淺議機械制造教學中虛擬資源的開發

陳慶怡

【摘 要】我國經濟正在快速發展，科學技術也在不斷進步，虛擬現實技術和教學進行整合可以大大提高教學效率。在機械制造教學的過程中，虛擬資源的開發起著十分重要的作用。本文主要對虛擬資源在教學中的應用進行了淺要的分析，希望在實際的教學過程中可以有效提高課堂效率，提升教學的效果。

【關鍵詞】機械制造；教學；虛擬資源；開發

機械制造專業是一門相對比較復雜的專業，由于機械課程涉及的零部件種類比較多，教師在課堂上難以演示，而應用虛擬資源進行教學可以有效的解決這些難題，因此虛擬資源教學是未來的一種發展趨勢。

1.虛擬現實技術定義

虛擬現實技術簡稱VR，是近年來出現的高新技術。虛擬現實技術也被稱作人工環境，該技術主要是通過電腦模擬產生一個三維空間的虛擬世界，對使用者提供聽覺、視覺的觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身臨其境一般，可以沒有任何限制的對三維空間內的事情進行觀察。虛擬現實技術的技術關鍵可以分為環境建模技術、立體聲合成技術、觸覺反饋技術、交互技術和系統集成技術等。

2.虛擬資源開發的意義

機械制造專業是一門相對比較復雜的專業，傳統機械制造的實踐教學受到實驗的場地、設施和手段等方面原因的影響比較嚴重，使教學效果和課堂效率受到一定的影響。虛擬實驗室的開發可以有效實現網上的資源共享，減少設備資金的投入，同時也解決了設備更新的難題，因此虛擬實驗室在我國開始大受歡迎。虛擬實驗室具有的真實性和交互性等特點，能夠有效滿足教師和學生的需要，使教師的教學工作更加輕松，學生的學習工作更加簡單。由于虛擬實驗室可以對現場情景進行真實的模擬，因此取代了部分教學實驗室的作用。虛擬實驗技術的作用可以分為以下幾個方面：第一，虛擬實驗室對于解決實驗的場地不足和設備更新費用的不足具有十分重要的作用。我們在機械加工實踐教學過程中，容易存在著原材料的消耗以及機床、刀具磨損等方面的問題，但是應用虛擬實驗室就不會存在上述問題，而且幾乎不會增加任何的成本，大大的節省了教學費用。第二，虛擬實驗室對于學生的自主學習有一定的促進作用。虛擬實驗室可以滿足學生的好奇心，激發學生的學習興趣，學生在虛擬資源的條件下進行學習時，可以獲得足夠生動和豐富的信息，而且虛擬實驗室的操作危險性比較小，有利于促進學生更好的學習。第三，虛擬實驗技術有利于資源共享和網絡化教學的實現，虛擬資源建設能夠有效的實現資源共享，節約了教學的投資，同時可以對教育情境進行優化，大大的提高了學生學習的效率。

3.虛擬資源的特點

虛擬設計是指設計者在虛擬環境中進行設計，主要表現在設計者可以用不同的交互手段在虛擬環境中對參數化的模型進行修改。

就“設計”而言，傳統設計的所有設計工作都是針對物理原型（或概念模型）展開的，而虛擬設計所有的設計工作都是圍繞虛擬原型展開的，只要虛擬原型能達到設計要求，則實際產品必定能達到設計要求。 就“虛擬”而言，傳統設計的設計者是在圖紙上用線條、線框勾勒出概念設計，而虛擬設計設計者在沉浸或非沉浸環境中隨時交互、實時、可視化地對原型進行反復改進，并能馬上看到修改結果。一個虛擬設計系統具備三個功能：3D用戶界面、選擇參數、數據傳送機制。

（1）3D用戶界面設計者不再用2D鼠標或鍵盤作為交互手段，而是用手勢、聲音、3D虛擬菜單、球標、游戲操縱桿、觸摸屏幕等多種方式進行交互。

（2）選擇參數設計者用各種交互方式選擇或激活一個在虛擬環境中的數據修改原來的數據，參數修改后，在虛擬環境中的模型也隨之變成一個新的模型。

（3）數據傳送機制模型修改后所生成的數據要傳送到和虛擬環境協同工作的CAD/CAM系統中，有時又要將數據從CAD/CAM系統中返回到虛擬環境中，這種虛擬設計系統中包含一個獨立的CAD/CAM系統，為虛擬環境提供建造模型的功能。在虛擬環境中所修改的模型有時還要返回到CAD/CAM系統中進行精確處理和再輸出圖形。因此，。這種雙向數據傳送機制在一個虛擬設計系統中是必要的。

4.虛擬資源在教學中的應用

4.1交互性課件

由于機械設計與制造化專業是一門相對比較枯燥的專業，容易使學生失去興趣，因此生動形象的課件可以充分激發學生的學習興趣，把非常復雜枯燥的東西變得更加直觀形象，使學生更有學習興趣。交互性課件還能夠改變教師傳統的教學方式，控制教學節奏，優化教學效果，它能保證學生對所學內容更好的理解，交互性是學習的保證，也是促進教學改革的目標。應該讓學生和老師能夠與課件進行互動，自主的參與到學習中去，加強對學習的印象，通過虛擬資源引導學生能夠沉醉在課件之中。

4.2虛擬開放性教學

虛擬開放性教學主要是由虛擬的老師、學生和遠教學生一起進行合作交流，創造人性化的教學環境，使學生能夠在相對比較輕松和自在的環境中進行學習和交流。開放性教學可以對以后資源的引入更加有利，同時也有利于單元的替換。在教學的過程中，各個單元按照虛擬的方式進行交互程序，方便對軟件進行維護，有利于教學的更新和教學方式的改變。

4.3虛擬實踐性教學

虛擬現實技術的廣泛應用可以讓越來越多的教師以及相關的工作人員對實踐經驗進行總結，以體現教師為主導學生作為主體的學習作用，在虛擬資源中，我們可以按照學習的內容對學生進行測試，這時候就會自動打分，我們就可以根據測試的結果進行重點教學的劃分工作，也可以進行對教學方案的不斷更新，學生也可以通過虛擬資源來向老師提出相應的質疑，老師就會根據相應的難點進行解析。

5.虛擬資源建設的方法和主要內容

《產品工藝識讀與編制》學習領域以“羅茨流量計”的典型零件的加工及產品裝配為項目。利用Solide Works、Flash、3DMAX和Eon Studio等軟件模擬了實際零件的機械加工過程及產品的拆裝過程，建立了可實現人機交互的網絡精品課的虛擬加工及裝配資源。在進行產品裝配體建模時，不同層次零件的裝配應存在先后順序約束，下層零件的裝配優先于上層零件的裝配，不同子裝配體的零件可以并行裝配12I。

《產品工藝識讀與編制》學習領域虛擬資源的主要內容如下表1所示。

6.結語

本文主要對虛擬資源在教學中的應用進行了淺要的分析，希望在實際的教學過程中可以有效提高課堂效率，提升教學的效果。虛擬資源的開發對于促進機械設計與自動化專業教學具有十分重要的作用。 [科]

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