淺議機(jī)械制造教學(xué)中虛擬資源的開發(fā)

陳慶怡

【摘 要】我國經(jīng)濟(jì)正在快速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)也在不斷進(jìn)步，虛擬現(xiàn)實技術(shù)和教學(xué)進(jìn)行整合可以大大提高教學(xué)效率。在機(jī)械制造教學(xué)的過程中，虛擬資源的開發(fā)起著十分重要的作用。本文主要對虛擬資源在教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行了淺要的分析，希望在實際的教學(xué)過程中可以有效提高課堂效率，提升教學(xué)的效果。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械制造；教學(xué)；虛擬資源；開發(fā)

機(jī)械制造專業(yè)是一門相對比較復(fù)雜的專業(yè)，由于機(jī)械課程涉及的零部件種類比較多，教師在課堂上難以演示，而應(yīng)用虛擬資源進(jìn)行教學(xué)可以有效的解決這些難題，因此虛擬資源教學(xué)是未來的一種發(fā)展趨勢。

1.虛擬現(xiàn)實技術(shù)定義

虛擬現(xiàn)實技術(shù)簡稱VR，是近年來出現(xiàn)的高新技術(shù)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)也被稱作人工環(huán)境，該技術(shù)主要是通過電腦模擬產(chǎn)生一個三維空間的虛擬世界，對使用者提供聽覺、視覺的觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身臨其境一般，可以沒有任何限制的對三維空間內(nèi)的事情進(jìn)行觀察。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的技術(shù)關(guān)鍵可以分為環(huán)境建模技術(shù)、立體聲合成技術(shù)、觸覺反饋技術(shù)、交互技術(shù)和系統(tǒng)集成技術(shù)等。

2.虛擬資源開發(fā)的意義

機(jī)械制造專業(yè)是一門相對比較復(fù)雜的專業(yè)，傳統(tǒng)機(jī)械制造的實踐教學(xué)受到實驗的場地、設(shè)施和手段等方面原因的影響比較嚴(yán)重，使教學(xué)效果和課堂效率受到一定的影響。虛擬實驗室的開發(fā)可以有效實現(xiàn)網(wǎng)上的資源共享，減少設(shè)備資金的投入，同時也解決了設(shè)備更新的難題，因此虛擬實驗室在我國開始大受歡迎。虛擬實驗室具有的真實性和交互性等特點(diǎn)，能夠有效滿足教師和學(xué)生的需要，使教師的教學(xué)工作更加輕松，學(xué)生的學(xué)習(xí)工作更加簡單。由于虛擬實驗室可以對現(xiàn)場情景進(jìn)行真實的模擬，因此取代了部分教學(xué)實驗室的作用。虛擬實驗技術(shù)的作用可以分為以下幾個方面：第一，虛擬實驗室對于解決實驗的場地不足和設(shè)備更新費(fèi)用的不足具有十分重要的作用。我們在機(jī)械加工實踐教學(xué)過程中，容易存在著原材料的消耗以及機(jī)床、刀具磨損等方面的問題，但是應(yīng)用虛擬實驗室就不會存在上述問題，而且?guī)缀醪粫黾尤魏蔚某杀?，大大的?jié)省了教學(xué)費(fèi)用。第二，虛擬實驗室對于學(xué)生的自主學(xué)習(xí)有一定的促進(jìn)作用。虛擬實驗室可以滿足學(xué)生的好奇心，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生在虛擬資源的條件下進(jìn)行學(xué)習(xí)時，可以獲得足夠生動和豐富的信息，而且虛擬實驗室的操作危險性比較小，有利于促進(jìn)學(xué)生更好的學(xué)習(xí)。第三，虛擬實驗技術(shù)有利于資源共享和網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)的實現(xiàn)，虛擬資源建設(shè)能夠有效的實現(xiàn)資源共享，節(jié)約了教學(xué)的投資，同時可以對教育情境進(jìn)行優(yōu)化，大大的提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的效率。

3.虛擬資源的特點(diǎn)

虛擬設(shè)計是指設(shè)計者在虛擬環(huán)境中進(jìn)行設(shè)計，主要表現(xiàn)在設(shè)計者可以用不同的交互手段在虛擬環(huán)境中對參數(shù)化的模型進(jìn)行修改。

就“設(shè)計”而言，傳統(tǒng)設(shè)計的所有設(shè)計工作都是針對物理原型（或概念模型）展開的，而虛擬設(shè)計所有的設(shè)計工作都是圍繞虛擬原型展開的，只要虛擬原型能達(dá)到設(shè)計要求，則實際產(chǎn)品必定能達(dá)到設(shè)計要求。 就“虛擬”而言，傳統(tǒng)設(shè)計的設(shè)計者是在圖紙上用線條、線框勾勒出概念設(shè)計，而虛擬設(shè)計設(shè)計者在沉浸或非沉浸環(huán)境中隨時交互、實時、可視化地對原型進(jìn)行反復(fù)改進(jìn)，并能馬上看到修改結(jié)果。一個虛擬設(shè)計系統(tǒng)具備三個功能：3D用戶界面、選擇參數(shù)、數(shù)據(jù)傳送機(jī)制。

（1）3D用戶界面設(shè)計者不再用2D鼠標(biāo)或鍵盤作為交互手段，而是用手勢、聲音、3D虛擬菜單、球標(biāo)、游戲操縱桿、觸摸屏幕等多種方式進(jìn)行交互。

（2）選擇參數(shù)設(shè)計者用各種交互方式選擇或激活一個在虛擬環(huán)境中的數(shù)據(jù)修改原來的數(shù)據(jù)，參數(shù)修改后，在虛擬環(huán)境中的模型也隨之變成一個新的模型。

（3）數(shù)據(jù)傳送機(jī)制模型修改后所生成的數(shù)據(jù)要傳送到和虛擬環(huán)境協(xié)同工作的CAD/CAM系統(tǒng)中，有時又要將數(shù)據(jù)從CAD/CAM系統(tǒng)中返回到虛擬環(huán)境中，這種虛擬設(shè)計系統(tǒng)中包含一個獨(dú)立的CAD/CAM系統(tǒng)，為虛擬環(huán)境提供建造模型的功能。在虛擬環(huán)境中所修改的模型有時還要返回到CAD/CAM系統(tǒng)中進(jìn)行精確處理和再輸出圖形。因此，。這種雙向數(shù)據(jù)傳送機(jī)制在一個虛擬設(shè)計系統(tǒng)中是必要的。

4.虛擬資源在教學(xué)中的應(yīng)用

4.1交互性課件

由于機(jī)械設(shè)計與制造化專業(yè)是一門相對比較枯燥的專業(yè)，容易使學(xué)生失去興趣，因此生動形象的課件可以充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，把非常復(fù)雜枯燥的東西變得更加直觀形象，使學(xué)生更有學(xué)習(xí)興趣。交互性課件還能夠改變教師傳統(tǒng)的教學(xué)方式，控制教學(xué)節(jié)奏，優(yōu)化教學(xué)效果，它能保證學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容更好的理解，交互性是學(xué)習(xí)的保證，也是促進(jìn)教學(xué)改革的目標(biāo)。應(yīng)該讓學(xué)生和老師能夠與課件進(jìn)行互動，自主的參與到學(xué)習(xí)中去，加強(qiáng)對學(xué)習(xí)的印象，通過虛擬資源引導(dǎo)學(xué)生能夠沉醉在課件之中。

4.2虛擬開放性教學(xué)

虛擬開放性教學(xué)主要是由虛擬的老師、學(xué)生和遠(yuǎn)教學(xué)生一起進(jìn)行合作交流，創(chuàng)造人性化的教學(xué)環(huán)境，使學(xué)生能夠在相對比較輕松和自在的環(huán)境中進(jìn)行學(xué)習(xí)和交流。開放性教學(xué)可以對以后資源的引入更加有利，同時也有利于單元的替換。在教學(xué)的過程中，各個單元按照虛擬的方式進(jìn)行交互程序，方便對軟件進(jìn)行維護(hù)，有利于教學(xué)的更新和教學(xué)方式的改變。

4.3虛擬實踐性教學(xué)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)的廣泛應(yīng)用可以讓越來越多的教師以及相關(guān)的工作人員對實踐經(jīng)驗進(jìn)行總結(jié)，以體現(xiàn)教師為主導(dǎo)學(xué)生作為主體的學(xué)習(xí)作用，在虛擬資源中，我們可以按照學(xué)習(xí)的內(nèi)容對學(xué)生進(jìn)行測試，這時候就會自動打分，我們就可以根據(jù)測試的結(jié)果進(jìn)行重點(diǎn)教學(xué)的劃分工作，也可以進(jìn)行對教學(xué)方案的不斷更新，學(xué)生也可以通過虛擬資源來向老師提出相應(yīng)的質(zhì)疑，老師就會根據(jù)相應(yīng)的難點(diǎn)進(jìn)行解析。

5.虛擬資源建設(shè)的方法和主要內(nèi)容

《產(chǎn)品工藝識讀與編制》學(xué)習(xí)領(lǐng)域以“羅茨流量計”的典型零件的加工及產(chǎn)品裝配為項目。利用Solide Works、Flash、3DMAX和Eon Studio等軟件模擬了實際零件的機(jī)械加工過程及產(chǎn)品的拆裝過程，建立了可實現(xiàn)人機(jī)交互的網(wǎng)絡(luò)精品課的虛擬加工及裝配資源。在進(jìn)行產(chǎn)品裝配體建模時，不同層次零件的裝配應(yīng)存在先后順序約束，下層零件的裝配優(yōu)先于上層零件的裝配，不同子裝配體的零件可以并行裝配12I。

《產(chǎn)品工藝識讀與編制》學(xué)習(xí)領(lǐng)域虛擬資源的主要內(nèi)容如下表1所示。

6.結(jié)語

本文主要對虛擬資源在教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行了淺要的分析，希望在實際的教學(xué)過程中可以有效提高課堂效率，提升教學(xué)的效果。虛擬資源的開發(fā)對于促進(jìn)機(jī)械設(shè)計與自動化專業(yè)教學(xué)具有十分重要的作用。 [科]

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