基于网络和虚拟仪器的《机械设计》辅助教学平台设计

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摘 要：针对机械类专业《机械创新设计》课程本身实践性强的突出特点,结合当代高等教育对学生实践应用能力的重视和教学实践环节投入不足等实际情况,本文构建了基于网络和虚拟仪器技术的课程辅助教学系统,以强化学生在实践条件不足情况下对典型装置的工作原理、结构和工艺性的深入理解.该系统是以计算机信息技术、程序设计、多媒体技术及网络技术为基础的虚拟辅助教学平台.该平台增加了课程的工程性和实践性,在教学中取得了较好的效果.

关 键 词：虚拟仪器网络辅助教学平台

中图分类号：G64文献标识码：A文章编号：1672-3791(2012)05(b)-0178-02高等教育出版社的马盛明早在1999年就发表了《机械创新设计教育》[1]一文,文中指出：创新是时代的需要,国家兴旺发达的不竭之力,我国的教育事业在人才培养模式、教学计划、课程体系和教学内容等方面取得了很大进步,但与发达国家相比差距还较大,受应试教育的影响,在大学教育阶段仍然重在理论知识的灌输,传授知识多,实践教学方法落后且很少有创造性,缺乏对创新能力的提高.

近年来,在国内外各类学术期刊杂志上,有多位教育界的专家、学者发表了有关机械专业应用虚拟技术的文章[2～4],从资料中可看出：针对高素质的创新型人才的市场需求,弥补我国目前无论在教育还是在产品设计方面,设计者主动创造性的不足[5],专家学者对基于计算机与网络技术的虚拟原型技术和多媒体技术等在机械教学中的应用问题进行了全面深入的研究,并在各具体问题的解决中做出了自己的贡献,但目前仍缺乏适用于高校《机械创新设计》课程系统性的虚拟教学平台,如何整合资源、创建优化的教学平台,所以提高教学资源的开发利用和提高学习者创新能力的培养,成为本文解决的关键问题.

提高机械创新设计教育的举措,首先是提高对机械专业教育重要性的认识,在课堂教学中坚持生动活泼的教学方式、开展多种机械课程实践、充分利用现代化的教学手段、利用计算机软件进行创新设计、在系列课程中完善机械创新设计能力的培养.

在本科《机械创新设计》课程教学实践过程中,由于基础教学硬件的欠缺,学生对大部分的授课内容只能从理论的层面上做出抽象的理解,无法通过形象的实物结构对系统原理、工作流程的动态过程得到更深刻、直观的符合实际的感性认识,由此造成机械类专业的学生在掌握了书本的理论后难以在实践环节中获得更大的收获,限制了创新思维和创新能力的培养,因此,本文以计算机信息技术、程序设计、多媒体技术及网络技术等现代教育技术为基础,进行的《机械创新设计》虚拟教学辅助平台的设计研究将具有重要的理论意义和实践价值.

1构成框架

该网络化虚拟教学平台包含的主要内容主要体现在两方面：一方面,结合多年的教学实践,依据《机械创新设计》课程的特点设计虚拟教学平台体系,通过良好的人机交互界面来创造性的发挥学生的主观能动性；通过生动、形象的图形、图像等多媒体手段使学生达到不在生产现场也能进行生产实践的良好效果,提高学生源于虚拟实践过程的创新思维和创新能力,为培养新世纪的创新型人才打下良好的基础.另一方面,弥补高等院校教学及实验基础硬件设施的不足、增强学生对虚拟实体及系统的操作及设计能力,提供学生向社会实用型人才过度的良好平台,既保证良好的经济性又具有重要的实用价值.在随后的虚拟教学平台的实践检验过程中,获得科学的应用效果分析,为进一步优化高等院校机械专业教学体系提供可靠的实践依据.

网络化虚拟教学平台的主要组成内容及设计版式如图1所示,在辅助教学平台中即包含丰富的创新思维与创新技巧等基本理论知识方面的参考资料,又用大量模块如实验指导、多媒体素材库去（如图2）体现创新实例的结构、应用等多媒体体现出的直观效果.

通过虚拟仪器技术、多媒体技术及网络技术的综合应用,构建的机械类专业虚拟教学平台,平台系统层次结构如图3所示.该平台使学生可通过网络更深入的理解和掌握《机械创新设计》专业课程的平面及立体虚拟实体结构、系统的动态仿真及设计的基础理论与实现过程[6,7].并通过进一步的实践检验来研究评价该平台对大学生创新能力培养的影响情况.

2实现过程

网络化虚拟辅助教学平台的实现步骤如以下几点.

(1)实现机械类专业的虚拟教学平台整体结构的优化设计,形成层次清晰、种类齐全的具有良好人机交互属性的网络化虚拟教学平台.

(2)虚拟平台中图形（像）采集与制作、动画等多媒体的制作及方法确定.

(3)研究虚拟教学中实现零部件设计,参数调节,零部件的连接与控制的方法.

实施的方案是：应用dreamwer开发虚拟教学平台,实现整体方案；构成平台的各功能子模块中的零、部件图的模型通过CAD/Pro/e/Solidworks来实现；装置系统动画部分用flash进行制作及现场采集多媒体录像.最后进行模块的验证应用及效果评价,并及时修改完善,最后是虚拟教学平台的完成及实践效果评价研究[8].

3结论与讨论

《机械创新设计》辅助教学平台的构建及网络化为机械类专业的实践辅助教学环节提供一个具有良好人机界面的创新教育资源库.它不仅提供丰富、直观、形象的多种典型机构及系统的立体、动态的虚拟资源,弥补授课过程中示范性实物等基础设施的不足,也使学生在网上即可获得对学习内容的补充和深入研究,以提高专业课程《机械创新设计》相关机械结构、系统的实践认识,改善实践教学时间和设备不足.桂林电子科技大学本科专业《机械创新设计》课程通过辅助教学平台的应用,经过3年的检验,选课学生普遍反映平台的应用带来较好的学习效果良好,学生参加种类创新设计的积极性明显提高,参赛人数逐年呈上升趋势.

因此,该教学平台为机械类专业教学质量的提高和创新型应用型人才的培养提供良好的培养基础,该教学平台的实践检验为该方法在优化教学体系中的进一步应用提供可靠依据.