中职机械基础课程教学中的虚拟实验技术

姜鹏飞

(江苏省张家港市第三职业高级中学，江苏 苏州 215625)

1 虚拟实验的基本概念以及作用

1.1 虚拟实验的基本概念

所谓的虚拟实验是指在计算上利用一些硬软件技术进行全方位地模拟实验，去研究分析一个已经存在或者正处于研究阶段的系统，这个过程就叫做模拟实验。这其中会用到的硬软件技术有很多，比如多媒体、仿真等。虚拟实验在操作过程中是在一个已有的虚拟实验环境或者仿真平台的基础上实现的，如MATLAB软件或者Multisim软件的仿真平台。在虚拟实验操作中可以将传统实验操作中的部分环节或者整个环节转换掉，然后让学生根据自身所具备的机械基础理论知识在这个已有的虚拟环境中或仿真平台上将实验项目完成，从而达到进行模拟实验的目的，充分展现模拟实验的效果。

1.2 虚拟实验在中职机械基础教学中的作用

随着我国科学信息技术的飞速发展，我国仿真技术、多媒体技术及虚拟现实技术等多种技术都有了更迸一步的发展。现今，虚拟实验技术之所以在机械基础教学中得到了广泛应用，是因为其满足了现今时代下机械基础教学的要求。其在中职机械基础教学中的作用主要体现在2方面：一方面，在教学中利用虚拟实验相关软件技术，能够有效改善原有传统的基础教学模式，运用虚拟实验技术，学生在虚拟实验操作中不仅仅是简单地记录数据，而是有自己选择的权利，可以根据自身兴趣爱好选择自己感兴趣或者所需要学习的虚拟实验内容，这样能够充分调动学生的学习兴趣及创新实践能力，是促进机械基础课程良好开展，学生全面发展的重要举措。另一方面，虚拟实验最突出的优势就是其不受时间、地点、实验经费及实验设备等多种外在因素的影响，学生可以进行完全自主地虚拟实验操作。不仅如此，学生将虚拟实验应用到机械基础课程学习中，利用该技术软件对实验数据进行全面分析与总结，能够大大提升中职学生分析问题及实际处理问题的能力，从而为以后从事相关工作奠定基础。由此可见，虚拟实验技术在机械基础教学中起着不可估量的作用，对机械基础教学改革与完善具有一定的促进作用。

2 MATLAB与Simulink系统软件功能分析

2.1 MATLAB系统软件及功能分析

虚拟实验技术的功能发挥在很大程度上是由MATLAB系统软件实现的。MATLAB的中文意思是矩阵实验室，该软件是由美国一家叫做Math Works公司开发的，属于一种商业数学软件，具有数据分析、处理与计算的能力。此外，它具有非常好的开放性和可拓展性，因此，其在机械基础教学模拟实验中得到了广泛应用。MATLAB控制系统内部的控制箱主要是用来处理以传递函数为主导的经典控制理论以及以状态空间为主导的现代控制理论中存在的问题。

MATLAB控制系统工具箱中涵盖了多方面内容，其中包括控制系统中设计与分析过程中必须要用到的函数，数据模型建立、模型转换、模型实现、频域相应、时域相应、调节器及根轨迹等多种设计模块，为MATIAB控制系统建模、分析与设计等实验环节提供了完整方案，是MATLAB软件系统中不可或缺的重要组成部分。

2.2 Simulink系统软件及功能分析

Simulink系统软件可以说是MATLAB系统软件的拓展，它能够实现动态系统的仿真、分析及建模。该系统类型较多，与此同时它还支持离散系统与连续系统混合的仿真操作，其采样速率多种多样。Simulink还是一种性能良好的模型化图形输入仿真平台，具有比较强大的交互性，用户在系统仿真模型分析与构建过程中，不需要把微分方程编写成各种程序或者语言，只需要准确调用Simulink系统软件所提供的功能模块，并将这些功能模块有效连接起来形成用户所需的系统模型，而后用户就可以按照自身所需对模块参数进行随意改变调整。与此同时，采用Simulink系统软件中的信号接收模块内部的示波器模块，能够将系统仿真结果以图形化的方式展现出来，从而达到可视化的动态仿真效果，将这种系统软件应用到机械基础课程教学中，能够使教学实验效果更加清晰、直观地展现在学生面前，对促进学生正确理解机械教学理论知识，掌握机械实践技术具有重要意义。

3 MATLAB及Simulink系统软件在机械基础教学中的应用

3.1 打破了传统教学的限制

机械基础教学内容具有一定的抽象性，所用到的作图方法较多，且计算性较强，需要学生具备一定的学习能力及素养。基于机械基础教学的复杂性，很多中等职业学校在机械基础教学中引入了MATLAB及Simulink系统软件，辅助机械基础教学课程的高效开展。这样能够较好衔接机械理论知识与机械模拟实验环节相分离的状态，从而使机械控制理论知识更易理解，机械模拟实验更加顺利。

3.2 实现对控制系统的设计与校正

运用MATLAB及Simulink系统分软件进行机械控制系统建模操作，可以实现对多种输入模型的响应与操作，然后再对系统内部的响应曲线、频率特性、根轨迹及相关参数变化进行分析，在分析过程中全面掌握其对控制系统动态性及稳定性的影响，这样一来学生在虚拟实验操作中就可以有针对性地对控制系统进行合理设计与校正。在此过程中不仅大大完善了控制系统，同时还锻炼了学生的实践探究能力及创新能力，对中职学生综合水平的提高具有重要作用。

3.3 实现了可视化动态仿真效果

MATLAB软件系统可以对控制系统中的数据进行正确地分析处理与计算，而Simulink系统软件则可以将模拟实验中的仿真效果以图形化的形式展现出来，这样可以让学生更加直观、真实地了解模拟实验真相，从而分析或总结出有价值的机械知识。这在一定程度上能够拓展学生的学习思维，帮助学生克服以往学习中存在的困难，是机械基础课程教学有效开展的良好举措。

4 结语

虚拟实验技术满足了现今时代背景下学生的学习要求，它不仅仅改变了传统的程式化实验教学观念及方式，而且还打破了传统实验中实验时间、器材、空间及内容的局限，学生能够根据自身想法及兴趣随意选择实验内容。给予学生充分的自主权，全面发挥学生的主观能动性，符合我国素质教育的思想理念，对中等职业学校进行教学改革与创新，提高机械基础教学质量具有非常重要的现实意义。