不同于文史類專業(yè)的學(xué)習(xí)方式，理工類專業(yè)主要是進(jìn)行實(shí)際動(dòng)手操作的訓(xùn)練，因此實(shí)驗(yàn)教學(xué)必不可少。而將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械工程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中可以給學(xué)生提供機(jī)械工程實(shí)踐要求的處理和生產(chǎn)基礎(chǔ)，讓學(xué)生有身臨其境的感覺，可以更好的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果，使學(xué)習(xí)過程更加嚴(yán)謹(jǐn)，促進(jìn)學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)機(jī)械工程。
1機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀
機(jī)械工程的教學(xué)方式主要是依靠實(shí)驗(yàn)來實(shí)現(xiàn)的，因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)已成為機(jī)械工程教學(xué)中必不可少的教學(xué)手段。但是，就我國目前的教學(xué)水平來看，機(jī)械工程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀并不樂觀。中職的錄取學(xué)生越來越多，學(xué)校的實(shí)驗(yàn)基地和實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足以滿足學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的需求，學(xué)生無法動(dòng)手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，不能有效的理解課堂的理論知識，影響學(xué)習(xí)效果。另一方面，多數(shù)的機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)有一定的危險(xiǎn)性，考慮到學(xué)生自身的安全問題，學(xué)校通常會(huì)采用參觀和聽講座的方式對學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，這樣學(xué)生只是能夠看到實(shí)驗(yàn)的過程，而不能夠?qū)嶋H動(dòng)手操作，無法積累實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)，對實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識理解也不深入，因而無法有效的學(xué)習(xí)機(jī)械工程。
2虛擬仿真技術(shù)在機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用
科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在帶動(dòng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的同時(shí)，也促進(jìn)虛擬仿真技術(shù)更加先進(jìn)，同時(shí)教育工作者也在機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中廣泛應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)。
(1)帶傳動(dòng)性能測試實(shí)驗(yàn)。由于帶傳動(dòng)在機(jī)械傳動(dòng)過程中的廣泛應(yīng)用，使帶傳動(dòng)成為機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)中的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程。所謂的帶傳動(dòng)性能測試是指學(xué)生通過對帶傳動(dòng)過程中打滑現(xiàn)象和彈性滑動(dòng)的觀察，然后對其進(jìn)行承載能力的分析，同時(shí)利用觀察到的數(shù)據(jù)對帶傳動(dòng)彈性滑動(dòng)圖以及傳動(dòng)效率圖形進(jìn)行描繪。而利用虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行帶傳動(dòng)性能測試實(shí)驗(yàn)時(shí)，就不需要例如轉(zhuǎn)矩力測桿、電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、傳感器以及光電測速裝置的使用等。它是將計(jì)算機(jī)作為實(shí)驗(yàn)的硬件設(shè)施，利用LabVIEW軟件設(shè)計(jì)帶傳動(dòng)性能測試系統(tǒng)。帶傳動(dòng)性能測試系統(tǒng)包括:測力傳感器、加載裝置、轉(zhuǎn)速傳感器、數(shù)據(jù)采集卡等，在傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)過程中對各種運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力進(jìn)行檢測并分析。運(yùn)用該系統(tǒng)可以將帶傳動(dòng)的傳動(dòng)效率曲線和彈性滑動(dòng)曲線準(zhǔn)確的繪制出來，進(jìn)而計(jì)算出傳動(dòng)效率與彈性滑差率之間的關(guān)系。
(2)減速器裝備實(shí)驗(yàn)。機(jī)械設(shè)備中常常使用減速器，因此機(jī)械設(shè)計(jì)中最基礎(chǔ)的一項(xiàng)課程就是減速器實(shí)驗(yàn)。在之前的減速器實(shí)驗(yàn)中，教師一般會(huì)將真正的減速器帶進(jìn)課堂，然后將其進(jìn)行拆裝，使學(xué)生了解減速器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理及功能。但是這種實(shí)驗(yàn)方式會(huì)消耗大量的資金，而且實(shí)驗(yàn)具有很高的不穩(wěn)定性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果容易受到各種因素的影響。而使用虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行減速器裝備的實(shí)驗(yàn)，可以用操作軟件代替對實(shí)物的拆裝，首先利用Inventor軟件建立減速器的模型，然后在虛擬的環(huán)境下使用減速器傳動(dòng)原理進(jìn)行裝配。之后利用ADAMS軟件對動(dòng)力學(xué)進(jìn)行仿真，再根據(jù)實(shí)際的運(yùn)行情況，準(zhǔn)確的約束、激勵(lì)及載荷減速器，對其進(jìn)行仿真和修形。最后利用ANSYS軟件分析減速器的固有頻率。
(3)數(shù)據(jù)加工仿真實(shí)驗(yàn)。現(xiàn)代制造業(yè)的核心技術(shù)之一就是數(shù)據(jù)加工技術(shù)。而數(shù)據(jù)加工技術(shù)的教學(xué)方式是通過使用數(shù)控機(jī)床實(shí)現(xiàn)的，但是購買數(shù)控機(jī)床需要大量的資金，所以一些學(xué)校沒有足夠多的用于教學(xué)的數(shù)控機(jī)床，學(xué)生只能在課堂上觀看教師操作，無法親自動(dòng)手操作數(shù)控機(jī)床，這樣無法使學(xué)生對數(shù)據(jù)加工技術(shù)有一個(gè)很好的理解，沒有達(dá)到實(shí)驗(yàn)的目的。但是運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)中利用CAXA軟件可以建立一個(gè)鼠標(biāo)的數(shù)據(jù)加工實(shí)驗(yàn)，首先，對鼠標(biāo)的實(shí)體模型進(jìn)行建立，然后選用加工刀具、加工路線以及定義毛坯，最后是仿真加工的實(shí)施和工藝清單及代碼的生成。
3虛擬仿真技術(shù)在機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的使用要求
教師在利用模擬仿真技術(shù)進(jìn)行機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)問題:第一，重視學(xué)生之間存在的差異。教師在教學(xué)過程中要根據(jù)學(xué)生自身水平的不同，來制定教學(xué)目標(biāo)。對于基礎(chǔ)較差的學(xué)生，教師為其制定的教學(xué)目標(biāo)相對低一點(diǎn)，之后對其進(jìn)行單獨(dú)輔導(dǎo)，及時(shí)了解他們的學(xué)習(xí)進(jìn)度與情況，并及時(shí)修改教學(xué)目標(biāo)，使之符合學(xué)生的自身水平。第二，要利用現(xiàn)有資源進(jìn)行立體化教學(xué)。教師與教師之間要多交流和溝通，彼此間分享教材、課件以及考試習(xí)題等教學(xué)資源，使用適合教學(xué)方法，彼此間相互學(xué)習(xí)借鑒，提高自身的教學(xué)水平。同時(shí)，教師也應(yīng)該在不斷學(xué)習(xí)中提升自身的專業(yè)素養(yǎng)，學(xué)會(huì)利用現(xiàn)代的高科技成果進(jìn)行教學(xué)，為學(xué)生創(chuàng)造更好的學(xué)習(xí)環(huán)境，從而提高教學(xué)質(zhì)量與水平。第三，為學(xué)生構(gòu)建虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺。教師應(yīng)該利用虛擬仿真技術(shù)為學(xué)生建立起機(jī)械制造虛擬仿真教學(xué)平臺、機(jī)械設(shè)計(jì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺、機(jī)械電子網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺以及課外實(shí)踐與科技創(chuàng)新虛擬仿真平臺，利用這四個(gè)優(yōu)勢互補(bǔ)、相互依存的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺充分利用虛擬仿真技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用。其中機(jī)械類專業(yè)的學(xué)生要求能夠有很強(qiáng)的操作機(jī)械CAD技術(shù)的能力，但是培養(yǎng)該能力需要對學(xué)生進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械實(shí)訓(xùn)以及數(shù)控實(shí)訓(xùn)，然后再通過實(shí)習(xí)來實(shí)逐步實(shí)現(xiàn)的。因此，教師可以先提出一個(gè)問題后，針對這個(gè)問題把整體的方案設(shè)計(jì)出來，然后按照方案進(jìn)行實(shí)施。同時(shí)在實(shí)踐教學(xué)的過程中要充分利用三維大型CAD軟件，三坐標(biāo)測量儀等大型硬件設(shè)備，這樣可以為學(xué)生提供一個(gè)更加完備的教學(xué)平臺。第四，對學(xué)生進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生能夠熟練的運(yùn)用二維、三維軟件，進(jìn)而可以對典型零件的計(jì)算機(jī)繪圖、零部件的設(shè)計(jì)有一個(gè)充分的了解，在虛擬的環(huán)境中對零部件的組成以及運(yùn)動(dòng)的情況有一個(gè)細(xì)致的觀察，才能更好的進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)。
4虛擬仿真技術(shù)對機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的意義
虛擬仿真技術(shù)的使用對機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)意義重大。在機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中所需要的實(shí)驗(yàn)設(shè)備價(jià)格昂貴、占地面積大、對于設(shè)備的保養(yǎng)和維護(hù)都有很高的要求，因此需要對其進(jìn)行巨額的資金投入，加大了中職學(xué)校的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。而使用虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以減少對設(shè)備資金的投入，避免了設(shè)備的損壞維修的情況出現(xiàn)，而且也可以使每一個(gè)學(xué)生都可以實(shí)現(xiàn)親自動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn)，真正將實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)權(quán)還給學(xué)生，提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時(shí)又可以降低教學(xué)成本，達(dá)到教學(xué)目的。同時(shí)，利用虛擬仿真技術(shù)可以有效的將教材中的理論知識同實(shí)際操作聯(lián)系起來，讓理論知識不再拘泥于書本，實(shí)現(xiàn)理論服務(wù)于實(shí)踐，強(qiáng)化學(xué)生動(dòng)手能力的同時(shí)也讓他們對理論知識有了更深的理解與印象。
5結(jié)論
將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，可以增加學(xué)生對于實(shí)驗(yàn)的參與程度，解決了實(shí)驗(yàn)教學(xué)中設(shè)備老化和不足的問題，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方式更加符合現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展要求，使學(xué)生有了更好的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量與水平。
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