机械类实验教学资源共享体系的构建

夏萍

(湖北理工学院机电工程学院，湖北黄石435003)

0 引言

实验教学是高等教育课程改革的重要环节，也是落实课程目标，加强学生动手能力、实践能力和创新能力的培养，提高高等教育质量的重要途径［1－2］。实验教学资源在高等学校的学科建设、人才培养、专业建设中发挥着举足轻重的作用。合理构建实验教学资源的共享体系，对于提高实验教学资源的使用效率、提高人才培养的质量、优化实验教学资源的合理配置、加快实验教学的发展等具有极其重要的现实意义［3］。本文以机械类实验教学为例，探讨了机械类实验教学资源共享体系的构建。

1 机械类实验教学资源共享体系的内容

实验教学资源包括实验环境、实验条件及实验对象等多方面的内容。就机械类实验教学资源共享而言，应构建以重点课程、专业实验项目、实验场地等方面资源为主要内容的共享体系，具体包括以下几个方面。

1.1 重点课程实验资源的共享

通过精品课程、优质课程及特色课程的建设，加强与之相关的课程实验资源的建设和共享。例如，可以面向学生开放包括“机械原理”、“单片机原理与接口技术”、“机械制图”、“自动控制理论”、“互换性与测量技术”、“机械设计”等专业重点课程的教学资料，通过这些重点课程教学资料的开放促进课程实验资源的共享，这些课程资源应该集教学名师、精品教材、教学改革成果于一体，实现重点课程的教案、大纲、习题、实验、教学文件以及参考资料等教学资源通过互联网向学生免费开放，实现优质教学资源的充分交流与共享。同时，将相关专业课程向企业开放并与之共建，聘请企业技术骨干担任课程教师，引入课程竞争机制，推动实验教学内容、方法和手段的改革，提高实验教学质量。与其他高校在相关实验课程上进行资源共建，互认学分，开放辅修专业课和双学位，接受其他高校学生参与实验项目。

1.2 专业实验项目的共享

在充分利用校内外资源的基础上，将相关专业实验室整合于一体，形成资源共享的项目运作模式，以共享的方式开展相关专业实验项目。例如，在虚拟仿真实验教学方面，可以建设面向学生的共享虚拟实验室，借助虚拟仪器进行实验教学，将传统仪器的硬件功能软件化，开展虚拟仿真实验教学系统的建设与运行工作，承担虚拟设备设计应用课程的理论、实践教学任务。针对机械类专业学生，可以在一些综合性实验项目上，利用虚拟仿真的优势，开发和共享包括机械零部件装配实验、虚拟设备技术、虚拟设计及制造等实验项目。

1.3 实验场地和设备的共享

为充分利用实验教学场地和设备，在共享体系的建设方面应该面向学生开放实验场地和设备。实验场地和设备的共享开放应该围绕具体项目开展，例如，开设实验室开放项目，学生在教师的指导下利用实验室的场地和设备进行创新性实验及虚拟仿真的操作和运行。实验室开放项目的选题和定位应该紧扣实践教学，指导教师应及时更新知识，形成以教师为主导、学生为主体的实验室开放模式。同时，充分利用实验室开放项目，激发学生自主学习的兴趣，扩大学生参与面，从而提高实验教学设备的利用率。

此外，应依托相关实验场地和设备面向学生和相关企业技术人员建立创新基地，共享实验室场地和设备。在创新实验室的建设方面，应不断更新教育教学观念，积极探索和改革人才培养模式，强化实践性教学环节，在培养社会适应能力强的应用型人才方面进行有益探索，特别是在学生学科竞赛方面，可以依托共享的实验场地和设备积极扩大学生受益面和参与度。同时，强化过程管理，优化学科竞赛的评价机制和体系。

2 共享的途径和方式

2.1 校企联合实验室的建设

实验教学资源的共享不仅要利用校内的各种资源，还要充分利用校外的各种资源，尤其是要充分利用本行业及相关企业的资源。在实验教学资源的共享上可采取学校与企业共建校企联合实验室的形式，与企业共同开发具有“订单式”特色的校企共建的实验项目和实验教材，开设校企共建实验课程及实训。依托企业的先进生产技术和优质的设备资源，建立校企联合实验室，将学校的创新资源优势、科技人才优势与企业的产业市场优势、研发投入优势紧密结合，面向社会和企业在实验项目开设、实验研究、学生实践实训、教学资源等方面推行开放共享的管理机制，推行市场引导实验教学、实验教学服务产业的创新理念。同时，通过共享学校与企业资源，避免资源重复建设，解决资金压力，通过企业参与，实现高校服务地方经济社会发展的目标。

2.2 虚拟实验教学资源的建设和利用

建设实验教学资源共享体系，逐步拓展实验教学资源共享的途径和方式，引进和应用虚拟现实技术，为实验教学资源建设服务，彻底打破空间的限制。例如，利用虚拟仿真技术让学生可以进入虚拟的机械设备、零部件等内部，考察机械设备内部的结构、功能和工作情况。利用虚拟技术突破时间的限制，观察机械零部件的磨损、腐蚀变化，这些变化在现实中往往需要几年甚至上十年才能观察到，而通过虚拟现实技术则可以在很短的时间内呈现给学生。同时，依托虚拟制造技术，利用计算机、交互外设及软件来构建一个虚拟的设计制造环境，使学生如同在制造现场一样，与荧屏上出现的制造过程进行自由交流［4］，不断拓展资源共享的方式和途径。

3 推进教学资源共享的措施

实验教学资源共享体系的构建，应该依托专业建设建立有效的共享教学资源库，与企业在教学资源上建立合作共享机制，共享企业的相关资源。

3.1 构建资源共享的有效机制

以实验教学资源共享体系的构建为主体，联合相关院系、高校、企业及社会团体，树立资源共享的基本意识，构建资源共享有效机制，保证资源共享的实现。建立新的管理体制，保证教学资源共享的实现。为保证教学资源共享目标的实现，建立校、企、政多方联合的决策机构，对实验教学资源共享体系实行专业化的协调和管理。在基本认识一致的前提下，建立一个相互信任、平等、自愿、合作、协调的管理机构，其负责制定出优质教学资源的评价标准、评价方法、使用条例等，使优质教学资源共享有法可依，有组织进行协调，从根本上解决实验教学资源的共享问题［5］。

3.2 丰富实验教学资源共享的内容

实验教学资源共享的核心是内容建设，对机械类实验教学而言，在前期实物资源建设的基础上，可以依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通讯等技术，围绕虚拟设备、虚拟设计及虚拟实验环境等方面进一步丰富实验教学资源共享的内容，提高共享层次。依托虚拟技术开发相关实验项目，建设相关实验系统。例如，可以进行包括虚拟样机、虚拟制造、虚拟装配等相关实验系统的建设。

3.2.1 虚拟样机设计系统

对于机械设计而言，可以利用虚拟现实技术在可视化方面的强大优势，对产品进行几何、功能、物理等方面的交互建模与分析，将不同工程领域的开发模型结合在一起，从各个角度来模拟真实产品。应用虚拟样机技术，可以直观形象地对虚拟的产品样机进行设计优化、性能测试、制造和使用仿真［6］。

虚拟样机设计系统是一个支持并管理产品全生命周期虚拟化设计过程和性能评估活动的集成系统，采用CAE及仿真工具(CAD、UG、ADAMS)设计、开发和实施虚拟样机工程的集成应用系统平台。该系统由设计子系统、仿真子系统和管理子系统这3个部分组成，虚拟样机系统组成如图1所示。

图1 虚拟样机系统组成

3.2.2 虚拟制造实验系统

虚拟制造实验系统着眼于集成的、综合的制造环境，并具有建模和仿真功能，集产品的生产、工艺、采购和管理于一体，使设计者和制造者在真实产品制造之前，能仿真产品的制造过程，甚至仿真产品的最终功能，从而可以作出更为优化的实施方案［7］。虚拟制造体系结构如图2所示，该结构主要包括构建虚拟产品加工、虚拟设备、虚拟布局及虚拟调度等模块。

图2 虚拟制造体系结构

虚拟制造实验系统具有统一的框架和数据模型，并具有开放的体系结构，其支持虚拟制造环境下的产品数据模型，可以提供多种产品信息(设计、加工、装配等)的研究环境。而基于产品资源计划的虚拟制造集成技术，还可以提供虚拟产品加工、虚拟设备、虚拟布局与虚拟调度的集成技术研究环境。

3.2.3 “虚拟装配”实验

“虚拟装配”是产品数字化定义中的一个重要环节，在虚拟技术领域和仿真领域中得到了广泛的应用。在计算机上提供一个实时、身临其境的三维虚拟环境，通过立体视觉、听觉、触觉等效果，全面逼真地反映出现实的维修和技术保障的环境及其实现过程，从而实现装配校验可视化，仿真整个装配过程。包括装配工艺规划、装配可视化和仿真校验，确定产品装配过程中最优的装配、拆卸和重组顺序，校验和修改装配流程，进行装配可行性、可制造性、可维护性分析［8］。典型机械零部件的虚拟模型装配如图3所示。

图3 典型机械零部件的虚拟模型装配

3.3 推进实验教学资源共享平台的建设

推进实验教学资源的共享，应以实验教学资源数据库为基础，以实验项目为主体，构建以实验设备、实验内容、实际操作、互动交流为主要内容的优质资源共享系统，开展实验教学资源共享平台的建设，将实验仪器、设备及应用系统等实验教学资源整合、分类并合理应用，通过该平台实现教学资源的共享。同时，不断完善共享平台系统，保障优质资源可持续发展。

4 结束语

构建机械类实验教学资源的共享体系，应该深化与相关高校和企业的合作，创新和优化人才培养方案中的实验内容和实验模式，构建实验教学共享体系，推进实验教学改革与实践。不断丰富实验教学资源共享的内容，拓展资源共享的方式和途径。此外，应该大力加强师资培训，扩大优质资源的使用范围，将互联网技术密切渗透到教师日常实验教学中，全面实现优质实验教学资源的共享。

［1］ 邵晓玲，陈永泰，杜建国，等.实验教学与创新人才培养［J］.实验科学与技术，2011(1):173－176.

［2］ 吴恺，董婷，王唯.围绕“三三制”人才培养深化实验教学改革［J］.实验室研究与探索，2013 (4):128－131.

［3］ 张丽君，段万春，赵霞.高校教学资源共享的思考［J］.高教论坛，2008(6):176－178.

［4］ 田春霞.虚拟现实技术在数控技术教学中的应用［J］.装备制造技术，2007(4):112－114.

［5］ 沈纪全，赵俊伟.关于高校校内教学资源共享问题的几点思考［J］.实验室研究与探索，2012 (1):185－187.

［6］ 陈曦.复杂产品虚拟样机技术及其应用研究［D］.南京:南京理工大学，2005.

［7］ 傅建平，巫修海.虚拟制造技术及其应用研究［J］.机床与液压，2004(6):6－8.

［8］ 马竞.虚拟制造技术研究概况综述［J］.机械制造技术，2005(10):34－35.