虛擬仿真在《機(jī)械基礎(chǔ)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的運(yùn)用

摘要：而在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中如何讓學(xué)生培養(yǎng)更加緊貼職業(yè)技術(shù)的需要，成為目前必須面對的一個實(shí)際問題。本用虛擬實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生認(rèn)知各種機(jī)械元件和設(shè)備的結(jié)構(gòu)，理解簡單的材料力學(xué)抽象概念，模擬各種傳動裝置的工作過程，讓學(xué)生自由的虛擬裝配，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力，加深學(xué)生對課程基礎(chǔ)理論的理解和強(qiáng)化。利用虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)具有良好的沉浸性、交互性和構(gòu)想性，并能結(jié)合生活和工作實(shí)例進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，加強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識。

關(guān)鍵詞：學(xué)生；實(shí)驗(yàn)；裝配；虛擬仿真

中圖分類號：G423.04 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1002-7661（2012）09-230-01

《機(jī)械基礎(chǔ)》課程是職業(yè)技術(shù)院校機(jī)械類專業(yè)的一門必修主干課程，是對學(xué)生的維修能力、創(chuàng)新能力、工程意識進(jìn)行培養(yǎng)訓(xùn)練的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，對于機(jī)械類、近機(jī)類學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)課程起到承上啟下的重要作用，其中大部分教學(xué)內(nèi)容需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)。為了實(shí)現(xiàn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院教育的人才培養(yǎng)目標(biāo)，體現(xiàn)“教、學(xué)、作”一體化思想為指導(dǎo)，基以“必須夠用為度”為原則，我一直探索和研究怎樣在教學(xué)中提高學(xué)生動手的積極性和效果。通過多年實(shí)踐，積累了一下經(jīng)驗(yàn)，下面談?wù)勎业膸c(diǎn)心得。

一、傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題

近幾年來，教學(xué)改革的深入對學(xué)生解決實(shí)際問題的有了更高要求。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段已經(jīng)不能滿足新形勢下的教學(xué)要求，從而面臨各種各樣的問題。

1、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)費(fèi)用高昂傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要依賴費(fèi)用高昂的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，存在前期投入大、后期維護(hù)費(fèi)用高，開展過程受時間、地點(diǎn)、人力、物力、財力等限制問題，致使實(shí)驗(yàn)教學(xué)無法有效開展，嚴(yán)重影響教學(xué)質(zhì)量。

2、教師指導(dǎo)難以到位有限的教師很難在有限的時間內(nèi)細(xì)致地指導(dǎo)大批的學(xué)生，教學(xué)目標(biāo)難以達(dá)到。設(shè)計性和探究性試驗(yàn)更是難以開展。

3、教學(xué)目標(biāo)難以落實(shí)培養(yǎng)動手能力、設(shè)計能力和創(chuàng)新能力是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要目標(biāo)。但是目前學(xué)生主要根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書進(jìn)行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，脫離了實(shí)際工作環(huán)境，動手能力難以提升。針對傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的教學(xué)方法單一，知識學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)動手操作相互分離，學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)主動性和創(chuàng)造性等問題。

二、虛擬仿真技術(shù)在教學(xué)中的運(yùn)用的優(yōu)勢

一般說來，虛擬實(shí)驗(yàn)室又稱為虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality），簡稱VR或稱靈境技術(shù)，實(shí)際上是一種可創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界（Virtual World）的計算機(jī)系統(tǒng)。此種虛擬世界由計算機(jī)生成，可以是現(xiàn)

實(shí)世界的再現(xiàn)，亦可以是構(gòu)想中的圖1

世界，用戶可借助視覺、聽覺及觸覺等多種傳感通道與虛擬世界進(jìn)行自然的交互，使其系統(tǒng)在教學(xué)中具有三個顯著特點(diǎn)，如圖1所示。在虛擬實(shí)踐中學(xué)生可以完成 實(shí)驗(yàn)操作，所取得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果等效于甚至優(yōu)于真實(shí)環(huán)境中所取得的結(jié)果，起到培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提高學(xué)生的創(chuàng)新能力的作用，架起了學(xué)生形成感性認(rèn)識與理性認(rèn)識之間的橋梁，改變了單一的理論教學(xué)形式，避免了學(xué)生形成認(rèn)知困難和現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足的缺陷。為此，運(yùn)用虛擬實(shí)驗(yàn)具有以下教學(xué)優(yōu)勢。

1、使學(xué)生學(xué)習(xí)更具有沉浸性虛擬實(shí)驗(yàn)室是集理論、實(shí)驗(yàn)與研究于一體的教研仿真系統(tǒng)。借助計算機(jī)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、參數(shù)化建模技術(shù)，在進(jìn)行理論講授的過程中，采用動畫仿真，實(shí)驗(yàn)操作，形象地說明機(jī)械基礎(chǔ)知識中的各種抽象概念、動態(tài)過程及工作原理。并且還提供了可供學(xué)生裝配、操作、自有搭接的人機(jī)交互界面，為學(xué)生在沒有實(shí)物的情況下，虛擬實(shí)驗(yàn)，更加深入的了解機(jī)械裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)提供了可能；學(xué)生可在上機(jī)實(shí)際裝配操作中，發(fā)現(xiàn)問題，尋找解決問題的途徑中得到鍛煉提高。這種教學(xué)模式使學(xué)生能完全沉浸與實(shí)驗(yàn)中，在教師層面上，豐富了教學(xué)形式和內(nèi)容；學(xué)生層面上，增加了學(xué)生動手機(jī)會，方便學(xué)生直接形成感性認(rèn)識，使課堂教學(xué)融入實(shí)踐教學(xué)，同時也大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2、體現(xiàn)“教、學(xué)、做”一體化的交互性機(jī)械基礎(chǔ)知識是一個復(fù)雜龐大的體系，涉及我校多個專業(yè)，在實(shí)際教學(xué)過程中，由于缺少相應(yīng)的資金和設(shè)備更新，導(dǎo)致了機(jī)械基礎(chǔ)在授課過程中理論與實(shí)踐的脫節(jié)，受限于條件，在實(shí)踐的操作上也缺乏縱向延續(xù)性和橫向貫穿性，從而造成了學(xué)生的學(xué)習(xí)難以直接轉(zhuǎn)化成能力；為了更加凸顯職業(yè)教育“教、學(xué)、做”一體的教學(xué)指導(dǎo)思想，更加緊貼裝備，緊貼專業(yè)，緊貼實(shí)際。

3、體現(xiàn)教學(xué)與實(shí)踐為一體的構(gòu)想性為了使機(jī)械類專業(yè)的學(xué)生，畢業(yè)后在任職第一線能勝任實(shí)際工作，必須在學(xué)校學(xué)習(xí)過程中加強(qiáng)實(shí)踐能力的培養(yǎng)，實(shí)踐性教學(xué)的目的就是使學(xué)生能夠綜合地應(yīng)用所學(xué)的知識解決實(shí)際問題，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動手操作能力。

因此，該實(shí)驗(yàn)室首先考慮的是教學(xué)的實(shí)用性，使虛擬實(shí)驗(yàn)室切實(shí)能應(yīng)用到實(shí)際教學(xué)中，無論是演示、交互還是結(jié)構(gòu)拆裝都以教學(xué)為中心，豐富了課堂教學(xué)的手段，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的趣味性與效率。同時教師作為教學(xué)環(huán)境中不可或缺的一個要素，在教學(xué)工作中必須不斷的充實(shí)與研究，對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及方式的設(shè)計需要存在整體構(gòu)想，根據(jù)需求不斷的進(jìn)行打破與重構(gòu)。而采用傳統(tǒng)的實(shí)踐操作研究需要借助于具體的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，在實(shí)際研究中，一些實(shí)驗(yàn)設(shè)備價格昂貴，損耗大，實(shí)驗(yàn)成本高，財力投入大，虛擬實(shí)驗(yàn)室的虛擬設(shè)備則不存在磨損、破壞、可反復(fù)使用，使教師完全可根據(jù)自身的構(gòu)想不斷的更新和重組實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，不再受限于實(shí)驗(yàn)設(shè)備、場地的不足，徹底打破時間、空間的限制，還可以不斷的更新、補(bǔ)充最新前沿技術(shù)，使實(shí)驗(yàn)的跟蹤性、前瞻性變得可能。