支持虚拟仿真实践教学的发展。
3. 社会需求企业对虚拟仿真实践教学的需求不断增长，为虚拟仿真实践教学改革提供了广阔的市场空间。
四、虚拟仿真实践教学改革的策略和措施1. 构建虚拟仿真实践教学体系（1）优化课程设置：根据专业特点和人才培养目标，设置虚拟仿真实践教学课程，确保实践教学与理论教学相结合。
（2）制定实践教学大纲：明确虚拟仿真实践教学的目标、内容、方法和评价标准。
（3）开发虚拟仿真教学资源：利用虚拟仿真技术，开发丰富的教学资源，如虚拟实验、虚拟实训、虚拟仿真实验等。
虚拟仿真实践教学活动(3篇)
第1篇一、活动背景随着科技的不断发展，虚拟仿真技术在我国教育领域的应用越来越广泛。
虚拟仿真实践教学活动作为一种新型的教学模式，通过模拟真实环境，让学生在虚拟场景中进行实践操作，有助于提高学生的动手能力、创新能力和团队协作能力。
本报告旨在对某高校某专业开展的虚拟仿真实践教学活动进行总结和分析，以期为其他高校提供参考。
二、活动目的1. 提高学生的实践操作能力：通过虚拟仿真实践教学活动，让学生在虚拟环境中进行实践操作，培养实际动手能力。
2. 增强学生的创新意识：在虚拟仿真实践教学活动中，鼓励学生发挥创新思维，提出新的解决方案。
3. 培养学生的团队协作能力：虚拟仿真实践教学活动要求学生分组合作，共同完成任务，提高团队协作能力。
4. 促进教师教学方法的改进：通过虚拟仿真实践教学活动，教师可以更好地了解学生的需求，改进教学方法。
三、活动内容1. 虚拟仿真平台搭建本次活动选用了某高校自主研发的虚拟仿真平台，该平台具有以下特点：（1）功能丰富：平台涵盖了专业课程所需的各类虚拟实验、仿真实验和综合实践项目。
（2）操作简单：平台采用图形化界面，操作直观易懂。
（3）交互性强：平台支持教师与学生、学生与学生之间的实时互动。
2. 虚拟仿真实践教学项目本次活动共选取了以下三个虚拟仿真实践教学项目：（1）机械设计虚拟仿真实验：通过虚拟仿真平台，让学生在虚拟环境中进行机械设计，提高学生的设计能力。
（2）电气工程虚拟仿真实验：通过虚拟仿真平台，让学生在虚拟环境中进行电气工程实验，提高学生的实验操作能力。
（3）软件开发虚拟仿真实验：通过虚拟仿真平台，让学生在虚拟环境中进行软件开发，提高学生的编程能力和项目实践能力。
3. 虚拟仿真实践教学过程（1）课前准备：教师根据课程内容，提前在虚拟仿真平台上布置实验任务，学生预习相关理论知识。
（2）课堂实践：教师引导学生进入虚拟仿真平台，进行实践操作。
在操作过程中，教师进行指导，解答学生疑问。
（3）课后总结：学生总结实践经验，撰写实验报告，教师批改实验报告，反馈教学效果。
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基于虚拟仿真平台实施通信类实训课程改革的探索与实践
--以“光通信系统实训---4G承载网建设”为例1
谭传武刘志成
（湖南铁道职业技术学院，湖南株洲 412001）
摘要：本文基于虚拟仿真平台实施通信类实训课程“光通信系统实训”教学改革。
通过深圳市艾优威科技有限公司开发的“IUV-4G全网仿真教学软件”（简称IUV平台）完成密集城区承载网设计与实现。
从网络规划、设备配置、数据配置、业务调试等方面完成承载网的建设及优化。
通过调试和测试检测城区连通性，最终实现全市各小区能够快速、稳定上网。
利用虚拟仿真平台实施实训课教学，能确保实训任务同步完成达到实践训练的效果，特别适合通信类专业设备昂贵、网络系统庞大的专业实训课程体系。
关键词：虚拟仿真；课程改革；实训教学；承载网
【中图分类号】：G712 【文献识别码】：A 【文章编号】：
0 引言
随着“互联网+”时代的到来，虚拟仪器技术及网络功能的不断更新与完善，真实工程环境与虚拟教学环境的结合越来越紧密，基于此类技术的虚拟实训教学平台以丰富的资源共享性、互动操作性等特点，在信息化教学和实践教学上具有非常明显的优势[1]。
通信系统的认知和实训是通信专业中最为重要的实训课程[2]。
通信系统设备产品多样、更新迅速、价格昂贵,以现有学校的实训经费投入，学生很难看到全网的真实设备，更难做到亲手操作体验，对所学课本知识很难消化，不利于以后的实际工作和应用[3][4]。
利用虚拟仿真技术，学生可以与虚拟环境的各个仿真模拟设备接触，能够增强职业性的体验，加深学生对课堂教学和实践内容的理解[5][6]。
同时学生可以针对工作任务提出自己的解决办法，增强学生解决现场实际问题的能力，对于改善学生的规范意识、安全意识具有重要的实际应用价值,推动了通信专业教育教学改革[7]。
本文基于深圳市艾优威科技有限公司开发的“IUV-4G全网仿真教学软件”（简称IUV平台）平台，实施“光通信系统实训”课程教学，以“4G承载网建设”的内容为例，对实训课教学进行尝试，从网络拓扑规划、容量规划及IP规划、设备配置、数据配置等方面完成密集城区（万绿市）的4G承载网络建设, 从而使学生达到全程全网的意识。
1、网络规划
承载网的站点之间采用光传输网OTN，站点采用PTN与路由器混合组网形式，在核心层部署路由器加强IP转发能力，结合了PTN和路由器两种组网方案的特点。
本文使用网段192.168.35-38.0/24模拟网络建设。
详细地址规划如表1所示。
收稿日期：
作者简介：谭传武（1984—），男，湖南茶陵人，讲师，研究方向为通信技术。
1基金项目：湖南省教育科学规划院2016年度职业院校教育教学改革研究项目（项目编号：ZJGB2016014）
表1 IP地址规划表
PTN在配置IP地址时需要用到VLAN来区分业务网段，在环上按逆时针方向分配VLAN；汇聚环与核心层对接从VLAN100开始递增；汇聚环从VLAN200开始递增；接入环从VLAN300开始递增，网络拓扑规划如图1所示。
图1 密集城区（万绿市）拓扑规划图
OTN业务的传输类型有多种，如E1、STM、FE、GE等。
依据无线侧容量计算结果，可知在骨干网与核心层对接中使用100GE的接口、核心层与汇聚层使用40GE的接口、汇聚层之间对接使用40GE的接口。
城区站点机房与站点机房的设备配置连线端口如表2所示。
表2万绿市机房设备选型表
2、网络设备配置
网络规划后须对OTN、路由器及PTN等设备进行配置，OTN频率及单板配置如表3所示。
表3万绿市OTN数据配置表
路由器和PTN的数据配置都是由物理接口配置、逻辑接口配置、静态路由配置、OSPF路由配置几个部分组成，具体配置方法如表4所示。
表4路由器、PTN物理接口数据配置表
机房的路由器和PTN的物理接口配置已经完成，接下来进行逻辑接口配置，路由器的逻辑接口配置由loopback接口配置和子接口配置组成，随后进行路由配置，静态路由信息在缺省情况下是私有的，不会传递给其他的路由器，OSPF是一个内部网关协议，本文采用OSPF路由协议完成路由信息的配置，核心机房RT1的OSPF接口配置如图2所示，其他机房的路由器、PTN设备的OSPF设备配置方法类似。
3、网络测试及验证
承载网规划和配置完成后，依据告警信息通过调试工具Ping、Trace、光路检测完成承载网的网络调试及业务验证，网络调试把握三个方面。
3.1 ping 测试
业务调试采用Ping测试，Ping测试的界面如图2所示。
由图2可知，站点机房到中心机房的路由器是通的。
图2 采用Ping命令测试连通性
3.2 Trace 测试
当两端Ping不通时，采用Trace工具查找故障位置，Trace的好处是能明确定位出数据包转发路径中在哪一点出现中断，Trace是基于IP转发路径，能定位到的必定是某一个路由器或PTN，但具体是路由配置问题、IP配置问题、VLAN配置问题、物理连线问题，还是连接的OTN出现故障就需要进一步排查。
中
心机房RT1至A站点机房PTN的Trace测试详细界面如图3所示。
由图3可知，从A站点机房到中心机房经过了四段网络。
图3 采用Trace跟踪路由
3.3 光路检测
光路检测用于检测两个OTN客户侧接口的光路是否畅通，在两个客户侧接口间发光和收光，如果期间的连接或配置有错误，会提示错误信息，如果光路没有问题，提示检测通过。
光路检测后，将鼠标移动到左侧设备图中万绿市中心机房和万绿市汇聚2区机房的OTN上，会出现菜单，选择进行两个机房OTN进行对接的端口进行测试，显示成功，如图4所示。
其中设为源/设为目的表示将该OTN设为光路检测的源或目的端；槽位（单板）表示选择要进行检测的单板；CXT/CXR表示选择要进行检测的客户侧接口。
图4 光路检测图
4 结论
本文从网络规划、设备配置、数据配置及业务调试等方面完成了密集城区的承载网设计，克服了通信系统设备产品多样、价格昂贵限制学习的困难,采用虚拟仿真技术设计和实训传输网络,学生可以针对设计任务提出自己的解决办法,增强学生解决现场实际问题的能力,推动了通信专业实训教育教学改革。
参考文献
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