高等学校本科教育虚拟仿真实践系统建设深圳大学现代教育技术

情况 17 53 机制、自动化、汽车服务、轨道交通、电子、光信息、微电子、材料、高分子、光电、物理等53个专业 6700 2. 建设内容

2-1虚拟仿真实验教学中心的建设概况 深圳大学机械基础实验教学中心初创于1984年，1995年10月被广东省教育厅认定为合格实验室；2006年，申报广东省机械基础实验教学示范中心，并且获得立项。本中心按照“高等学校本科教学质量与教学改革工程”的实施要求，积极推进实验教学建设，强化实践教学改革，主要服务于机械制造、自动化、汽车服务、轨道交通等核心专业；同时辐射到材料、高分子、光电等53个工科及文理专业；中心现有实验教学面积2430平方米，包括计算机图形学与虚拟现实、机械原理与设计、计算机辅助制造、机电一体化、工程测试和汽车工程等实验室，各种虚拟仿真实验教学软硬件系统及设备根据需要分别建立于这些不同的专业．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．实验室之中。目前本中心共有设备总资产1920万元，包括两套VR系统在内的．．．．．贵重仪器设备16台套。现已建成实验条件优良、队伍齐整、体系完整、内容新颖、管理规范、成果丰硕并有一定辐射影响力的示范中心，成为深圳、广东及华南地区培养高水平、有特色的工程创新人才的教育基地。 本中心树立了“培养素质好、基础好、上手快、转型快的创新人才” 的实验教学理念，以《工程制图》、《成型工艺与模具CAD/CAM》和《机电一体化系统设计》等核心课程为支撑点，将各种仿真实验教学软硬件系统与微型加工系统进行搭配组合，通过一系列“虚”与“实”有机结合的工程实践专题项目，构建项目．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．驱动型的实验教学体系。 ．．．．．．．．．． 2-２虚拟仿真实验教学资源（实验项目、功能及效果等） 本中心教学体系由工程表达、计算机辅助制造、机电一体化和工程基础等课程模块构成，虚拟仿真实验教学资源按照需要分别投入到中心所属的计算机图形学与虚拟现实、轨道交通虚拟仿真、计算机辅助制造、机电一体化、机械原理与设计和工程测试等专业实验室之中，并且对各个课程模块的教学提供有力支持。 1.虚拟仿真实验教学资源建设 本中心在教学资源建设的创新性和先进性方面充分体现“虚实结合、相互补．．．．．．．．充、能实不虚”的原则。计算机辅助制造课程模块位于本中心实验教学体系中的．．．．．．主干线上，而《成型工艺与模具CAD/CAM》和《数控加工技术》是该课程模块中的核心课程，如果沿袭传统教学只着重于模具结构设计的思路、采用SolidWorks/UG进行模具结构设计、采用MoldFlow进行塑料注射流动虚拟仿真、采用MasterCAM/UG进行型腔数控刀路设计/代码生成/加工过程虚拟仿真，则教学过程只有“虚”的部分，学生缺少实战能力；而如果采用与企业完全相同的模具制造方法进行教学，这样全“实”的工作方式，单就一套中等复杂程度模具的制造，其成本在1万元以上，而且大型数控加工机床台套数有限，不可能每名学生都有足够的机时进行操作训练。 为此，本中心采用“虚”与“实”有机结合的项目实践型教学模式。学生既可充当工程师进行模具结构详细设计，又可以作为操作工完成模具关键零部件的加工与注塑成型。强调师生互动，学以致用。我们设置了建立在可快速更换模芯的通用微型注塑模架基础上的微型模具研发项目，微型模架小于国家标准中的最小规格，材料消耗大大减少，学生着重于设计加工关键的定、动模模芯，成本大大降低；针对大型数控加工机床台套数有限、实训机时不足的困难，本中心研制了PPCNC微型数控机床，其操作方式完全模拟大型数控机床，学校投入专项50余万元定制了40余台，成立了微型数控实训室。2至4名学生一组进行不同微型模具项目的研发，除仍采用SolidWorks、UG、MasterCAM和MoldFlow进行模具设计和实验仿真模拟外，还采用PPCNC微型数控机床进行实际加工，绝大多数数控加工实训在微型数控实训室完成，可以做到每名学生一台微型数控机床，大大减少了大型数控加工机床的操作机时，真正做到了“虚实结合、相互补．．．．．．．．充、能实不虚”，多年的实践证明效果良好，以最低的成本和原材料消耗使学生．．．．．．较好地掌握了机械制造领域普通机加工、数控加工等各种主流加工技术。 2.虚拟仿真实验的教学平台建设 深圳大学与深圳地铁集团共建了深圳大学城市轨道交通专业，并且在本中心内成立了城市轨道交通虚拟仿真专业实验室，从无到有已历三年多，明年将有第一届120名本科生毕业，将完全由深圳地铁集团吸收，在这一过程中双方创立了校企合作的全新模式，而双方共建的城市轨道交通虚拟仿真专业实验室作为重要的实验教学平台发挥了巨大的作用。 本中心通过配置、连接、调节和使用虚拟实验仪器设备进行实验，根据平台提供的仪器设备自由搭建合理的典型实验项目。除上文提到将CAD设计软件、塑料注射流动模拟软件MoldFlow、数控加工编程软件MasterCAM与微型数控机床的“虚”与“实”结合的微型模具研发实践教学项目外，我们将SolidWorks三维机构装配建模与其COSMOS机构运动仿真软件模块、以及VR虚拟现实系统进行不同的搭配组合、分别用于《机械设计》、《机械原理》、《机械创新课程设计》的运动学仿真，而将SolidWorks三维零件建模、机构装配建模与ANSYS、Nastran模拟仿真软件相结合又可以进行《有限元分析方法》课程实验，进行强度与形变分析、传热学仿真模拟分析等实验项目，充分发挥了虚拟仿真实验教学的灵活性。 本中心通过中心网站等信息化平台的建设，提供了信息发布、数据收集分析、互动交流、成绩评定、成果展示等功能，有力地支持了虚拟仿真实验教学工作。 3.科研成果转化为实验教学内容 根据学校有关部门的统计，本中心自制的科研设备占全校总数的40%以上，其中的许多已用于虚拟仿真实验教学；基于本中心的国家发明专利授权“一种基于VRML-JAVA的虚拟三维模型手动装配方法（ZL200910109148.8）”研发了精密三坐标测量机工作台的虚拟操作系统（2008014）、数控机床DIY/LIY平台（2010008）、四层四站式仿真透明电梯模型（2010023）等系统或设备，这些科研成果拓展了虚拟仿真实验教学范围、丰富虚拟仿真实验教学内容。 同时，这些科研成果开拓了学生视野、提升知识结构、培养综合设计和创新能力，在广东省和深圳大学大学生创新性实验项目中起到了有力的支持作用，其中有代表性的虚拟仿真大学生创新性实验项目包括：“基于虚拟现实的虚拟手机