費(fèi)景洲， 路 勇， 高 峰， 李淑英， 馬修真

(哈爾濱工程大學(xué) 動(dòng)力與能源工程學(xué)院， 哈爾濱 150001)

·實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)·

船舶動(dòng)力技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的建設(shè)與實(shí)踐

費(fèi)景洲， 路 勇， 高 峰， 李淑英， 馬修真

(哈爾濱工程大學(xué) 動(dòng)力與能源工程學(xué)院， 哈爾濱 150001)

為解決能源動(dòng)力類專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的難題，將虛擬仿真技術(shù)引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，充分發(fā)揮虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地、實(shí)驗(yàn)消耗和實(shí)驗(yàn)安全等方面的優(yōu)勢(shì)，建設(shè)船舶動(dòng)力技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源。以“教學(xué)科研相融合、虛擬現(xiàn)實(shí)相結(jié)合”為指導(dǎo)思想，構(gòu)建面向內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、蒸汽動(dòng)力和輪機(jī)工程等專業(yè)方向的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，闡述虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的主要功能以及在各個(gè)專業(yè)課程中的教學(xué)應(yīng)用情況。從虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系中的地位、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與真實(shí)物理實(shí)驗(yàn)關(guān)系、科研成果向虛擬仿真實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化、優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源共享等四個(gè)方面，闡述了船舶動(dòng)力技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源建設(shè)的幾點(diǎn)體會(huì)。

船舶動(dòng)力技術(shù)； 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)； 教學(xué)資源建設(shè)

0 引 言

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)綜合利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、多媒體技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)和網(wǎng)絡(luò)通訊等技術(shù)手段，構(gòu)建具有高逼真度的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)具有低風(fēng)險(xiǎn)、低成本、使用及維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，適合實(shí)驗(yàn)操作風(fēng)險(xiǎn)高、實(shí)驗(yàn)建設(shè)和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用大的實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，已經(jīng)成為高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究的重要內(nèi)容[1-5]。為充分發(fā)揮虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的作用，切實(shí)提升高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，教育部在全國(guó)范圍內(nèi)開(kāi)展國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作。

學(xué)校根據(jù)國(guó)家和教育部有關(guān)文件精神，結(jié)合船舶動(dòng)力學(xué)科專業(yè)特點(diǎn)，以“教學(xué)科研相融合、虛擬現(xiàn)實(shí)相結(jié)合”為指導(dǎo)思想，組織開(kāi)展船舶動(dòng)力技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源建設(shè)。在建設(shè)過(guò)程中，注重虛擬仿真與物理實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，推進(jìn)科研特色和優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，加強(qiáng)優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的開(kāi)放共享。船舶動(dòng)力技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心已成功獲批國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段在船舶動(dòng)力專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中廣泛應(yīng)用，取得了明顯成效。

1 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)資源建設(shè)的必要性

目前能源動(dòng)力類專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中面臨的主要問(wèn)題是綜合性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目匱乏，其專業(yè)實(shí)驗(yàn)設(shè)備多為高溫、高壓、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、高速旋轉(zhuǎn)的大型動(dòng)力機(jī)械，學(xué)生實(shí)際操作具有較大的風(fēng)險(xiǎn)性，同時(shí)受設(shè)備臺(tái)套數(shù)少、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)、實(shí)驗(yàn)費(fèi)用高、運(yùn)行安全等因素制約，難以開(kāi)展實(shí)際大型設(shè)備的實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作。根據(jù)對(duì)國(guó)內(nèi)能源動(dòng)力類專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀的調(diào)研，能源動(dòng)力類專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐中，普遍存在“三多三少一缺乏”的問(wèn)題[6]，即“基礎(chǔ)課實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目多，專業(yè)課實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目少；驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目多，綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目少；實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)學(xué)生看得多，做得少；部分實(shí)驗(yàn)因操作風(fēng)險(xiǎn)大被取消，系統(tǒng)性訓(xùn)練缺乏”。

為解決上述能源動(dòng)力類實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題，將虛擬仿真技術(shù)引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，充分發(fā)揮虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地、實(shí)驗(yàn)消耗和實(shí)驗(yàn)安全等方面的優(yōu)勢(shì)，開(kāi)發(fā)船舶動(dòng)力技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，構(gòu)建多個(gè)面向能源動(dòng)力類專業(yè)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目。

2 船舶動(dòng)力技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源建設(shè)

船舶動(dòng)力技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源主要包括內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)、內(nèi)燃機(jī)性能虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、燃?xì)廨啓C(jī)結(jié)構(gòu)、燃?xì)廨啓C(jī)性能虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、增壓鍋爐結(jié)構(gòu)、增壓鍋爐性能虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、聯(lián)合動(dòng)力裝置虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)等。平臺(tái)示意圖見(jiàn)圖1。這些虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，都是從科研成果轉(zhuǎn)化過(guò)來(lái)的，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目配置和實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法上都表現(xiàn)出虛實(shí)結(jié)合的特點(diǎn)。整個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的建設(shè)都圍繞 “教學(xué)科研相融合、虛擬現(xiàn)實(shí)相結(jié)合”這一指導(dǎo)思想展開(kāi)。

3 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的應(yīng)用

3.1 內(nèi)燃機(jī)性能虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

內(nèi)燃機(jī)性能仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)基于Matlab軟件和GT-

圖1 船舶動(dòng)力虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源構(gòu)成示意圖

power等軟件聯(lián)合編程，建立面向能源動(dòng)力類專業(yè)本科生，可以開(kāi)設(shè)11項(xiàng)柴油機(jī)專業(yè)的仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包括增壓匹配、進(jìn)排氣正時(shí)、示功圖、負(fù)荷特性、油耗測(cè)量、指示指標(biāo)測(cè)量仿真實(shí)驗(yàn)等TBD234V12柴油機(jī)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；同時(shí)還可以開(kāi)設(shè)5個(gè)4102柴油機(jī)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，包括：進(jìn)排氣正時(shí)仿真實(shí)驗(yàn)、示功圖仿真實(shí)驗(yàn)、負(fù)荷特性仿真實(shí)驗(yàn)、油耗測(cè)量仿真實(shí)驗(yàn)、指示指標(biāo)測(cè)量仿真實(shí)驗(yàn)。其中增壓匹配仿真實(shí)驗(yàn)操作界面如圖2所示，具體的實(shí)驗(yàn)過(guò)程詳見(jiàn)哈爾濱工程大學(xué)船舶動(dòng)力技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心網(wǎng)站(網(wǎng)址：http://pees.hrbeu.edu.cn/Article/)。

圖2 增壓柴油機(jī)增壓匹配仿真平臺(tái)

3.2 內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)利用虛擬仿真技術(shù)，構(gòu)建4105柴油機(jī)的三維模型，具備網(wǎng)上遠(yuǎn)程柴油機(jī)虛擬拆卸和虛擬裝配實(shí)驗(yàn)功能。該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)面向柴油機(jī)結(jié)構(gòu)、柴油機(jī)設(shè)計(jì)等專業(yè)課程，具體內(nèi)容詳見(jiàn)哈爾濱工程大學(xué)船舶動(dòng)力技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心網(wǎng)站(網(wǎng)址：http://pees.hrbeu.edu.cn/Article/)和哈爾濱工程大學(xué)內(nèi)燃機(jī)教學(xué)網(wǎng)虛擬拆裝平臺(tái)。

3.3 燃?xì)廨啓C(jī)性能虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

燃?xì)廨啓C(jī)性能虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包括仿真機(jī)和物理實(shí)體兩部分：燃?xì)廨啓C(jī)裝置做仿真機(jī)，推進(jìn)系統(tǒng)用物理實(shí)體。系統(tǒng)在發(fā)揮虛擬仿真實(shí)驗(yàn)優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，又可以讓學(xué)生獲得接近實(shí)際系統(tǒng)的操作感受。

仿真系統(tǒng)面向能源與動(dòng)力專業(yè)的本科生，開(kāi)設(shè)燃?xì)廨啓C(jī)方向的6個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，包括分軸燃機(jī)穩(wěn)態(tài)變工況、三軸燃機(jī)穩(wěn)態(tài)變工況、分軸燃機(jī)動(dòng)態(tài)變工況、三軸燃機(jī)動(dòng)態(tài)變工況性能試驗(yàn)、單軸發(fā)電燃?xì)廨啓C(jī)啟動(dòng)過(guò)程仿真實(shí)驗(yàn)、船舶燃?xì)廨啓C(jī)裝置性能自主設(shè)計(jì)仿真實(shí)驗(yàn)等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。系統(tǒng)的開(kāi)始界面如圖3所示，具體的實(shí)驗(yàn)過(guò)程詳見(jiàn)哈爾濱工程大學(xué)船舶動(dòng)力技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心網(wǎng)站(網(wǎng)址同上)。

圖3 燃?xì)廨啓C(jī)性能虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)界面

3.4 增壓鍋爐結(jié)構(gòu)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

該虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)按照學(xué)校船舶動(dòng)力技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的小型增壓鍋爐蒸汽動(dòng)力實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)參數(shù)開(kāi)發(fā)。建模過(guò)程按照實(shí)際系統(tǒng)尺寸建立三維模型，綜合利用多種仿真技術(shù)手段，對(duì)鍋爐工作原理、鍋爐結(jié)構(gòu)與部件制造、蒸汽系統(tǒng)構(gòu)成、蒸汽系統(tǒng)運(yùn)行操作等內(nèi)容進(jìn)行了全方位的講解。仿真系統(tǒng)構(gòu)建與真實(shí)實(shí)驗(yàn)室高度相似的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境，學(xué)生能夠在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，獲得與實(shí)際系統(tǒng)接近的實(shí)驗(yàn)感受。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)面向能源與動(dòng)力工程專業(yè)本科生開(kāi)設(shè)4門實(shí)驗(yàn)課程，包括鍋爐本體裝配、鍋爐啟動(dòng)運(yùn)行、充氣系統(tǒng)啟動(dòng)、蒸汽推進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行等多個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。增壓鍋爐和蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的鍋爐虛擬拆裝過(guò)程圖如圖4所示，具體的實(shí)驗(yàn)過(guò)程詳見(jiàn)學(xué)校船舶動(dòng)力技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心網(wǎng)站。

3.5 增壓鍋爐性能虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

增壓鍋爐性能虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是按照實(shí)際增壓鍋爐實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)構(gòu)建的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其實(shí)驗(yàn)過(guò)程與實(shí)際物理實(shí)驗(yàn)過(guò)程基本相同。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目操作，能加強(qiáng)學(xué)生對(duì)增壓鍋爐動(dòng)力裝置整體性能的認(rèn)識(shí)，有利于學(xué)生對(duì)增壓鍋爐動(dòng)力系統(tǒng)的運(yùn)行、調(diào)控有更深層次的理解和掌握。

該虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可進(jìn)行增壓鍋爐裝置穩(wěn)態(tài)負(fù)

圖4 增壓鍋爐和蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)鍋爐虛擬拆裝過(guò)程圖

荷、變負(fù)荷實(shí)驗(yàn)操作、不同運(yùn)行邊界條件下增壓鍋爐運(yùn)行性能測(cè)試、增壓鍋爐供蓄熱器周期性負(fù)荷演示實(shí)驗(yàn)等虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。增壓鍋爐虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)測(cè)試操作界面見(jiàn)圖5，具體的實(shí)驗(yàn)過(guò)程詳見(jiàn)學(xué)校船舶動(dòng)力技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心網(wǎng)站。

圖5 增壓鍋爐穩(wěn)態(tài)負(fù)荷測(cè)試實(shí)驗(yàn)界面

3.6 聯(lián)合動(dòng)力裝置虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

聯(lián)合動(dòng)力裝置虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是由數(shù)字化燃機(jī)輪機(jī)、數(shù)字化柴油機(jī)、數(shù)字化發(fā)電機(jī)和監(jiān)控系統(tǒng)組成的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)布局如圖6所示。整個(gè)虛擬仿真系統(tǒng)與我校的聯(lián)合動(dòng)力裝置物理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)物理設(shè)備與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的緊密結(jié)合，互為補(bǔ)充。

該系統(tǒng)對(duì)應(yīng)船舶動(dòng)力裝置、燃?xì)廨啓C(jī)裝置原理、燃?xì)廨啓C(jī)電站等專業(yè)課程，可以開(kāi)設(shè)柴、燃聯(lián)合發(fā)電實(shí)驗(yàn)、船舶聯(lián)合動(dòng)力裝置并車控制實(shí)驗(yàn)、船舶聯(lián)合動(dòng)力輸出特性實(shí)驗(yàn)、聯(lián)合動(dòng)力故障模擬與診斷實(shí)驗(yàn)等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。利用該系統(tǒng)還可開(kāi)展多種聯(lián)合動(dòng)力裝置運(yùn)行特性、聯(lián)合動(dòng)力裝置控制策略等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

4 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心建設(shè)的幾點(diǎn)體會(huì)

(1) 明確虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的地位。明確虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在整個(gè)實(shí)驗(yàn)課程體系中的地位和作用是一個(gè)首要的問(wèn)題，應(yīng)該從人才培養(yǎng)的高度進(jìn)行綜合考慮。在重視虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，要加強(qiáng)對(duì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)資源建

圖6 聯(lián)合動(dòng)力裝置總體結(jié)構(gòu)布局圖

設(shè)中各種關(guān)系的理解，認(rèn)識(shí)到虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的局限性[7-9]。在實(shí)際的建設(shè)過(guò)程中應(yīng)該結(jié)合學(xué)科的特點(diǎn)，分析虛擬仿真實(shí)驗(yàn)方法在本學(xué)科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，揚(yáng)長(zhǎng)避短，有所為有所不為。

在船舶動(dòng)力技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)過(guò)程中，從能源動(dòng)力學(xué)科專業(yè)的特點(diǎn)出發(fā)，分析能源動(dòng)力類實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的主要問(wèn)題，從學(xué)科建設(shè)和人才培養(yǎng)角度進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)，將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)定位成綜合類、創(chuàng)新類的專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。充分發(fā)揮虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在高風(fēng)險(xiǎn)、高耗能、不可逆等方面的優(yōu)勢(shì)，集中優(yōu)質(zhì)科研資源建立船舶燃?xì)廨啓C(jī)、船舶柴油機(jī)、船舶蒸汽動(dòng)力裝置、聯(lián)合動(dòng)力裝置等虛擬仿真實(shí)驗(yàn)資源，較好地解決了制約船舶動(dòng)力技術(shù)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展的瓶頸問(wèn)題。對(duì)于基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程或者實(shí)驗(yàn)投入和實(shí)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)較小的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，則盡量不開(kāi)設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

(2) 解決好虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與真實(shí)物理實(shí)驗(yàn)的關(guān)系。教育部在國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)的文件中指出“虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)應(yīng)充分體現(xiàn)虛實(shí)結(jié)合、相互補(bǔ)充、能實(shí)不虛的原則”。這就明確了虛擬實(shí)驗(yàn)和真實(shí)物理實(shí)驗(yàn)的關(guān)系。具體落實(shí)到仿真資源的建設(shè)過(guò)程中，我們的做法是實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置、虛擬仿真平臺(tái)結(jié)構(gòu)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法做到“虛實(shí)結(jié)合”。

在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置上，“虛實(shí)結(jié)合”表現(xiàn)為物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目相結(jié)合?；A(chǔ)類的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)較小的項(xiàng)目，在實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)能夠滿足的條件下，盡可能采用真實(shí)的物理實(shí)驗(yàn)，做到”能實(shí)則實(shí)”。學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能還是應(yīng)該通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)設(shè)備的實(shí)際操訓(xùn)練，在這一點(diǎn)上，真實(shí)物理實(shí)驗(yàn)操作訓(xùn)練的作用是不可替代的。對(duì)于高能耗、高風(fēng)險(xiǎn)的綜合類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，則可采用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2017年，中國(guó)船舶燃油供應(yīng)總量為2176萬(wàn)噸，比上年增長(zhǎng)12%，保持穩(wěn)定增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。預(yù)計(jì)2018年中國(guó)船供油總量達(dá)到2330萬(wàn)噸，比上年增長(zhǎng)7%，其中，保稅油供油總量預(yù)計(jì)為1150萬(wàn)噸，比上年大幅增長(zhǎng)15%，成為帶動(dòng)中國(guó)船供油市場(chǎng)需求總量快速增長(zhǎng)的主要?jiǎng)恿Γㄒ?jiàn)圖1）。

在虛擬仿真平臺(tái)結(jié)構(gòu)上，“虛實(shí)結(jié)合”表現(xiàn)為虛擬仿真技術(shù)與真實(shí)物理設(shè)備相結(jié)合，盡量采用半物理方式構(gòu)建虛擬仿真平臺(tái)。比如燃?xì)廨啓C(jī)性能虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，燃?xì)廨啓C(jī)裝置為虛擬的數(shù)字化系統(tǒng)，推進(jìn)系統(tǒng)則用物理實(shí)體設(shè)備。采用半物理仿真平臺(tái)，在充分發(fā)揮虛擬仿真系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練過(guò)程中，盡可能獲得與真實(shí)物理實(shí)驗(yàn)接近的操作感受。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法上，“虛實(shí)結(jié)合”表現(xiàn)為課下虛擬仿真、課上真實(shí)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方法。以柴油機(jī)拆裝實(shí)驗(yàn)課程為例，學(xué)生在課下先通過(guò)內(nèi)燃機(jī)教學(xué)網(wǎng)站進(jìn)行內(nèi)燃機(jī)虛擬拆裝實(shí)驗(yàn)，課上再對(duì)柴油機(jī)進(jìn)行真實(shí)拆裝訓(xùn)練。除了柴油機(jī)結(jié)構(gòu)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)以外，柴油機(jī)性能虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、燃?xì)廨啓C(jī)性能虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、增壓鍋爐結(jié)構(gòu)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、增壓鍋爐性能實(shí)驗(yàn)等實(shí)驗(yàn)課程都引入“虛實(shí)結(jié)合”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。大量的教學(xué)實(shí)踐表明，這種課下虛擬仿真、課上物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)手段，能夠降低實(shí)驗(yàn)難度，提高實(shí)驗(yàn)質(zhì)量，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程的總體把握[10]。

(3) 促進(jìn)科研成果轉(zhuǎn)化為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。圍繞船舶動(dòng)力行業(yè)，將科研特色和優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，是我們?cè)诖皠?dòng)力技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)的重要舉措[11]。將科研成果轉(zhuǎn)化為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，在滿足科研的需要的同時(shí)可以兼顧實(shí)驗(yàn)教學(xué)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)科研緊密結(jié)合。積極促進(jìn)科研成果轉(zhuǎn)化虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，既推進(jìn)科研成果轉(zhuǎn)化，也不斷提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的技術(shù)水平，保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展。從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展角度來(lái)看，促進(jìn)科研成果轉(zhuǎn)化虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是實(shí)現(xiàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展的重要保證。

(4) 推進(jìn)優(yōu)質(zhì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源共享。虛擬仿真資源的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行特性為資源共享提供了技術(shù)條件；同時(shí)資源共享也為虛擬仿真建設(shè)帶來(lái)了更多用戶體驗(yàn)反饋，便于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的改進(jìn)完善。教育部在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)的指導(dǎo)思想中明確指出要“科學(xué)規(guī)劃、共享資源、突出重點(diǎn)、提高效益、持續(xù)發(fā)展”。推進(jìn)資源建設(shè)與共享是虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)的一項(xiàng)重要工作內(nèi)容，資源共享的機(jī)制、方式、手段都需要不斷探索完善。

船舶動(dòng)力技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)站(網(wǎng)址：http://pees.hrbeu.edu.cn/Article/)，初步實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源共享。船舶動(dòng)力技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)拆裝虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、光盤資源出版、企業(yè)合作推廣等方式積極推進(jìn)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源共享，目前已被32個(gè)國(guó)家和地區(qū)的142所國(guó)內(nèi)外著名院校采用，占據(jù)多個(gè)搜索引擎的顯著位置，在優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源共享方面做出有益的嘗試。未來(lái)將繼續(xù)加強(qiáng)資源共享和示范輻射作用，不斷提高優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的利用率。

5 結(jié) 語(yǔ)

在船舶動(dòng)力技術(shù)國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)過(guò)程中，從虛擬仿真實(shí)驗(yàn)地位、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與真實(shí)物理實(shí)驗(yàn)關(guān)系、科研成果轉(zhuǎn)化虛擬仿真實(shí)驗(yàn)和優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源共享等方面總結(jié)了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源建設(shè)的幾點(diǎn)體會(huì)，可供其他院校參考。

[1] 張居華,陳國(guó)輝,鐘 宏,等.礦冶工程化學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2015,34(7)：111-113.

[2] 唐富山,原凌燕,劉愛(ài)東,等.虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)在生物藥劑學(xué)與藥物動(dòng)力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2015,33(15)：41-42.

[3] 紀(jì)金豹,李炎峰,李振寶,等.結(jié)構(gòu)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2013,32(9)：98-100.

[4] 馮 峰,孫 聰,曲先強(qiáng).船海虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)與發(fā)展[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2014,31(1)：11-14.

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[7] 徐 進(jìn). 2013年國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作小結(jié)及2014年申報(bào)建議[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2014,33(8)：1-5.

[8] 王曉迪.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)中八項(xiàng)關(guān)系的理解與探討[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2014,31(8)：9-11

[9] 李 平,毛昌杰,徐 進(jìn).開(kāi)展國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)提高高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化水平[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2013,32(11)：5-8.

[10] 王衛(wèi)國(guó)，胡今鴻，劉 宏.國(guó)外高校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀與發(fā)展[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2015,34(5)：214-219.

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Practice and Experience of Virtual Simulation Experimental Teaching Resources of Marine Power Technology

FEIJing-zhou,LUYong,GAOFeng,LIShu-ying,MAXiu-zhen

(College of Power & Energy Engineering，Harbin Engineering University, Harbin 150001，China)

The virtual simulation technology is introduced into experimental teaching to solve the problems which exist in the experimental teaching of energy and power major. Virtual simulation experimental teaching resources of marine power technology are developed. It holds advantages of virtual simulation experiment in experimental space, experimental consumption and experimental safety. "Integration of teaching and research, combination of virtual and reality" is regarded as the guiding ideology. Experimental simulation teaching system is constructed to meet the needs of each professional teaching, including the major of internal combustion engines, gas turbines, steam turbines and power engineering. The basic function of the virtual simulation teaching system and teaching applications in various professional courses are explained. Experiences of resources of virtual simulation experimental teaching in marine power technology are discussed, including the position of virtual simulation experiment teaching in the whole teaching system, the relationship between virtual simulation and real physical experiments, the conversion from scientific research into virtual simulation teaching resources and resource sharing in experimental simulation.

marine power technology; virtual simulation experiment; teaching resources construction

2016-07-24

哈爾濱工程大學(xué)教改項(xiàng)目(JG2016BZD03)

費(fèi)景洲(1976-)，男，黑龍江訥河人，博士，實(shí)驗(yàn)師，研究方向：船舶動(dòng)力裝置總體性能分析與控制、實(shí)驗(yàn)教學(xué)與管理。

Tel.:0451-82519307; E-mail：feijingzhou@hrbeu.edu.cn

G 642.0

A

1006-7167(2017)01-0147-05