摘 要：平面机构设计是机械设计基础实验的重要组成部分，关系到机械系统的动力性能及结构.阐述了平面机构创意组合实验教学改革的必要性和重要性.采用虚拟仿真技术的方法，研究开发了一个平面机构创意组合虚拟实验平台，建立了平面机构的零部件模块和运动仿真模块，该虚拟实验平台操作性强，简单易行，可以满足不同的实验教学需要，提高了实验教学效率，为学生创新能力的培养提供了一条有效途径。
关键词：平面机构；创意组合；教学改革
1 前言
实验教学是高等院校培养高素质合格人才的重要实践性环节，是巩固和加深学生对理论知识理解的重要手段。随着高等学校实验教学改革的不断推进，培养学生的创新思维，并使之在实验教学环节中得以实践，是实验教学方法改革的关键所在。传统的实验教学方法在课程时间安排和实验场地方面已经不能满足当前实验教学的要求，难以激发学生在机械课程学习中的兴趣。本文在分析平面机构创意组合实验传统教学中现存弊端的基础上，提出了采用虚拟仿真技术，对实验教学方法进行改革，通过实践证明此方法具有较好的教学效果。
2 平面机构创意组合实验教学方法 的改革
2.1传统教学方法的局限性
平面机构是机械系统的重要组成部分，虽然平面机构创意组合实驗教学在课程培养中占据着非常重要的地位，但随着时代的发展，我国的实验教学尤其是创新方面在国际上的地位滞后，现在的实验教学存在很多弊端。实验课很多时候是由教师先介绍实验目的、实验原理和实验设备，然后对学生重点示范，最后才由学生按照实验指导书上的实验步骤进行操作。教师讲解和学生设计构思会花费很长时间，留给学生动手操作的时间就很有限，在整个实验教学过程中，学生处于较为被动的地位，学生的积极性和主动性得不到充分发挥。另外由于受实验场地、实验学时、实验分组、实验人数、实验设备台套数等诸多因素的限制，加之每个学生实验操作水平、实验速度不同，往往实际的实验设备并不能完全满足每个学生的各种实验需求。
2.2结合虚拟仿真技术的教学改革
鉴于传统实验教学的种种弊端，课题组结合虚拟仿真技术，独立开发了一套与真实实验台完全一样的虚拟实验平台。这种虚拟实验平台摆脱了传统实验教学模式在空间和时间上的局限性，学生可以根据自己的设计思路在计算机上进行仿真模拟，既可利用课余时间继续完成自己在实验课上未完成的实验，又可以实现自己独立构想的创新实验，大大激发了学生学习机械课程的积极性。
学生通过虚拟实验平台能够提前熟悉实验设备的硬件组成及零件功能，掌握机构组成原理及运动特性。通过虚实结合的实验课程可进一步熟悉杆组概念，学习分析机构的特性，为机械创新设计打下更坚实的基础，提高机械原理课程的设计水平[1]。
1.学生可以以小组形式，研究实现虚拟装配过程中装配约束动态，识别的虚拟构件的建模方法，建立机构运动方案拼装实验中所需构件的信息模型并形成构件库。
2.根据提出的装配关系，动态创建基于装配约束，动态识别的虚拟装配实现方案，在虚拟装配过程中对构件间的可实现装配的约束特征进行识别和配对，实现构件间的自由组合和装配操作。
3.结合Solidworks运动学仿真模块，研究实现相应的机械机构装配信息模型与运动学仿真，在完成机构装配操作的同时，建立机构的运动学仿真逻辑模型，并使之应用于运动学仿真计算中.以此验证虚拟仿真结果的正确性与有效性。
最后，以上述机构运动方案为基础，在创意组合实验台上，对机构运动方案进行实物拼装，完成平面机构实验。
通过仿真，根据多种不同的设计方案，可使学生在实验台上自行拼装不同的机构，充分发挥了学生的想象力和创造力。该实验能够弥补传统方式的不足，增强学生机构运动创新设计意识及综合设计的能力。
3 实验教学改革的意义
3.1实验教学改革的必要性
现有的高校实验教学具有以下几点通病：高校实验教学不被重视，高校实验教学内容缺乏创新，高校实验教学设备需求难以满足。老师把实验的内容和扩展讲完之后，留给学生的动手时间就很少了，更何况是创新。再加上实验条件的限制，系统培养和训练学生掌握实验科学知识、科学方法与实验能力的目标就很难做到，培养创新精神更无从谈起[2]，因此采用虚拟仿真进行教学改革很有必要。
基于虚拟仿真技术的平面机构创意组合实验可以作为对机械系统的前置了解实验，为后续的机械制造机械设计等课程打下坚实的基础。基于虚拟仿 真技术的平面机构创意组合实验是将实验和理论知识讲述相结合的教学方法，结合一些典型实体平面机构连接实例进行授课，学生经过实验教学就能比较系统的了解平面机构。虚拟实验平台为自由搭建任意合理的实验模型提供了能满足教师对各层次实验教学的需求，学生既可通过该平台动手操作，又可自主设计实验，有利于培养创新意识和能力。
3.2实验教学改革的重要性
虚拟实验概念的出现，在虚拟场景中模拟真实场景。运用一定的器材和仪器采集实验操作数据，并通过仿真计算得到与真实实验相符合的结果。注重实验操作的交互性和实验结果的仿真性，学生按照老师给定的任务进行平面机构的创新组装设计，通过学到的零件连接方法，对开展平面机构的装配组合分析。然后进行改良调整，有助于学生思维能力的培养和创新能力的提高。该虚拟实验平台系统的开发及在实验教学中的运用，已成为实验教学在培养学生的实践能力、研究能力、创新能力和综合素质等方面的重要环节，
4 总结
在实验教学改革中引入仿真实验，不仅使学生加深了对理论知识的理解，还能与传统实验起到互补的作用，有利于提高学生的专业素质。开设平面机构创意组合实验的目的，是为了提高学生对机械系统的创新能力以及动手的能力。利用计算机辅助的创新设计方法，对开阔学生思路、增强创新能力起到了重要作用。
参考文献
[1]雷源忠.我国机械工程研究进展与展望[ J ].机械工程学报，2009，45（5）：1 -1 1.
[2]刘元林.大工程背景下机械设计基础实验教学改革的研究与探索[ J ].实验技术与管理，2010，27（1）：14 -16.
作者简介：
刘月英（1967.7—），女，河北省安国人，保定市南市区河北科技学院机械设计制造及其自动化专业，高级工程师。
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