虛擬實驗在彈藥檢測技術課程教學中的應用研究

陳　雷　高欣寶　閆　軍　黃鈺明

【摘要】文章介紹了虛擬實驗的概念和特點,重點討論了基于Flash 和 Authorware等軟件編制的虛擬實驗課件及其在彈藥檢測技術中的應用。結(jié)合具體的實驗項目,敘述了彈藥檢測虛擬實驗的特點,對虛擬實驗在彈藥檢測技術課程中的應用方式進行了研究探討。

【關鍵詞】虛擬實驗;彈藥檢測;

【中圖分類號】G40-057 【文獻標識碼】A 【論文編號】1009—8097(2009)07—0130—02

引言

在彈藥檢測技術和傳感器技術等課程教學中,為了使學員理解講授內(nèi)容,需要進行一些必要的實驗操作。由于彈藥檢測實驗具有一定的危險性、過程短暫、過程細節(jié)不易觀察、實驗費用高等特點,而虛擬實驗作為一種先進的教學手段,以其直觀性、靈活性、實時性、形象化的優(yōu)勢,通過創(chuàng)建動畫,細化過程細節(jié),可比較輕松地解決傳統(tǒng)授課方式無法解決的問題,把抽象的問題變得很直觀,使學員能置身于現(xiàn)場實驗氛圍之中,對突破教學難點起到了較好的作用。教學實踐證明,在現(xiàn)有條件下開展虛擬實驗與現(xiàn)場實驗相結(jié)合的實驗方法,是一種行之有效的教學方法。

一 虛擬實驗的概念和特點

虛擬實驗通常是指借助于借助計算機技術,利用文字、圖形、圖像、聲音等在微機屏幕上形成的可部分或全部代替?zhèn)鹘y(tǒng)實驗過程的實驗操作環(huán)境,實驗者利用鼠標和鍵盤的操作完成實驗,使實驗者感受到與真實實驗相似的過程。我們按照教學要求組成的虛擬實驗軟件,為學員提供一個虛擬實驗環(huán)境和過程的操作平臺,它包括系統(tǒng)結(jié)構組成、實驗設計、工作原理、操作過程、實驗狀態(tài)、步驟提示、結(jié)論分析等。通過虛擬實驗軟件把實驗設備和教學內(nèi)容有機地融為一體,加深了學員對實驗目的、原理、過程、方法、設備結(jié)構、注意事項等的理解,達到現(xiàn)場實驗難以實現(xiàn)的效果,培養(yǎng)了學員動手和思維能力,豐富了實驗技能,深化了對知識的理解,同時增強了學員對實驗的興趣,提高了教學效果。

二 彈藥檢測虛擬實驗的優(yōu)點分析

1 保證實驗者的安全:在真實的彈藥實驗中,由于彈藥特有的危險性,容易發(fā)生安全事故,產(chǎn)生一定的心理負擔,而采用虛擬實驗由于不使用真槍實彈,可以避免事故發(fā)生,杜絕真實彈藥實驗的風險。

2 降低實驗成本:彈藥實驗的費用較高,少則幾十元,多則上萬元,而且一旦損壞設備,往往還會伴隨人員的傷亡,后果十分嚴重;采用虛擬實驗的投資費用比較低,可以長期使用,并可以不斷改進和優(yōu)化實驗內(nèi)容,近似達到零成本的效果。

3 提高學習效果:虛擬實驗軟件可以直接安裝在微機上,擺脫了傳統(tǒng)實驗受時間、場合的限制,學員通過調(diào)用不同的實驗模塊,可以自行選擇實驗項目,實驗結(jié)果可以通過文字、圖形、圖像、聲音等形式顯示給學員,來判斷操作是否正確,激發(fā)學員的學習興趣;它還具有重復性的特點,通過多次重復使用,加深學員對實驗的理解,使學員熟悉實驗設備的應用,鍛煉他們觀察實驗過程和分析實驗現(xiàn)象的能力。

4 強化學員對實驗細節(jié)的認識:彈藥實驗具有“三高一短”(高溫、高速、高壓、過程短暫)的特點,其過程復雜而短暫,很難從感官上得到深刻的認識,即使參加了實際的試驗過程,如果不采用相應的設備,也很難獲得實驗結(jié)果。彈藥發(fā)射實驗過程通常在數(shù)十毫秒內(nèi)結(jié)束,實驗結(jié)果單憑人的感官是無法得出結(jié)論的。而采用虛擬實驗的方法,可以將實驗過程速度放慢,結(jié)合聲光效果,細化實驗過程,觀察細微環(huán)節(jié),加深了對實驗內(nèi)容的理解。

三 彈藥檢測虛擬實驗的實現(xiàn)手段[2] [3]

制作實驗課件首先要進行總體規(guī)劃,制定系統(tǒng)總體目標、模塊功能和實驗流程圖,繪制設備或零件圖,完成腳本編寫。

選擇合適的軟件是制作虛擬實驗課件的基礎,我們根據(jù)虛擬實驗的特點,由flash、3D Max完成二、三維動畫等基本素材的制作,利用它們具有的多媒體編輯、聲光效果和控制功能,實現(xiàn)了實驗項目的虛擬實驗設計功能;課件的部分復雜設備零部件由SolidWorks軟件制作,再以圖形方式代入flash或3D Max中,充分發(fā)揮各自的特點,最后以Authorware為平臺進行模塊的鏈接合成及調(diào)試,完成課件的發(fā)布,它們最終都可以在Powerpoint下,以超動態(tài)鏈接被調(diào)用。

四 虛擬實驗的應用范例[1]

在彈藥檢測技術課程教學中,我們制作了多個虛擬實驗模塊,經(jīng)過在課堂應用后,學員們普遍反映教學內(nèi)容易于理解、印象深刻,通常完成一次虛擬實驗后,就可以基本敘述出工作原理和實驗過程,而這是教員用語言表述很難達到的效果。在此例舉幾個虛擬實驗的應用范例:

1 初速、膛壓虛擬實驗

彈藥的初速、膛壓實驗是彈藥檢測技術課程的重要實驗,但是由于現(xiàn)有實驗條件的限制,不可能也沒有必要每人都進行一次實驗,即使實驗者親自參加了實驗,也只是在現(xiàn)場聽到一聲發(fā)射的巨響,看到一團火光,從實驗設備上得到了一組數(shù)據(jù),而對實驗中的細節(jié)是無法體會的,我們在課堂教學中采用了虛擬實驗軟件,把實驗過程以“慢鏡頭”的方式,將火藥燃燒、彈丸運動、傳感器接收測試信號等過程展現(xiàn)給學員,使學員清晰的看到了實驗的細節(jié)和結(jié)果,仿佛親身經(jīng)歷了現(xiàn)場實驗。膛壓和初速虛擬實驗的部分畫面見圖1和圖2。

2 傳感器原理虛擬實驗[4]

傳感器是新型彈藥和檢測設備的關鍵部件之一,掌握傳感器的知識對理解教學內(nèi)容十分重要,由于它們的結(jié)構通常精密小巧,理論推導復雜,有時很難用語言講述清楚。在講解時通過虛擬實驗演示,將結(jié)構原理、實驗曲線、工作過程等動態(tài)地展示給學員,可以取得較好的效果。例如,在講解熱釋電傳感器和光電二極管時,通過虛擬實驗,將傳感器的結(jié)構組成、工作原理、光譜和階躍響應、靈敏度等特性形象清晰地表現(xiàn)出來,其部分畫面見圖3和圖4。

五 結(jié)束語

由于虛擬實驗可以生動形象地反映教學實驗內(nèi)容,教員講得輕松,學員學得透徹,節(jié)約了大量的時間和精力。通過多期的教學實踐證明,虛擬實驗已經(jīng)成為彈藥檢測技術和傳感器技術等課程教學的有效教學方法之一,取得了良好的效果,受到了廣大師生的青睞。但是虛擬實驗畢竟是實驗教學的輔助手段,決不能完全取代實際實驗,必要時要采用虛實結(jié)合的方式,通過個別現(xiàn)場實驗、(高速)錄像片回放等方法,才能達到更好的教學效果。虛擬實驗不是萬能的,我們需要把它和傳統(tǒng)的實驗方法相結(jié)合,具體問題具體分析,充分發(fā)揮它們各自的優(yōu)勢,才能提高教學效果和質(zhì)量。

參考文獻

[1] 陳雷等.彈藥檢測技術[M].石家莊:軍械工程學院出版社,2007.

[2] 李永等.Flash多媒體課件制作范例導航[M].北京:清華大學出版社, 2006.

[3] 繆亮等.Authorwared多媒體課件制作實用教程.[M].北京:清華大學出版社,2008.

[4] 劉迎春等.傳感器原理設計與應用[M].長沙:國防科技大學出版社,2006.