虚拟仿真软件：助力高校打造数智化教学场景

随着教育数字化加速发展，为有效提升学生的实践能力和职业素质，基于真实岗位情境的虚拟仿真软件应运而生，大大改善了困扰职业教育教学实训已久的“三高三难”问题，即高投入、高难度、高风险及难实施、难观摩、难再现。

虚拟仿真软件通过融合数字化、信息化和智能化技术，生动还原了企业实际工作场景中的生产加工或过程控制环境。借助先进的系统控制技术，它能实现高度动态且逼真的模拟体验，让学生仿佛置身于真实的工作环境中，与教学内容深度互动，从而有效促进知识的吸收和技能的掌握。这一创新模式不仅提升了教师的教学效率，也为学生带来了前所未有的学习体验，激发了他们的创新潜能。相较于传统的实训方法，虚拟仿真软件展现出显著优势。它允许教学内容的柔性化设计与重组，通过“以虚带实”的教学策略，学生能够在安全的虚拟环境中反复练习，培养批判性思维和创新能力，同时增强分析与解决复杂问题的能力。这种融合了现代科技与教育理念的新型实训方式，正引领着职业教育向更高效、更智能的方向迈进，为培养适应未来职场需求的高素质人才奠定了坚实的基础。

一、虚拟仿真软件的优势

低成本高效益：相较于传统实训设备的高昂购置与维护成本，虚拟仿真软件能显著降低教学成本。它无需实体空间，减少了硬件设施的需求，同时避免了因设备老化而产生的持续投入，使高校能够在有限的预算内提供高质量的实训课程。

灵活适应产业升级：技术的快速发展要求教育内容紧跟行业步伐。虚拟仿真软件能够迅速响应市场和技术的变化，及时更新教学资源，确保学生所学知识与实际需求保持同步。这不仅提高了教学内容的时效性，还增强了学生的就业竞争力。

增强实践体验：通过虚拟环境，学生可以安全地操作复杂的设备，模拟真实的生产流程，进行反复练习而无需担心损坏昂贵的实验器材。这种沉浸式的学习方式极大地提升了学生的动手能力和解决问题的能力，实现了理论与实践的有效结合。

促进个性化学习：虚拟仿真软件可以根据每个学生的学习进度和能力水平调整教学难度，提供个性化的学习路径。这有助于激发学生的学习兴趣，提高学习效率，满足不同学生的学习需求。

二、虚拟仿真软件对教学改革的影响

教学模式创新：虚拟仿真软件推动了教学模式从传统的讲授式向互动式、探究式的转变。教师可以设计更加丰富多样的教学活动，鼓励学生主动探索和合作学习，培养其批判性思维和创新能力。

促进产学研融合：借助虚拟仿真软件，高校能够与企业建立更紧密的合作关系，共同开发符合行业标准的实训项目。这不仅有助于提升学生的实践技能，也为高校科研成果转化提供了新的途径。

加速教学资源优化：虚拟仿真软件的广泛应用促使高校对现有教学资源进行重新评估和整合，推动了教育资源的数字化转型。优质教学资源的共享和复用，进一步促进了教育公平。

三、虚拟仿真软件在高校的应用案例

案例：工业过程集散控制系统及网络安全防护虚拟仿真实验软件

随着工业智能制造技术的飞速发展，工业过程集散控制系统（DCS）已成为现代工业自动化的核心。然而，DCS系统的安全与稳定运行面临着网络安全的严峻考验。尽管传统的实训教学能让学生直接操作实体设备，学习控制原理和技能，但这种方式不仅设备损耗成本高昂，还受到场地空间的限制，存在潜在安全风险，且训练效率较低。为了解决这些问题，北京象新力科技有限公司研发了“工业过程集散控制系统及网络安全防护虚拟仿真实验”软件。该软件采用前沿的实验设计理念和先进的虚拟仿真技术，突破了传统实训模式的局限，为学生提供了安全、高效的学习环境，使他们能深入了解DCS系统及其网络安全防护原理，无需担心设备损坏或安全风险。

☑ 产品介绍
本虚拟仿真实验包括“认知学习”、“DCS控制系统调试运行”、“网络信息安全攻防演练”三个教学模块。针对1000MW火电厂中炉膛燃烧和除氧给水控制典型场景，进行整个自动控制系统DCS设计，开展传感器安装、现场接线、通讯管理装置参数设置、DCS逻辑组态、DCS界面组态、DCS系统运行等教学实践环节。DCS控制系统调试运行完成后，进行控制系统网络信息安全攻防演练。通过上述实验内容的实施，使学生对集散控制系统及工业控制网络安全有更深入理解和认识。
☑ 产品特色
项目以DCS控制系统为主线，将认知学习DCS控制系统调试运行、安装、网络安全进行综合设计，各过程相关基本理论、基本操作、设备结构等知识贯穿于操作全过程。依托真实火力发电厂，所构建控制系统的组成结构与设备类型均以实际控制系统为准，DCS控制柜、控制对象、DCS控制系统等自动控制系统的外观、功能、特性与实际装置一致，控制系统设计、联合调试、DCS运行过程与实际自动控制系统工程相同。
☑ 实验内容
○ 集散控制系统设计方法
○ 集散控制系统控制运行原理
○ 工控系统信息安全威胁识别方法
○ 工控系统信息安全防护规划
☑ 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

案例：矿物浮选动态反应过程控制系统虚拟仿真实验软件

随着科技的蓬勃发展，智能化技术正以前所未有的深度和广度渗透到各个行业领域中，矿物加工行业也不例外。在智能矿物加工领域，对专业人才的操作技能与理论素养提出了更高的要求，传统的实训教学模式尽管具有一定的实践性，但在成本控制、安全保证及环境适应能力等方面存在明显局限性，难以完全满足当前时代对于综合型、实战型智能矿物加工人才的培养需求。为此，北京象新力科技有限公司研发了“矿物浮选动态反应过程控制系统虚拟仿真实验”软件，该软件通过高度仿真的操作界面和精确的数据模型，再现了实际矿物加工过程中的各个环节，包括矿浆浓度调节、药剂添加量控制、泡沫层厚度监测、以及过程参数优化等关键步骤，使学生能够在虚拟环境中进行实战演练，有效积累宝贵的操作经验和理论知识。

☑ 产品介绍
该实验平台是一个参照实际矿物浮选厂搭建，可以进行矿物加工过程设备认知、浮选过程建模学习和光谱、图像信息获取与处理、工艺参数调整、操作参数控制方面能够学习和开发研究的开放性仿真软件平台，其目的是建立一个供学生研究及探索、高效学习的创新性设计与搭建平台。

首先学生在矿物浮选场景系统里进行漫游学习，认知矿物浮选原理与各设备运行原理；考核完成后，进入矿物浮选，获取泡沫图像，然后对泡沫图像进行处理，若矿物品位不合格，进入控制系统修改控制参数，最后再进行矿物品位验证。在任务式基础仿真实验完成的基础上，学生可在此拓展性平台上开展各类拓展实验，利用此软件平台的设计与搭建功能，开发创新性拓展实验，通过选取各个模块及设计相应的参数，以开放的形式拓展延伸。

☑ 实验内容
○ 浮选设备学习
○ 矿物浮选工作流程学习
○ 浮选柱建模
○ 泡沫图像处理
○ 光谱分析
○ 浮选药剂控制
☑ 支撑课程
○ 矿物浮选泡沫图像处理与过程监测技术
○ 矿业智能控制
○ 选矿智能化控制

综上所述，虚拟仿真软件正逐步成为高校教学的重要组成部分，它不仅改变了传统的教学模式，也为学生提供了更加丰富和生动的学习体验。随着技术的不断进步，未来的虚拟仿真软件将更加智能化、个性化，为高校数智化教学场景的构建开辟新的道路。