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1远程教育的优势
(1)学习行为自主化
学习者可以根据自身条件和需要,选择学习的内容、方式和进程,随时随地进行知识学习,不必拘泥于课堂,也不必固定时间,特别适合于在职从业人员的业余学习。
(2)教学管理自动化
随着计算机技术的飞速发展,远程教育可以实现教学管理自动化,如学生学习课程的选择,学习后的作业,试卷,任务等,都由学生和教师在计算机系统上直接对话、批改,打破了地域的限制。
(3)为求学者提供了平等的学习机会
远程教育的发展,使高等教育资源不再是少数人享有的权利,而是变成全民共享的财富,使每个公民可以在人生需要的时候实现自己所需的学习,在学习的时空和人生的各个领域自由穿行[2]。教育资源、教育对象、教育时空的广泛性,为大众的终身学习提供了可能性。远程教育为我们自学者自主学习带来方便的同时,也给实验教学的开展带来困难。
随着时代的前进,每个行业、每个岗位,都会采用一些新的技术和装备,需要一些新的职业操作技能。同时随着现代产业结构的不断调整,大量的旧行业退出历史舞台,新行业不断兴起,必然产生大量的转岗培训,社会发展对技能提出的新要求,迫使从业人员不断学习新技能来满足个人职业发展的需要,这样传统的一次性学校教育越来越不能满足公民个人终身学习的社会需求。但是在职学习者由于自身条件的限制,他们不可能再回到实训教室,听教师形象、生动地讲解、演示,练习操作技能,只能利用业余时间学习自己需要的技能知识。如何通过远程教育平台开展实验实训教学,让在职学习者学习职业操作技能,提高自身的竞争力,是今后远程教育工作者必须研究的重要课题。随着远程教育的不断地发展,技术的支持保障系统和相应的硬件设备的完善,使得在职学习者通过远程教育平台学习技能已成为现实。本文以分析化学为例,探索仿真实验教学在远程教育中应用,帮助在职学习者远程教育平台,学习技能操作,提高自身的职业操作技能。
2将仿真实验用于分析化学实验
仿真实验是计算机技术飞速发展的产物,是利用计算机创建一个可视化的实验操作环境,通过事先设定的交互界面,可实现实验操作的演示、模拟操作训练和自动评价。对于由于学生错误操作可能产生的安全事故,可以通过动画生动地演示出来,提高了学生的警觉性和分析故障原因、排除故障的能力,增强了学生的安全意识;另外学生通过对仿真实验系统的反复多次模拟操作,可以加深对实验原理及操作步骤的理解,还可节省大量时间进行综合性、设计性、探究性的实验。这为学生综合能力、创新精神和创新能力的培养提供了保障,这些都是我们正常的实验教学无法实现的。将仿真实验技术应用到分析化学实验中,可以使仿真实验的优势充分发挥出来,使学生的实验操作技能得到大幅的提高。分析化学实验有着严格规范的操作要求,这是获得准确分析结果的最基本保证。没有规范的操作技能训练和扎实的专业理论知识储备,就不可能有很强的实验能力。加强学生操作技能训练和专业理论知识储备是提高学生实验能力的关键因素,在制作分析化学仿真实验时要始终贯彻这一原则。为此,制作分析化学仿真实验通常要做到以下科学性、直观性、交互性[3]、欣赏性和便捷性等5个方面,以激发学生的学习兴趣。
2.1科学性
科学性是指分析化学仿真实验的内容选取要符合学生的认知规律,了解学生的实际操作水平,科学合理安排实验进度和正确的操作技术,将每个实验所需掌握的操作原理、操作步骤、操作技能科学、严谨、正确地展现出来。如分析天平的使用、容量器皿的基本操作、分光光度计的使用等内容都是分析化学中最常用的、最基本的基础操作技能[4]。为了突出该操作的重要性,在远程教育分析化学仿真实验设计中,首先将他们设计成分析化学基本技能操作训练模块,在该模块中将规范的操作等程序采用录像、电脑动画等直观的形式加以演示,将教师平时积累下的学生各种不规范的错误操作以案例的形式展现出来。将复杂的、枯燥的操作技能,变成一幅幅多彩的图片,使学生在轻松氛围中掌握规范性操作的具体要求;同时,在每次进行的新实验课程之前,不是立即演示正规的实验活动,而是先进行基本操作训练,在训练过程中安排必要的技能测试,以突出基本技能操作的重要性。
2.2直观性
直观性是指在教学过程中,教师要利用直观手段,通过引导学生开展多种形式的感知,丰富学生的感性认识,发展学生的观察力和形象思维,并为形成正确而深刻的理性认识奠定基础。分析化学仿真实验在设计时要充分发挥仿真实验直观性强的优势,对重点和难点在每一个需要的画面上用提示性的文字或语言向用户展示[5],将一些学生平时观察不细的操作步骤、实验无法演示的错误操作和由于错误操作产生的危险结果淋漓尽致地演示出来。充分运用多媒体技术创设体验情境,生动、直观、形象地展现课程内容,以吸引学生的注意力,并创设一种愉悦的心理情绪,逐步引导学生乐于体验,促使学生主观能动性的发挥,从而提高教学效率[6]。例如对于半滴的操作,由于全日制教学班学生人数较多,很多学生在教师演示时不一定观察得那么细致,可以运用录像、电脑动画等直观的形式,将每一步细致的演示出来,如用酸式滴定管时是轻轻转动旋塞,使溶液悬挂在出口管嘴上,形成半滴,用锥形瓶内壁将其沾落,再用洗瓶吹洗。加入半滴后颜色变化正好,到达滴定终点。若向此溶液中再加半滴,溶液颜色加深,滴定明显过量。通过多加半滴后颜色变化,让学生真正认识到分析化学实验对“量”的严格要求,从而能在实验中严格控制滴加量,减少实验误差。对滴定终点的判断,可以缓慢展示变色过程,并呈现出逼真的终点颜色,便于学生快速掌握滴定方法和要领[7]。
2.3交互性
交互是指人与计算机之间传递、交换信息的媒介和对话接口,通过这个对话接口用户可以完成自己的操作,并由计算机根据用户的操作及时做出反馈,最终通过观察判断模拟的真实场景和过程,实现用户自身知识结构中某一知识点的意义建构[8]。由于远程教育教与学时空分离的特点,教师对学生的操作不能及时地做出评判。这就需要由计算机对学生的每一个操作的正确与否给予及时准确的判定,帮助学生正确掌握每一个实验的实验原理、实验操作、实验仪器和试剂的选用、数据处理等相关内容。
2.4欣赏性
欣赏性是指对仿真实验进行艺术加工,做到每个实验图、声、文并茂,形象地展示整个实验过程,使枯燥乏味的实验过程、实验原理易于接受和理解。如用无水碳酸钠标滴定盐酸时[9],每往锥形瓶中滴一滴盐酸溶液,锥形瓶中显示H+和CO32-的反应生产H2O和CO2的过程,并且部分CO2会暂时停留在锥形瓶中,为后面在临近滴定终点加热锥形瓶,驱赶瓶中残留CO2的实验步骤做准备,避免学生在实验过程中对此步骤的忽视或遗漏。由于仿真实验过程设计中,充分考虑到欣赏性的问题,对各部分重点内容尽量做到图、声、文并茂,加深学生对实验过程的理解和掌握,使实验的效率和效果大为提高。
2.5便捷性
仿真实验在编制过程中充分考虑操作的便捷性,在仿真实验中要编制醒目、灵活、便捷的操作指南,方便学生自学使用;另外仿真实验内容要以专业建设和课程教学为中心[10],将本课程的特点与远程教育充分结合,运用新的教学理念和教学方法进行课程设计,将每个实验按照教学任务的不同分解成若干模块,每个模块的操作时间不要超过10分钟,方便只有零散时间进行网上学习的学习者自行练习操作,提高学习者借助网络自主学习的能力。
【关键词】汽车教学 虚拟动画 仿真系统 教学研究
在我国,汽车行业在最近几年取得飞速地发展,在制造汽车的时候,不仅要对汽车的数量提出具体的要求,对汽车的质量更是有严格的要求,这就要求汽车技术人员具有更精湛的技术。作为汽车技术人员,只具有扎实的理论知识是远远不足的,还需要具备非常强的操作技能,只有把两者完美地结合在一起,才能够制造出一辆质量达标的汽车。因此,作为汽车专业的学生,只接受理论知识是不够的,还要把学到的理论知识与实际的实践紧密结合在一起。现在,在汽车的教学过程中应用了虚拟动画与仿真技术,这门技术可以通过呈现动画模型的方式向同学们展示汽车的结构,这样学生通过视觉刺激,会对汽车的结构有更加深刻的了解,从而提高教学的实效性,保证教学的质量。
一、实现教学改革的重要途径
随着新课改的不断推进,教学改革也在风起云涌地开展,这就要求教学具有更高的质量和效率,为社会培养出更多的具有专业技能的人才,这些人才能够满足社会对人才的需求,为社会贡献出自己的一份力。但是,在传统的汽车教学过程中,教师只是一味地填鸭式教学,为学生灌输大量的理论知识,完全不重视学生的实践操作能力的培养,造成学生在课堂上所学到的理论知识不能与实际的操作结合在一起。但是,如果在汽车教学中应用虚拟动画与仿真技术,就可以在很大程度上弥补不足,使学生把理论知识和实践操作紧密结合在一起,从而提高学生的综合能力。虚拟动画与仿真技术的应用,不仅为教师的教学带来了很多方便,也有助于学生对所学的理论知识有更加深刻的理解。
二、有利于提高教W质量与效率
通过虚拟动画与仿真技术向学生们展示汽车结构,有助于学生们加强对所学的理论知识的理解,能够对汽车的结构有更加深刻的认识,把理论与实践完美地结合在一起,有助于学生能力的提高。而且,这种教学方法能为学生够营造一种轻松愉快的课堂气氛,激发学生学习的积极性,调动学生学习的热情。通过运用虚拟动画与仿真技术,把教师所要讲授的理论知识呈现出来,给学生们造成一定的视觉冲击,有助于学生们加强对知识的理解。还可以利用这个技术为学生创设相应的情境,把理论知识与现实生活有机地结合成为一个整体,能够让学生们对所学到的理论知识活学活用。教师可以利用软件,对汽车进行重新组装,这样不仅可以激发学生的学习兴趣,还能够加深学生的理解,通过图像把抽象的知识展示出来,可以提高教学效率和教学质量。这门技术的应用,使汽车教学更加轻松,教学内容更加丰富,在很大程度上提高了教学的实效性。
三、有利于将理论与实践结合起来
这门技术把抽象的理论知识具象化,学生在学习的时候,不会感到枯燥乏味,而是有更加明确的目标,更加具有学习的动力,从而使学习效率进一步提高,这样学习效率也会有显著的提高。教师可以利用这门技术把抽象的知识具体化,灵活运用,把理论知识与实践操作有机地结合在一起。在教学的过程中,教师可以结合软件有更加合理的教学设计,通过向学生们展示软件,帮助学生们理解知识。这门技术是教师教学过程中的辅助手段,可以利用这个软件重点分析教学的重点和难点,如果遇到学生不容易理解的非常抽象的知识,教师可以利用这个软件为学生一步步地分析。软件可以把汽车的结构通过视频的方式呈现出来,对学生形成直接的视觉冲击,学生通过对图像的理解,能够进一步理解知识,同时还能够增强学生的动手操作能力,提高学生的综合素质。
四、汽车教学中的虚拟动画与仿真设计
在教学中应用虚拟动画与仿真技术,对为汽车教学带来非常大的影响。因此,在汽车教学过程中,应该重视这门技术的应用,要了解社会对汽车专业人才的需求,再结合学生的发展特点,设计合理的教学内容,这样可以把这门技术的作用最大化。在汽车教学过程中,主要是让学生了解汽车的整体结构以及各部分零件,学会处理汽车遇到的各种问题等。这门技术可以把汽车的结构进行拆卸和重新组装,有利于学生的掌握。
五、结束语
随着科学技术的不断进步,汽车教学技术也会取得新的发展。最近几年来。在汽车教学中应用了虚拟动画与仿真技术,通过这门技术,让学生对相关的理论知识有更加深刻的理解,为教师的教学工作提供了很多方便,对于教学效率的提高有更加重要的意义。这篇文章立足于汽车教学的视角,对虚拟动画与仿真技术作出了详细的介绍,希望能够为汽车教学提供一定的借鉴和帮助。
参考文献:
[1]高云,吉武俊.汽车教学中虚拟动画与仿真的教学研究 [J].品牌.2015(05)
一、出示实物教学单词
实物是最直接最有效的手段。这种教学方式直观,符合初中学生的心理特点.单词和实物的结合,既克服了记单词的的枯燥,又激发了学生兴趣,能让学生在轻松活泼的氛围中记住单词。我在教学七年级上册第二单元的单词时,我一边出示钢笔,铅笔,文具盒,直尺,橡皮等实物,一边教学单词读音并让学生拼写,学生根据这些实物很快就掌握了pen,pencil,pencilcase,ruler,book,eraser等单词。此外,我还用贴标签的活动,巩固所学单词。我让学生把单词写好,贴在相应的学习用品上,每次用到这些学习用品,他门都会不经意记上一遍,就能更好的记住这些单词。由此可见,利用实物教学单词是一个可行的办法。
二、借多媒体教学单词
对于那些不便带进课堂的的实物,我们可以借助多媒体,这能更容易激发学生的兴趣,触发他们的想象力。漂亮的图片、配以对应的音乐,更能引起学生的视听参与,使学生感受到语言和音像的冲击,从而在大脑皮层产生教强的反射,留下教深的印象。多媒体寓教育教学于一定的的形象思维和创设的情景中,就能极大地提高学生记忆单词的积极性、主动性和创造性,就会在短期内记忆大量的单词,这种形式很有生命力。.在教学初一年级下册第九单元时,我运用了多媒体。这个单元主要介绍电影的类型,我放了几段视频,第一段视频是周星驰的《大话西游》,学生看完这个片段就哈哈大笑,我立即就引入了comedy(喜剧片),接着学生很快就掌握funny(好笑的)。第二段视频是《功夫之王》,照此方法学生学会了actionmovie(动作片),也学到了exciting(刺激的),第三段视频是一个记录片喜玛拉雅,学生也就记住了单词documentary(记录片),还放了恐怖片((咒怨)),学生很快就学会了thriller(恐怖片),scary和sad,最后欣赏了北京的京剧BeiJingopera。学生身临其境,学生很快就就通过这几段视频,学会了这些单词。还通过句型Whatkindofmoviesdoyoulike?Why巩固了actionmovie,comedy,documentary,thri1ler,Bei~ingopera,scary,funny,sad,exciting这些新单词。
三、利用音义巧记单词
关键词:地理教学;防震减灾;实践
近几年来,世界各地地震频繁。2008年5月12日,四川汶川发生8级大地震;2010年4月14日,青海玉树发生7.1级地震;2011年3月11日,日本发生9级大地震并引发海啸。世界上的地震主要分布在环太平洋和地中海-喜马拉雅两大地震带,由于我国处于这两大火山地震带之间,是一个多地震的国家。所以提高学生防灾减灾的意识是非常重要的一项工作。面对灾难我们不仅要全力做好防震救灾工作,还要痛定思痛,尽量做好以后的防震减灾工作。在地理教学中,地震灾害和其他自然灾害的教育统称为灾害教育。我认为地理教学对今后防震减灾工作的开展起着重要的作用。
一、地理教学在防震减灾教育中的重要作用
我国是地震灾害发生频繁的地区,而且具有地震发生频度高、震源浅、分布广的特点。所以在我国进行防震减灾工作有非常重要的实际意义,因此在地理教学中加强防震教育对我们的防震减灾工作有更加突出的作用。
地理学科是各学科中唯一的一门以人类社会的可持续发展、人类社会赖以生存和发展的生态环境以及人类与众多地理环境因素的关系等为基础内容的学科。它不仅联系物理、化学、生物等学科,而且与实际的联系更是紧密,通过地理教学不仅可以培养学生的智力能力、实践能力和情感价值观,而且可以直接在课堂对学生进行行之有效的灾害意识教育。地理教学的目标是获得地理基本技能,发展地理思维能力,初步掌握学习和探究地理问题的基本方法和技术手段;增强爱国主义情感,树立科学的人口观、资源观、环境观和可持续发展观念。所以灾害意识教育本来就是地理教育的一大任务。
二、加强地理教学中防震减灾教育的迫切性
在汶川地震灾害中,有一位老师紧急采取措施,让学生躲在附近铁质椅子下使得全班学生无一遇难,最严重的学生也只是受了一点轻伤。据媒体报道这是由于教师的经验丰富,临危不乱。但是也有的学生“地震未伤人,无知先自残”,表现在慌乱中的人员踩踏,失措中的跳楼避险等。更有让人气愤的是有一段学生自拍的震后视频中,有些高中生还幸灾乐祸,而且有一名学生还表示希望天天都发生地震,原因是他们可以不用上课!
但是相比之下在2004年印度洋海啸中,一位10岁的英国小女孩运用自己的地理知识拯救了数百人的性命;1994年9月16日台湾海峡发生7.3级地震,广东汕头市和福建漳州市距震中均约200千米,汕头市有6000多人受伤,而漳州市无一人伤亡,原因是漳州市从1989年就开始了在地理课程中对中小学生的灾害意识教育。实践告诉我们,加强对学生的面对自然灾害知识教育是极为重要的,而地理教学也是责无旁贷的。
三、如何在地理教学中加强防震减灾教育
(一)丰富课程中关于防震减灾的内容
地震的知识虽然是中学地理教材的重要的组成部分,但我们在初高中的地理教学课本上只要求学生理解和掌握地震概念、分类、成因、分布等知识。我们对于灾害发生的缘由讲的比较透彻,对国家宏观如何预防自然灾害,如何进行灾后防护工作讲得比较细致,但是对于具体到学生个人应该如何在灾害中拯救自己进而拯救他人,我们却没有一处地方提及!所以我认为有必要在地震地理教学中拓宽课本内容,增加防震减灾知识。在我们的地理教学中,教师应该回归地理知识与实际的密切联系,将书本上的知识运用与实际,补充书本知识在实践方面的不足,丰富书本中关于地震灾害的知识。把自救办法从课内到课外,从课堂教学到课外活动,利用课外活动时间,切实有效地进行一些地震应急对策训练,要求每个学生经过训练后,能表现出良好的防震意识和应急素质:在听到地震警报后都要迅速、紧张、有序、准确地做出应急躲避动作;在听到疏散信号后,楼上楼下的学生从教室的前后两个门有序撤离,在安全区内排列好一个个方队。从而使学生具备一般的自救能力和生存能力,将理论知识转化为学生的实际应急技能,把单纯的知识教育与生活实际联系起来是非常必要的。
(二)注重地理发展性思维的培养
面对自然灾害,对于学生来说我们没有更多的更有效的预测手段和设备,但是我们可以联系实际地理现象对自然灾害做出初步的判断。以地质灾害这一节为例,教师引导学生就地质灾害发生前的征兆做细致的总结,并且联系其他学科分析为什么会出现这种现象,这种现象与实际地质灾害的正确联系几率有几层,这种现象放到其他地区是否有效,出现这种现象我们应该首先做出什么样的应对策略,这些策略是否有效。比如:汶川地震前是绵竹有明显的大规模的蟾蜍异动,这种现象与地质灾害有没有关系,有什么关系,联系生物知识说明这种关联性的几率,发现这种现象我们应该如何应对等等。
(三)注重人道主义精神的培养
【关键词】数控仿真;宇龙仿真;教学软件; 技能鉴定
我院自1999年起,开始在辽宁省内招生数控专业的学生,积极进行数控加工技术教学模式的改革及数控加工仿真系统在数控教学与鉴定中的应用研究,取得了良好的教学和鉴定效果,我院已经荣获辽宁省先进的数控实习基地。每年有40%优秀的毕业被分配到中航军品企业为航空企业当前紧缺的数控操作工人的培养作出有目共睹的贡献。
1 宇龙数控仿真软件介绍
1.1 自动检测、具体指出错误原因的功能功能
宇龙软件《数控加工仿真系统》是一个应用虚拟现实技术于数控加工操作技能培训和考核的仿真软件。由于仿真软件不存在安全问题,学员可以大胆地、独立地进行学习和练习。本软件中不仅具有对学员编制的数控程序进行,还具有在真实设备上无法实现的三维测量功能。这些功能使得学生可以进行自我学习,自我检测加工零件几何形状的精度,大大降低了教师的工作强度。
1.2 互动教学功能
使得教师既可以以广播的方式在每个学生的屏幕上演示其教学内容。教师也可以在自己屏幕上看到每个学生的操作情况,实时了解教学情况。许多教师在数控理论课程中也使用本仿真软件,使得课堂的教学变得更加生动、更加具体,教学效果明显得到提高。数控加工技能操作考试不仅重视最后的结果,更重视操作的过程。考试功能不仅记录了考试的最后结果,还把整个操作过程完整记录下来。通过回放功能可以察看考试的操作全过程。
1.3 工件的自动测量功能
该功能能够对仿真软件上加工完成后的工件进行完全自动的、智能化的测量。如果事先设定了评分规则,就可以进行全自动的评分。在每次的技能鉴定中心进行的数控操作工考试中,数控机床操作的仿真考试中已经实现了完全自动评分。这项全自动评分功能,使得数控仿真操作考试完全不需要数控专业人员的介入。
1.4 加工运行全环境仿真
仿真数控程序的自动运行和MDI运行模式;三维工件的实时切削,刀具轨迹的三维显示;提供刀具补偿、坐标系设置等系统参数的设定。
1.5 全面的碰撞检测
手动、自动加工等模式下的实时碰撞检测,包括刀柄刀具与夹具、压板、机床等碰撞,也包括机床行程越界及主轴不转时刀柄刀具与工件等的碰撞。
1.6 数控程序处理
能够导入手工编制的文本格式数控程序,还能够直接通过面板手工编辑、输入、输出数控程序。
1.7 考试记录回放
宇龙仿真系统还具有记录考试操作全过程和考试结果的功能以及多种回放方式。
2 宇龙数控仿真软件的典型零件加工
下面通过一个铣床中级工的典型零件加工来反映数控仿真加工在教学与鉴定中的应用
(如图1所示)。
图1
仿真加工步骤如下:
步骤1:机床、数控系统的选择。
步骤2:设置毛坯。
步骤3:开起数控系统,回零定义机床坐标原点。
步骤4:毛坯装夹面板选择适当的夹具与装夹方案。
步骤5:切削刀具的选择。
步骤6: 进行对刀操作。
步骤7:加载NC代码。
步骤8:进行自动加工完成零件的仿真过程。
步骤9:互动教学交卷。
步骤10:考试结果查询如图2。
图2
3 结语
宇龙仿真软件具备对数控机床操作全过程和加(下转第188页)(上接第178页)工运行全环境仿真的功能。可以进行数控编程的教学与技能鉴定,能够完成整个加工操作过程的教学。这不仅提高了考试评分工作的效率,更重要的是保证了数控操作工社会化考试评分的一致性和正确性,也大大降低了鉴定成本。从而可以加快当前紧缺数控加工操作工的培训速度。
【参考文献】
[1]上海宇龙仿真软件应用手册[S].
关键词 数控仿真模拟软件;数控编程加工;教学质量
中图分类号:G434文献标识码:B文章编号:1671-489X(2012)15-0139-02
数控仿真软件是一款在计数机中进行数控操作加工仿真的专业软件,可以同时进行刀具轨迹和机床运动仿真。数控仿真软件采用三维显示及虚拟现实技术,对数控加工过程的模拟达到极其逼真的程度,并且机床的运行过程和虚拟的工厂环境也能被模拟出来,以检验加工过程中可能存在的问题。目前,比较常见的数控仿真软件有斯沃仿真、上海宇龙、南京宇航等。
1 数控加工仿真软件应用于数控编程与加工教学
中的必要性和可行性
数控编程与加工主要讲授数控车铣床、加工中心的编程、工艺及机床的操作等内容,是一门工科院校数控专业学生所必须掌握的专业课,具有较强的理论性和实践性。但在传统的数控教学中,教师的理论教学只能在课堂上进行,涉及机床的具体操作时,学生只能凭想象,因此很难掌握相关数控知识。数控仿真软件就解决了上述问题。它利用计算机仿真技术,把数控机床搬到计算机中,搬到教室里,利用投影仪把机床和机床操作面板显示在投影仪上,教师利用仿真软件边讲理论知识边实践,把所讲理论知识落实在机床操作中。这样一来,教师可以讲一段就操作一下机床,使理论知识很好地和实践结合。同时,仿真软件可以把实习车间搬到教室,教师讲完课程后可以布置实际操作的作业,让学生在计算机上进行仿真加工,加工出工件后可以利用仿真测量功能进行测量,检验加工零件的准确性,系统能自动判断对错,并给出成绩,大大提高教学效率。
2 教学过程中的仿真应用
对于初次接触数控编程加工的学生来说,往往难以理解不同床身的运动差异,对各种指令的刀具运动轨迹的判断力不强,对工艺参数的选择会影响加工结果的认识不深。
在教学过程中,使用数控仿真模拟加工软件对数控机床的床身运动、刀具轨迹、工艺参数选择进行仿真讲解,可以较大地提高学生对数控加工过程的理解,加深对数控编程指令的认识,培养对工艺参数选择的能力。下面以实例的形式分别说明上海宇龙仿真软件在数控车床编程与加工重要章节的教学中的应用。
2.1 数控仿真软件在数控编程加工中的应用
学生在传统的课堂教学中进行编程部分的学习时,只能凭想象进行,对加工代码的含义以及代码格式的应用已经是感到难以理解,还要去想象工件的结构特点如何选用合适的数控加工代码表达出来就更困难了。例如,讲述G71粗车循环代码以及介绍其代码的特点时,单凭教师的黑板教学模式,学生是很难理解和掌握的。因此,在教学中利用数控仿真模拟软件描述G71粗车循环代码的应用,它完全模拟真实数控机床的操作面板和屏幕显示,能对编写的程序刀具切削加工路线的正确性进行验证,操作安全、方便。这样就可看到真实的二维或三维仿真加工过程(如图1、图2所示);可以很直观地观察工件在加工过程中出现的各种情况;可以帮助学生更迅速地掌握数控机床的操作,过程逼真;可以使学生在仿真操作过程中产生真实感,让学生更快地熟悉数控加工过程,掌握各类数控机床的基本操作和数控系统的编程指令。
2.2 对刀操作的仿真应用
对刀操作是进行数控加工前必须完成的操作步骤。对刀的目的是确定程序原点在机床坐标系中的位置,对刀点可与程序原点重合,也可在任何便于对刀之处,但该点与程序原点之间必须有确定的坐标联系。如果用传统的教学方法,仅在课堂上纸上谈兵,大多数学生都难以理解;如果利用模拟软件一边演示一边教学,通过车刀和工件的运动就能很好地帮助和引导学生理解这部分内容。
例如,将工件对刀基准点建立在工件的右端面轴心处,应用数控加工仿真软件的模拟功能演示如下:1)用外圆车刀先试切表面B,测量外圆直径后,按OFSETSET补正形状,输入“外圆直径值”,按“测量”键,刀具“X”补偿值即自动输入到几何形状里,如图3所示;2)用外圆车刀再试切外圆端面A,按OFSETSET补正形状,输入“Z 0”,按“测量”键,刀具“Z”补偿值即自动输入到几何形状里,如图4所示。
3 数控加工仿真软件使用中应注意的问题
适度、合理地利用模拟软件可增强数控教学效果。教师应十分重视它在教学中的应用方法,但还需摆正它在教学中的位置,既不能完全依赖它,而放弃教师在教学中的引导作用,也不能在教学中只采用粉笔、黑板的教学模式而忽视模拟软件的应用,应该科学、充分地发挥它在教学中的作用。作为加工模拟软件,只是加工过程的模拟而非真实的加工,无法代替学生在真实切削加工中的感受,无法真正代替真实机床。以大连职业技术学院各种应用于数控教学的仿真模拟软件来说,它们的操作面板和实际机床虽然相同,但与真实加工有很大的不同,包括切削深度和刀具的进给速度选择与实际加工有些不同,操作步骤有所差别,而且还有不能对零件的加工质量进行检验等问题;学生在使用中往往容易忽视切削用量的选择、数控刀具的选用、零件的装夹方法以及加工质量的控制,而学生一旦进行实际加工,便可能出现打刀、影响实际零件的加工质量、降低生产效率等问题。因此,模拟软件只能用于学生练习掌握各种指令和操作的辅助工具,还须安排相应学时的数控机床实训操作,通过实践操作设备来弥补以上的不足。
4 结束语
仿真技术已经逐步成为数控教学过程中重要的手段,它既可以减少占用实验设备的时间,又可以提高学生对数控加工的认识,更为学生提供了检验自行编写程序正确与否的手段。总之,将数控仿真软件应用到数控编程与加工教学中,充分发挥其优势,能显著提高教学质量。
参考文献
关键词:仿真软件 模拟电子技术 虚拟实验平台 应用
电子课程教学是以理论课教学、课程实验和课程设计等教学环节构成。我们在教学实践过程中,如果结合理论教学的进程,利用仿真软件在计算机上进行模拟电子电路实验和电路设计的仿真,作为教学的补充,既帮助学生更好地理解电子技术的理论知识,又能确保课程实验电路参数的正确性,还为设计者免去了重复“制作—修改—再制作—再修改”的重复劳动,可以取得良好的教学效果。实践证明,这种教学、设计手段的运用,有助于增强学生感性认识,培养学生创新能力、计算机应用能力和实际动手能力。我现介绍我院将仿真软件应用于模拟电子技术课程教学中的实际做法。
1.将虚拟仿真引入课堂,进行演示实验,提高课堂教学效率
过去主要是理论课教学,过于注重原理分析、公式推导,学生听起来枯燥无味,难于理解。为了提高教学效率,需要配合演示实验。但准备演示实验,需要花费较多时间;将多种仪器搬到教室,使用不便;演示操作过程,会占用过多时间,影响教学进度。
现在我们将仿真软件的虚拟实验功能引进课堂,在讲解理论的同时,利用多媒体同步演示,显示实验结果,使一些抽象的概念形象化、直观化、简单化,弥补了理论上的抽象性。下面是我们具体应用仿真软件来仿真的两个实例。
在模拟电路中讲授三极管共发射极放大电路时,三极管具有放大和反相的作用,学生理解起来非常困难。我们利用EWB仿真软件来仿真电路的实际效果。学生先有了感性认识后,理论的讲解听起来就更轻松了,其仿真图形如图1所示。从图形中可以看出,输入信号的正半周,在输出端放大的同时,还存在着失真。
在模拟电路中讲授振荡电路的起振时,通过电路的正反馈作用,输出信号就会逐渐由小变大,当振荡幅度增大到一定的程度后,由于三极管的限幅作用,最后使得输出的波形稳定。学生很难理解,用现有的仪器根本就不能显示出起振的波形来,现在利用Protel仿真显示出波形(图2),振荡器起振的过程非常直观,还能看出这种振荡电路的波形存在较大的失真,但振荡波形较稳定。如果对波形失真要求较高,则需要采用改进型号振荡电路,即克拉泼或者西勒振荡电路。这种教学模式生动活泼,学生自始至终保持着极高的学习兴趣,加深了理解和记忆,有效地提高了课堂教学效率。
2.开设仿真实验,改革实验教学方法,提高实验教学质量
电子技术课是一门实践性很强的课程,理论学习必须紧密地与实践结合起来。以往,实践环节主要是上实验课,实验内容多为验证性实验,设计性、综合性实验较少。
我们的做法:在学习模拟电子技术的过程中,抽几节课讲解仿真软件的使用方法。在电子技术实验课之前,学生必须先将电路进行仿真,得到实验结果以后,再进行实际的安装、焊接、调试。学生做实验的兴趣提高,信心加强,实验教学质量大大提高,特别是在设计性实验中,可以随时修改元件参数,并能马上获得仿真结果,直到满足电路设计要求。学生可提出各种设计方案,从而大大提高了分析问题、解决问题的能力,激发了他们的创新意识,也大大提高了学生电子电路的设计水平。这样很好地解决了原来设计电路的缺陷:先设计出电路,买回元件后,在面包板或印制电路板上安装调试,需要连接很多的电位器,当调试好以后,必须重新买元件,重新安装调试,将损耗浪费大量的电子元器件。
3.虚拟仿真在课程设计实践环节中的应用
对于课程设计,我们的做法:将模拟电子技术的内容分成几个单元,每一个单元搞一个课程设计。第一次在老师的带领下,讲电路设计的步骤,完成课程设计。上完下一个单元电路以后,老师布置一个课程设计题目,学生自己查找资料,自己设计好电路以后,交给老师检查,在检查学生设计方案时,要求学生陈述自己的设计思路,学生在讲述的过程中就会进行再次思维。这种虚实结合的方法,既发挥了虚拟实验高效、经济的长处,又培养了学生电子制作的能力、分析问题和解决问题的能力。
4.虚拟实验应注意的问题
虽然采用虚拟仿真辅助教学,改善了教学手段,丰富了教学内容,也能更形象生动地将难于理解的知识用仿真的形式表现出来,也更能激发出学生设计电路的创新意识。但如果完全用虚拟实验取代实物实验,就只会在电脑上仿真,学生对真实元器件的封装、检测等认知程度大大降低,对使用仪器的操作能力大大削弱,缺少对实际电子产品设计的布局能力、布线能力、安装调试能力。为了避免其弊端,使之与传统的教学相得益彰,融于一体,更好地为现代教学服务,我们采用虚实结合的方式,一方面强调仿真实验对教学的辅助作用,另一方面认识到实际动手能力的重要性,两者相辅相成,有机结合。既合理安排仿真实验课时,主要以学生课后自己上机实验为主,课堂上进行实际电路的安装调试工作;又精心选择仿真实验课题,为学生提供科学、合理的仿真实验题目,让学生通过实验,掌握知识,提高兴趣。还让学生做一些设计性的实验,自己设计、制作安装调试,使虚拟仿真实验变成看得见摸得着的电子产品。
总之,将仿真技术应用于教学中,不仅可以把许多抽象和难以理解的内容变得生动有趣,动态地演示一些现象,化难为易,而且能模拟一些用语言难以清楚表述的,以及现实实验不易进行的内容。它不仅提高了教学质量,改善了教学手段,丰富了教学内容,提高了课堂教学效率,而且对于培养学生的自主能力、创新能力、分析和解决问题的能力都起到了潜移默化的作用。当然,也要注意仿真教学的辅助作用和实际工程能力的重要性,两者必须相辅相成,相互结合,而不能以仿真来完全代替实际操作训练。
参考文献:
[1]王正谋主编.Protel99se电路设计与仿真技术[M].福建科学技术出版社,2005-1.
【关键词】轮机智能仿真;三维虚拟现实;轮机模拟;岗位技能考核
引言
轮机智能仿真与考核系统,它是一款针对中等职业学校轮机管理方向的教学软件。下面从开发意义,设计依据,软件功能,教学效果,软件创新5个方面阐述此套仿真软件在教学中的应用。
一、开发意义
《船舶柴油机》,《船舶管理》,《船舶辅机》和《船舶电气》课程是轮机管理专业的核心课程,无论是理论知识还是实际操作,都是轮机管理专业中学生应知必会的。 然而由于学生上船实习周期长,海上环境相对恶劣,使得该课程教学非常困难。若采用轮机实训设备教学,需要设备数量多,以及大量资金投入。为此我们使用一款虚拟现实仿真软件,该软件能较为真实地展现机舱工作情况, 并可对设备进行操作和故障排除的训练。整个软件的特点是:教学直观、操作灵活,虚实一体,让学生在真实情境中体验工作场景。软件安装方便,复制到U盘,粘贴到硬盘就可以直接使用。
二、设计依据
该软件参照中国海事局《海船船员培训发证和值班标准国际公约》开发和设计,以《船舶柴油机》《船舶管理》《船舶辅机》和《船舶电气》教材为依据。根据课程标准结合学生实际情况,制定了以下课程三维目标:知识与技能目标:过程与方法目标:情感、态度与价值观目标目标。根据教学需要,本软件解决了轮机设备部件难以识别的教学重点。通过仿真实训,软件解决了轮机设备启动操作复杂的教学难点。
三、软件功能
软件设定了三维虚拟现实,轮机模拟操作和岗位技能考核3大模块,首先是三维虚拟现实模块,本软件是一款由计算机逼真地模拟实船机舱具有的功能并将其显示的装置 , 学生可以在三维虚拟现实中漫游机舱,软件中的所有开关,按钮,阀门,甚至声响灯光与实船完全一致,并可进行操作和故障排除,为轮机管理专业学生提供了一个较为真实完整的实时操作平台。通过软件操作,学生了解机舱结构,培养对岗位的兴趣。
其次在轮机模拟操作模块,通过仿真技术,将实船操作面版真实展现在学生面前。软件操作界面包括了27个子模块,包含了船舶机舱所有的动力装置系统。分别是驾驶台,集控台,主机,主机机旁,主机工况,锅炉蒸汽,压缩空气,冷却系统,滑油系统,净油系统,延伸报警,电站系统,辅机控制,污水系统,压载系统,舵机系统,焚烧炉,生活污水,自动化,主机遥控,故障处理,燃油系统,空调系统,消防系统,二氧化碳,泡沫系统,KCHIEF500系统。以驾驶台和集控台这2个模块为例,可以进行船舶启动操作和航行中的变速操作,使学生在模拟情景中感受到真实的航行环境。
最后岗位技能考核模块是该软件的核心部分,也是检验学生操作成果的必要手段,本套软件集成了海船船员考核标准试题,包括分油机舱的灭火操作,船舶应急发电机启动,大风浪航行时的主机定速,锅炉点火的操作等等,操作结束后系统直接给出分数,并将错误指明,使学生在模拟考试中体验学习成功的喜悦,提高学习积极性。
该软件的特点是采用虚拟现实技术,虚拟现实环境的开发工具采用主流的底层渲染3D API技术,采用Direct3D(DirectX Graphics)开发组件。软件还运用了网络网络技术和多媒体技术图文音并茂。
四、教学效果
从教育水平来说,软件担当了职业教育中的“培养学校”的作用。根据我们的教学安排, 船用轮机教学仿真与考核系统软件作为一种现代化教学手段,对提高教学质量,提高学生的实际操作技能大有帮助,所取得的成效主要有以下几个方面 。
(一)熟练操作仪器设备
以往学生上船实习,都是比较陈旧的船舶,通过模拟器仿真软件的学习让学生了解现代化船舶的基本情况,通过模拟的方式让学生不断学习新的设备,达到熟练操作,安全操作的目的。
(二)增强排除故障能力
轮机管理是门实际操作很强的一门技术,以前学生上船工作实习,在机舱里只能做一些基本的工作,不能完全适应轮机管理工作,通过模拟器仿真实训,可以让学生在基本训练中得到锻炼,还通过各种故障排除的练习,提高了学生排除故障的能力,在船上得到了一致的好评。
(三)快速适应工作岗位
以前学生上船实习,对机舱管理适应比较慢,而通过仿真软件的练习使学生对机舱设备有了全面的认识,平时练习可以达到与实船相同的训练效果,上船后可以快速的适应工作岗位,融入到新的环境中。
(四)提高综合职业素养
通过仿真软件的练习,提高了学生综合操作能力和故障分析排除的能力,使学生热爱航海事业,为以后的工作打下了基础。
五、软件创新
基于虚拟现实,软件包括机舱所有动力设备,全功能训练实现环境真实感。贯彻做中学,做中教理念。
训练内容多样性,实现出题开放性,老师自己出题并可自动评估。
使用校园局域网,可实现网络化教学。
本软件对学生的职业技能和素质培养具有重要意义,有效实现了课程三维目标。
【关键词】仿真技术;体育教学;应用研究
随着计算机技术的进步,计算机模拟仿真技术在多个领域都取得较快的发展。仿真技术的大量应用,提高了生产和生活的效率。对于体育领域来讲,仿真技术的应用使体育科研人员对体育技术动作有了更科学的认识,对于发挥运动员最大的动作优势和训练结构提供了有益支持。它可以创造相似的模式训练或实战环境、模型化的物理环境与用户融为一体,使运动员产生身临其境的感觉。这种人机和谐的仿真环境的探索已广泛展开,诸如可视仿真、多媒体仿真、虚拟现实等等。在实际应用中,这些仿真技术互有偏重,又互为补充。在体育教学中,往往以多媒体仿真和虚拟现实技术的应用更为广泛。
1仿真技术概述
仿真技术是利用计算机技术建造被研究的真实系统的模型、进行模拟实验研究的一种方法。它是建立在系统科学、系统识别、控制理论、计算技术与控制工程基础上的一门综合性很强的实验科学技术。应用到体育领域,就是通过计算机模拟技术再现体育教师的教学经验、教练员的训练意图、管理者的组织方案和运动员的训练过程,从而达到对体育系统的解释、分析、预测、评价的一种实验技术学科。仿真技术的关键技术主要有数学建模和运动数据的获取。
虚拟现实及其仿真技术日益发挥出越来越大的作用,为高科技在竞技体育领域的应用提供了更加广阔的空间。作为大自然和人类社会的主宰,人体自身的建模处于一个非常重要的位置,已成为人类工程学、计算机图形学、人工生命及生物力学研究的热点。
国内外的很多学者进行了大量的研究和探索,建立了人体的数学模型,对人体运动分析提供了很大的帮助。代表人物有德国的R??Gawtonski和波兰的B??Macukow,他们采用经典的分析力学的理论基础,推导出人体的二阶非线性拉氏方程;美国斯坦福大学的Kane建立了一套新的建模理论,主要基于内坐标与外坐标转换的方法;美国的Roberson德国的Wittenburg采用了图论中理论,建立了树形多体系统的建模方法;南非的Hazte采用了优化结合同步测量方法,模拟了人体的运动。
1??1建立模型
建立仿真模型是一个复杂的过程,模型的有效性直接影响着仿真的效果。我们常见的有二维模型和三维模型。他们都是用抽象的数学方程来描述系统内部变量之间的关系,从而建立起来的模型。体育运动中运用较多是人体模型,要显示二维或三维的人体效果,首先要建立人体模型。用计算机进行三维建模是目前比较流行的,真实感和逼真度都较好,且可以多角度展示。
人体是由多个旋转关节组成的复杂形体,普通的三维摄像机量即多姿态角不能模拟真实的人体运动,完整人体仿真技术需要提供所有的关节数据。因此运动仿真技术要远复杂于一般的刚体。运动仿真的要素,首先利用相关设计软件建模,即建立三维人体模型,其次是根据生物力学和物理学相关知识产生模型各关节运动的驱动数据。
建模的类型根据不同的需要有不同的设计方案。以曲面建模为例,曲面是把人体骨架围绕起来,曲面由小平面组成,可以表现运动中关节处曲面的变化。曲面模型由于计算方便,运算规则较为成熟,显示三维效果较好。建模完成后,基本的仿真效果已经具备,但是,为了使三维图像看上去更加真实,最大程度地展现动作轨迹或模拟比赛、教学场景,还必须对教学环境进行设定,例如地理、气候、教学设备、场地等效果。
1??2运动数据的获取
运动仿真系统是将文字、图像、声音、动画和视频等素材进行综合分析,那么这么多的数据是如何获取的?那就需要专业的摄像设备和分析系统。专业的摄像设备是捕获运动数据的重要工具,它可以给我们提供第一手真实运动的数据资料,这些资料包含了丰富的时间信息,使得人体的运动变化更加逼真。一般都要先对相机参数进行标定,通过场景几何模型建立获取相机内部参数以及旋转矩阵、平移矩阵等外部参数。然后我们通过三维人体运动参数,根据人体关节点的三维位置信息,并经过数据转换,从而得到人体的关节在各个局部坐标系的旋转角度信息,人体姿态的关节角度数据可以直接输入到三维虚拟模型,进行行为驱动。
在人体图像运动过程中,关节点三维位置会跟随着运动,把这些点连接起来就会形成人体连续的、平滑的运动曲线。我们可以根据运动曲线的连续性和平滑性来预测和修改数据。如果捕获的数据帧中有关节点缺失,可以利用曲线的连续性对关节点位置进行估测,如果关节点位置偏移较大,在运动曲线上会表现为一个突变,可以根据运动曲线的平滑性对关节点位置进行调整。
2运动仿真技术在体育教学中的作用
运动仿真系统可以实现体育训练方法的进步和转变。即利用高精度视频捕捉设备与分析系统相结合,更精确地测量人体运动的轨迹,再利用人体运动仿真模拟分析改进运动的训练方法,使训练更加有效。运动仿真系统常见的功能主要有动作对比、动作分解和技术分析。