機械原理虛擬仿真實驗室資源共享平臺建設

郭潤蘭, 康艷萍, 楊東亞, 王富強, 賀 瑗

(蘭州理工大學 機電工程學院(機械工程實踐教育中心), 蘭州 730050)

機械原理虛擬仿真實驗室資源共享平臺建設

郭潤蘭, 康艷萍, 楊東亞, 王富強, 賀 瑗

(蘭州理工大學 機電工程學院(機械工程實踐教育中心), 蘭州 730050)

機械原理是機電類專業一門主干技術基礎課。本文結合機械原理虛擬仿真實驗室資源共享平臺的建設，研討在創新教育形勢下就如何提高機械原理的實驗教學質量，引入創新教育的改革思路，分析了傳統課程模式及存在的問題，構建機械原理課程虛擬仿真實驗室資源共享平臺。該平臺適用于量大面廣的機械原理課程，以及通過遠程教學系統支持平臺的開發，保證有效利用教學資源庫，形成一個為教師、為學生提供資源支持系統。該平臺實現自身的教育價值，并能良好發展，教育資源得到真正開發和利用，為專業的工程教育認證起到很強的支撐作用。

機械原理； 虛擬仿真； 共享平臺

0 引 言

隨著信息化時代的到來，新知識、新模式、新探索層出不窮，虛擬仿真實驗室教學資源建設，使得現實實驗室與虛擬仿真實驗室的有機結合，實現了教育資源管理系統化，實現機械原理課程的網絡化以及通用遠程教學平臺的實現。建設量大面廣的機械原理的虛擬仿真實驗室將有效地提高教學質量和教學效率,擴大教育規模,對促進高校的教學改革,以及提高科研水平與實現優秀教學資源的共享將起到很重要的作用[1-2]。同時對進一步促進教師深入進行教學內容、教學理念、課程體系、教學方法和教學手段的改革[3-4],進而提高人才培養質量,促進我校整體質量和效益的提高,具有重要的意義。

1 傳統課程模式及存在的問題

傳統的課堂教學模式大多采用的是以教學班進行課堂教學。我校的一個教學班通常是由1或2個自然班組成，教師通過多媒體以及其他教學輔助手段進行理論教學。采用 “傳遞—接受”式教學方式，對課內實驗室的相關實驗課內無法再現，學生必須通過實驗室內的實驗完成，這樣容易使實驗內容局限性。而且對教學大綱中的選做實驗以及創新實驗如果學生不做，就全然不熟悉實驗內容。另一方面受教學學時的限制以及實驗室硬件條件的限制有些實驗在實驗室無法實現，如機械原理的“機構運動簡圖的測繪”實驗，受種類和數量的限制，又缺少相應創新機構配套，影響了實驗的深度和教學效果[5-6]，所以按照傳統的實驗室的實驗教學，學生無法進行相關實驗。還有對課內的個別虛擬仿真[7]實驗都是單機實現，尚未建設實踐教學網絡資源平臺。所以虛擬仿真實驗室通過教學資源共享平臺的應用，使學生在課堂中獲得三維視覺效果和聲音效果，教學內容深入淺出、易學易懂。由于本課程的性質是實踐性較強，知識面較廣泛，目前高等教育不像以前，原來企業比較歡迎學生到企業實習和參觀，但目前很難到相關企業進行系統扎實的實習教學環節。隨著我校混合課堂教學學分實施，虛擬仿真實驗室的建設與開發對機械原理課程教學是一項有深遠意義的教學項目。

2 構建機械原理課程虛擬仿真實驗室資源共享平臺

機械原理課程是我校量大面廣的數門課程之一，課程包含理論教學以及實踐教學，實踐教學又包含課程設計、課內實驗、開放性實驗、創新性實驗。目前機械原理課程的網絡資源，僅是單個課程的網絡資源平臺，且實踐教學環節尚未建設實踐教學網絡資源平臺，所以通過此教學項目的研究，旨在建設機械原理課程虛擬仿真實驗室的教學資源共享平臺，并整合網絡資源，建設實踐教學網絡資源平臺，并且通過實踐使教學網絡資源平臺更好的投入到量大面廣的課程教學中。

機械原理課程于2005年被評為甘肅省精品課程；機械設計基礎課程于2013年被評為甘肅省精品課程；機械設計基礎課程于2015年獲批甘肅省精品資源共享課程。“創新設計與機械設計課程設計綜合能力的培養研究”“機械原理創新教育平臺的研究與實踐”等多項教學改革項目為校級重點建設項目。機電工程學院“機械設計科技創新基地”為學校的專項資助的創新基地。

2.1 建立教育資源共享平臺模型

要實現機械原理課程網絡教育資源共享，首先必須有一個合適的共享平臺作為基礎。設計一個機械原理課程教育資源共享平臺的模型，如圖1所示。機械原理課程資源庫管理系統包括兩個子系統：機械原理課程的系統管理和資源管理(媒體素材庫的管理、思考題習題管理、案例庫的管理、課件庫管理、網絡課程的管理、文獻資料管理等)。這兩個子系統為不同類用戶(管理員、教師、學生)提供資源檢索、資源發布多個方面的服務。整個系統的模塊化結構如圖1所示，圖2是我校機械原理課程虛擬仿真實驗室。

2.2 機械原理虛擬仿真實驗教育信息資源的建設

(1) 媒體素材。是傳播機械原理實驗教學信息的基本材料單元，可分為幾大類：實驗文本素材、實驗圖像類素材、實驗音頻類素材、實驗視頻類素材、虛擬仿真實驗過程[8-12]動畫類素材。

(2) 思考題習題庫。針對實驗內容，編制相應的思考題和習題。通過思考題習題學生可以進行設計性實驗的設計。

圖1 資源庫管理系統模塊結構示意圖

(3) 網絡課件。對《機械原理》《機械原理實驗》學科中一個或幾個知識點,根據平臺劃分，可分為網絡版的課件和單機版課件，網絡版的課件能在瀏覽器中運行，并能通過網絡教學環境共享。單機運行的課件可通過網絡下載后在本地計算機上運行。

(4) 問題答疑。是針對具體實驗以及虛擬仿真實驗中的問題給出全面解答。

(5) 網絡課程。網絡課程是通過網絡表現的某門學科的教學內容及實施的教學活動的總和，它包括兩個組成部分：按一定的教學目標、教學策略組織起來的教學內容和網絡教學支撐環境。

(6) 教學資料。完成教學大綱包括課程的教學目的、教學任務、教學內容的結構、模塊或單元教學目標與任務、教學活動以及教學方法上的基本要求等。完成教學日歷。教學的具體實施計劃表，應明確規定教學進程、授課內容、課外作業、授課方式等。

(7) 全程教學錄像MOOC教學[13-14]。學生通過網絡在線進行課堂教學學習。

3 結 語

為了提高機械原理的實驗教學質量，在引入創新教育的改革思路基礎上，分析了傳統課程模式及存在的問題，構建機械原理課程虛擬仿真實驗室資源共享平臺。該平臺適應于量大面廣的機械原理課程，可通過遠程教學系統支持平臺的開發，有效提高了教學資源庫的利用。同時，通過虛擬仿真的實驗室建設，實現了遠程教學支撐平臺對多媒體素材(文本,音頻,視頻,圖形,動畫等)、課件、案例、思考題庫和網絡課程的智能化管理,支持網上授課、學習、討論、答疑、考試等教學功能,教師管理,學生管理,課程管理等教學管理功能。該平臺實踐表明：對提高我校量大面廣機械原理課程的實踐教學的質量、實現教育信息的價值具有舉足輕重的作用。教學過程中，對優質的實驗教學內容及方法實現共享，學生擴大了工程實踐的知識面，猶如身臨其境的企業環境。形成一個為教師、為學生提供資源支持系統，實現其教育價值和自身的良好發展，教育資源才能真正得以開發和利用，并為專業的工程教育認證起到很強的支撐作用。

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The Construction of Virtual Simulation Platform of Mechanical Principle for Lab Resource Sharing

GUORunlan,KANGYanping,YANGDongya,WANGFuqiang,HEYuan

(College of Mechanical & Electrical Engineering (Mechanical Engineering Practice Education Center), Lanzhou University of Technology， Lanzhou 730050, China)

Mechanical principle is a basic course of backbone technology. This paper discusses the virtual simulation sharing platform of mechanical principle course for lab resource. Aimed at the innovation education, in order to improve the quality of experiment course of mechanical principle, we introduce thought of innovative education reform. analyze existing problems of traditional curriculum model, build the mechanical principle course resources sharing platform. The virtual simulation platform includes education resource sharing platform model construction, and virtual simulation experiment construction of mechanical principles. The platform construction can be used by mechanical principle course which is widely taken by students. By development of universal remote teaching system support platform, the effective utilization of teaching resource can be guaranteed, teachers and students can obtain a strong support system for their needs of resources. The platform realizes itself education value and gets good development, and it can truly develop and make use of education resources, and support the engineering education accreditation.

mechanical principle; virtual simulation; sharing platform

2016-09-18

郭潤蘭(1963-,)女,山西山陰人，教授，機械原理機械設計系主任，多年從事機械專業的教學和科研工作。

Tel.：13919809452； E-mail：llggrl@126.com

TH 111

A

1006-7167(2017)06-0108-03