远程教育下机电专业的探索

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1不同层次的虚拟实验

网络技术推动了现代的仿真技术的飞速发展，应用的范围也极为广泛，在教学实验领域也越来越受到重视，尤其在非计算机的工科类教学过程中。利用IT技术开发出运行于计算机内部并能在网络上传输、交互的虚拟实验环境，是解决工科类部分实验的新型方法，而且能达到高效价廉的目的，正好符合了远程教育的特征要求，这为远程教学机电实验设计环节带来了新的解决方案。具体的虚拟实验要根据具体机电课程教学要求选择不同的方案。根据上海电大多年的远程教学探索，仿真实验主要表现在以下几种层次。最简单的人机互动的模式是通过网页展现实验内容，学生根据实验流程和要求完成操作，例如为“组合机床概论”课程教学开发的“机床组装”人机交互实验，学习者通过点击、移动某些机床部件，完成机床的组装，如果顺序出错，将会报错提示。虚拟仿真模式的实验也可以通过远程网络来实现。通过网页开发三维虚拟的实验设备，学习者根据控制要求编写控制程序，采用程序后，具体的设备动作可根据程序来运动，让学习者对所采用的指令有一个直接的感官认识。根据实验复杂程度，可以分为动作仿真实验和现实场景仿真实验，前者只要求实验的动作触发、运动到位等就可以了，例如下文中的可编程控制器工程仿真实验，而后者则不仅包括了动作要求，还要求包含动力学分析功能，甚至要求包含热分析、流场分析、磁场分析、电场分析、声场分析等非结构场的分析等内容，例如汽车设计过程中的有线元分析、碰撞模拟，虚拟样机等，就包含了类似现实的完全模拟。纯仿真的虚拟实验不需要与实际设备相连，侧重在一些动作或场景的完成上。而有些深度的仿真实验需要虚实结合，即控制指令可通过网络传达到远程实验室，操作具体的设备和器材。

2远程实验设计案例

本文以机电实用技术专业中一些课程为例，来对远程教学过程中虚拟实验的开发进行说明，这些实验已适用在我们的远程教学中，并取得了良好的教学效果。

2.1动作虚拟实验

“数控机床编程”课程的实践环节比重极高，学习时如果能将一些基本指令直接在数控机床上运行，并观察相应动作，则这部分知识容易被牢牢掌握。但因设备昂贵、庞大等诸多原因，给远程教学带来极大的难题。为了简化问题，开发团队考虑到指令学习时一般以动作为主要掌握对象，因此，采用三维虚拟设备开发了针对数控指令的相应虚拟“数控机床”。例如，“G02”、“G03”均表示执行铣刀的圆弧插补走刀过程，前者是顺指针圆弧插补，后者则是逆时针圆弧插补，使用不同的指令后续程序设计则完全不一样。为了更好说明问题，虚拟“数控机床”根据会根据不同程序来执行相应动作，如图1所示，（a）（b）两图分别表示了G02和G03的铣刀执行过程，最后铣削出的图形相同，但走刀过程完全不一样。（a）（b）图1G02、G03指令编程对比这样，配上适当的加工动作演示实验，就算不能接触到实际的数控机床，学生们通过虚拟动作过程，也能顺利地掌握每条指令所代表的实际意义，教学效果明显得到提高。

2.2工程虚拟实验

某些课程的教学需要有控制对象，例如某大型设备、某生产流水线等，这在传统教学也是不容易解决的难题。远程教学中，创造一个虚拟的实验环境来是我们亟待解决的问题。图2是使用WinCC为“PLC编程”课程实验开发的控制对象仿真混合搅拌加热炉。仿真混合搅拌加热炉具有实际加热炉的控制特点，这些控制点与实际PLC相连。当液位达到高位境界点时，会触发与之相连的可变程控制器的输出端，同样，实际启动PLC上某输入点，会对仿真加热炉进行相应的功能控制。这些仿真设备可连接上实际的PLC，学习者可根据不同的控制的对象，验证所编的控制程序。

3小结

传统的工科实验需要统一安排时间组织学员们到现场进行实验，造成了时间、空间等的约束，这在远程教育模式下难以实现；为解决这一难题，本文从不同层次上探讨了利用仿真技术开发机电专业的远程实的教学改革。实践证明，虚拟实验是远程教学中势在必行的有效途径。

本文作者:徐丹丽杨焕宇刘晓莉工作单位:上海远程教育集团信息与工程系