虛擬仿真技術在“機械拆裝”教學中的應用

藍小紅

摘 要：虛擬仿真技術在實際的“機械拆裝”教學過程當中，會涉及很多具體的操作流程，通過虛擬仿真技術應用可以實現對車床工作原理和零部件構造以及流程拆卸整個過程的詮釋。鑒于此，文章主要研究了虛擬仿真技術在“機械拆裝”教學過程當的運用。

關鍵詞：虛擬仿真技術;機械教學;“機械拆裝”;教學運用

0? ? 引言

機械拆裝的目的是提高學生實踐動手能力，實現對理論知識與實踐操作的良好結合，以發揮學生的分析和解決問題的能力。然而，在實際的操作過程當中，受到實驗資源等相應環境的諸多因素影響，很多實訓教學并不能夠得到全流程的實訓，這對學生相關知識的理解造成一定阻礙。而通過計算機虛擬環境下的仿真技術運用可以進行機械設備的結構特征、工作原理以及對主要故障的系統學習，這種演示效果能夠進一步促進學生的學習興趣，有效地改善教學的現狀。

1? ? 當前機械教學中存在的不足

在傳統的教學模式過程中，很多機械類課程雖然非常強調實踐的價值，但因受到教學條件和教學資源的限制，使得理論課占據了整體授課的大部分，而實踐課的應用少之又少，且二者之間無法實現有效的連接，使得這種教學模式既無法滿足實際的教學目標，也不能體現出學科特色，是“機械拆裝”教學過程當中的一大阻礙[1]。

與此同時，近年來，學生在教學過程中的主動意識和主觀能動性得到人們更多的關注。然而，很多教師在教學中不能充分凸顯學生的主體地位。學生在理論知識學習時也很難充分掌握，長此以往，產生排斥和厭倦心理，無法有效提升學習興趣[2]。

除此之外，雖然很多教師已經認識到了在新的形勢之下教學模式教學方法改善的必要性，然而由于條件限制，其在“機械拆裝”教學過程當中創設的程度和實踐活動不同，考驗了辦學能力的同時，也直接影響了教學質量。當然，部分實驗器械本身就有一定風險性，不適合學生本人親自操作，這些都構成了教學障礙[3]。

2? ? 虛擬仿真技術的介紹

虛擬仿真，顧名思義就是以用一個比較虛擬的信息化系統來對一個真實的技術場景進行描述。在這個過程當中，其主要能夠將圖像給予重新生成，打造有效的動畫圖片，形成感官和技術的結合，使人們的情感和想象力都能夠得到更好的激活和滲透，滿足人們對實景理解、觀察以及分析的需要。目前，3D建模方式已經得到了各行各業的充分重視，并且發揮了充分的立體和思維交互效果，有效地提升了教學能力，提高了學生的分析能力。因此，將虛擬仿真技術的優勢滲透到機械類實踐教學過程當中，可以彌補“機械拆裝”教學中的理論上的不足，以充分實現教學資源的整合，實現對于教學方法的積極優化，為此我們應該對其給予認真的研究和分析[4]。

3? ? 虛擬仿真技術在“機械拆裝”教學過程當中的運用

3.1? 虛擬仿真技術對力學基礎知識掌握的運用

在機械這類工科專業教學中，對機械進行拆裝之前，要充分掌握基本的工程力學知識，這也是從基礎到專業階段的有效過渡。因此，要想充分將虛擬仿真技術滲透到機械拆裝的過程，應該從基礎著手，將工程力學的實踐環節落實，加強學生對于構件的材料性能和安全性能的了解，這也是其在實踐操作的基本環節和實踐素養。例如，針對“金屬材料的拉伸”這一工程力學的實驗，結合教學現狀和教學材料不難發現，此實驗的目的是為了將低碳鋼與鑄鐵的力學性能進行對比，并從斷口情況來對其整體的機械性能進行比較和判斷。傳統課程的主要流程：首先，對于事件的尺寸和形狀進行測量和摸底。其次，在整個實踐操作的拉斷過程當中對變形情況進行記錄，并繪制出相應的曲線，針對變形量進行測量，實現對于量變的記錄和追蹤，完善整體實驗報告。該拉伸過程是教學的關鍵點，然而從拉伸到破壞的時間間隔非常急促，學生很難在短時間內對問題充分細致的觀察，而一個粗淺的直觀印象不利于學生對該實驗過程當中背后隱藏的知識本質進行充分吸收，同時，受到設備數量的限制，學生也很難進行反復訓練，因此會使學生對各種材料性能的掌握以及對參數和構件的了解造成很大阻礙。針對于此情況，可以運用3D虛擬仿真技術導入數據庫樣本，再實現人機交互，學生通過較為真實的動畫圖片展示，來掌握材料的具體變形過程。當然，考慮到該實驗具體過程的速度較快，學生還可以利用計算機的速度調整功能來自由選擇實驗動畫所波動的速度，進而在每一次播放的拉伸和暫停過程當中，進行透徹觀察和深入分析，以更好地了解整體的操作方向和實驗背景，當然其擁有更多的試錯數據，也可以實現對于真實實驗的性能改善，幫助學生提升對知識的理解強度。

3.2? 虛擬仿真技術對單個零部件作用原理的運用

有效地了解零部件的作用機理對于學生的后期動手實踐具有決定性意義，不僅可以加強學生對于基礎知識的了解，還可在一定程度上讓學生在具體操作過程當中靈活拆卸，為整個課堂的教學提供重要基礎。對于機械拆裝而言，電路圖也是教學中的重要部分，很多零部件的正常運行都是以此為前提。首先，要保證學生能夠了解電路圖，通過軟件繪制電路圖，并利用仿真技術編制程序對齊作用功能和原理給予詮釋和覆蓋。實現對主控制器、傳輸器、顯示屏等主要部件運營思路的模擬電路和數字電路相關知識的充分掌握。通過運用虛擬仿真技術，可以實現對電路圖的充分詮釋，讓學生能夠在繪制電路圖的過程當中了解各設備的作用，也有利于其對于相關知識的系統記憶。教師也要做好相應的技術輔導工作，讓學生充分認識到軟硬件之間名稱對應關系以及各功能的適應性，進一步提升整體的教學效果和教學質量。其次，模擬仿真技術的應用可以讓學生加強對工程力學單機片原理以及實踐課的充分了解，也可以實現對實驗中的參數和系數的主要要求和科學的標準設計原則等更為深刻的灌輸。然而，在這種虛擬環境下，雖然對于相關的畫面效果可以給予更好地詮釋，但也要防止實驗過程當偶然因素對于教學環境產生節奏破壞的干擾，以提升教學質量，提升學生的學習興趣，當然也能夠提升教學的安全性。

3.3? 虛擬仿真技術在對機械拆卸流程的運用

正如前文所示，通過對于基礎知識和相應原理的基本掌握，學生對于建模問題進行充分了解，通過該模型的平臺功能設置以及各種圖形的不同角度分析，對視頻動畫的內容理解，讓學生對于各零部件的裝配關系和工作原理給予更為充分的掌握。在具體機械拆卸中，以“CK0632數控車床的拆裝作業”為例，可以發現，學生通過部分三維實體模型，可以有效地對于實驗過程中所涉及的原理給予充分了解，結合拆裝作業指導書，以及在虛擬環境中對拆裝訓練較為深刻的認知，可以起到更好地教學效果。在該實驗過程當中，對于車床底座、床身、主軸箱、大拖板、小拖板以及各種驅動部件等都會有充分認識，使學生對構件本身與名字進行更好的直接聯系，也便于學生通過文字提示就能夠立刻想起設備的某一具體細節。在實際的“機械拆裝”教學過程中，機械的原件和零部件非常多，而且僅僅只能呈現外觀，對內部裝置而言，學生對于其中的隱藏部件的了解并不是十分深刻。通過這種虛擬技術的應用，可以實現對于每一個部件的靈活旋轉，讓學生可以從多維度、多角度深入探析功能和形狀，便于其對于問題進行更為深刻的觀察，實現對機械零部件的深刻了解。在這樣的前提之下，教師在進行拆裝教學的指導中，能夠使學生對于相關問題的知識進行充分掌握和吸收。與此同時，機械的零部件也面臨著更多的革新需求和創新需要，因此其在發展過程當中，形式和種類以及性能也在不斷地更新和完善。在拆裝零件的過程當中，為了保證教學與后期學生們在畢業之后對于相關知識的實踐轉換技能的提升，有必要充分了解各種零部件及在演化過程當中其性能得到改善的價值點。然而，由于教學時間和教學內容的限制，如果僅僅是對拆裝教學反復操作，將會浪費大量的時間，而且實驗存在一次性和偶然性，不利于學生對于知識的發揮。而虛擬仿真技術通過數據導入，讓學生通過動畫形態的展示對于其性能參數產生更為全新和深刻的認知，便于其后期對于機械拆裝的零部件的具體操作有一個更為全面和正確的認識。

4? ? 結語

綜上所述，虛擬仿真技術對于傳統教學具有重要意義和作用，不僅可以提升實驗的科學性，也讓學生有更多的試錯機會，提升學生的實驗安全性，有效緩解教學資源的有限性不足所帶來的障礙因素，也激發學生的學習興趣，提升教學質量和教學效率，為學生的成績提升和綜合能力的鍛煉創造了更為豐富的基礎，應該對此技術給予認真的研究和分析，不斷更新技術，使其滿足實際的教學需要，也為我國的教育水平的提升打下堅實的基礎。

[參考文獻]

[1]張紅.虛擬仿真技術在機械電子技術專業教學中的應用[J].南方農機，2019（21）：178-179.

[2]張文峰.虛擬仿真技術在機械工程實驗教學中的應用研究[J].內燃機與配件，2019（19）：247-248.

[3]劉懷明，王一博，李巖.淺談虛擬仿真技術在機械工程實驗教學中的應用[J].中國新通信，2019（14）：204.

[4]陳輝.虛擬仿真技術在機械類課程教學中的應用研究[J].教育教學論壇，2019（3）：124-125.

（編輯 姚 鑫）