機(jī)械類實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源共享體系的構(gòu)建

夏萍

(湖北理工學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，湖北黃石435003)

0 引言

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等教育課程改革的重要環(huán)節(jié)，也是落實(shí)課程目標(biāo)，加強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，提高高等教育質(zhì)量的重要途徑［1－2］。實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源在高等學(xué)校的學(xué)科建設(shè)、人才培養(yǎng)、專業(yè)建設(shè)中發(fā)揮著舉足輕重的作用。合理構(gòu)建實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的共享體系，對(duì)于提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的使用效率、提高人才培養(yǎng)的質(zhì)量、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的合理配置、加快實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展等具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義［3］。本文以機(jī)械類實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，探討了機(jī)械類實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源共享體系的構(gòu)建。

1 機(jī)械類實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源共享體系的內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源包括實(shí)驗(yàn)環(huán)境、實(shí)驗(yàn)條件及實(shí)驗(yàn)對(duì)象等多方面的內(nèi)容。就機(jī)械類實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源共享而言，應(yīng)構(gòu)建以重點(diǎn)課程、專業(yè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)場地等方面資源為主要內(nèi)容的共享體系，具體包括以下幾個(gè)方面。

1.1 重點(diǎn)課程實(shí)驗(yàn)資源的共享

通過精品課程、優(yōu)質(zhì)課程及特色課程的建設(shè)，加強(qiáng)與之相關(guān)的課程實(shí)驗(yàn)資源的建設(shè)和共享。例如，可以面向?qū)W生開放包括“機(jī)械原理”、“單片機(jī)原理與接口技術(shù)”、“機(jī)械制圖”、“自動(dòng)控制理論”、“互換性與測量技術(shù)”、“機(jī)械設(shè)計(jì)”等專業(yè)重點(diǎn)課程的教學(xué)資料，通過這些重點(diǎn)課程教學(xué)資料的開放促進(jìn)課程實(shí)驗(yàn)資源的共享，這些課程資源應(yīng)該集教學(xué)名師、精品教材、教學(xué)改革成果于一體，實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)課程的教案、大綱、習(xí)題、實(shí)驗(yàn)、教學(xué)文件以及參考資料等教學(xué)資源通過互聯(lián)網(wǎng)向?qū)W生免費(fèi)開放，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的充分交流與共享。同時(shí)，將相關(guān)專業(yè)課程向企業(yè)開放并與之共建，聘請(qǐng)企業(yè)技術(shù)骨干擔(dān)任課程教師，引入課程競爭機(jī)制，推動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、方法和手段的改革，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。與其他高校在相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程上進(jìn)行資源共建，互認(rèn)學(xué)分，開放輔修專業(yè)課和雙學(xué)位，接受其他高校學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

1.2 專業(yè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的共享

在充分利用校內(nèi)外資源的基礎(chǔ)上，將相關(guān)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室整合于一體，形成資源共享的項(xiàng)目運(yùn)作模式，以共享的方式開展相關(guān)專業(yè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。例如，在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面，可以建設(shè)面向?qū)W生的共享虛擬實(shí)驗(yàn)室，借助虛擬儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，將傳統(tǒng)儀器的硬件功能軟件化，開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的建設(shè)與運(yùn)行工作，承擔(dān)虛擬設(shè)備設(shè)計(jì)應(yīng)用課程的理論、實(shí)踐教學(xué)任務(wù)。針對(duì)機(jī)械類專業(yè)學(xué)生，可以在一些綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目上，利用虛擬仿真的優(yōu)勢，開發(fā)和共享包括機(jī)械零部件裝配實(shí)驗(yàn)、虛擬設(shè)備技術(shù)、虛擬設(shè)計(jì)及制造等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

1.3 實(shí)驗(yàn)場地和設(shè)備的共享

為充分利用實(shí)驗(yàn)教學(xué)場地和設(shè)備，在共享體系的建設(shè)方面應(yīng)該面向?qū)W生開放實(shí)驗(yàn)場地和設(shè)備。實(shí)驗(yàn)場地和設(shè)備的共享開放應(yīng)該圍繞具體項(xiàng)目開展，例如，開設(shè)實(shí)驗(yàn)室開放項(xiàng)目，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下利用實(shí)驗(yàn)室的場地和設(shè)備進(jìn)行創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)及虛擬仿真的操作和運(yùn)行。實(shí)驗(yàn)室開放項(xiàng)目的選題和定位應(yīng)該緊扣實(shí)踐教學(xué)，指導(dǎo)教師應(yīng)及時(shí)更新知識(shí)，形成以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體的實(shí)驗(yàn)室開放模式。同時(shí)，充分利用實(shí)驗(yàn)室開放項(xiàng)目，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣，擴(kuò)大學(xué)生參與面，從而提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備的利用率。

此外，應(yīng)依托相關(guān)實(shí)驗(yàn)場地和設(shè)備面向?qū)W生和相關(guān)企業(yè)技術(shù)人員建立創(chuàng)新基地，共享實(shí)驗(yàn)室場地和設(shè)備。在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)方面，應(yīng)不斷更新教育教學(xué)觀念，積極探索和改革人才培養(yǎng)模式，強(qiáng)化實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，在培養(yǎng)社會(huì)適應(yīng)能力強(qiáng)的應(yīng)用型人才方面進(jìn)行有益探索，特別是在學(xué)生學(xué)科競賽方面，可以依托共享的實(shí)驗(yàn)場地和設(shè)備積極擴(kuò)大學(xué)生受益面和參與度。同時(shí)，強(qiáng)化過程管理，優(yōu)化學(xué)科競賽的評(píng)價(jià)機(jī)制和體系。

2 共享的途徑和方式

2.1 校企聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的共享不僅要利用校內(nèi)的各種資源，還要充分利用校外的各種資源，尤其是要充分利用本行業(yè)及相關(guān)企業(yè)的資源。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的共享上可采取學(xué)校與企業(yè)共建校企聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室的形式，與企業(yè)共同開發(fā)具有“訂單式”特色的校企共建的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)教材，開設(shè)校企共建實(shí)驗(yàn)課程及實(shí)訓(xùn)。依托企業(yè)的先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)和優(yōu)質(zhì)的設(shè)備資源，建立校企聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，將學(xué)校的創(chuàng)新資源優(yōu)勢、科技人才優(yōu)勢與企業(yè)的產(chǎn)業(yè)市場優(yōu)勢、研發(fā)投入優(yōu)勢緊密結(jié)合，面向社會(huì)和企業(yè)在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開設(shè)、實(shí)驗(yàn)研究、學(xué)生實(shí)踐實(shí)訓(xùn)、教學(xué)資源等方面推行開放共享的管理機(jī)制，推行市場引導(dǎo)實(shí)驗(yàn)教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)服務(wù)產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新理念。同時(shí)，通過共享學(xué)校與企業(yè)資源，避免資源重復(fù)建設(shè)，解決資金壓力，通過企業(yè)參與，實(shí)現(xiàn)高校服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的目標(biāo)。

2.2 虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的建設(shè)和利用

建設(shè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源共享體系，逐步拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源共享的途徑和方式，引進(jìn)和應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源建設(shè)服務(wù)，徹底打破空間的限制。例如，利用虛擬仿真技術(shù)讓學(xué)生可以進(jìn)入虛擬的機(jī)械設(shè)備、零部件等內(nèi)部，考察機(jī)械設(shè)備內(nèi)部的結(jié)構(gòu)、功能和工作情況。利用虛擬技術(shù)突破時(shí)間的限制，觀察機(jī)械零部件的磨損、腐蝕變化，這些變化在現(xiàn)實(shí)中往往需要幾年甚至上十年才能觀察到，而通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)則可以在很短的時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)給學(xué)生。同時(shí)，依托虛擬制造技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)、交互外設(shè)及軟件來構(gòu)建一個(gè)虛擬的設(shè)計(jì)制造環(huán)境，使學(xué)生如同在制造現(xiàn)場一樣，與熒屏上出現(xiàn)的制造過程進(jìn)行自由交流［4］，不斷拓展資源共享的方式和途徑。

3 推進(jìn)教學(xué)資源共享的措施

實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源共享體系的構(gòu)建，應(yīng)該依托專業(yè)建設(shè)建立有效的共享教學(xué)資源庫，與企業(yè)在教學(xué)資源上建立合作共享機(jī)制，共享企業(yè)的相關(guān)資源。

3.1 構(gòu)建資源共享的有效機(jī)制

以實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源共享體系的構(gòu)建為主體，聯(lián)合相關(guān)院系、高校、企業(yè)及社會(huì)團(tuán)體，樹立資源共享的基本意識(shí)，構(gòu)建資源共享有效機(jī)制，保證資源共享的實(shí)現(xiàn)。建立新的管理體制，保證教學(xué)資源共享的實(shí)現(xiàn)。為保證教學(xué)資源共享目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，建立校、企、政多方聯(lián)合的決策機(jī)構(gòu)，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源共享體系實(shí)行專業(yè)化的協(xié)調(diào)和管理。在基本認(rèn)識(shí)一致的前提下，建立一個(gè)相互信任、平等、自愿、合作、協(xié)調(diào)的管理機(jī)構(gòu)，其負(fù)責(zé)制定出優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、評(píng)價(jià)方法、使用條例等，使優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源共享有法可依，有組織進(jìn)行協(xié)調(diào)，從根本上解決實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的共享問題［5］。

3.2 豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源共享的內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源共享的核心是內(nèi)容建設(shè)，對(duì)機(jī)械類實(shí)驗(yàn)教學(xué)而言，在前期實(shí)物資源建設(shè)的基礎(chǔ)上，可以依托虛擬現(xiàn)實(shí)、多媒體、人機(jī)交互、數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)通訊等技術(shù)，圍繞虛擬設(shè)備、虛擬設(shè)計(jì)及虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境等方面進(jìn)一步豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源共享的內(nèi)容，提高共享層次。依托虛擬技術(shù)開發(fā)相關(guān)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，建設(shè)相關(guān)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。例如，可以進(jìn)行包括虛擬樣機(jī)、虛擬制造、虛擬裝配等相關(guān)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的建設(shè)。

3.2.1 虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)系統(tǒng)

對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)而言，可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在可視化方面的強(qiáng)大優(yōu)勢，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行幾何、功能、物理等方面的交互建模與分析，將不同工程領(lǐng)域的開發(fā)模型結(jié)合在一起，從各個(gè)角度來模擬真實(shí)產(chǎn)品。應(yīng)用虛擬樣機(jī)技術(shù)，可以直觀形象地對(duì)虛擬的產(chǎn)品樣機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化、性能測試、制造和使用仿真［6］。

虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)系統(tǒng)是一個(gè)支持并管理產(chǎn)品全生命周期虛擬化設(shè)計(jì)過程和性能評(píng)估活動(dòng)的集成系統(tǒng)，采用CAE及仿真工具(CAD、UG、ADAMS)設(shè)計(jì)、開發(fā)和實(shí)施虛擬樣機(jī)工程的集成應(yīng)用系統(tǒng)平臺(tái)。該系統(tǒng)由設(shè)計(jì)子系統(tǒng)、仿真子系統(tǒng)和管理子系統(tǒng)這3個(gè)部分組成，虛擬樣機(jī)系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 虛擬樣機(jī)系統(tǒng)組成

3.2.2 虛擬制造實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

虛擬制造實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)著眼于集成的、綜合的制造環(huán)境，并具有建模和仿真功能，集產(chǎn)品的生產(chǎn)、工藝、采購和管理于一體，使設(shè)計(jì)者和制造者在真實(shí)產(chǎn)品制造之前，能仿真產(chǎn)品的制造過程，甚至仿真產(chǎn)品的最終功能，從而可以作出更為優(yōu)化的實(shí)施方案［7］。虛擬制造體系結(jié)構(gòu)如圖2所示，該結(jié)構(gòu)主要包括構(gòu)建虛擬產(chǎn)品加工、虛擬設(shè)備、虛擬布局及虛擬調(diào)度等模塊。

圖2 虛擬制造體系結(jié)構(gòu)

虛擬制造實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)具有統(tǒng)一的框架和數(shù)據(jù)模型，并具有開放的體系結(jié)構(gòu)，其支持虛擬制造環(huán)境下的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型，可以提供多種產(chǎn)品信息(設(shè)計(jì)、加工、裝配等)的研究環(huán)境。而基于產(chǎn)品資源計(jì)劃的虛擬制造集成技術(shù)，還可以提供虛擬產(chǎn)品加工、虛擬設(shè)備、虛擬布局與虛擬調(diào)度的集成技術(shù)研究環(huán)境。

3.2.3 “虛擬裝配”實(shí)驗(yàn)

“虛擬裝配”是產(chǎn)品數(shù)字化定義中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，在虛擬技術(shù)領(lǐng)域和仿真領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。在計(jì)算機(jī)上提供一個(gè)實(shí)時(shí)、身臨其境的三維虛擬環(huán)境，通過立體視覺、聽覺、觸覺等效果，全面逼真地反映出現(xiàn)實(shí)的維修和技術(shù)保障的環(huán)境及其實(shí)現(xiàn)過程，從而實(shí)現(xiàn)裝配校驗(yàn)可視化，仿真整個(gè)裝配過程。包括裝配工藝規(guī)劃、裝配可視化和仿真校驗(yàn)，確定產(chǎn)品裝配過程中最優(yōu)的裝配、拆卸和重組順序，校驗(yàn)和修改裝配流程，進(jìn)行裝配可行性、可制造性、可維護(hù)性分析［8］。典型機(jī)械零部件的虛擬模型裝配如圖3所示。

圖3 典型機(jī)械零部件的虛擬模型裝配

3.3 推進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源共享平臺(tái)的建設(shè)

推進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的共享，應(yīng)以實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，以實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為主體，構(gòu)建以實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)際操作、互動(dòng)交流為主要內(nèi)容的優(yōu)質(zhì)資源共享系統(tǒng)，開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源共享平臺(tái)的建設(shè)，將實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備及應(yīng)用系統(tǒng)等實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源整合、分類并合理應(yīng)用，通過該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源的共享。同時(shí)，不斷完善共享平臺(tái)系統(tǒng)，保障優(yōu)質(zhì)資源可持續(xù)發(fā)展。

4 結(jié)束語

構(gòu)建機(jī)械類實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的共享體系，應(yīng)該深化與相關(guān)高校和企業(yè)的合作，創(chuàng)新和優(yōu)化人才培養(yǎng)方案中的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，?gòu)建實(shí)驗(yàn)教學(xué)共享體系，推進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐。不斷豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源共享的內(nèi)容，拓展資源共享的方式和途徑。此外，應(yīng)該大力加強(qiáng)師資培訓(xùn)，擴(kuò)大優(yōu)質(zhì)資源的使用范圍，將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)密切滲透到教師日常實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，全面實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的共享。

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