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机械制造虚拟仿真实验教学系统

发布时间:2023-03-20

编辑人:灵图互动

阅读量:353

机械制造基础是一门讲述加工工艺、加工方法的专业课程,内容广泛,专业性强。其中,介绍加工原理的知识点较为直观,而介绍加工参数、工艺等知识点较为抽象。这在学习过程中,对学生的抽象思维能力有着一定的要求。

虚拟仿真技术与机械制造相关课程中较为抽象的知识点相结合,开发新型交互式课件,能够提高课件操作的交互性,表现的生动性,同时提升学生的参与度,帮助学生更全面地掌握所学的知识点。

机械制造虚拟仿真实验教学系统的构建主要包括教学目标分析、教学情境设计、信息资源设计、功能模块设计和学习效果评价等5个方面。

1.教学目标分析

为了适应高等教育大众化的社会需要,一般本科高校大多定位于应用型人才培养,要求培养的学生既具有扎实的基础理论和专业知识,又具有较强的实践能力。因此实践性教学环节就显得尤其重要。实践教学的作用和地位是课堂理论教学所不能替代的。基于虚拟仿真技术构建的体验式教学设计模式以教学任务为导向,通过分析学习者特征,确定学习目标,明确学习内容,借助教学资源和条件,通过设计和整合学习情境、学习资源、学习策略、认知工具、学习管理,在注重教学设计整体性的基础上形成教学系统。

2.学习情境设计

“情境”必须有利于学习者对所学内容的意义建构。在实际情境中学习,有利于学习者产生强烈的学习动机,有助于驱动学习者自主学习,有助于促进学习小组成员合作学习。同时,这种情境必须与学习内容相融合才能有助于达到建构知识意义的目的。

在机械制造虚拟仿真实验教学系统的设计中,利用虚拟仿真技术,模拟搭建工厂环境和工艺装置,集成加工工艺资源,将学生完全带人工厂的制造情境中进行学习,根据典型零件的加工过程,不断引出问题,让学生在已有知识基础上通过信息资源库中的知识解决出现的问题,并获得新的知识,让学生有自主探索、身临其境的感觉。

机械制造虚拟仿真实验教学系统

3.信息资源设计

有效的信息资源对于顺利解决问题十分重要,丰富的学习资源是教学实训必不可少的条件。因此机械制造虚拟仿真实验教学系统要建立系统的信息资源库,将现有的工艺资料、手册、规范、标准等集成在系统中,并提供引导学生正确使用搜索引擎的方法。

4.功能模块设计

实现一个共享的机械制造虚拟仿真实验教学系统,让学生可以通过人机界面对虚拟环境中的机械加工设备进行装配、对典型零件进行编制工艺、选择机床、刀具、夹具和其他工艺装备,选择切削用量,并进行仿真加工和对加工过程进行评价。系统的两大功能模块为:

4.1 虚拟环境产生模块

机械制造虚拟仿真实验教学系统的虚拟生产模块是以认知为主要目的的功能模块,是本系统最主要的部分。主要展示虚拟工厂环境和机械加工设备等,由模型库和知识库等构成。用户可通过鼠标在虚拟工厂里走动,了解虚拟加工情况,包括机床和工艺装备的展示,机床和夹具等装配过程演示,可进行装配实验和仿真加工实验。配有过程信息导航器,以便于学生在学习过程中能迅速直观地掌握操作要点。

4.2 虚拟操作产生器

机械制造虚拟仿真实验教学系统的虚拟操作产生器是典型零件的虚拟加工操作及评价的功能模块。完成机床不同部件的部装和总装或分别完成典型零件的工艺设计和不同工序的加工制造。在以学生为中心的建构主义学习环境中,应对不同的教学模式进行不同的自主学习设计和协同学习设计。

4.2.1 虚拟装配模块

虚拟装配模块包括机床、夹具、量具、刀具等工艺装备的装配,建立机床库、夹具库、刀具库、量具和工具库等模型库,机床库中有典型机床的整机和常用机床的零部件。学生可以通过系统提供的机床零件装配一台机床供后面的加工制造模拟使用。

机械制造虚拟仿真实验教学系统虚拟装配模块

4.2.2 虚拟制造模块

三维真实地模拟产品制造过程。在虚拟工厂三维场景中,实现产品的工艺规划、加工制造、装配和调试。在学生选定典型零件(轴类零件、盘类零件、箱体零件)进行机械加工时,会先后涉及到机床、刀具、夹具、切削参数的选择、加工工艺路线的制定及数控编程等诸多环节。系统根据学生选择的机床、刀具、夹具、切削参数、加工工艺路线或数控程序进行模拟加工。

机械制造虚拟仿真实验教学系统虚拟制造模块

4.2.3 装配和操作过程评价模块

主要负责对装配和操作过程的相关问题进行评价。当学生完成了所有和加工相关的准备工作并进行模拟加工的时候系统会给出反馈。这种反馈不仅仅是加工件切削状态的模拟,还需要对学生各种操作及准备工作进行评价。

5.学习效果评价

学习效果评价包括学习者本人的自我评价以及系统对学习者学习效果的整体性评价。它能及时了解阶段教学的效果和学生的学习进程及存在问题,及时调整和改进教学工作,便于学生自我对知识的梳理和完善。

机械制造虚拟仿真实验教学系统学习效果评价

机械制造虚拟仿真实验教学系统突破时间、空间的限制,是一个开放的、自主的和生动的交互系统,学生可以将自己置身于三维立体虚拟环境中,能够按照自己的能力和需求随时随地进行虚拟的加工制造过程学习,从而获得身临其境的感受和体会,而且系统可以实时检验学生的学习成果。教师能够多层次、全方位、个性化地指导学生,并启发诱导学生自己去发现问题、解决问题。这种具有反馈的虚拟环境,将使学生的学习更为有效。


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