第一篇：基于SolidWorks開(kāi)發(fā)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

為了更好地實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模岣邔?shí)驗(yàn)效率，作者以機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的要求、實(shí)驗(yàn)原理、方法為藍(lán)本，用計(jì)算機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)，模擬仿真該實(shí)驗(yàn)的全過(guò)程，設(shè)計(jì)了一個(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng).應(yīng)用該系統(tǒng)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前在計(jì)算機(jī)上對(duì)自己所設(shè)計(jì)方案的可行性、正確性進(jìn)行可視化驗(yàn)證，然后再進(jìn)行實(shí)際的拼接，提高了實(shí)驗(yàn)效率.虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的功能

1)必須具備齊全的模型、而且盡量接近實(shí)物，這樣才能對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行真實(shí)的模擬.2)靈活性強(qiáng)，零件的參數(shù)能根據(jù)需要隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)尺寸驅(qū)動(dòng)功能，即改變其中一個(gè)零件的參數(shù)后，只需要重建模型，其它零件的相應(yīng)點(diǎn)的位置會(huì)跟著發(fā)生改變，零件之間依然保持相應(yīng)的聯(lián)結(jié)關(guān)系，而不需重新進(jìn)行裝配.3)對(duì)于機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的模擬仿真功能.4)具有運(yùn)動(dòng)特性分析和動(dòng)力特性分析的功能.5)具有實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)功能.系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)流程圖如圖1所示.圖1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)流程圖

2系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方法

虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)選用的平臺(tái)是三維設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)SolidWorks。SolidWorks它是基于Windows的全參數(shù)化特征造型軟件，可十分方便地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的三維零件實(shí)體造型、復(fù)雜裝配和生成工程圖，以參數(shù)化和特征建模的技術(shù)為核心，為設(shè)計(jì)人員提供了良好的設(shè)計(jì)環(huán)境，還可以方便地對(duì)SolidWorks進(jìn)行二次開(kāi)發(fā).用戶二次開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序，可直接掛在SolidWorks的菜單下，形成統(tǒng)一的界面.一般而言，開(kāi)發(fā)人員首先需要在SolidWorks的界面上添加自己的菜單項(xiàng)，以此作為激活用戶程序的接口，完成與用戶的數(shù)據(jù)交換。

SolidWorks的API(Application Programming Interface應(yīng)用編程接口)提供了兩種接口方式:有OLE Automation的Idispatch和作為Windows基礎(chǔ)的COM(Component Object model).Idispatch的方法可用于VB、VBA或VC的開(kāi)發(fā)環(huán)境，常作為快速開(kāi)發(fā)的手段.本文開(kāi)發(fā)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)所使用的程序就是采用的Idispatch接口方法，用VC++6.0編寫(xiě)的.在程序編好后，編譯即可形成DLL文件.不同的操作系統(tǒng)需要用不同的設(shè)置:Windows95/98采用“MBCS”;WindowsNT/2000采用“Unicode”;生成需要的3dll文件后，就可以使用SolidWorks的“文件/打開(kāi)”菜單，在過(guò)濾器中選擇“AddIns(3.dll)”，加載自己的DLL.若該DLL在注冊(cè)表中注冊(cè)成功，還可使用“工具/插件”菜單進(jìn)行一次性加載，以后啟動(dòng)SolidWorks，就可自動(dòng)加載該DLL，無(wú)須再進(jìn)行加載操作，十分方便.3系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)

3.1實(shí)驗(yàn)裝配零件庫(kù)的建立

為了滿足模型齊全的要求，筆者選用SolidWorks2001進(jìn)行零件的三維造型，并把所有實(shí)驗(yàn)室內(nèi)要用到的零件做成了一個(gè)零件庫(kù).通過(guò)對(duì)SolidWorks進(jìn)行設(shè)置，可以使自己創(chuàng)建的零件庫(kù)像工具條一樣陳列在SolidWorks主窗口中.具體方法是:通過(guò)選擇SolidWorks主菜單中的工具選項(xiàng)選擇文件位置，將文件夾顯示為調(diào)色板零件，再選“添加”，選中自己的零件庫(kù)文件夾的存放位置.要使用這個(gè)零件庫(kù)，只需要打開(kāi)它就可以了.方法是，啟動(dòng)SolidWorks后，在工具下選擇FeaturePalette，隨后便有一個(gè)小窗口被打開(kāi)，選中用戶添加的文件夾，就會(huì)有一個(gè)新的窗口打開(kāi)，創(chuàng)建的零件庫(kù)內(nèi)所有零件都以圖標(biāo)的形式陳列在窗口內(nèi)，就好象在真實(shí)實(shí)驗(yàn)里看到的擺放在實(shí)驗(yàn)室里的零件一樣.但使用起來(lái)比在真實(shí)實(shí)驗(yàn)室里方便多了，你只需要移動(dòng)滑動(dòng)條，就可以找到所需要的零件.3.2機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)方案的確定

在擬訂方案之前，首先可以從過(guò)去成功的設(shè)計(jì)案例中進(jìn)行檢索，看是否有與設(shè)計(jì)要求類似的設(shè)計(jì)案例.如果有，則以這個(gè)案例為模板，并對(duì)其作適當(dāng)?shù)男薷?，以滿足當(dāng)前的設(shè)計(jì)要求.這樣做即可以保證設(shè)計(jì)要求，還可提高設(shè)計(jì)效率.如果沒(méi)有類似的設(shè)計(jì)案例，則利用所掌握的專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行新的設(shè)計(jì).機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案的設(shè)計(jì)具體由以下幾個(gè)步驟組成:

1)輸入設(shè)計(jì)要求(包括輸入輸出間的函數(shù)關(guān)系和工藝動(dòng)作要求等等)以及外部的各種約束條件.2)將設(shè)計(jì)要求及外部條件分解成各個(gè)基本動(dòng)作、基本運(yùn)動(dòng)及其約束條件

3)初步選定能完成設(shè)計(jì)要求的基本機(jī)構(gòu)或已有案例.4)將初步選定的基本機(jī)構(gòu)進(jìn)行組合，得到多種可能的設(shè)計(jì)方案.5)對(duì)各種方案進(jìn)行初步的尺度綜合.6)對(duì)各種方案的機(jī)構(gòu)進(jìn)行性能分析(包括運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力性能分析).7)對(duì)各種方案進(jìn)行評(píng)價(jià)和排序，以選出最滿意的方案.8)如果所有方案均不滿意，則重新進(jìn)行機(jī)構(gòu)選型及組合、尺度綜合及性能分析、方案評(píng)價(jià)及排序等工作.其中對(duì)方案的機(jī)構(gòu)性能分析可以通過(guò)所設(shè)計(jì)的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)來(lái)完成.學(xué)生要做的就是先按以上步驟初步確定設(shè)計(jì)方案，畫(huà)出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，然后利用虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行虛擬裝配，給出初始輸入條件，讓系統(tǒng)進(jìn)行分析計(jì)算，學(xué)生根據(jù)分析計(jì)算結(jié)果對(duì)設(shè)計(jì)方案優(yōu)劣作出判斷，如果滿意，則根據(jù)確定的方案進(jìn)行實(shí)際的拼接，如果不滿意，則對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行構(gòu)型演化，再裝配，再分析，直至得出滿意方案.3.3虛擬裝配

在虛擬裝配之前在磁盤上新建一個(gè)文件夾，用以存放選擇的零件和最后形成的裝配體.首先選出裝配所需要的零件，從零件庫(kù)拖出相應(yīng)零件的圖標(biāo)，系統(tǒng)就會(huì)打開(kāi)相應(yīng)零件的編輯窗口，選擇另存為，把這個(gè)零件存放到新建的文件夾中.注意不要改變沒(méi)有保存的編輯窗口中零件的各項(xiàng)參數(shù)，因?yàn)榉旁谶@個(gè)零件庫(kù)中的零件是一個(gè)參考模板文件，它的參數(shù)一旦發(fā)生改變，所有以它為參考模板文件生成的文件中的相應(yīng)參數(shù)都會(huì)發(fā)生改變，所以在拖出圖標(biāo)后，一定要將其另存到自己的文件夾中.即可以在裝配之前選好所要用的零件，也可在裝配時(shí)隨取，一般只需要選好幾類零件就可以了.SolidWorks是基于Windows操作系統(tǒng)的，使用起來(lái)完全和 Windows 一樣，可以利用復(fù)制、粘貼的形式在裝配體窗口內(nèi)生成同樣類型的多個(gè)零件.如果是初始裝配，則需打開(kāi)一個(gè)新的裝配體文件，將選好的零件插入到這個(gè)裝配體文件中，在零件之間添加相應(yīng)的裝配配合關(guān)系就可以了.各構(gòu)件之間的裝配關(guān)系和其運(yùn)動(dòng)副關(guān)系是這樣定義的:若是轉(zhuǎn)動(dòng)副，則在兩零件連接處添加端面貼合和同軸心關(guān)系;若是移動(dòng)副，則在兩零件接觸處添加平面貼合關(guān)系.對(duì)于機(jī)架和導(dǎo)軌等固定不動(dòng)的構(gòu)件通過(guò)右擊SolidWorks特征管理樹(shù)(Feature manager)中相應(yīng)零件的實(shí)體名，在彈出的菜單內(nèi)選擇固定來(lái)實(shí)現(xiàn).由于是虛擬裝配，自然比真實(shí)裝配輕松得多.因?yàn)镾olidWorks可以實(shí)現(xiàn)尺寸驅(qū)動(dòng)，所以改變裝配完的機(jī)構(gòu)中構(gòu)件的某些參數(shù)，如桿長(zhǎng)，機(jī)架的位置后，只需要對(duì)裝配體機(jī)構(gòu)進(jìn)行重建模型，其它零件的相應(yīng)位置會(huì)根據(jù)配合關(guān)系跟著改變，而不需要拆卸后重新裝配.圖2所示為運(yùn)用此系統(tǒng)裝配好的四桿機(jī)構(gòu)，并且已在SolidWorks界面上加載了自己的菜單，準(zhǔn)備進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真.3.4對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的干涉檢查

在裝配體形成后，首先要對(duì)其進(jìn)行初步的干涉檢查.可以使用SolidWorks自帶的干涉檢查功能.如果覺(jué)得不夠直觀的話，則可以用拖動(dòng)其中某個(gè)構(gòu)件的方法，觀察各個(gè)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)情況，直觀地看它們的運(yùn)動(dòng)是否會(huì)發(fā)生干涉.進(jìn)一步的干涉檢查，可以在運(yùn)動(dòng)的仿真過(guò)程中.選擇編程加載的菜單下運(yùn)動(dòng)仿真項(xiàng)，對(duì)裝配搭建的機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真.在仿真過(guò)程中可以觀察到是否發(fā)生干涉，如果發(fā)生干涉，兩個(gè)零件將有重疊的部分，這就需要對(duì)機(jī)構(gòu)中的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整.3.5機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的仿真

機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)仿真的實(shí)現(xiàn)相當(dāng)于在每一運(yùn)動(dòng)時(shí)刻，將各個(gè)構(gòu)件根據(jù)約束擺放到空間的指定位置上.構(gòu)件的初始位置在裝配體裝配好以后就確定了，其中機(jī)架位置的坐標(biāo)值用戶是可以自己設(shè)定的，而構(gòu)件在運(yùn)動(dòng)當(dāng)中的各個(gè)數(shù)據(jù)是由外部機(jī)構(gòu)分析程序提供.因此，這種機(jī)構(gòu)三維仿真方法不受機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性和自由度所限制.給出不同的輸入，外部分析程低碳馬氏體在熱作模具中的應(yīng)用 http:// Cr13模具鋼開(kāi)裂焊接工藝與Cr13模具鋼磨損焊接工藝 http:// 電熱水器選擇五要點(diǎn)與如何選購(gòu)安全的燈具 http://序會(huì)提供不同的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，使機(jī)構(gòu)得以實(shí)現(xiàn)不同的運(yùn)動(dòng).運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)分析結(jié)果被存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中以便需要時(shí)進(jìn)行調(diào)用.3.6機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性分析和動(dòng)力學(xué)特性分析

運(yùn)動(dòng)仿真之后，還需要對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)特性和動(dòng)力學(xué)特性分析.從而判斷出所設(shè)計(jì)出的機(jī)構(gòu)的優(yōu)劣.方法是輸出特征點(diǎn)的位置、速度、加速度、和力分析曲線.具體實(shí)現(xiàn)是通過(guò)VC編程繪制曲線圖，從數(shù)據(jù)庫(kù)中取出保存好的繪圖所用的數(shù)據(jù).如果所設(shè)計(jì)的方案未打到設(shè)計(jì)要求，就需要修改設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行機(jī)構(gòu)構(gòu)型的演化.演化的方法主要有運(yùn)動(dòng)副變換、加桿組、運(yùn)動(dòng)倒置、加自由度、運(yùn)動(dòng)等效變換，不斷對(duì)方案進(jìn)行修改，然后裝配，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)特性和力學(xué)特性分析，直到形成最滿意的方案.3.7實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)功能

實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)主要是在修改設(shè)計(jì)方案時(shí)，系統(tǒng)提供幫助信息，告訴以通過(guò)那些方法來(lái)優(yōu)化機(jī)構(gòu)，在學(xué)生選好一種方法后，系統(tǒng)會(huì)給出方法的原理，幫助使用者快速地修改方案引言

混凝土攪拌機(jī)是使混凝土配合料均勻拌和而制備混凝土的專用機(jī)械，是現(xiàn)代化建設(shè)施工中不可缺少的機(jī)械設(shè)備。為了適應(yīng)不同混凝土攪拌要求，攪拌機(jī)有多種機(jī)型。按工作性質(zhì)分，有周期式和連續(xù)式攪拌機(jī);按攪拌原理分，有白落式和強(qiáng)制式攪拌機(jī)。本次設(shè)計(jì)的是生產(chǎn)率為75m3/h的雙臥軸強(qiáng)制式攪拌機(jī)，它是由攪拌系統(tǒng)、傳動(dòng)裝置、卸料機(jī)構(gòu)等組戊:攪拌系統(tǒng)由圓槽形攪拌筒和攪拌軸組成，在兩根攪拌軸上安裝了幾組結(jié)構(gòu)相同的葉片，但其前后上下都錯(cuò)開(kāi)一定的空間，使拌合料在兩個(gè)攪拌筒內(nèi)不斷地得到攪拌，一方面將攪拌筒底部和中間的拌合料向上翻滾，另一方面又將拌合料沿軸線分別向前推壓，從而使拌合料得到快速而均勻的攪拌。設(shè)置在兩只攪拌間底部的卸料門由氣缸操縱。卸料門的長(zhǎng)度比攪拌筒長(zhǎng)度短，80-90%的混凝土靠其自重卸出，其余部分則靠攪拌葉片強(qiáng)制向外排出，卸料迅速干凈。

SolidWorks軟件可以十分方便地繪制復(fù)雜的三維實(shí)體模型、完成產(chǎn)品裝配和生成工程圖。它能以立體的、有光的、有色的生動(dòng)畫(huà)面表達(dá)大腦內(nèi)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)結(jié)果，較之于傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)圖更符合人的思維習(xí)慣與視覺(jué)習(xí)慣，有利于發(fā)揮人的創(chuàng)造性思維，有利丁新產(chǎn)品、新方案的設(shè)計(jì)，幫助機(jī)械設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)人員更快、更準(zhǔn)確、更有效率地將創(chuàng)新思想轉(zhuǎn)變?yōu)槭袌?chǎng)產(chǎn)品。

為此，我們利用SolidWorks軟件來(lái)完成雙臥軸強(qiáng)制式攪拌機(jī)虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)雙臥軸強(qiáng)制式攪拌機(jī)主要參數(shù)的確定雙臥軸強(qiáng)制式攪拌機(jī)的主體樣機(jī)設(shè)計(jì)

在攪拌機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，最困難、最繁瑣的工作就是運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)軌跡校核。目前主要采用的軌跡圖法或根據(jù)幾何約束條件建立方程組來(lái)求解，但這種設(shè)計(jì)比較麻煩，且設(shè)計(jì)工作不直觀，設(shè)計(jì)結(jié)果不盡人意，而利用三維設(shè)汁軟件Solidworks則能較好地解決上述問(wèn)題，首先建立零件的三維模型，再將其裝配起來(lái)，并可進(jìn)行有限元分析計(jì)算，最后利用COSMOSMotion來(lái)模擬各零部件的運(yùn)動(dòng)情況。

2.1零件設(shè)計(jì)建模

利用拉伸、陣列、切除、掃描、鏡像等特征，建立雙臥軸強(qiáng)制式攪拌機(jī)主要零部件的三維參數(shù)化模型.包括攪拌臂、攪拌筒、各種襯板、8種規(guī)格的攪拌葉片、刮板、攪拌裝置等100多個(gè)零件。因電機(jī)、減速器、連軸器等為選購(gòu)件，在設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有建立這些零件的三維模型，僅建立雙臥軸強(qiáng)制式攪拌機(jī)主機(jī)上零件模型。在建模過(guò)程中，充分利用參數(shù)化尺寸、方程式共享數(shù)值、配置、派生零件等參數(shù)化設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)重用技術(shù)，便于虛擬裝配時(shí)發(fā)現(xiàn)零件結(jié)構(gòu)不合適時(shí)對(duì)其進(jìn)行修改。

2.2虛擬裝配

SolidWorks軟件提供了自上而下和自下而上兩種設(shè)計(jì)方式，因我們已完成了雙臥軸強(qiáng)制式攪拌機(jī)主要零部件設(shè)計(jì)，所以采用自下而上方式.按照同袖、共面等幾何約束關(guān)系先將側(cè)襯板、側(cè)攪拌葉片、攪拌葉片、攪拌裝置軸裝配體等小部件裝配起來(lái).然后將子裝配體裝配成筒體攪拌裝置等較大的部件，最后將較大的子裝配體組裝成雙臥軸強(qiáng)制式攪拌機(jī)的整機(jī)裝配圖。采用分級(jí)裝配方法，既便于我們及時(shí)發(fā)現(xiàn)裝配問(wèn)題，又便于修改。

在設(shè)計(jì)過(guò)程中為便于方案論證和與領(lǐng)導(dǎo)、制造工程師及其他相關(guān)人員進(jìn)行交流，我們使用了Animaior插件實(shí)現(xiàn)了攪拌機(jī)所有零部件的動(dòng)態(tài)組裝模擬，并制作了裝配動(dòng)畫(huà)，提高了設(shè)計(jì)的可視化。

2.3有限元分析計(jì)算

攪拌機(jī)在工作過(guò)程中，攪拌軸是主要的傳動(dòng)和工作部件，利用SolidWorks內(nèi)嵌集成的COSMOSWorks有限元分析軟件對(duì)裝配有攪拌臂和葉片的攪拌裝置軸裝配體進(jìn)行有限元分析計(jì)算。首先將所建模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，忽略圓角倒角鍵槽等設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口，調(diào)人到CosmosWorks有限元分析模塊，進(jìn)行實(shí)體網(wǎng)格劃分，添加軸一端“不可平移”約束、軸承載荷和葉片上分布?jí)毫?，然后進(jìn)行有限元分析計(jì)算，得到攪拌軸應(yīng)力分布情況應(yīng)變和變形狀況，計(jì)算

CAD技術(shù)在建筑電氣設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 建筑電氣設(shè)計(jì)CAD特點(diǎn) http:// 低碳馬氏體在塑料模具中的應(yīng)用 http:// 室內(nèi)電線排線時(shí)應(yīng)注意什么 裝修房屋時(shí)如何考慮管 線 http://出危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力和應(yīng)變，為攪拌軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)，同時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)是否合理進(jìn)行準(zhǔn)確快速的評(píng)估。

2.4攪拌運(yùn)動(dòng)模擬

攪拌機(jī)螺旋葉片繞水平軸旋轉(zhuǎn)時(shí)使物料向上翻動(dòng)，軸向力的作用將物料沿水平軸推向中問(wèn)和另一端，物料的運(yùn)動(dòng)軌跡非常復(fù)雜在方案論證時(shí)，為形象地表達(dá)物料的運(yùn)動(dòng)情況，我們首先借助COSMOSMotion全功能運(yùn)動(dòng)仿真軟件，制作了攪拌機(jī)空轉(zhuǎn)工作的運(yùn)行動(dòng)畫(huà)，再建立單個(gè)物料和攪拌葉片碰撞的數(shù)學(xué)方程，借助Swift 3D制作了單個(gè)物料在攪拌簡(jiǎn)運(yùn)行狀況，模擬出物料在整個(gè)攪拌筒中形成的封閉式環(huán)流，反映出物料的拌合、離析狀態(tài)，為進(jìn)一步借助控制方程模擬雙臥軸攪拌機(jī)的物料運(yùn)動(dòng)軌跡打下基礎(chǔ)。

3結(jié)束語(yǔ)

利用SolidWorks軟件進(jìn)行雙臥軸攪拌機(jī)設(shè)計(jì)，可以形象生動(dòng)地表達(dá)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)結(jié)果，既幫助設(shè)計(jì)人員更快更準(zhǔn)確地進(jìn)行新產(chǎn)品設(shè)計(jì)，同時(shí)提高了設(shè)計(jì)的可視性和可靠性。

第二篇：基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的自主學(xué)習(xí)研究

基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的自主學(xué)習(xí)研究

摘 要：虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等教育信息化建設(shè)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)的重要內(nèi)容，是學(xué)科專業(yè)與信息技術(shù)深度融合的產(chǎn)物[1]。為了研究基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)的過(guò)程和效果，文章基于北京郵電大學(xué)電子信息虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，以《集成運(yùn)算放大器的基本應(yīng)用―低通濾波器》實(shí)驗(yàn)為例，歸納沒(méi)有模擬電路基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)者通過(guò)自主學(xué)習(xí)完成虛擬仿真電路實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，并采用調(diào)查問(wèn)卷的方式收集學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，虛擬實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)習(xí)者獲得相關(guān)的電路知識(shí)，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以作為學(xué)習(xí)者自主學(xué)習(xí)的工具，并且在自主學(xué)習(xí)的過(guò)程中提高了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣和發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)了學(xué)習(xí)者的探索精神。

關(guān)鍵詞：自主學(xué)習(xí)；虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)；模擬電路；學(xué)習(xí)效果

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-8454（2018）06-0093-04

在現(xiàn)代教育中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)占有越來(lái)越重要的地位，為了培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力和觀察能力，很多課程往往需要學(xué)生進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)，而且許多實(shí)驗(yàn)需要多協(xié)同操作才能完成。但現(xiàn)實(shí)中許多問(wèn)題在真實(shí)環(huán)境下實(shí)驗(yàn)具有不可見(jiàn)性、危險(xiǎn)性或需要昂貴的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，成為制約教學(xué)質(zhì)量提高的重要因素。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是解決此問(wèn)題的有效方案[2]。

虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)不僅可以解決上述問(wèn)題，而且對(duì)于提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)有很大的幫助。在利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)的過(guò)程中，完全是以學(xué)習(xí)者為中心，學(xué)生可以自主調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)的時(shí)間、地點(diǎn)、順序以及學(xué)習(xí)的進(jìn)度，鼓勵(lì)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)，有利于學(xué)習(xí)者的主動(dòng)建構(gòu)，符合建構(gòu)主義的教育觀和?W習(xí)觀，具有較高的理論意義和實(shí)踐價(jià)值[3]。自主學(xué)習(xí)虛擬實(shí)驗(yàn)還有利于培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的探索精神和實(shí)踐能力。學(xué)習(xí)者在自主學(xué)習(xí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，也提高了遇到問(wèn)題解決問(wèn)題的能力，并且確實(shí)獲得了實(shí)驗(yàn)的相關(guān)知識(shí)。將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)引入教學(xué)有利于推進(jìn)高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化建設(shè)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與發(fā)展。

一、研究現(xiàn)狀及不足

1.虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)現(xiàn)狀

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室受到了各國(guó)高校的普遍關(guān)注，我國(guó)教育部從2013年起開(kāi)展了國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作，截止2015年共評(píng)審出300個(gè)國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心。科技部2010年將《虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用示范》作為“十一五”國(guó)家支撐計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目開(kāi)展研究，清華大學(xué)、北京大學(xué)、上海交通大學(xué)、北京郵電大學(xué)、華南理工大學(xué)等高校已陸續(xù)在網(wǎng)上提供了虛擬實(shí)驗(yàn)服務(wù)。在國(guó)際上有芝加哥伊利諾伊大學(xué)的數(shù)字化有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，卡羅萊納州立大學(xué)利用Java技術(shù)建設(shè)基于Web的探索式虛擬物理實(shí)驗(yàn)室，密歇根大學(xué)為操作系統(tǒng)和高級(jí)語(yǔ)言課程建設(shè)了虛擬網(wǎng)上系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室等。

2.國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀及啟示

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的結(jié)合方式主要有兩種，一種是先實(shí)驗(yàn)教學(xué)后虛擬實(shí)驗(yàn)，這里虛擬實(shí)驗(yàn)主要是用于鞏固知識(shí)，完善知識(shí)結(jié)構(gòu)，提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力。這也屬于先理論后實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方式，李旭鋒在《“先實(shí)驗(yàn)后理論”化學(xué)教學(xué)方法探析》[4]中提出“先理論后實(shí)驗(yàn)”的教學(xué)方法會(huì)抑制學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的積極性和探索創(chuàng)新的主動(dòng)性。另一種是先虛擬實(shí)驗(yàn)后實(shí)驗(yàn)教學(xué)，這里虛擬實(shí)驗(yàn)主要是來(lái)達(dá)到預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)的目的，有利于教學(xué)更加順利地進(jìn)行，如藺智挺在《基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的模擬集成電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)》[5]一文中，以模擬集成電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，介紹了安徽大學(xué)基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的做法和效果，利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心，緩解了課時(shí)的矛盾，較好地達(dá)到了預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)的目的，拓展了實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的深化產(chǎn)生了積極而深遠(yuǎn)的影響。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可以作為學(xué)生自主學(xué)習(xí)的資源，培養(yǎng)學(xué)生的自主性、探究性學(xué)習(xí)能力。如潘雪濤、鄔華芝等在《創(chuàng)新虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式 培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力》[6]一文中提出“三三三”教學(xué)理論新模式，其中虛擬實(shí)驗(yàn)室在課前應(yīng)用，激發(fā)學(xué)習(xí)者興趣，進(jìn)行自主預(yù)習(xí)；在課中應(yīng)用，主要用于教學(xué)互動(dòng)，提高效率；在課后應(yīng)用，用于自主復(fù)習(xí)，自主訓(xùn)練。多年的實(shí)踐證明，教學(xué)改革成果顯著，教學(xué)效果明顯，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和實(shí)踐創(chuàng)新能力不斷提高。趙琪、孫紅等在《基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)構(gòu)建研究》[7]中，提出開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)豐富了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和手段，逐漸成為學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自助學(xué)習(xí)的重要場(chǎng)所和學(xué)習(xí)方式，能夠突出探究、實(shí)踐和創(chuàng)新，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)和探究性學(xué)習(xí)能力。

3.當(dāng)前研究的不足之處

通過(guò)以上文獻(xiàn)分析可以看出，廣大研究者對(duì)開(kāi)發(fā)出的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在教學(xué)中的應(yīng)用情況不太關(guān)注，對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)應(yīng)用于教學(xué)的過(guò)程設(shè)計(jì)與效果分析、虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)評(píng)價(jià)等方面的研究不多，尤其是關(guān)于學(xué)生對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)學(xué)習(xí)體驗(yàn)的調(diào)查和從學(xué)生視角對(duì)使用虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行學(xué)習(xí)的評(píng)價(jià)很少。實(shí)際上，這方面的研究，對(duì)于檢查所開(kāi)發(fā)平臺(tái)的有效性、實(shí)用性有很重要的意義[8]。

已有研究大多關(guān)注利用虛擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué)改革或者虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)，目前尚未有研究者進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)的自主學(xué)習(xí)過(guò)程以及學(xué)習(xí)效果驗(yàn)證的研究，而基于沒(méi)有模擬電路知識(shí)基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)者的自主學(xué)習(xí)更能反映出虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)于知識(shí)掌握和實(shí)踐能力提高的效果。因此筆者基于北京郵電大學(xué)自主研發(fā)的電子信息虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，以未學(xué)習(xí)過(guò)《模擬電路》相關(guān)課程的學(xué)習(xí)者為研究對(duì)象，對(duì)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過(guò)程、學(xué)習(xí)積極性、學(xué)習(xí)效果進(jìn)行研究。

二、研究方法及過(guò)程

1.研究目的

本研究旨在通過(guò)對(duì)沒(méi)有模擬電路知識(shí)基礎(chǔ)的學(xué)生進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的自主學(xué)習(xí)過(guò)程和效果的調(diào)查研究，來(lái)分析通過(guò)自主學(xué)習(xí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，學(xué)生是否可以獲得相關(guān)的電路知識(shí)；學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中積極性和注意力的集中程度如何，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決問(wèn)題的能力是否有所提高，以及實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的易用性等問(wèn)題，通過(guò)此次調(diào)查，了解虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是否可以作為學(xué)生自主學(xué)習(xí)的工具。

2.研究對(duì)象

本次調(diào)查問(wèn)卷以40名研究生為例。在樣本的選取上，本次調(diào)查對(duì)象為沒(méi)有學(xué)過(guò)《模擬電路》相關(guān)課程、沒(méi)有做過(guò)任何一個(gè)模擬電路實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)者，這樣更能體現(xiàn)出自主學(xué)習(xí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的效果；本研究所用的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是由北京潤(rùn)尼爾網(wǎng)絡(luò)科技有限公司研發(fā)、北京郵電大學(xué)電子信息虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心運(yùn)營(yíng)的。實(shí)驗(yàn)課程類屬《模擬電路》，實(shí)驗(yàn)名稱：《集成運(yùn)算放大器的基本應(yīng)用―低通濾波器》，學(xué)習(xí)方式：自主學(xué)習(xí)。

3.研究工具

本次研究采用的工具為一份問(wèn)卷調(diào)查表，在填寫(xiě)完問(wèn)卷之后采用訪談的方法來(lái)獲取被試者的主觀感受。

（1）問(wèn)卷調(diào)查

本問(wèn)卷的題目包括三個(gè)部分：第一個(gè)部分是第1題，是關(guān)于研究對(duì)象的個(gè)人信息，是否做過(guò)任何一個(gè)模擬電路的實(shí)驗(yàn)。若做過(guò)，則被視為無(wú)效問(wèn)卷；第二個(gè)部分是2～6題，從做實(shí)驗(yàn)的積極性和注意力的集中性（問(wèn)題2～3），遇到問(wèn)題的解決辦法（問(wèn)題4～6）三個(gè)方面來(lái)了解學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的過(guò)程。第三部分是7～9題，分別從實(shí)驗(yàn)的原理（問(wèn)題7）、器材的種類（問(wèn)題8）、器材的作用（問(wèn)題9）、學(xué)習(xí)虛擬實(shí)驗(yàn)的基本步驟（問(wèn)題10）、虛擬實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)習(xí)的幫助程度（問(wèn)題11）四個(gè)方面來(lái)調(diào)查學(xué)習(xí)效果以及虛擬實(shí)驗(yàn)對(duì)自主學(xué)習(xí)的有用性。

實(shí)驗(yàn)在2017年6月份進(jìn)行，每個(gè)學(xué)生自主學(xué)習(xí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的時(shí)間不限制，可以使用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行信息的查詢，學(xué)習(xí)過(guò)程沒(méi)有硬性要求，學(xué)習(xí)順序自主安排。調(diào)查問(wèn)卷安排在做完實(shí)驗(yàn)之后，其中問(wèn)卷的第10題是關(guān)于學(xué)習(xí)者對(duì)學(xué)習(xí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的步驟排序。將學(xué)習(xí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的過(guò)程進(jìn)行精簡(jiǎn)和編碼：①進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)界面，瀏覽實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；②打開(kāi)各個(gè)儀器的開(kāi)關(guān)；③根據(jù)網(wǎng)絡(luò)實(shí)物圖連接完整的電路圖；④尋求場(chǎng)外人員幫助；⑤調(diào)節(jié)各個(gè)儀器的量程；⑥根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理圖連接實(shí)物圖的基本部分。分析學(xué)習(xí)者的排序，得出學(xué)習(xí)過(guò)程的活動(dòng)圖如圖1所示。

進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)界面，瀏覽實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)報(bào)告以及實(shí)驗(yàn)操作平臺(tái)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)原理可得知：濾波電路的基本功能是濾除（抑制）某一頻率段的輸入信號(hào)。低通濾波器抑制的是高頻段的信號(hào)，通過(guò)低頻段的信號(hào)，當(dāng)信號(hào)和噪聲在不同的頻帶時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)分離，濾除噪聲。

通過(guò)參照實(shí)驗(yàn)原理圖和百度的完整實(shí)物圖在虛擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行電路連接。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到不認(rèn)識(shí)的器材，通過(guò)雙擊實(shí)驗(yàn)器材來(lái)獲得器材的屬性以及幫助信息，遇到不太懂的地方則通過(guò)網(wǎng)絡(luò)搜索或者尋求他人的幫助，原理圖中的三角形器件為運(yùn)算放大器，有八個(gè)引腳，有放大信號(hào)的功能；信號(hào)發(fā)生器發(fā)出信號(hào)，通過(guò)泰克示波器來(lái)展示波形。

當(dāng)完成電路的物理連接后，打開(kāi)和調(diào)節(jié)各個(gè)儀器設(shè)備。但是波形并沒(méi)有顯示出來(lái)，然后通過(guò)檢查自己的電路圖是否連接正確來(lái)進(jìn)行排錯(cuò)處理，查完之后還沒(méi)有出現(xiàn)波形，請(qǐng)其他人員幫助，通過(guò)調(diào)節(jié)泰克示波器的量程來(lái)顯示出波形，實(shí)驗(yàn)成功。實(shí)驗(yàn)臺(tái)如圖2所示。

在整個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，認(rèn)知虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)只需要三分鐘左右，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)簡(jiǎn)單易用，查詢信息方式很多，有獲取實(shí)驗(yàn)幫助、獲取智能指導(dǎo)、獲取器材信息等等，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生一直都保持很高的積極性，注意力很集中，遇到問(wèn)題時(shí)，能夠積極主動(dòng)的尋找問(wèn)題的來(lái)源，主動(dòng)尋求幫助，提高了發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

（2）訪談

填寫(xiě)完問(wèn)卷，筆者對(duì)于調(diào)查對(duì)象關(guān)于做虛擬實(shí)驗(yàn)的主觀感受以及填寫(xiě)問(wèn)卷的認(rèn)真程度進(jìn)行訪談。經(jīng)訪談發(fā)現(xiàn)，學(xué)習(xí)者表示不用去實(shí)驗(yàn)室就能把實(shí)驗(yàn)做出來(lái)，很方便快捷，學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過(guò)程中充滿了好奇心，尤其是當(dāng)波形調(diào)出來(lái)之后，覺(jué)得很神奇，自主學(xué)習(xí)的結(jié)果能夠?qū)崟r(shí)的被觀察到，能夠激勵(lì)學(xué)習(xí)者進(jìn)一步學(xué)習(xí)，并且所有的被試者都認(rèn)真完成實(shí)驗(yàn)和問(wèn)卷，沒(méi)有無(wú)效問(wèn)卷。

4.資料處理與分析

本研究共回收實(shí)驗(yàn)問(wèn)卷40份，其中第一題的選項(xiàng)均為B，即在本次實(shí)驗(yàn)之前沒(méi)有做過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)，因此問(wèn)卷全部為有效問(wèn)卷。

問(wèn)卷首先調(diào)查了學(xué)習(xí)者在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)的注意力保持情況，和學(xué)習(xí)者在使用虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)時(shí)的態(tài)度，筆者將注意力的五級(jí)進(jìn)行編碼，在SPSS（“統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品與服務(wù)解決方案”軟件，用于統(tǒng)計(jì)分析）中將選項(xiàng)依次賦值，A為4分，B為3分，C為2分，D為1分，E為0分，統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，被試學(xué)習(xí)者的注意力平均水平為2.9分，說(shuō)明虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)可以使學(xué)習(xí)者的注意力保持在中等偏上水平。

相關(guān)研究表明，根據(jù)認(rèn)知負(fù)荷理論，當(dāng)使用虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)習(xí)者往往需要先掌握相關(guān)的知識(shí)與技能，比如了解虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的操作規(guī)范和技術(shù)流程等，雖然這些知識(shí)和技能可能跟當(dāng)前學(xué)習(xí)任務(wù)沒(méi)有必然聯(lián)系，但其實(shí)無(wú)形中增加了學(xué)習(xí)者的認(rèn)知負(fù)荷[9]。本組下的另一個(gè)研究主題是關(guān)于學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)積極性，通過(guò)圖3可以看出，被試對(duì)象的積極性保持在較高水平，所有的學(xué)習(xí)者都選擇了“積極”或“非常積極”。本主題的研究結(jié)果表明，與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式相比，學(xué)習(xí)者的認(rèn)知負(fù)荷反而降低了。

虛擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生可以隨時(shí)登錄網(wǎng)站進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)，操作實(shí)驗(yàn)設(shè)備，不受時(shí)間和空間的限制；學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中自主發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題，有利于培養(yǎng)在實(shí)際操作中分析和解決問(wèn)題的能力，可以有效提高學(xué)生的動(dòng)手能力[10]。本部分問(wèn)卷題目設(shè)置的目的是探索學(xué)習(xí)者在自主學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中解決問(wèn)題的途徑選擇。

由圖

4、圖5可以看出，當(dāng)學(xué)習(xí)者在自主學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到問(wèn)題時(shí)，最常用的辦法是查看實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中的實(shí)驗(yàn)幫助。此結(jié)果說(shuō)明，在未來(lái)的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)或者其他在線學(xué)習(xí)的平臺(tái)建設(shè)過(guò)程中，需要提供盡可能詳細(xì)、準(zhǔn)確的平臺(tái)幫助或說(shuō)明。詢問(wèn)他人，說(shuō)明自主學(xué)習(xí)的過(guò)程常常與學(xué)習(xí)者的社會(huì)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)。

本??卷的7至9題分別從實(shí)驗(yàn)的原理（問(wèn)題7）、器材的種類（問(wèn)題8）、器材的作用（問(wèn)題9）檢驗(yàn)了虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的教學(xué)效果，其中問(wèn)題7、8的正答率為100%，問(wèn)題9正答率為97.5%，只有一位同學(xué)答錯(cuò)，說(shuō)明沒(méi)有模擬電路基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)者經(jīng)過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的操作和學(xué)習(xí)，可以對(duì)模擬電路的基礎(chǔ)知識(shí)達(dá)到很好的掌握程度，驗(yàn)證了虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的實(shí)際教學(xué)效果。

圖6顯示了被調(diào)查者在試驗(yàn)后對(duì)于虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的主觀評(píng)價(jià)，如圖6可知90%的學(xué)習(xí)者認(rèn)為虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)于掌握低通濾波器的知識(shí)和技能有幫助，驗(yàn)證了筆者在上文中提出的假設(shè)，實(shí)驗(yàn)證明，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)確實(shí)可以作為學(xué)生自主學(xué)習(xí)的工具。

三、研究結(jié)論

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛱岣邔W(xué)習(xí)者的興趣，可以作為自主學(xué)習(xí)的工具。在完成虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，學(xué)習(xí)者被深深吸引，能夠保持極高的注意力，學(xué)習(xí)效率極高。學(xué)習(xí)者在自主學(xué)習(xí)虛擬實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中能夠主動(dòng)的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決問(wèn)題，提高了學(xué)習(xí)者的動(dòng)手實(shí)踐能力。沒(méi)有模擬電路基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)者通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)可以獲得相關(guān)的電路知識(shí)，學(xué)習(xí)效果良好。虛擬實(shí)驗(yàn)室降低了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的成本，解決了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室受時(shí)間、地點(diǎn)限制的問(wèn)題，虛擬實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單方便，虛擬儀器具有靈敏性與高效性。開(kāi)展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以延伸實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間和空間，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和水平。在今后的教學(xué)實(shí)踐中，我們要發(fā)揮虛擬實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)，使之能夠與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)密切融合。課堂教學(xué)、虛擬實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室教學(xué)深度融合是現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展模式，能夠培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、動(dòng)手實(shí)踐能力以及發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

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第三篇：實(shí)驗(yàn)1管理軟件系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)

實(shí)驗(yàn)一

管理軟件系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)

一、實(shí)驗(yàn)題目：

設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)用圖書(shū)管理系統(tǒng)。

二、實(shí)驗(yàn)要求

1．該實(shí)驗(yàn)的課內(nèi)學(xué)時(shí)是4個(gè)課時(shí)。

2．程序完成后應(yīng)該完成如下基本功能：

1）用自定義結(jié)構(gòu)體typedef struct設(shè)計(jì)該軟件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)； 2）用鏈表將所有的圖書(shū)按照?qǐng)D書(shū)編號(hào)順序鏈接起來(lái)。

3）程序能夠輸入圖書(shū)名稱、圖書(shū)編號(hào)、ISBN號(hào)、單價(jià)、作者、出版社。4）程序能夠顯示已經(jīng)輸入的指定圖書(shū)編號(hào)的圖書(shū)的信息。5）程序能夠統(tǒng)計(jì)某一類圖書(shū)（ISBN號(hào)相同）的數(shù)量。6）能夠判斷輸入的ISBN號(hào)以及圖書(shū)編號(hào)的有效性。

3．1）程序能夠按要求顯示指定作者或者指定出版社的圖書(shū)的數(shù)量。2）允許添加、修改、刪除圖書(shū)信息。

3）設(shè)計(jì)一個(gè)通用模塊，能夠根據(jù)圖書(shū)的任何一項(xiàng)信息進(jìn)行排序，并且根據(jù)圖書(shū)編號(hào)進(jìn)程排序（升序或者降序）。

4）能夠輸入的數(shù)據(jù)長(zhǎng)期存儲(chǔ)在文件中，再次運(yùn)行程序時(shí)從文件中讀取數(shù)據(jù)，無(wú)須重復(fù)輸入。

5）在程序的提示語(yǔ)言清晰明確，界面美觀并且適用。

三、實(shí)驗(yàn)說(shuō)明

1．互相之間可以進(jìn)行算法的討論，但文檔以及程序每個(gè)人必須獨(dú)立完成，如果發(fā)現(xiàn)雷同，則重做。

2．認(rèn)真準(zhǔn)備，實(shí)驗(yàn)前做好準(zhǔn)備工作，準(zhǔn)備工作包括完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告中的（1）~（6）的部分，實(shí)驗(yàn)報(bào)告中（6）~（8）部分在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后繼續(xù)填寫(xiě)。

3．程序要上機(jī)調(diào)試成功并形成可執(zhí)行的程序，記錄調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤現(xiàn)象以及如果改正

4．程序的運(yùn)行結(jié)果要結(jié)合程序測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

5．提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告（報(bào)告格式見(jiàn)附錄B）和源程序以及可以運(yùn)行的程序。

五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容（1）實(shí)驗(yàn)題目

（2）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及說(shuō)明

（3）用層次圖描述程序結(jié)構(gòu)，并說(shuō)明程序各函數(shù)的名稱、功能，圖示各函數(shù)之間相互的調(diào)用關(guān)系。

（4）各個(gè)函數(shù)的設(shè)計(jì)及說(shuō)明

（5）測(cè)試數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)及預(yù)期結(jié)果

（6）調(diào)試過(guò)程記錄：在程序調(diào)試過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)許多問(wèn)題，對(duì)這些問(wèn)題要逐個(gè)記錄錯(cuò)誤位置、編譯的描述（英文以及中文的含義）、如何解決。（7）實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄以及與預(yù)期結(jié)果比較以及分析：在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中除非一次成功，否則會(huì)有多個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果要逐個(gè)記錄，并且與預(yù)期結(jié)果進(jìn)行比較并分析。

（8）總結(jié)及心得體會(huì)：

六、實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)定

每個(gè)實(shí)驗(yàn)從三個(gè)方面考核每個(gè)實(shí)驗(yàn)的成績(jī)：功能完成情況、實(shí)驗(yàn)報(bào)告以及程序風(fēng)格、界面設(shè)計(jì)以及操作方便性。

第四篇：機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)-學(xué)生用-cxc

機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1．培養(yǎng)學(xué)生機(jī)構(gòu)型綜合的設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新能力和實(shí)踐動(dòng)手能力；

2．培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所知識(shí)對(duì)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)性能加以評(píng)價(jià)的分析能力。

二、實(shí)驗(yàn)原理

任何機(jī)構(gòu)都是將基本組依次連接到機(jī)架和原動(dòng)件上而構(gòu)成的。

三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.多功能移動(dòng)式殘病人浴缸翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

⑴ 上身部缸體翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

要求上身部缸體從水平位置向上翻轉(zhuǎn)至70度，即翻轉(zhuǎn)角為0-70度.可采用的機(jī)構(gòu)：

①

擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，導(dǎo)桿與上身部缸體固裝在－起，帶動(dòng)缸體翻轉(zhuǎn)。由直線電機(jī)帶動(dòng)主動(dòng)桿擺動(dòng)。

②

雙搖桿機(jī)構(gòu)，上身部缸體作為從動(dòng)搖桿，在主動(dòng)搖桿驅(qū)動(dòng)下作0-70度擺動(dòng).主動(dòng)桿由直線電機(jī)帶動(dòng)擺動(dòng)。

③

其它機(jī)構(gòu)

⑵ 腿部缸體翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

要求腿部缸體從垂直位置向上翻轉(zhuǎn)至水平位置，利用死點(diǎn)保持腿部缸體在水平位置，借助凸輪機(jī)構(gòu)破壞死點(diǎn)，使腿部缸體在重力作用下復(fù)位。

可采用機(jī)構(gòu)：

①

雙搖桿機(jī)構(gòu)，腿部缸體作為主動(dòng)搖桿；

②

其它機(jī)構(gòu)

2.牛頭創(chuàng)床機(jī)構(gòu)

要求刨刀（安裝在滑枕上）作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

可采用的機(jī)構(gòu)：

① 轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)組合，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)。

② 擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和滑塊機(jī)構(gòu)組合，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)。

③ 其它機(jī)構(gòu)

3．翻轉(zhuǎn)機(jī)

要求翻轉(zhuǎn)模板裝在連桿上，模板翻轉(zhuǎn)180度。① 四桿機(jī)構(gòu)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)。②

其它機(jī)構(gòu)

4．飛機(jī)起落架

要求起落架上輪子從水平位置向下翻轉(zhuǎn)至垂直位置，利用死點(diǎn)使起落架輪子保持在垂直位置。

可采用的機(jī)構(gòu)：

① 四桿機(jī)構(gòu)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)。②

其它機(jī)構(gòu)

5．插床機(jī)構(gòu)

要求插刀作垂直上下往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，向下時(shí)（工作行程）較慢，向上運(yùn)動(dòng)（空程）時(shí)速度較快。

可采用的機(jī)構(gòu)：

① 雙曲柄機(jī)構(gòu)與曲構(gòu)滑塊機(jī)構(gòu)組合，電機(jī)驅(qū)動(dòng)。②

其它機(jī)構(gòu)

6．沖壓成型機(jī)

壓頭作垂直上下直線運(yùn)動(dòng)，以較小功率帶動(dòng)主動(dòng)件運(yùn)動(dòng)時(shí)，滑塊能產(chǎn)生巨大的沖壓力?？刹捎玫臋C(jī)構(gòu)：

①六桿增力機(jī)構(gòu)，電機(jī)驅(qū)動(dòng).②

其它機(jī)構(gòu)

7.其他自選機(jī)構(gòu)

四、實(shí)驗(yàn)方法

本搭接實(shí)驗(yàn)是在具有六根立柱的機(jī)架上完成的。配有旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)和直線電動(dòng)機(jī)，以輸出直線運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；配有齒輪、凸輪、帶輪、槽輪等零件，通過(guò)搭接可完成直線、旋轉(zhuǎn)、往復(fù)、間歇等運(yùn)動(dòng)傳遞；配有連桿、滑塊座及連接零件，可搭接成各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)搭接完成后可通電運(yùn)轉(zhuǎn)以檢驗(yàn)其創(chuàng)造結(jié)果。

一般情況下，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前應(yīng)完成機(jī)構(gòu)方案的創(chuàng)造與選型，并仔細(xì)閱讀本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)后 方可進(jìn)行本實(shí)驗(yàn)。

五、實(shí)驗(yàn)步驟

為達(dá)到開(kāi)發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性思維和實(shí)踐動(dòng)手能力之目的，拼接的機(jī)構(gòu)方案原則上應(yīng)在實(shí)驗(yàn)前由學(xué)生自行完成。該實(shí)驗(yàn)在2學(xué)時(shí)內(nèi)完成。每4人一組完成不少于1個(gè)機(jī)構(gòu)方案的拼裝。

1．實(shí)驗(yàn)前，根椐文字資料或動(dòng)畫(huà)演示的機(jī)構(gòu)功能進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì), 初步畫(huà)出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖；

2． 閱讀本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，熟悉實(shí)驗(yàn)中所用的設(shè)備、安裝工具和零部件的功能； 3． 閱讀本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，熟悉各傳動(dòng)裝置、各固定支座、移動(dòng)副、轉(zhuǎn)動(dòng)副的安裝方法； 4． 按照運(yùn)動(dòng)傳遞的順序，從原動(dòng)機(jī)開(kāi)始依次拼裝機(jī)構(gòu)； 5． 仔細(xì)檢查，確認(rèn)拼裝無(wú)誤、連接牢靠后方可通電運(yùn)轉(zhuǎn)；

6． 仔細(xì)觀察機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，判斷是否滿足工藝要求并作出相應(yīng)改進(jìn)； 7． 根據(jù)要求寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1．按比例繪制拼裝機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，標(biāo)注出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的尺寸參數(shù)； 2．計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度；

3．說(shuō)明該機(jī)構(gòu)是否滿足給定的工藝要求；

4．分析該機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，如何改進(jìn)？有否代替機(jī)構(gòu)？ 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告書(shū)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

1、使學(xué)生鞏固和加深對(duì)課堂講授的基本理論知識(shí)的理解。

2、加強(qiáng)學(xué)生對(duì)機(jī)構(gòu)原理的認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步了解機(jī)構(gòu)組成及運(yùn)動(dòng)特性。

3、增強(qiáng)學(xué)生對(duì)機(jī)構(gòu)的感性認(rèn)識(shí)，完成從運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)到實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)渡。

4、使學(xué)生掌握現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)方法，培養(yǎng)學(xué)生用實(shí)驗(yàn)手段進(jìn)行機(jī)構(gòu)分析。

5、培養(yǎng)學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新能力和實(shí)踐動(dòng)手能力。

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及工具：

1、ZBS-C機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案實(shí)驗(yàn)臺(tái)及組裝機(jī)構(gòu)的配件。

2、組裝、拆卸工具：一字起子（1把）、十字起子（1把）、呆扳手（2把）、內(nèi)六角扳手（2把）

活動(dòng)扳手（1把）、鋼板尺（1把）、卷尺（1個(gè)）、工具盤（1個(gè)）[每組共十件]

三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：

每次實(shí)驗(yàn)分成八個(gè)組，每組3~4人，各組根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備及工具設(shè)計(jì)、組裝不同的機(jī)械系統(tǒng)。

四、實(shí)驗(yàn)方法與步驟：

1、掌握平面機(jī)構(gòu)組成原理；

2、熟悉本實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，各零、部件功用和安裝、拆卸工具；

3、自擬平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案，形成拼接實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；

4、根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，組成傳動(dòng)系統(tǒng)；

5、將零、部件按運(yùn)動(dòng)傳遞規(guī)律順序聯(lián)接到機(jī)架上。

6、將動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組接起來(lái)，構(gòu)成機(jī)械系統(tǒng)；

7、經(jīng)指導(dǎo)教師或?qū)嶒?yàn)老師檢查許可后，才能開(kāi)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。

五、實(shí)驗(yàn)要求：

1、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)；

2、計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度；

3、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)尺寸設(shè)計(jì)，并按比例畫(huà)出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，在簡(jiǎn)圖中標(biāo)注實(shí)測(cè)得到的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)尺寸；

4、分析該機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，如何改進(jìn)？有否代替機(jī)構(gòu)？