摘要：从学校的实践教学背景出发，结合基于工作过程课程改革及机械基础实验课程的自身特点，深入分析了虚拟实验室发展的及在课程中的作用，并就如何建设虚拟实验室，提出建设的内容和设想。
关键词：机械基础；虚拟实验室；作用多
中图分类号：G420 文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2012）09-213-02
《机械知识》、《机械基础》、《液压传动》是我校机械类专业的多门重要的专业基础课，与生产实际结合紧密，这些课程不仅含有大量的机械基础知识和抽象的概念，还涉及多种工业零件，同时还包含有大量的要求学员理解的图形与计算。而作为机械类课程教学中占有非常重要地位的“机械知识实验教学”，由于仪器设备，配套设施，场地等实验设备的限制以及资金等问题，与我们现有的教学需求还存在一定差距，给我们的教学造成了诸多局限。同时，为更好的满足基于工作过程系统化的教学改革需要，在教学中要求“教、学、作”于一体，这就对学员的实际动手能力，解决、分析问题的能力提出了更高的要求。而事实上，在我们所面对的教学对象中，多数的学员文化基础不扎实，底子较薄，在学习过程中，难以直接形成理性认识，严重制约了学员的学习效果，影响到后续课程的学习。因此，这就需要在教学过程中，引入丰富的教学手段，并辅以更为直观、交互性更强的实验设备、实验系统来提升学员学习兴趣，帮助学员形成感性认识，从而最终达成教学目的。
一般说来，对于现代化条件下的教学，需要考虑四个域，既物理域、信息域、认知域和社会域，其相互关系见图1。而虚拟实验室研究的系统集理论与实践于一体，改变了单一的理论教学形式。采用动态仿真、人机交互帮助学员认知相关零部件和设备的结构、工作原理，理解各种机构运动过程和抽象概念，模拟各种机械传动和液压传动的工作过程，培养学员的实际动手能力和分析、解决问题的能力。并通过结合生活和工作实例使学员加深理解、应用。力求在学时减少的前提下，提高教学质量，增加学员的学习兴趣。同时为后续的专业课学习打下坚实的基础。为此，机械基础虚拟实验室系统具有以下教学作用。
图1 信息时代下教学的四个域
一、变教员主导的“说教式”课堂为学员主导的“疑问式”课堂
机械基础虚拟实验室是集理论、实验与研究于一体的教研仿真系统。借助计算机的虚拟现实技术、参数化建模技术，在进行理论讲授的过程中，采用动画仿真，实验演示，形象地说明机械基础知识中的各种抽象概念、动态过程及工作原理（见图2）。并且虚拟实验系统提供可供学员装配、操作的人机交互界面，为学员实际操作，更加深入的了解机械的内部结构提供了可能；学员可在上机实际装配操作中，发现问题，寻找解决问题的途径中得到锻炼提高。这种教学模式改变了传统的以教员主导、学员被动接受的教学弊端，在教员层面上，丰富了教学形式和内容；学员层面上，增加了学员动手机会，方便学员直接形成感性认识，使课堂教学变得生动有趣，同时也大大提高了学员的学习兴趣。
图2 仿真实验室主界面
二、变局部、封闭的教学系统为整体、开放的教研系统
局部分析是研究的基础，整体性分析才是研究的目标。由于机械相关知识是一个复杂庞大的体系，涉及我校多个系、专业，在我校多年的发展过程中，涉及机械知识的有关专业各自开发过一些独立的教学课件，但这些课件缺少一定的纵向延续性和横向贯穿性，从而造成了资源的浪费和开发的重复性；为了更加凸显“教、学、作”一体的教学指导思想，更加紧贴装备，紧贴专业，紧贴实际；因此虚拟实验室可充分考虑该系统的实用性和开放性，采用动态联编的方式，为各专业预留接口，充分实现系统的可重用、可修改和可扩充的要求。
三、变演示实践性教学为操作实践性教学
为了使机械类专业的学员，毕业后在任职第一线能胜任实际工作，必须在学校学习过程中加强实践能力的培养，实践性教学的目的就是使学员能够综合地应用所学的知识解决实际问题，培养学员的实际动手操作能力。
过去的机械知识实践性教学，通常是到工厂车间进行参观，认知各种零部件、机构，观看各种传动形式，这样就具有一定的局限性，不只是时间和空间上的局限性，还缺少实际动手操作的训练，因而限制了实践性教学的内容，影响了教学效果。机械基础虚拟实验室则可以解决上述问题。虚拟实验室系统包含两大部分，分别是：机械基础知识认知实验室和工程创新与设计实验室。学员可以进入机械基础知识认知实验室，认知各种零部件、液压元件及典型产品；同时学员也可以进入工程创新与设计实验室，在里面进行各种机构运动方案拼接组合及液压基本回路搭接，因此它可以作为我们实践性教学的素材库。这种以虚拟制造环境为背景的教学模式，有利于激发学习者的观察力、发现力、想象力、逻辑联想力，有利于认知思维深化与发展，增强了培养分析与工程实践能力的力度，开阔了学员的视野，极大提高了学习的趣味性与教学效率。
四、变昂贵永久型设备为节约发展型设备
实践是机械类学员学习中的非常重要的一环，在学员的整个学习阶段起着举足轻重的作用，而传统实践操作需要借助于具体的实验设备，在实际操作中，一些实验设备价格昂贵，损耗大，实验成本高，财力投入大，而机械基础虚拟实验室系统中的虚拟设备不存在磨损、破坏、可反复使用、反复拆装。因此可以节约教学资源、弥补实验设备、场地的不足，彻底打破时间、空间的限制，教学方式灵活，实验自主性强。同时，由于武器装备的不断更新换代，以往而用于实验教学的不少设备处于淘汰行列，不能满足于教学的需要。本实验室中的虚拟设备和仪器则紧跟实际教学需要，紧贴实际工作实例，同时它还可以不断的更新、补充最新前沿技术，即能满足教学要求，又能提高办学效益。
五、应用前景展望
虚拟实验室的实验环境、实验对象、实验过程是可创造、可重复、可再生的，与实验室相比，可节省大量人力、物力和财力，并能实现教学资源的充分共享，促进教学资源的开发与建设。
机械工程虚拟实验室注重实验操作的交互性和实验结果的仿真性，学员可以全面了解机械原理、机械零件以及实验设备的工作原理以及实验目的等内容，可以完成实验操作，所取得的实验结果等效于甚至优于真实环境中所取得的结果，起到培养学员学习兴趣、提高学员的创新能力的作用。
依托校园网或军网均可完成机械工程虚拟实验室提供的实验项目，突破了时间和空间的限制，为学员的自主学习、部队的干部战士继续教育和军队的工程技术人员的再学习、研究提供了条件，为开展远程教学提供了平台。
参考文献
[1] 宋立权,何玉林等. 机械基础实验室实验教学体系改革与实践[J].实验室研究与探索，2009，28，9：88-91.
[2] 催汗蓉. 新形势下高校实验室开放的探索[J].内江科技，2010，4;58.
[3] 史光伟. 转型中的军事任职教育[M].北京：军事谊文出版社，2008.
（上接212页）面积推导印象十分深刻，
教师在使用教材时要根据学生的实际，通过多种方式呈现教材，引导学生把静态的知识结论建立在动态的思考之上，把抽象的数学概念、规则建立在形象的感知之上，将教材内容生活化、动态化、情境化、形象化，以使学生体验知识的发生和发展过程。
三、适当补充，使教材内容更加全面完整
做为教师，我们要尊重教材，但是不能“唯教材，要创造性的的使用教材，要依据学生的自身情况，突出个性化。在使用教材的过程中，要依据学生的自身情况而定，这是创造性地使用教材的核心。每位学生的基础不同，对问题的看法也有所不同。真正的数学课堂,是不受“结论”束缚的，不受预定“程序”干扰的，在处理教材时，要尊重学生的理解，不能只用教材上的方法，有时学生想到的方法不一定是最优的，但可能是最适合他的。
例如：四下“三角形、梯形面积”公式推导中，教材都是采用以旧引新的方法，利用两个完全一样的三角形（或梯形）经过旋转，拼成一个平行四边形，从而得出三角形（或梯形）面积是和它等底等底高的平行四边形面积的一半。很多教师根据教材上出示的方法来教学，都会在课前让学生准备两个完全一样的三角形（或梯形），学生所准备材料的影响，大都会用教材中的方法顺利的得出公式。但这样的教学缺少变化，不利于学生思维的发展。
对于教材较单一的方法，教师可以对本节课教学内容进行适当的补充：以小组合作的形式来推导公式，（每个小组有一个平行四边形，一个直角三角形，一个等腰三角形，一个钝角三角形和1个锐角三角形）学生在材料限制的情况下，能开动脑筋，积极思考，会想出课本以外的其它方法：
1、将一个平行四边形沿对角线剪开，然后重合证实两个三角形完全一样，恢复原样之后，学生容易发现平行四边形的底和高同三角形底和高的关系，从而顺利地推出三角形面积的计算公式。
2、把一个等腰三角形沿着底边上的高，从中间剪开成两个三角形拼成一个长方形。 拼成的长方形的长就是原三角形的高，长方形的宽是原三角形的底边的一半。所以长方形面积=底×高÷2也就是三角形的面积。所以三角形面积=底×高÷2
3、把一个直角三角形的一条高对折后剪开，把剪下的小三角形补在一边，拼成长方形。
4、把一个三角形沿着两边的中点对折，然后把两边多余部分往里折，折成一个2层的长方形。折成的长方形的长是原三角形底边的一半，宽也是原三角高的一半，所以长方形面积=底÷2×高÷2。而这样的长方形有2个，所以三角形面积=底÷2×高÷2×2，变形后得：三角形面积=底×高÷2
新课标要求教师“要根据学生的具体情况，对教材再加工，有创造地设计教学过程。也就是提倡从“教教材”变为“用教材教”。讲究要把教材用好、用活。这样的设计更有利于调动学生学习的主动性和积极性，更适合学生自主、合作、探索的方式学习，更有利于培养学生的探索意识和创新精神。也为后面推导梯形的面积和圆的面积打下了好的基础，在下面几个图形的面积推导公式中学生就不会只局限于教材的方法。
我国著名的教育家叶圣陶先生曾经说：“教材只能作为教课的依据，要教好，使学生受益，还要老师的善于运用。”教材是实施教学的工具，而不是惟一的标准。这就要求我们要立足新课标，以学生发展为本，全面研读教材，认真按教材的编写意图，大胆进行处理。只有这样，才能使教材“唯我所用”，而不是教师上课的唯一标准。这样才能使我们的课堂能更好的发挥学生学习的主动性，更好的启迪学生的思维，使我们的课堂教学更有实效。