模具專業第三代教學資源的開發

【摘要】文章分析了教學資源的演變歷史和發展趨勢。針對模具專業教學資源建設的特點，基于計算機三維交互技術，設計開發出模具結構認知與拆裝虛擬實驗室，并應用于模具通識、拆裝實訓等不同類型的課程教學中。實踐表明，采用第三代教學資源可有效提高模具專業課程的教學效果。

【關鍵詞】教學資源;虛擬實驗室;模具拆裝

【中圖分類號】G40-057 【文獻標識碼】B 【論文編號】1009—8097(2010)05—0110—02

一 引言

教學資源作為專業構成要素，對教學質量、教學效率、教學強度、教學成本都有著直接的、重要的影響，是專業建設水平的重要體現，同時也是專業建設中工作量最大的部分。教學資源建設通常分兩類，一是課程建設，尤其是精品課程建設[1]，二是教學資源體系和平臺建設[2，3]。

近二十年來，我國模具工業經歷了一個高速發展的階段。與之相對應的是，模具行業人才培養也經歷了一個快速發展的階段，許多中職、高職、本科院校紛紛開設了模具專業。模具專業的教學活動具有實踐性強、綜合度高、更新快等特點，因此對教學資源的建設和升級提出了很高的要求。然而，目前所開發的模具專業教學資源，大多數停留在以教材或動畫為主體的第一、二代技術水平上，與模具專業教學的需求仍有較大差距，特別是對于一些操作要求較高的實訓課程，其優質教學資源更是稀缺。

可以說，教學資源的落后已經成為阻礙模具專業教學質量進一步提高的重要因素。針對這一現狀，我們提出并開發了一個三維的、通用的機械設備虛擬拆裝平臺[4]，為開發包括模具在內的各種機械產品的第三代教學工具打下了良好的基礎。

本文分析了教學資源發展趨勢以及模具專業教學資源的特點，利用機械設備虛擬拆裝平臺實現了模具結構的虛擬認知與拆裝。初步的應用表明，第三代教學工具在教學效率、效果、通用性、成本等各方面均有突出的優勢。

二 教學資源的演變和發展趨勢

教學資源有廣義和狹義兩種含義。廣義地，所有投入到教學的人、財、物都屬于教學資源。而本文所討論的則是狹義的，即與課程直接相關的教學資源，如教材、課件、專用教學軟件和專用教學設備等。

教學資源的演變大致經歷了三個階段。第一代以傳統的教材、圖片、PPT課件為代表，稱為靜態教學資源。第二代以多媒體動畫、視頻為代表，稱為動態教學資源。第三代則以專用教學軟件為代表，稱為交互式教學資源。

第二代教學資源實現了由靜向動的轉變，能直觀、清楚地表達模具工作原理和工作過程，是目前最常用的教學資源。

第三代則改變了傳統的“老師上課、學生聽講”的單向教學方式，實現了互動教學新模式，從而極大地提升教學效果。尤其針對中、高職院校學生“愛動手”的學習特點，第三代教學資源的優勢更為突出。三代教學軟件的對比見表1。

需要說明的是，與第一、二代教學資源以編寫、制作為主體的開發方式不同，第三代教學資源是集編寫、制作、軟件編程為一體的綜合性開發，工作量大、難度高，非一般院校所能承擔。

教學資源的發展將呈現以下四個特點:

一是立體化的教學資源庫。所謂立體化是指資源媒介、形式的多樣性，如教材、網站、軟件、視頻動畫等。而教學資源資源庫則體現了海量的特征，其中又包括試題庫、練習素材庫、課件庫等多種資源庫。

二是多用途的綜合教學工具，即一套教學資源庫可用于多門課程的教學，并能使這些課程之間產生一定的關聯，從而使教學活動有一定的延續性和繼承性，提高教學效果。

三是軟硬結合、虛實結合。軟件系統與硬件設備、虛擬仿真與實物教學并用，實現優勢互補，充分得發揮資源功效，提高教學效率、減少教學成本和勞動強度。

四是專業化的開發和服務。由多學科領域的技術人才所組成的開發團隊，不僅提供模具資源的專業化開發、維護和升級，還能為教學提供長期的配套服務，如師資培訓、課程建設等。

三 模具教學資源的特點

模具專業教學資源有以下幾個特點:

(1)內容綜合度高。模具技術是橫跨材料、機械、計算機應用等多種學科領域的綜合技術，其課程必然涉及這些學科的基礎知識。同時，模具技術又有很強的實踐性，對專業技能要求很高。因此其教學資源是多種基礎知識和多種專業技能的綜合體。

(2)制作要求高。國內模具專業大都是由中、高職院校開辦，其教授對象以專科學生為主，因此在通俗、直觀、互動等方面對教學資源有更高的要求，以保障教學效果。同時，模具專業教師的授課任務十分繁重、工作強度很大，因此對教學資源的易用性和靈活性有更高的期望。

(3)實踐性強。即教學內容符合模具企業實際生產的需求。教學資源既要來源于生產實際，又要適應教學規律，內容選材和組織難度較大。

(4)更新速度快。這主要是因為模具技術涉及的學科領域較多，而這些領域的技術發展(如新材料、新工藝、軟件更新等)都會導致教學內容的變化。

優質的模具教學資源既要符合模具行業崗位需求，又要符合教學規律和教師需求，才能達到理想的教學效果。

四 模具拆裝虛擬實驗室:新一代的模具教學資源

模具拆裝實驗是模具專業學習過程中重要的教學環節，對模具專業課程的教學效果有關鍵的影響，是模具專業建設的重點課程。該課程傳統的教學資源是模具實物或模型，有著實施成本高、管理難度大、人均資源有限等問題，不能充分開展實驗，甚至只能象征性地走個過場，根本無法達到模具拆裝實驗應有的教學效果。

由我們開發的新一代模具教學軟件《模具結構認知與拆裝虛擬實驗室》(簡稱虛擬實驗室)，較好地解決了上述問題。利用虛擬實驗室，學生可在計算機上輕松地、反復地完成各類高仿真模具的交互拆裝實驗，有效地彌補了實物拆裝實驗的不足，開創了“虛實結合”的模具拆裝教學新模式。

虛擬實驗室及其配套資源的整體結構如表2所示，其主體功能包括:

(1) 查看結構、拆裝實訓:學習模具結構和拆裝次序

學生首先觀看模具拆卸、裝配全過程的立體動畫演示，每一步都同步伴有文字說明。之后，自主完成交互拆缷和裝配操作全過程，系統可在實驗過程中自動判斷每一步操作的正確性，并可根據需要提示下一步可選的正確操作。

(2)運動仿真功能:學習模具工作原理

能夠以透視、局部、剖面、旋轉等豐富的手段和視角觀察模具機構運動全過程，從而學習模具結構的工作原理。而傳統的動畫方式只能以一個固定不變的方式觀察模具工作過程。

(3)知識索引功能:學習模具設計知識

對任何零部件可立即搜索、查看到與該零件相關的模具知識，并可立即調出相關的典型零件立體模型。同時，系統提供了豐富、真實的模具設計項目實例，包括三維設計數據、裝配圖和零件圖、BOM表、采購清單等。

小結

本系統已經應用于浙江大學、浙江廣廈建設職業技術學院等院校的多門模具課程教學，如模具通識、模具拆裝實訓等，有效地提升了教學效率和效果。尤其是在浙江大學的模具通識課程中，即使是外語、管理這類非理工專業的學生，也能以較少的學時數達到初步認知模具結構及工作原理的教學目標，充分體現了第三代教學資源的優勢。

虛擬實驗室不僅可用于模具拆裝實訓，還可用于各類模具基礎或專業課程的輔助教學。同時，該系統還可方便地加載數控機床、電機、發動機等各類機械裝備的虛擬拆裝，因此，該系統是一個通用的、多功能教學平臺，有非常廣泛的應用前景。

參考文獻

[1] 李正.精品課程建設的進展、挑戰與展望[J].中國大學教學，2009，(8):20-22.

[2] 陳曉琴.高職院校數字化教學資源體系的模型研究[J].職業技術教育，2009，(14):85-87.

[3] 劉淳 等.交互式網絡教學平臺的研究與實現[J].南京大學學報(自然科學版)，2006，42(1):29-37.

[4] 吳緯緯，范建蓓 等.裝備認知虛擬實驗系統的開發[J].現代教育技術，2009，19(9):117~120.