虛實結合的機械設計實驗教學方法研究

劉婷

摘 要：在當前的機械發展中，其對高素質的機械工程專業人才的需求量越來越多。為了能夠更好地滿足社會發展的需要，學校就注重這方面的培養。針對于當前以實物為基礎的機械設計在實驗教學中存在的問題，要能夠結合機械工程專業的特點，即知識面廣、系統性強以及與工程緊密性等特點。在機械設計實驗教學上采用虛實結合的機械設計來進行能夠有效地提高學生時間能力的培養。該文就對當前虛實結合的機械設計實驗教學方法來進行探討和分析。

關鍵詞：虛實結合 機械設計 實驗教學

中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）07（a）-0239-02

關于機械工程專業，其作用就是實踐性強。在當前的實驗教學中，采用機械設計實驗教學是能夠有效地提高教學質量和效果。教師在對相關的“機械設計”進行教學時，大多都是采用的教學模式以“課堂教學與實驗教學”為主來進行的。對于課堂教學，主要是由教師講解的方式來進行的，而實驗教學則是由實驗教師指導學生來完成的機械實驗。在現如今的社會發展中，要求當前機械專業的學生既要能夠熟練地掌握和了解關于機械理論的基本知識，同時還要能夠具備較強的實踐能力以及分析、解決機械工程的能力。

1 虛實結合在機械設計實驗教學中的具體應用

1.1 關于帶動性能測試實驗

帶傳動在機械傳動中的使用，是當前機械設計課程中最為基礎的實驗之一。教師讓學生進行帶傳動實驗，主要目的就是為了能夠讓學生更好地觀察帶傳動的彈性滑動的現象；教師在進行實驗教學的過程中，還要讓學生了解帶的初拉力和帶速的相關參數改變對帶傳動產生的影響，從而讓學生學會掌握轉速、扭矩以及帶傳動效率的測量方法。為了能夠更好地實現這個實驗，首先教師在實驗教學中要能夠采用智能帶和鏈傳動組合實驗臺，這個實驗臺能夠在不同的負載情況下，來讓學生進行手工記錄主動輪轉速、轉矩以及被動輪轉速和傳動效率曲線。這個實驗臺的運用，不僅具有傳動帶彈性滑動曲線和傳動效率曲線測試的功能，還能夠讓學生更加直觀地觀察到傳動帶的彈性滑動情況。另外，在帶動性能測試實驗中，其通過相關數據輸入到自行編寫的虛擬仿真程序中，能夠讓學生通過這個程序來進一步的了解和掌握彈性滑動的變化過程。

1.2 螺栓性能測試實驗

關于螺栓性能測試實驗，也是需要采用虛實結合的實驗方法來進行的。具體步驟，首先實驗教師要通過實物的螺栓組以及單螺栓來聯結靜與動態的綜合實驗臺，這樣能夠讓學生更好地了解和掌握在實際機械工程中螺栓性能測試的方法和手段，尤其是對于如何掌握測量螺栓的應變量來對螺栓的應力以及具有的剛度進行分析和研究。

2 虛擬實驗與傳統實驗相結合的實驗模式

2.1 關于傳統實驗教學模式存在的主要問題

在過去傳統的機械實驗過程中，實驗的主要內容和步驟基本上是已經固定好的，因而學生在實驗過程中只要按照具體的實驗步驟來進行操作就可以了。在現階段，由于大多數學校在實驗課進行教學都會受到多方面的限制，同時專業的實驗設備臺也較少，因而很多學生在做相關的實驗報告經常會出現抄襲他人實驗報告的現象，這種實驗教學長期下來，不僅影響發揮學生的主觀能動性，還在一定程度上阻礙了提高學生解決問題的能力。

2.2 虛擬實驗教學模式及優點

關于虛擬實驗，就是一種以計算機軟件來代替實驗元件的新型實驗方法，這種新型的實驗系統具有的特點就是擴展性和重用性。在實驗教學中運用這種教學方式不僅能夠更好地開展個性化實驗，還能夠進一步地培養學生在機械設計上的創造性。與此同時，這種教學模式在一定程度上改變了傳統實驗的模式，進而使其能夠達到傳統儀器及實驗室無法比擬的效果。此外，這種試驗系統還具有交互界面友好、實驗形象直觀、操作靈活簡便、開發成本低廉和易于實現網絡化等優點。

2.3 虛擬實驗設置的原則

關于虛擬實驗設置的原則，主要有以下幾點。

2.3.1 工程化原則

在實驗教學中進行虛擬實驗，主要是為了能夠強化學生在實驗環境的工程化的工程意識。對于當前網上虛擬實驗的工程化，則就是要求學生能夠通過虛擬實驗所建立的有關虛擬儀器儀表和虛擬設備的構建來學習和掌握對真實部件的操作和使用，通過這樣的方式能夠讓學生在實驗中更好地體驗到機械的工程化。

2.3.2 交互性原則

對于實驗中的交互虛擬實驗，其也成為模擬實驗，它是一種仿真的實驗軟件。學生在實驗中對機械進行相關的模擬實驗，能夠在一定程度上提高自身的實際操作技能。

虛擬實驗作為當前實驗教學的重要輔助手段，是不能夠代替實際實驗操作的。對于傳統的實驗教學，具有真實性和藝術性，這種實驗教學方式，虛擬實驗是做不到的，而對于虛擬實驗，其是具有靈活性和安全性，這也是傳統實驗教學缺乏的。

3 高校機械專業采用虛實結合的實驗教學模式

作為專業的實驗教師，要想能夠更好地體現出當代虛擬實驗和傳統實驗在教學中的互補性，可以在實驗教學中結合這兩種實驗模式所具有的優點來進行教學。因而教師在進行實驗教學時，首先將具備實驗條件的相關實驗項目，采取先虛后實的實驗模式來進行教學，這樣能在一定程度上提高實驗教學效果和教學質量。如果教師對于一些實驗室布局實驗條件的相關實驗項目，就可以采用虛擬實驗方式來進行教學活動。

3.1 采用先虛后實的實驗模式

當教師結束實際教材理論知識后，可以給學生布置相關的實驗來讓其完成。這樣學生可以利用空閑時間來完成相關的機械實驗。通過這種方式，能夠讓學生在教師進行實驗教學前就已經了解有關機械設計的實驗，進而在一定程度上減少了教師的講解時間，與此同時，還有效地提高了學生學習機械專業課程的積極性和主動性。學生在完成相關的虛擬實驗后，教師可以安排學生在實驗室里進行真實的機械實驗，比如讓學生進行電路實驗中的聯線、測量中讀數據等相關的實驗。通過真實的實驗來進一步的鍛煉學生的動手操作能力。

3.2 虛擬實驗模擬

對于一些學校在實驗室教學上不具備實驗條件的情況，即控制工程實驗、測試技術試驗、數控試驗等條件，教師則可以采用虛擬實驗項目的方式來進行實驗教學。比如在控制工程實驗室中，教師可以利用MATLAB的軟件來進行機械實驗教學，除此之外，還能夠開設關于不同階級系統的時域分析、頻域分析以及線性系統穩定性分析等相關的實驗項目。對于學生在實驗過程中進行的相關實驗，其主要是借助于MATLAB語言提供的控制系統的函數來進行的。

4 結語

總而言之，在實驗教學中采用虛實結合的方式來進行教學，不僅全面推進了學生在實踐能力上的發展，而且還為當前機械行業培養了更多的專業性人才。在現如今信息化發展的背景下，教師通過虛實結合的實驗教學來開展活動，不僅有效地解決了一些對于實驗條件較差和實驗經費不足而影響教學質量的問題，還能夠將傳統的實驗模式與虛擬實驗模式相結合，進而提高教師在實驗教學中的質量和效果。通過這種方式既滿足了當前社會信息發展的需要，還在一定程度上提高了學生的綜合素質。

參考文獻

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