計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)在工科類(lèi)教學(xué)中的應(yīng)用

劉海波

[摘 要] 完備的教學(xué)實(shí)訓(xùn)設(shè)備是提高學(xué)生職業(yè)能力的有效保障，而受到場(chǎng)地、學(xué)生數(shù)量、資金等因素的制約，特別是對(duì)一些工科類(lèi)專(zhuān)業(yè)而言，一般實(shí)訓(xùn)室只能滿(mǎn)足部分課程項(xiàng)目的訓(xùn)練，想要滿(mǎn)足完整的教學(xué)和科研需求，則要以投入大量資金為基礎(chǔ)。

[關(guān) 鍵 詞] 虛擬技術(shù)；液壓傳動(dòng)；工科類(lèi)教學(xué)

[中圖分類(lèi)號(hào)] G712 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號(hào)] 2096-0603（2018）05-0170-01

當(dāng)前，隨著就業(yè)形勢(shì)的改變和我國(guó)對(duì)職業(yè)教育的大力推進(jìn)，越來(lái)越多的學(xué)生和家長(zhǎng)意識(shí)到，只有熟練掌握一門(mén)專(zhuān)業(yè)技能，在就業(yè)時(shí)才能得到用人單位的認(rèn)可。各高校也在為增強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力投入了大量人力和財(cái)力。完備的教學(xué)實(shí)訓(xùn)設(shè)備是提高學(xué)生職業(yè)能力的有效保障，而受到場(chǎng)地、學(xué)生數(shù)量、資金等因素的制約，特別是一些工科類(lèi)專(zhuān)業(yè)，一般實(shí)訓(xùn)室只能滿(mǎn)足部分課程項(xiàng)目的訓(xùn)練，想要滿(mǎn)足完整的教學(xué)和科研需求，則要以投入大量資金為基礎(chǔ)。所以，并不是所有學(xué)校都能及時(shí)、保量地進(jìn)行設(shè)施設(shè)備的添置。因此，利用計(jì)算機(jī)建立虛擬實(shí)訓(xùn)教室，就是對(duì)傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)室實(shí)操項(xiàng)目的一個(gè)有效補(bǔ)充。

本人當(dāng)前工作所在學(xué)校，開(kāi)設(shè)了汽車(chē)、建筑、道橋工程等多個(gè)相關(guān)專(zhuān)業(yè)，很多工科專(zhuān)業(yè)均開(kāi)設(shè)了液壓傳動(dòng)技術(shù)課程。針對(duì)構(gòu)建液壓實(shí)訓(xùn)室費(fèi)用高、元器件多、占地面積大的特點(diǎn)，我院對(duì)液壓傳動(dòng)課程進(jìn)行教學(xué)改革，通過(guò)各專(zhuān)業(yè)教師的合作，現(xiàn)已開(kāi)發(fā)出計(jì)算機(jī)液壓傳動(dòng)虛擬教室系統(tǒng)，并應(yīng)用在課程教學(xué)中，取得了良好的效果。

液壓傳動(dòng)技術(shù)課程是高校機(jī)械類(lèi)、近機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)一門(mén)非常重要并且實(shí)踐性很強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)技術(shù)課程，掌握液壓元件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理、合理的分析液壓基本回路和典型系統(tǒng)，是學(xué)好液壓傳動(dòng)課的基礎(chǔ)。如何讓學(xué)生在仿真的環(huán)境下理解和掌握各元件內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程，對(duì)教學(xué)目標(biāo)的完成和技能的培養(yǎng)起著至關(guān)重要的作用。

為了滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)要求并減少不斷購(gòu)買(mǎi)新元件、新設(shè)備的資金投入，將液壓元件的結(jié)構(gòu)、原理用計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)表現(xiàn)出來(lái)是教學(xué)改革的一種新的嘗試，合理開(kāi)發(fā)虛擬仿真技術(shù)可以有效地提高教學(xué)效果、降低投入成本、強(qiáng)化學(xué)生職業(yè)素質(zhì)的培養(yǎng)。通過(guò)接近于工程實(shí)際的綜合訓(xùn)練能較好地滿(mǎn)足當(dāng)前創(chuàng)新型實(shí)踐教學(xué)和能力培養(yǎng)的要求，是目前高校教學(xué)改革的一個(gè)重要發(fā)展方向。

虛擬技術(shù)能生動(dòng)形象地表現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容，有效地營(yíng)造一個(gè)跟隨技術(shù)發(fā)展的教學(xué)環(huán)境?；诰W(wǎng)絡(luò)的虛擬教室具有教學(xué)時(shí)空的無(wú)限性和人機(jī)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)性，具有智能化、更形象逼真等優(yōu)點(diǎn)，可以將教學(xué)與實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來(lái)，能實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為主體的教學(xué)。同時(shí)通過(guò)先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，還可以把不同教學(xué)內(nèi)容按教學(xué)目標(biāo)的要求組成一個(gè)有機(jī)的整體，極大地增加了授課的信息量，提高了課堂教學(xué)的效率和教學(xué)質(zhì)量。這種網(wǎng)絡(luò)化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，可以使傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)在時(shí)間和空間上得到擴(kuò)展。

構(gòu)建虛擬技術(shù)平臺(tái)的意義在于：液壓傳動(dòng)技術(shù)仿真學(xué)習(xí)平臺(tái)堅(jiān)持以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的原則，盡可能使設(shè)計(jì)的界面便于操作和使用，學(xué)習(xí)內(nèi)容形象直觀，避免學(xué)習(xí)過(guò)程的枯燥。

課程改革所利用的虛擬仿真技術(shù)及液壓傳動(dòng)技術(shù)仿真學(xué)習(xí)平臺(tái)具有以下特點(diǎn)：（1）為學(xué)生提供便利詳盡的學(xué)習(xí)資源，可最大限度地實(shí)現(xiàn)各專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)的共享；（2）該平臺(tái)存儲(chǔ)了豐富的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)生可以系統(tǒng)地完成該技術(shù)的學(xué)習(xí)；（3）學(xué)習(xí)者可以根據(jù)自身需求有選擇地安排學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，將大大提高教學(xué)和學(xué)習(xí)效率。

課程改革涉及的主要技術(shù)性能指標(biāo)有：（1）可應(yīng)用Solidworks軟件構(gòu)建三維動(dòng)畫(huà)及拆裝過(guò)程；動(dòng)畫(huà)部分運(yùn)用Flash CS軟件構(gòu)建液壓元件原理動(dòng)畫(huà)和油路及系統(tǒng)動(dòng)畫(huà)；運(yùn)用Camtasia studio軟件完成原理視頻的處理；應(yīng)用Unity3D建立虛擬場(chǎng)景、制作虛擬拆裝交互程序；用moodle搭建網(wǎng)絡(luò)交互式教學(xué)環(huán)境。（2）平臺(tái)系統(tǒng)包含三維模型庫(kù)、平面原理庫(kù)、視頻庫(kù)及學(xué)習(xí)自檢系統(tǒng)。（3）具有無(wú)紙化考試功能，可以考查學(xué)生知識(shí)、技能的掌握情況，自動(dòng)評(píng)分。

在直接經(jīng)濟(jì)效益方面，以2015年9月至2015年12月和2016年3月至2016年7月，在我院汽車(chē)修理和工程機(jī)械專(zhuān)業(yè)應(yīng)用液壓傳動(dòng)技術(shù)仿真學(xué)習(xí)平臺(tái)節(jié)支情況進(jìn)行計(jì)算：兩屆汽車(chē)修理和工程機(jī)械專(zhuān)業(yè)學(xué)生通過(guò)應(yīng)用該平臺(tái)，實(shí)驗(yàn)設(shè)備購(gòu)買(mǎi)節(jié)支3.80萬(wàn)元，實(shí)驗(yàn)損耗節(jié)支0.78萬(wàn)元，教師指導(dǎo)費(fèi)用節(jié)約0.52萬(wàn)元，教師培訓(xùn)節(jié)支0.48萬(wàn)元。三項(xiàng)合計(jì)為3.80+0.78+0.52+0.48=5.58萬(wàn)元。在過(guò)去的一年里，我院年輕教師和汽車(chē)專(zhuān)業(yè)的部分學(xué)生應(yīng)用該學(xué)習(xí)平臺(tái)學(xué)習(xí)液壓傳動(dòng)技術(shù)課程，不僅節(jié)約了時(shí)間，同時(shí)節(jié)約了相應(yīng)的培訓(xùn)費(fèi)用。

本項(xiàng)課改項(xiàng)目還具有入門(mén)難度低、設(shè)備費(fèi)用低、應(yīng)用領(lǐng)域廣的優(yōu)點(diǎn)。此項(xiàng)目并不局限于液壓課程，其他工科類(lèi)課程均可以通過(guò)計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)進(jìn)行實(shí)訓(xùn)場(chǎng)景的模擬。

隨著IT技術(shù)的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)已深度融入工作生活的方方面面，各種虛擬技術(shù)也日新月異，VR、AR虛擬技術(shù)也進(jìn)一步應(yīng)用到工業(yè)、民用領(lǐng)域。仿真學(xué)習(xí)平臺(tái)作為一種新的教育形式，具有重要的意義，通過(guò)接近于工程實(shí)際的綜合訓(xùn)練，較好地滿(mǎn)足了當(dāng)前創(chuàng)新型實(shí)踐教學(xué)和能力培養(yǎng)的要求，同時(shí)可以減少不斷購(gòu)買(mǎi)新元件、新設(shè)備的資金投入，對(duì)有效地提高教學(xué)效果、強(qiáng)化學(xué)生職業(yè)素質(zhì)的培養(yǎng)、提升教師的能力等都起到了非常積極的作用，是高校教學(xué)改革的一個(gè)重要發(fā)展方向，并呈現(xiàn)出廣闊的發(fā)展前景。

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