萬曉靜， 孫文磊

(新疆大學 機械工程學院,烏魯木齊 830047)

0 引 言

新時代背景下，增強學生的創(chuàng)新實踐能力，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，實現(xiàn)高校人才培養(yǎng)與企業(yè)需求的無縫對接，是我國建設(shè)創(chuàng)新型高校、培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的迫切需要[1]。機械類課程內(nèi)容覆蓋面廣、相互關(guān)聯(lián)性強、學習難度大，尤其是實踐性和應(yīng)用型較強。然而，需要依靠成本高、消耗高的實體設(shè)備，有時甚至涉及高危或極端環(huán)境的機械專業(yè)實驗教學模式，極大地制約了學生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。隨著計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)在實驗教學領(lǐng)域的使用也越加廣泛[2]，這使得傳統(tǒng)的機械專業(yè)課程教學模式也出現(xiàn)了新的變化。

近年來,國家加緊推進實施“一帶一路”發(fā)展戰(zhàn)略，新疆是該戰(zhàn)略的優(yōu)先推動區(qū)域和橋頭堡[3]，這為新疆高等教育的發(fā)展提供了重要機遇。新疆地區(qū)作為新絲綢之路經(jīng)濟帶建設(shè)的核心區(qū)，對機械類專業(yè)人才的需求也日益增大。本文根據(jù)社會對機械專業(yè)人才的需求，結(jié)合新疆民漢一體化教學改革形勢下人才培養(yǎng)特點[4]，闡述了基于虛擬仿真教學平臺的機械專業(yè)大學生創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)，這對學生的個人就業(yè)甚至未來發(fā)展有著非常重要的現(xiàn)實意義。

1 新疆高校機械專業(yè)人才培養(yǎng)的現(xiàn)狀

機械專業(yè)是各工科院校普遍存在的傳統(tǒng)專業(yè)，實踐性較強是機械類專業(yè)課程最顯著的特征。在教學過程中不僅涉及到一些基礎(chǔ)理論性知識，還需要進行實踐性教學，將理論與實踐整合起來，整體提升學生的綜合素質(zhì)和能力。傳統(tǒng)教學模式重理論講解，輕實際操作，理論脫離實際，產(chǎn)學脫節(jié)，學生難于理解，很多機械專業(yè)學生遇到困難后容易產(chǎn)生畏難情緒，學生的學習積極性、主動性低，培養(yǎng)質(zhì)量難以滿足用人企業(yè)的要求。

當前，新疆高校機械專業(yè)人才培養(yǎng)面臨的主要問題：

(1) 新疆高校生源基礎(chǔ)薄弱,差異較大。由于新疆各個高校的大學生民族成分復雜，特別是少數(shù)民族大學生大多生活在邊遠地區(qū),信息不暢,交流不便,接受新事物不及時,他們是一個比較特殊的群體，由于基礎(chǔ)薄弱，在缺乏相關(guān)教學硬件的條件下，學生的認知能力存在一定的難度[11]。為了縮小民漢之間的教育差距,催生了新型編班形式,即“民漢合班”[10]的一體化教學形式。漢族大學生和少數(shù)民族大學生在課堂表現(xiàn)、自主學習能力、授課方式適應(yīng)能力方面均存在差異[12]。因此，及時了解和掌握母語非漢語的少數(shù)民族大學生的學習狀況，積極探索問題的有效解決途徑，對提升新疆高校教學質(zhì)量、縮小民漢間的教育差距具有重要的現(xiàn)實意義。

(2) 課程改革，學時壓縮。隨著高校教學改革的逐漸深入，新疆高校培養(yǎng)方案所要求的總學時數(shù)也不得不大幅度削減，在學時如此壓縮情形下，需要迫切解決的問題是，如何構(gòu)建新的培養(yǎng)大綱才能培養(yǎng)出較強的創(chuàng)新應(yīng)用能力而且具備創(chuàng)新實踐精神的機械類專業(yè)人才？

(3) 實踐教學條件受限，教學效果難以達成。①在新疆高校機械專業(yè)實踐教學中，實驗設(shè)備短缺和實驗場地不足的問題已成為制約機械專業(yè)實踐教學的重要因素。學生實踐的時間和次數(shù)都非常有限，這將無法保證學生將理論課中學到的知識及時有效地運用到實踐中去，對學生動手能力的提高影響比較大，學生掌握的理論知識無法在實踐中得到驗證。②機械相關(guān)實驗設(shè)備因其價格高、損耗大、操作要求高等因素，使得常規(guī)實驗教學容易受實驗內(nèi)容、實驗設(shè)備、實驗時間、實驗空間的限制。尤其對于少數(shù)民族學生，受語言和前期學習基礎(chǔ)的影響，在正常的實驗教學過程中，需要大量的時間來重復實驗過程才能較好地掌握實驗內(nèi)容。③部分相關(guān)實驗操作有一定的危險性，為了避免造成人員受傷或設(shè)備損壞，這對實驗操作人員有更高的要求，學生只是進行觀摩及記錄實驗數(shù)據(jù)， 無法使學生通過親手操作來提高學生的實際動手能力，實驗局限性大，綜合性、創(chuàng)新性實驗效果較差，使得學生的實驗興趣和創(chuàng)新思維受到影響。④大型復雜機械裝備內(nèi)部運行規(guī)律，無法進行實驗或深入理解，而傳統(tǒng)真實實驗設(shè)備很難實現(xiàn)學生自主設(shè)計實驗，學生迫切需要一個能夠?qū)崿F(xiàn)自主設(shè)計創(chuàng)新的平臺。

2 構(gòu)建新型教學資源與學習條件

著力培養(yǎng)大學生的創(chuàng)新實踐能力是機械專業(yè)實踐教學環(huán)節(jié)的基本要求，學生只有進行真正的實踐操作，他們的實踐水平才能逐步提高。但是如果在真正的機械設(shè)備上進行實踐操作，這會大大增加學校的經(jīng)費開支，而虛擬仿真技術(shù)的出現(xiàn)恰好解決了這方面的問題，具有投入少、操作簡便的特點，為學生的實踐提供了優(yōu)質(zhì)平臺。

2.1 以虛擬仿真教學平臺為核心的實踐教學體系

隨著高等學校實驗教學的改革不斷深入，新疆大學作為區(qū)域的科教中心，在民漢一體化教學改革形勢下，借助學科建設(shè)、師資力量、科學研究和人才培養(yǎng)等方面的綜合優(yōu)勢，通過借鑒國內(nèi)高校在實踐教學改革方面的成功經(jīng)驗，成立了機械工程虛擬仿真實驗教學中心，以培養(yǎng)新時代機械專業(yè)具有創(chuàng)新思維、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的創(chuàng)新型工程應(yīng)用人才為目標，構(gòu)建了以機械專業(yè)虛擬仿真實驗教學平臺為核心的實踐教學體系，以中心所具有的豐富的教學軟硬件資源和實踐訓練環(huán)節(jié)成為開展創(chuàng)新能力培養(yǎng)的理想平臺。

采用虛擬現(xiàn)實及多媒體技術(shù)在計算機上建立虛擬實驗環(huán)境，提供可操作的虛擬實驗儀器，使學生在互聯(lián)網(wǎng)上通過接近真實的人機交互界面完成實驗，在計算機上營造可輔助、部分替代甚至全部替代傳統(tǒng)實驗各操作環(huán)節(jié)的相關(guān)軟硬件操作環(huán)境。如：大型風能發(fā)電機、機械式采棉機、節(jié)能抽油機等大型復雜產(chǎn)品的設(shè)計制造，已構(gòu)建了具有高度真實感、直觀性和精確性的虛擬現(xiàn)實平臺。

2.2 深化產(chǎn)教融合，共享教學資源

依托科研項目，利用校企雙方資源和優(yōu)勢，共同開展實驗實踐教學。通過多種合作方式，與新疆磐基實業(yè)、新疆第三機床廠、新疆金風科技股份有限公司、新疆科力先進制造技術(shù)有限公司、新疆新特順電氣制造有限公司、新疆天山汽車制造有限公司多家企業(yè)展開了不同程度的合作，聯(lián)合開發(fā)出模具三維設(shè)計圖庫系統(tǒng)、生產(chǎn)車間虛擬布局設(shè)計與優(yōu)化虛擬仿真實驗教學系統(tǒng)、抽油機圖庫信息管理系統(tǒng)、風能發(fā)電機組虛擬裝配仿真實驗教學系統(tǒng)、虛擬風電場可視化實驗教學系統(tǒng)、采棉機關(guān)鍵部件虛擬仿真實驗教學系統(tǒng)、高低壓電器開關(guān)柜三維設(shè)計與虛擬裝配實驗系統(tǒng)等，實現(xiàn)了設(shè)計三維數(shù)字化、加工工藝和模具制造的柔性化。例如，可以利用虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)講授人機工程學，使學生身臨其境的觀察人機操作規(guī)范；利用虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的三維可視化效果，進行產(chǎn)品展示教學；機械專業(yè)學生還能夠進行機械產(chǎn)品虛擬設(shè)計與系統(tǒng)仿真，進行虛擬仿真和虛擬測試評估，通過虛實相結(jié)合的實踐教學方式，不僅能有效激發(fā)學生的學習熱情以及學生學習的積極性，還能培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)造性。

3 大學生創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)模式

3.1 立足本土，建立民漢混合學習小組

由于新疆高校在高考錄取中的照顧政策[13]，漢族新生和少數(shù)民族新生生源質(zhì)量存在較大差距，這使得民漢學生間的水平差異和類型差異顯著。新疆高校民漢合班這種新型編班形式，為各民族學生朝夕相處、共同成長提供了積極的環(huán)境，同時，也帶來了極大的挑戰(zhàn)。因為民漢學生文化和專業(yè)基礎(chǔ)知識水平存在差距，任課教師為了保證正常的教學進度，部分少數(shù)民族學生會落后于整體教學進度，久而久之，就會有厭學情緒，甚至出現(xiàn)逃學、逃課、持續(xù)掛科的現(xiàn)象[14]。此種背景下，如何更高效地促進漢族大學生和少數(shù)民族大學生學習融合提出了新的要求和挑戰(zhàn)。

因此，建立民漢混合學習小組，不僅符合新疆本土特色，讓不同民族的學生間加強了解、溝通和理解，最終實現(xiàn)不同民族和諧共處即民族團結(jié)的價值。而且，在學習過程中，漢族學生幫助少數(shù)民族學生，少數(shù)民族學生幫助漢族學生，互幫互助，共同進步，以達到最好的學習效果。

3.2 利用虛擬仿真實驗教學平臺，培養(yǎng)自主學習能力

計算機多媒體技術(shù)的快速發(fā)展，預(yù)示著越來越多的年輕人，其學習生活方式因信息化時代的到來而潛移默化地被改變，而傳統(tǒng)課堂與數(shù)字化信息手段相結(jié)合，甚至于信息手段占據(jù)越來越多比例的教學方式必將是未來教育發(fā)展的趨勢。數(shù)字化技術(shù)手段引入傳統(tǒng)課堂，不僅能夠有效發(fā)揮教師的主導作用，更為重要的是能夠大大提高學生的積極性、主動性和學習的興趣[15]。例如，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)開發(fā)的虛擬仿真實驗教學平臺中相關(guān)的教學資源，不用去風場、油田、農(nóng)田現(xiàn)場，讓參與的學生足不出戶就可以了解風能發(fā)電機、機械采棉機、節(jié)能抽油機等裝備的工作狀況、運動方式，而且對如何設(shè)計制造大型機械的全過程有了全面的了解，既解決了真實實驗平臺無法開展的實驗教學的難題，減少了真實實驗教學中的高成本，資源的浪費等情況，又可以提高學生的理解力和注意力，有利于調(diào)動學生的積極性和主動性，以及學生對知識的把握。

3.3 學研結(jié)合,培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力

對于實踐性較強的機械專業(yè)學生來說，課外實踐和科技創(chuàng)新模塊驅(qū)動了大學生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)，利用虛擬仿真實驗平臺以及虛擬實驗室的相關(guān)實驗教學軟硬件教學資源，為學生提供一個自由組隊、自主設(shè)計的完全獨立自主的實踐環(huán)境。學生還可以依據(jù)個人感興趣的方向，自主立項創(chuàng)新項目，學院并為其配備相關(guān)指導教師，從課內(nèi)到課外為學生提供完全開放的實驗和實踐學習環(huán)境。

以某民漢混合小組自主完成的達坂城虛擬風電場為例,依托合作企業(yè)，由其提供風能發(fā)電機的型號、各零部件的尺寸參數(shù)、風場風機布局等，該小組自主分工，完成了從風能發(fā)電機幾百個零件的三維模型的創(chuàng)建，到各部件的虛擬裝配直至整機的裝配(這部分在虛擬裝配平臺中完成)，再到各機構(gòu)運動仿真的完成。另外，后期的虛擬場景建模及渲染部分由工業(yè)設(shè)計專業(yè)的學生完成。整個虛擬風電場從建模到完成，全部由學生自主完成，只要感興趣并能堅持的漢族學生、少數(shù)民族學生都可以成為小組的成員，學院提供教師指導及實驗室、計算機、虛擬裝配平臺等硬件資源。通過專家審核，整體不錯的項目可以作為教學案例，進一步激發(fā)了大家的學習熱情。通過不同民族、不同專業(yè)的學生共同參與并完成項目，不僅為學生提供了一個開放的可自己動手設(shè)計、仿真、機構(gòu)運動模擬的實踐性教學環(huán)境，使學生在創(chuàng)造性思維基礎(chǔ)上使用先進設(shè)計手段和方法，大大增加了學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。而且，對縮小民漢差距實現(xiàn)新疆民漢一體化教學改革具有重要的現(xiàn)實意義。

4 結(jié) 語

隨著“一帶一路”建設(shè)的推進，對新疆高校來講既是機遇又是挑戰(zhàn)。在高校的實踐教學中，充分發(fā)揮創(chuàng)新智力資源，利用虛擬仿真教學軟硬件資源，激發(fā)學生創(chuàng)新活力，培養(yǎng)學生的學習興趣、激發(fā)學生的創(chuàng)造熱情、鍛煉學生的創(chuàng)新思維、提高學生的自主創(chuàng)新能力，已成為一種趨勢。本文立足本土，結(jié)合新疆“民漢合班”人才培養(yǎng)特點，通過民漢混合、學研結(jié)合等方式，增加學生創(chuàng)新實踐應(yīng)用能力的培養(yǎng)，使虛擬仿真教學平臺在機械專業(yè)實踐教學和創(chuàng)新人才培養(yǎng)上發(fā)揮出更大的作用。這對縮小民漢差距實現(xiàn)民漢學習共融目標的新疆民漢一體化教學改革具有重要的意義。