近年来,随着科学技术的发展,虚拟仿真、模拟和计算机网络等技术日益成熟,在教学上的应用也越发广泛。虚拟仿真技术可以创造出集视觉、听觉和触觉于一体的全方位人工环境[1]。特别适用于理工科的实验实践课程,而且已经在一些高校的相关专业中取得了良好的教学效果[2-13]。空调专业作为一门注重工程实践的传统工科专业,在实验教学过程中一直存在如下的问题:一是实验对象难以观测,例如进行水泵的单泵性能测定实验时,水泵内部的运行机理以及水在水管中的流动情况学生无法直接观测。二是实验仪器昂贵,种类和台套数较少,如在进行二氧化碳pvt测定实验的设备中含有昂贵的水银管,实验中当高压达到9.8 Mpa时若操作不当容易引起爆裂,造成设备损坏。三是实验仪器受限于场地,如全空气空调系统,设备体积大,实验室无法容纳。四是在空调实践实验中,实际运行的空调机组可能存在漏电、漏水、高温等安全隐患和风险,学生的人身安全得不到保证。
因此,开发虚拟仿真实验平台将是发展本专业实验教学的新道路。平台建成后不仅能解决实验教学中的诸多问题,还能拓展实验课程的丰富度、完整度。该平台主要服务于实验实践教学,实验开设项目将不再桎梏于常规的设备和场地,可开发更多的实验项目;同时,实验容错率高,设备不容易损坏,学生可大胆试错,创新方式方法。通过建设虚拟仿真实验教学平台,学生能充分、直观地了解建筑空调系统中涉及的设备内部结构、运行原理和故障原因等知识,有助于将零散的知识点集中化、应用化,形成较为完整的知识体系。
1 虚拟仿真实验教学平台的建设
2 平台的设计与开发
3 虚拟仿真实验教学平台应用
4 结语
基于虚拟仿真技术,利用MatLab,Envision for BACtalk软件及Visual Logic图形化编程等多项技术,设计开发了空调实验教学虚拟仿真平台,实现了空调系统仿真实验、空调部件拆装实验等多项实验教学内容。该平台还存在一些不足,特别是学生实验考核系统尚未开发完善。在新工科背景下,该平台探索了空调实验教学的新道路,丰富了实验教学模式[18],完善了实验教学内容,为构建综合的、多层次的、创新型实验教学模式奠定了良好的基础。
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刘润东1 王俊淇1,2 孙志高1 程向明1
1.苏州科技大学环境科学与工程学院 2.苏州科技大学江苏省建筑智慧节能重点实验室 |