分析虛擬仿真實驗在機械教學中的應用

孫輝

[摘要]在高校機械教學中，虛擬仿真實驗對學生的實踐能力培養(yǎng)具有重要意義，虛擬仿真實驗室建設是高校信息化水平的重要衡量指標。以高校機械教學入手，分析高校虛擬仿真實驗室的開發(fā)現(xiàn)狀，在此基礎上分析虛擬仿真實驗在機械教學中的實際運用，并提出完善虛擬仿真實驗教學體系的相關策略，以期為推動高校機械教學的虛擬仿真實驗教學提供參考性建議。

[關鍵詞]機械教學;虛擬仿真實驗;虛擬實驗室

[中圖分類號]? G712??????????? ??????? [文獻標志碼]? A???????? ?????? [文章編號]? 2096-0603（2018）36-0177-01

機械教學作為高校工科專業(yè)的重要專業(yè)，具備理論性與實踐性相結合的特點。因此，開設教學實驗室，通過實驗教學檢驗學生對知識的掌握程度、培養(yǎng)學生解決問題的能力，全面提升學生專業(yè)能力具有重要意義。隨我我國高校教學的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的實驗室不能滿足高校機械教學的實驗教學要求，因此，建設虛虛擬實驗室，開展虛擬仿真實驗是高校機械教學發(fā)展的趨勢。目前，我國機械教學的虛擬仿真實驗教學尚不完善，高校虛擬實驗室的建設、虛擬仿真實驗在高校機械教學中的實際運用及如何完善虛擬仿真實驗教學體系是當前高校機械教學的重要課題。

一、高校機械教學虛擬實驗室開發(fā)現(xiàn)狀

當前我國高校機械教學對實驗室的開發(fā)，主要有機械原理、機械設計、金相技術與熱處理、金屬材料力學、數(shù)控技術、液壓與氣壓技術、機構創(chuàng)新綜合等實驗室，承擔機械工程教學的實驗教學、學生創(chuàng)新項目、教師課題研究及畢業(yè)設計實習任務，對機械教學的實驗教學具有重要意義。我國高校實驗室開發(fā)普遍存在的現(xiàn)狀是實驗室開發(fā)以傳統(tǒng)實驗室為主，操作方式以傳統(tǒng)實物操作為主，在發(fā)揮其作用的同時也存在許多不足。一方面，傳統(tǒng)實驗室中利用實物操作進行實驗教學的方式不能滿足當前紅河學院的實驗教學、學生創(chuàng)新項目要求;另一方面，部分實驗室存在實驗設備老舊損壞和實驗設備短缺的問題，不利于實驗教學的開展。針對機械教學實驗室存在的問題，應有效利用現(xiàn)有條件，將虛擬仿真技術引入實驗教學，著重開發(fā)虛擬實驗室，對部分典型實驗進行試點改革。其中，進行試點改革的典型實驗主要有機械常見機構認知實驗、機構運動簡圖測繪實驗、機械加工分析實驗等。通過對部分典型實驗進行試點改革的調(diào)查來看，取得了良好的教學效果，能有效滿足實驗教學要求，同時有效解決了部分傳統(tǒng)實驗室實驗設備老舊破損和短缺問題。

二、虛擬仿真實驗在機械教學中的實際應用

（一）機械常見機構認知實驗

機械常見機構認知主要是針對機械常見機構，如連桿機構、齒輪機構、組合機構、運動機構的類型和運動情況進行觀察，對機械的基本要素進行掌握。在傳統(tǒng)實驗室中，主要是通過參觀機械示教陳列柜中的機械常見結構，對其進行觀察和掌握，但示教陳列柜所陳列的機械常見機構種類不齊全、更新不及時，導致傳統(tǒng)的教學方法較為落后。在虛擬仿真實驗在機械教學中的應用中，開發(fā)機械常見機構認知實驗教學，利用互聯(lián)網(wǎng)軟件建立機械常見機構的三維模型，并模擬其裝配過程和運動情況，有效解決了傳統(tǒng)實驗室在機械教學中存在的問題，并提高了學生的興趣和學習積極性。

（二）機構運動簡圖測繪實驗

機構運動簡圖測繪實驗的教學要求是要求學生熟練掌握機構運動簡圖的測繪方法。在傳統(tǒng)實驗室中，主要是通過觀察機械運動情況進行測繪。但由于傳統(tǒng)實驗室部分設備老舊，且存在設備缺損問題，開展機構運動簡圖測繪實驗難度大，測繪結果誤差大。在虛擬仿真實驗中，通過開發(fā)機構運動簡圖測繪系統(tǒng)，利用互聯(lián)網(wǎng)軟件建立機構的三維模型，并仿真模擬其運動情況，通過增加測繪功能，逐步播放機構運動過程，進行有效測繪?？赏ㄟ^在仿真實驗室下進行機構運動簡圖測繪實驗，能直觀地反映機構運動規(guī)律和過程，增強學生對機構運動簡圖的理解。

（三）機械加工分析實驗

機械加工分析實驗的教學要求主要是鞏固學生的統(tǒng)計分析學理論知識，使學生熟練掌握統(tǒng)計分析法并利用統(tǒng)計分析法判斷問題。傳統(tǒng)實驗方法主要是在實驗室中通過在機床上進行機械零件加工，得到一定基數(shù)的原始數(shù)據(jù)進行分析。傳統(tǒng)試驗方法耗時長、成本高、誤差較大、整體實驗效率較低、整體實驗效果不理想。通過虛擬仿真實驗進行機械加工分析，利用虛擬仿真加工生成數(shù)據(jù)基數(shù)，得到樣本數(shù)據(jù)，進行誤差統(tǒng)計分析實驗。該方法主要有兩種形式，一是進行實驗樣本數(shù)據(jù)輸入;二是通過模擬仿真加工自動生成樣本數(shù)據(jù)。該方法相較于傳統(tǒng)試驗方法的優(yōu)勢有兩點：一是降低耗時、降低成本，有效提升實驗效率;二是樣本數(shù)據(jù)受其他因素的影響較小，可靠性高，得到的分析結果準確性高。

三、完善虛擬實驗室教學體系的策略

當前，高校實驗室的現(xiàn)狀和高校機械教學對實驗室的要求不相匹配，完善虛擬實驗室教學體系，能有效提高高校機械教學教學效果，促進學生的綜合素質(zhì)發(fā)展。以現(xiàn)有資源位依托開展虛擬仿真實驗教學，高校在完善虛擬實驗室教學體系時，應當充分利用現(xiàn)有資源，一方面是軟硬件基礎，充分利用現(xiàn)有的實驗室的軟硬件進行虛擬實驗室開發(fā);另一方面是充分發(fā)揮高校在計算機技術方面的優(yōu)勢，進行虛擬實驗室的開發(fā)。

綜上所述，當前我國高校機械教學虛擬仿真實驗的發(fā)展程度較低，現(xiàn)狀不容樂觀。通過對部分虛擬仿真實驗在實際教學中的應用效果來看，能有效解決高校實驗教學存在的問題，有效提升教學效果。因此，高校要充分重視虛擬仿真實驗教學在機械教學中的應用，致力于完善虛擬實驗室教學體系。通過充分發(fā)揮高校的資源優(yōu)勢，不斷進行虛擬實驗室開發(fā)，并充分將虛擬仿真實驗教學應用到實踐教學中，提升學生的應用能力，從而提升學生的綜合素質(zhì)，適應社會對機械專業(yè)人才不斷提高的要求。

參考文獻：

[1]趙海山，姜海.虛擬仿真技術在機械工程實驗教學中的應用[J].科技資訊，2016，14（19）：153，155.

[2]郭德偉，王海生，閔潔，等.虛擬仿真實驗在機械教學中的應用[J].新西部（理論版），2012（6）：31，36.