機(jī)械原理虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室資源共享平臺(tái)建設(shè)

郭潤(rùn)蘭, 康艷萍, 楊東亞, 王富強(qiáng), 賀 瑗

(蘭州理工大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院(機(jī)械工程實(shí)踐教育中心), 蘭州 730050)

機(jī)械原理虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室資源共享平臺(tái)建設(shè)

郭潤(rùn)蘭, 康艷萍, 楊東亞, 王富強(qiáng), 賀 瑗

(蘭州理工大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院(機(jī)械工程實(shí)踐教育中心), 蘭州 730050)

機(jī)械原理是機(jī)電類(lèi)專業(yè)一門(mén)主干技術(shù)基礎(chǔ)課。本文結(jié)合機(jī)械原理虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室資源共享平臺(tái)的建設(shè)，研討在創(chuàng)新教育形勢(shì)下就如何提高機(jī)械原理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，引入創(chuàng)新教育的改革思路，分析了傳統(tǒng)課程模式及存在的問(wèn)題，構(gòu)建機(jī)械原理課程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室資源共享平臺(tái)。該平臺(tái)適用于量大面廣的機(jī)械原理課程，以及通過(guò)遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)支持平臺(tái)的開(kāi)發(fā)，保證有效利用教學(xué)資源庫(kù)，形成一個(gè)為教師、為學(xué)生提供資源支持系統(tǒng)。該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)自身的教育價(jià)值，并能良好發(fā)展，教育資源得到真正開(kāi)發(fā)和利用，為專業(yè)的工程教育認(rèn)證起到很強(qiáng)的支撐作用。

機(jī)械原理； 虛擬仿真； 共享平臺(tái)

0 引 言

隨著信息化時(shí)代的到來(lái)，新知識(shí)、新模式、新探索層出不窮，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室教學(xué)資源建設(shè)，使得現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了教育資源管理系統(tǒng)化，實(shí)現(xiàn)機(jī)械原理課程的網(wǎng)絡(luò)化以及通用遠(yuǎn)程教學(xué)平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)。建設(shè)量大面廣的機(jī)械原理的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室將有效地提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率,擴(kuò)大教育規(guī)模,對(duì)促進(jìn)高校的教學(xué)改革,以及提高科研水平與實(shí)現(xiàn)優(yōu)秀教學(xué)資源的共享將起到很重要的作用[1-2]。同時(shí)對(duì)進(jìn)一步促進(jìn)教師深入進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)理念、課程體系、教學(xué)方法和教學(xué)手段的改革[3-4],進(jìn)而提高人才培養(yǎng)質(zhì)量,促進(jìn)我校整體質(zhì)量和效益的提高,具有重要的意義。

1 傳統(tǒng)課程模式及存在的問(wèn)題

傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式大多采用的是以教學(xué)班進(jìn)行課堂教學(xué)。我校的一個(gè)教學(xué)班通常是由1或2個(gè)自然班組成，教師通過(guò)多媒體以及其他教學(xué)輔助手段進(jìn)行理論教學(xué)。采用 “傳遞—接受”式教學(xué)方式，對(duì)課內(nèi)實(shí)驗(yàn)室的相關(guān)實(shí)驗(yàn)課內(nèi)無(wú)法再現(xiàn)，學(xué)生必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的實(shí)驗(yàn)完成，這樣容易使實(shí)驗(yàn)內(nèi)容局限性。而且對(duì)教學(xué)大綱中的選做實(shí)驗(yàn)以及創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)如果學(xué)生不做，就全然不熟悉實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。另一方面受教學(xué)學(xué)時(shí)的限制以及實(shí)驗(yàn)室硬件條件的限制有些實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室無(wú)法實(shí)現(xiàn)，如機(jī)械原理的“機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的測(cè)繪”實(shí)驗(yàn)，受種類(lèi)和數(shù)量的限制，又缺少相應(yīng)創(chuàng)新機(jī)構(gòu)配套，影響了實(shí)驗(yàn)的深度和教學(xué)效果[5-6]，所以按照傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生無(wú)法進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)。還有對(duì)課內(nèi)的個(gè)別虛擬仿真[7]實(shí)驗(yàn)都是單機(jī)實(shí)現(xiàn)，尚未建設(shè)實(shí)踐教學(xué)網(wǎng)絡(luò)資源平臺(tái)。所以虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室通過(guò)教學(xué)資源共享平臺(tái)的應(yīng)用，使學(xué)生在課堂中獲得三維視覺(jué)效果和聲音效果，教學(xué)內(nèi)容深入淺出、易學(xué)易懂。由于本課程的性質(zhì)是實(shí)踐性較強(qiáng)，知識(shí)面較廣泛，目前高等教育不像以前，原來(lái)企業(yè)比較歡迎學(xué)生到企業(yè)實(shí)習(xí)和參觀，但目前很難到相關(guān)企業(yè)進(jìn)行系統(tǒng)扎實(shí)的實(shí)習(xí)教學(xué)環(huán)節(jié)。隨著我校混合課堂教學(xué)學(xué)分實(shí)施，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)與開(kāi)發(fā)對(duì)機(jī)械原理課程教學(xué)是一項(xiàng)有深遠(yuǎn)意義的教學(xué)項(xiàng)目。

2 構(gòu)建機(jī)械原理課程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室資源共享平臺(tái)

機(jī)械原理課程是我校量大面廣的數(shù)門(mén)課程之一，課程包含理論教學(xué)以及實(shí)踐教學(xué)，實(shí)踐教學(xué)又包含課程設(shè)計(jì)、課內(nèi)實(shí)驗(yàn)、開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。目前機(jī)械原理課程的網(wǎng)絡(luò)資源，僅是單個(gè)課程的網(wǎng)絡(luò)資源平臺(tái)，且實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)尚未建設(shè)實(shí)踐教學(xué)網(wǎng)絡(luò)資源平臺(tái)，所以通過(guò)此教學(xué)項(xiàng)目的研究，旨在建設(shè)機(jī)械原理課程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)資源共享平臺(tái)，并整合網(wǎng)絡(luò)資源，建設(shè)實(shí)踐教學(xué)網(wǎng)絡(luò)資源平臺(tái)，并且通過(guò)實(shí)踐使教學(xué)網(wǎng)絡(luò)資源平臺(tái)更好的投入到量大面廣的課程教學(xué)中。

機(jī)械原理課程于2005年被評(píng)為甘肅省精品課程；機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程于2013年被評(píng)為甘肅省精品課程；機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程于2015年獲批甘肅省精品資源共享課程?！皠?chuàng)新設(shè)計(jì)與機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)綜合能力的培養(yǎng)研究”“機(jī)械原理創(chuàng)新教育平臺(tái)的研究與實(shí)踐”等多項(xiàng)教學(xué)改革項(xiàng)目為校級(jí)重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目。機(jī)電工程學(xué)院“機(jī)械設(shè)計(jì)科技創(chuàng)新基地”為學(xué)校的專項(xiàng)資助的創(chuàng)新基地。

2.1 建立教育資源共享平臺(tái)模型

要實(shí)現(xiàn)機(jī)械原理課程網(wǎng)絡(luò)教育資源共享，首先必須有一個(gè)合適的共享平臺(tái)作為基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)械原理課程教育資源共享平臺(tái)的模型，如圖1所示。機(jī)械原理課程資源庫(kù)管理系統(tǒng)包括兩個(gè)子系統(tǒng)：機(jī)械原理課程的系統(tǒng)管理和資源管理(媒體素材庫(kù)的管理、思考題習(xí)題管理、案例庫(kù)的管理、課件庫(kù)管理、網(wǎng)絡(luò)課程的管理、文獻(xiàn)資料管理等)。這兩個(gè)子系統(tǒng)為不同類(lèi)用戶(管理員、教師、學(xué)生)提供資源檢索、資源發(fā)布多個(gè)方面的服務(wù)。整個(gè)系統(tǒng)的模塊化結(jié)構(gòu)如圖1所示，圖2是我校機(jī)械原理課程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室。

2.2 機(jī)械原理虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教育信息資源的建設(shè)

(1) 媒體素材。是傳播機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息的基本材料單元，可分為幾大類(lèi)：實(shí)驗(yàn)文本素材、實(shí)驗(yàn)圖像類(lèi)素材、實(shí)驗(yàn)音頻類(lèi)素材、實(shí)驗(yàn)視頻類(lèi)素材、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)過(guò)程[8-12]動(dòng)畫(huà)類(lèi)素材。

(2) 思考題習(xí)題庫(kù)。針對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，編制相應(yīng)的思考題和習(xí)題。通過(guò)思考題習(xí)題學(xué)生可以進(jìn)行設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)。

圖1 資源庫(kù)管理系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)示意圖

(3) 網(wǎng)絡(luò)課件。對(duì)《機(jī)械原理》《機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)》學(xué)科中一個(gè)或幾個(gè)知識(shí)點(diǎn),根據(jù)平臺(tái)劃分，可分為網(wǎng)絡(luò)版的課件和單機(jī)版課件，網(wǎng)絡(luò)版的課件能在瀏覽器中運(yùn)行，并能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境共享。單機(jī)運(yùn)行的課件可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)下載后在本地計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。

(4) 問(wèn)題答疑。是針對(duì)具體實(shí)驗(yàn)以及虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中的問(wèn)題給出全面解答。

(5) 網(wǎng)絡(luò)課程。網(wǎng)絡(luò)課程是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)表現(xiàn)的某門(mén)學(xué)科的教學(xué)內(nèi)容及實(shí)施的教學(xué)活動(dòng)的總和，它包括兩個(gè)組成部分：按一定的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)策略組織起來(lái)的教學(xué)內(nèi)容和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)支撐環(huán)境。

(6) 教學(xué)資料。完成教學(xué)大綱包括課程的教學(xué)目的、教學(xué)任務(wù)、教學(xué)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)、模塊或單元教學(xué)目標(biāo)與任務(wù)、教學(xué)活動(dòng)以及教學(xué)方法上的基本要求等。完成教學(xué)日歷。教學(xué)的具體實(shí)施計(jì)劃表，應(yīng)明確規(guī)定教學(xué)進(jìn)程、授課內(nèi)容、課外作業(yè)、授課方式等。

(7) 全程教學(xué)錄像MOOC教學(xué)[13-14]。學(xué)生通過(guò)網(wǎng)絡(luò)在線進(jìn)行課堂教學(xué)學(xué)習(xí)。

3 結(jié) 語(yǔ)

為了提高機(jī)械原理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，在引入創(chuàng)新教育的改革思路基礎(chǔ)上，分析了傳統(tǒng)課程模式及存在的問(wèn)題，構(gòu)建機(jī)械原理課程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室資源共享平臺(tái)。該平臺(tái)適應(yīng)于量大面廣的機(jī)械原理課程，可通過(guò)遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)支持平臺(tái)的開(kāi)發(fā)，有效提高了教學(xué)資源庫(kù)的利用。同時(shí)，通過(guò)虛擬仿真的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程教學(xué)支撐平臺(tái)對(duì)多媒體素材(文本,音頻,視頻,圖形,動(dòng)畫(huà)等)、課件、案例、思考題庫(kù)和網(wǎng)絡(luò)課程的智能化管理,支持網(wǎng)上授課、學(xué)習(xí)、討論、答疑、考試等教學(xué)功能,教師管理,學(xué)生管理,課程管理等教學(xué)管理功能。該平臺(tái)實(shí)踐表明：對(duì)提高我校量大面廣機(jī)械原理課程的實(shí)踐教學(xué)的質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)教育信息的價(jià)值具有舉足輕重的作用。教學(xué)過(guò)程中，對(duì)優(yōu)質(zhì)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容及方法實(shí)現(xiàn)共享，學(xué)生擴(kuò)大了工程實(shí)踐的知識(shí)面，猶如身臨其境的企業(yè)環(huán)境。形成一個(gè)為教師、為學(xué)生提供資源支持系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)其教育價(jià)值和自身的良好發(fā)展，教育資源才能真正得以開(kāi)發(fā)和利用，并為專業(yè)的工程教育認(rèn)證起到很強(qiáng)的支撐作用。

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The Construction of Virtual Simulation Platform of Mechanical Principle for Lab Resource Sharing

GUORunlan,KANGYanping,YANGDongya,WANGFuqiang,HEYuan

(College of Mechanical & Electrical Engineering (Mechanical Engineering Practice Education Center), Lanzhou University of Technology， Lanzhou 730050, China)

Mechanical principle is a basic course of backbone technology. This paper discusses the virtual simulation sharing platform of mechanical principle course for lab resource. Aimed at the innovation education, in order to improve the quality of experiment course of mechanical principle, we introduce thought of innovative education reform. analyze existing problems of traditional curriculum model, build the mechanical principle course resources sharing platform. The virtual simulation platform includes education resource sharing platform model construction, and virtual simulation experiment construction of mechanical principles. The platform construction can be used by mechanical principle course which is widely taken by students. By development of universal remote teaching system support platform, the effective utilization of teaching resource can be guaranteed, teachers and students can obtain a strong support system for their needs of resources. The platform realizes itself education value and gets good development, and it can truly develop and make use of education resources, and support the engineering education accreditation.

mechanical principle; virtual simulation; sharing platform

2016-09-18

郭潤(rùn)蘭(1963-,)女,山西山陰人，教授，機(jī)械原理機(jī)械設(shè)計(jì)系主任，多年從事機(jī)械專業(yè)的教學(xué)和科研工作。

Tel.：13919809452； E-mail：llggrl@126.com

TH 111

A

1006-7167(2017)06-0108-03