力学实验虚拟教学与实践.doc

力学实验虚拟教学与实践 力学基础实验课程是工科学生理解和运用力学理论知识的重要实践课程，随着学生人数的不断增加，教学经费的投入有限，无论是实验室的面积，还是实验室的设备，都远远不能满足学生实验课的需要，学生人均拥有设备数量减少，实物实验次数下降。对于地矿类院校要求的有危险的力学实验，难以在实验教学中开展，加之考虑实验室的安全，实验室很难做到完全开放，学生没有更多的机会和自由进行综合性、设计性实验，实验教学难以适应培养实践动手能力和创新能力强的专业人才的需要。因此，开展完整的力学实验虚拟教学可为探索实验教学模式提供有益的参考。 0引言 实验教学环境是力学课程教学体系完整的组成部分之一，是不可或缺的，它对于学习者全面掌握专业知识，将所学知识应用于实践、培养科学的思维能力和创造力起着至关重要的作用。学习者的大部分实践能力都是通过实验得到的。目前，国内进行力学虚拟实验教学的高校较少，只有清华大学开发了“工程力学虚拟实验室”，根据控制理论原理和实际实验所得数据对力学实验进行模拟，实验界面比较逼真，不同的参数产生的细微效果也很明显，交互性强，操作也较为直观简便，在国内产生了一定影响。但是具有地矿特色的力学虚拟教学的研究和实践尚少，因此，开发和研制完整的交互式、网络式的力学实验虚拟教学平台，不仅是对实验教学的一种创新，也是对实验教学模式的一种改革。 1力学实验虚拟教学系统的实现 利用3D建模和渲染技术，成功实现了基础力学实验部分和拓展力学实验部分的3D建模工作，图1-3给出了矩形截面纯弯曲梁应力分布测定实验虚拟装置、拉伸与压缩实验虚拟装置和相似材料模拟拓展实验装置的3D模型，其建模效果逼真。 1.1力学实验虚拟系统虚拟建模实现 1.2力学实验虚拟系统模块设计 虚拟实验流程可以再现真实实验过程，采用Java面向对象技术、数据库技术对实际实验结果进行数据编程对接，基础力学模块和拓展力学模块的虚拟实验完全能够和真实实验对接。图4给出了单轴拉压虚拟实验流程，实验过程中可以实时观测试件变形情况，由应力应变实时曲线反映试件的变形阶段。 2力学实验虚拟教学模式的优势 力学实验虚拟教学系统可根据需要运行不同版本的Windows系统；设计的力学虚拟实验部分与实验演示部分，均可采用多个多媒体文件并行播放的方式，系统提供的硬件平台保证了多个多媒体文件同时播放的顺畅性和同步性；系统所有的虚拟实验设备均二次采用DWF文件转存，使参与实验人员能从三维的方式观看实验设备与实验结果；采用了数据服务器统领PXE无盘站技术，方便实验人员的管理和使用；系统提供了教师演示、学生演示功能，同时设置了广域网服务器DMZ功能，以便远程管理；实验完毕后，学生可使用3D建模软件对实验进行再次建模，以备日后再次分析使用。 和传统的力学实践教学相比，虚拟实验教学系统解决了实践教学无法实现的教学问题。主要体现在以下几个方面 2.1解决了实验设备短缺和危险性实验无法操作问题 高校招生规模的不断扩大，学生人数的不断增加，教学经费的投入不足，无论是实验室的面积，还是实验室的设备，都远远不能满足学生实验课的需要，学生人均拥有设备数量减少，实物实验次数下降。对于一些地矿类院校要求的有危险的力学实验，难以在传统实验中开展，一些宏观、微观的实验现象传统实验更是无能为力，加之考虑实验室的安全，实验室很难做到完全开放，学生不可能随时到实验室去熟悉仪器设备，学生没有更多的机会和自由进行综合性、设计性实验，实验教学难以适应培养实践动手能力和创新能力强的专业人才的需要。 2.2打造了优质的教学资源 精品课程建设的目的之一就是让优秀教师所拥有的优质教学资源能够通过网络实现共享，包括相关的教学大纲、教案、习题、实验指导、