虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與液壓傳動(dòng)與氣動(dòng)課程的融合探索

陳其懷 林添良 周麗君 任好玲

【摘要】“液壓傳動(dòng)與氣動(dòng)”作為機(jī)械類本科專業(yè)的基礎(chǔ)課程具有理論深度深、實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)。教學(xué)過程往往采用理論授課和實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合的方式進(jìn)行。但傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)設(shè)備存在操作簡(jiǎn)單、功能單一和目標(biāo)不明確的不足，無法充分發(fā)揮學(xué)生的主體地位，引導(dǎo)其自主思考的創(chuàng)新能力。本論文探索虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在液壓傳動(dòng)與氣動(dòng)課程中的應(yīng)用，通過實(shí)際液壓系統(tǒng)和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)相結(jié)合的方式，開展功能多樣、方式新穎的新型“液壓傳動(dòng)與氣動(dòng)”理論實(shí)踐課程，促進(jìn)和豐富本科教學(xué)，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)液壓和氣動(dòng)的理論認(rèn)知、實(shí)踐工程能力、創(chuàng)新和思考能力，培養(yǎng)全方位發(fā)展的高端技術(shù)工程人才。

【關(guān)鍵詞】液壓傳動(dòng)與氣動(dòng) ?虛擬仿真 ?創(chuàng)新能力 ?實(shí)踐

【中圖分類號(hào)】G64 ?【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2019）17-0237-01

一、概述

以“科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力”為思想帶動(dòng)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科技進(jìn)步的同時(shí)，對(duì)高等學(xué)校教育規(guī)模和機(jī)制的不斷升級(jí)優(yōu)化提出了更為嚴(yán)苛的要求。教育部《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)和改進(jìn)普通高等學(xué)校實(shí)踐教學(xué)的若干意見》中明確指出“大力加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)，切實(shí)提高大學(xué)生的實(shí)踐能力”。高校作為技術(shù)型人才的搖籃，在深入理論教學(xué)的同時(shí)，還需積極加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)，構(gòu)建更為完善、合理的實(shí)踐教學(xué)體系，提高學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。

液壓傳動(dòng)與氣動(dòng)作為機(jī)械類專業(yè)重要課程具有理論深度深、實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)。然而受到漏油污染、高壓爆管等問題，以及現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備功能單一的制約，液壓傳動(dòng)與氣動(dòng)教學(xué)重理論輕實(shí)踐。目前，盡管通過現(xiàn)有本科教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能使學(xué)生加深對(duì)理論知識(shí)的理解，但無法與實(shí)際工程問題接軌。本文以華僑大學(xué)液壓傳動(dòng)與氣動(dòng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為契機(jī)，探索液壓傳動(dòng)與氣動(dòng)教學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)新途徑，以解決實(shí)際問題為導(dǎo)向，結(jié)合理論所學(xué)知識(shí)，開展新型液壓傳動(dòng)與氣動(dòng)實(shí)驗(yàn)，努力培養(yǎng)符合時(shí)代需求的，實(shí)踐能力強(qiáng)和獨(dú)立創(chuàng)新思維的復(fù)合型人才。

二、液壓傳動(dòng)與氣動(dòng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

液壓傳動(dòng)與氣動(dòng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)秉持虛實(shí)結(jié)合的原則，結(jié)合數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和可視化等現(xiàn)代技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)模擬、仿實(shí)技術(shù)或虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等，以實(shí)際液壓裝備為對(duì)象，創(chuàng)建系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型、三維模型，重塑實(shí)際工程裝備系統(tǒng)，對(duì)其進(jìn)行模擬、仿真操作。學(xué)生通過該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)充分認(rèn)識(shí)和學(xué)習(xí)液壓系統(tǒng)裝備的基本組成和工作原理。通過設(shè)置的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，可進(jìn)行液壓系統(tǒng)裝備的關(guān)鍵元件裝配、液壓系統(tǒng)構(gòu)建、整機(jī)裝備的模擬操作以及系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制相關(guān)實(shí)驗(yàn)等。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)輔助傳動(dòng)與氣動(dòng)實(shí)踐教學(xué)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.始終關(guān)注信息化時(shí)代背景下的學(xué)生需求，重點(diǎn)實(shí)行基于不同液壓裝備項(xiàng)目案例的互動(dòng)式、研討式教學(xué)，倡導(dǎo)自主式、合作式、探究式學(xué)習(xí)。倡導(dǎo)學(xué)生發(fā)散思維和創(chuàng)造力的培養(yǎng)。該平臺(tái)對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目并沒有按成程序化模式設(shè)計(jì)，而是每一步都需要經(jīng)過學(xué)生的思考，故每個(gè)學(xué)生完成相同實(shí)驗(yàn)所需的步驟數(shù)、實(shí)驗(yàn)時(shí)間和內(nèi)容并不完全相同。

2.虛擬仿真教學(xué)項(xiàng)目資源呈現(xiàn)方式多樣，可通過現(xiàn)代信息技術(shù)促進(jìn)教學(xué)準(zhǔn)備、線上討論、線下交流。以完成教學(xué)要求和內(nèi)容為目標(biāo)，綜合應(yīng)用多媒體、大數(shù)據(jù)、三維建模、人工智能、人機(jī)交互、傳感器、超級(jí)計(jì)算、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、云計(jì)算等網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化技術(shù)手段，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的吸引力和教學(xué)有效性。

3.在實(shí)驗(yàn)過程中，設(shè)置闖關(guān)環(huán)節(jié)，完成任務(wù)才能進(jìn)入下一步，培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中積極思考的能力、協(xié)調(diào)動(dòng)手的實(shí)踐能力和善于探索的創(chuàng)新能力，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的積極性和主動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和潛能，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)造能力，培養(yǎng)學(xué)生的自主設(shè)計(jì)能力和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)性。

三、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)應(yīng)用成果

虛擬仿真使用過程強(qiáng)調(diào)生生互動(dòng)、師生互動(dòng)、團(tuán)隊(duì)互動(dòng)，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果顯著，受益面大，學(xué)生實(shí)驗(yàn)興趣濃厚，自主學(xué)習(xí)能力明顯增強(qiáng)，實(shí)踐創(chuàng)新能力明顯提高。平臺(tái)開放以來，通過學(xué)生訪談和問卷調(diào)查反饋，學(xué)生對(duì)虛擬仿真項(xiàng)目的評(píng)價(jià)較高，比較典型的實(shí)施效果如下：1）學(xué)生的沉浸感強(qiáng)。該平臺(tái)教學(xué)的吸引力遠(yuǎn)高于一般的課程教學(xué)和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，特別是以游戲教學(xué)理念將他們浪費(fèi)在游戲的時(shí)間投入到虛擬仿真項(xiàng)目中。2）教學(xué)與實(shí)驗(yàn)相輔相成。設(shè)定的練習(xí)模式、實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ胶透?jìng)技模式非常符合新時(shí)代學(xué)生的特點(diǎn)。學(xué)生不僅可以通過練習(xí)模式輔助課堂教學(xué)，掌握課堂教學(xué)的知識(shí)點(diǎn)，還可以通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步鞏固課堂教學(xué)。

四、結(jié)論

本文結(jié)合華僑大學(xué)的液壓傳動(dòng)與氣動(dòng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為契機(jī)，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改革，將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與課程實(shí)踐相結(jié)合，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)激情，在鞏固學(xué)生理論知識(shí)的同時(shí)，激發(fā)自主創(chuàng)新意識(shí)，能夠結(jié)合實(shí)際工程問題，做到自行發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，同時(shí)培養(yǎng)良好的團(tuán)隊(duì)意識(shí)。通過實(shí)踐證明，將虛擬仿真和液壓傳動(dòng)與氣動(dòng)實(shí)踐教學(xué)相融合，是一項(xiàng)切實(shí)可行且具有良好效果的有益實(shí)踐教學(xué)方式。

參考文獻(xiàn)：

[1]任好玲，繆騁，林添良.促進(jìn)傳熱學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與機(jī)械工程科研融合的探索[J].教育教學(xué)論壇，2017（33）：279-280.

[2]虞啟輝，方桂花，譚心.以“卓越工程師”為導(dǎo)向的液壓與氣壓傳動(dòng)課程教學(xué)改革研究[J].科技資訊，2018（1）.

作者簡(jiǎn)介：

陳其懷（1988.6-），男，漢族，福建仙游人，博士研究生，講師，研究方向：機(jī)械電子工程。