虛擬仿真技術(shù)在“機(jī)械拆裝”教學(xué)中的應(yīng)用

藍(lán)小紅

摘 要：虛擬仿真技術(shù)在實(shí)際的“機(jī)械拆裝”教學(xué)過程當(dāng)中，會(huì)涉及很多具體的操作流程，通過虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)對車床工作原理和零部件構(gòu)造以及流程拆卸整個(gè)過程的詮釋。鑒于此，文章主要研究了虛擬仿真技術(shù)在“機(jī)械拆裝”教學(xué)過程當(dāng)?shù)倪\(yùn)用。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真技術(shù);機(jī)械教學(xué);“機(jī)械拆裝”;教學(xué)運(yùn)用

0? ? 引言

機(jī)械拆裝的目的是提高學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力，實(shí)現(xiàn)對理論知識(shí)與實(shí)踐操作的良好結(jié)合，以發(fā)揮學(xué)生的分析和解決問題的能力。然而，在實(shí)際的操作過程當(dāng)中，受到實(shí)驗(yàn)資源等相應(yīng)環(huán)境的諸多因素影響，很多實(shí)訓(xùn)教學(xué)并不能夠得到全流程的實(shí)訓(xùn)，這對學(xué)生相關(guān)知識(shí)的理解造成一定阻礙。而通過計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境下的仿真技術(shù)運(yùn)用可以進(jìn)行機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)特征、工作原理以及對主要故障的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，這種演示效果能夠進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有效地改善教學(xué)的現(xiàn)狀。

1? ? 當(dāng)前機(jī)械教學(xué)中存在的不足

在傳統(tǒng)的教學(xué)模式過程中，很多機(jī)械類課程雖然非常強(qiáng)調(diào)實(shí)踐的價(jià)值，但因受到教學(xué)條件和教學(xué)資源的限制，使得理論課占據(jù)了整體授課的大部分，而實(shí)踐課的應(yīng)用少之又少，且二者之間無法實(shí)現(xiàn)有效的連接，使得這種教學(xué)模式既無法滿足實(shí)際的教學(xué)目標(biāo)，也不能體現(xiàn)出學(xué)科特色，是“機(jī)械拆裝”教學(xué)過程當(dāng)中的一大阻礙[1]。

與此同時(shí)，近年來，學(xué)生在教學(xué)過程中的主動(dòng)意識(shí)和主觀能動(dòng)性得到人們更多的關(guān)注。然而，很多教師在教學(xué)中不能充分凸顯學(xué)生的主體地位。學(xué)生在理論知識(shí)學(xué)習(xí)時(shí)也很難充分掌握，長此以往，產(chǎn)生排斥和厭倦心理，無法有效提升學(xué)習(xí)興趣[2]。

除此之外，雖然很多教師已經(jīng)認(rèn)識(shí)到了在新的形勢之下教學(xué)模式教學(xué)方法改善的必要性，然而由于條件限制，其在“機(jī)械拆裝”教學(xué)過程當(dāng)中創(chuàng)設(shè)的程度和實(shí)踐活動(dòng)不同，考驗(yàn)了辦學(xué)能力的同時(shí)，也直接影響了教學(xué)質(zhì)量。當(dāng)然，部分實(shí)驗(yàn)器械本身就有一定風(fēng)險(xiǎn)性，不適合學(xué)生本人親自操作，這些都構(gòu)成了教學(xué)障礙[3]。

2? ? 虛擬仿真技術(shù)的介紹

虛擬仿真，顧名思義就是以用一個(gè)比較虛擬的信息化系統(tǒng)來對一個(gè)真實(shí)的技術(shù)場景進(jìn)行描述。在這個(gè)過程當(dāng)中，其主要能夠?qū)D像給予重新生成，打造有效的動(dòng)畫圖片，形成感官和技術(shù)的結(jié)合，使人們的情感和想象力都能夠得到更好的激活和滲透，滿足人們對實(shí)景理解、觀察以及分析的需要。目前，3D建模方式已經(jīng)得到了各行各業(yè)的充分重視，并且發(fā)揮了充分的立體和思維交互效果，有效地提升了教學(xué)能力，提高了學(xué)生的分析能力。因此，將虛擬仿真技術(shù)的優(yōu)勢滲透到機(jī)械類實(shí)踐教學(xué)過程當(dāng)中，可以彌補(bǔ)“機(jī)械拆裝”教學(xué)中的理論上的不足，以充分實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源的整合，實(shí)現(xiàn)對于教學(xué)方法的積極優(yōu)化，為此我們應(yīng)該對其給予認(rèn)真的研究和分析[4]。

3? ? 虛擬仿真技術(shù)在“機(jī)械拆裝”教學(xué)過程當(dāng)中的運(yùn)用

3.1? 虛擬仿真技術(shù)對力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)掌握的運(yùn)用

在機(jī)械這類工科專業(yè)教學(xué)中，對機(jī)械進(jìn)行拆裝之前，要充分掌握基本的工程力學(xué)知識(shí)，這也是從基礎(chǔ)到專業(yè)階段的有效過渡。因此，要想充分將虛擬仿真技術(shù)滲透到機(jī)械拆裝的過程，應(yīng)該從基礎(chǔ)著手，將工程力學(xué)的實(shí)踐環(huán)節(jié)落實(shí)，加強(qiáng)學(xué)生對于構(gòu)件的材料性能和安全性能的了解，這也是其在實(shí)踐操作的基本環(huán)節(jié)和實(shí)踐素養(yǎng)。例如，針對“金屬材料的拉伸”這一工程力學(xué)的實(shí)驗(yàn)，結(jié)合教學(xué)現(xiàn)狀和教學(xué)材料不難發(fā)現(xiàn)，此實(shí)驗(yàn)的目的是為了將低碳鋼與鑄鐵的力學(xué)性能進(jìn)行對比，并從斷口情況來對其整體的機(jī)械性能進(jìn)行比較和判斷。傳統(tǒng)課程的主要流程：首先，對于事件的尺寸和形狀進(jìn)行測量和摸底。其次，在整個(gè)實(shí)踐操作的拉斷過程當(dāng)中對變形情況進(jìn)行記錄，并繪制出相應(yīng)的曲線，針對變形量進(jìn)行測量，實(shí)現(xiàn)對于量變的記錄和追蹤，完善整體實(shí)驗(yàn)報(bào)告。該拉伸過程是教學(xué)的關(guān)鍵點(diǎn)，然而從拉伸到破壞的時(shí)間間隔非常急促，學(xué)生很難在短時(shí)間內(nèi)對問題充分細(xì)致的觀察，而一個(gè)粗淺的直觀印象不利于學(xué)生對該實(shí)驗(yàn)過程當(dāng)中背后隱藏的知識(shí)本質(zhì)進(jìn)行充分吸收，同時(shí)，受到設(shè)備數(shù)量的限制，學(xué)生也很難進(jìn)行反復(fù)訓(xùn)練，因此會(huì)使學(xué)生對各種材料性能的掌握以及對參數(shù)和構(gòu)件的了解造成很大阻礙。針對于此情況，可以運(yùn)用3D虛擬仿真技術(shù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫樣本，再實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，學(xué)生通過較為真實(shí)的動(dòng)畫圖片展示，來掌握材料的具體變形過程。當(dāng)然，考慮到該實(shí)驗(yàn)具體過程的速度較快，學(xué)生還可以利用計(jì)算機(jī)的速度調(diào)整功能來自由選擇實(shí)驗(yàn)動(dòng)畫所波動(dòng)的速度，進(jìn)而在每一次播放的拉伸和暫停過程當(dāng)中，進(jìn)行透徹觀察和深入分析，以更好地了解整體的操作方向和實(shí)驗(yàn)背景，當(dāng)然其擁有更多的試錯(cuò)數(shù)據(jù)，也可以實(shí)現(xiàn)對于真實(shí)實(shí)驗(yàn)的性能改善，幫助學(xué)生提升對知識(shí)的理解強(qiáng)度。

3.2? 虛擬仿真技術(shù)對單個(gè)零部件作用原理的運(yùn)用

有效地了解零部件的作用機(jī)理對于學(xué)生的后期動(dòng)手實(shí)踐具有決定性意義，不僅可以加強(qiáng)學(xué)生對于基礎(chǔ)知識(shí)的了解，還可在一定程度上讓學(xué)生在具體操作過程當(dāng)中靈活拆卸，為整個(gè)課堂的教學(xué)提供重要基礎(chǔ)。對于機(jī)械拆裝而言，電路圖也是教學(xué)中的重要部分，很多零部件的正常運(yùn)行都是以此為前提。首先，要保證學(xué)生能夠了解電路圖，通過軟件繪制電路圖，并利用仿真技術(shù)編制程序?qū)R作用功能和原理給予詮釋和覆蓋。實(shí)現(xiàn)對主控制器、傳輸器、顯示屏等主要部件運(yùn)營思路的模擬電路和數(shù)字電路相關(guān)知識(shí)的充分掌握。通過運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對電路圖的充分詮釋，讓學(xué)生能夠在繪制電路圖的過程當(dāng)中了解各設(shè)備的作用，也有利于其對于相關(guān)知識(shí)的系統(tǒng)記憶。教師也要做好相應(yīng)的技術(shù)輔導(dǎo)工作，讓學(xué)生充分認(rèn)識(shí)到軟硬件之間名稱對應(yīng)關(guān)系以及各功能的適應(yīng)性，進(jìn)一步提升整體的教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量。其次，模擬仿真技術(shù)的應(yīng)用可以讓學(xué)生加強(qiáng)對工程力學(xué)單機(jī)片原理以及實(shí)踐課的充分了解，也可以實(shí)現(xiàn)對實(shí)驗(yàn)中的參數(shù)和系數(shù)的主要要求和科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)原則等更為深刻的灌輸。然而，在這種虛擬環(huán)境下，雖然對于相關(guān)的畫面效果可以給予更好地詮釋，但也要防止實(shí)驗(yàn)過程當(dāng)偶然因素對于教學(xué)環(huán)境產(chǎn)生節(jié)奏破壞的干擾，以提升教學(xué)質(zhì)量，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，當(dāng)然也能夠提升教學(xué)的安全性。

3.3? 虛擬仿真技術(shù)在對機(jī)械拆卸流程的運(yùn)用

正如前文所示，通過對于基礎(chǔ)知識(shí)和相應(yīng)原理的基本掌握，學(xué)生對于建模問題進(jìn)行充分了解，通過該模型的平臺(tái)功能設(shè)置以及各種圖形的不同角度分析，對視頻動(dòng)畫的內(nèi)容理解，讓學(xué)生對于各零部件的裝配關(guān)系和工作原理給予更為充分的掌握。在具體機(jī)械拆卸中，以“CK0632數(shù)控車床的拆裝作業(yè)”為例，可以發(fā)現(xiàn)，學(xué)生通過部分三維實(shí)體模型，可以有效地對于實(shí)驗(yàn)過程中所涉及的原理給予充分了解，結(jié)合拆裝作業(yè)指導(dǎo)書，以及在虛擬環(huán)境中對拆裝訓(xùn)練較為深刻的認(rèn)知，可以起到更好地教學(xué)效果。在該實(shí)驗(yàn)過程當(dāng)中，對于車床底座、床身、主軸箱、大拖板、小拖板以及各種驅(qū)動(dòng)部件等都會(huì)有充分認(rèn)識(shí)，使學(xué)生對構(gòu)件本身與名字進(jìn)行更好的直接聯(lián)系，也便于學(xué)生通過文字提示就能夠立刻想起設(shè)備的某一具體細(xì)節(jié)。在實(shí)際的“機(jī)械拆裝”教學(xué)過程中，機(jī)械的原件和零部件非常多，而且僅僅只能呈現(xiàn)外觀，對內(nèi)部裝置而言，學(xué)生對于其中的隱藏部件的了解并不是十分深刻。通過這種虛擬技術(shù)的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)對于每一個(gè)部件的靈活旋轉(zhuǎn)，讓學(xué)生可以從多維度、多角度深入探析功能和形狀，便于其對于問題進(jìn)行更為深刻的觀察，實(shí)現(xiàn)對機(jī)械零部件的深刻了解。在這樣的前提之下，教師在進(jìn)行拆裝教學(xué)的指導(dǎo)中，能夠使學(xué)生對于相關(guān)問題的知識(shí)進(jìn)行充分掌握和吸收。與此同時(shí)，機(jī)械的零部件也面臨著更多的革新需求和創(chuàng)新需要，因此其在發(fā)展過程當(dāng)中，形式和種類以及性能也在不斷地更新和完善。在拆裝零件的過程當(dāng)中，為了保證教學(xué)與后期學(xué)生們在畢業(yè)之后對于相關(guān)知識(shí)的實(shí)踐轉(zhuǎn)換技能的提升，有必要充分了解各種零部件及在演化過程當(dāng)中其性能得到改善的價(jià)值點(diǎn)。然而，由于教學(xué)時(shí)間和教學(xué)內(nèi)容的限制，如果僅僅是對拆裝教學(xué)反復(fù)操作，將會(huì)浪費(fèi)大量的時(shí)間，而且實(shí)驗(yàn)存在一次性和偶然性，不利于學(xué)生對于知識(shí)的發(fā)揮。而虛擬仿真技術(shù)通過數(shù)據(jù)導(dǎo)入，讓學(xué)生通過動(dòng)畫形態(tài)的展示對于其性能參數(shù)產(chǎn)生更為全新和深刻的認(rèn)知，便于其后期對于機(jī)械拆裝的零部件的具體操作有一個(gè)更為全面和正確的認(rèn)識(shí)。

4? ? 結(jié)語

綜上所述，虛擬仿真技術(shù)對于傳統(tǒng)教學(xué)具有重要意義和作用，不僅可以提升實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性，也讓學(xué)生有更多的試錯(cuò)機(jī)會(huì)，提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)安全性，有效緩解教學(xué)資源的有限性不足所帶來的障礙因素，也激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率，為學(xué)生的成績提升和綜合能力的鍛煉創(chuàng)造了更為豐富的基礎(chǔ)，應(yīng)該對此技術(shù)給予認(rèn)真的研究和分析，不斷更新技術(shù)，使其滿足實(shí)際的教學(xué)需要，也為我國的教育水平的提升打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[參考文獻(xiàn)]

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（編輯 姚 鑫）