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仿真技术在森工智能装备课程实践教学中的应用论文

发布时间:2021-06-25 10:27:47 文章来源:SCI论文网 我要评论














SCI论文(www.scipaper.net):

摘 要:论文首先对传统《森工智能装备》课程实践教学现状进行了阐述,分析了传统实践教学法存在的缺点, 然后对仿真技术在本课程实践教学中的有事进行了概括,最后对近年教学效果进行了总结,指出虚实结合方式是未来实践教学的重要手段,并指出了几点未来发展方向。

关键词:仿真技术;森工智能装备;实践教学

本文引用格式:王海超,等 . 仿真技术在森工智能装备课程实践教学中的应用 [J]. 教育现代化 ,2020,7(34):4-7.

The Application of Simulation Technology in Practice Teaching of Intelligent Forestry Intelligent Equipment

WANG Hai-chao, GUO Gen-sheng, WANG Guo-zhong, PEI Zhi-yong, YUE Hai-jun, SUN Xiao-tian, LI Hang- tian, ZHAO Ting, ZHU Shou-lin

(College of Energy and Traffic Engineering of Inner Mongolia Agriculture University, Hohhot Inner Mongolia)

    Abstract: The present situation of the practice teaching of the traditional “Forestry Intelligent Equipment” course could be explained, and the shortcomings of traditional practice teaching methods could be analyzed. Then the advantages of simulation technology in the practical teaching of this course could be summarized. Finally, the teaching effect in recent years can have been summarized. After summing up, the combination of virtual and real could be an important means for future practical teaching, and several future development directions could be pointed.

     Key words:Simulation technology; Forestry intelligent equipment; Practical teaching

一 引言

       实践教学是高校本科教学中重要组成部分,也是工科人才培养重要手段,其对学生问题发现、知识探索和科研创新能力的培养具有重要意义。但传统实践教学已不能满足现代教学要求,其存在明显短板,而随着仿真技术发展,可弥补传统实践教学不足,二者有机结合,是未来工科人才培养教学的归宿。

二 传统《森工智能装备》课程实践教学现状

      《森工智能装备》是内蒙古农业大学能源与交通工程学院森林工程专业一门核心课程,内容涵盖智能控制和林业机械装备等相关知识。该课程共 80 学时,其中,理论讲授 40 学时,实验 8 学时,课程设计 32 学时,另外有 64 学时的森工智能装备企业现场实习。该课程一直沿袭理论教学与实践教学相结合方式,期间还要赴相关企业现场进行认识和实操实习,以使学充分学习了解森林机械装备结构、功能、原理及工作过程。随着科技发展和市场对人才水平的提高,传统《森工智能装备》课程实践教学存在以下几方面不足。

(一) 实验设备不足、老旧、单一

       实验设备数量不足、单一、老旧,严重影响了本科实践教学质量。随着国家天然林保护工程的实施,涉林机械已经普遍向小型化、集约化、高效化和智能化等保护性营林方向发展。实验室原有实验样机多为大型老旧采伐机械,无论从种类、数量、结构和性能上都已远远落后于现实应用。若更换老旧样机,受相关教学经费制约,很难及时得到解决。

(二) 现场实习流于形式

       森工智能装备实习地点为林业机械装备制造企业和林区,企业实习可使学生真切体会到由书本知识到实际应用间的联系,是企业生产现场有别于校内试验教学的突出特点 [1-3]。然而一线生产制造企业因安全原因无法接受多人次实践教学,更无法满足每位学生上机实操要求,多数情况下现场实习演变为远距离观摩,流于形式,无法达到预期效果。

(三) 实践教学指导教师经验不足

       森工智能装备这门课程实践教学对教师水平要求较高,教师不仅要有扎实的理论基础知识,而且还需具备丰富的实践经验,目前该专业多为年轻教师,实践经验欠缺,无法很好胜任该方面工作,而企业工程师的理论知识又无法与学生掌握的课堂知识很好契合,致使现场实习走马观花现象严重,失去实习意义 [4, 5]。

三 仿真技术在《森工智能装备》课程实践教学中的优势

      本论文提到的仿真主要包括虚拟仿真和物理模型仿真,虚拟仿真实践教学就是通过计算机、多媒体、人机交互、数据库以及通讯等技术,最大限度虚拟现实场景,使学生能在虚拟环境中进行相关实验; 物理模型仿真就是借助计算机、3D 打印、电控、机械设计等技术,设计相关林业机械装备及林用机器人,锻炼学生动手和创新能力,进而提高学生综合素质。仿真技术在《森工智能装备》课程实践教学中的优势主要体现在以下几个方面。

(一) 提高教学质量

       相较传统实践教学,仿真技术的应用可克服实验设备数量不足、老旧、单一这一问题,虚拟仿真平台为每个学生提供了实操平台,每个学生都可以通过多媒体直观观察实验场景,并可通过人机交互串口进行仿现实操作,不需考虑安全问题,整个林机加工制造和作业情况一目了然,学生可根据实验要求或个人需要构建虚拟模型和作业场景,不受外部环境限制。物理模型仿真锻炼了工科学生动手设计、制造和创新能力,学生综合运用所学知识,完成模型构建和调试运行,提高了学生综合设计能力。
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(二) 降低教学成本

       虚拟仿真平台和物理模型仿真设备的建设和购置需要一部分费用,但相较传统实践教学的投入较少,后期设备维护费用也较低,实验室空间可充分利用。

(三) 优化师资配置

       仿真技术在实践教学中的应用可实现教师资源的优化配置,避免短时间学生集中学习指导教师数量和经验不足教学效果不佳现象,学生可分组分时间进行实验,各专长教师可对学生进行针对指导, 不受时间和空间限制,进而提高教学效果。

四 仿真技术在《森工智能装备》课程实践教学中效果及改进方向

       内蒙古农业大学森林工程专业《森工智能装备》课程采用虚实结合方式进行实践教学,初步取得了一定效果,学生积极性明显提高,实践动手能力得到了很好的锻炼,实验过程如图 1 所示。
 
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      经过近年来仿真技术在森工智能装备课程实践教学中的应用发现,“虚实结合”可以很好地提升教学质量和效果,未来应构建更专业的仿真实验中心,增大设备投入,扩大师资队伍规模,具体应从人员管理和设备管理两方面进行。
       人员管理方面如图 2 所示,将实验室作为实验教师和学生培养的研究中心,为充分调动学生学习的积极性,提高实验室的高效利用,将传统教师独立管理模式,改为实验中心教师、专业教师、研究生和本科生共同管理的模式,建立互管、互助的人员管理模式。
 
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图 2 仿真实验中心设备管理

       设备管理方面如图 3 所示,实验中心应包括本科教学设备和科研实验设备,设备采购参数由专业教师提供,学校负责招标和采购,设备验收及日常使用维护由实验中心教师、实验教师和学生共同负责。由于研究生流动性较强,应采取使用登记制度, 每一样设备有指定的教师负责管理,辅助使用设备的研究生及专业教师完成设备的调试及操作,避免因操作不当造成设备损坏。
 
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       未来实践教学发展趋势如下。

       虚实结合教学方式将被广泛应用,二者相辅相成,互相补充,弥补单一方式存在的不足,既有视觉感受,又有实操触觉感受。

       合理规划虚实教学比重,具体需根据课程性质确定。

       加强校企合作,加大对双师型教师培养力度, 进而提高教学质量。

       论文通过系统分析《森工智能装备》课程传统实践教学现状和存在的不足,继而分析了仿真技术在《森工智能装备》课程实践教学中的优势,通过虚实结合方式进行实践教学,势必是未来工科课程实践教学的方向。最后结合具体承担课程授课效果对未来发展方向提出了几点看法。

参考文献

[1]刘宝,罗静,李延锋.虚拟仿真技术在矿山机械课程实践教学中的应用研究 [J].教育教学论坛,2019,9(39):221-222.
[2]沈嵘枫,张小珍,周新年,等.森林工程采运装备虚拟实验示范中心建设 [J]. 实验科学与技术,2015,13(5):163- 165+168.
[3] 辛颖,李耀翔,狄海廷,等.森林工程国家虚拟仿真实验教学中心建设与实践 [J].森林工程,2016,32(01):94-96.
[4]狄海廷,李耀翔,辛颖 . 虚拟仿真实验室资源共享模式 [J]. 实验室研究与探索,2015,34(12):148-151.
[5]教育部.关于开展国家虚拟仿真实验教学项目建设工作的通知 [Z].2018.

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