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探析虚拟仿真技术在农业机械课程教学中的应用

发表时间：2020/9/8 来源：《教学与研究》2020年8月下作者：张金果

[导读] 随着科学技术的不断发展，虚拟仿真技术与机械课程教学相结合已经取得一定成果。

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摘要：随着科学技术的不断发展，虚拟仿真技术与机械课程教学相结合已经取得一定成果。基于此,本文将对虚拟仿真技术在农业机械课程教学中的应用情况进行研究，探究虚拟技术教学的重要意义，以及现阶段已经取得的技术成果，希望对提升虚拟教学质量提供参考意见。
关键词：农业机械课程；虚拟仿真技术；应用研究
        引言：由于机械课程教学需要借助大量实物机械支持，考虑到校园内各种客观因素的限制，课堂教学质量也会受到一定影响。随着虚拟仿真技术的发展，是空的限制被打破，教师可以随时随地为学生讲解机械结构，因此，未来进一步发展基于虚拟仿真技术的教学模式必然成为主流教学模式。
       一、机械类课程利用虚拟技术的意义研究
        （一）满足理论教学要求
        虚拟仿真技术是一项基于高新计算机技术的实施人机交互技术，通过利用虚拟仿真技术可以有效地将学习对象、资源、情境以及必要资源相结合，将抽象化的理论知识具现化，借助虚拟仿真技术的沉浸感可以为学生营造良好的学习环境，切实激发学生的学习积极性，机械学科理论教学的有效性大幅提升.根据美国心理学家提出的体验学习理论，具体的经验、观察与反思、形成抽象的概念和普遍的原理以及在新情境中检验概念的意义这四种主要因素时学生在学习过程中必然经历的学习过程，在有限的课时内，需要学生依据上述四项因素对必要知识形成感性认知，但是在机械课程尤其是在高等课程中，学生很难在有限的时间内完成相应学习过程[1]。而虚拟仿真技术的出现大幅提升了学生感性认知进程，满足了机械课程理论教学要求。
        （二）满足实践教学要求
        《机械制图》、《机械原理》以及《数控机床》等是机械类课程的基础课程，这几门的课的统一特征为需要极大数量的机械实物满足课堂教学要求，传统教学模式受多种客观因素影响，缺乏必要的教学设备，一定程度上影响了课堂教学质量。而基于虚拟仿真技术的CAI课件,完美地打破了空间等客观因素的限制，满足课堂上必要的机械展示、机械运动过程演示等教学要求。同时，虚拟仿真技术也可以满足部分需要学生具备良好空间想象力与思考能力的知识教学，比如《机械制图》。虚拟仿真技术的出现有效弥补了传统教学模式的缺陷，切实深化了学生对相关知识的理解能力。

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        二、虚拟仿真技术在农机课程中的应用研究
        （一）提供了良好的理论教学平台
        现代化农业发展要求农业机械作为物质基础，同时农业机械也是农业技术装备的重要组成部分。因此，我国近年来加大了对该科目的重视程度，但是需要正确认识到的是，由于高校条件有限，难以满足学生实践要求，部分基础知识也需要实物进行演示，这就导致农机科目实际教学质量难以达到预期水平。在这种背景下，我国科研技术人员充分利用了虚拟仿真技术的优势，为提升教学质量做出了应有的贡献，如山东建筑大学雷文团队开发了基于虚拟仿真技术的“农业机械学”教学系统，该教学系统的优势在于大幅降低了课程教学难度，同时利用独特的考核系统，帮助教师实时掌握学生学习进度，为下一步教学方案的制定提供了有效信息支持。此外，河北农业大学田辉团队也取得一定成果，但是田辉团队设计的教学系统局限于Solidworks 软件，还需进一步发展.通过利用基于虚拟仿真技术的教学系统，借助其沉浸性、交互性等技术优势，切实实现了降低教学成本,活跃课堂气氛，提升教学质量的目的。需要注意的一点是，当前基于虚拟仿真技术的教学系统操作系统依然需要借助鼠标与键盘，与沉浸式虚拟体验要求还有一段距离，需要科研人员继续努力。
       （二）提供了有效的实践平台
        农业机械专业特性要求学生具备良好的动手实践能力，因此大多数高校中会开设一门拆装实训课程，以满足专业对培养学生实践能力的要求。但是受时间、空间等客观因素影响，学生难以在有限的时间内完成相应实训练习。随着虚拟仿真技术被广泛应用于汽车、航空等机械领域，基于虚拟仿真技术的拆装训练逐渐成为未来发展趋势[2]。目前，农业机械课程拆装实训课程尚未完成基于虚拟仿真技术的操作系统普及工作,多数高校的实训课程依然沿用传统的操作方式，以小组的形式在库房内完成拆装操作，教学成本极高，流程也相对繁琐。现阶段，世界范围内都已经开始对基于虚拟仿真技术的拆装技术进行研究，我国尚处于起步阶段，相关技术发展虽已取得一定成果，比如我国解放军理工大学的杨雪松团队开发出的操作系统切实降低了教学成本，提升实践训练效率，山东省农业机械科学研究院孟庆山团队则采用基于3DVia Composer 的虚拟交互技术,开发了整套针对于农机职业培训的教学系统，但是需要认识到的一点是上述技术在沉浸感、交互性以及构想性方面上存在一定不足，仍需要科研人员对其继续优化，以满足新时代背景下的教学需求。
        总结：综上所述，随着科学技术的不断发展，虚拟仿真技术被广泛应用于各个领域内已经成为未来发展的必然趋势。因此，相关工作人员应加快将虚拟仿真技术与农机课程教学相结合的速度，切实降低教学成本，提升课堂教学质量，为推动我国农业现代化发展提供有力保障。
参考文献：
[1]雷文,陈清奎,朱肖龙,等.基于虚拟仿真的“农业机械学“仿真教学系统[J].计算机系统应用,2018,27(4):76-81.
[2]白瑀,吴庆云,乔虎,等.提升学生机械产品创新设计能力的教学改革[J].科技风,2018(24):39+66.