分析虚拟仿真实验在机械教学中的应用

孙辉

[摘要]在高校机械教学中，虚拟仿真实验对学生的实践能力培养具有重要意义，虚拟仿真实验室建设是高校信息化水平的重要衡量指标。以高校机械教学入手，分析高校虚拟仿真实验室的开发现状，在此基础上分析虚拟仿真实验在机械教学中的实际运用，并提出完善虚拟仿真实验教学体系的相关策略，以期为推动高校机械教学的虚拟仿真实验教学提供参考性建议。

[关键词]机械教学;虚拟仿真实验;虚拟实验室

[中图分类号]  G712                    [文献标志码]  A                [文章编号]  2096-0603（2018）36-0177-01

机械教学作为高校工科专业的重要专业，具备理论性与实践性相结合的特点。因此，开设教学实验室，通过实验教学检验学生对知识的掌握程度、培养学生解决问题的能力，全面提升学生专业能力具有重要意义。随我我国高校教学的不断发展，传统的实验室不能满足高校机械教学的实验教学要求，因此，建设虚虚拟实验室，开展虚拟仿真实验是高校机械教学发展的趋势。目前，我国机械教学的虚拟仿真实验教学尚不完善，高校虚拟实验室的建设、虚拟仿真实验在高校机械教学中的实际运用及如何完善虚拟仿真实验教学体系是当前高校机械教学的重要課题。

一、高校机械教学虚拟实验室开发现状

当前我国高校机械教学对实验室的开发，主要有机械原理、机械设计、金相技术与热处理、金属材料力学、数控技术、液压与气压技术、机构创新综合等实验室，承担机械工程教学的实验教学、学生创新项目、教师课题研究及毕业设计实习任务，对机械教学的实验教学具有重要意义。我国高校实验室开发普遍存在的现状是实验室开发以传统实验室为主，操作方式以传统实物操作为主，在发挥其作用的同时也存在许多不足。一方面，传统实验室中利用实物操作进行实验教学的方式不能满足当前红河学院的实验教学、学生创新项目要求;另一方面，部分实验室存在实验设备老旧损坏和实验设备短缺的问题，不利于实验教学的开展。针对机械教学实验室存在的问题，应有效利用现有条件，将虚拟仿真技术引入实验教学，着重开发虚拟实验室，对部分典型实验进行试点改革。其中，进行试点改革的典型实验主要有机械常见机构认知实验、机构运动简图测绘实验、机械加工分析实验等。通过对部分典型实验进行试点改革的调查来看，取得了良好的教学效果，能有效满足实验教学要求，同时有效解决了部分传统实验室实验设备老旧破损和短缺问题。

二、虚拟仿真实验在机械教学中的实际应用

（一）机械常见机构认知实验

机械常见机构认知主要是针对机械常见机构，如连杆机构、齿轮机构、组合机构、运动机构的类型和运动情况进行观察，对机械的基本要素进行掌握。在传统实验室中，主要是通过参观机械示教陈列柜中的机械常见结构，对其进行观察和掌握，但示教陈列柜所陈列的机械常见机构种类不齐全、更新不及时，导致传统的教学方法较为落后。在虚拟仿真实验在机械教学中的应用中，开发机械常见机构认知实验教学，利用互联网软件建立机械常见机构的三维模型，并模拟其装配过程和运动情况，有效解决了传统实验室在机械教学中存在的问题，并提高了学生的兴趣和学习积极性。

（二）机构运动简图测绘实验

机构运动简图测绘实验的教学要求是要求学生熟练掌握机构运动简图的测绘方法。在传统实验室中，主要是通过观察机械运动情况进行测绘。但由于传统实验室部分设备老旧，且存在设备缺损问题，开展机构运动简图测绘实验难度大，测绘结果误差大。在虚拟仿真实验中，通过开发机构运动简图测绘系统，利用互联网软件建立机构的三维模型，并仿真模拟其运动情况，通过增加测绘功能，逐步播放机构运动过程，进行有效测绘。可通过在仿真实验室下进行机构运动简图测绘实验，能直观地反映机构运动规律和过程，增强学生对机构运动简图的理解。

（三）机械加工分析实验

机械加工分析实验的教学要求主要是巩固学生的统计分析学理论知识，使学生熟练掌握统计分析法并利用统计分析法判断问题。传统实验方法主要是在实验室中通过在机床上进行机械零件加工，得到一定基数的原始数据进行分析。传统试验方法耗时长、成本高、误差较大、整体实验效率较低、整体实验效果不理想。通过虚拟仿真实验进行机械加工分析，利用虚拟仿真加工生成数据基数，得到样本数据，进行误差统计分析实验。该方法主要有两种形式，一是进行实验样本数据输入;二是通过模拟仿真加工自动生成样本数据。该方法相较于传统试验方法的优势有两点：一是降低耗时、降低成本，有效提升实验效率;二是样本数据受其他因素的影响较小，可靠性高，得到的分析结果准确性高。

三、完善虚拟实验室教学体系的策略

当前，高校实验室的现状和高校机械教学对实验室的要求不相匹配，完善虚拟实验室教学体系，能有效提高高校机械教学教学效果，促进学生的综合素质发展。以现有资源位依托开展虚拟仿真实验教学，高校在完善虚拟实验室教学体系时，应当充分利用现有资源，一方面是软硬件基础，充分利用现有的实验室的软硬件进行虚拟实验室开发;另一方面是充分发挥高校在计算机技术方面的优势，进行虚拟实验室的开发。

综上所述，当前我国高校机械教学虚拟仿真实验的发展程度较低，现状不容乐观。通过对部分虚拟仿真实验在实际教学中的应用效果来看，能有效解决高校实验教学存在的问题，有效提升教学效果。因此，高校要充分重视虚拟仿真实验教学在机械教学中的应用，致力于完善虚拟实验室教学体系。通过充分发挥高校的资源优势，不断进行虚拟实验室开发，并充分将虚拟仿真实验教学应用到实践教学中，提升学生的应用能力，从而提升学生的综合素质，适应社会对机械专业人才不断提高的要求。

参考文献：

[1]赵海山，姜海.虚拟仿真技术在机械工程实验教学中的应用[J].科技资讯，2016，14（19）：153，155.

[2]郭德伟，王海生，闵洁，等.虚拟仿真实验在机械教学中的应用[J].新西部（理论版），2012（6）：31，36.