虛擬實驗在彈藥檢測技術課程教學中的應用研究

陳　雷　高欣寶　閆　軍　黃鈺明

【摘要】文章介紹了虛擬實驗的概念和特點,重點討論了基于Flash 和 Authorware等軟件編制的虛擬實驗課件及其在彈藥檢測技術中的應用。結合具體的實驗項目,敘述了彈藥檢測虛擬實驗的特點,對虛擬實驗在彈藥檢測技術課程中的應用方式進行了研究探討。

【關鍵詞】虛擬實驗;彈藥檢測;

【中圖分類號】G40-057 【文獻標識碼】A 【論文編號】1009—8097(2009)07—0130—02

引言

在彈藥檢測技術和傳感器技術等課程教學中,為了使學員理解講授內容,需要進行一些必要的實驗操作。由于彈藥檢測實驗具有一定的危險性、過程短暫、過程細節不易觀察、實驗費用高等特點,而虛擬實驗作為一種先進的教學手段,以其直觀性、靈活性、實時性、形象化的優勢,通過創建動畫,細化過程細節,可比較輕松地解決傳統授課方式無法解決的問題,把抽象的問題變得很直觀,使學員能置身于現場實驗氛圍之中,對突破教學難點起到了較好的作用。教學實踐證明,在現有條件下開展虛擬實驗與現場實驗相結合的實驗方法,是一種行之有效的教學方法。

一 虛擬實驗的概念和特點

虛擬實驗通常是指借助于借助計算機技術,利用文字、圖形、圖像、聲音等在微機屏幕上形成的可部分或全部代替傳統實驗過程的實驗操作環境,實驗者利用鼠標和鍵盤的操作完成實驗,使實驗者感受到與真實實驗相似的過程。我們按照教學要求組成的虛擬實驗軟件,為學員提供一個虛擬實驗環境和過程的操作平臺,它包括系統結構組成、實驗設計、工作原理、操作過程、實驗狀態、步驟提示、結論分析等。通過虛擬實驗軟件把實驗設備和教學內容有機地融為一體,加深了學員對實驗目的、原理、過程、方法、設備結構、注意事項等的理解,達到現場實驗難以實現的效果,培養了學員動手和思維能力,豐富了實驗技能,深化了對知識的理解,同時增強了學員對實驗的興趣,提高了教學效果。

二 彈藥檢測虛擬實驗的優點分析

1 保證實驗者的安全:在真實的彈藥實驗中,由于彈藥特有的危險性,容易發生安全事故,產生一定的心理負擔,而采用虛擬實驗由于不使用真槍實彈,可以避免事故發生,杜絕真實彈藥實驗的風險。

2 降低實驗成本:彈藥實驗的費用較高,少則幾十元,多則上萬元,而且一旦損壞設備,往往還會伴隨人員的傷亡,后果十分嚴重;采用虛擬實驗的投資費用比較低,可以長期使用,并可以不斷改進和優化實驗內容,近似達到零成本的效果。

3 提高學習效果:虛擬實驗軟件可以直接安裝在微機上,擺脫了傳統實驗受時間、場合的限制,學員通過調用不同的實驗模塊,可以自行選擇實驗項目,實驗結果可以通過文字、圖形、圖像、聲音等形式顯示給學員,來判斷操作是否正確,激發學員的學習興趣;它還具有重復性的特點,通過多次重復使用,加深學員對實驗的理解,使學員熟悉實驗設備的應用,鍛煉他們觀察實驗過程和分析實驗現象的能力。

4 強化學員對實驗細節的認識:彈藥實驗具有“三高一短”(高溫、高速、高壓、過程短暫)的特點,其過程復雜而短暫,很難從感官上得到深刻的認識,即使參加了實際的試驗過程,如果不采用相應的設備,也很難獲得實驗結果。彈藥發射實驗過程通常在數十毫秒內結束,實驗結果單憑人的感官是無法得出結論的。而采用虛擬實驗的方法,可以將實驗過程速度放慢,結合聲光效果,細化實驗過程,觀察細微環節,加深了對實驗內容的理解。

三 彈藥檢測虛擬實驗的實現手段[2] [3]

制作實驗課件首先要進行總體規劃,制定系統總體目標、模塊功能和實驗流程圖,繪制設備或零件圖,完成腳本編寫。

選擇合適的軟件是制作虛擬實驗課件的基礎,我們根據虛擬實驗的特點,由flash、3D Max完成二、三維動畫等基本素材的制作,利用它們具有的多媒體編輯、聲光效果和控制功能,實現了實驗項目的虛擬實驗設計功能;課件的部分復雜設備零部件由SolidWorks軟件制作,再以圖形方式代入flash或3D Max中,充分發揮各自的特點,最后以Authorware為平臺進行模塊的鏈接合成及調試,完成課件的發布,它們最終都可以在Powerpoint下,以超動態鏈接被調用。

四 虛擬實驗的應用范例[1]

在彈藥檢測技術課程教學中,我們制作了多個虛擬實驗模塊,經過在課堂應用后,學員們普遍反映教學內容易于理解、印象深刻,通常完成一次虛擬實驗后,就可以基本敘述出工作原理和實驗過程,而這是教員用語言表述很難達到的效果。在此例舉幾個虛擬實驗的應用范例:

1 初速、膛壓虛擬實驗

彈藥的初速、膛壓實驗是彈藥檢測技術課程的重要實驗,但是由于現有實驗條件的限制,不可能也沒有必要每人都進行一次實驗,即使實驗者親自參加了實驗,也只是在現場聽到一聲發射的巨響,看到一團火光,從實驗設備上得到了一組數據,而對實驗中的細節是無法體會的,我們在課堂教學中采用了虛擬實驗軟件,把實驗過程以“慢鏡頭”的方式,將火藥燃燒、彈丸運動、傳感器接收測試信號等過程展現給學員,使學員清晰的看到了實驗的細節和結果,仿佛親身經歷了現場實驗。膛壓和初速虛擬實驗的部分畫面見圖1和圖2。

2 傳感器原理虛擬實驗[4]

傳感器是新型彈藥和檢測設備的關鍵部件之一,掌握傳感器的知識對理解教學內容十分重要,由于它們的結構通常精密小巧,理論推導復雜,有時很難用語言講述清楚。在講解時通過虛擬實驗演示,將結構原理、實驗曲線、工作過程等動態地展示給學員,可以取得較好的效果。例如,在講解熱釋電傳感器和光電二極管時,通過虛擬實驗,將傳感器的結構組成、工作原理、光譜和階躍響應、靈敏度等特性形象清晰地表現出來,其部分畫面見圖3和圖4。

五 結束語

由于虛擬實驗可以生動形象地反映教學實驗內容,教員講得輕松,學員學得透徹,節約了大量的時間和精力。通過多期的教學實踐證明,虛擬實驗已經成為彈藥檢測技術和傳感器技術等課程教學的有效教學方法之一,取得了良好的效果,受到了廣大師生的青睞。但是虛擬實驗畢竟是實驗教學的輔助手段,決不能完全取代實際實驗,必要時要采用虛實結合的方式,通過個別現場實驗、(高速)錄像片回放等方法,才能達到更好的教學效果。虛擬實驗不是萬能的,我們需要把它和傳統的實驗方法相結合,具體問題具體分析,充分發揮它們各自的優勢,才能提高教學效果和質量。

參考文獻

[1] 陳雷等.彈藥檢測技術[M].石家莊:軍械工程學院出版社,2007.

[2] 李永等.Flash多媒體課件制作范例導航[M].北京:清華大學出版社, 2006.

[3] 繆亮等.Authorwared多媒體課件制作實用教程.[M].北京:清華大學出版社,2008.

[4] 劉迎春等.傳感器原理設計與應用[M].長沙:國防科技大學出版社,2006.