虚拟仿真软件：高等教育数智化转型的新路径

  在教育技术日新月异的今天，高等教育正经历着一场深刻的“数智化”变革，而虚拟仿真软件作为这一转型中的关键环节，正在重新定义实训教学的边界与内涵。从理论探索到实践应用，虚拟仿真技术以其独特的优势，成为了推动教育现代化、提升教学质量的强劲引擎。

  环境模拟的无限可能：与传统实训受限于物理条件不同，虚拟仿真软件能完全复刻现实环境。无论是高成本、高风险的发电厂运维，还是复杂精密的工业生产线，学生都能在安全的虚拟空间中反复练习，无限拓宽了学习的边界。

  成本效益显著：虚拟仿真实训极大的降低了实验材料、设备维护和场地租赁等多种教学成本。对于高等院校而言，这不仅意味着经济上的节省，也使得资源分配更为灵活高效。

  个性化与自适应教学模式：通过数据分析和智能算法，虚拟仿真软件可以依据学生的学习进度和能力提供个性化的学习路径。这种自适应教学模式确保每位学生都能灵活掌控自己的学习节奏，提高学习效率和成果。

  增强互动与合作：虚拟仿真软件支持多人同时在线学习，促进学生间的互动与协作，模拟真实的团队工作环境。这种社交互动不仅加深了学习体验，也为学生在步入职场前积累了宝贵的沟通与合作经验。

  零分风学习环境：在涉及危险物质、高风险操作的学科领域，虚拟仿真为学生提供了零风险的实验环境。学生可以大胆尝试并从中积累经验教训，且无需担心造成实际伤害或损失，这对于培育学生的实践能力和解决实际问题的能力至关重要。

  随着虚拟仿真、大数据、云计算、人工智能等技术的不断成熟，高等教育的“数智化”转型已成为必然趋势。传统实训教学模式受限于场地、设备、安全等因素，难以满足新时代下对高质量、高效能、高灵活性教学的需求。

  在数字化实训教学场景下，虚拟仿真软件已经从理论走向实践，大范围的应用于电力工程、环境工程、化学化工等众多领域。例如，在工程实训中，学生可通过虚拟仿真软件模拟操作复杂的机械设备，体验从设计到实施的全流程，而无需担心设备损耗和安全问题。此外，借助虚拟仿真软件，教师还能根据教学目标和学生需求灵活调整模拟内容和难度，实现个性化和差异化的教学。

  虚拟仿真软件为老师提供了全新的教学工具和平台。一方面，教师能通过软件预先设定课程流程、考核标准及反馈机制，使得教学管理更方便快捷高效；另一方面，通过一系列分析学生在虚拟仿真环境下的行为数据，教师可及时掌握学生的学习状况，针对个体差异精准施策，实现精细化教学管理。

  案例一：航空零件工艺设计与虚拟仿真加工实验软件随着科学技术的日新月异和航空航天技术的广泛应用，行业对于具备扎实工艺设计及精密加工能力的专业人才需求日益迫切。然而，在传统的教学模式下，尽管理论知识得以系统传授，但学生在面对复杂的航空零件工艺设计与实际加工环节时，由于实物操作的机会有限、现场体验难度大等因素，往往难以实现对专业相关知识深入全面的理解和掌握。为解决这一痛点，北京象新力科技有限公司自主研发了“航空零件工艺设计与虚拟仿真加工实验”软件，该软件凭借其强大的虚拟仿真技术，突破了传统教学环境的束缚，将抽象的航空零件工艺设计过程转化为生动直观的三维虚拟场景，使学生能够在无风险的环境中进行全方位、全过程的操作演练。☑ 产品介绍在传统的教学中开展的实验项目如：数控铣床的基本操作与对刀实验、数控刀具与工具认识现场课等，主要是针对知识单元开展的实践训练，功能单一，有些项目因实验台数限制，多为演示项目。本实验项目以大型航空零件的加工场景为原型构建，通过此虚拟仿真实验，将多门课程知识系统的综合在一起，并将机械制造领域的研究热点与前沿知识融入实验，综合应用于零件的工艺设计与仿真加工中，构建出知识学习和能力培养的新构架。

  ☑ 产品特色本实验采用一般性综合应用到高阶性综合应用的逐级递进的教学结构设计，教学过程应用了任务驱动式、交互式、探索式等教育学生的方式，使学生完成型腔零件与大前梁零件的机械加工PROC设计与虚拟仿真加工操作，激发学生的学习兴趣。实验包含对机械加工基础知识的掌握和理解、机械加工理论的综合应用、普通数控机床的操作训练与加工、结构较为复杂的大型薄壁零件工艺设计、加工理论知识的探索与高级综合应用以及高档数字控制机床的操作训练与加工。逐级递进的结构设计，逐级提升学生对机械加工知识的掌握和综合应用，符合学生认知、学习以及探索的需求和逻辑。

  ☑ 实验内容○ 机械加工工艺方案制定○ 毛坯材料、形状、制造方法确定○ 定位基准的选择○ 表面加工方法○ 加工顺序的安排○ 工序尺寸及公差○ 刀具类型、刀具材料确定○ 切削参数对切削力的影响规律○ 数控铣床加工设置○ 五轴龙门加工中心加工操作☑ 支撑课程○ 人机一体化智能系统工业基础○ 机械制造技术○ 机械制造基础○ 数控加工实训○ 机械制造工艺装备课程设计案例二：热工自动控制数字孪生实验系统随着科学技术的快速的提升，工业生产对于精确、高效和智能控制的需求日益增强。在此背景下，北京象新力科技有限公司自主研发了“热工自动控制数字孪生实验系统”，它巧妙地将真实世界的热工控制管理系统软硬件与虚拟仿真技术相结合，构建出一个高度互动且功能全面的半实物仿真平台。该系统以其创新的设计理念和卓越的技术性能，为教育科研以及工业生产中的热工自动控制领域开辟了全新的教学、实验与优化路径。☑ 产品介绍热工自动控制数字孪生实验系统：真实控制管理系统软硬件与虚拟实验对象结合，构成半实物仿真。各种控制算法和调节规律在开放的实验软件平台上都能轻松实现。实验数据及图表在上位机软件系统中很容易存储及调用，以便实验者进行实验后的比较和分析。

  ☑ 产品特色本项目产品具有广泛的扩展性和后续开发功能，可以扩充不同的实验对象数学模型和控制模型。最小化DCS系统：对项目中采用的控制管理系统软硬件，采用最小化DCS的方案。真实的DCS软硬件采用国电智深主流工业产品，易于升级，使用起来更便捷。系统能进行控制组态与调试、运行监视。是一个小型化的监控系统，支持火电过程控制的算法与方案，包括联锁、顺控、模拟量控制。

  虚实结合：真实控制管理系统软硬件与虚拟实验对象结合，构成半实物仿真。学生在编程环境中编制控制逻辑，然后下装到硬件中，运行，与三维软件系统之间进行通讯，控制虚拟环境下的热工设备的运行，组成半实物仿真系统。一机双屏：一个屏幕查看DCS控制管理系统，搭建SAMA图，调节参数；另一个屏幕查看三维场景中控制对象的动画变化。

  ☑ 实验内容○ 单容水箱系统对象特性实验○ 除氧器水位控制○ 双容水箱系统液位PID控制管理系统○ 单容水箱液位PID控制管理系统○ 给水泵启停顺控○ 串级控制管理系统的设计与调试○ 双容水箱系统对象特性测试○ 高压加热器连锁保护○ 前馈-反馈控制系统的设计与调试○ 炉膛负压控制○ 引风机启停顺控☑ 支撑课程○ 热工自动化技术○ 自动控制原理○ 热工自动控制系统

  综上所述，虚拟仿真软件的应用，标志着高等院校实训教学迈入了智能化、信息化的新阶段。它不仅拓展了教学资源，丰富了教学手段，更加有助于培育学生的创新思维与实践能力，促进教育公平，实现教育资源的高效配置和最大化利用。

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