動態仿真在機械基礎教學中的應用

仿真教學也稱為模擬教學，就是用計算機來模擬真實自然現象或社會現象，學生模擬扮演某一角色進行技能訓練的一種教學方法。仿真教學能在很大程度上彌補客觀條件的不足，為學生提供近似真實的訓練環境，提高學生職業技能。教師可以從搜集資料、處理教材、創設情境等方面入手實施仿真教學并在事實過程中改進仿真教學中存在的一些問題。仿真教學是近十年來發展起來的并且越來越受到人們重視的新方法。仿真教學的應用十分廣泛，從自然科學、管理科學到工程技術的許多學科教學中都可以采用。隨著多媒體技術的發展，仿真的效果更是令人嘆為

觀止。

一、仿真教學進入中職學校課堂是大勢所趨

仿真教學在各中職院校數控實習教學中已經得到廣泛的應用，數控機床的實訓如果完全按照實操進行，不但投入大，而且消耗多、成本高，即使是實力雄厚的院校或企業也難以承受此種消耗和投入。而使用數控仿真系統可以彌補此不足，使數控技術的教學達到投入少、內容多、見效快、培養的學生適應性強的目的。仿真教學不僅僅是一種新的教學方法，她是一種將理論與實踐相結合的新教學手段，更是未來智能化教育的基礎。

作為經理論研究和實驗研究之后的一種重要的認識和改造客觀世界的重要手段，仿真教學經過多年的發展，已經能夠運用數學方法構造復雜的物理模型，提示真實世界的變化規律。目前，仿真教學所涉及的領域已擴展到物理、生命、宇宙、社會等各種學科。

仿真教學是具有綜合作用的教育手段，學生置身于仿真環境中，可以充分調動感覺、運動和思維，極大地提高學習效率。曾經有教育心理學家對采用仿真教學和傳統教學進行的比較試驗結果表明：仿真教學模式下，學生可以記憶約70%的內容，而傳統的“教師講，學生聽”教學模式下，學生只能記憶約30%的內容。此外，仿真教學可供學生在沒有教師參與的情況下自學，并反復試驗自行設計的實驗方案，極大地提高了學生的學習能動性。

二、傳統課堂教學模式的反思

傳統課堂教學基本是教師講述為主，輔以模型、掛圖的演示。也就是說憑教師的一張嘴、一支粉筆加之有限的教具掛圖，把動態的機械、機構、液壓等傳動用靜態的方式去講解，而且主要注重理論知識的講授，忽視感性知識的認識。由于教學方法單一，缺乏生動、形象，教師再夸夸其談也難以使學生通過有限的視覺感官去獲取感性知識進而轉變為理性知識，憑空想象不僅加大了學生理解、掌握知識的難度，而且上課注意力不集中，學習積極性和興趣不高，獲取知識很被動。為提高教學質量，筆者也積極想辦法，如自制教具、掛圖、放映幻燈片等，學校也給予了大量支持和配合，購置了齒輪、輪系傳動及部分模型、示教板和多套掛圖。但模型的逼真性、其運動的自如性、內部結構的可見性、模型大小的適中性及掛圖的清晰性等方面的不足還是制約了老師的課堂發揮和學生的想象，從而影響了教學效果。也有一段時期，筆者也利用了一些多媒體輔助教學，如利用幻燈片、錄像帶進行直觀教學，雖然在一定程度上活躍了課堂教學，啟發了學生思維，體現了一定意義的素質教育，但這樣的教學仍以教師為主導，教學過程形式化，教學媒體落后單一。在科學技術迅猛發展的今天，傳統的教學模式不再適應了，其改革迫在

眉睫。

三、Pro／E機構仿真在機械基礎教學中的運用

如平面連桿機構課程，在傳統教學中教師通常是用自制的鉸鏈四桿機構在課堂上邊演示，邊作圖，邊講解。雖然這種方法也能直觀地表達鉸鏈四桿機構的運動，但講到其基本性質、急回運動、極限位置、死點位置及機構的演化時就力不從心了。原因是從教師手里的所演示的機構及黑板上的板書反映不出機構的運動特性、受力情況、機構的演化過程；特別是導桿機構各種類型的桿件的相對運動更難以表達。而采用Pro／E機構仿真輔助教學就輕松地解決了這些問題。首先可以根據教材內容在Pro／E中把常用的典型機構做成模型，然后對各種機構組件進行設計，生成元件庫，在教學中可以隨時調用，組裝成不同的機構并進行仿真。在教學過程中進入Pro／E環境下教師可以隨意地拆裝、放大，有利于學生加深對各種機構空間結構及組成的理解，同時可以根據實際情況隨意旋轉、改變對模型的觀察方向，其真實感完全與現實中的零件一樣。在對四桿機構的動態仿真過程中，學生不僅可以看到四桿機構機構的裝配過程也可以看到鉸鏈四桿機構運動的全過程、各構件的運動速度及位置，而且當曲柄與連桿兩次共線時讓連桿顏色改變使之與曲柄顏色相同而加深了學生對機構極限位置和死點位置的印象；在播放不等長雙曲柄機構時，學生能清楚地看到用傳統教學方法演示所看不到的從動曲柄的變速運動；導桿機構的仿真則讓學生大開眼界，看到了相對運動著的各個桿件及不同導桿機構的運動狀況。可以說這是對教材的超越，呈現在學生面前的是一個嶄新的動感世界，它把鉸鏈四桿機構真實地再現出來，其構件間的運動關系一目了然、直觀、具體，學生思維相應十分活躍，學習積極性大提高，從而提高了教學質量。課件截圖如圖所示。

課件截圖

四、Pro／E機構仿真輔助機械基礎教學實踐效果

通過對仿真教學的應用，筆者深感其對教學改革、教學效果起到的重要作用，并認識到對機械基礎教學的優勢。

1.激發學習興趣

通過情景進行學習，可以利用生動、直觀的形象，有效的激發聯想，激發學生感情的參與，誘發他們的好奇心，使學生產生強烈的學習動機，變被動教學為主動教學，提高了課堂效果。

2.提高教學效率和質量

學生對機械設計過程有了更完整的了解，能夠充分發揮多種感官的功能。同時，多媒體技術傳遞的信息不受時間、空間、微觀、宏觀的限制，善于表現事物的運動、變化，能減少學習抽象概念的困難，這些就能極大地提高學習效率和教學質量。

3.培養學生的創造能力

創造是人類思維活動的高級過程，是一種復雜的心理活動。在多媒體教學中，教師要堅持啟發性的原則，注意調動學生學習的主動性，引導他們獨立思考，積極探索，自覺地掌握科學知識和提高分析問題，解決問題的能力。在全新、開放、互動的教學情景中，學生思想解放，積極主動參與，他們的思維隨情景而向多方發散，發散的廣度和深度顯然遠遠優于單一的講授教學模式，對學生創造能力的培養有不可估量的作用。

筆者對Pro／E機構仿真輔助機械基礎課堂教學尚屬運用階段。現代教育發展對學校教學提出了更高的要求，教師只有不斷嘗試新的輔助教學手段為教育教學服務，將現代教育技術引入課堂，改革教育思維和教學模式，才能跟上時代的潮流，真正貫徹實施素質教育。用仿真技術進行教學，可以調動學生的視聽感覺，滿足學生全方位感知信息的需求，使教學生動活潑，學生認識深刻，記憶持久，從而提高了學生的學習興趣，增強了學生學習的能動性。

（作者單位：廣東省工商高級技工學校）