探討虛擬仿真系統(tǒng)教學(xué)法在數(shù)控教學(xué)中的應(yīng)用

袁永偉 劉江濤 李珊珊 孔德剛 桑永英

摘 要：隨著現(xiàn)在社會的迅速發(fā)展，越來越多的人開始關(guān)注新型科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，其中電子科技和虛擬現(xiàn)實技術(shù)是人們關(guān)注的重點，在學(xué)校的數(shù)控教學(xué)當(dāng)中輔助足夠的實踐過程才能保證教學(xué)的質(zhì)量，但是一般教學(xué)條件比較有限，而虛擬仿真系統(tǒng)就可以很好地彌補這項不足，可以借助設(shè)備的投入讓學(xué)生們有更好的實踐體驗，提高學(xué)生們的學(xué)習(xí)效率。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真系統(tǒng);教學(xué)法;數(shù)控教學(xué);應(yīng)用

前言：我國的制造行業(yè)的發(fā)展主要依靠的是精準(zhǔn)的數(shù)控技術(shù)，由于這項技術(shù)在如今的市場上越來越吃香，很多職業(yè)學(xué)院的學(xué)生們選擇數(shù)控機床專業(yè)的人也越來越多。數(shù)控技術(shù)的操作者需要有大量的實踐經(jīng)驗才能慢慢積累自身的能力，但是現(xiàn)在很多職業(yè)學(xué)院的環(huán)境條件不足以滿足廣泛訓(xùn)練的需求，所以虛擬仿真技術(shù)的出現(xiàn)可以說是解決了很多學(xué)校的燃眉之急。本文從實際出發(fā)，對目前虛擬仿真系統(tǒng)教學(xué)法在數(shù)控教學(xué)中的應(yīng)用情況進行分析，探究優(yōu)化對策，為數(shù)控教學(xué)的進一步發(fā)展奠定一個良好的基礎(chǔ)。

1.虛擬仿真系統(tǒng)教學(xué)法的內(nèi)涵

虛擬仿真系統(tǒng)是通過計算機技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)相結(jié)合的虛擬場景成像，讓學(xué)生們在虛擬的問題環(huán)境當(dāng)中運用自己的所學(xué)知識進行仿真操作，主要有四個明顯特征。沉浸性是指讓學(xué)生們沉浸于逼真的環(huán)境之中，把虛擬的環(huán)境當(dāng)做真實情況來進行問題處理，可以給學(xué)生們提供不亞于現(xiàn)實情況的感官體驗，讓學(xué)生們從心底里認可這個虛擬仿真系統(tǒng)。交互性是指虛擬仿真系統(tǒng)與學(xué)生行為的互動，不同的行為模擬不同的后果，可以讓學(xué)生們知道如果在真實的情況下這樣做結(jié)果如何。虛幻性和逼真性就不再多加描述，這兩個是虛幻模擬技術(shù)的本質(zhì)特性。虛幻仿真技術(shù)是通過一系列實際操作編程和模擬操作讓學(xué)生們置于一個較為虛幻的操作過程當(dāng)中，但是在不斷練習(xí)的過程中可以達到鞏固理論知識的效果，而且可以讓老師們通過觀察了解學(xué)生們對于理論知識的掌握情況以及是否能夠活學(xué)活用，另外也可以提高學(xué)生們操作的安全性，費用綜合來說也大大降低。

2.虛擬仿真系統(tǒng)教學(xué)法在數(shù)控教學(xué)當(dāng)中的應(yīng)用

2.1增強學(xué)習(xí)設(shè)備的配置，實現(xiàn)數(shù)控教學(xué)多元化

數(shù)控機床本來就是現(xiàn)代高科技技術(shù)一體化的代表產(chǎn)品，所以一般需要比較復(fù)雜的實際操作，不僅僅是職業(yè)學(xué)院是否有足夠的資金可以引進先進設(shè)備，還有學(xué)生們的安全也是一個大問題，學(xué)生們一般之前學(xué)的都是理論知識，沒有真正操作過，一旦貿(mào)然地進行實踐操作，很容易出現(xiàn)各種各樣的問題，一旦出現(xiàn)了事故，那么學(xué)生們的人身財產(chǎn)安全將會受到巨大威脅。而虛擬仿真系統(tǒng)相對來說花費的資金較少，而且虛擬環(huán)境中的操作就算出現(xiàn)問題也不會實際威脅到學(xué)生們的人身安全，但是可以通過虛擬結(jié)果讓學(xué)生們意識到操作錯誤的嚴重后果，學(xué)校可以引進虛擬仿真系統(tǒng)可以很好地控制教學(xué)成本，而且也是一個比較高配的學(xué)習(xí)設(shè)備，會給學(xué)生們帶來更好的實踐體驗，另外也保證了學(xué)生們的自身安全，減少實際操作中手段不當(dāng)帶來的消極后果，虛擬仿真系統(tǒng)可以給學(xué)生們帶來優(yōu)秀的感覺觀感體驗，讓學(xué)生們能夠充足地進行練習(xí)來鞏固課上學(xué)習(xí)的理論知識，而且不會造成真實機床設(shè)備那樣的自然損耗，有利于提高學(xué)生們的學(xué)習(xí)效率。

2.2有利于加強學(xué)生們對學(xué)習(xí)設(shè)備的了解以及操作能力

在真實的數(shù)控機床操作過程當(dāng)中，技術(shù)的運用是比較復(fù)雜的，因為機床型號的不同以及不同的設(shè)備種類都需要運用不同的操縱方法和如果學(xué)校要購進實際的數(shù)控機床的話，可能無法完全將所有的種類型號采購齊備，這樣極大地耗費了人力物力和財力，而且可能學(xué)生們還無法接觸到全面的數(shù)控機床，而且就算采集了所有的機床，這些龐然大物的放置地點和空間又是一個大問題，而且學(xué)生們操作之后帶來的機械損耗又需要一大筆維修養(yǎng)護費用，這樣會給學(xué)校帶來巨大的經(jīng)濟壓力，最后還有學(xué)生們的實際操作問題，由于采購的數(shù)控機床設(shè)備有限，學(xué)生的人數(shù)巨大，所以每個人操作的次數(shù)也十分有限，容錯率也極低，起不到實踐操作練習(xí)的效果，所以綜合來說實際采購機器設(shè)備的完善并不可行。而虛擬仿真系統(tǒng)則是一個大數(shù)據(jù)庫，可以給學(xué)生們提供多種不同的模擬操作情況，讓學(xué)生們體驗到真實的工作環(huán)境和操作狀態(tài)，接觸并了解不同型號類型的數(shù)控機床的操作，大大節(jié)省了找操作設(shè)備的時間，同時也增加了學(xué)生們的練習(xí)次數(shù)，而且還可以給學(xué)生們模擬出現(xiàn)故障問題的情況，讓學(xué)生們想出應(yīng)對的解決方法，得到了充分的實踐鍛煉，又能得到安全的保證，增加學(xué)生們的操作經(jīng)驗。

2.3有利于提高學(xué)生們對數(shù)控理論知識的學(xué)習(xí)

在數(shù)控機床專業(yè)的學(xué)習(xí)過程當(dāng)中，首先要打好牢固的理論基礎(chǔ)，但是長時間由教師口頭講述數(shù)控操作的理論知識顯得有些太過枯燥，長此以往會讓學(xué)生們失去學(xué)習(xí)的興趣，而且教學(xué)的效率也無法只通過“紙上談兵”而得到體現(xiàn)。而如果將虛擬仿真系統(tǒng)和理論教學(xué)相結(jié)合，那些抽象難懂的理論就有了實踐性的操作情況，讓學(xué)生們的想象有了實際基礎(chǔ)，而且虛擬環(huán)境的新奇體驗也可以激發(fā)學(xué)生們的好奇心，實際操作和理論知識相結(jié)合可以加深學(xué)生們對于數(shù)控機床操作的理解。而且不同的學(xué)生們理解能力和資質(zhì)也并不相同，老師可以在讓他們進行虛擬操作的過程中進行觀察，根據(jù)他們操作的具體情況進行指導(dǎo)，幫助學(xué)生們找到自身的問題所在并加以改正提高學(xué)生們對理論知識掌握的效率。

2.4有利于激發(fā)學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣

由于職業(yè)技術(shù)學(xué)院的學(xué)生在初中高中階段的成績并不是很好，所以可能久而久之對于學(xué)習(xí)就出現(xiàn)一種厭倦的心態(tài)，對于數(shù)控機床專業(yè)比較枯燥的理論知識更加難以提起興趣，這樣會大大降低數(shù)控教學(xué)的教學(xué)效率，專業(yè)教學(xué)也難以得到進一步的開展。而虛擬仿真系統(tǒng)模擬數(shù)控機床操作”就像是給學(xué)生們打開了一扇新世界的大門，之前沒有接觸過的虛擬系統(tǒng)可以利用學(xué)生們的好奇心激發(fā)學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣，自發(fā)地將上課聽到學(xué)到的內(nèi)容運用到虛擬的實踐操作當(dāng)中去，而且在這期間遇到問題時還可以及時向老師尋求幫助，交流互動的增加也可以加深師生之間的感情，慢慢消除對于理論知識的抵觸，提高對于專業(yè)知識的學(xué)習(xí)效率。

3.總結(jié)

虛擬仿真系統(tǒng)在教學(xué)當(dāng)中的應(yīng)用已經(jīng)漸漸開始引起越來越多人的注意，它的高質(zhì)量體驗和低投入低風(fēng)險成為與實際操作學(xué)習(xí)相比的巨大優(yōu)勢，本文從實際出發(fā)，對虛擬仿真系統(tǒng)的內(nèi)涵以及在實際情況中的應(yīng)用加以分析，明確這項技術(shù)的優(yōu)勢所在，為數(shù)控教學(xué)的進一步發(fā)展提出一些有效建議。

參考文獻

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基金項目

課題名稱河北農(nóng)業(yè)大學(xué)第十批教學(xué)研究項目2018ZD06。