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虚拟仿真技术在金工实习教学中应用研究

2022-07-05  |  点击:  |  栏目:论文中心

本文作者:陈鹏武 发表期数:现代职业教育 2022年19期 本文字数:2479

  [摘           要]  现在社会正进入高速发展时代,各高校的金工实习设备升级,引进的先进制造设备数量少、价格昂贵,维修保养成本高,学生未能动手实践。金工实习上课内容比较抽象、枯燥,学生难以理解,兴趣不高,教学效果一般。虚拟仿真技术是一个时代新物,应用广泛,应用到金工实习中,将是一个新的教学方式,有效解决先进设备的问题和金工场地,同时可以弥补传统金工实习的不足。
  [关    键   词]  金工实习;虚拟仿真技术;教学方式
  [中图分类号]  G642                   [文献标志码]  A                   [文章编号]  2096-0603(2022)19-0122-03
   虚拟仿真技术是一门科技含量较高的学科,依托计算机技术发展,交叉了多媒体技术、机械工程技术、人机接口技术、传感与测量技术、仿真与人工智能等多学科融合为一体,构建一个与现实相同的虚拟环境,沉浸式的体验,人机交流,与现实体验相同。越来越多高校的实训教学正在引入虚拟仿真教学平台。
   虚拟仿真技术即虚拟现实技术(简称VR),在20世纪40年代被欧美国家发明,目前其核心技术掌握在发达国家,如美国、日本等。最先应用在军事领域,21世纪正是一个高速发展的科学技术时代,对人类影响发生极大的变化,人对生活、思想不断提高需求,虚拟仿真技术被应用到各个领域中,如医学的虚拟现实手术培训,汽车、船舶、飞机的虚拟现实驾驶,VR影视,VR游戏,虚拟仿真教学等。我们国家对虚拟仿真技术掌握相对薄弱,由于起步晚,教育部颁发《关于开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知》(教高司函[2013]94号),兴起大批学者对虚拟仿真技术进行研究。
   一、金工实习的目的和现状
   (一)金工实习教学目的
   金工实习是一门以实践教学为主的公共基础课,是工科类学生在校期间不可缺少的实践教学环节,从前金工实习强调学生独立操作,把所学的理论知识与实践教学结合,从而培养学生的动手能力和掌握机械制造一般过程。随着社会科学技术不断更新,各高校已引进先进设备,现在金工实习演变为工程训练,注重培养学生的动手能力,同时也在培养和提高学生的工程素质、创新能力。它是高校对学生进行工程教育与培养的主要环节和内容,通过金工实习,学生初步掌握现代机加工的基本知识,对现代机加工建立生产概念,能够对简单零件作出初步工艺操作和分析。同时也是学生毕业前与社会无缝接轨的桥梁,培养学生热爱劳动、爱护设备、建立生产经济观,为其日后的机械制造类课程和从事机械工程类工作等打下良好的基础。
   (二)金工实习的教学现状
   大部高校的金工实习教学方式主要是利用多媒体或现场教學或两者结合。每个参加金工实习的学生都是初学者,对设备和操作都不熟,主要通过老师讲解来获取,内容比较抽象和枯燥,难以理解和掌握,教学效果一般,不利于学生实习,操作设备容易发生事故,如普通车床实训时,车床是开放性加工,初学者对设备不熟,容易发生刀架撞车床、断车刀等危险事故。
   各高校随着社会的发展,更加重视金工实习的发展,加大资金投入,引进先进设备,实习场地扩大。由于高校的资金和场地有限,先进设备价格昂贵和维修保养贵,现如今的金工实习的设备特点是传统设备保有量大、老旧且占地面积大,先进设备少,更新缓慢。在实习先进设备时,老师讲解和操作,学生未能参与动手实践,不利于学生对现代机械制造的了解,学生兴趣不高,难以提高学生的工程素质和创新能力。如引进一台数控五轴铣床需要一百万元左右,学生是初学者,对设备操作不熟练,容易发生操作失误,从而撞坏主轴,维修费高达十几万元,高校一般只引进一两台,教师只能按教学要求带领实习。
   二、国内外虚拟仿真实验教学情况
   (一)国外建立虚拟仿真实验教学情况
   国外掌握虚拟仿真的核心技术起源早,已在各个领域中得到广泛应用。虚拟仿真技术正引领各国对教育进行提升和改革,也是培养现代高质量人才的重要手段,备受各国重视。查资料了解到表1(见文末)是国外高校虚拟仿真教学的主要类别和基本形式。
   (二)国内建立虚拟仿真实验教学情况
   根据教育部颁布的《关于开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知》(教高司函[2013]94号文),我国组建大量专家学者对虚拟仿真技术进行研究,在教育部公布的数据中,了解到我国2017—2020年建立国家级虚拟仿真实验教学中心的情况如表2所示。
   三、虚拟仿真技术融入金工实习教学的意义
   虚拟仿真技术引入金工实习教学中,充分发挥作用、互相补充,给金工实习教学带来了一个全新教学方式,同时也解决了自身教学缺陷,利用虚拟仿真技术创造一个与现实有相同体验的“沉浸式”教学环境,立体感强,多角度学习,提高了学生兴趣与教学质量,解决原有教学上存在的诸多问题和不足。有效地解决高校金工实习发展需要的场地、设备数、师生比等问题,,提高设备利用率,加大对学生开放,学生可以随时自主学习,更加充分地培养学生工程素质、创新能力、实践动手能力,提高人才培养质量与现代企业发展需求接轨。响应李克强总理提出的“中国制造2025”号召,为中国制造崛起提供高质量人才,使金工实习在未来发展更好、更远、可持续。
   四、虚拟仿真技术引入金工实训教学中的优点
   (一)改变教学方式

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