虚拟仿真技术在工业设计综合实验中的应用探索

摘 要：随着信息技术的快速发展，虚拟仿真技术在教学领域已经有了广泛的应用。本文探索了虚拟仿真技术在工业设计综合实验中的应用，分析了在工业设计综合实验中引入虚拟仿真技术的必要性以及运用虚拟仿真的具体优势和意义，旨在对工业设计实验教学的改进的提供一定的帮助。

关键词：虚拟仿真;工业设计;综合实验

0 引言

虚拟仿真实验是高等教育信息化建设和实验教学示范中心建设的重要内容，是学科专业与信息技术深度融合的产物，[1]主要依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络系统等技术，构建出高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，使学生可以在虚拟环境中开展实验，达到教学大纲要求的教学效果。[2]

工业设计综合实验是工业设计专业重要的实验实训课。主要围绕具体产品或项目，开展研究、实验与设计等活动，实践性极强，[3]是对专业基础课、专业课的综合训练，是提高学生综合实践能力、促进理论联系实际的重要环节。[4]学生通过系列课程的训练，进一步提高了对产品设计流程和创新方法的理解，加强了设计与生产制造的衔接，培养出较强的设计实践能力。

1 虚拟实验的迫切性分析

1.1 实验条件受限

工业设计综合实验是工业设计专业的必修课，开设班级众多，给实验教学的安排带来了巨大的压力。一方面，开课班级多导致实验教学设备使用紧张。如果班级每位学生都进行实验操作，则实验设备安排不过来;如果选择分组实验，则无法保证所有学生参与到实验操作中，实验效果不理想。另一方面，实验场地也存在诸多限制，实验场地面积有限。难以容纳所有学生同时进行实验，只能分批进行，影响了实验教学的效果。

1.2 实验成本高昂

工业设计综合实验中部分实验成本高昂。以3D打印快速成型实验为例，现有3D打印技术中如立体光固化、选择性激光烧结等工艺的材料成本和设备成本均很高昂。其中立体光固化工艺中的光敏树脂材料平均价格为每克2～10元。当模型重量增加时，实验成本也随之增加，学生往往难以承受。选择性激光烧结工艺更是以小时计算实验成本，包括后期设备的维护和保养，叠加起来，成本高昂，从而限制了实验教学工作的开展。

1.3 实验的安全性

工业设计综合实验中部分实验具有一定的危险性。以数控雕刻实验为例，数控雕刻对实验操作的安全性要求极高。由于数控雕刻机的主轴转速较快，如果装卡刀具或装夹试件时没有紧密固定，极有可能产生危险，造成不可挽回的后果。因此，从安全角度出发，虚拟仿真技术在工业设计综合实验中的应用势在必行。

2 运用虚拟仿真的具体优势和意义

2.1 构建以学生为中心、自主学习的训练模式

探索基于网络平台的开放式虚拟仿真实验平台，旨在突破时间和空间的限制，实现以学生为中心、自主学习为基础的线上线下相结合的训练模式，有重要的现实意义。[5]学生可以根据自己的时间安排，利用网络资源自由地开展主动学习。通过虚拟实验，学生可以在安全的环境下体验完整的实验流程，掌握具体实验过程中相关设备的操作规程，从而变教师主导为学生自主，变机械式完成为研究、探索和合作完成的新模式。

2.2 开展以项目为引领、探究式的教学模式

传统的实验教学体现在综合实验课程中只是对单一设备的学习和认知。虚拟仿真实验是以项目为引领的教学模式。该模式通过项目引导，学生在完成具体项目时，要不断解决实验过程中出现的问题，才能达到最终的实验要求。对于学生解决的每个问题，虚拟仿真系统都进行考核和反馈。这种教学模式有助于激发学生的学习兴趣，挖掘学生的创新潜能，培养主动探索精神和学习热情，提高学生的工程素养。

2.3 运用先进技术，实现“理实融合”的学习效果

虚拟仿真实验具体项目设计中，既有理论知识，又包含了实验操作，创造了一个理论和实践相融合的学习环境。通过VR等先进技术的引入，可以对理论知识中较为抽象的、难以理解的知识点进行生动的演示，补充理论教育的不足，[6]激发学生的兴趣和求知欲。这样既有利于帮助学生理解、掌握和运用理论知识，又有利于培养学生观察思考与动手操作的能力。

3 结语

本文探索了虚拟仿真技术在工業设计综合实验中的应用，分析了工业设计综合实验中引入虚拟仿真技术的必要性以及运用虚拟仿真的具体优势和意义。虚拟仿真技术在工业设计综合实验中的应用，可以激发学生的学习兴趣，挖掘学生的探索精神，提高学生的工程素养水平，在训练基础技能的基础上，培养出具有创新能力的复合型人才。

参考文献：

[1] 王琛，于嘉浩，陆红红，蒋雨婷.基于快速成型技术的中国古典家具模型制作工艺研究[J].家具，2018，39（6）：40-44.

[2] 郁舒兰，施佳露，于娜，吴成.交互式老年人手指握力康复产品设计[J].家具，2019，41（2）：84-88.

[3] 王子轩，吴智慧.办公环境中建筑与家具的文化体现[J].家具，2019，41（2）：41-45.

[4] 周季纯，吴燕.圈椅的起源与发展[J].家具，2019，41（2）：62-65.

[5] 高玲玲，徐伟.缩短有限定制沙发平均生产周期的方法研究[J].家具，2019，41（2）：13-17.

[6] 姚月姝，祁忆青，王丹.冬季室内有害挥发物释放特征及防治措施[J].家具，2018，39（2）：11-14+23.

作者简介：王琛，男，南京林业大学家居与工业设计学院实验师，主要研究方向：工业设计工程。

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