虛擬仿真案例范文

摘要：在地理信息產業大爆發，但滿足行業要求的高層次畢業人才匱乏的這種矛盾的背景下，如何廣泛培養綜合型人才成為了迫在眉睫的問題。不同于三維地理信息系統等傳統課程實驗，地理信息虛擬仿真實驗利用前沿的虛擬仿真技術，有更佳的實驗體驗，面向的課程理論也更寬泛，對學生綜合能力的培養更為有效。

關鍵字：地理信息；虛擬仿真；實驗設計

2014年國務院辦公廳《關于促進地理信息產業發展的意見》，從國家層面明確指出了地理信息這一戰略性新興產業在我國經濟社會發展中的重要戰略作用，地理信息產業成為國務院列出的國家七大戰略新興產業之一[1]。同時，隨著近年來高校就業形勢日漸嚴峻，教育部加強了對實驗教學工作和實驗教學信息化工作的宏觀指導，先后出臺了強有力的政策。2012年教育部在《教育信息化十年發展規劃（2011-2020）》中明確了發展規劃及目標：推動信息技術與高等教育深度融合，創新人才培養模式；明確了建設各級各類優質數字教育資源的工作目標；進一步提出了建立數字教育資源共建共享機制的重要途徑。同年，《教育部關于全面提高高等教育質量的若干意見》也明確提出，要強化實踐育人環節，提升實驗教學水平。2015年，國務院辦公廳在《關于深化高等學校創新創業教育改革的實施意見》中提出“強化創新創業實踐”，要求“各高校要加強專業實驗室、虛擬仿真實驗室、創業實驗室和訓練中心建設，促進實驗教學平臺共享。”正是在這樣的背景下，地理信息科學專業在進行教學改革、促進教學模式發展的過程中，應該積極引入虛擬仿真技術，建設虛擬仿真實驗室，開展虛擬仿真實驗。

一地理信息虛擬仿真實驗教學體系

建立虛擬仿真實驗教學是是學科專業發展與信息技術深度融合的產物[2]。建立地理信息虛擬仿真實驗教學體系是一切工作的基礎，它將培養方案中的專業課程內容和虛擬仿真實驗過程有機的結合在一起，形成一個具有完整內涵的綜合實驗項目。首先，設計虛擬仿真實驗應圍繞地理信息科學專業培養方案中制定的目標以及實驗目的，進行技術選型。中國地質大學（北京）地學信息工程虛擬仿真教學實驗中心擁有完備虛擬仿真的硬件設備和技術條件，包括具備四通道高清投影儀的沉浸式環境、3D打印機、激光掃描儀等，為開展虛擬仿真實驗提供了良好的實驗環境；然后，進行實驗案例的設計與開發了，實驗案例的設計緊緊圍繞實驗項目的主題展開；實驗案例達到“可用”標準之后，便可以開始部署到虛擬仿真實驗環境中，開展虛擬仿真實驗；學生在使用最初版本的實驗案例后，形成回饋，設計實驗的教師則根據回饋對實驗案例進行調整，或者對技術選型做出修改；實驗案例的發展進入“被動”迭代過程中，這里“被動”是指學生在整個實驗過程中，只是被動的接收實驗要求，完成實驗步驟；如果學生經過一段時間虛擬仿真實驗的訓練，就有可能獲得較強的實驗開發能力，這時候學生就可以介入到實驗案例的設計、開發中來，實驗案例的發展則進入“主動”迭代過程。通過上述“實驗設計——實驗開展——實驗設計修改”螺旋上升的過程，實驗案例的內容得到了豐富，學生的綜合能力也得到了提高。第一階段，為準備階段，首先需要明確本科培養方案中的培養目標是什么，圍繞這個目標構建新的培養計劃的。在新的培養計劃中確定有哪些課程具有實踐環節，在哪些實踐環節中需要虛擬仿真技術參與，什么是虛擬仿真實驗最好的切入點；另外，準備階段項目組需要了解當前熱點的虛擬仿真技術，熟悉并掌握目前地學信息工程教學實驗中心已具備的虛擬仿真教學資源。第二階段，為開發階段，在第一階段的基礎上，項目組已經可以順利開展實驗案例的設計、開發工作。實驗案例的開發，簡單來說分為三步：1）概要設計，主要是根據實驗目的和課程內容的確定實驗內容；2）詳細設計，結合虛擬仿真技術，確定實驗步驟，開發實驗原型，并進行驗證；3）實施，達到“可用”程度的實驗案例，即可部署到虛擬仿真實驗環境中讓學生進行實驗。第三階段，為評價與提升階段，學生完成實驗后進行反饋，教師根據反饋修改實驗；或者學生自主設計的實驗案例，豐富實驗案例庫。

二典型實驗設計——數字古城

（一）實驗項目簡介

為響應國家新型城鎮化的要求和相關會議關于古城保護工作的重要精神，全國各地都在積極開展古城保護工作，充分挖掘我國古城的歷史文化資源，樹立可持續的保護理念，提高依法保護意識，堅持正確的保護原則，保護我國古城的歷史文化風貌，傳承歷史文脈。但是，隨著自然、社會等影響，古城風貌進行完整保留有一定難度，虛擬仿真技術可以構建數字世界里的古城，定格古城的某個瞬間，讓古城風貌永不褪色。

摘要：隨著信息技術的發展，水利專業化知識急需和虛擬仿真技術進行深度融合促進教學與實踐。以培育創新能力與增強工程實踐為導向，建立“應用+前沿”的課程大綱，建設基于仿真教學平臺的教學模式，擴充工程案例作為三維的“活教材”激發學生的實踐認知能力，嚴格把握以仿真課程設計為控制目標的考核模式，以科研項目促進教學基礎知識深化與創新能力培養增強。基于虛擬現實的水利信息可視化技術仿真教學模式探索與研究，將為水利工程教學、人才培養、虛擬仿真實驗教學中心建設、乃至學科發展提供重要的支撐。

關鍵詞：水利信息；可視化技術；水利工程；虛擬仿真；實驗教學

傳統的教學觀念主要是“傳道、授業、解惑”，這種教學方法是以教為主，學生始終處于被動的學習環境中，現代化的教學方法要求改變傳統的課堂講授式為啟發引導式，賦予學生學習的主動性[1]。隨著信息技術的發展，將虛擬現實技術引入到教學中，構建基于虛擬仿真教學平臺，可以創建逼真教學環境，從而為學生提供良好的人機交互功能[2]。虛擬仿真教學可以更高效的培養學生創新精神和實踐能力，共享優質實驗教學資源，進一步完善教學體系，整合相關學科的教學和人力資源[3]。越來越多的水利專業化的內容需要和信息技術進行深度融合。從專業發展對于人才培養的角度來看，越來越需要提高創新型水利人才與實踐型水利工程師的培養深度與效率。

一、虛擬仿真教學模式建設背景與意義

隨著虛擬現實技術迅猛發展，聯合多種手段，如三維模型、PPT、音像等，能提供界面友好、形象直觀的交互式學習環境，有利于發展聯想思維和建立新舊知識之間的聯系。基于虛擬現實技術的特點，它的實際應用在理工科的教學中比較廣泛。哈爾濱工業大學市政環境虛擬仿真實驗教學中心，可三維可視化顯示市政、能源設備內部構造及工藝流程等，可為環境工程和給水排水等本科專業提供直觀的教學輔助手段[4]。寧波大學和福州大學土木工程虛擬仿真實驗教學中心，包含工程結構、道路工程、給排水工程和水利工程等虛擬仿真實驗室。河海大學力學與水工程虛擬仿真實驗教學中心，開發了“創新研究型”、“專業實踐型”、“基礎擴展型”三大類虛擬仿真實驗項目，使學生通過在虛擬環境中開展實驗，提高了學生創新和實踐能力。本校進行水利信息可視化技術仿真教學模式探索與研究的需求主要體現在以下幾個方面：1.開展國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作，旨在貫徹落實《教育部關于全面提高高等教育質量的若干意見》精神和《教育信息化十年發展規劃（2011-2020年）》，推動高等學校實驗教學改革與創新，全面提高大學生的創新精神和實踐能力[5，6]。因此，若要開展虛擬仿真實驗教學中心的建立，尤其要加緊課程仿真教學模式改革的步伐。2.水利信息技術作為一門相關新興的交叉學科，可以很好的結合最新的信息技術促進水利工程學科的發展，并逐漸起到尖兵作用。3.水利信息可視化技術仿真是水利信息技術碩士專業和水利水電工程本科專業的主干專業必修課之一，開展水利信息可視化技術仿真教學模式探索與研究有利于整個學科教學水平的推進。

二、虛擬仿真教學模式建設思路與內容

水利信息可視化技術仿真教學模式探索與研究的整體思路如圖1所示。本課程的教學研究內容如下所示。

（一）建立以培育創新能力與增強工程實踐為主導的“應用+前沿”課程大綱根據水利水電工程專業工程教育認證相關的要求，教學模式要服務于人才培養模式。對于要培養具備扎實理論基礎與創新能力的科研型人才和動手能力強與工程實踐經驗豐富的應用型工程技術人才的培養方案，要求課程大綱也能滿足兩者的需要。增加目前在建筑與機械行業最前沿的“BuildingInformationModeling，BIM”，增加水利建筑的信息驅動內容，再進一步增強工程的全生命周期理論，為水利專業工程師和創新人才一體化培養方案的修訂奠定基礎。因而制定“應用+前沿”課程大綱，實行“一體化教學”等，深化課程體系改革。明確把課程基礎知識、工程實踐素材、與科技前沿整合到課程大綱中。

1資料與方法

1.1運行案例學生在模擬教學前需對案例相關知識進行主動性學習，上課時先分組進行案例討論，然后分配角色，準備用物，角色包括患者、家屬、護士、醫生、觀察員、記錄員。根據需要模擬醫院情景，如呼吸科病房、心內科病房等，要求虛擬仿真環境逼真度高，高逼真度的環境可為學習者提供身臨其境的沉浸感，需要在視、觸、聽覺等感知通道提供真實感的體驗，使學生在特定的臨床情景中運用多媒體、實物等實施相應的護理操作。多媒體醫學模擬仿真系統由先進的電腦技術驅動，通過皮膚接觸、錄音發聲，顯示人體器官功能，覆蓋人體各大系統的仿真技術。通過角色扮演、溝通練習和技能訓練等融為一體的情景案例演練，使學生感受到醫院氛圍，體會到患者的痛苦，體驗到護士的辛苦，提高了學生溝通能力、應變能力和團隊合作能力，加快了角色的轉變。

1.2引導性反饋將演練過程全程錄象，完畢后給學生回放，針對學習目標進行引導性反饋，讓學生對扮演的角色進行點評，通過討論和溝通，了解學生的思路。如問學生：模擬訓練中發生了什么？為什么發生？我很好奇你怎么看這件事情？你當時的想法是什么？你從這次模擬練習中學到了什么？行動后反思，進一步提高教學效果。

1.3評價效果最后由教師總結仿真教學效果，需客觀而溫和地指出每組學生演練的優點和存在的不足，提倡使用語句有：我發現……，我擔心……，強調做得好的部分，欣賞學生的優點，并且說明其原因，對不足部分，提出解決方法。并向學生介紹相關護理新知識，以便學生自學。注意不要指責和批評學生，要讓學生感到自尊。

2結果

2.1完成仿真模擬教學24學時，大部分學生能積極爭取參與，結業考試內科成績優良率達55%，及格率達93%。護士執業資格考試通過率明顯提高。

2.2通過仿真模擬教學，學生自主學習能力明顯提高，護理技能得到明顯提升，開始演練時，部分學生緊張，說話不流暢，表達不清楚，操作頻繁出錯，通過反復演練，學生自信心增加，表達能力、團結合作能力大大提高。學生對教學方法認同度達89%。

3討論

一、CDIO工程教育理念

該教育模式是以產品、過程和系統的構思、設計、實施和運行全生命周期為背景的教育理念為載體，以CDIO教學大綱和12標準為基礎，讓學生以主動的、實踐的、課程之間具有有機聯系的方式學習，獲取工程能力。CDIO工程教學模式的主要特色在于它創造了能夠深化技術基礎和實際能力的學習經驗。采用現代教學方法、創新教學模式和新的學習環境為學生提供接近工程實際的學習經驗，這些具體的學習經驗創建了一個與技術基礎相關的學習抽象概念的認知框架，并為學生提供有助于理解和記憶這些抽象概念的實際應用機會，由此提供掌握深厚基礎知識的途徑。

二、“自動控制理論”課程教學改革

1.重新設計教學模式

根據“自動控制理論”課程特點，運用CDIO工程教育理念，堅持以學生為本，建立知識、能力、素質培養體系，將系統的構思、設計、實施和運行貫穿整個教學過程，對“自動控制理論”的教學目標、課程體系、教學活動及組織形式等進行全方位思考與設計，形成基于CDIO的“自動控制理論”課程教學模式，如表。

2.強化工程實踐能力培養

為了加強“自動控制理論”課程工程實踐能力的培養，在傳統教學的基礎上，融合項目教學、虛擬仿真和案例分析等方法，讓學生在模擬工程實踐的環境中進行學習。

（1）項目教學。基于項目的教學是建立在具體問題的基礎上來尋找解決問題的辦法。為了踐行CDIO工程教育理念，依托項目以3~5名學生為一組，教師采用點撥方式或共同探究的方式進行指導。具體實施步驟如下：1）構思（C）。通過加深學生對自動控制系統的使命、需求、功能、技術和構建等概念設計的理解，其主要形式是要求學生對控制系統進行分析、思考，形成對控制系統設計開發的基本感性認識，加深對控制系統基本分析和設計方法的理解。2）設計（D）。要求學生使用控制方法，完成自動控制系統的需求定位、模型開發、系統分析、系統架構等。通過實踐，使學生掌握自動控制系統工程的基本原理、方法、技術、工具，并能夠在實際中應用。3）實現（I）。將設計成果加以實現，著力培養學生的務實精神、工程能力和團隊精神。4）運行（O）。每個小組對所開發的控制系統進行實際應用，并建立相應的應用、營銷和服務渠道。實在難以在實際應用的要求建立模擬實際應用環境，實施模擬應用。運行主要目的是讓學生了解市場，培養學生的務實精神和實際工作能力。

1建筑學實驗室發展現狀

高校特色建筑實驗室的設立具有一定的地域性，或者具有一定學科優勢，進而在高校建立特色建筑實驗室。但近幾年隨著我國高校擴招的不斷進行，各大高校學生數量不斷增加，建筑學專業逐漸成為熱門專業，每年建筑類專業招生志愿填報呈現爆滿狀況，但高校建筑學科相應實驗室的建設并未與建筑學專業招生情況同步的發展。例如我國高校在2000年的擴招人數為220萬，到2013年擴招人數發展為657萬，而我國高校實驗室的建設仍保留原來狀態，即使改造速度也相對緩慢。建筑學科實驗室還存在性質單一、設備老化、教學器材損耗、設備不全、場地有限、管理不善等問題。我國綜合發展水平較低，學院規模發展較小的高校，其建筑學科實驗室不能滿足學生的實驗教學需求，而且建筑學科實驗項目類型較少，或者只有單一性質的實驗室，完全不適應建筑學科的特點，設備老化，學生的正常建筑設計實踐教學難以進行。為了更好地改善高校建筑學科實驗室建設，國內外綜合型較強或者建筑學科優勢較強的學校，開始結合數字化技術、網絡技術、計算機技術等多方面的知識，研究虛擬實驗室，通過計算機和網絡，讓學生進行建筑設計實踐。

2建筑學虛擬實驗室的特點

通過建立虛擬實驗室，針對建筑學專業實踐教學實驗室短缺的發展現狀進行改善，其中虛擬實驗室和傳統的建筑學實驗室相比具有以下特征:

2.1成本低建筑學虛擬實驗室的建立和傳統的實驗室建設相比，在成本上有非常大的優勢，虛擬實驗室的建立需要購置的設備器材和傳統實驗室建設購置的器材設備數量相比，非常的少，這將建筑學的實驗教學成本大大的降低。傳統的建筑學實驗室在實踐教學過程當中會出現器材耗損、損壞等情況，這將使實驗教學的成本增加。而虛擬實驗室的建立不僅不需要購置過多的實驗器材和設備，還可以將建筑實踐教學中出現的設備損耗現象進行消除，在降低實驗教學成本的過程中還可以保證學生的安全。

2.2實驗教學不受時間和空間的限制傳統的建筑學實驗室在實踐的教學過程中，會受到空間和時間上的限制，例如某高校建筑學科的學生非常多，而配套的建筑實驗室相對少，此時學生的建筑實踐教學就會分開進行，或者是分組進行，這周第一組的學生上實驗教學課，下周第二組的學生上實驗教學課，交叉輪流上課的教學方法并不利于學生的系統學習，輪不上實驗教學課的學生心里著急，正在上實驗課的學生時間比較趕而無法探索創新，真正體驗到實際操作的樂趣。而虛擬實驗室的建設并無空間和時間上的限制，學生、教師、研究人員可以在任何時間、任何地點進行實驗，充分發揮虛擬實驗儀器的優勢，其儀器連網之后，就可以自行的設計建筑或者進行其他相關設備的安裝和添置，讓學生能更加立體地感受到建筑學的魅力所在。

2.3不受客觀條件影響虛擬實驗室建立能克服傳統實驗室受到的各種客觀條件影響，例如設備損壞，無法進行實驗，操作程序比較復雜，難以真正讓學生獨立操作。虛擬實驗室受到客觀條件的影響的幾率極小，可以在相同的條件下完成各項建筑設計試驗，克服設備接觸不良，場地受限，空間不足、機器損耗等相關不良現場的發生。

2.4具有開放性虛擬實驗室網絡實在計算機配套的基礎上實現的，因此具有開放性。計算機和其他部件之間的連接適應性好，具有便捷等性能。建筑學專業虛擬實驗室的建立通過計算機和網絡將當代教學環境改善，同時實現教學資源的共享，提升實驗教學質量，學生可以充分的利用網絡資源進行學習，進而將實驗室建設的成本降低，實現實驗教學資源的優化配置。虛擬實驗室的優點不言而喻，并在未來的實驗教學中，虛擬實驗室將和傳統實驗室對接，實現聯合教學，將我國高校教學質量和教學水平提升，為學生提供更加便利的學習環境和學習資源，實現學生隨時隨進行實驗操作，方便探索與創新研究。未來虛擬實驗室的建設將向著立體3D的方向發展，為學生提供一個虛擬的真實環境，讓學生在實驗教學中產生一種真實感受，更加真切的體會建筑設計的魅力所在。

1基于SWEBOK和GSwE的教學大綱設計

在領悟SWEBOK基本精神，認真學習GSwE2009及《規范》的基礎上，針對一般行業院校碩士生培養目標是以培養從事行業軟件開發及項目管理工作的軟件工程和信息化應用人才為主的現狀，筆者建立計算機科學與技術專業民航特色的高級軟件工程教學大綱，見表1。表1的教學大綱設計兼顧SWEBOK及GSwE2009的核心知識體系，對SWEBOK的核心知識覆蓋率達到76%，對GSwE2009覆蓋率達到63.6%。然而，不管是SWEBOK還是GSwE2009，其核心知識點都是針對整個專業課程體系而設置，SWEBOK的《規范》建議494學時的最小核心學時數，GSwE2009則建議270學時的核心學時及200學時的交流學時，要在36學時內完成上述核心知識的詳細講授，顯然不可能。因此，表1的設計本著宏觀上抓概念、抓流程，微觀上抓工具、抓編程的基本思想，在教學手段上，采用課內外一體化教學模式，要求學生在課下完成所有仿照案例的完整開發過程；在教學方法上，以案例推動軟件過程概念及軟件編碼的學習，以工具熟悉軟件過程管理及軟件質量管理。要求通過該課程的學習，學生能熟練掌握軟件開發過程的宏觀概念，最終交付項目計劃報告、基于MSProject的軟件項目過程管理文檔、經過3次迭代的原形軟件及相關需求分析和軟件設計文檔，完成課程總結報告。

2民航特色的教學案例設計

教學案例設計是高級軟件工程實施的核心內容之一，考慮到選課的大部分研究生已經具備基本的編程能力，但缺少軟件過程管理的相關概念，結合中國民航大學特色及研究生就業趨向，筆者參考國際研究生教育現狀[5]及文獻[6]的模式，開發了一套基于民航航材管理業務的教學案例，用以完成課內教學。該教學案例以某航空公司航材管理系統為背景，采用敏捷開發思想進行過程管理，循序漸進，分3次迭代完成簡單的原型系統開發。第1次迭代在介紹航空公司航材管理需求的基礎上，建立系統的業務環境圖，結合需求分析方法，利用ROSE工具建立業務用例及業務術語表。進一步地，縮小系統范圍，只針對高價周轉件的增刪改查操作建立領域對象模型，包括領域用例模型、用例術語表、領域類模型，同時完成基本的編程實現。第2次迭代首先講述體系結構設計的基本方法，基于MVC框架建立更適合信息系統開發的體系結構框架——PCMEF（表示—控制—中介者—實體—基礎）[6]。在此基礎上進一步細化第1次迭代需求，功能上增加高價周轉件的供貨方管理、合同管理功能；其次建立用例模型和用例文檔，采用序列圖、通信圖、交互圖等描述事務處理流程，進行概念類設計，對第1次迭代的設計按照PCMEF框架完成體系結構重構，完成用戶界面設計，最終編碼實現。第3次迭代增加高價周轉件使用統計報表、機型使用記錄、考慮機務維修周期的周轉件庫存管理等功能，設計上重點考慮數據庫的安全性與完整性設計，同時基于JavaEJB體系結構建立業務組件，完成較高水平的軟件編程；編寫測試用例，完成整體測試。在上述3次迭代完成后，要求學生寫出項目總結。筆者所在學院擁有一個行業特色鮮明的民航信息系統仿真實驗室，該實驗室目前擁有民航機務維修仿真實驗系統、機場信息仿真實驗系統、航空公司運行控制仿真系統、民航全球分銷仿真實驗系統等行業主流信息系統的仿真平臺。學生在前序課程學習中，對這些信息系統的基本功能和相關業務已經有了一定程度的了解。

3教學組織與管理

3.1項目驅動教學法課程教學借鑒CDIO的教學思想，在講授完軟件過程模型及軟件建模語言后，將學生每5人分組，每個人承擔不同的角色，角色包括甲方需求提供人員、乙方項目經理、乙方質量保證人員、乙方編程人員（2人）。在整個學習過程中，經過一定時間后，每個人的角色可以互換。在講授完案例1后，教師可以要求學生結合某個民航信息系統仿真系統，選擇感興趣的民航業務領域，分組完成項目計劃任務書并使用MSProject完成項目的進度安排、人員分工、虛擬費用預算等。進一步地，使用Rose工具進行需求分析及UML建模，完成用例圖、術語表、類圖等分析設計，最后進行第1次迭代的編碼并編寫測試用例完成測試。在講授完案例2后，教師可以要求學生在功能擴展的基礎上，采用PCMEF模式對第1次迭代程序進行重構并完成編碼與測試工作，同時要求項目經理使用MSProject，跟蹤和檢查項目實際進度與虛擬費用預算，進行適當調整。本次學習重點在于體系結構設計、增量模式開發思想。在講授完案例3后，教師可以要求學生繼續擴展功能，重點進行數據庫與業務組件設計。

3.2成績評定在課程進展的每個階段，教師展示實際軟件公司的文檔范例，要求每組提交該次迭代的相關文檔，進行軟件演示并答辯。答辯內容包括項目計劃制訂、人員分工、虛擬成本、進度偏差分析、預算偏差分析、程序設計技術、缺陷分析等。評委由教師及各組項目經理組成。成績評定包含文檔規范性、設計合理性、實現正確性、項目過程管理執行情況4項內容。課程整體結束前，由3次迭代的評定成績取均值作為小組平均成績，最后小組項目經理和教師共同依據小組中個人對項目的貢獻以及小組均值打分，將其作為個人成績。

4結語

1虛擬現實技術的原理、構成和關鍵技術

1.1虛擬現實技術的基本要素

基于虛擬現實技術的虛擬世界能夠滿足下列要求：首先，凸顯那些實際存在，然而由于某種原因導致人類難以達到的區域，比如宇宙空間、核反應堆或者人體內部等距離非常遙遠、具有很大危險性、亦或根本無法進入的領域，這時能夠通過計算機進行作業和感受；其次，反映那些實際根本不存在的事物，和實際存在的事物進行比較，比如世界杯足球賽的模擬比賽就是一個非常典型的案例[3]；再次，發明在現實世界里不可能存在，并且日后也不可能存在的嶄新世界，致使人類步入這一全新的世界之后，能夠得到同現實世界完全不同的感受，比如，時空的轉變、驗證木星等星球上有沒有人類生存的環境以及相應措施等。

1.2虛擬現實技術的關鍵技術

在VRT當中，通常不僅包括高性能計算機系統軟硬件設備，而且還有實時三維圖形系統與虛擬現實交互尖端技術。通過利用實時三維圖形系統，能夠產生有逼真感的圖形，這些圖像具有三維全彩色、明暗、紋理以及陰影等特點。而虛擬現實是一種交互式與高端的計算機顯示技術，通常雙向對話是它的一種非常重要工作途徑。在開展虛擬現實交互技術時，人往往是主動的，必須參與，而不再擔任觀眾，有些時候甚至還擔當主人的任務。

2虛擬技術在現代機械工程中的作用

2.1縮短產品的開發和生產周期

當代機械產品研發能夠全面利用計算機仿真技術，不但可以仿真實現產品的研發與生產過程，而且還不用消耗實際的資源與能量，然而卻可以真實反映產品的相關狀況。虛擬設計技術在概念設計與方案論證當中通常用虛擬模型來取代現實模型驗證設計方案，很好地規避了以往設計模式中設計階段的出現過的失誤對工期與成本的巨大影響將以不斷擴大的方式向后續階段進行傳播的問題，這樣可以更加高效地降低新產品開發的周期，從而提高新產品設計品質與效率[4]。

1.課程設計的理念與思路

1.1設計理念《外貿英語函電》課程以工作過程為導向，遵循“課程設置緊貼貿易流程，教學內容緊貼崗位能力，教學情景緊貼工作環境”的課程開發原則，采用“仿真式”和“體驗式”的教學模式，創設虛擬的外貿工作環境，通過現代的教學手段和多樣的教學方法，培養學生具備外貿函電的撰寫能力和在仿真的商務環境下進行外貿業務流程的操作和商務談判能力。

1.2設計思路《外貿英語函電》課程從具體的職業崗位群的能力需求和職業分析入手，按照分析崗位職業能力→歸納核心能力→研究實際工作過程→提煉典型工作任務→重構課程內容的流程來進行課程開發，把課堂學習和實踐工作動態有機結合起來。課程整體設計思路如圖：

1.2.1以職業能力為依據組織課程內容《外貿英語函電》課程內容的遴選緊密圍繞典型的外貿業務活動來選取和組織，從職業工作出發，通過解構職業工作能力、提取典型工作任務來重構課程學習內容并安排教學順序，共設計了六個能力項目和相應的子項目，具體項目內容如下，項目一：開發客戶；項目二：磋商交易；項目三：達成交易；項目四：支付貸款；項目五：履行合同。

1.2.2以國際貿易流程為依托設計學習情景《外貿英語函電》以“國際貿易流程”為依托，堅持“工作過程、校企共建和教學做合一”的教學指導思想，通過“仿真式項目——實務、實訓、實戰”教學體系，創設虛擬外貿工作環境場景，采用“任務導向”和“情景體驗”教學方法。實務：學習并掌握基本的貿易理論、專業術語和商務英語函電的寫作；實訓：課堂仿真模擬、外貿實訓平臺及校園數字化教學平臺電子書包；實戰：湖南HEG電子玻璃有限公司實地觀摩外貿平臺；利用外貿實訓平臺，設計仿真的貿易交易過程，將平時所學到的理論轉化為技能，而且通過綜合實訓和赴湖南HEG觀摩并操作外貿平臺，更加系統地了解國際貿易慣例和操作規則，培養學生的外貿操作和實際處理問題的能力。

1.2.3以教學任務來選取教學方法《外貿英語函電》課程是一門融知識性、實踐性為一體的英語技能訓練課，每一堂課均有明確的學習任務，以學生為學習主體，任務導向、情景教學和案例教學等多種教學方法靈活運用于課堂教學。教師認真做好教學過程設計，以實現“教學做合一”，將專業能力、方法能力和社會能力集成于學生的“能力實訓過程”。

1.2.3.1任務導向教學法任務導向教學法（Task-oriented）強調“以學生為主體”和“從做中學”的教學理念。教師根據課堂教學目標，通過設計一個具體任務，把學生帶入特定的事件現場，再現任務情景。任務教學法的特點在于教學中為學生安排一定的教學任務，教師的教學目的和學生的活動都以教學任務為中心。

1.2.3.2情景教學法情景教學法的主要特點是教師根據一定的教學內容去設置合適的教學情境，讓學生能夠在模擬的教學情境中去感受教學內容，并在最真實的模仿訓練中培養學生的英語綜合能力，真正地理解教學內容。