機(jī)械工程教學(xué)中的教育研討范文
本站小編為你精心準(zhǔn)備了機(jī)械工程教學(xué)中的教育研討參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發(fā)您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。
1基于Matlab的工程數(shù)學(xué)教學(xué)技術(shù)
工科學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)目標(biāo)是學(xué)會數(shù)學(xué)工具并用以解決工程問題，因此學(xué)習(xí)的重點應(yīng)該是數(shù)學(xué)思想和概念、如何建立數(shù)學(xué)模型并獲得正確的結(jié)果。采用數(shù)學(xué)軟件輔助教學(xué)，將復(fù)雜的數(shù)學(xué)計算交給軟件完成，把寶貴的學(xué)習(xí)時間更多的投入到數(shù)學(xué)模型的建立上，一方面可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、提高課堂效率，另一方面提高學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)工具分析、解決問題的能力，解決工程問題。常用數(shù)學(xué)工具軟件有Matlab、Mathematica、Mathcad、Maple等，其中又以matlab應(yīng)用最為普遍。Matlab是matrix和labo-ratory兩個詞的組合，意為矩陣實驗室，是美國MathWorks公司的主要面對科學(xué)計算、可視化以及交互式程序設(shè)計的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，將數(shù)值分析、矩陣計算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了C、Fortran等傳統(tǒng)程序設(shè)計語言的非交互式編輯模式。Matlab的數(shù)值計算、符號計算、可視化圖形顯示等功能為工程數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)提供了便利工具。
1.1數(shù)值計算數(shù)值計算與分析在現(xiàn)代工程技術(shù)和科學(xué)研究中得到越來越廣泛的應(yīng)用，這使得現(xiàn)代科技越來越依賴數(shù)學(xué)工具的同時，也促進(jìn)了數(shù)值計算與分析技術(shù)的發(fā)展。Matlab軟件的功能很強(qiáng)大，但是最成熟、最強(qiáng)大的還是其數(shù)值計算與分析功能。Matlab在數(shù)值計算方面主要有矩陣的定義、運算、分解、線性與非線性方程組的數(shù)值解、系數(shù)矩陣技術(shù)、多項式運算、插值與擬合、差分與導(dǎo)數(shù)、數(shù)值積分、微分方程的數(shù)值解、數(shù)理統(tǒng)計等，Matlab數(shù)值計算的部分功能函數(shù)如表2所示。
1.2符號計算在科學(xué)研究和工程應(yīng)用中，除了大量數(shù)值計算外，有時需要對符號對象進(jìn)行運算，得到以符號形式表示的比數(shù)值計算更一般的結(jié)果。Matlab基于Maple內(nèi)核，開發(fā)了用以進(jìn)行符號計算的符號運算工具箱（SymbolicMathToolbox），可以完成包括符號函數(shù)與符號方程的定義、運算、復(fù)合、化簡，符號矩陣算，符號微分，符號積分，符號代數(shù)方程和符號微分方程求解，符號積分變換和符號特殊函數(shù)在內(nèi)的幾乎所有符號運算功能。在Matlab中通常先用sym或syms來構(gòu)造符號變量和符號表達(dá)式，再用工具箱的中函數(shù)求解。極限是非常重要的概念，是基本的數(shù)學(xué)工具，是工程數(shù)學(xué)教學(xué)中的重點，也是工程數(shù)學(xué)教學(xué)中的難點，采用Matlab軟件，可以通過limit函數(shù)實現(xiàn)函數(shù)極限運算。
1.3圖形繪制和數(shù)據(jù)可視化工程數(shù)學(xué)中常常會遇到各種圖形，圖形繪制、特別是空間立體圖形的繪制，往往繁冗復(fù)雜，難以得到理想的圖形和效果；工程計算中的大量數(shù)據(jù)對于普通用戶而言，往往是復(fù)雜抽象、晦澀難懂的，如果能用圖形表示數(shù)據(jù)，直觀地顯示數(shù)學(xué)函數(shù)、計算數(shù)據(jù)和仿真結(jié)果，能達(dá)到事半功倍的效果。Matlab具有數(shù)百個和圖形操作方面的命令和函數(shù)，不僅可以繪制二維、三維甚至四維圖形，還可以對圖形的線型、平面、色彩、光線、視角等要素控制，使繪制的圖形盡善盡美。基于Matlab等數(shù)學(xué)工具軟件的工程數(shù)學(xué)教學(xué)，具有便于理解抽象概念、理解記憶數(shù)學(xué)定理、建立空間思維模型、拓寬數(shù)學(xué)的知識面、節(jié)約學(xué)習(xí)時間等優(yōu)點，但是過多依賴于軟件，又會影響學(xué)生抽象能力的提高、影響學(xué)生手算能力的訓(xùn)練和提高，同時具有重工具輕理論的傾向。
2基于3D軟件的機(jī)械專業(yè)課程教學(xué)技術(shù)
3D軟件具有三維幾何建模、二維工程圖等功能，可以將抽象的三維幾何模型自動轉(zhuǎn)化為二維工程圖形，建模簡單、操作方便，因此，基于3D軟件進(jìn)行專業(yè)課程教學(xué)，不僅可以降低空間抽象想象能力要求、解放學(xué)生，而且可以提高效率。
2.1輔助機(jī)械制圖教學(xué)機(jī)械制圖的核心是要將三維空間在二維圖紙上表達(dá)，不僅有抽象的空間想象，而且要進(jìn)行投影計算，機(jī)械制圖課程歷來是機(jī)械工程專業(yè)學(xué)生最頭痛的課程之一。機(jī)械制圖教學(xué)中，常規(guī)的方法是教師借助于模型及各類掛圖以及大師的立體圖和三視圖進(jìn)行有效教學(xué)，而學(xué)生也需通過不斷反復(fù)的訓(xùn)練，并進(jìn)行立體圖和三視圖的不斷比較才能達(dá)到一定的教學(xué)效果，但是效果依然不如意。借助于3D軟件，完成機(jī)械制圖中用到的各類模型的創(chuàng)建，而且，可利用其動態(tài)剖視功能，隨心所欲的展示結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及任意位置的剖面情況，再通過模型生成所需的各類工程視圖，清晰、形象而生動的完成知識的教授。Solidworks軟件功能強(qiáng)大、操作簡單方便、易學(xué)易用，是目前市場上所見到的三維CAD解決方案中設(shè)計過程比較簡便而方便的軟件之一，由此得到了廣泛的應(yīng)用。教學(xué)過程中，可以利用Solidworks高精度、高質(zhì)感、形象逼真、色彩豐富的特點，將復(fù)雜形體的外形和內(nèi)腔、相貫線的變化趨勢、裝配體各零件之間的連接關(guān)系、配合關(guān)系等充分展示出來，簡化教學(xué)，而且可以根據(jù)教學(xué)需要，作適時修改，達(dá)到低成本、高質(zhì)量的教學(xué)目的。
2.2輔助機(jī)械原理課程教學(xué)機(jī)械原理中的各種機(jī)構(gòu)，不管是采用圖解法還是解析法求解都是靜態(tài)的，如果采用SolidworksMotion將物理模型與工程條件關(guān)聯(lián)，利用其提供的多種代表真實運行條件的運動副和作用力選項，如鉸鏈、螺釘、萬向節(jié)等復(fù)合運動副、階梯函數(shù)和諧波函數(shù)等輸入函數(shù)；線性和非線性彈簧、力、力矩和3D接觸等，捕獲或定義零件間的相互作用，使用功能強(qiáng)大且直觀的可視化工具來表示任意點的位移、速度、加速度、運動副位置上的力向量等在整個模擬期間的軌跡，同時檢查裝配體移動時碰撞的零件等，使參與產(chǎn)品開發(fā)過程的所有人都能夠輕松、高效地協(xié)作并共享分析結(jié)果。
2.3輔助機(jī)械設(shè)計課程教學(xué)可以利用Solidworks軟件的裝配功能及動畫模擬功能進(jìn)行充分的展示，達(dá)到形象、生動的教學(xué)效果，利于學(xué)生掌握相關(guān)的知識點，利于驗證各種設(shè)計的合理性。另外，利用Solid-works快捷的多配置功能及系列化零件的功能，可迅速地完成系列化零件的創(chuàng)建工作。Solidworks的插件Animator可用于制作產(chǎn)品的演示，交流設(shè)計思想，同時能有效促進(jìn)多方設(shè)計人員的協(xié)同工作。使用Animator能將Solidworks的三維模型實現(xiàn)動態(tài)的可視化，并且及時錄制產(chǎn)品設(shè)計的模擬裝配過程、模擬拆卸過程和產(chǎn)品的模擬運行過程，將設(shè)計者的意圖更好地傳遞給各戶。
2.4輔助工程力學(xué)教學(xué)Solidworks軟件提供了強(qiáng)大的有限元分析功能，可在Solidworks環(huán)境下迅速、準(zhǔn)確的完成構(gòu)件的應(yīng)力、應(yīng)變、受力分析，進(jìn)行強(qiáng)度分析、優(yōu)化設(shè)計等工作，在工程力學(xué)教學(xué)過程中，利于學(xué)生掌握各相關(guān)的知識點，并學(xué)會利用現(xiàn)代化工具優(yōu)化設(shè)計的方法及理念。
3基于VR技術(shù)的設(shè)計與體驗
VR，全稱為VirtualReality，虛擬現(xiàn)實技術(shù)，由拉尼爾（JaronLanier）在80年代初提出的，也稱靈境技術(shù)或人工環(huán)境，是一種基于計算機(jī)的高技術(shù)模擬系統(tǒng)，集成了計算機(jī)圖形技術(shù)、計算機(jī)仿真技術(shù)、人工智能、傳感技術(shù)、顯示技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)并行處理等技術(shù)，其特點在于計算機(jī)產(chǎn)生一個以視覺感受為主，也包括聽覺、觸覺的綜合可感知的人為虛擬環(huán)境，從而使得在視覺上產(chǎn)生一種沉浸于這個環(huán)境的感覺，可以直接觀察、操作、觸摸、檢測周圍環(huán)境及事物的內(nèi)在變化，并能與之發(fā)生“交互”作用，使人和計算機(jī)很好地“融為一體”，給人一種“身臨其境”的感覺。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)組成包括硬件和軟件，其系統(tǒng)模型如圖4所示，系統(tǒng)硬件主要是輸入工具和演示設(shè)備，如頭盔式顯示器、跟蹤器、傳感手套、屏幕式、房式立體顯示系統(tǒng)、三維立體聲裝置；軟件包括VRP、Quest3D、Patchwork3D、EONReality等。在工業(yè)設(shè)計中，利用VR技術(shù)和科學(xué)計算可視化技術(shù)，根據(jù)產(chǎn)品的計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD)模型和數(shù)據(jù)以及計算機(jī)輔助工程(CAE)仿真和分析的結(jié)果，所生成的一種具有沉浸感和真實感，并可進(jìn)行直觀交互的產(chǎn)品虛擬樣機(jī)。VR在機(jī)械工業(yè)中的應(yīng)用主要有工業(yè)園模擬、機(jī)床模擬操作、設(shè)備管理、虛擬裝配和工控仿真。由于VR技術(shù)本身特性的原因，所以從事以上相關(guān)工作的模擬就變得十分方便、快捷，并能做到真實和準(zhǔn)確。
4結(jié)語
終身學(xué)習(xí)背景下為提高信息獲取與傳播效率、效果的計算機(jī)及其外設(shè)技術(shù)本質(zhì)上是廣義教育技術(shù)。文章提出基于廣義教育技術(shù)建立機(jī)械工程專業(yè)教學(xué)系統(tǒng)，包括基于Matlab軟件的輔助高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計等數(shù)值計算、符號計算、圖形繪制和數(shù)據(jù)可視化教學(xué)技術(shù)，基于Solid-works軟件的輔助機(jī)械制圖、工程力學(xué)、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計等機(jī)械專業(yè)課程教學(xué)技術(shù)，基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的數(shù)字化設(shè)計與制造、裝配仿真、流程仿真、工廠仿真等專業(yè)前沿教學(xué)技術(shù)。基于廣義教育技術(shù)的機(jī)械工程專業(yè)教學(xué)系統(tǒng)，有助于提高教學(xué)效率、提高學(xué)習(xí)效果，可以幫助機(jī)械專業(yè)畢業(yè)生更快完成從學(xué)生到技術(shù)工作人員的角色轉(zhuǎn)換。
作者：李冬英李夢奇王斌庾輝黃衛(wèi)平單位：邵陽學(xué)院政法系邵陽學(xué)院機(jī)械與能源工程系
