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远程教育下机电专业的探索
远程教育下机电专业的探索 1不同层次的虚拟实验 网络技术推动了现代的仿真技术的飞速发展，应用的范围也极为广泛，在 教学实验领域也越来越受到重视，尤其在非计算机的工科类教学过程中。利用IT 技术开发出运行于计算机内部并能在网络上传输、交互的虚拟实验环境，是解决 工科类部分实验的新型方法，而且能达到高效价廉的目的，正好符合了远程教育 的特征要求，这为远程教学机电实验设计环节带来了新的解决方案。具体的虚拟 实验要根据具体机电课程教学要求选择不同的方案。根据上海电大多年的远程教 学探索，仿真实验主要表现在以下几种层次。最简单的人机互动的模式是通过网 页展现实验内容，学生根据实验流程和要求完成操作，例如为“组合机床概论” 课程教学开发的“机床组装”人机交互实验，学习者通过点击、移动某些机床部件， 完成机床的组装，如果顺序出错，将会报错提示。虚拟仿真模式的实验也可以通 过远程网络来实现。通过网页开发三维虚拟的实验设备，学习者根据控制要求编 写控制程序，采用程序后，具体的设备动作可根据程序来运动，让学习者对所采 用的指令有一个直接的感官认识。根据实验复杂程度，可以分为动作仿真实验和 现实场景仿真实验，前者只要求实验的动作触发、运动到位等就可以了，例如下 文中的可编程控制器工程仿真实验，而后者则不仅包括了动作要求，还要求包含 动力学分析功能，甚至要求包含热分析、流场分析、磁场分析、电场分析、声场 分析等非结构场的分析等内容，例如汽车设计过程中的有线元分析、碰撞模拟， 虚拟样机等，就包含了类似现实的完全模拟。纯仿真的虚拟实验不需要与实际设 备相连，侧重在一些动作或场景的完成上。而有些深度的仿真实验需要虚实结合， 即控制指令可通过网络传达到远程实验室，操作具体的设备和器材。2远程实验设计案例 本文以机电实用技术专业中一些课程为例，来对远程教学过程中虚拟实验 的开发进行说明，这些实验已适用在我们的远程教学中，并取得了良好的教学效 果。
2.1动作虚拟实验 “数控机床编程”课程的实践环节比重极高，学习时如果能将一些基本指令 直接在数控机床上运行，并观察相应动作，则这部分知识容易被牢牢掌握。但因 设备昂贵、庞大等诸多原因，给远程教学带来极大的难题。为了简化问题，开发团队考虑到指令学习时一般以动作为主要掌握对象，因此，采用三维虚拟设备开 发了针对数控指令的相应虚拟“数控机床”。例如，“G02”、“G03”均表示执行铣刀 的圆弧插补走刀过程，前者是顺指针圆弧插补，后者则是逆时针圆弧插补，使用 不同的指令后续程序设计则完全不一样。为了更好说明问题，虚拟“数控机床” 根据会根据不同程序来执行相应动作，如图1所示，（a）（b）两图分别表示了 G02和G03的铣刀执行过程，最后铣削出的图形相同，但走刀过程完全不一样。
（a）（b）图1G02、G03指令编程对比这样，配上适当的加工动作演示实验，就 算不能接触到实际的数控机床，学生们通过虚拟动作过程，也能顺利地掌握每条 指令所代表的实际意义，教学效果明显得到提高。
2.2工程虚拟实验 某些课程的教学需要有控制对象，例如某大型设备、某生产流水线等，这 在传统教学也是不容易解决的难题。远程教学中，创造一个虚拟的实验环境来是 我们亟待解决的问题。图2是使用WinCC为“PLC编程”课程实验开发的控制对象 仿真混合搅拌加热炉。仿真混合搅拌加热炉具有实际加热炉的控制特点，这些控 制点与实际PLC相连。当液位达到高位境界点时，会触发与之相连的可变程控制 器的输出端，同样，实际启动PLC上某输入点，会对仿真加热炉进行相应的功能 控制。这些仿真设备可连接上实际的PLC，学习者可根据不同的控制的对象，验 证所编的控制程序。
3小结 传统的工科实验需要统一安排时间组织学员们到现场进行实验，造成了时 间、空间等的约束，这在远程教育模式下难以实现；
为解决这一难题，本文从不 同层次上探讨了利用仿真技术开发机电专业的远程实的教学改革。实践证明，虚 拟实验是远程教学中势在必行的有效途径。
本文作者:徐丹丽 杨焕宇 刘晓莉 工作单位:上海远程教育集团信息与工 程系
