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摘要：随着我国社会经济的快速发展，现代化教育体系已经逐渐形成。在2018年4月13日，教育部发布《教育信息化2.0行动计划》的通知，提出要办好网络教育，积极推进“互联网+教育”发展，推进新时代教育信息化发展，加快教育现代化和教育强国建设。在机械制造相关专业实际教学的过程中，由于专业基础课程理论性强、内容多而散、实验实训设备昂贵等因素，导致整个制造技术基础课程教学整体效果不理想。为了能够顺应《教育信息化2.0行动计划》的发展要求，应用数字化建模与虚拟仿真技术，对机械制造技术基础课堂进行改革与创新，充分运用虚拟仿真技术呈现课堂教学内容，创设教学情景，进行辅助教学，提高课堂教学的整体质量。
关键词：数字化建模；仿真技术；机械制造基础；课程改革；应用策略
本文引用格式：毛明清.数字化建模与虚拟仿真技术在“机械制造基础”课程改革中的应用策略[J].教育现代化，2019，6（63）：115-117+122.
日前《教育信息化2.0行动计划》的实施，为我国职业教育现代化的发展指明了方向。开启了加快教育现代化、建设现代教育强国的新征程。职业院校必须聚焦新时代对人才培养的新需求，将教育信息化作为教育系统性变革的内生变量，支撑引领教育现代化发展，推动教育理念更新、模式变革、体系重构，提高教育信息化发展水平。机械制造基础课程作为机械专业学生的入门学科，需要顺应时代的发展趋势。在当前的实际课堂教学过程中由于课程理论性强、内容多而散、实验实训设备昂贵、课时量少等因素，导致学生出现理论知识与实践相脱节的问题，教学效果一直不理想。为此引入数字化建模与虚拟仿真技术，打造虚拟仿真实践平台成为提高机械制造基础课程课堂教学质量的有效途径。
一 机械制造基础课程教学中存在的主要问题
（一）学生对基础课程知识掌握不牢
随着我国高校的招生规模不断扩大，中高职学校学生的生源质量出现明显的差异，许多学生由于中学时期文化基础课程知识掌握不牢、而机械制造专业基础课程中包括了很多的中学时期的数学、物理、化学等文化课程的相关内容。如果在中学时文化基础课程掌握不牢，会导致学生在专业基础课程的学习中存在短板，听不明白，长此以往，会出现兴趣缺失。另外由于学生课堂学习能力欠缺，无法对相关的内容进行深入的研究，导致课堂效果不佳。
（二）机械制造基础课程学科跨度大、理论性强、内容抽象
由于机械制造专业基础课程的特点是学科跨度大、理论性强、教学内容多而且抽象。涉及的范围非常广泛，包括制图、公差、机床、刀具、材料、工艺、运动等，这样就使得教材的内容缺乏系统性，很多的学生往往只关注课本内容，而忽视了对相应知识的补充，导致在学习的过程中，没有能够系统地掌握机械制造的相关内容。
很多的教材编排忽视了知识点之间的有效衔接，也没有能够进行适当的指导，导致学生在刚刚接触机械专业的过程中缺乏实践体验，在实际学习时也没有形成完整的知识系统，在课本内容中有大量陌生的零件设备是学生从来没有接触过，所以会存在一定的畏难心理，导致学生的学习效果受到影响。机械制造专业基础课程内容非常的繁杂，知识点相对独立，而且我国机械制造行业在不断发展的过程中也存在明显的知识更新迭代，课本上所讲解的知识与实际岗位存在明显的脱节现象，导致学生无法适应岗位需求。
（三）实践教学条件缺乏
机械制造专业基础课程包括大量的理论知识和实验操作，但是很多的职业院校在开展教学时，由于教学时间受限、实验实训设备成本高昂、往往忽视了实践教学，而且很多的教师只注重在传统课堂教学模式下对学生进行知识点讲解，却没有深入的通过践操作和实践内容，来帮助学生加强理论理解，这样也就导致学生学学习质量整体水平不高。很多高校在开展实践教学阶段，也只注重对学生进行现场参观的方式，而没有能够让学生亲自动手操作实践，导致理论知识与实践能力相脱节，无法培养学生的综合素质。
（四）教学理念落后
由于机械制造专业基础课程内容抽象、应用性强，学生必须要不断地通过亲自动手实验、实训来理解、掌握，但是很多的教师由于教学理念没有更新，紧抱学科本位思想教学，采用板书讲解或者多媒体演示的方式，让学生进行观察和分析，在评价的过程中也只以成绩来判断学生学习的效果，导致整个课堂教学的方法十分落后，无法真正的提高学生对机械制造专业基础课程的理解与应用，久而久之学生就很容易失去学习兴趣，也不利于学生长远发展。
二 数字化建模与虚拟仿真技术的内涵与外延
（一）数字化建模与虚拟仿真技术的主要内涵
随着计算机技术的快速发展，采用数字化建模与虚拟仿真技术分析、解决问题已逐步普及。将数字化建模与虚拟仿真技术应用在机械制造专业基础课堂中，能够更好地帮助学生理解、分析问题，提高课堂教学效果已成为实现职业院校机械制造专业基础课程课堂教学的重要途径。
首先，从大的专业背景来说，数字化分析技术能够通过计算机建模，来构建一个虚拟的工作、实验或实训场景，从而轻松实现课堂教学中的情景设计。在这个情景的设计中，可以如游戏一般，设计不同的岗位、如工厂中的设计人员、工艺人员、编程人员、机床操作人员，机床维修人员等；在这个虚拟环境中也可以对整个产品的设计、生产、检测进行全面的分析，可以从成本、性能、安全性、可靠性等方面进行全面的评价；数字化建模应用的过程中也可以对产品设计，工艺设计和工艺制造等所有环节进行仿真分析，使学生能够体验不同岗位的工作内容。
其次，数字化建模与虚拟仿真技术在运动学、力学、流体力学、电路、电磁、材料、测量等学科方面均能构建完美的原理展示模型，使很多抽象的力学运动学原理、复杂的微观世界、产品精度测量原理以一种直观简单的方式呈现在课堂上，在这个虚拟模型中能够轻松实现人与模型的交互功能，使学生能够自主探究、自主学习、产生学习兴趣。
（二）数字化仿真和分析软件在生产和教学中的应用现状
目前在数字化仿真和分析软件发展迅速，在各行各业应用广泛，尤其在机械制造行业，成为专业技术人员的得力助手。根据不同的岗位需求已开发出功能各异的软件，针对产品设计加工的软件有：Solid Works、Pro/E、UG、CATIA、国产的CAXA、中望软件等，这些功能强大的数字化建模和仿真分析软件，能够辅助完成产品的设计、生产、制造、管理的全过程。具体地说、能够对零部件装配进行模拟，能够帮助学生对产品的各个位置和方向进行全面的观察，而且还能够实现在线干涉碰撞等现象，对物体的运动状态进行全面的分析，满足整个设计制造的工艺流程，可以达到未造先得的效果；运动学和动力学仿真软件包括美国MSC.ADAMS，德国SIMPACK，比利时DADS等。应用数字化虚拟技术知识，能够对物体的运动速度、加速度、转矩进行在线测量和分析，这些控制仿真模拟软件，能够提高实体模型建设的可靠性，而且还能够减少产品设计的流程，实现对产品的各种性能进行全面的评测，达到优化设计的目的；教学仿真软件有上海宇龙数控机床模拟加工仿真软件、模拟工厂、北京斐克数控加工模拟仿真软件、还有一些电路模拟仿真软件、焊接模拟仿真软件等。这些软件的功能主要解决的是专业课程操作实训方面的问题。
总体而言，目前在市面应用比较广泛的软件主要集中在各专业领域，职业教育教学方面的软件也更多地集中在专业课程领域。近几年国家加大了对职业学校的投入，学校的实验实训工位大幅增加，各种专业辅助软件大量进入学校，得到了普及。而许多专业操作模拟软件由于学校硬件设施的改善，市场需求减少，呈现萎缩趋势。在专业基础学科领域，由于学科自身的特点，数字化建模与虚拟仿真技术模拟技术还有很大的发展空间。
三基于数字化建模与仿真的机械制造专业基础课程改革措施
相对于普通教育，我国职业教育的发展落后了很多年，国家对职业教育的重视也是在近十年左右。所以职业教育课堂教学改革工作还面临很多的问题，各国选进的职教理念、教学教法不断冲击着职教队伍,职业教育的改革发展还处在一个吸收、融合、创新发展的阶段，远没有形成一套成熟的理论体系或经验措施。在前期的课堂教学模式改革中，改革的着力点更多聚焦于专业课。所以职业教育专业课程教学改革取得了较大的发展。而在专业基础课教学方面，教学改革发展缓慢，有很大的发展空间。发展基于数字化建模与仿真的机械制造专业基础课程的教学资源，是职业教育教学改革的一大步，前景广阔，它使两者的特点很好的溶合在一起，一方面是专业基础课程自身教学难度大，从另一个角度来说，数字化建模与虚拟仿真技术模拟技术正好是解决专业基础课程教学问题的最佳途径。那么，如何发挥好数字化建模与虚拟仿真技术模拟技术在专业基础课程教学改革中的作用，解决机械制造专业基础课程教学中的难点问题，需要从以下几个方面入手。
（一）分析机械制造专业基础课程教学中的重点、难点问题
机械制造专业机械课程门类较多，如机械基础、机械制造工艺基础、金属材料及热处理、公差配合与技术测量、机械制图等学科。分析这些学科的难点主要体现在以下方面：
1.对于学生的认知水平来说，机械制造专业基础课是一个全新的知识领域，超出了他们的认知水平，学生对这些知识缺乏直观的感受和认识，如同进入了一个陌生的世界；
2.机械制造类学科涉及力学、运动学、材料学、数学、化学、物理等多学科的知识，需要一定的知识储备；很多学生由于基础知识欠缺，因此学习起来存在较大的困难；
3.这些学科中含有大量的专业术语、专业名词和大量需要记忆性的知识，由于缺乏实践应用环境，容易遗忘。
在分析了机械制造专业基础课程教学中的重点、难点问题以后，就要考虑如何通过数字化建模与虚拟仿真技术解决问题，制定相应的方案和策略。
（二）结合教学教法，开发基于数字化建模与仿真的机械制造专业基础课程学习软件，解决教学难题
根据课程内容开发数字化建模与仿真软件，要与教学教法相结合，注重学生认知规律、学生学习兴趣的培养。可导入大量的真实案例、构造相应的应用环境、编排具体的工作任务，引导学生学习。
（三）开发及运用基于数字化建模与仿真的机械制造专业基础课程学习软件的几点建议
1.通过数字化建模与虚拟仿真技术，能够对机床制造技术基础课程中，涉及金属切削机床以及相关关键部件的具体情况进行在线建模处理，实现金属切削加工的几何与物理仿真机床关键部件装配模拟过程，以提高学生直观感受和理解能力；
2.在构建数字化建模和仿真的过程中，可以与多媒体板书相结合，让学生能够更加直观地看到仿真和模型，并且将实验的结果立体化，增强学生的学习兴趣，提高学生对知识点的全面把握；
3.通过数字化建模与虚拟仿真技术，直接将切削的过程展现给学生，通过利用仿真系统能够在不改变初始条件和边界条件的基础下，帮助学生对相关的知识进行快速地掌握，充分理解相关工艺参数，并能够对切削表面的粗糙程度进行分析；
4.在数字化建模与仿真软件应用的同时，还能够与实验课程进行紧密结合，通过虚虚实实的实验分析，将虚拟仿真数据与实验进行连接，能够让学生在实践的过程中对数据仿真进行深入的验证，为学生留下更加深刻直观的感受。
5.在开发和运用数字化建模与虚拟仿真技术过程中，要适时溶入培养团队意识、协作意识、沟通意识和过程性评价元素，以培养学生的社会能力和个人能力。
四 数字化建模与仿真的机械制造技术基础课程改革的应用效果
（一）通过运用数字化建模与仿真的应用，通过引入大量的图片、视频、动画等方式，能够让学生通过图片和数据等形式进行观察，并且帮助学生在课堂上掌握相应的操作技巧，促进学生对科研发展的兴趣增强学生分析问题，解决问题的能力。
（二）在课堂教学的过程中，通过学生对数字化模型空间的探索学习，提高学生独立解决问题的能力，让学生养成自主学习的习惯，促进学生的学习水平得到全面增强。
（三）通过构建知识技能指标体系的方式，让学生对课堂教学内容，课堂教学的目标进行合理的重构，促进学生对教学内容和教学体系有着深入的了解，帮助学生的学习效果得到全面的增强，通过对于不同知识体系的构建，还能够让学生对所学的知识加深复习，让学生能够更加全面的把握知识和既能增强学生终身学习的本领。通过学习成果的评价也能够促进学生在课后将课堂教学的知识与生活实际知识进行相互融合，促进学生的学习水平得到有效提高，学习兴趣得到强化，根据学生的情感特点进行评价，通过在日常教学的过程中，教师对学生的学习状态，心理感受等方面进行实时的了解，能够更好地去激励学生的学习动力，让学生的知识，情感、能力、态度等方面进行有机结合，增强学生学习的主动性。
（四）通过对数字化建模与虚拟仿真技术在机械制造基础课程改革中的实际应用，促进了专业教师教研水平的提高、增强了教师课堂掌控力、提升了教师信息化应用水平。
五结论
本文通过对数字化建模与虚拟仿真技术在机械制造基础课程改革中的应用分析，重点分析了机械制造基础课程教学中存在的主要问题、数字化建模与虚拟仿真技术的内涵与外延、基于数字化建模与仿真的机械制造专业基础课程改革措施、数字化建模与仿真的机械制造技术基础课程改革的应用效果等问题，通过分析，明确了方向，发展基于数字化建模与仿真的机械制造专业基础课程的教学资源，是职业教育教学改革的一大步，前景广阔，它使两者的特点很好的溶合在一起，一方面是专业基础课程自身教学难度大，从另一个角度来说，数字化建模与虚拟仿真技术正好是解决专业基础课程教学问题的最佳途径。这项工作的推进，是落实教育部发布《教育信息化2.0行动计划》的体现，从而促进新时代教育信息化发展，加快教育现代化和教育强国建设。
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