引言

工程圖學(xué)課程教學(xué)理論與實(shí)踐相結(jié)合是非常重要的特別是學(xué)生的動(dòng)手及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，是理論性和實(shí)踐性都較強(qiáng)的課程，因此實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)對(duì)學(xué)好這門課程至關(guān)重要。通過加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，才能使學(xué)生真正明白和掌握該學(xué)科的理論知識(shí)。

工程圖學(xué)課程的教學(xué)是很的確形象的，它注重機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)作 ，在理論教學(xué)中由于缺少真實(shí)感受，學(xué)生聽課經(jīng)常會(huì)感覺枯燥乏味、內(nèi)容很難明白；機(jī)械類課程 中的實(shí)驗(yàn)設(shè)備大多很昂貴，有點(diǎn)情況下，不能完全滿足相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)要求，特別是對(duì)每個(gè)學(xué)生而言，學(xué)生實(shí)驗(yàn)通常是分組 ，對(duì)有點(diǎn)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)設(shè)備很少時(shí)，分組的人數(shù)會(huì)很多，如此學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)時(shí)會(huì)沒有很多機(jī)會(huì)熟練掌握 ；因此，如果能在教學(xué)中進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不但在一定程度上可以彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)資源的匱乏 ，同時(shí)可以提高學(xué)生觀察問題、分析問題講和決問題的能力，以求達(dá)成掌握一門專業(yè)技術(shù)技能。

 
虛擬裝配

1、虛擬現(xiàn)實(shí)仿真實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于教學(xué)中的現(xiàn)實(shí)意義

目前國內(nèi)大多數(shù)高校的實(shí)驗(yàn)還是采用傳統(tǒng)方法，即老師講解、演示，再由學(xué)生自己動(dòng)手。而國外已經(jīng)從傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)爲(wèi)實(shí)物實(shí)驗(yàn)與虛擬虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，充分使用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)設(shè)備進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，取得了較好的結(jié)果。

傳統(tǒng)的教學(xué)模式以教師為中心，知識(shí)的傳遞要緊靠教師對(duì)學(xué)生的貫注，作為認(rèn)知主體的學(xué)生在教學(xué)過程中自始至終處于消沉狀態(tài)，其主動(dòng)性和主動(dòng)性難以發(fā)揚(yáng)，不順于培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維、批判性思維和創(chuàng)造性思維，也不順于創(chuàng)造性人才的培養(yǎng)。虛擬現(xiàn)實(shí)仿真實(shí)驗(yàn)突破了傳統(tǒng)教學(xué)手段上的局限。學(xué)生自己入手操作，親身參與整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程的操作，通過將實(shí)際生產(chǎn)的工藝過程以影像、動(dòng)畫等生動(dòng)的形式表達(dá)，從而增強(qiáng)學(xué)生的感性熟悉和學(xué)習(xí)興致，提高教學(xué)結(jié)果，使事實(shí)上踐能力、觀察能力及歸結(jié)能力等都獲得很好的鍛煉。虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)技術(shù)創(chuàng)設(shè)了一個(gè)人性化的學(xué)習(xí)環(huán)境 ，使學(xué)生能夠在自然、互動(dòng)的氣氛中進(jìn)行學(xué)習(xí)。基于以上思考 ，嘗試在《工程圖學(xué)》教學(xué)中應(yīng)用“虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)”進(jìn)行教學(xué)改造的探索。

2、虛擬現(xiàn)實(shí)仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)

虛擬實(shí)驗(yàn)的開發(fā)工具主假如網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言(VRML)和三維建模軟件。VRML是一種用于建立真實(shí)世界的場(chǎng)景模型或人們虛構(gòu)三維世界的場(chǎng)景建模語言。VRML的基本目標(biāo)是建立因特網(wǎng)上的交互式虛擬對(duì)象、場(chǎng)景、三維模型，基本特征包括分布式、三維、交互性 、多媒體集成、境地逼真性等，是 目前 Intenet上基于“www”的三維互動(dòng)網(wǎng)站制作的主流語言。

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要達(dá)到以下目標(biāo)：

a)要使參與者有“真實(shí)”的體驗(yàn)。這種體驗(yàn)就是“沉醉”或“投入”，即全心地進(jìn)入，簡(jiǎn)單地說就是產(chǎn)生在虛擬世界中的幻覺。理想的虛擬環(huán)境應(yīng)達(dá)成用戶難以分辯真假的程度，甚至比確實(shí)還“真”。這種沉醉感的意義在于可以使用戶集中注重力。為了達(dá)成那個(gè) 目標(biāo)，就必須具有多感知的能力，理想的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)應(yīng)具備人類所具有的一切感知能力，包括視覺 、聽覺、觸覺 ，甚至味覺和嗅覺。

b)系統(tǒng)要能提供便宜的、豐富的、主假如基于自然技能的人機(jī)交互手段。這些手段使得參與者能夠?qū)μ摂M現(xiàn)實(shí)環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)的操縱，能從虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中獲得反應(yīng)信息 ，也能便系統(tǒng)了解參與者的關(guān)鍵部位的位置、狀態(tài)、變形等各種系統(tǒng)需要知道的數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)性是非常重要的，如果在交互時(shí)存在較大的延遲，與人的心理經(jīng)驗(yàn)不比致 ，就談不上以自然技能的交互，也很難獲得沉醉感。

3、零、部件測(cè)繪實(shí)踐虛擬輔助教學(xué)

《工程圖學(xué)》課程為機(jī)械類專業(yè)一門要緊技術(shù)基礎(chǔ)課，是一門理論性和實(shí)踐性都較強(qiáng)的課程，因此實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)對(duì)學(xué)好這門課程至關(guān)重要。通過加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，才能使學(xué)生真正明白和掌握該學(xué)科的理論知識(shí)。本項(xiàng)目的實(shí)施內(nèi)容主假如采用inventor 2008，3D max，AutoCAD及vrml軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，使之能夠?qū)X輪油泵(圖1)、減速器(圖2)、虎鉗 (圖 3)的裝配進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬 ，通過影像、動(dòng)畫等生動(dòng)的形式對(duì)裝配過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬 ，可以充分發(fā)揚(yáng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，有利于學(xué)生獲得豐富的感性熟悉，激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步提出問題與尋求解決問題的興致 ，有助于拓寬學(xué)生的知識(shí)面，有效地支持理論學(xué)習(xí)。

零部件測(cè)繪實(shí)踐虛擬現(xiàn)實(shí)輔助教學(xué)技術(shù)的做法是，以實(shí)物模型爲(wèi)基本要素、以實(shí)物模型測(cè)繪爲(wèi)主線，用計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)的方法，制作圖畫和動(dòng)畫形式爲(wèi)主的直觀形象，去解析零部件的形狀結(jié)構(gòu)和測(cè)繪過程。

將虛擬輔助教學(xué)融于測(cè)繪實(shí)踐教學(xué)的過程是：布置測(cè)繪任務(wù)；觀測(cè)分析實(shí)物模型；教師依據(jù)實(shí)物模型通過虛擬輔助教學(xué)課件集中指導(dǎo)；學(xué)生依據(jù)實(shí)物模型，參照虛擬現(xiàn)實(shí)輔助教學(xué)課件自主測(cè)繪；教師集中講評(píng)。

虛擬現(xiàn)實(shí)輔助教學(xué)要緊構(gòu)件是以虛擬圖象爲(wèi)主，配有少量文字說明的電子文檔。分別是：以動(dòng)畫爲(wèi)主去表達(dá)零部件形狀結(jié)構(gòu)的圖畫集，以對(duì)零部件形狀結(jié)構(gòu)分析和視圖分析爲(wèi)主的圖畫集，以對(duì)零部件測(cè)繪方法和過程指導(dǎo)爲(wèi)主的圖畫集，以對(duì)尺寸、技術(shù)要求、圖樣、作業(yè)要求指導(dǎo)爲(wèi)主的圖畫集。

4、零、部件測(cè)繪實(shí)踐虛擬輔助教學(xué)技術(shù)的特點(diǎn)

a)基于實(shí)體的虛擬現(xiàn)實(shí)。計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)、虛擬三維圖與構(gòu)形思維和視覺及視覺心理緊密相關(guān)。實(shí)踐表明：沒有實(shí)體模型做基準(zhǔn)沒有構(gòu)形思維和視覺及視覺心理的支持，計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)、虛擬三維圖就會(huì)成爲(wèi)沒有意義的作品；另一方面，沒有構(gòu)形思維和視覺及視覺心理知識(shí)去指導(dǎo)計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)、虛擬三維圖的創(chuàng)作，也不能獲得結(jié)果良好的作品。

b)基于圖學(xué)素質(zhì)對(duì)測(cè)繪對(duì)象 (零、部件)的選擇。選擇好測(cè)繪對(duì)象是保障零、部件測(cè)繪實(shí)踐教學(xué)結(jié)果的首要條件。簡(jiǎn)單化和過度龐大化都不可取，都也許給大學(xué)總體教學(xué)帶來損害。選擇測(cè)繪對(duì)象 (零、部件)的第一因素是考慮對(duì)學(xué)生圖學(xué)素質(zhì)培養(yǎng)的要求，其次是考慮后續(xù)課的需求。閥類、泵類、夾具類(虎鉗)、減速器類是常選測(cè)繪對(duì)象，其要緊原因是便于教學(xué)。按圖學(xué)素質(zhì)培養(yǎng)的要求考慮，所選零、部件的測(cè)繪內(nèi)容應(yīng)當(dāng)盡也許多的涵蓋圖學(xué)要緊的核心內(nèi)容。例如，表達(dá)方法典型、全面，結(jié)構(gòu)具有代表性。按后續(xù)課的需求考慮，所選零、部件的測(cè)繪內(nèi)容要含有后續(xù)課的要緊要素。

5、結(jié)語

開發(fā)零、部件虛擬現(xiàn)實(shí)仿真測(cè)繪裝配實(shí)驗(yàn)是爲(wèi)了拓寬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，改進(jìn)測(cè)繪方法，提高測(cè)繪功效和品質(zhì)，減輕教學(xué)負(fù)擔(dān)。這一教學(xué)技術(shù)的核心涉及到傳統(tǒng)測(cè)繪的方方面面，也涉及到現(xiàn)代教育技術(shù)的深層理論和技術(shù)問題。當(dāng)然虛擬現(xiàn)實(shí)仿真實(shí)驗(yàn)不能完全替代實(shí)物實(shí)驗(yàn)，但可以探索將其作爲(wèi)實(shí)物實(shí)驗(yàn)及課堂理論教學(xué)的補(bǔ)充。