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材料力学实验开放教学中网络虚拟实验环境的建立与使用

时间:2022-03-09 08:18:19 浏览次数:

材料力学实验是材料力学完整教学体系的一个有机组成部分,具有巩固、加深材料力学理论教学和培养学生实验技能的双重作用。目前,材料力学的教学时数削减,对课程的要求却越来越高,为了加强实验教学,我校实现了材料力学实验的开放教学。但由于我校在校学生多,其实验教学涉及面广,材料消耗量大,多项实验采用大型设备,这就使得实验的教学内容和开出组数受到限制,教学效果仍不能令人满意。因此,跳出传统的教学模式,改革教学手段和教学环境,势在必行。经过大量的调查,认为将计算机辅助教学这一现代化教学方式引入课堂,建立网络虚拟实验环境,是改变材料力学实验教学现状的有效途径。

(一)材料力学网络虚拟实验环境实验教学系统的作用

材料力学实验多是采取分组的办法,即一组几个人共同完成一个实验,这样学员的参与程度较低,影响实验教学质量的提高。网络虚拟实验环境可以提供一些学生在现实中无法体验的情景,使每个学生在实验操作前就己理解了实验的全过程,从而在操作时能更深刻地体验实验。此外还可借此督促学员主动、认真地进行学习,对学生就一些需要进行实验而缺少实验条件和实验环境的研究性学习内容提供帮助。

(二)系统的建立

1.设备图形、使用说明与实验数据的整理。网络虚拟实验是在Web中创建出一个可视化的三维环境,其中每一个可视化的三维物体代表一种实验对象。通过鼠标的点击以及拖曳操作,用户可以进行虚拟的实验。要对实验中所要使用的设备加以分类和整理,并给出设备的具体使用说明。就现在我校开出的材料力学实验而言,所使用的主要设备整理如下:液压式万能材料试验机,电子万能材料试验机,引伸仪,扭力试验机,电阻应变仪,材料力学组合试验台,数码光弹仪,振动实验分析仪等。对设备进行全方位录像,将图形保存下来,并对各实验项目的现场实验数据加以整理保存,为下一步工作打下基础

2.虚拟实验室的建立。结合多媒体计算机技术,利用Flash软件实现虚拟设备与认知模拟方法的结合,赋予虚拟实验室的智能化特征。再根据控制原理、实验步骤和实际实验所得数据对力学实验进行模拟,界面逼真,交互性强。目前该项目正在实施阶段,冲击试验项目虚拟实验如图1所示。

3.虚拟实验室的使用。通过认知模拟方法赋予虚拟实验室的智能化特征,无论是学生还是教师,都可以自由地、无顾虑地随时进入虚拟实验室按照操作步骤操作仪器,直观地进行各种实验,具体实验数据结果即冲击功根据现场实验数据对照得到。

(三)结论与建议

1.实验之前通过网络虚拟实验的操作可起到良好的预习效果,为后续的正确实验操作打下基础

2.当日后增加设备时,可以随时进行更新,为学生提供更多、更新、更好的仪器。可为实验类课程的教学改革及远程教育提供技术条件。

3.可对一些缺乏实验条件的学生,通过计算机在网络中模拟一些实验现象,同样能够“身临其境”的观察实验现象,提高教学效果。

4.目前虚拟实验所得到的数据是根据现场实验数据对照得到的,而非实验过程中取得,使得实验具有局限性,以后须在此方面加大研究的力度。

参考文献:

[1]刘鸿文.材料力学[M].北京:高等教育出版社,2005.116-123.

[2]张瑜.多媒体技术[M].北京:清华大学出版社,2004.10-255.

[3]邓承仪等.材料力学计算机辅助实验教学系统的研究与实践[J].实验室研究与探索,1997,(5):4-16.

[4]刘树新等.面向对象程序设计在材料力学教学改革中的应用[J].石家庄铁道学院学报,2006,(19):190-191.

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