第一篇：基于SolidWorks開發的機構運動方案設計虛擬實驗系統

為了更好地實現實驗目的，提高實驗效率，作者以機構運動方案設計實驗的要求、實驗原理、方法為藍本，用計算機虛擬實驗技術，模擬仿真該實驗的全過程，設計了一個機構運動方案設計虛擬實驗系統.應用該系統，學生在實驗前在計算機上對自己所設計方案的可行性、正確性進行可視化驗證，然后再進行實際的拼接，提高了實驗效率.虛擬實驗系統的功能

1)必須具備齊全的模型、而且盡量接近實物，這樣才能對實驗進行真實的模擬.2)靈活性強，零件的參數能根據需要隨時進行調整，實現尺寸驅動功能，即改變其中一個零件的參數后，只需要重建模型，其它零件的相應點的位置會跟著發生改變，零件之間依然保持相應的聯結關系，而不需重新進行裝配.3)對于機構運動的模擬仿真功能.4)具有運動特性分析和動力特性分析的功能.5)具有實驗指導功能.系統的結構流程圖如圖1所示.圖1 系統的結構流程圖

2系統開發方法

虛擬實驗系統選用的平臺是三維設計軟件系統SolidWorks。SolidWorks它是基于Windows的全參數化特征造型軟件，可十分方便地實現復雜的三維零件實體造型、復雜裝配和生成工程圖，以參數化和特征建模的技術為核心，為設計人員提供了良好的設計環境，還可以方便地對SolidWorks進行二次開發.用戶二次開發的應用程序，可直接掛在SolidWorks的菜單下，形成統一的界面.一般而言，開發人員首先需要在SolidWorks的界面上添加自己的菜單項，以此作為激活用戶程序的接口，完成與用戶的數據交換。

SolidWorks的API(Application Programming Interface應用編程接口)提供了兩種接口方式:有OLE Automation的Idispatch和作為Windows基礎的COM(Component Object model).Idispatch的方法可用于VB、VBA或VC的開發環境，常作為快速開發的手段.本文開發的實驗系統所使用的程序就是采用的Idispatch接口方法，用VC++6.0編寫的.在程序編好后，編譯即可形成DLL文件.不同的操作系統需要用不同的設置: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”菜單，在過濾器中選擇“AddIns(3.dll)”，加載自己的DLL.若該DLL在注冊表中注冊成功，還可使用“工具/插件”菜單進行一次性加載，以后啟動SolidWorks，就可自動加載該DLL，無須再進行加載操作，十分方便.3系統功能的實現

3.1實驗裝配零件庫的建立

為了滿足模型齊全的要求，筆者選用SolidWorks2001進行零件的三維造型，并把所有實驗室內要用到的零件做成了一個零件庫.通過對SolidWorks進行設置，可以使自己創建的零件庫像工具條一樣陳列在SolidWorks主窗口中.具體方法是:通過選擇SolidWorks主菜單中的工具選項選擇文件位置，將文件夾顯示為調色板零件，再選“添加”，選中自己的零件庫文件夾的存放位置.要使用這個零件庫，只需要打開它就可以了.方法是，啟動SolidWorks后，在工具下選擇FeaturePalette，隨后便有一個小窗口被打開，選中用戶添加的文件夾，就會有一個新的窗口打開，創建的零件庫內所有零件都以圖標的形式陳列在窗口內，就好象在真實實驗里看到的擺放在實驗室里的零件一樣.但使用起來比在真實實驗室里方便多了，你只需要移動滑動條，就可以找到所需要的零件.3.2機構運動設計方案的確定

在擬訂方案之前，首先可以從過去成功的設計案例中進行檢索，看是否有與設計要求類似的設計案例.如果有，則以這個案例為模板，并對其作適當的修改，以滿足當前的設計要求.這樣做即可以保證設計要求，還可提高設計效率.如果沒有類似的設計案例，則利用所掌握的專業知識和經驗進行新的設計.機構運動方案的設計具體由以下幾個步驟組成:

1)輸入設計要求(包括輸入輸出間的函數關系和工藝動作要求等等)以及外部的各種約束條件.2)將設計要求及外部條件分解成各個基本動作、基本運動及其約束條件

3)初步選定能完成設計要求的基本機構或已有案例.4)將初步選定的基本機構進行組合，得到多種可能的設計方案.5)對各種方案進行初步的尺度綜合.6)對各種方案的機構進行性能分析(包括運動和動力性能分析).7)對各種方案進行評價和排序，以選出最滿意的方案.8)如果所有方案均不滿意，則重新進行機構選型及組合、尺度綜合及性能分析、方案評價及排序等工作.其中對方案的機構性能分析可以通過所設計的虛擬實驗系統來完成.學生要做的就是先按以上步驟初步確定設計方案，畫出機構運動簡圖，然后利用虛擬實驗系統進行虛擬裝配，給出初始輸入條件，讓系統進行分析計算，學生根據分析計算結果對設計方案優劣作出判斷，如果滿意，則根據確定的方案進行實際的拼接，如果不滿意，則對機構進行構型演化，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，從零件庫拖出相應零件的圖標，系統就會打開相應零件的編輯窗口，選擇另存為，把這個零件存放到新建的文件夾中.注意不要改變沒有保存的編輯窗口中零件的各項參數，因為放在這個零件庫中的零件是一個參考模板文件，它的參數一旦發生改變，所有以它為參考模板文件生成的文件中的相應參數都會發生改變，所以在拖出圖標后，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操作系統的，使用起來完全和 Windows 一樣，可以利用復制、粘貼的形式在裝配體窗口內生成同樣類型的多個零件.如果是初始裝配，則需打開一個新的裝配體文件，將選好的零件插入到這個裝配體文件中，在零件之間添加相應的裝配配合關系就可以了.各構件之間的裝配關系和其運動副關系是這樣定義的:若是轉動副，則在兩零件連接處添加端面貼合和同軸心關系;若是移動副，則在兩零件接觸處添加平面貼合關系.對于機架和導軌等固定不動的構件通過右擊SolidWorks特征管理樹(Feature manager)中相應零件的實體名，在彈出的菜單內選擇固定來實現.由于是虛擬裝配，自然比真實裝配輕松得多.因為SolidWorks可以實現尺寸驅動，所以改變裝配完的機構中構件的某些參數，如桿長，機架的位置后，只需要對裝配體機構進行重建模型，其它零件的相應位置會根據配合關系跟著改變，而不需要拆卸后重新裝配.圖2所示為運用此系統裝配好的四桿機構，并且已在SolidWorks界面上加載了自己的菜單，準備進行運動仿真.3.4對機構運動的干涉檢查

在裝配體形成后，首先要對其進行初步的干涉檢查.可以使用SolidWorks自帶的干涉檢查功能.如果覺得不夠直觀的話，則可以用拖動其中某個構件的方法，觀察各個構件的運動情況，直觀地看它們的運動是否會發生干涉.進一步的干涉檢查，可以在運動的仿真過程中.選擇編程加載的菜單下運動仿真項，對裝配搭建的機構進行運動仿真.在仿真過程中可以觀察到是否發生干涉，如果發生干涉，兩個零件將有重疊的部分，這就需要對機構中的參數進行調整.3.5機構運動的仿真

機構的動態仿真的實現相當于在每一運動時刻，將各個構件根據約束擺放到空間的指定位置上.構件的初始位置在裝配體裝配好以后就確定了，其中機架位置的坐標值用戶是可以自己設定的，而構件在運動當中的各個數據是由外部機構分析程序提供.因此，這種機構三維仿真方法不受機構的復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用 http:// Cr13模具鋼開裂焊接工藝與Cr13模具鋼磨損焊接工藝 http:// 電熱水器選擇五要點與如何選購安全的燈具 http://序會提供不同的運動數據分析結果，使機構得以實現不同的運動.運動數據分析結果被存儲在數據庫中以便需要時進行調用.3.6機構運動特性分析和動力學特性分析

運動仿真之后，還需要對機構進行運動特性和動力學特性分析.從而判斷出所設計出的機構的優劣.方法是輸出特征點的位置、速度、加速度、和力分析曲線.具體實現是通過VC編程繪制曲線圖，從數據庫中取出保存好的繪圖所用的數據.如果所設計的方案未打到設計要求，就需要修改設計方案，進行機構構型的演化.演化的方法主要有運動副變換、加桿組、運動倒置、加自由度、運動等效變換，不斷對方案進行修改，然后裝配，進行運動學特性和力學特性分析，直到形成最滿意的方案.3.7實驗指導功能

實驗指導主要是在修改設計方案時，系統提供幫助信息，告訴以通過那些方法來優化機構，在學生選好一種方法后，系統會給出方法的原理，幫助使用者快速地修改方案引言

混凝土攪拌機是使混凝土配合料均勻拌和而制備混凝土的專用機械，是現代化建設施工中不可缺少的機械設備。為了適應不同混凝土攪拌要求，攪拌機有多種機型。按工作性質分，有周期式和連續式攪拌機;按攪拌原理分，有白落式和強制式攪拌機。本次設計的是生產率為75m3/h的雙臥軸強制式攪拌機，它是由攪拌系統、傳動裝置、卸料機構等組戊:攪拌系統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構相同的葉片，但其前后上下都錯開一定的空間，使拌合料在兩個攪拌筒內不斷地得到攪拌，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。設置在兩只攪拌間底部的卸料門由氣缸操縱。卸料門的長度比攪拌筒長度短，80-90%的混凝土靠其自重卸出，其余部分則靠攪拌葉片強制向外排出，卸料迅速干凈。

SolidWorks軟件可以十分方便地繪制復雜的三維實體模型、完成產品裝配和生成工程圖。它能以立體的、有光的、有色的生動畫面表達大腦內產品的設計結果，較之于傳統的二維設計圖更符合人的思維習慣與視覺習慣，有利于發揮人的創造性思維，有利丁新產品、新方案的設計，幫助機械設計設計人員更快、更準確、更有效率地將創新思想轉變為市場產品。

為此，我們利用SolidWorks軟件來完成雙臥軸強制式攪拌機虛擬樣機設計雙臥軸強制式攪拌機主要參數的確定雙臥軸強制式攪拌機的主體樣機設計

在攪拌機的結構設計中，最困難、最繁瑣的工作就是運動機構的設計與運動軌跡校核。目前主要采用的軌跡圖法或根據幾何約束條件建立方程組來求解，但這種設計比較麻煩，且設計工作不直觀，設計結果不盡人意，而利用三維設汁軟件Solidworks則能較好地解決上述問題，首先建立零件的三維模型，再將其裝配起來，并可進行有限元分析計算，最后利用COSMOSMotion來模擬各零部件的運動情況。

2.1零件設計建模

利用拉伸、陣列、切除、掃描、鏡像等特征，建立雙臥軸強制式攪拌機主要零部件的三維參數化模型.包括攪拌臂、攪拌筒、各種襯板、8種規格的攪拌葉片、刮板、攪拌裝置等100多個零件。因電機、減速器、連軸器等為選購件，在設計時沒有建立這些零件的三維模型，僅建立雙臥軸強制式攪拌機主機上零件模型。在建模過程中，充分利用參數化尺寸、方程式共享數值、配置、派生零件等參數化設計和設計重用技術，便于虛擬裝配時發現零件結構不合適時對其進行修改。

2.2虛擬裝配

SolidWorks軟件提供了自上而下和自下而上兩種設計方式，因我們已完成了雙臥軸強制式攪拌機主要零部件設計，所以采用自下而上方式.按照同袖、共面等幾何約束關系先將側襯板、側攪拌葉片、攪拌葉片、攪拌裝置軸裝配體等小部件裝配起來.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制式攪拌機的整機裝配圖。采用分級裝配方法，既便于我們及時發現裝配問題，又便于修改。

在設計過程中為便于方案論證和與領導、制造工程師及其他相關人員進行交流，我們使用了Animaior插件實現了攪拌機所有零部件的動態組裝模擬，并制作了裝配動畫，提高了設計的可視化。

2.3有限元分析計算

攪拌機在工作過程中，攪拌軸是主要的傳動和工作部件，利用SolidWorks內嵌集成的COSMOSWorks有限元分析軟件對裝配有攪拌臂和葉片的攪拌裝置軸裝配體進行有限元分析計算。首先將所建模型進行簡化，忽略圓角倒角鍵槽等設計細節，通過標準數據接口，調人到CosmosWorks有限元分析模塊，進行實體網格劃分，添加軸一端“不可平移”約束、軸承載荷和葉片上分布壓力，然后進行有限元分析計算，得到攪拌軸應力分布情況應變和變形狀況，計算

CAD技術在建筑電氣設計中的應用 建筑電氣設計CAD特點 http:// 低碳馬氏體在塑料模具中的應用 http:// 室內電線排線時應注意什么 裝修房屋時如何考慮管 線 http://出危險點的應力和應變，為攪拌軸的結構設計提供指導，同時對設計是否合理進行準確快速的評估。

2.4攪拌運動模擬

攪拌機螺旋葉片繞水平軸旋轉時使物料向上翻動，軸向力的作用將物料沿水平軸推向中問和另一端，物料的運動軌跡非常復雜在方案論證時，為形象地表達物料的運動情況，我們首先借助COSMOSMotion全功能運動仿真軟件，制作了攪拌機空轉工作的運行動畫，再建立單個物料和攪拌葉片碰撞的數學方程，借助Swift 3D制作了單個物料在攪拌簡運行狀況，模擬出物料在整個攪拌筒中形成的封閉式環流，反映出物料的拌合、離析狀態，為進一步借助控制方程模擬雙臥軸攪拌機的物料運動軌跡打下基礎。

3結束語

利用SolidWorks軟件進行雙臥軸攪拌機設計，可以形象生動地表達產品的設計結果，既幫助設計人員更快更準確地進行新產品設計，同時提高了設計的可視性和可靠性。

第二篇：基于虛擬仿真實驗系統的自主學習研究

基于虛擬仿真實驗系統的自主學習研究

摘 要：虛擬仿真實驗教學是高等教育信息化建設和實驗教學示范中心建設的重要內容，是學科專業與信息技術深度融合的產物[1]。為了研究基于虛擬仿真實驗教學系統進行自主學習的過程和效果，文章基于北京郵電大學電子信息虛擬仿真實驗教學中心的虛擬仿真實驗教學平臺，以《集成運算放大器的基本應用―低通濾波器》實驗為例，歸納沒有模擬電路基礎的學習者通過自主學習完成虛擬仿真電路實驗的過程，并采用調查問卷的方式收集學習者的學習效果。實驗結果表明，虛擬實驗可以讓學習者獲得相關的電路知識，虛擬仿真實驗平臺可以作為學習者自主學習的工具，并且在自主學習的過程中提高了學習者的學習興趣和發現問題解決問題的能力，培養了學習者的探索精神。

關鍵詞：自主學習；虛擬仿真實驗系統；模擬電路；學習效果

中圖分類號：TP393 文獻標志碼：A 文章編號：1673-8454（2018）06-0093-04

在現代教育中，實驗教學占有越來越重要的地位，為了培養學生的實際動手能力和觀察能力，很多課程往往需要學生進行大量的實驗，而且許多實驗需要多協同操作才能完成。但現實中許多問題在真實環境下實驗具有不可見性、危險性或需要昂貴的實驗設備，成為制約教學質量提高的重要因素。虛擬仿真實驗是解決此問題的有效方案[2]。

虛擬實驗教學平臺不僅可以解決上述問題，而且對于提高學習者的學習興趣，激發學習者的學習動機有很大的幫助。在利用虛擬仿真實驗平臺進行自主學習的過程中，完全是以學習者為中心，學生可以自主調節學習的時間、地點、順序以及學習的進度，鼓勵學生的自主學習、協作學習，有利于學習者的主動建構，符合建構主義的教育觀和?W習觀，具有較高的理論意義和實踐價值[3]。自主學習虛擬實驗還有利于培養學習者的探索精神和實踐能力。學習者在自主學習虛擬仿真實驗的過程中，也提高了遇到問題解決問題的能力，并且確實獲得了實驗的相關知識。將虛擬仿真實驗引入教學有利于推進高等學校實驗教學信息化建設和實驗教學的改革與發展。

一、研究現狀及不足

1.虛擬實驗室建設現狀

虛擬仿真實驗室受到了各國高校的普遍關注，我國教育部從2013年起開展了國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作，截止2015年共評審出300個國家級虛擬仿真實驗教學中心。科技部2010年將《虛擬實驗教學環境關鍵技術研究與應用示范》作為“十一五”國家支撐計劃重點項目開展研究，清華大學、北京大學、上海交通大學、北京郵電大學、華南理工大學等高校已陸續在網上提供了虛擬實驗服務。在國際上有芝加哥伊利諾伊大學的數字化有機化學實驗室，卡羅萊納州立大學利用Java技術建設基于Web的探索式虛擬物理實驗室，密歇根大學為操作系統和高級語言課程建設了虛擬網上系統實驗室等。

2.國內研究現狀及啟示

虛擬仿真實驗與實驗教學的結合方式主要有兩種，一種是先實驗教學后虛擬實驗，這里虛擬實驗主要是用于鞏固知識，完善知識結構，提高學生的動手實踐能力。這也屬于先理論后實驗的教學方式，李旭鋒在《“先實驗后理論”化學教學方法探析》[4]中提出“先理論后實驗”的教學方法會抑制學生在實驗中發現問題的積極性和探索創新的主動性。另一種是先虛擬實驗后實驗教學，這里虛擬實驗主要是來達到預習實驗的目的，有利于教學更加順利地進行，如藺智挺在《基于虛擬仿真實驗的模擬集成電路實驗教學》[5]一文中，以模擬集成電路實驗教學為例，介紹了安徽大學基于虛擬仿真實驗進行實驗教學改革的做法和效果，利用虛擬仿真實驗中心，緩解了課時的矛盾，較好地達到了預習實驗的目的，拓展了實驗的內容，對實驗教學改革的深化產生了積極而深遠的影響。

虛擬仿真實驗可以作為學生自主學習的資源，培養學生的自主性、探究性學習能力。如潘雪濤、鄔華芝等在《創新虛擬實驗教學模式 培養自主學習能力》[6]一文中提出“三三三”教學理論新模式，其中虛擬實驗室在課前應用，激發學習者興趣，進行自主預習；在課中應用，主要用于教學互動，提高效率；在課后應用，用于自主復習，自主訓練。多年的實踐證明，教學改革成果顯著，教學效果明顯，學生的自主學習能力和實踐創新能力不斷提高。趙琪、孫紅等在《基礎醫學虛擬仿真實驗教學平臺構建研究》[7]中，提出開放式網絡化基礎醫學虛擬仿真實驗平臺豐富了實驗教學內容和手段，逐漸成為學生自主學習、自助學習的重要場所和學習方式，能夠突出探究、實踐和創新，提高學生自主學習和探究性學習能力。

3.當前研究的不足之處

通過以上文獻分析可以看出，廣大研究者對開發出的虛擬實驗系統在教學中的應用情況不太關注，對虛擬實驗系統應用于教學的過程設計與效果分析、虛擬實驗系統開發評價等方面的研究不多，尤其是關于學生對虛擬實驗系統學習體驗的調查和從學生視角對使用虛擬實驗系統進行學習的評價很少。實際上，這方面的研究，對于檢查所開發平臺的有效性、實用性有很重要的意義[8]。

已有研究大多關注利用虛擬實驗進行教學改革或者虛擬實驗平臺建設，目前尚未有研究者進行虛擬實驗的自主學習過程以及學習效果驗證的研究，而基于沒有模擬電路知識基礎的學習者的自主學習更能反映出虛擬實驗平臺對于知識掌握和實踐能力提高的效果。因此筆者基于北京郵電大學自主研發的電子信息虛擬仿真實驗教學中心，以未學習過《模擬電路》相關課程的學習者為研究對象，對學習者的學習過程、學習積極性、學習效果進行研究。

二、研究方法及過程

1.研究目的

本研究旨在通過對沒有模擬電路知識基礎的學生進行虛擬仿真實驗的自主學習過程和效果的調查研究，來分析通過自主學習虛擬仿真實驗，學生是否可以獲得相關的電路知識；學生在學習過程中積極性和注意力的集中程度如何，發現問題解決問題的能力是否有所提高，以及實驗平臺的易用性等問題，通過此次調查，了解虛擬仿真實驗是否可以作為學生自主學習的工具。

2.研究對象

本次調查問卷以40名研究生為例。在樣本的選取上，本次調查對象為沒有學過《模擬電路》相關課程、沒有做過任何一個模擬電路實驗的學習者，這樣更能體現出自主學習虛擬仿真實驗的效果；本研究所用的實驗平臺是由北京潤尼爾網絡科技有限公司研發、北京郵電大學電子信息虛擬仿真實驗教學中心運營的。實驗課程類屬《模擬電路》，實驗名稱：《集成運算放大器的基本應用―低通濾波器》，學習方式：自主學習。

3.研究工具

本次研究采用的工具為一份問卷調查表，在填寫完問卷之后采用訪談的方法來獲取被試者的主觀感受。

（1）問卷調查

本問卷的題目包括三個部分：第一個部分是第1題，是關于研究對象的個人信息，是否做過任何一個模擬電路的實驗。若做過，則被視為無效問卷；第二個部分是2～6題，從做實驗的積極性和注意力的集中性（問題2～3），遇到問題的解決辦法（問題4～6）三個方面來了解學生做實驗的過程。第三部分是7～9題，分別從實驗的原理（問題7）、器材的種類（問題8）、器材的作用（問題9）、學習虛擬實驗的基本步驟（問題10）、虛擬實驗對學習的幫助程度（問題11）四個方面來調查學習效果以及虛擬實驗對自主學習的有用性。

實驗在2017年6月份進行，每個學生自主學習虛擬仿真實驗的時間不限制，可以使用互聯網進行信息的查詢，學習過程沒有硬性要求，學習順序自主安排。調查問卷安排在做完實驗之后，其中問卷的第10題是關于學習者對學習虛擬仿真實驗的步驟排序。將學習虛擬仿真實驗的過程進行精簡和編碼：①進入虛擬實驗界面，瀏覽實驗內容；②打開各個儀器的開關；③根據網絡實物圖連接完整的電路圖；④尋求場外人員幫助；⑤調節各個儀器的量程；⑥根據實驗原理圖連接實物圖的基本部分。分析學習者的排序，得出學習過程的活動圖如圖1所示。

進入虛擬實驗界面，瀏覽實驗目的、實驗器材、實驗原理、實驗報告以及實驗操作平臺。通過實驗原理可得知：濾波電路的基本功能是濾除（抑制）某一頻率段的輸入信號。低通濾波器抑制的是高頻段的信號，通過低頻段的信號，當信號和噪聲在不同的頻帶時，可以實現信號分離，濾除噪聲。

通過參照實驗原理圖和百度的完整實物圖在虛擬實驗臺上進行電路連接。在實驗過程中遇到不認識的器材，通過雙擊實驗器材來獲得器材的屬性以及幫助信息，遇到不太懂的地方則通過網絡搜索或者尋求他人的幫助，原理圖中的三角形器件為運算放大器，有八個引腳，有放大信號的功能；信號發生器發出信號，通過泰克示波器來展示波形。

當完成電路的物理連接后，打開和調節各個儀器設備。但是波形并沒有顯示出來，然后通過檢查自己的電路圖是否連接正確來進行排錯處理，查完之后還沒有出現波形，請其他人員幫助，通過調節泰克示波器的量程來顯示出波形，實驗成功。實驗臺如圖2所示。

在整個實驗進行的過程中發現，認知虛擬實驗平臺只需要三分鐘左右，實驗平臺簡單易用，查詢信息方式很多，有獲取實驗幫助、獲取智能指導、獲取器材信息等等，實驗過程中，學生一直都保持很高的積極性，注意力很集中，遇到問題時，能夠積極主動的尋找問題的來源，主動尋求幫助，提高了發現問題和解決問題的能力。

（2）訪談

填寫完問卷，筆者對于調查對象關于做虛擬實驗的主觀感受以及填寫問卷的認真程度進行訪談。經訪談發現，學習者表示不用去實驗室就能把實驗做出來，很方便快捷，學習者在學習過程中充滿了好奇心，尤其是當波形調出來之后，覺得很神奇，自主學習的結果能夠實時的被觀察到，能夠激勵學習者進一步學習，并且所有的被試者都認真完成實驗和問卷，沒有無效問卷。

4.資料處理與分析

本研究共回收實驗問卷40份，其中第一題的選項均為B，即在本次實驗之前沒有做過虛擬實驗，因此問卷全部為有效問卷。

問卷首先調查了學習者在進行實驗時的注意力保持情況，和學習者在使用虛擬實驗平臺時的態度，筆者將注意力的五級進行編碼，在SPSS（“統計產品與服務解決方案”軟件，用于統計分析）中將選項依次賦值，A為4分，B為3分，C為2分，D為1分，E為0分，統計結果顯示，被試學習者的注意力平均水平為2.9分，說明虛擬實驗教學系統可以使學習者的注意力保持在中等偏上水平。

相關研究表明，根據認知負荷理論，當使用虛擬實驗室進行虛擬實驗時，學習者往往需要先掌握相關的知識與技能，比如了解虛擬實驗系統的操作規范和技術流程等，雖然這些知識和技能可能跟當前學習任務沒有必然聯系，但其實無形中增加了學習者的認知負荷[9]。本組下的另一個研究主題是關于學習者的學習積極性，通過圖3可以看出，被試對象的積極性保持在較高水平，所有的學習者都選擇了“積極”或“非常積極”。本主題的研究結果表明，與傳統實驗教學方式相比，學習者的認知負荷反而降低了。

虛擬實驗過程中，學生可以隨時登錄網站進行各種實驗，操作實驗設備，不受時間和空間的限制；學生在實驗中自主發現并解決問題，有利于培養在實際操作中分析和解決問題的能力，可以有效提高學生的動手能力[10]。本部分問卷題目設置的目的是探索學習者在自主學習、實驗過程中解決問題的途徑選擇。

由圖

4、圖5可以看出，當學習者在自主學習過程中遇到問題時，最常用的辦法是查看實驗平臺中的實驗幫助。此結果說明，在未來的虛擬實驗平臺或者其他在線學習的平臺建設過程中，需要提供盡可能詳細、準確的平臺幫助或說明。詢問他人，說明自主學習的過程常常與學習者的社會網絡相關。

本??卷的7至9題分別從實驗的原理（問題7）、器材的種類（問題8）、器材的作用（問題9）檢驗了虛擬實驗平臺的教學效果，其中問題7、8的正答率為100%，問題9正答率為97.5%，只有一位同學答錯，說明沒有模擬電路基礎的學習者經過虛擬實驗平臺的操作和學習，可以對模擬電路的基礎知識達到很好的掌握程度，驗證了虛擬實驗教學平臺的實際教學效果。

圖6顯示了被調查者在試驗后對于虛擬實驗平臺的主觀評價，如圖6可知90%的學習者認為虛擬實驗平臺對于掌握低通濾波器的知識和技能有幫助，驗證了筆者在上文中提出的假設，實驗證明，虛擬仿真實驗確實可以作為學生自主學習的工具。

三、研究結論

虛擬仿真實驗能夠提高學習者的興趣，可以作為自主學習的工具。在完成虛擬仿真實驗的過程中，學習者被深深吸引，能夠保持極高的注意力，學習效率極高。學習者在自主學習虛擬實驗的過程中能夠主動的發現問題并解決問題，提高了學習者的動手實踐能力。沒有模擬電路基礎的學習者通過虛擬實驗可以獲得相關的電路知識，學習效果良好。虛擬實驗室降低了實驗教學的成本，解決了傳統實驗室受時間、地點限制的問題，虛擬實驗簡單方便，虛擬儀器具有靈敏性與高效性。開展虛擬仿真實驗教學可以延伸實驗教學時間和空間，提升實驗教學質量和水平。在今后的教學實踐中，我們要發揮虛擬實驗的優勢，使之能夠與傳統的實驗教學密切融合。課堂教學、虛擬實驗和實驗室教學深度融合是現代實驗教學的發展模式，能夠培養學生的自主學習能力、動手實踐能力以及發現問題和解決問題的能力。

參考文獻：

[1]教高廳函[2015]24號.教育部辦公廳關于開展2015年國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作的通知[Z].[2]周勇，徐英卓.基于 VRML-JAVA 的網上協同虛擬實驗系統研究[J].電化教育研究，2006（5）：52-55.[3]馬秀麟，趙國慶，鄔彤.翻轉課堂促進大學生自主學習能力發展的實證研究――基于大學計算?C公共課的實踐[J].中國電化教育，2016（7）：99-106.[4]李旭鋒.“先實驗后理論”化學教學方法探析[J].衛生職業教育，2008（15）：88.[5]藺智挺.基于虛擬仿真實驗的模擬集成電路實驗教學[J].實驗技術與管理，2016（1）：122-126.[6]潘雪濤，鄔華芝，蔡建文，張美鳳，孟飛.創新虛擬實驗教學模式培養自主學習能力[J].實驗室研究與探索，2014（11）：72-76.[7]趙琪，孫紅，孫艷梅，車鵬程.基礎醫學虛擬仿真實驗教學平臺構建研究[J].實驗技術與管理，2016（11）：135-138.[8]李凌云，王佳，王海軍.我國虛擬實驗研究現狀的實證分析[J].現代教育技術，2009（12）：111-114.[9]王濟軍，魏雪峰.虛擬實驗的“熱”現狀與“冷”思考[J].中國電化教育，2011（4）：126-129.[10]余雷，劉志成，王娜.基于LabVIEW的智能照明網絡虛擬實驗系統設計[J].現代建筑電氣，2012（8）：71-74.（編輯：魯利瑞）

第三篇：實驗1管理軟件系統的開發

實驗一

管理軟件系統的開發

一、實驗題目：

設計一個簡單實用圖書管理系統。

二、實驗要求

1．該實驗的課內學時是4個課時。

2．程序完成后應該完成如下基本功能：

1）用自定義結構體typedef struct設計該軟件的數據結構； 2）用鏈表將所有的圖書按照圖書編號順序鏈接起來。

3）程序能夠輸入圖書名稱、圖書編號、ISBN號、單價、作者、出版社。4）程序能夠顯示已經輸入的指定圖書編號的圖書的信息。5）程序能夠統計某一類圖書（ISBN號相同）的數量。6）能夠判斷輸入的ISBN號以及圖書編號的有效性。

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的數量。2）允許添加、修改、刪除圖書信息。

3）設計一個通用模塊，能夠根據圖書的任何一項信息進行排序，并且根據圖書編號進程排序（升序或者降序）。

4）能夠輸入的數據長期存儲在文件中，再次運行程序時從文件中讀取數據，無須重復輸入。

5）在程序的提示語言清晰明確，界面美觀并且適用。

三、實驗說明

1．互相之間可以進行算法的討論，但文檔以及程序每個人必須獨立完成，如果發現雷同，則重做。

2．認真準備，實驗前做好準備工作，準備工作包括完成實驗報告中的（1）~（6）的部分，實驗報告中（6）~（8）部分在實驗結束后繼續填寫。

3．程序要上機調試成功并形成可執行的程序，記錄調試過程中出現的錯誤現象以及如果改正

4．程序的運行結果要結合程序測試數據進行分析。

5．提交實驗報告（報告格式見附錄B）和源程序以及可以運行的程序。

五、實驗報告內容（1）實驗題目

（2）實驗設計的數據結構及說明

（3）用層次圖描述程序結構，并說明程序各函數的名稱、功能，圖示各函數之間相互的調用關系。

（4）各個函數的設計及說明

（5）測試數據的設計及預期結果

（6）調試過程記錄：在程序調試過程中可能會出現許多問題，對這些問題要逐個記錄錯誤位置、編譯的描述（英文以及中文的含義）、如何解決。（7）實驗結果記錄以及與預期結果比較以及分析：在實驗過程中除非一次成功，否則會有多個實驗結果，對這些實驗結果要逐個記錄，并且與預期結果進行比較并分析。

（8）總結及心得體會：

六、實驗成績評定

每個實驗從三個方面考核每個實驗的成績：功能完成情況、實驗報告以及程序風格、界面設計以及操作方便性。

第四篇：機構運動方案創新設計實驗指導書-學生用-cxc

機構運動方案綜合設計實驗指導書

一、實驗目的

1．培養學生機構型綜合的設計能力、創新能力和實踐動手能力；

2．培養學生綜合應用所知識對機構的結構和運動性能加以評價的分析能力。

二、實驗原理

任何機構都是將基本組依次連接到機架和原動件上而構成的。

三、實驗內容

1.多功能移動式殘病人浴缸翻轉機構

⑴ 上身部缸體翻轉機構

要求上身部缸體從水平位置向上翻轉至70度，即翻轉角為0-70度.可采用的機構：

①

擺動導桿機構，導桿與上身部缸體固裝在－起，帶動缸體翻轉。由直線電機帶動主動桿擺動。

②

雙搖桿機構，上身部缸體作為從動搖桿，在主動搖桿驅動下作0-70度擺動.主動桿由直線電機帶動擺動。

③

其它機構

⑵ 腿部缸體翻轉機構

要求腿部缸體從垂直位置向上翻轉至水平位置，利用死點保持腿部缸體在水平位置，借助凸輪機構破壞死點，使腿部缸體在重力作用下復位。

可采用機構：

①

雙搖桿機構，腿部缸體作為主動搖桿；

②

其它機構

2.牛頭創床機構

要求刨刀（安裝在滑枕上）作直線往復運動。

可采用的機構：

① 轉動導桿機構和曲柄滑塊機構組合，由電機驅動主動件轉動。

② 擺動導桿機構和滑塊機構組合，由電機驅動主動件轉動。

③ 其它機構

3．翻轉機

要求翻轉模板裝在連桿上，模板翻轉180度。① 四桿機構，電機驅動。②

其它機構

4．飛機起落架

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

可采用的機構：

① 四桿機構，電機驅動。②

其它機構

5．插床機構

要求插刀作垂直上下往復直線運動，向下時（工作行程）較慢，向上運動（空程）時速度較快。

可采用的機構：

① 雙曲柄機構與曲構滑塊機構組合，電機驅動。②

其它機構

6．沖壓成型機

壓頭作垂直上下直線運動，以較小功率帶動主動件運動時，滑塊能產生巨大的沖壓力。可采用的機構：

①六桿增力機構，電機驅動.②

其它機構

7.其他自選機構

四、實驗方法

本搭接實驗是在具有六根立柱的機架上完成的。配有旋轉電動機和直線電動機，以輸出直線運動和旋轉運動；配有齒輪、凸輪、帶輪、槽輪等零件，通過搭接可完成直線、旋轉、往復、間歇等運動傳遞；配有連桿、滑塊座及連接零件，可搭接成各種執行機構。機構搭接完成后可通電運轉以檢驗其創造結果。

一般情況下，學生在實驗前應完成機構方案的創造與選型，并仔細閱讀本實驗指導書后 方可進行本實驗。

五、實驗步驟

為達到開發學生創造性思維和實踐動手能力之目的，拼接的機構方案原則上應在實驗前由學生自行完成。該實驗在2學時內完成。每4人一組完成不少于1個機構方案的拼裝。

1．實驗前，根椐文字資料或動畫演示的機構功能進行機構運動方案設計, 初步畫出機構運動簡圖；

2． 閱讀本實驗指導書，熟悉實驗中所用的設備、安裝工具和零部件的功能； 3． 閱讀本實驗指導書，熟悉各傳動裝置、各固定支座、移動副、轉動副的安裝方法； 4． 按照運動傳遞的順序，從原動機開始依次拼裝機構； 5． 仔細檢查，確認拼裝無誤、連接牢靠后方可通電運轉；

6． 仔細觀察機構的運動，判斷是否滿足工藝要求并作出相應改進； 7． 根據要求寫出實驗報告。

六、實驗報告

1．按比例繪制拼裝機構的運動簡圖，標注出機構運動簡圖的尺寸參數； 2．計算機構的自由度；

3．說明該機構是否滿足給定的工藝要求；

4．分析該機構的優缺點，如何改進？有否代替機構？ 機構運動方案創新設計實驗報告書

一、實驗目的：

1、使學生鞏固和加深對課堂講授的基本理論知識的理解。

2、加強學生對機構原理的認識，進一步了解機構組成及運動特性。

3、增強學生對機構的感性認識，完成從運動簡圖設計到實際結構設計的過渡。

4、使學生掌握現代實驗方法，培養學生用實驗手段進行機構分析。

5、培養學生的綜合設計能力、創新能力和實踐動手能力。

二、實驗設備及工具：

1、ZBS-C機構運動創新設計方案實驗臺及組裝機構的配件。

2、組裝、拆卸工具：一字起子（1把）、十字起子（1把）、呆扳手（2把）、內六角扳手（2把）

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

三、實驗內容：

每次實驗分成八個組，每組3~4人，各組根據現有設備及工具設計、組裝不同的機械系統。

四、實驗方法與步驟：

1、掌握平面機構組成原理；

2、熟悉本實驗中的實驗設備，各零、部件功用和安裝、拆卸工具；

3、自擬平面機構運動方案，形成拼接實驗內容；

4、根據執行機構的運動特點，組成傳動系統；

5、將零、部件按運動傳遞規律順序聯接到機架上。

6、將動力系統、傳動系統和執行機構組接起來，構成機械系統；

7、經指導教師或實驗老師檢查許可后，才能開機運轉。

五、實驗要求：

1、機構運動方案設計；

2、計算機構的自由度；

3、機構運動尺寸設計，并按比例畫出機構運動簡圖，在簡圖中標注實測得到的機構運動尺寸；

4、分析該機構的優缺點，如何改進？有否代替機構？