王顺 王丽慧
摘 要：自虚拟试验（Virtual Experiment）在大学工科 “机械规划”课程试验教育中运用以来，遇到了许多问题与争议。文章结合机械规划内容剖析了实在试验（Physical Experiment）和虚拟试验各自的特色。剖析标明，在坚持实在试验在机械规划试验教育根底位置不变的前提下，虚拟试验是实在试验的必要弥补和扩展，能够促进教育方法向“以学生为中心”改动，是机械规划试验教育习惯科技前进与教育方法改动的重要手法。结合“机械规划”课程内容，针对两类试验在试验教育中的运用提出主张。
要害词：机械规划；试验教育；实在试验；虚拟试验
中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2018）06-0026-03
工科大学机械类“机械规划”课程的教育根本方针是，经过对资料、信息及能量的运用与操控，使学生具有规划能够有用作业且牢靠的通用机械零部件的常识和才能[1]，并把握典型机械零部件试验办法。这要求学生不只把握理论常识，还要有必定的着手试验才能，并终究着眼于工程实践规划与试验才能的培育，也是合格工程师必备的根本条件之一。传统的工科教育，学生获取理论常识首要经过讲堂学习，实践常识和实践才能的培育首要经过试验环节完结，这儿的试验指的是实在试验。讲堂教育根本选用“粉笔（ppt）+教育”的注入办法，试验教育包含学生对实践零部件模型操作或丈量的着手试验和教师演示学生查询的演示试验。这些教育办法一般是以“教师为中心”的方法为主导。面临社会对工程人才要求常识面广、归纳实践才能强以及具有立异知道的状况下，这种传统的教育办法越来越不习惯工科大学机械工程教育的展开[2]，特别是机械规划试验教育的展开。
科技的前进，特别是“信息+网络”技能的快速展开，给大学各课程的试验教育变革供给了新的办法办法[3-5]，比方，长途网络试验、虚拟试验等[6]。近年来“互联网+试验”的虚拟试验继续升温，人们对此褒贬不一。一种观念以为，虚拟试验是一种先进高效的试验教育手法，适宜国内大规划本科培育，也有利于教育方法向“以学生为中心”改动[7-8]。另一种观念以为“能实不虚”，虚拟试验的效果低于实在试验。
本文结合“机械规划”课程，就实在试验和虚拟试验各自的特色打开论说。剖析两种类型试验在教育实践中的應用。别的，结合 “机械规划”课程的具体内容，经过实例说明怎么合理有用地运用两类试验。
一、实在试验的特色及其效果
（一）实在试验的长处及其效果
“机械规划”实在试验对学生了解书本常识、增强对通用零部件的理性认知、培育结构拆装及零部件丈量等着手才能及实践经验，起到十分重要的效果，至今沿袭。即使依据数学和信息网络技能逐步展开起来的虚拟试验或长途试验现已走进试验教育多年，传统实在试验仍然是机械规划试验教育的主导办法和根底。相关于虚拟试验，几个长处决议了它在“机械规划”试验教育中具有不行代替的效果。
1.培育怎么规划试验的才能。包含选用仪器和工
具、操作、现象查询、数据搜集及解说等。2.善于培育学生着手技能和实践才能。能培育学生正确运用仪器、传感器或软件等东西丈量零件功用参数。比方构建拼装零部件、机械故障扫除、传感器安顿、电路衔接以及仪器标定或调零等，这些是工程实践必备的一个根本技能。3.能够运用触觉感知对理论常识取得理性知道，了解理论模型猜测才能及其约束。4.经过处理试验中遇到的不行猜测问题，实在试验使学生感受到研讨的杂乱性，并
有时机培育处理技巧。比方，在齿轮参数丈量试验中的差错问题，能够让学生知道到丈量的随机性和不完美性，学习准确丈量的规程及技巧。在这方面，实在试验具有虚拟试验无法比拟的优势。5.参加实在试验，能够更好地培育学生的工程爱好、训练沟通及团队协作等，对增强学生的才能大有裨益，这一特色往往是最简单被疏忽的。
（二）实在试验的约束性
尽管实在试验具有许多长处，但跟着工业科技及社会人才需求的不断展开，大学本科培育的改动，传统实在试验的约束性也逐步暴露。首要，一些实在试验本钱高、耗时长、功率低。比方，机械零件磨损量试验，实在试验在一两个学时内往往无法得到较为完好的磨损三阶段曲线，哪怕是跨阶段的磨损曲线也是比较耗时的。其次，试验参数也不简单改动，要展开愈加丰厚的试验好不简单。像动压滑动轴承试验，若展开不同润滑油对轴承功用影响绝非易事。可见，实在试验要改动试验条件，获取更多试验成果的时间本钱和经济本钱昂扬。加之国内院校本科生培育规划巨大，试验仪器生均份额低，实在试验的这一缺陷益发杰出。再次，现有实在试验教育阻止了教育方法的改动。近些年来，因为教育激励机制等问题，校园和教师缺少对“机械规划”试验课在经费、时间和精力上的投入，实践性教育条件严重缺乏[9]，学生很少有时机有条件仔细做试验，一朝一夕试验课变成了敷衍、走过场，严重影响了学生科学试验爱好培育和研讨技能的增强，更谈不上“以学生为中心”的教育方法的改动。最终，机械规划教育尽管强调了科学技能与工程实践相结合，实践上绝大部分校园简直不具有将科技常识与工程实践相结合的师资条件和才能，缺少能够将理论充沛运用于实践的实在试验。可见，实在试验难以在本科规划化培育进程中更进一步发挥效果，必然要在教育内容、教育办法及手法方面进行改造。
二、虚拟试验的特色及效果
（一）虚拟试验的长处及其效果
虚拟试验是运用理论模型、数值办法、信息网络和核算机技能，将实在的物理现象或进程模型化，在核算机上以图片、视频、动画或曲线等直观方法展示，并经过网络共享运用。相关于实在试验，有如下长处。
1.简单改动试验条件参数。虚拟试验中，学生能够轻松改动试验参数，完结不同条件下的试验研讨，使试验变得简单易行。此外，还能够经过扫除非必须信息的混杂搅扰，完结重要参数对成果影响的研讨，取得试验的要害信息。比方，只是经过修正时间得到不一起长下的试验成果，剖析时间标准的影响。
2.能够展开实在试验难以乃至无法查询的试验现
象，关于需求进行交互办法研讨难以查询的现象，优势更显着。将理论常识或模型方程与物理现象或零件运用直接联络、比照和扩展。比方，微观标准下的许多试验，实在试验难以完结，更不要说经过交互式办法研讨试验现象随参数改动。
3.虚拟试验受客观条件约束相对较小，功率高于实在试验。虚拟试验能够供给短时间乃至某一瞬间的更多的试验成果，使学生完结更多的试验并获取更多的成果信息，核算机也能够记载学生试验的全进程。学生能够屡次重复试验，且简直不受时间、地址等客观条件的约束。
4.了解概念性常识，虚拟试验能够代替实在试验。了解这些常识并不需求触觉信息参加。虚拟试验能够便利、高效、透彻地让学生了解常识。
（二）虚拟试验的约束性
因为虚拟试验的实践成效依赖于数学、信息、网络和核算机等一系列理论常识和技能条件，加之机械规划课程内容的特色，不行防止存在一些问题。这首要包含以下几点。
1.最大的问题是怎么准确模仿实在物理进程。因为理论根底、技能条件或片面知道等原因，规划虚拟试验时或许漏掉实践傍边的一些重要要素，导致必定的误差，乃至过错成果。因而，规划虚拟试验时，要清晰试验方针及其首要和非必须影响要素，客观衡量试验室所具有的技能才能和条件。例如，若无法合理模仿零件之间的触摸，对机械零件拆装虚拟的实在感就会差许多。
2.有限的预设的输入和输出会约束学生的创造性。虚拟渠道把学生约束在预设的环境中，影响了他们的学习热情和好奇心。当然，这方面跟着信息网络和相关技能的展开，会不断改进。
3.模仿的适用性和功率取决于网络技能和软件标
准。虚拟试验的展开，难免会遇到很多学生一起上网试验的状况，简单形成网络拥堵，硬件核算才能缺乏的状况，导致试验无法正常展开。因而，具有满足容量和核算才能的硬件条件，是虚拟试验取得应有用果的根本前提条件。
4.虚拟试验导致学生忽视操作安全规矩和试验伦
理问题。这些是实在试验必需求考虑的[10]。虚拟试验无论怎样操作都不会触及安全和试验道德问题，学生往往会疏忽掉这些实践上十分重要的内容。这也是虚拟试验无法代替实在试验的一个重要原因。
可见，就像软件不能代替实践体系模型相同，虚拟试验不能彻底代替实在试验，无法供给彻底实在的试验。咱们在教育进程中运用虚拟试验时，应该时间紧记这一点。
三、实在试验与虚拟试验在“机械规划”中的运用
吉林大学的“机械规划”课程包含[11]：疲惫强度、冲突学根底常识和通用零部件的结构类型及特色、失效方法、资料及热处理、运用及调整保护等根本常识，以及通用零部件的规划核算。
疲惫强度和触摸强度部分，首要触及应力、疲惫寿数和冲突磨损等根底常识的了解。这些概念有些归于微观标准下实在试验难以查询的物理量，有些试验周期长，比方，零件三个磨损阶段试验，选用虚拟试验明显要愈加适宜。可是，磨损虚拟试验的难点在于磨损系数等参数需求很多的实在试验成果剖析研讨断定。而完结这些微观标准下的虚拟试验需求数学、物理、冲突学、触摸力学及资料学等多学科归纳，需求较强核算才能和图画显现功用的硬件设备，吉林大学“机械规划”教师在这方面做了一些开始测验。带传动教育的首要意图是经过研讨带传动功率了解打滑和弹性滑动的特色与差异。该试验触及仪器设备调平衡、加载并读取载荷，一起查询皮带打滑现象，虚拟试验的实在感不强，完结起来难度很大，实在试验就十分适宜。齿轮传动试验中齿轮精度试验，明显实在试验更为适宜。现在对丈量差错模型化还需求进一步的科学研讨，不具有虚拟的理论条件。并且零件标准丈量的实在试验也能够培育学生操作丈量东西的才能和技巧，虚拟试验无法使学生感受到丈量东西与被测零件触摸力度的巨细对丈量成果的影响。滚动轴承轴系部件规划试验，能够选用真假结合办法。学生先在虚拟渠道上预习和操练，并依据给定要求规划轴系。然后到试验室现场拼装规划的轴系，并丈量零部件标准，最终画出装配图。实践标明，这样大大提高了试验功率和效果，教育效果十分好。当然，轴系规划虚拟试验时，若能够将零件之间的触摸也参加，学生经过电脑操作拆装零件也能够感受到零件之间的触摸，将极大提高虚拟试验的实在感[12]。对液体动压径向滑动轴承冲突试验，亦能够运用真假结合的准则。吉林大学已有试验台彻底能够完结断定润滑油类型和滑动轴承结构标准下的压力和温度丈量。运用咱们开发的液体动压向心滑动轴承虚拟渠道，能够轻松完结改动润滑油黏度、轴瓦资料、偏疼距、軸承结构标准等参数的试验研讨，大幅度添加了试验取得的信息量。
趁便指出，“能实不虚”并不意味着有了实在试验，就没必要进行虚拟试验。对某一试验而言，特别试验中遇到规划杂乱、微观或许参数难以丈量的问题时，虚拟试验明显是更好的挑选。虚拟渠道更简单做到将实在试验向理论常识和工程实践两个方向上拓宽，能够在不过多添加试验教育学时和学生担负的状况下，最大极限完结理论与工程实践的结合和归纳，还能够协助学生对实在试验的了解[13]，到达扩展常识面和视野、提高才能的意图。在多年的教育实践中，咱们将机械规划课程试验中的一部分，开发了虚拟渠道，与实在试验协作运用，取得了杰出的效果。
四、定论
在机械规划实践教育中，实在试验在培育学生试验规划、着手技能、随机处理、团队协作与沟通以及操作规程和道德等方面，发挥重要的效果。但也存在耗时多、功率低、本钱高级缺陷。特别是在大规划本科生培育条件下，彻底选用实在试验的试验教育明显现已无法习惯课程试验教育的需求。跟着科技的不断展开，虚拟试验会越来越挨近实在试验的效果，特别是在概念性了解、难以查询的试验现象或微观标准现象等方面能够代替实在试验。并且虚拟试验能够依据需求合理地愈加形象化地乃至夸大地体现一些试验现象，以便于学生了解。虚拟试验功率高、耗时低的长处使其运用远景宽广，在推动机械规划试验教育向“以学生为中心”方法变革进程中必将发挥越来越重要的效果。但也要防止“全部试验都可虚拟”的过错观念，而忽视实在试验根底性位置和重要效果。
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