虚拟仿真实验在制冷压缩机拆装教学改革中的应用

虚拟仿真实验在制冷压缩机拆装教学改革中的应用

虚拟仿真实验在制冷压缩机拆装教学改革中的应用

摘 要 对“制冷压缩机拆装实验”课程进行教学改革,采取虚拟仿真实验教学项目与实际动手实验相结合的虚实模式,设计包括前端仿真教学系统和后台管理系统两部分的烟台大学压缩机拆装虚拟仿真教学系统。教学内容模块化,重视实验过程性考核,成绩按照40%动手实践+30%中间考核+30%实验报告。虚拟与现实相结合,解决实验设备台套数不足问题,实现全员参与和达成,提高学生动手实践能力和解决复杂工程问题的能力。

关键词 虚拟仿真实验;教学改革;能源与动力工程;制冷压缩机

中图分类号:TP391.9文献标识码:B

文章编号:1671-489X(2020)08-0127-03

Application of Virtual Simulation Experiment in Teaching Reformof Disassembly of Refrigeration Compressor//LIU Huanwei, ZHAOHaiboAbstract The application of virtual simulation experiment and hands-on practice in the teaching reform of disassembly of refrigeration compressor is carried out. The Yantai University virtual simulation teaching system of disassembly of refrigeration compressor is de-signed, which includes the front-end simulation teaching system andthe back-end management system. Modularization of teaching con-tent, emphasis on the assessment of experimental process, and 40%hands-on practice + 30% intermediate assessment + 30% experimen-tal report are the key features of reform. The combination of virtual and reality can solve the problem of insufficient sets of experimental equipment, realize the participation and achievement of all staff, andimprove the students’ practical ability and the ability to solve complexengineering problems.

Key words virtual simulation experiment; teaching reform; energy and power engineering; refrigeration compressor

1 前言

《教育部等部门关于进一步加强高校实践育人工作的若干意见》《教育部关于深化本科教育教学改革,全面提高人才培养质量的意见》以及《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》等要求加大实践学分的比例。目前,烟台大学工科专业人才培养方案实践学分比例不少于30%。2019全国教育大会以及山东教育大会提出实施“六卓越一拔尖”2.0版本计划以及“双万计划”等,对卓越计划的进一步发展提出具体的要求和方向。与此同时,工程教育专业认证的标准,坚持以学生为中心、以产出为导向和持续改进的基本理念,同时要求全员参与和达成解决复杂工程问题的能力[1-4],对实践类课程提出不少挑战。

2 制冷压缩机拆装实验课程改革目标

根据培养高水平应用型人才的办学定位,烟台大学能源与动力工程专业主要培养以热工、力学和机械科学理论为基础,具备能源生产、转化、利用与动力系统研发基本理论和应用技术,具备节能减排理念,能在工业、國防、民用等领域从事制冷及低温工程、空调工程设计,制冷空调系统安装、运行管理、实验研究和制冷空调机器设备研制、开发、营销等工作的高级应用型人才。

“制冷压缩机拆装实验”是能源与动力工程专业的专业课,属于必修课程,自2003年本专业设立以来一直开设该课程,累积年限超过16年。压缩机拆装大实验课程,2学分,64学时,现面向烟台大学能源与动力工程及卓越工程师计划专业三年级本科学生(第五学期)开设,需要先修课程包括工程热力学、传热学、制冷原理与设备以及制冷压缩机等。根据课程目标和内容,自编实验指导书《制冷压缩机拆装大实验指导书》,授课人数每年100余人(含卓越工程师教育计划班),课程资源有较多积累,包括实验指导书、教学大纲、虚拟仿真实验项目等。

“制冷压缩机拆装实验”主要针对当前典型的活塞式和螺杆式两种制冷压缩机进行拆装实验,掌握压缩机工作原理、结构特点、各部件作用以及具备初步诊断压缩机故障的能力。通过虚拟仿真实验教学项目和实际动手拆装实验两个阶段的学习与实践,本课程学习要全面系统地掌握活塞式制冷压缩机的拆装步骤及注意事项、活塞式制冷压缩机零部件结构及工作原理、螺杆式制冷压缩机组结构及各零部件结构特点和工作原理知识;具备制冷系统中制冷压缩安全稳定运行以及故障判断和部分零部件拆装维修等基本能力,为培养高素质高级应用型专门人才奠定基础。

3 课程内容改革与资源建设情况

“制冷压缩机拆装实验”主要研究制冷系统核心部件制冷压缩机拆卸、装配以及压缩机零部件考核等内容。该课程主要讲授活塞式和螺杆式制冷压缩机这两种典型制冷压缩机的拆卸和安装等,具体内容涵盖上述两种类型压缩机的各零部件结构特点、作用以及工作原理等。该课程为专业方向课学习以及工程实际应用打下基础。 “制冷压缩机拆装实验”教学内容及模块设置:针对上述目标和定位,设置四个实验模块,即活塞式制冷压缩机系统拆装、活塞式制冷压缩机各零部件及作用、螺杆式压缩机组系统拆装及螺杆式压缩机各零部件及作用。

“制冷压缩机拆装实验”教学模式改革:采取基于虚拟仿真实验教学项目和现实实践相结合的教学模式。

基于本课程,开发烟台大学压缩机拆装虚拟仿真教学系统,分前端仿真教学系统和后台管理系统两部分。如图1所示,前端仿真教学系统包括活塞式制冷压缩机和螺杆式制冷压缩机两种压缩机形式供选择;每一种压缩机拆装虚拟仿真实验包括三种模式,即学习模式、练习模式和考核模式;每一种模式均有两种学习方式,即拆卸和装配。

其中考核模式的拆卸和装配学习方式中按照拆卸顺序,点击需要用到的工具,双击拆卸的零件。在不清楚应该拆卸哪个零件的情况下,点击【跳过】按钮可跳过当前需要拆卸的零件,继续拆卸后面的零件。拆卸完所有的部件及零件,点击【提交】按钮,显示错误步骤数及错误零件名,并将考核结果提交到后台。

烟台大学压缩机拆装虚拟仿真教学系统包括学习模式、练习模式、考核模式。学习模式和练习模式均包括手动和自动两种选择。要求学生先选择学习模式,然后进行练习模式,最后进行考核模式。每一名学生的考核成绩可通过后台记录,具体如图2所示。

后台管理系统的主要作用是对使用前端仿真教学系统的学生进行管理,对学生的成绩进行记录,主要功能模块有权限管理、组织管理、人员管理、成绩管理、系统管理。

在烟台大学压缩机拆装虚拟仿真教学系统后台管理系统的成绩管理中点击右侧【筛选】按钮,弹出筛选面板,可以按照邮箱、学号、姓名、班级、考核时间进行筛选,详细查看并修改成绩信息。每位学生错误的步骤数和错误原因均详细记录,对进一步找到原因进行巩固学习具有指导作用,见图3。

烟台大学虚拟仿真实验教学项目参评2019年度国家虚拟仿真实验教学项目,相关信息如http://www.ilab-x.com/details/v3?id=2823&isView=true所示。

通过虚拟仿真实验教学项目后,进入实验室进行动手实验。重视实验过程性考核,即贯穿整个过程的动手实践、中间环节考核以及后期实验报告,成绩为40%动手实践+30%中间考核+30%实验报告。

如图4所示,采用虚拟仿真实验教学+实践动手两个环节相耦合的教学模式改革,学生对制冷压缩机理论课程的理解更加深入,对本课程动手实践能力和初步解决复杂问题的能力得以提升,对课程评价高。

4 结语

烟台大学压缩机拆装虚拟仿真教学系统分前端仿真教学系统和后台管理系统两部分,教学内容模块化,针对实验内容分为四个模块,实现内容分割與模块化设置。重视实验过程性考核,即贯穿整个过程的动手实践、中间环节考核以及后期实验报告,成绩为40%动手实践+30%中间考核+30%实验报告。小分组,全员参与和达成;虚拟与现实相结合,解决实验设备台套数不足问题。“制冷压缩机拆装实验”课程进行教学改革,即虚拟仿真实验教学项目与实际动手实验相结合的虚实模式,实现全员参与和达成,提高了学生解决复杂工程问题的能力。

参考文献

[1]杨颖.基于工程教育专业认证的电子技术实验教学改革研究[J].工业和信息化教育,2020(1):84-89.

[2]周兆兵,郭晓磊,曹平祥.基于OBE教育理念的木材加工机械与刀具实验教学探索与实践[J].教育教学论坛,2019,12(51):277-278.

[3]刘畅,赵海波,周秋淑,等.卓越计划下本科毕业环节的协作式培养及考评体系:以烟台大学为例[J].中国教育技术装备,2019(12):71-73.

[4]刘焕卫,周秋淑.卓越工程师培养的生产实习教学改革探索[J].科技视界,2016(1):21.

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