機械原理實驗教學中的虛擬仿真實驗設計

張長　牛金霞

【摘要】在我國的工科學業(yè)類當中，機械原理則是作為一門基礎專業(yè)課，它也是一門重要的銜接課程，在學習的過程當中，理論與實踐學習是非常緊密的。在這門專業(yè)課當中，它會涉及到很多方面的課程，是需要應用貫通的，同時在學習時也要讓學生從工程建設的理論角度來應用和理解這方面的知識，從而來培養(yǎng)他們應用機器設計理論知識來解決實際問題，并且也能夠更為深入的研究其中的仿真實驗設計，來提高學生的實踐能力。

【關鍵詞】機械原理 虛擬仿真實驗 教學設計

【中圖分類號】G71 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）08-0184-02

在機械原理課程當中，最重要的一個學習環(huán)節(jié)就是課程設計，是通過在實驗過程中學習完成的。在我國的高等院校中，它是作為工科類學生必修的一門課程，屬于機械設計類的，也是一門主要的技術課程，占有主導地位，所以，如果要不斷的提高對這類人才的培養(yǎng)，就必須要注重學習質量，建設在機械原理實驗中的教學實驗，把虛擬仿真設計融入其中，注重對這方面的培養(yǎng)學習，有效的分析研究在這門課程當中存在的問題以及實驗設計的方法，把虛擬仿真實驗充分的引入機械原理教學當中，從而提高教學效率，達到教學目標。

一、什么是虛擬實驗

在我國高等教學當中，由于虛擬實驗的發(fā)展起步較晚，因此，在高校的教學當中也比較匱乏在這方面的經驗，并且在教學內容以及在模式當中都會存在一定的問題。我們都知道，虛擬仿真實驗這門技術是非常先進的，雖然其發(fā)展是短暫的，然而在使用范圍當中卻是非常廣泛的，在虛擬仿真實驗的過程當中，可以讓學生充分的了解和選擇實驗模型，并且更為深入的分析虛擬仿真技術的重要意義，應用在機械原理當中它的主要目的是什么，在分析機械原理的教學內容當中，更為有效的求證機械的綜合創(chuàng)新，設計，金屬材料，液壓氣壓以及熱處理等方面的技術問題，并且有著很大的幫助，通過虛擬仿真實驗來達到教學的目的，在這個過程當中，一般學校會設立相應的實驗機構，從而把所需要的實驗設備進行集中管理，在這種模式下，它不僅豐富了實驗性，同時也滿足了教學的要求。對此，我們也可以看出，在虛擬教學中應用仿真技術，不僅提高了教學的視覺性，也更清晰的學習到機械原理的設計和工作效率。

二、當前實驗教學的重要性以及問題

在機械原理的課堂教學當中由于會有很多的理論分析討論，也會存在一些有關設計的問題，所以在進行機械原理教學時就必須要掌握好課程的理論知識，這也是最重要的基礎環(huán)節(jié)，同時在基礎教學中，我們不僅要掌握好這些基本概念，也是掌握好一些有關動力學和分析機構的相應功能性，通過在實踐教學中，在設計課程實踐的環(huán)節(jié)當中，這不僅可以提高學生設計實踐能力，也可以完成一些較為復雜的綜合設計，這對于全面培養(yǎng)復合型人才有著至關重要的意義，也是對實驗教學提出了一個新的挑戰(zhàn)，對此，改革實踐教學是非常必要的。

1.在機械原理教學當中，通常進行實驗時，主要是以示范和講解為主，而學生只是以聽為主，很難參與到實驗當中，所以在這個過程當中學生并沒有積極創(chuàng)新性，更沒有機會參與到設計實驗當中，而我們都知道，實驗教學的目的就是為了有效的達到動手設計能力，并且讓學生有認識和了解該門課程的具體操作實驗，然而卻受到了實驗的限制，在一些教學中，學生沒有機會對機械進行拆裝研究，從而也就降低了學生在這其中的原理認識。

2.在機械原理的教學當中，一般是以課堂教學為主，而講解理論知識時卻占用一定部分的時間，對于學生來講又難全部消化，所以并沒有達到良好的教學目的，從而也就導致學生對這門課程的積極性越少。我們了解在機械原理學習過程當中一般主要是對其內部機構進行分析研究，其中的很多原理都是具體的理論化以及更為抽象的描述，這對于初學者來講是非常困難的，如果不通過有效的實驗來講解其中的原理知識，學生不能有良好的銜接也就達不到理想的教學成效。

3.我們在為學生設計該門課程的思路時必須要有新奇的想法，從而來提高學生求知的積極性，一方面我們可以設計題目，把單一的題目有趣化，可以讓學生通過題目要求來進行組合設計。另一方面我們也可以通過圖解的方法來設計實驗，但是由于設計的工作量較大，所以不能很好的訓練學生在這方面的能力。通過課程設計可以有效的來升華機械原理實驗的過程，也可以總結在這門課當中所遇到的問題以及難點，讓學生通過實驗來解決和認識機械原理理論知識，提高他們在工程實踐方面的綜合能力。對此我們可以看出，在機械原理教學過程當中，必須要把綜合設計與理念有效的相結合，并且把理念知識與實踐密切的融入到其中，可以更為直觀的分析出機構綜合性能，解決教學中的問題。

三、在教學當中的具體應用

1.在機械原理的教學過程當中，制圖是最基本的一門應掌握的技能。在過去的學習模式當中，學生一般是通過手工進行繪圖的，并且在這個過程當中，可以逐漸的了解機械機構的組成以及它的部分構造.從而可以充分的了解和掌握機構功能。然而在現(xiàn)如今的教學模式中，已經發(fā)生了很大的改變，可以應用計算機進行測繪實驗了，可以不再應用手工繪畫，通過計算機軟件可以進行操作，并可以達到理想的效果，在這種教學過程當中，與時代同步，學生不僅融入了一些先進的應用方法，同時也掌握了虛擬仿真技術這門較為先進的應用方法，只是應用計算機便可描繪動態(tài)的機械制圖，讓學生在提高機械原理知識，還可以精算出機械的自由度，可謂一舉兩得。

2.在虛擬實驗當中，機械機構組成是作為最重要的一個認知實驗，在實驗過程當中學生通過觀察它的空間、平面以及齒輪結構，從而有效的確定設備是否在正常情況下進行有效的運行，而我們所應用的虛擬仿真實驗恰恰就可以把它的組成變?yōu)橐环N圖像，此外，也可以把它制作成動畫的效果進行演示，更為立體的表現(xiàn)出它效果。由于在機械設備當中，基礎的裝置機構一般是用來維持機械運行重要元件，而它的原理與狀態(tài)也是非常有影響意義的，對此，如果讓學生更為充分具體的掌握機械原理的實驗，就必須要了解虛擬仿真技術，因為它的作用是非常明顯的，這也是有助于提高教學目的的重要手段。

3.在近些年以來，通過在機械原理教學當中，老師為了提高學生的四桿運動原理知識，便研發(fā)了一種新型的運動技術，在這個實驗當中我們可以發(fā)現(xiàn)兩方面特點，第一，可以讓學生充分了解運動規(guī)律以及機構類型，也讓學生掌握了機械的運行特點，怎樣有效的研究機構在運動時的規(guī)律以及各種類型特點。第二，在設計四桿機構時，設計合理的四桿機構是有助于學生掌握專業(yè)知識以及操作的，由于系統(tǒng)在運行當中會存在很多問題，所以在進行設計時就必須要考慮到它的穩(wěn)定性，安全性，具有牢固的理論基礎。

四、結論

機械原理則是作為一門基礎專業(yè)課，它也是一門重要的銜接課程，在學習的過程當中，理論與實踐學習是非常緊密的。在這門專業(yè)課當中，它會涉及到很多方面的課程，是需要應用貫通的，對此，在學習當中就必須要提高其質量，建設在機械原理實驗中的教學實驗，把虛擬仿真設計融入其中，有效的分析研究在這門課程當中存在的問題以及實驗設計的方法，把虛擬仿真實驗充分的引入機械原理教學當中，從而提高教學效率。

參考文獻：

[1]萬朝燕.雷蕾.劉彥奎等《機械原理課程設計》改革的探索與實踐[J].教育教學論壇.2013（2）

[2]姚智華.易勇.陳豐等.應用型本科院校機械原理課程改革與實踐[J].安徽工業(yè)大學學報.2013（1）

[3]顧文斌.王怡.莊曙東.基于卓越工程師計劃的機械原理課程改革與創(chuàng)新[J]. 中國電力教育.2013（16）

[4]孫志宏.單洪波.莊幼敏等.提高學生創(chuàng)新能力改革機械原理課程設計[J].實驗室研究與探索.2007（11）

[5]孟慶梅.鄧嘉銘.機械原理課程設計的教學模式改革[J].邊疆經濟與文化.2011（l0）