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虚拟仿真实验平台与液压传动与气动课程的融合探索

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  【摘要】“液压传动与气动”作为机械类本科专业的基础课程具有理论深度深、实践性强的特点。教学过程往往采用理论授课和实践教学相结合的方式进行。但传统实践教学设备存在操作简单、功能单一和目标不明确的不足,无法充分发挥学生的主体地位,引导其自主思考的创新能力。本论文探索虚拟仿真实验平台在液压传动与气动课程中的应用,通过实际液压系统和虚拟仿真实验平台相结合的方式,开展功能多样、方式新颖的新型“液压传动与气动”理论实践课程,促进和丰富本科教学,增强学生对液压和气动的理论认知、实践工程能力、创新和思考能力,培养全方位发展的高端技术工程人才。
  【关键词】液压传动与气动  虚拟仿真  创新能力  实践
  【中图分类号】G64  【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2019)17-0237-01
  一、概述
  以“科学技术是第一生产力”为思想带动了社会经济和科技进步的同时,对高等学校教育规模和机制的不断升级优化提出了更为严苛的要求。教育部《关于进一步加强和改进普通高等学校实践教学的若干意见》中明确指出“大力加强实践教学,切实提高大学生的实践能力”。高校作为技术型人才的摇篮,在深入理论教学的同时,还需积极加强实践教学,构建更为完善、合理的实践教学体系,提高学生的创新实践能力。
  液压传动与气动作为机械类专业重要课程具有理论深度深、实践性强的特点。然而受到漏油污染、高压爆管等问题,以及现有实验设备功能单一的制约,液压传动与气动教学重理论轻实践。目前,尽管通过现有本科教学实验平台能使学生加深对理论知识的理解,但无法与实际工程问题接轨。本文以华侨大学液压传动与气动虚拟仿真实验平台为契机,探索液压传动与气动教学基础实验平台新途径,以解决实际问题为导向,结合理论所學知识,开展新型液压传动与气动实验,努力培养符合时代需求的,实践能力强和独立创新思维的复合型人才。
  二、液压传动与气动虚拟仿真实验平台
  液压传动与气动虚拟仿真实验平台秉持虚实结合的原则,结合数字化、网络化和可视化等现代技术,利用计算机模拟、仿实技术或虚拟现实技术等,以实际液压装备为对象,创建系统动力学模型、三维模型,重塑实际工程装备系统,对其进行模拟、仿真操作。学生通过该实验平台充分认识和学习液压系统装备的基本组成和工作原理。通过设置的实验内容,可进行液压系统装备的关键元件装配、液压系统构建、整机装备的模拟操作以及系统运动控制相关实验等。虚拟仿真实验平台辅助传动与气动实践教学,具有以下优点:
  1.始终关注信息化时代背景下的学生需求,重点实行基于不同液压装备项目案例的互动式、研讨式教学,倡导自主式、合作式、探究式学习。倡导学生发散思维和创造力的培养。该平台对每个实验项目并没有按成程序化模式设计,而是每一步都需要经过学生的思考,故每个学生完成相同实验所需的步骤数、实验时间和内容并不完全相同。
  2.虚拟仿真教学项目资源呈现方式多样,可通过现代信息技术促进教学准备、线上讨论、线下交流。以完成教学要求和内容为目标,综合应用多媒体、大数据、三维建模、人工智能、人机交互、传感器、超级计算、虚拟现实、增强现实、云计算等网络化、数字化、智能化技术手段,提高实验教学项目的吸引力和教学有效性。
  3.在实验过程中,设置闯关环节,完成任务才能进入下一步,培养学生在实验过程中积极思考的能力、协调动手的实践能力和善于探索的创新能力,充分调动学生参与实验教学的积极性和主动性,激发学生的学习兴趣和潜能,增强学生的创新创造能力,培养学生的自主设计能力和进行实验的主动性。
  三、实验平台应用成果
  虚拟仿真使用过程强调生生互动、师生互动、团队互动,虚拟仿真实验教学效果显著,受益面大,学生实验兴趣浓厚,自主学习能力明显增强,实践创新能力明显提高。平台开放以来,通过学生访谈和问卷调查反馈,学生对虚拟仿真项目的评价较高,比较典型的实施效果如下:1)学生的沉浸感强。该平台教学的吸引力远高于一般的课程教学和传统实验,特别是以游戏教学理念将他们浪费在游戏的时间投入到虚拟仿真项目中。2)教学与实验相辅相成。设定的练习模式、实验模式和竞技模式非常符合新时代学生的特点。学生不仅可以通过练习模式辅助课堂教学,掌握课堂教学的知识点,还可以通过虚拟仿真实验进一步巩固课堂教学。
  四、结论
  本文结合华侨大学的液压传动与气动虚拟仿真实验平台为契机,对实验教学进行改革,将虚拟仿真实验平台与课程实践相结合,提高学生的学习激情,在巩固学生理论知识的同时,激发自主创新意识,能够结合实际工程问题,做到自行发现问题和解决问题,同时培养良好的团队意识。通过实践证明,将虚拟仿真和液压传动与气动实践教学相融合,是一项切实可行且具有良好效果的有益实践教学方式。
  参考文献:
  [1]任好玲,缪骋,林添良.促进传热学基础实验平台与机械工程科研融合的探索[J].教育教学论坛,2017(33):279-280.
  [2]虞启辉,方桂花,谭心.以“卓越工程师”为导向的液压与气压传动课程教学改革研究[J].科技资讯,2018(1).
  作者简介:
  陈其怀(1988.6-),男,汉族,福建仙游人,博士研究生,讲师,研究方向:机械电子工程。
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