基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的專業(yè)興趣小組的構(gòu)建與探索

史增錄，甄 軍，張 絹，唐學(xué)鵬，李雪蓮，張學(xué)軍

（新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052）

2013年新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)成為第三批卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃的實(shí)施高校之一，農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化本科專業(yè)成為國(guó)家級(jí)卓越計(jì)劃實(shí)施專業(yè)。我校農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化專業(yè)的卓越計(jì)劃是在已有人才培養(yǎng)模式基礎(chǔ)上，歷經(jīng)3年多的探索和實(shí)踐，進(jìn)一步完善培養(yǎng)工程應(yīng)用型人才的又一個(gè)重要改革項(xiàng)目。卓越計(jì)劃的實(shí)施依托自治區(qū)級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心、自治區(qū)級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、自治區(qū)重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)緊缺人才專業(yè)（農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化專業(yè)）、國(guó)家級(jí)大學(xué)生校外實(shí)踐教育基地等，培養(yǎng)具有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和寬厚的專業(yè)知識(shí)，具備良好職業(yè)素養(yǎng)、創(chuàng)新能力、工程實(shí)踐能力，德、智、體、美全面發(fā)展的卓越人才。

為培養(yǎng)具有理論基礎(chǔ)實(shí)、實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新精神好、綜合素質(zhì)高的應(yīng)用型卓越人才[1]，在加強(qiáng)與企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)人才機(jī)制建設(shè)的同時(shí)，也開展了提高創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力的專業(yè)興趣小組的探索和實(shí)踐。針對(duì)專業(yè)興趣小組建設(shè)過程中存在的創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力弱的問題，利用虛擬樣機(jī)技術(shù)逐步增強(qiáng)專業(yè)興趣小組在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的興趣，提高農(nóng)業(yè)機(jī)械的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力和典型機(jī)構(gòu)的分析能力，通過實(shí)踐，再查漏補(bǔ)缺理論知識(shí)，進(jìn)一步完善、強(qiáng)化理論知識(shí)，以達(dá)到興趣小組創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力的提高。

虛擬樣機(jī)技術(shù)是一種基于產(chǎn)品的計(jì)算機(jī)仿真模型的數(shù)字化設(shè)計(jì)方法[2]，也是應(yīng)用于仿真設(shè)計(jì)過程的技術(shù)，包括數(shù)字化物理樣機(jī)、功能化虛擬樣機(jī)和虛擬工廠仿真三方面內(nèi)容[3]。結(jié)合農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域自身的特點(diǎn)，技術(shù)儲(chǔ)備，裝備水平和新產(chǎn)品研發(fā)能力的相對(duì)落后的現(xiàn)狀，利用虛擬樣機(jī)代替物理樣機(jī)進(jìn)行農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)與評(píng)估，為縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，降低產(chǎn)品開發(fā)成本，改善產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量具有重要意義[4]。同時(shí)，虛擬樣機(jī)技術(shù)對(duì)培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力、工程實(shí)踐能力的卓越人才具有重要的作用。

1 專業(yè)興趣小組的總體設(shè)計(jì)

專業(yè)興趣小組以卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃為依托，以國(guó)家級(jí)大學(xué)生校外實(shí)踐教育基地“新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)-新疆中收農(nóng)牧機(jī)械公司工程實(shí)踐教學(xué)基地”、自治區(qū)級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室“新疆農(nóng)業(yè)工程裝備創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室”為平臺(tái)，以虛擬樣機(jī)技術(shù)為方法和切入點(diǎn)，旨在突出學(xué)生學(xué)習(xí)的主體地位，重視引導(dǎo)學(xué)生如何自學(xué)，增強(qiáng)師生廣泛、深入的交流，給學(xué)生提供一個(gè)理論聯(lián)系實(shí)踐，加深并拓寬專業(yè)知識(shí)技能深度、廣度的一個(gè)鍛煉平臺(tái)[5]。

專業(yè)興趣小組建設(shè)的核心是貫穿整個(gè)過程的自主學(xué)習(xí)，重點(diǎn)是教學(xué)情境的創(chuàng)設(shè)和教學(xué)思路的展開，關(guān)鍵是專業(yè)興趣小組成員的過程執(zhí)行力及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，著力點(diǎn)是激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和探索專業(yè)知識(shí)的興趣和好奇心。為此制定了基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的講座、研討、項(xiàng)目、輔導(dǎo)、實(shí)踐、答辯等環(huán)節(jié)的興趣小組建設(shè)的內(nèi)容。

2 專業(yè)興趣小組的實(shí)施

專業(yè)興趣小組以農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化本科專業(yè)實(shí)施的國(guó)家級(jí)卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃為基礎(chǔ)，組建專業(yè)興趣小組，小組由4-6名農(nóng)業(yè)機(jī)械專業(yè)的大三、大四年級(jí)的學(xué)生組成，本著自愿、愛好、特長(zhǎng)的原則，選拔興趣小組成員，并配備從事卓越計(jì)劃培養(yǎng)，有著許多寶貴的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，能夠創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境的、展開教學(xué)思路的教師擔(dān)任興趣小組的指導(dǎo)老師[5]。

專業(yè)興趣小組在實(shí)施過程中根據(jù)實(shí)施進(jìn)度的需要，分階段開展相關(guān)內(nèi)容的講座，以引導(dǎo)學(xué)生下一步的學(xué)習(xí)。針對(duì)講座的內(nèi)容，預(yù)留自學(xué)思考的時(shí)間，進(jìn)行小組的研討，進(jìn)一步明確問題。緊接著以項(xiàng)目形式安排相關(guān)的任務(wù)，項(xiàng)目?jī)?nèi)容不僅要結(jié)合實(shí)踐企業(yè)的生產(chǎn)情況，還要以典型的農(nóng)業(yè)機(jī)械及機(jī)構(gòu)進(jìn)行制定。項(xiàng)目開展后指導(dǎo)老師進(jìn)行定期的輔導(dǎo)，以盡快完成項(xiàng)目?jī)?nèi)容。專業(yè)興趣小組結(jié)合項(xiàng)目?jī)?nèi)容到校內(nèi)實(shí)驗(yàn)室和企業(yè)進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)實(shí)踐，反饋?lái)?xiàng)目設(shè)計(jì)中的問題和不足，進(jìn)行項(xiàng)目的完善、整理。興趣小組實(shí)施過程以卓越計(jì)劃的指導(dǎo)老師團(tuán)隊(duì)為答辯組成員，其他參與卓越計(jì)劃的學(xué)生旁聽方式，進(jìn)行專業(yè)興趣小組的過程答辯匯報(bào)，并進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.1 講座

講座一般采用大課形式，主要針對(duì)興趣小組實(shí)施的不同需求，分階段介紹實(shí)施過程中相關(guān)的知識(shí)及典型案例。例如首先需要介紹虛擬樣機(jī)技術(shù)的基本情況，主要內(nèi)容、功能，給學(xué)生一個(gè)虛擬樣機(jī)技術(shù)可以干什么的總體概念。通過介紹虛擬樣機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，以典型農(nóng)業(yè)機(jī)械的虛擬樣機(jī)的設(shè)計(jì)為案例，簡(jiǎn)要介紹設(shè)計(jì)過程，以引導(dǎo)學(xué)生高效學(xué)習(xí)。

講座應(yīng)注重農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的綜合知識(shí)，介紹設(shè)計(jì)的一般流程，數(shù)字化虛擬樣機(jī)的建立及其運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)的分析和關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的校核等方法，著重激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)和鼓舞學(xué)生學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī)。專業(yè)興趣小組培養(yǎng)的專業(yè)知識(shí)，可成為學(xué)生未來(lái)職業(yè)崗位適應(yīng)性和發(fā)展的后勁，同時(shí)能夠以點(diǎn)帶面影響到整個(gè)班級(jí)乃至整個(gè)專業(yè)，使其具有良好的專業(yè)學(xué)習(xí)氣氛，經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)間的積累可形成自己的專業(yè)特色[6]。

2.2 研討

專業(yè)興趣小組根據(jù)成員數(shù)量，分成2～3隊(duì)，每對(duì)2～3人，進(jìn)行典型農(nóng)業(yè)機(jī)械虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)的研討。每隊(duì)根據(jù)講座的內(nèi)容，結(jié)合自學(xué)和對(duì)虛擬樣機(jī)的理解，準(zhǔn)備15分鐘左右的發(fā)言。針對(duì)發(fā)言情況，小組成員開展探討。重點(diǎn)討論、分析，存在的問題，理清學(xué)習(xí)思路，進(jìn)一步加深虛擬樣機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中運(yùn)用。

2.3 項(xiàng)目

項(xiàng)目是專業(yè)興趣小組開展訓(xùn)練的重要內(nèi)容，是小組過程實(shí)施的重點(diǎn)。指導(dǎo)教師結(jié)合校企聯(lián)合培養(yǎng)創(chuàng)新人才的方案，根據(jù)實(shí)踐企業(yè)的相關(guān)生產(chǎn)需求，制定適合學(xué)生和實(shí)際需求的項(xiàng)目任務(wù)，并明確小組成員的任務(wù)與目標(biāo)，指導(dǎo)小組成員自主學(xué)習(xí)、內(nèi)部分工和通力合作，幫助小組制定獨(dú)立工作計(jì)劃和資料搜集整理，追蹤小組內(nèi)的活動(dòng)交流并及時(shí)解決問題，督促小組完成項(xiàng)目任務(wù)[7]。

專業(yè)興趣小組在項(xiàng)目實(shí)施過程中，利用虛擬樣機(jī)技術(shù)建立零件的模型，進(jìn)行虛擬裝配，并檢查零部件的裝配間隙和干涉，應(yīng)用分析軟件對(duì)樣機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真并對(duì)關(guān)鍵部件進(jìn)行校核、計(jì)算，及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，優(yōu)化結(jié)構(gòu)，從而提高設(shè)計(jì)效率、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案、縮短設(shè)計(jì)周期、降低生產(chǎn)成本[8]。

專業(yè)興趣小組實(shí)施項(xiàng)目過程中，指導(dǎo)教師著重對(duì)虛擬建模、運(yùn)動(dòng)仿真和優(yōu)化設(shè)計(jì)等各個(gè)階段進(jìn)行綜合培訓(xùn)指導(dǎo)，同時(shí)在不同階段安排相應(yīng)的設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)任務(wù)，促使學(xué)生在學(xué)習(xí)技能的基礎(chǔ)上增加對(duì)其在機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)中具體應(yīng)用的思考。

2.4 輔導(dǎo)

輔導(dǎo)以小課的形式幫助興趣小組成員解決學(xué)習(xí)和項(xiàng)目進(jìn)行過程中存在的問題，引導(dǎo)學(xué)生解決問題的方法，進(jìn)而深入探索相關(guān)的專業(yè)知識(shí)，和實(shí)踐中需注意的問題。

輔導(dǎo)以學(xué)生自學(xué)為中心，指導(dǎo)老師指明可以解決問題的幾個(gè)方向，具體實(shí)施由小組成員主動(dòng)探索實(shí)踐，追尋解決問題的答案。

2.5 實(shí)踐

實(shí)踐環(huán)節(jié)依托卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃，由以國(guó)家級(jí)大學(xué)生校外實(shí)踐教育基地“新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)-新疆中收農(nóng)牧機(jī)械公司工程實(shí)踐教學(xué)基地”為平臺(tái)的企業(yè)實(shí)踐，以及新疆農(nóng)業(yè)工程裝備創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室為平臺(tái)的校內(nèi)實(shí)踐兩部分組成。經(jīng)過項(xiàng)目鍛煉后，專業(yè)興趣小組通過實(shí)踐環(huán)節(jié)加強(qiáng)對(duì)物理樣機(jī)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力的鍛煉，從加工圖紙繪制、標(biāo)準(zhǔn)件選購(gòu)、加工工藝制定、零件加工到樣機(jī)的裝配和調(diào)試都讓小組成員參與，并且根據(jù)所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的技術(shù)要求和使用要求進(jìn)行試驗(yàn)。

通過實(shí)踐讓學(xué)生盡早到工廠一線了解企業(yè)生產(chǎn)的過程，引導(dǎo)學(xué)生在日常學(xué)習(xí)中理論與實(shí)際結(jié)合，提升學(xué)生綜合素養(yǎng)和實(shí)踐技能，增強(qiáng)學(xué)生的崗位適應(yīng)性，以培養(yǎng)真正符合社會(huì)需求的具有創(chuàng)新能力的農(nóng)業(yè)機(jī)械專業(yè)人才[9]。

2.6 答辯

專業(yè)興趣小組實(shí)施效果好壞的關(guān)鍵是過程執(zhí)行力及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。通過采用分階段的答辯匯報(bào)、指導(dǎo)老師評(píng)分的方式，評(píng)價(jià)興趣小組各成員，以答辯督促小組成員，以答辯發(fā)現(xiàn)問題，提高自學(xué)能力。

興趣小組的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的制定結(jié)合卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃的要求，又綜合高校企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)人才的方案，以提高專業(yè)興趣小組成員的創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力為目的，制定評(píng)價(jià)考核的標(biāo)準(zhǔn)，由卓越計(jì)劃的指導(dǎo)老師團(tuán)隊(duì)組成答辯組，其他參與卓越計(jì)劃的學(xué)生旁聽方式，進(jìn)行專業(yè)興趣小組的答辯匯報(bào)。

3 結(jié)語(yǔ)

虛擬樣機(jī)技術(shù)在專業(yè)興趣小組建設(shè)中應(yīng)用，經(jīng)過兩年多的實(shí)踐探索，培養(yǎng)了學(xué)生對(duì)農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)和分析的興趣，提高發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，增強(qiáng)創(chuàng)新能力和理論結(jié)合實(shí)踐的能力方面有較顯著的作用。專業(yè)興趣小組的活動(dòng)過程，不再局限于書本知識(shí)，而是多門課程、多學(xué)科知識(shí)的綜合應(yīng)用，有利于促進(jìn)成員的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，激發(fā)創(chuàng)新熱情。通過專業(yè)興趣小組的建設(shè)，為我校農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化本科專業(yè)國(guó)家級(jí)卓越計(jì)劃的實(shí)施提供幫助，對(duì)培養(yǎng)本專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力和獨(dú)立自主能力等方面具有重要的作用。