模具專(zhuān)業(yè)第三代教學(xué)資源的開(kāi)發(fā)

【摘要】文章分析了教學(xué)資源的演變歷史和發(fā)展趨勢(shì)。針對(duì)模具專(zhuān)業(yè)教學(xué)資源建設(shè)的特點(diǎn)，基于計(jì)算機(jī)三維交互技術(shù)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出模具結(jié)構(gòu)認(rèn)知與拆裝虛擬實(shí)驗(yàn)室，并應(yīng)用于模具通識(shí)、拆裝實(shí)訓(xùn)等不同類(lèi)型的課程教學(xué)中。實(shí)踐表明，采用第三代教學(xué)資源可有效提高模具專(zhuān)業(yè)課程的教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】教學(xué)資源;虛擬實(shí)驗(yàn)室;模具拆裝

【中圖分類(lèi)號(hào)】G40-057 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B 【論文編號(hào)】1009—8097(2010)05—0110—02

一 引言

教學(xué)資源作為專(zhuān)業(yè)構(gòu)成要素，對(duì)教學(xué)質(zhì)量、教學(xué)效率、教學(xué)強(qiáng)度、教學(xué)成本都有著直接的、重要的影響，是專(zhuān)業(yè)建設(shè)水平的重要體現(xiàn)，同時(shí)也是專(zhuān)業(yè)建設(shè)中工作量最大的部分。教學(xué)資源建設(shè)通常分兩類(lèi)，一是課程建設(shè)，尤其是精品課程建設(shè)[1]，二是教學(xué)資源體系和平臺(tái)建設(shè)[2，3]。

近二十年來(lái)，我國(guó)模具工業(yè)經(jīng)歷了一個(gè)高速發(fā)展的階段。與之相對(duì)應(yīng)的是，模具行業(yè)人才培養(yǎng)也經(jīng)歷了一個(gè)快速發(fā)展的階段，許多中職、高職、本科院校紛紛開(kāi)設(shè)了模具專(zhuān)業(yè)。模具專(zhuān)業(yè)的教學(xué)活動(dòng)具有實(shí)踐性強(qiáng)、綜合度高、更新快等特點(diǎn)，因此對(duì)教學(xué)資源的建設(shè)和升級(jí)提出了很高的要求。然而，目前所開(kāi)發(fā)的模具專(zhuān)業(yè)教學(xué)資源，大多數(shù)停留在以教材或動(dòng)畫(huà)為主體的第一、二代技術(shù)水平上，與模具專(zhuān)業(yè)教學(xué)的需求仍有較大差距，特別是對(duì)于一些操作要求較高的實(shí)訓(xùn)課程，其優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源更是稀缺。

可以說(shuō)，教學(xué)資源的落后已經(jīng)成為阻礙模具專(zhuān)業(yè)教學(xué)質(zhì)量進(jìn)一步提高的重要因素。針對(duì)這一現(xiàn)狀，我們提出并開(kāi)發(fā)了一個(gè)三維的、通用的機(jī)械設(shè)備虛擬拆裝平臺(tái)[4]，為開(kāi)發(fā)包括模具在內(nèi)的各種機(jī)械產(chǎn)品的第三代教學(xué)工具打下了良好的基礎(chǔ)。

本文分析了教學(xué)資源發(fā)展趨勢(shì)以及模具專(zhuān)業(yè)教學(xué)資源的特點(diǎn)，利用機(jī)械設(shè)備虛擬拆裝平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了模具結(jié)構(gòu)的虛擬認(rèn)知與拆裝。初步的應(yīng)用表明，第三代教學(xué)工具在教學(xué)效率、效果、通用性、成本等各方面均有突出的優(yōu)勢(shì)。

二 教學(xué)資源的演變和發(fā)展趨勢(shì)

教學(xué)資源有廣義和狹義兩種含義。廣義地，所有投入到教學(xué)的人、財(cái)、物都屬于教學(xué)資源。而本文所討論的則是狹義的，即與課程直接相關(guān)的教學(xué)資源，如教材、課件、專(zhuān)用教學(xué)軟件和專(zhuān)用教學(xué)設(shè)備等。

教學(xué)資源的演變大致經(jīng)歷了三個(gè)階段。第一代以傳統(tǒng)的教材、圖片、PPT課件為代表，稱(chēng)為靜態(tài)教學(xué)資源。第二代以多媒體動(dòng)畫(huà)、視頻為代表，稱(chēng)為動(dòng)態(tài)教學(xué)資源。第三代則以專(zhuān)用教學(xué)軟件為代表，稱(chēng)為交互式教學(xué)資源。

第二代教學(xué)資源實(shí)現(xiàn)了由靜向動(dòng)的轉(zhuǎn)變，能直觀、清楚地表達(dá)模具工作原理和工作過(guò)程，是目前最常用的教學(xué)資源。

第三代則改變了傳統(tǒng)的“老師上課、學(xué)生聽(tīng)講”的單向教學(xué)方式，實(shí)現(xiàn)了互動(dòng)教學(xué)新模式，從而極大地提升教學(xué)效果。尤其針對(duì)中、高職院校學(xué)生“愛(ài)動(dòng)手”的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，第三代教學(xué)資源的優(yōu)勢(shì)更為突出。三代教學(xué)軟件的對(duì)比見(jiàn)表1。

需要說(shuō)明的是，與第一、二代教學(xué)資源以編寫(xiě)、制作為主體的開(kāi)發(fā)方式不同，第三代教學(xué)資源是集編寫(xiě)、制作、軟件編程為一體的綜合性開(kāi)發(fā)，工作量大、難度高，非一般院校所能承擔(dān)。

教學(xué)資源的發(fā)展將呈現(xiàn)以下四個(gè)特點(diǎn):

一是立體化的教學(xué)資源庫(kù)。所謂立體化是指資源媒介、形式的多樣性，如教材、網(wǎng)站、軟件、視頻動(dòng)畫(huà)等。而教學(xué)資源資源庫(kù)則體現(xiàn)了海量的特征，其中又包括試題庫(kù)、練習(xí)素材庫(kù)、課件庫(kù)等多種資源庫(kù)。

二是多用途的綜合教學(xué)工具，即一套教學(xué)資源庫(kù)可用于多門(mén)課程的教學(xué)，并能使這些課程之間產(chǎn)生一定的關(guān)聯(lián)，從而使教學(xué)活動(dòng)有一定的延續(xù)性和繼承性，提高教學(xué)效果。

三是軟硬結(jié)合、虛實(shí)結(jié)合。軟件系統(tǒng)與硬件設(shè)備、虛擬仿真與實(shí)物教學(xué)并用，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，充分得發(fā)揮資源功效，提高教學(xué)效率、減少教學(xué)成本和勞動(dòng)強(qiáng)度。

四是專(zhuān)業(yè)化的開(kāi)發(fā)和服務(wù)。由多學(xué)科領(lǐng)域的技術(shù)人才所組成的開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)，不僅提供模具資源的專(zhuān)業(yè)化開(kāi)發(fā)、維護(hù)和升級(jí)，還能為教學(xué)提供長(zhǎng)期的配套服務(wù)，如師資培訓(xùn)、課程建設(shè)等。

三 模具教學(xué)資源的特點(diǎn)

模具專(zhuān)業(yè)教學(xué)資源有以下幾個(gè)特點(diǎn):

(1)內(nèi)容綜合度高。模具技術(shù)是橫跨材料、機(jī)械、計(jì)算機(jī)應(yīng)用等多種學(xué)科領(lǐng)域的綜合技術(shù)，其課程必然涉及這些學(xué)科的基礎(chǔ)知識(shí)。同時(shí)，模具技術(shù)又有很強(qiáng)的實(shí)踐性，對(duì)專(zhuān)業(yè)技能要求很高。因此其教學(xué)資源是多種基礎(chǔ)知識(shí)和多種專(zhuān)業(yè)技能的綜合體。

(2)制作要求高。國(guó)內(nèi)模具專(zhuān)業(yè)大都是由中、高職院校開(kāi)辦，其教授對(duì)象以專(zhuān)科學(xué)生為主，因此在通俗、直觀、互動(dòng)等方面對(duì)教學(xué)資源有更高的要求，以保障教學(xué)效果。同時(shí)，模具專(zhuān)業(yè)教師的授課任務(wù)十分繁重、工作強(qiáng)度很大，因此對(duì)教學(xué)資源的易用性和靈活性有更高的期望。

(3)實(shí)踐性強(qiáng)。即教學(xué)內(nèi)容符合模具企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)的需求。教學(xué)資源既要來(lái)源于生產(chǎn)實(shí)際，又要適應(yīng)教學(xué)規(guī)律，內(nèi)容選材和組織難度較大。

(4)更新速度快。這主要是因?yàn)槟＞呒夹g(shù)涉及的學(xué)科領(lǐng)域較多，而這些領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展(如新材料、新工藝、軟件更新等)都會(huì)導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容的變化。

優(yōu)質(zhì)的模具教學(xué)資源既要符合模具行業(yè)崗位需求，又要符合教學(xué)規(guī)律和教師需求，才能達(dá)到理想的教學(xué)效果。

四 模具拆裝虛擬實(shí)驗(yàn)室:新一代的模具教學(xué)資源

模具拆裝實(shí)驗(yàn)是模具專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)過(guò)程中重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，對(duì)模具專(zhuān)業(yè)課程的教學(xué)效果有關(guān)鍵的影響，是模具專(zhuān)業(yè)建設(shè)的重點(diǎn)課程。該課程傳統(tǒng)的教學(xué)資源是模具實(shí)物或模型，有著實(shí)施成本高、管理難度大、人均資源有限等問(wèn)題，不能充分開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，甚至只能象征性地走個(gè)過(guò)場(chǎng)，根本無(wú)法達(dá)到模具拆裝實(shí)驗(yàn)應(yīng)有的教學(xué)效果。

由我們開(kāi)發(fā)的新一代模具教學(xué)軟件《模具結(jié)構(gòu)認(rèn)知與拆裝虛擬實(shí)驗(yàn)室》(簡(jiǎn)稱(chēng)虛擬實(shí)驗(yàn)室)，較好地解決了上述問(wèn)題。利用虛擬實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生可在計(jì)算機(jī)上輕松地、反復(fù)地完成各類(lèi)高仿真模具的交互拆裝實(shí)驗(yàn)，有效地彌補(bǔ)了實(shí)物拆裝實(shí)驗(yàn)的不足，開(kāi)創(chuàng)了“虛實(shí)結(jié)合”的模具拆裝教學(xué)新模式。

虛擬實(shí)驗(yàn)室及其配套資源的整體結(jié)構(gòu)如表2所示，其主體功能包括:

(1) 查看結(jié)構(gòu)、拆裝實(shí)訓(xùn):學(xué)習(xí)模具結(jié)構(gòu)和拆裝次序

學(xué)生首先觀看模具拆卸、裝配全過(guò)程的立體動(dòng)畫(huà)演示，每一步都同步伴有文字說(shuō)明。之后，自主完成交互拆缷和裝配操作全過(guò)程，系統(tǒng)可在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中自動(dòng)判斷每一步操作的正確性，并可根據(jù)需要提示下一步可選的正確操作。

(2)運(yùn)動(dòng)仿真功能:學(xué)習(xí)模具工作原理

能夠以透視、局部、剖面、旋轉(zhuǎn)等豐富的手段和視角觀察模具機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)全過(guò)程，從而學(xué)習(xí)模具結(jié)構(gòu)的工作原理。而傳統(tǒng)的動(dòng)畫(huà)方式只能以一個(gè)固定不變的方式觀察模具工作過(guò)程。

(3)知識(shí)索引功能:學(xué)習(xí)模具設(shè)計(jì)知識(shí)

對(duì)任何零部件可立即搜索、查看到與該零件相關(guān)的模具知識(shí)，并可立即調(diào)出相關(guān)的典型零件立體模型。同時(shí)，系統(tǒng)提供了豐富、真實(shí)的模具設(shè)計(jì)項(xiàng)目實(shí)例，包括三維設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、裝配圖和零件圖、BOM表、采購(gòu)清單等。

小結(jié)

本系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于浙江大學(xué)、浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院等院校的多門(mén)模具課程教學(xué)，如模具通識(shí)、模具拆裝實(shí)訓(xùn)等，有效地提升了教學(xué)效率和效果。尤其是在浙江大學(xué)的模具通識(shí)課程中，即使是外語(yǔ)、管理這類(lèi)非理工專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，也能以較少的學(xué)時(shí)數(shù)達(dá)到初步認(rèn)知模具結(jié)構(gòu)及工作原理的教學(xué)目標(biāo)，充分體現(xiàn)了第三代教學(xué)資源的優(yōu)勢(shì)。

虛擬實(shí)驗(yàn)室不僅可用于模具拆裝實(shí)訓(xùn)，還可用于各類(lèi)模具基礎(chǔ)或?qū)I(yè)課程的輔助教學(xué)。同時(shí)，該系統(tǒng)還可方便地加載數(shù)控機(jī)床、電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)等各類(lèi)機(jī)械裝備的虛擬拆裝，因此，該系統(tǒng)是一個(gè)通用的、多功能教學(xué)平臺(tái)，有非常廣泛的應(yīng)用前景。

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