基于虚拟样机技术的专业兴趣小组的构建与探索

史增录，甄 军，张 绢，唐学鹏，李雪莲，张学军

（新疆农业大学机电工程学院，新疆 乌鲁木齐 830052）

2013年新疆农业大学成为第三批卓越工程师教育培养计划的实施高校之一，农业机械化及其自动化本科专业成为国家级卓越计划实施专业。我校农业机械化及其自动化专业的卓越计划是在已有人才培养模式基础上，历经3年多的探索和实践，进一步完善培养工程应用型人才的又一个重要改革项目。卓越计划的实施依托自治区级实验教学示范中心、自治区级重点实验室、自治区重点产业紧缺人才专业（农业机械化及其自动化专业）、国家级大学生校外实践教育基地等，培养具有扎实的理论基础和宽厚的专业知识，具备良好职业素养、创新能力、工程实践能力，德、智、体、美全面发展的卓越人才。

为培养具有理论基础实、实践能力强、创新精神好、综合素质高的应用型卓越人才[1]，在加强与企业联合培养人才机制建设的同时，也开展了提高创新能力和工程实践能力的专业兴趣小组的探索和实践。针对专业兴趣小组建设过程中存在的创新能力和工程实践能力弱的问题，利用虚拟样机技术逐步增强专业兴趣小组在农业机械设计中的兴趣，提高农业机械的创新设计能力和典型机构的分析能力，通过实践，再查漏补缺理论知识，进一步完善、强化理论知识，以达到兴趣小组创新能力和工程实践能力的提高。

虚拟样机技术是一种基于产品的计算机仿真模型的数字化设计方法[2]，也是应用于仿真设计过程的技术，包括数字化物理样机、功能化虚拟样机和虚拟工厂仿真三方面内容[3]。结合农业机械领域自身的特点，技术储备，装备水平和新产品研发能力的相对落后的现状，利用虚拟样机代替物理样机进行农机产品的创新设计与评估，为缩短产品的开发周期，降低产品开发成本，改善产品设计质量具有重要意义[4]。同时，虚拟样机技术对培养具有创新能力、工程实践能力的卓越人才具有重要的作用。

1 专业兴趣小组的总体设计

专业兴趣小组以卓越工程师教育培养计划为依托，以国家级大学生校外实践教育基地“新疆农业大学-新疆中收农牧机械公司工程实践教学基地”、自治区级重点实验室“新疆农业工程装备创新设计实验室”为平台，以虚拟样机技术为方法和切入点，旨在突出学生学习的主体地位，重视引导学生如何自学，增强师生广泛、深入的交流，给学生提供一个理论联系实践，加深并拓宽专业知识技能深度、广度的一个锻炼平台[5]。

专业兴趣小组建设的核心是贯穿整个过程的自主学习，重点是教学情境的创设和教学思路的展开，关键是专业兴趣小组成员的过程执行力及评价标准，着力点是激发学习兴趣和探索专业知识的兴趣和好奇心。为此制定了基于虚拟样机技术的讲座、研讨、项目、辅导、实践、答辩等环节的兴趣小组建设的内容。

2 专业兴趣小组的实施

专业兴趣小组以农业机械化及其自动化本科专业实施的国家级卓越工程师教育培养计划为基础，组建专业兴趣小组，小组由4-6名农业机械专业的大三、大四年级的学生组成，本着自愿、爱好、特长的原则，选拔兴趣小组成员，并配备从事卓越计划培养，有着许多宝贵的教学经验，能够创设教学情境的、展开教学思路的教师担任兴趣小组的指导老师[5]。

专业兴趣小组在实施过程中根据实施进度的需要，分阶段开展相关内容的讲座，以引导学生下一步的学习。针对讲座的内容，预留自学思考的时间，进行小组的研讨，进一步明确问题。紧接着以项目形式安排相关的任务，项目内容不仅要结合实践企业的生产情况，还要以典型的农业机械及机构进行制定。项目开展后指导老师进行定期的辅导，以尽快完成项目内容。专业兴趣小组结合项目内容到校内实验室和企业进行机械产品的生产实践，反馈项目设计中的问题和不足，进行项目的完善、整理。兴趣小组实施过程以卓越计划的指导老师团队为答辩组成员，其他参与卓越计划的学生旁听方式，进行专业兴趣小组的过程答辩汇报，并进行评价。

2.1 讲座

讲座一般采用大课形式，主要针对兴趣小组实施的不同需求，分阶段介绍实施过程中相关的知识及典型案例。例如首先需要介绍虚拟样机技术的基本情况，主要内容、功能，给学生一个虚拟样机技术可以干什么的总体概念。通过介绍虚拟样机技术在农业机械设计中的应用，以典型农业机械的虚拟样机的设计为案例，简要介绍设计过程，以引导学生高效学习。

讲座应注重农业机械设计的综合知识，介绍设计的一般流程，数字化虚拟样机的建立及其运动学、动力学的分析和关键结构的校核等方法，着重激发学生的学习兴趣，引导和鼓舞学生学习的动机。专业兴趣小组培养的专业知识，可成为学生未来职业岗位适应性和发展的后劲，同时能够以点带面影响到整个班级乃至整个专业，使其具有良好的专业学习气氛，经过较长时间的积累可形成自己的专业特色[6]。

2.2 研讨

专业兴趣小组根据成员数量，分成2～3队，每对2～3人，进行典型农业机械虚拟样机设计的研讨。每队根据讲座的内容，结合自学和对虚拟样机的理解，准备15分钟左右的发言。针对发言情况，小组成员开展探讨。重点讨论、分析，存在的问题，理清学习思路，进一步加深虚拟样机技术在农业机械设计中运用。

2.3 项目

项目是专业兴趣小组开展训练的重要内容，是小组过程实施的重点。指导教师结合校企联合培养创新人才的方案，根据实践企业的相关生产需求，制定适合学生和实际需求的项目任务，并明确小组成员的任务与目标，指导小组成员自主学习、内部分工和通力合作，帮助小组制定独立工作计划和资料搜集整理，追踪小组内的活动交流并及时解决问题，督促小组完成项目任务[7]。

专业兴趣小组在项目实施过程中，利用虚拟样机技术建立零件的模型，进行虚拟装配，并检查零部件的装配间隙和干涉，应用分析软件对样机进行运动仿真并对关键部件进行校核、计算，及时发现错误，优化结构，从而提高设计效率、优化设计方案、缩短设计周期、降低生产成本[8]。

专业兴趣小组实施项目过程中，指导教师着重对虚拟建模、运动仿真和优化设计等各个阶段进行综合培训指导，同时在不同阶段安排相应的设计实训任务，促使学生在学习技能的基础上增加对其在机械创新设计中具体应用的思考。

2.4 辅导

辅导以小课的形式帮助兴趣小组成员解决学习和项目进行过程中存在的问题，引导学生解决问题的方法，进而深入探索相关的专业知识，和实践中需注意的问题。

辅导以学生自学为中心，指导老师指明可以解决问题的几个方向，具体实施由小组成员主动探索实践，追寻解决问题的答案。

2.5 实践

实践环节依托卓越工程师教育培养计划，由以国家级大学生校外实践教育基地“新疆农业大学-新疆中收农牧机械公司工程实践教学基地”为平台的企业实践，以及新疆农业工程装备创新设计实验室为平台的校内实践两部分组成。经过项目锻炼后，专业兴趣小组通过实践环节加强对物理样机创新设计的能力的锻炼，从加工图纸绘制、标准件选购、加工工艺制定、零件加工到样机的装配和调试都让小组成员参与，并且根据所设计产品的技术要求和使用要求进行试验。

通过实践让学生尽早到工厂一线了解企业生产的过程，引导学生在日常学习中理论与实际结合，提升学生综合素养和实践技能，增强学生的岗位适应性，以培养真正符合社会需求的具有创新能力的农业机械专业人才[9]。

2.6 答辩

专业兴趣小组实施效果好坏的关键是过程执行力及评价标准。通过采用分阶段的答辩汇报、指导老师评分的方式，评价兴趣小组各成员，以答辩督促小组成员，以答辩发现问题，提高自学能力。

兴趣小组的评价标准的制定结合卓越工程师教育培养计划的要求，又综合高校企业联合培养人才的方案，以提高专业兴趣小组成员的创新能力和工程实践能力为目的，制定评价考核的标准，由卓越计划的指导老师团队组成答辩组，其他参与卓越计划的学生旁听方式，进行专业兴趣小组的答辩汇报。

3 结语

虚拟样机技术在专业兴趣小组建设中应用，经过两年多的实践探索，培养了学生对农机设计和分析的兴趣，提高发现问题、分析问题、解决问题的能力，增强创新能力和理论结合实践的能力方面有较显著的作用。专业兴趣小组的活动过程，不再局限于书本知识，而是多门课程、多学科知识的综合应用，有利于促进成员的学习主动性，激发创新热情。通过专业兴趣小组的建设，为我校农业机械化及其自动化本科专业国家级卓越计划的实施提供帮助，对培养本专业学生的创新能力、实践能力和独立自主能力等方面具有重要的作用。