基于虛擬樣機技術的專業興趣小組的構建與探索

史增錄，甄 軍，張 絹，唐學鵬，李雪蓮，張學軍

（新疆農業大學機電工程學院，新疆 烏魯木齊 830052）

2013年新疆農業大學成為第三批卓越工程師教育培養計劃的實施高校之一，農業機械化及其自動化本科專業成為國家級卓越計劃實施專業。我校農業機械化及其自動化專業的卓越計劃是在已有人才培養模式基礎上，歷經3年多的探索和實踐，進一步完善培養工程應用型人才的又一個重要改革項目。卓越計劃的實施依托自治區級實驗教學示范中心、自治區級重點實驗室、自治區重點產業緊缺人才專業（農業機械化及其自動化專業）、國家級大學生校外實踐教育基地等，培養具有扎實的理論基礎和寬厚的專業知識，具備良好職業素養、創新能力、工程實踐能力，德、智、體、美全面發展的卓越人才。

為培養具有理論基礎實、實踐能力強、創新精神好、綜合素質高的應用型卓越人才[1]，在加強與企業聯合培養人才機制建設的同時，也開展了提高創新能力和工程實踐能力的專業興趣小組的探索和實踐。針對專業興趣小組建設過程中存在的創新能力和工程實踐能力弱的問題，利用虛擬樣機技術逐步增強專業興趣小組在農業機械設計中的興趣，提高農業機械的創新設計能力和典型機構的分析能力，通過實踐，再查漏補缺理論知識，進一步完善、強化理論知識，以達到興趣小組創新能力和工程實踐能力的提高。

虛擬樣機技術是一種基于產品的計算機仿真模型的數字化設計方法[2]，也是應用于仿真設計過程的技術，包括數字化物理樣機、功能化虛擬樣機和虛擬工廠仿真三方面內容[3]。結合農業機械領域自身的特點，技術儲備，裝備水平和新產品研發能力的相對落后的現狀，利用虛擬樣機代替物理樣機進行農機產品的創新設計與評估，為縮短產品的開發周期，降低產品開發成本，改善產品設計質量具有重要意義[4]。同時，虛擬樣機技術對培養具有創新能力、工程實踐能力的卓越人才具有重要的作用。

1 專業興趣小組的總體設計

專業興趣小組以卓越工程師教育培養計劃為依托，以國家級大學生校外實踐教育基地“新疆農業大學-新疆中收農牧機械公司工程實踐教學基地”、自治區級重點實驗室“新疆農業工程裝備創新設計實驗室”為平臺，以虛擬樣機技術為方法和切入點，旨在突出學生學習的主體地位，重視引導學生如何自學，增強師生廣泛、深入的交流，給學生提供一個理論聯系實踐，加深并拓寬專業知識技能深度、廣度的一個鍛煉平臺[5]。

專業興趣小組建設的核心是貫穿整個過程的自主學習，重點是教學情境的創設和教學思路的展開，關鍵是專業興趣小組成員的過程執行力及評價標準，著力點是激發學習興趣和探索專業知識的興趣和好奇心。為此制定了基于虛擬樣機技術的講座、研討、項目、輔導、實踐、答辯等環節的興趣小組建設的內容。

2 專業興趣小組的實施

專業興趣小組以農業機械化及其自動化本科專業實施的國家級卓越工程師教育培養計劃為基礎，組建專業興趣小組，小組由4-6名農業機械專業的大三、大四年級的學生組成，本著自愿、愛好、特長的原則，選拔興趣小組成員，并配備從事卓越計劃培養，有著許多寶貴的教學經驗，能夠創設教學情境的、展開教學思路的教師擔任興趣小組的指導老師[5]。

專業興趣小組在實施過程中根據實施進度的需要，分階段開展相關內容的講座，以引導學生下一步的學習。針對講座的內容，預留自學思考的時間，進行小組的研討，進一步明確問題。緊接著以項目形式安排相關的任務，項目內容不僅要結合實踐企業的生產情況，還要以典型的農業機械及機構進行制定。項目開展后指導老師進行定期的輔導，以盡快完成項目內容。專業興趣小組結合項目內容到校內實驗室和企業進行機械產品的生產實踐，反饋項目設計中的問題和不足，進行項目的完善、整理。興趣小組實施過程以卓越計劃的指導老師團隊為答辯組成員，其他參與卓越計劃的學生旁聽方式，進行專業興趣小組的過程答辯匯報，并進行評價。

2.1 講座

講座一般采用大課形式，主要針對興趣小組實施的不同需求，分階段介紹實施過程中相關的知識及典型案例。例如首先需要介紹虛擬樣機技術的基本情況，主要內容、功能，給學生一個虛擬樣機技術可以干什么的總體概念。通過介紹虛擬樣機技術在農業機械設計中的應用，以典型農業機械的虛擬樣機的設計為案例，簡要介紹設計過程，以引導學生高效學習。

講座應注重農業機械設計的綜合知識，介紹設計的一般流程，數字化虛擬樣機的建立及其運動學、動力學的分析和關鍵結構的校核等方法，著重激發學生的學習興趣，引導和鼓舞學生學習的動機。專業興趣小組培養的專業知識，可成為學生未來職業崗位適應性和發展的后勁，同時能夠以點帶面影響到整個班級乃至整個專業，使其具有良好的專業學習氣氛，經過較長時間的積累可形成自己的專業特色[6]。

2.2 研討

專業興趣小組根據成員數量，分成2～3隊，每對2～3人，進行典型農業機械虛擬樣機設計的研討。每隊根據講座的內容，結合自學和對虛擬樣機的理解，準備15分鐘左右的發言。針對發言情況，小組成員開展探討。重點討論、分析，存在的問題，理清學習思路，進一步加深虛擬樣機技術在農業機械設計中運用。

2.3 項目

項目是專業興趣小組開展訓練的重要內容，是小組過程實施的重點。指導教師結合校企聯合培養創新人才的方案，根據實踐企業的相關生產需求，制定適合學生和實際需求的項目任務，并明確小組成員的任務與目標，指導小組成員自主學習、內部分工和通力合作，幫助小組制定獨立工作計劃和資料搜集整理，追蹤小組內的活動交流并及時解決問題，督促小組完成項目任務[7]。

專業興趣小組在項目實施過程中，利用虛擬樣機技術建立零件的模型，進行虛擬裝配，并檢查零部件的裝配間隙和干涉，應用分析軟件對樣機進行運動仿真并對關鍵部件進行校核、計算，及時發現錯誤，優化結構，從而提高設計效率、優化設計方案、縮短設計周期、降低生產成本[8]。

專業興趣小組實施項目過程中，指導教師著重對虛擬建模、運動仿真和優化設計等各個階段進行綜合培訓指導，同時在不同階段安排相應的設計實訓任務，促使學生在學習技能的基礎上增加對其在機械創新設計中具體應用的思考。

2.4 輔導

輔導以小課的形式幫助興趣小組成員解決學習和項目進行過程中存在的問題，引導學生解決問題的方法，進而深入探索相關的專業知識，和實踐中需注意的問題。

輔導以學生自學為中心，指導老師指明可以解決問題的幾個方向，具體實施由小組成員主動探索實踐，追尋解決問題的答案。

2.5 實踐

實踐環節依托卓越工程師教育培養計劃，由以國家級大學生校外實踐教育基地“新疆農業大學-新疆中收農牧機械公司工程實踐教學基地”為平臺的企業實踐，以及新疆農業工程裝備創新設計實驗室為平臺的校內實踐兩部分組成。經過項目鍛煉后，專業興趣小組通過實踐環節加強對物理樣機創新設計的能力的鍛煉，從加工圖紙繪制、標準件選購、加工工藝制定、零件加工到樣機的裝配和調試都讓小組成員參與，并且根據所設計產品的技術要求和使用要求進行試驗。

通過實踐讓學生盡早到工廠一線了解企業生產的過程，引導學生在日常學習中理論與實際結合，提升學生綜合素養和實踐技能，增強學生的崗位適應性，以培養真正符合社會需求的具有創新能力的農業機械專業人才[9]。

2.6 答辯

專業興趣小組實施效果好壞的關鍵是過程執行力及評價標準。通過采用分階段的答辯匯報、指導老師評分的方式，評價興趣小組各成員，以答辯督促小組成員，以答辯發現問題，提高自學能力。

興趣小組的評價標準的制定結合卓越工程師教育培養計劃的要求，又綜合高校企業聯合培養人才的方案，以提高專業興趣小組成員的創新能力和工程實踐能力為目的，制定評價考核的標準，由卓越計劃的指導老師團隊組成答辯組，其他參與卓越計劃的學生旁聽方式，進行專業興趣小組的答辯匯報。

3 結語

虛擬樣機技術在專業興趣小組建設中應用，經過兩年多的實踐探索，培養了學生對農機設計和分析的興趣，提高發現問題、分析問題、解決問題的能力，增強創新能力和理論結合實踐的能力方面有較顯著的作用。專業興趣小組的活動過程，不再局限于書本知識，而是多門課程、多學科知識的綜合應用，有利于促進成員的學習主動性，激發創新熱情。通過專業興趣小組的建設，為我校農業機械化及其自動化本科專業國家級卓越計劃的實施提供幫助，對培養本專業學生的創新能力、實踐能力和獨立自主能力等方面具有重要的作用。