构建实验教学新体系

二、构建实验教学新体系

虚拟仿真实验项目立足于培养学生进行武器系统产品的技术开发能力和工程应用能力，提高学生适应新工科2.0时代解决复杂工程问题的能力，强化学生独立工作能力和团队合作精神，为造就“会思考、能实战、讲诚信、善创新、可持续”的具有较强工程实践能力、社会责任感、创新精神和国际视野的化工拔尖创新人才提供保障。

突出“以学生为中心”　的教学理念［10-11］，构建　“三系统、五模块、四融合”的教学体系［12］。实验提供沉浸式火炮结构虚拟实验室环境，激发学生学习兴趣，达到主动学习效果。三系统指学习系统、实验系统、评价系统。五模块包括火炮设计理论学习模块、火炮结构认知模块、火炮机构运动参数测定虚拟实验模块、火炮基本运动方案设计与测试实验模块、平面机构运动创新测试虚拟仿真实验模块。四融合是虚拟仿真实验与机械设计理论融合、与实体实验融合、与国防科研项目融合、与兵工装备工程项目融合。

1.实验目的

在火炮结构设计实体实验难以达到的情况下，运用虚拟仿真技术，以火炮基本运动机构为仿真对象，基于真实工作过程开发具有高仿真度、高情景化、高沉浸感、高参与性效果的火炮机构运动创新设计实验，使学生掌握武器产品开发、设计及改进的基本原理和方法，能够全面、系统地综合运用学科知识解决武器系统工程问题。能够自主学习火炮设计、测量原理与设备操作规范；能够综合运用本专业基础理论和知识，自主开展火炮结构设计，体现创新意识；能够把火炮结构设计的实际工程问题简化为机构运动问题，具有研究、分析机械机构的初步能力，并考虑成本、安全、环境等因素；能够运用实验方法，构思、创新机械运动方案，调整、优化机构参数，具备验证、确定机械运动方案和结构参数的工程实践能力，具备对实验结果进行分析和解释并通过数据分析、信息综合得到有效结论的能力；能够在多专业方向背景下的团队中承担团队成员或负责人的角色。

2.实验原理

虚拟仿真实验项目以培养学生综合设计能力、创新能力和实践动手能力为目的，要求学生在实验中考虑机构设计、装配、运动及运动学仿真等内容。

虚拟仿真实验（图1）共包含4个子系统——学习系统、实验系统、考核与评价系统和线上交流系统。

3.实验系统

实验系统界面如图2所示，包括5个实验模块。

（1）火炮设计理论学习模块，介绍了火炮设计过程相关理论，包含：火炮概念、火炮工作原理、火炮炮身设计、火炮自动机构设计、火炮反后坐装置设计等内容（图3）。

（2）火炮结构认知模块，通过对典型火炮结构的认知与拆装，让学生认识并理解火炮结构及运动部件。图4为某型加农炮结构外形。

（3）火炮机构运动参数测定虚拟实验模块，设计3种实验设备模型，完成机构运动搭建功能，系统进行实验设备组装过程模拟，设备组装完成后，设备可进行运动仿真。

（4）火炮基本运动方案设计与测试实验模块，以曲柄滑块运动机构实验、曲柄导杆滑块运动机构实验、平底直动从动杆凸轮机构实验、滚子直动从动杆凸轮机构实验为出发点，通过实验，进行滑块位移、速度、加速度测量，转速及回转不匀率的测试，培养学生使用专用仪器对运动机构进行仿真测试的能力。

（5）平面机构运动创新测试虚拟仿真实验模块，以平面机构为实验对象，学生可搭建多个实验，并通过研究运动机构简图来完成结构搭建，对模型进行运动仿真，验证设计的合理性，并在验证的基础上进行下一步的优化处理。

实验项目对应的知识点、对毕业要求指标点的支撑关系如表1所示。