机械设计与制造专业教学中虚拟资源的开发利用

王素梅

(甘肃交通职业技术学院 汽车系，兰州 730070)

1 计算机虚拟设计和制造技术

虚拟设计是利用计算机的仿真技术来为现代设计方法与技术进行基础展示的一项内容，是通过利用计算机技术来制造一种特殊的人工环境，让人们能够在这种环境中生出与现实世界相似的想象，这种时间和空间是可以改变的，从而帮助人们在这一环境中完成对现实生活中所需要的设计制造过程，最终实现节约成本、优化系统和改善制造周期的目标[1]。虚拟设计主要是利用软件建立一个机械系统的三维模型来进行展示，这样可以让设计者将更多精力集中在创造设计中，而复杂的绘图等工作都是由计算机来完成的。另外，在进行编辑修改时，利用计算机系统可以极大提高效率。虚拟制造和仿真则是更高级的阶段，是通过计算机来完成从产品设计制造到检验的整个过程，可对物体进行实际模拟，并从设计规划到制造等各个环节来进行检验，从而提高各级的决策控制能力，减少设计者在设计开发过程中所遇到的问题，以便更快地完成新产品研发。

2 虚拟技术的研究现状

虚拟技术能够同时为人们提供听觉、视觉和触觉的感受，只需要通过系统提前设计好的程序就能够完成在虚拟环境中的一些动作，让人们产生一种身临其境的真实感受。虚拟技术平台主要依靠的是计算机，同时还会结合图像传输处理技术、网络技术、人机对话技术，等等。以前，人们一直都在探索如何去打破传统的数字化展示方式，希望能够创造出图文并茂的真实情境供人们享受，让用户能够在这样的情形下去处理信息，从而提高自身的认知[2]。

目前，全国各大高校都开始改革自身的人才培养模式，但还有很多学校的教学仍然是利用最原始的方式，学生自身的积极性得不到调动，难以激发出他们的创新意识和能力。而将虚拟技术应用在教育领域则能够为学生营造出更加真实的场景，让他们能够坐在教室中就获得良好的实践体验，使学生能够对学习内容更加感兴趣，不断提高教学效果。

3 开发虚拟资源的意义

机械设计和制造专业的实践性非常强，在教学时会受到环境设施以及场地等种种因素的影响，学生很少有机会可以去相关的制造厂参观，这样就导致学生难以真正理解书本中的理论内容，无法达到融会贯通的效果[3]。而将虚拟技术应用其中就可以让学生更真实地观察每一零部件的构造，明白它们之间的关系，加深对这些机械加工工艺的了解。在这种虚拟教学中，学生可以自由选择自己喜欢的方式和环境进行学习，能够获得更多课堂中没有的内容，在实际操作中也可以通过大量的练习来减少错误率。另外，虚拟技术的应用能够减少学校在购买教学设备等方面的资金投入，很好地解决了不能及时更新设备这一问题。学生在进行实习时会消耗大量的材料，操作不当会有可能造成机械的磨损，而虚拟技术的应用就能够完全避免这些问题。虚拟平台技术还有网络功能，能够完成远程教育，即使学生和教师不处在同一空间也可以进行面对面的交流和学习。虚拟平台技术可利用宽带对数据进行传输处理，从而实现双向交流。这一技术还可以为教师生成自动的功课答卷，并利用网络进行分数评价、查询和分析，极大地减轻了教师平时的工作压力，同时也使得无纸化办公变得越来越普及。

4 虚拟资源在机械设计与制造专业教学中的应用

4.1 强化学生的三维思维能力

以往的教学都是让学生通过参观模型来提高思维能力和看图技术，而在课堂中应用了虚拟技术以后，可以让学生更真实地了解不同机械的构造。这种新型的教学方式不仅激起了学生的求知欲望，还能通过三维虚拟的模型库让学生的思维和想象得到扩展。这种三维设计的方式不仅直观形象，而且还简单易操作，既增加了设计内容，又给了学生足够的想象空间。

4.2 改革传统的实验教学方式

运动的虚拟仿真分析主要应用在与机械原理有关的实验中，它可以进行运动结构的模拟及仿真展示，同时还可以根据运动做出正确的曲线图参考，并与实际所测量的曲线进行分析和比较，从而得出正确的数据结果，帮助学生对机械运动的内容进行理解，真实地了解运动规律以及速度的调节。机械产品的设计分析与应用极大改善了机械实验的教学环节，在减速器设计、拆装实验以及机械系统方案的综合实验中，可通过三维设计软件来将不同零件的构造形状做成三维模型，然后按照正确的方式将不同零件组装在一起，最后使一台机器得到完整组装，并向学生们展示，让他们能够更直观地去了解机械的设计拼装。在这一过程中就应用了虚拟技术和运动仿真技术，为日后的运动仿真应用打下了学习基础。通过软件进行动态仿真，不仅解决了在教学过程中学生无法参观机械组装的问题，而且还用一种全新的方式提高了学生在机械创新方面的思维能力。

4.3 提高教学效果，节约成本

数控仿真系统也是虚拟制造的一种，它是利用计算机来形成一个虚拟环境，这一环境就是在计算机图形中所构成的一种三维模型，它能够创造出一个集视觉、听觉为一体的人工环境。这一技术既能够独立运行，也能够在线运行。独立运行主要是指机床模型，在实验过程中需要一台微机，实际的数控机场操作过程都是通过显示器中的仿真面板来进行操作的，有关零件的切削过程都是通过三维动画来完成模拟。在线运行主要是指机床的工作方式，要将教学系统与实际机床系统进行结合，并通过一系列硬件和软件的帮助来完成零件的切削工作。在这一操作过程中，除了仿真面板的应用以外，其他过程都是和实际操作完全一致的。在这种环境下，学生更能够感受到真实的操作环境和步骤，不仅提高了教学效果，还避免了实际机床操作可能会出现的一系列风险，既保障了学生的人身安全，又节约了成本。

4.4 提高学生的学习兴趣和学习效果

机械设计制造专业中的理论学习很枯燥，而课堂多媒体的应用能够让学生更加集中精神，可以将复杂抽象的内容变得更简单具体。让学生和教师利用课件来进行互动可以提高学生的课堂参与度和学习效果，使课堂资源能够发挥出最大价值。开放的虚拟教学可以让课堂中的参与各方进行交流，这种自由化、人性化的环境能够减少学生的学习压力，同时也是改变教学方式的一种体现。这种虚拟实践性的教学可以让教师更快速准确地总结教学经验，使教师的主导作用和学生的主体作用都能得到更好的体现。利用虚拟资源进行学习的过程中，学生的测试和学习都会由系统自动进行打分，然后根据结果来划分教学的重点和难点。这种教学方向的更新可以让学生及时对教学内容提出质疑，并向教师反馈自身的问题，这对于节约教学时间和提高课堂效率非常有意义。