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摘要：现今我国随着虚拟仿真技术的出现，对人们的工作和生活方式带来了较大影响。对于机械制造类课程而言，在实践教学中存在设备操作危险和设备昂贵等问题，为了提高教学质量，教师可以在机械制造类课程中通过使用虚拟仿真技术，为学生直观展示各类机械工具的操作方式和应用步骤。为了凸显出虚拟仿真技术的教学价值，教师应综合考量影响机械类课程教学质量的因素，围绕学生学习能力探寻教学模式，使学生以主动学习的心态参与到课堂学习中来，提高课堂教学水平。本文主要对虚拟仿真技术在机械制造类课程中的应用进行探讨。
关键词：虚拟仿真技术;机械制造类;课程;应用
引言：
自从国家研发出虚拟仿真技术后，被众多教师积极运用到课堂教学中来。目前部分教师在组织机械类课程教学时，会运用虚拟仿真技术为学生呈现教材上的知识点，力求通过虚拟仿真技术，解决机械设备操作危险、设备贵以及机械课程技术集成程度高等方面的问题。为了发挥出虚拟仿真技术的应用价值，教师在机械制造类课程上应以学生学习需求为导向，围绕每个课时知识点的教学特征设置应用方式，使学生在虚拟仿真技术辅助下能够充分理解教学知识，提升学生学习效率。
1虚拟仿真技术概述
虚拟仿真技术又被称作虚拟现实技术和模拟技术，需要人们运用计算机，在虚拟的系统行模拟真实系统的技术。从广义层面来看，虚拟仿真技术是在人类对自然世界变化规律形成基础认识后，运用模仿的方式仿照自然规律，现今随着计算机出现，人们开始运用虚拟仿真技术论证、实验客观世界产生的各类现象，根据实践数据分析自然世界的变化规律，当下已经成为人们认识、变革和创新客观世界的虚拟性技术；从狭义层面来看，虚拟仿真技术是在计算机技术发展的基础上，产生的与试验研究有关的信息技术。由于机械制造类课程对学生实践能力要求较高，但是目前部分设备价格昂贵、操作危险，院校无法为学生提供，当教师在课堂上运用虚拟仿真技术组织教学时，可以运用虚拟仿真技术手段处理这节问题，让学生在虚拟环境中通过学习实践，充分掌握相关机械的性能和使用技巧，提高听课效率。
2目前机械制造类课程教学中存在的问题
2.1虚拟仿真技术仍处在初期应用阶段
这几年我国信息技术发展成熟，教育领域开始运用智能化设备讲解教学知识，现今多数院校已经利用虚拟仿真技术组织机械制造类课程教学，使课堂教学质量得到明显提高，彰显出院校的现代化教学发展步伐。但是在教学中发现，虽然部分院校已经配置了部分与虚拟仿真技术有关的设备，但是由于教师对该项技术了解程度较低，在课堂上很少运用虚拟仿真技术解释教学知识的含义，仍习惯沿用口头讲课的方法，围绕教材上的文字内容讲解知识点，没有将虚拟仿真技术全面运用到课堂教学的各个环节，导致虚拟仿真技术成为了一种浮于表面的教学设备，阻碍了虚拟仿真技术在教学领域的发展进程。
2.2教学方式有待完善
虽然近年多数院校在机械类课程教学中，鼓励教师运用虚拟仿真技术进行讲课，然而在具体实践中发现，教师使用的教学方式有待完善。目前受到教学资源影响，大多数教师在运用虚拟仿真技术时，需要组织学生前往多媒体教室，课堂上也是运用虚拟仿真技术中的视频和图像播放功能，为学生展示教材上的文字内容，教师通过辅助讲解的方式，帮助学生理解相关素材的含义，讲课方式比较单一，没有围绕学生学习需求探寻新型教学模式，课堂教学方法比较固定，导致部分学生在面对机械类课程时，丧失了浓厚的学习兴趣，弱化了虚拟仿真技术的应用价值。
2.3课堂教学趣味性较低
院校在机械类课程中应用虚拟仿真技术的目的，就是为了用虚拟仿真技术处理操作过程中出现的实践危险和解决设备昂贵等问题，将教材上抽象的文字内容，借助影视和图画直观展示给学生，帮助学生充分了解教材上的理论知识，掌握相关机械的操作技术。但是在具体应用虚拟仿真技术的过程中，大多数教师基本上是以PPT课件的方式进行授课，没有为学生设计游戏类或者实践类活动，课堂教学趣味性较低，从而使得学生无法以良好心态投入到课堂学习中来。
2.4学生学习能力较差
学生的学习能力决定了听课质量，如果学生具备良好的学习能力，可以在较短时间内充分理解教学知识的内涵，并可以在实践中达到举一反三的效果。但是由于我国学生学习能力较差，大多数学生在学习机械类课程中的理论知识时，无法选择恰当的方法探寻相关知识点的含义，不能充分利用虚拟仿真技术探索相关机械的操作方式，在学习中存在盲目的学习现象，这种情形导致学生在今后实际工作中接触相关机械时，只能按照相关机械提供的指导书进行实践，自学质量较差。
3虚拟仿真技术在机械制造类课程中的应用策略
3.1制定差异化教学目标，增强教学质量
教学目标是教育体系中的首要环节，教学目标是否合理直接决定了课堂教学效果和学生学习质量。过去教师在机械制造类课程中设置教学目标时，是以每个课时教学内容为基础，为全班同学设计同样的听课要求。但是在具体开展教学中发现，每个学生理解能力都不同，导致学生在学习相同的理论知识时，产生的学习效果也不一致。因此，当教师在该课中应用虚拟仿真技术时，应立足学生主体制定差异化教学目标，在备课时期系统钻研每个课时教学内容，结合教学经验分析重难点讲解方法，预估学生在听课中可能会出现的疑惑，围绕学生的实际学习情况制定要求制定差异化教学目标，增强教学质量，确保全班同学在课堂学习中都能充分掌握教学知识。例如，在讲到《五轴数控编程》时，这门课程涉及到机械设计、机床设计和计算技术等内容，对学生实践能力要求极高。为了在教学中实现这一目标，教师应积极运用虚拟仿真技术组织教学，推动新工科建设步伐。在课堂上教师可以运用现代数学工具，工程CAD/CAM软件和仿真软件VERICUT设计，为学生创建实际制造过程的五轴数控机床虚拟实验，这样可以解决院校实践设备不足、操作危险性高的问题，确保学生安全。在制定教学目标时，教师可以将学生分成学习速度较快和一般两种类型。通常情况下，学习速度较快的学生领悟能力较强，教师可以要求学生在课堂上利用VERICUT软件学习机床创建、工装夹具设计和多工位设置方法，模拟加工操作步骤；学习速度一般的学生在听课中容易出现无方向感的情况，教师可以在应用虚拟仿真技术展示这节知识之前，告诉学生学习重点，要求学生了解机床运动过程，学习刀位数据后处理为数控代码的理论知识，分析不同切削参数设置方法，使学生在了解基础知识中，能够主动探索虚拟仿真技术中的内容，提高学习效率。
3.2借助现有资源，实施立体化教学
由于机械制造类课程中涉及到大量的实践操作，部分实践设备价格比较昂贵，院校无法为学生配置完善的实验设备。因此，教师在教学中可以运用虚拟仿真技术解决这一问题，深入了解该项技术的使用方法，综合考量该项技术的应用方式，并将其与教材和网络资源融合起来，围绕学生学习需求设计指导方式，在网上搜寻与机械制造类课程有关的教学视频，然后运用虚拟仿真技术进行播放，这样学生可以在教学视频的辅助下全面了解教学知识，提升听课质量。例如，在讲到《气动与液压》时，这节要求学生掌握液压换向阀的工作原理和符号表示含义，学习机械中常见的三位四通换向阀的中位机能，教师可以在课前，在互联网上选择与这节内容有关的视频，将换向阀工作原理与图形符号有关的视频下载下来，课堂上利用虚拟仿真技术为学生还原三位四通换向阀的中位机能，通过视频进行原理演示和动画仿真，为学生搭建一个虚拟真实的学习环境。在视频播放的过程中，教师可以让学生分析视频中哪些地方使用了换向回路，让学生通过观察阀芯尺寸变化总结中位机能的三位四通阀的特点，引导学生参与到课堂学习中来，积极改变过去满堂灌的教学方法。当视频展示完毕时，教师可以让学生解释自身对视频内容的见解，教师可以在学生回答的基础上，运用虚拟仿真技术为学生详细呈现教学知识，通过辅助解说的方式，告诉学生三位四通换向阀的中位机能以及换向阀的工作原理和图形符号，保证每位学生在课堂学习中都能全面理解这节内容。
3.3通过搭建实践平台，增强教学趣味性
由于机械制造类课程操作性比较强，学生在学习理论知识的同时，还应锻炼个人实践能力。当前院校为了培养技能型人才，提倡教学研结合的教学理念，要求教师在组织教学中，积极将理论与实践教学融合起来，注重学生综合能力培育。因此，当教师在机械制造类课程中应用虚拟仿真技术时，应紧跟教育发展方向，围绕该课教学要求设计教学模式，通过搭建实践平台，增强教学趣味性，借助科研项目、学科竞赛和创新项目训练的方法，为学生留有自主试验设计机会，这样学生可以在实践平台，运用虚拟仿真技术设计产品，并在虚拟环境下对个人创造的产品进行调试和改良，使学生在参与实践中能够全面发展各项能力。例如，在学完智能制造虚拟仿真平台后，教师可以向学校申请在实验室搭建实验平台，在实践课上组织学生去实验室，借助虚拟仿真技术进行自主实验。目前智能制造虚拟仿真平台可以围绕用户需求，提供多种处理方案，现有的处理方案主要包含基础版、标准版和增强版，具有展示智能制造实训平台、自由建设设备库、提供多种设备库模型等功能，这些功能能够有效满足不同学生的学习需求。在组织自主实验时，教师可以将全班同学进行分队，让学生通过分队合作的方式，共同完成实践任务。在学生将产品设计完成后，教师可以让每个队伍利用虚拟仿真技术展示设计好的产品，教师可以根据学生的示范表现，告诉学生在相关设备上应输入哪些运行参数，控制该设备的运作过程和运动参数，并当堂组织学生重新调试相关产品，让学生通过模拟系统运行结果，总结设置参数和注意事项，这样学生在反复修改实践中，提升自身对制造的认识和操作水平。
3.4采用学生讲课的方式，培养学习能力
虚拟仿真技术需要教师运用实物和计算机软件建设出真实的情境，让学生在虚拟的环境中进行学习。目前大多数院校在开设机械制造类课程时，通常是根据该行业的社会发展情况，为学生挑选学习教材，教材内容的针对性较强，教师可以在机械制造类课程上运用虚拟仿真技术时，结合该行业对人才质量的要求探寻教学模式，采用学生讲课的方式，培养学习能力，要求学生根据自身对虚拟仿真技术模拟出的实验过程的理解，自主设计讲课内容，使学生在讲解教学内容中，能够转变过去的听课思维，主动学习教学知识。例如，在讲到《数控机床编程与操作》时，这节需要学生掌握数控加工工艺分析和设计方式，了解数控工艺文件的编写技巧。教师可以在导入环节为学生阐述这节学习要点，并将全班同学划分成多个阵营，让学生在阵营中围绕虚拟仿真技术展示的实验过程，相互探讨讲课内容，要求学生深入分析数控加工工艺内容的选择方式和路线设计要求，在学生交流完毕时，教师可以让每个阵营轮流讲课，要求学生在讲课中运用虚拟仿真技术展示技术文件的编写过程，这样教师可以通过观察学生的讲课情况，分析学生对这节内容存在的理解缺陷。当全班同学讲课结束后，教师应赞赏讲课效果优质的阵营，点评该阵营的讲课优点，并指出其它阵营在解释实验过程中存在的问题，运用虚拟仿真技术带领学生详细学习这节内容，使学生在听课中能够系统学习这节内容。
4虚拟仿真技术在机械制造类课程中的应用要求
首先，教师应聚焦学生学习需求开展教学。根据以往教学发现，每个学生面对相同的教学知识产生的学习需求都不同，部分学生需要花费大量时间学习理论知识，部分学生希望通过虚拟仿真技术，培养个人实践能力。因此，教师在机械制造类课程中应用虚拟仿真技术时，应在每节课堂都以学生为中心，聚焦学生学习需求开展教学，积极变革教学观念，根据教学经验探寻多样教学模式，确保虚拟仿真技术能够在教育领域发挥出应有的教学水平。其次，教师应选择适宜的教学内容。近年自从我国科技水平发展成熟后，网络上的学习资源和教学视频也逐渐增多，同个教学知识在不同网站上有风格不同的讲解视频，教师在设置虚拟仿真技术教学内容时，应根据机械制造类行业对人才能力的要求，立足教材上的知识点，向外拓展教学内容，围绕重难点选择国内外前沿的操作视频，并在课堂上根据学生的听课反应，灵活调整教学内容，力求全班学生都能在虚拟仿真的环境中，快速掌握需要学习的教学知识。
5结语
综上，由于机械制造类课程实践性较强，在教学中需要用到大量实践设备，但是部分设备价格较高，院校现有经费无法满足教学需求，教师可以利用虚拟仿真技术组织教学，解决操作过程中的危险、解决设备昂贵、分步简化技术让学习者由浅及深的学习技术。然而在实际教学中，仍存在部分问题需要改进，需要教师在应用虚拟仿真技术中，综合考量学生的学习能力，设计合理的教学模式，使学生在参与学习中全面发展综合能力。
作者：王卉军 刘虎 曹锐 王伟 单位：武昌工学院
