摘 要：通过分析《机械设计基础》的教学内容、目标及传统教学中存在的问题，探索将虚拟现实技术引入教学实际中以改变传统教学存在的弊端。运用虚拟现实技术，形象具体的呈现机械机构组成、原理及运行过程，加深学生对理论知识的理解和掌握，使学生成为课堂教学的主体，提高学生的课堂教学参与度，调动学生学习的积极性，可以收到更好的教学效果。
关键词：机械设计基础;虚拟现实技术;课堂教学
0 前言
《机械设计基础》是机械类专业的一门重要专业基础课，具有理论性强、实用性、基础性等特。传统的《机械设计基础》课程教学，课堂内容及授课步骤固定，授课时依托课本教材并辅以静态图片、文字阐述、视频、微课等方式介绍，难以完全展示机械产品的组成结构、原理，特别是机械结构的操作演示、产品的工作流程及功能。因此，传统的课堂教学方法和手段，难以启发学生积极进取探索和创新思维能力。
虚拟现实技术是利用计算机、网络通信、人工智能等技术交叉产生的一种现代信息技术[1]，并在高校实验实践教学和创新创业训练中得到认可和推广[2-3]。虚拟现实技术应用于教学中，可弥补真实教学过程中难以显现、观察的结构，是一种可以为老师和学生提供一个具有交互性、共享性、实时性和综合性的学习环境[4]。因此，改革传统的教学模式，在《机械设计基础》课程教学中应用虚拟现实技术，提高教学效率和效果。
1 《机械设计基础》教学内容及特点
全书内容分为5篇：第1篇“机构的组成和机械设计概论”主要讲述平面机构的结构分析、机械设计概论与现代设计方法应用概述，是机构和机械设计的基础知识;第2篇“常用机构”主要从传递运动的角度讲述一些常用机构，如连杆机构、凸轮机构、棘轮机构、轮系及其他常用机构等的工作原理、应用和运动设计方法;第3篇“机械传动”主要從传递动力的角度讲述一些常见的机械传动，如带传动、链传动、齿轮传动和蜗轮蜗杆传动等的工作原理、标准规范和设计计算方法;第4篇“轴系零部件”主要讲述轴系（包括滑动轴承、滚动轴承、轴、联轴器、离合器和制动器等主要零部件）的工作原理、组合设计和选用计算方法;第5篇“机械联接”介绍常用机械静联接包括键、销和螺纹联接）和弹性联接的工作原理、标准规范和计算方法。该课程知识点繁多、教学任务重，且由于学生无工程实际经验，抽象的机械结构、理论及方法给学生的理解和掌握带来很大难度，造成学生学习压力大、学习积极性差、教学效果差。
2 《机械设计基础》虚拟现实教学方案
结合《机械设计基础》课程教学内容，拟定《机械设计基础》虚拟现实教学方案主要包含机械结构方案设计、三维模型构建、运动仿真及创新设计四个方面，如图1所示。
3 虚拟现实过程的实施
3.1 方案拟定
虚拟现实实现过程遵循“教师为主导、学生为主体、师生互动、交互设计”的原则，该阶段结合课程对应的学习模块：教学内容、学时、教学对象、教学目标、教材、教学环境、教学安排、评价等。根据以上模块，结合机械设计基础课程相关知识的特点，按连杆机构、齿轮机构、带传动、齿轮传动及轴毂连接等5部分准备课程教学内容。
3.2 搭建三维模型资源库
结合本课程内容，按照教学过程的不同阶段，运用Solidworks、UG、CATIA等三维绘图软件绘制连杆、凸轮、棘轮、槽轮、轴、轴套、齿轮、齿条、偏心轮等常用结构的模型，以及带传动、链传动、蜗轮蜗杆传动等传动类型的模型，同时绘制减速器、内燃机、自行车、牛头刨床等典型的机械产品的模型，并通过3Ds MAX软件对三维模型进行灯光、材质渲染、优化。
3.3 虚拟现实场景实现
将机械结构三维模型库导入Unity 3D软件内，针对某一知识点，教师指导学生在软件内实现该结构的装配、拆卸及运动过程。同时，学生可通过修改运动场景、参数等进行结构的自主设计。通过这一过程，让学生可在虚拟现实场景中，真实地感受到机械结构相关零部件之间的空间位置、运动关系及装配特征。
3.4 创新设计
学生通过虚拟现实可提前熟悉机械结构的硬件组成、零件功能及运动特性，掌握机构组成原理及功能，能够根据理论知识进行机械结构设计过程。同时，利用虚拟现实可进行机械结构运动过程、方式及三维模型的参数化修改，实现创新设计，大大激发学生学习积极性，为机械创新设计打下更坚实的基础，提高机械结构设计水平。
4 结语
本文研究在《机械设计基础》课程教学中虚拟现实技术，改进传统的授课模式，做到“教师为主导、学生主体、师生互动、交互设计”，提高学生的课堂参与度与积极性，并进行机械结构的创新设计，让学生乐在其中，激发学生学习兴趣，进而提高授课效率和教学效果。
参考文献：
[1]安建强.基于虚拟仿真技术的创新训练研究与实践[J].实验技术与管理，2015，32（12）：179-182.
[2]高印寒，马增治，李春光等.虚拟现实技术及其在机械工程中的应用[J].吉林大学学报（工学版），2003，33（02）：104-106.
[3]张睿.虚拟PLC实验平台的研究与设计[D].北京：北京化工大学，2014.
[4]吴璟莉.数据库虚拟教学平台的构建与研究无线互联网科技，2012：203-205.
作者简介：郑武强（1987-），男，河南开封人，硕士，研究方向：先进制造技术、机电一体化技术。