虛擬仿真技術(shù)在機(jī)電類(lèi)課程中的應(yīng)用

于海麗

（新疆農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 昌吉 831100）

將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用到教育領(lǐng)域當(dāng)中就是虛擬仿真教學(xué)。這是一種新型的教學(xué)模式，主要是通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)創(chuàng)設(shè)虛擬的環(huán)境，應(yīng)用模擬的案例來(lái)推動(dòng)教學(xué)。對(duì)于高校來(lái)說(shuō)，主要的培養(yǎng)目標(biāo)就是培養(yǎng)出綜合性的技能人才。因此，采用虛擬仿真技術(shù)不僅可以提升學(xué)生的操作能力，還能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。因此，這一技術(shù)在教學(xué)中發(fā)揮了重要的作用。

1 虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用與機(jī)電課程中的意義

機(jī)電類(lèi)課程的設(shè)置更多地是致力于培養(yǎng)高端技能型人才，朝著生產(chǎn)、管理以及服務(wù)等方向發(fā)展。這些人才的工作崗位包括設(shè)計(jì)機(jī)電產(chǎn)品，制造、裝配與調(diào)試機(jī)電產(chǎn)品，同時(shí)完善售后服務(wù)?？梢?jiàn)，這一專(zhuān)業(yè)的學(xué)生就業(yè)面相對(duì)較廣，學(xué)生專(zhuān)業(yè)技能的掌握程度要很高。

機(jī)電類(lèi)課程的歷史比較久遠(yuǎn)，傳統(tǒng)的教學(xué)模式主要以理論課為主。這種教學(xué)方式不僅影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)也阻礙了學(xué)生創(chuàng)造性思維的開(kāi)發(fā)。隨著教學(xué)改革的不斷深入，教學(xué)與實(shí)踐逐漸融為一體，高校對(duì)機(jī)電類(lèi)學(xué)生的技能訓(xùn)練非常重視。一些院校以及開(kāi)展了與機(jī)電相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手和創(chuàng)造能力。但是，在實(shí)際的練習(xí)當(dāng)中，由于實(shí)驗(yàn)的設(shè)備有限，且成本較高，最重要的是這種操作會(huì)占用大量的課時(shí)時(shí)間，實(shí)踐教學(xué)遇到了瓶頸。

將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用到機(jī)電類(lèi)課程當(dāng)中，可以讓學(xué)生直接進(jìn)入到實(shí)踐的具體情境當(dāng)中，可以真實(shí)地體會(huì)到操作的感覺(jué)。虛擬仿真教學(xué)與其他教學(xué)方式的結(jié)合不僅提升了教學(xué)效果，同時(shí)也降低了大量的成本，讓學(xué)生更好地理解機(jī)電類(lèi)課程及其具體應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和探索精神。

2 虛擬仿真教學(xué)的現(xiàn)狀

雖然我國(guó)的虛擬仿真教學(xué)在機(jī)電類(lèi)課程中實(shí)現(xiàn)了較為廣泛地應(yīng)用，但是與一些發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在著一定的距離。國(guó)內(nèi)外的虛擬仿真技術(shù)研究成果都十分顯著，一些教學(xué)儀器、軟件的開(kāi)發(fā)和利用程度都很高。在教學(xué)課程與軟件開(kāi)發(fā)的進(jìn)程中，我國(guó)需要積極地借鑒國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)，有效地將虛擬仿真教學(xué)與課程的開(kāi)發(fā)相結(jié)合，優(yōu)化課程內(nèi)容和教學(xué)方法。虛擬仿真教學(xué)模式是未來(lái)教學(xué)發(fā)展的重要模式，研究人員需要加強(qiáng)對(duì)虛擬仿真技術(shù)的探究和實(shí)踐，使虛擬仿真技術(shù)能夠推動(dòng)教學(xué)的發(fā)展。

3 傳統(tǒng)機(jī)電類(lèi)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足

傳統(tǒng)的機(jī)電類(lèi)課程普遍注重其理論性，學(xué)生在理解的過(guò)程中會(huì)具有一定的難度，而且每一種項(xiàng)目設(shè)計(jì)的綜合性也比較強(qiáng)。主要表現(xiàn)在以下3個(gè)方面：

（1）教學(xué)情境創(chuàng)設(shè)難度大。機(jī)電類(lèi)課程本身具有較強(qiáng)的實(shí)踐性，因此在創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境的過(guò)程中會(huì)存在著一定的難度。傳統(tǒng)的機(jī)電類(lèi)實(shí)驗(yàn)的普遍特征就是實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目多，參與課程的人數(shù)多，但是實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備數(shù)量不足，師資緊缺。學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，更多地是依靠教科書(shū)和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)。因此，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中往往都是只知道問(wèn)題的表面卻無(wú)法深入地研究。久而久之，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情受到抑制。

（2）實(shí)驗(yàn)設(shè)備相對(duì)滯后。由于機(jī)電類(lèi)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的購(gòu)置需要花費(fèi)大量的資金，高校的資金相對(duì)匱乏，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)設(shè)備的先進(jìn)程度不夠。另外，機(jī)電類(lèi)實(shí)驗(yàn)設(shè)備以帶電的設(shè)備為主，因此危險(xiǎn)性極高，這就使得機(jī)電類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的理論與實(shí)踐相脫離，更無(wú)法談及培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力。

（3）教學(xué)模式更新速度慢。在傳統(tǒng)的機(jī)電類(lèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生的主要學(xué)習(xí)方式就是教師利用教室當(dāng)中的黑板與多媒體課件來(lái)對(duì)相關(guān)的理論以及實(shí)驗(yàn)相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行講解和演示。學(xué)生按照教師講解的步驟來(lái)做實(shí)驗(yàn)，對(duì)相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行觀察，而且實(shí)驗(yàn)類(lèi)型以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主?？梢?jiàn)，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，無(wú)論是實(shí)驗(yàn)操作還是實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，學(xué)生都處于被動(dòng)地位，教師一直是實(shí)驗(yàn)的主體。即使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程很感興趣但是由于無(wú)法直接進(jìn)行具體的操作，使得創(chuàng)造性和積極性都受到影響。這種傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式根本無(wú)法提升學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

4 虛擬仿真技術(shù)在機(jī)電類(lèi)課程中的應(yīng)用

在具體的教學(xué)實(shí)驗(yàn)當(dāng)中應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)，教師需要做好準(zhǔn)備工作，學(xué)生要保證充足地預(yù)習(xí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)的基本內(nèi)容加強(qiáng)了解，對(duì)可能出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行預(yù)測(cè)，促使學(xué)生熟悉實(shí)驗(yàn)過(guò)程。如果遇到實(shí)驗(yàn)的瓶頸，可以通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)來(lái)解決問(wèn)題，提升學(xué)生學(xué)習(xí)的獨(dú)立性以及探究實(shí)驗(yàn)的積極性。

（1）明確學(xué)生特征與社會(huì)需求。在虛擬方針技術(shù)應(yīng)用之前，相關(guān)人員通過(guò)調(diào)查和訪(fǎng)談的形式對(duì)學(xué)生的發(fā)展特點(diǎn)與企業(yè)的實(shí)際需求進(jìn)行分析和研究，得出以下結(jié)論：①高校學(xué)生對(duì)于機(jī)電類(lèi)專(zhuān)業(yè)的滿(mǎn)意程度不夠，因此在實(shí)際的學(xué)習(xí)當(dāng)中幾乎沒(méi)有科學(xué)而完整的學(xué)習(xí)計(jì)劃。由于學(xué)生對(duì)專(zhuān)業(yè)的興趣程度較低，對(duì)于老師的作業(yè)不屑一顧。學(xué)習(xí)的自覺(jué)性和自主性相對(duì)較差。很多學(xué)生幾乎出現(xiàn)了學(xué)習(xí)態(tài)度不端正的問(wèn)題；于學(xué)生們自身的學(xué)習(xí)動(dòng)力是多種多樣的，一些學(xué)生進(jìn)行專(zhuān)業(yè)的學(xué)習(xí)是為了獲得一定的社會(huì)地位，一些學(xué)生的學(xué)習(xí)則是為了報(bào)答父母。還有一些學(xué)生為了生活、愛(ài)情?？梢?jiàn)，學(xué)生所具有的學(xué)習(xí)動(dòng)力主要以短期性、外在性為主，這些動(dòng)力在學(xué)習(xí)中發(fā)揮的作用不是十分明顯。因此，學(xué)生需要將短期的學(xué)習(xí)動(dòng)力轉(zhuǎn)化為長(zhǎng)期的內(nèi)部學(xué)習(xí)動(dòng)力；③學(xué)生在校學(xué)習(xí)期間，自身的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力并沒(méi)有得到鍛煉，自學(xué)能力普遍較低。

（2）建立虛擬仿真教學(xué)模式。對(duì)于機(jī)電類(lèi)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，其專(zhuān)業(yè)課包含的內(nèi)容有很多，包括電子技術(shù)、單片機(jī)原理等等。在實(shí)際的學(xué)習(xí)中針對(duì)每一門(mén)專(zhuān)業(yè)課都可以找到相對(duì)應(yīng)的仿真軟件來(lái)優(yōu)化教學(xué)方案。在教學(xué)過(guò)程中，虛擬仿真技術(shù)被廣泛地應(yīng)用。通過(guò)科學(xué)而精準(zhǔn)地分析，不斷探索出虛擬教學(xué)的高效應(yīng)用方式。一般情況下，如果將Multisim軟件應(yīng)用到電子技術(shù)課程當(dāng)中，可以有效地對(duì)電路的設(shè)計(jì)以及制作過(guò)程進(jìn)行模擬，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)地測(cè)量。最重要的是，這一軟件可以對(duì)故障電路的工作狀態(tài)進(jìn)行精準(zhǔn)地演示。學(xué)生們通過(guò)觀看軟件的演示可以對(duì)電路的實(shí)際構(gòu)造與工作原理進(jìn)行更好地了解。比如在單片機(jī)技術(shù)課程上，教師可以選擇Keil編譯調(diào)試環(huán)境，同時(shí)選擇Proteus仿真軟件來(lái)支持虛擬仿真教學(xué)。硬件電路的設(shè)計(jì)工作變得更加簡(jiǎn)單直觀，另外，硬件與編程的有效結(jié)合可以推動(dòng)仿真調(diào)試的進(jìn)程。

（3）加強(qiáng)校企合作。對(duì)于高校機(jī)電類(lèi)專(zhuān)業(yè)來(lái)說(shuō)，其對(duì)學(xué)生的動(dòng)手操作能力要求較高。畢業(yè)生進(jìn)入到工作領(lǐng)域之后更加重視實(shí)踐能力。虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用到教學(xué)中雖然可以提升教學(xué)的直觀性，讓學(xué)生切身感受到實(shí)際的操作原理。但是這種技術(shù)畢竟具有一定的虛擬性。因此，高校需要與企業(yè)加強(qiáng)合作。企業(yè)可以為機(jī)電類(lèi)學(xué)生提供真實(shí)的工作基地和工作場(chǎng)景。在高校的教學(xué)中應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)將這些工作場(chǎng)景還原，并且提升場(chǎng)景的多樣性和靈活性。可見(jiàn)，校企合作為虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用提供了更好地契機(jī)，同時(shí)也是對(duì)機(jī)電類(lèi)學(xué)生實(shí)訓(xùn)條件的改善。

5 結(jié)語(yǔ)

總而言之，將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用到機(jī)電類(lèi)課程當(dāng)中，形成虛擬教學(xué)模式，不僅可以達(dá)到“教”、“學(xué)”與“做”的相互融合，還可以對(duì)教學(xué)環(huán)境和教學(xué)條件進(jìn)行改進(jìn)和完善。在實(shí)際的教學(xué)工作中，應(yīng)用虛擬技術(shù)可以有效地降低耗材量，節(jié)省大量的實(shí)驗(yàn)成本。還能夠打破時(shí)間與空間限制的局限性。最重要的是，虛擬方針教學(xué)模式的應(yīng)用可以為學(xué)生提供真實(shí)的工作場(chǎng)景，指定明確的就業(yè)方向。

［1］ 陳昌皓.虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用與研究［J］.現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2013，（13）.

［2］ 程思寧.虛擬仿真技術(shù)在電類(lèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用與實(shí)踐［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2013，（7）.

［3］ 朱勁松.應(yīng)用虛擬仿真技術(shù) 提升實(shí)訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量［J］.新課程（上），2013，（12）.