動(dòng)態(tài)仿真在機(jī)械基礎(chǔ)教學(xué)中的應(yīng)用

仿真教學(xué)也稱為模擬教學(xué)，就是用計(jì)算機(jī)來(lái)模擬真實(shí)自然現(xiàn)象或社會(huì)現(xiàn)象，學(xué)生模擬扮演某一角色進(jìn)行技能訓(xùn)練的一種教學(xué)方法。仿真教學(xué)能在很大程度上彌補(bǔ)客觀條件的不足，為學(xué)生提供近似真實(shí)的訓(xùn)練環(huán)境，提高學(xué)生職業(yè)技能。教師可以從搜集資料、處理教材、創(chuàng)設(shè)情境等方面入手實(shí)施仿真教學(xué)并在事實(shí)過(guò)程中改進(jìn)仿真教學(xué)中存在的一些問(wèn)題。仿真教學(xué)是近十年來(lái)發(fā)展起來(lái)的并且越來(lái)越受到人們重視的新方法。仿真教學(xué)的應(yīng)用十分廣泛，從自然科學(xué)、管理科學(xué)到工程技術(shù)的許多學(xué)科教學(xué)中都可以采用。隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展，仿真的效果更是令人嘆為

觀止。

一、仿真教學(xué)進(jìn)入中職學(xué)校課堂是大勢(shì)所趨

仿真教學(xué)在各中職院校數(shù)控實(shí)習(xí)教學(xué)中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，數(shù)控機(jī)床的實(shí)訓(xùn)如果完全按照實(shí)操進(jìn)行，不但投入大，而且消耗多、成本高，即使是實(shí)力雄厚的院?；蚱髽I(yè)也難以承受此種消耗和投入。而使用數(shù)控仿真系統(tǒng)可以彌補(bǔ)此不足，使數(shù)控技術(shù)的教學(xué)達(dá)到投入少、內(nèi)容多、見(jiàn)效快、培養(yǎng)的學(xué)生適應(yīng)性強(qiáng)的目的。仿真教學(xué)不僅僅是一種新的教學(xué)方法，她是一種將理論與實(shí)踐相結(jié)合的新教學(xué)手段，更是未來(lái)智能化教育的基礎(chǔ)。

作為經(jīng)理論研究和實(shí)驗(yàn)研究之后的一種重要的認(rèn)識(shí)和改造客觀世界的重要手段，仿真教學(xué)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，已經(jīng)能夠運(yùn)用數(shù)學(xué)方法構(gòu)造復(fù)雜的物理模型，提示真實(shí)世界的變化規(guī)律。目前，仿真教學(xué)所涉及的領(lǐng)域已擴(kuò)展到物理、生命、宇宙、社會(huì)等各種學(xué)科。

仿真教學(xué)是具有綜合作用的教育手段，學(xué)生置身于仿真環(huán)境中，可以充分調(diào)動(dòng)感覺(jué)、運(yùn)動(dòng)和思維，極大地提高學(xué)習(xí)效率。曾經(jīng)有教育心理學(xué)家對(duì)采用仿真教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)進(jìn)行的比較試驗(yàn)結(jié)果表明：仿真教學(xué)模式下，學(xué)生可以記憶約70%的內(nèi)容，而傳統(tǒng)的“教師講，學(xué)生聽(tīng)”教學(xué)模式下，學(xué)生只能記憶約30%的內(nèi)容。此外，仿真教學(xué)可供學(xué)生在沒(méi)有教師參與的情況下自學(xué)，并反復(fù)試驗(yàn)自行設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案，極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)能動(dòng)性。

二、傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式的反思

傳統(tǒng)課堂教學(xué)基本是教師講述為主，輔以模型、掛圖的演示。也就是說(shuō)憑教師的一張嘴、一支粉筆加之有限的教具掛圖，把動(dòng)態(tài)的機(jī)械、機(jī)構(gòu)、液壓等傳動(dòng)用靜態(tài)的方式去講解，而且主要注重理論知識(shí)的講授，忽視感性知識(shí)的認(rèn)識(shí)。由于教學(xué)方法單一，缺乏生動(dòng)、形象，教師再夸夸其談也難以使學(xué)生通過(guò)有限的視覺(jué)感官去獲取感性知識(shí)進(jìn)而轉(zhuǎn)變?yōu)槔硇灾R(shí)，憑空想象不僅加大了學(xué)生理解、掌握知識(shí)的難度，而且上課注意力不集中，學(xué)習(xí)積極性和興趣不高，獲取知識(shí)很被動(dòng)。為提高教學(xué)質(zhì)量，筆者也積極想辦法，如自制教具、掛圖、放映幻燈片等，學(xué)校也給予了大量支持和配合，購(gòu)置了齒輪、輪系傳動(dòng)及部分模型、示教板和多套掛圖。但模型的逼真性、其運(yùn)動(dòng)的自如性、內(nèi)部結(jié)構(gòu)的可見(jiàn)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(fā)揮和學(xué)生的想象，從而影響了教學(xué)效果。也有一段時(shí)期，筆者也利用了一些多媒體輔助教學(xué)，如利用幻燈片、錄像帶進(jìn)行直觀教學(xué)，雖然在一定程度上活躍了課堂教學(xué)，啟發(fā)了學(xué)生思維，體現(xiàn)了一定意義的素質(zhì)教育，但這樣的教學(xué)仍以教師為主導(dǎo)，教學(xué)過(guò)程形式化，教學(xué)媒體落后單一。在科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，傳統(tǒng)的教學(xué)模式不再適應(yīng)了，其改革迫在

眉睫。

三、Pro／E機(jī)構(gòu)仿真在機(jī)械基礎(chǔ)教學(xué)中的運(yùn)用

如平面連桿機(jī)構(gòu)課程，在傳統(tǒng)教學(xué)中教師通常是用自制的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)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(dá)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，但講到其基本性質(zhì)、急回運(yùn)動(dòng)、極限位置、死點(diǎn)位置及機(jī)構(gòu)的演化時(shí)就力不從心了。原因是從教師手里的所演示的機(jī)構(gòu)及黑板上的板書反映不出機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性、受力情況、機(jī)構(gòu)的演化過(guò)程；特別是導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)各種類型的桿件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)更難以表達(dá)。而采用Pro／E機(jī)構(gòu)仿真輔助教學(xué)就輕松地解決了這些問(wèn)題。首先可以根據(jù)教材內(nèi)容在Pro／E中把常用的典型機(jī)構(gòu)做成模型，然后對(duì)各種機(jī)構(gòu)組件進(jìn)行設(shè)計(jì)，生成元件庫(kù)，在教學(xué)中可以隨時(shí)調(diào)用，組裝成不同的機(jī)構(gòu)并進(jìn)行仿真。在教學(xué)過(guò)程中進(jìn)入Pro／E環(huán)境下教師可以隨意地拆裝、放大，有利于學(xué)生加深對(duì)各種機(jī)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)及組成的理解，同時(shí)可以根據(jù)實(shí)際情況隨意旋轉(zhuǎn)、改變對(duì)模型的觀察方向，其真實(shí)感完全與現(xiàn)實(shí)中的零件一樣。在對(duì)四桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)仿真過(guò)程中，學(xué)生不僅可以看到四桿機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)的裝配過(guò)程也可以看到鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的全過(guò)程、各構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)速度及位置，而且當(dāng)曲柄與連桿兩次共線時(shí)讓連桿顏色改變使之與曲柄顏色相同而加深了學(xué)生對(duì)機(jī)構(gòu)極限位置和死點(diǎn)位置的印象；在播放不等長(zhǎng)雙曲柄機(jī)構(gòu)時(shí)，學(xué)生能清楚地看到用傳統(tǒng)教學(xué)方法演示所看不到的從動(dòng)曲柄的變速運(yùn)動(dòng)；導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的仿真則讓學(xué)生大開(kāi)眼界，看到了相對(duì)運(yùn)動(dòng)著的各個(gè)桿件及不同導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)狀況。可以說(shuō)這是對(duì)教材的超越，呈現(xiàn)在學(xué)生面前的是一個(gè)嶄新的動(dòng)感世界，它把鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)真實(shí)地再現(xiàn)出來(lái)，其構(gòu)件間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系一目了然、直觀、具體，學(xué)生思維相應(yīng)十分活躍，學(xué)習(xí)積極性大提高，從而提高了教學(xué)質(zhì)量。課件截圖如圖所示。

課件截圖

四、Pro／E機(jī)構(gòu)仿真輔助機(jī)械基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)踐效果

通過(guò)對(duì)仿真教學(xué)的應(yīng)用，筆者深感其對(duì)教學(xué)改革、教學(xué)效果起到的重要作用，并認(rèn)識(shí)到對(duì)機(jī)械基礎(chǔ)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)。

1.激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

通過(guò)情景進(jìn)行學(xué)習(xí)，可以利用生動(dòng)、直觀的形象，有效的激發(fā)聯(lián)想，激發(fā)學(xué)生感情的參與，誘發(fā)他們的好奇心，使學(xué)生產(chǎn)生強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，變被動(dòng)教學(xué)為主動(dòng)教學(xué)，提高了課堂效果。

2.提高教學(xué)效率和質(zhì)量

學(xué)生對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程有了更完整的了解，能夠充分發(fā)揮多種感官的功能。同時(shí)，多媒體技術(shù)傳遞的信息不受時(shí)間、空間、微觀、宏觀的限制，善于表現(xiàn)事物的運(yùn)動(dòng)、變化，能減少學(xué)習(xí)抽象概念的困難，這些就能極大地提高學(xué)習(xí)效率和教學(xué)質(zhì)量。

3.培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力

創(chuàng)造是人類思維活動(dòng)的高級(jí)過(guò)程，是一種復(fù)雜的心理活動(dòng)。在多媒體教學(xué)中，教師要堅(jiān)持啟發(fā)性的原則，注意調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，引導(dǎo)他們獨(dú)立思考，積極探索，自覺(jué)地掌握科學(xué)知識(shí)和提高分析問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力。在全新、開(kāi)放、互動(dòng)的教學(xué)情景中，學(xué)生思想解放，積極主動(dòng)參與，他們的思維隨情景而向多方發(fā)散，發(fā)散的廣度和深度顯然遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于單一的講授教學(xué)模式，對(duì)學(xué)生創(chuàng)造能力的培養(yǎng)有不可估量的作用。

筆者對(duì)Pro／E機(jī)構(gòu)仿真輔助機(jī)械基礎(chǔ)課堂教學(xué)尚屬運(yùn)用階段?，F(xiàn)代教育發(fā)展對(duì)學(xué)校教學(xué)提出了更高的要求，教師只有不斷嘗試新的輔助教學(xué)手段為教育教學(xué)服務(wù)，將現(xiàn)代教育技術(shù)引入課堂，改革教育思維和教學(xué)模式，才能跟上時(shí)代的潮流，真正貫徹實(shí)施素質(zhì)教育。用仿真技術(shù)進(jìn)行教學(xué)，可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的視聽(tīng)感覺(jué)，滿足學(xué)生全方位感知信息的需求，使教學(xué)生動(dòng)活潑，學(xué)生認(rèn)識(shí)深刻，記憶持久，從而提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的能動(dòng)性。

（作者單位：廣東省工商高級(jí)技工學(xué)校）