虚拟仿真计算机技术在包装设计课程教学中的应用

龙 健

（桂林电子科技大学艺术与设计学院，广西 桂林 541004）

1 计算机仿真技术

1.1 计算机仿真技术简介

从定义角度来看，计算机仿真技术（Computer simulation Technology）属于特殊的系统模型，其需要计算机技术的支持，也融入了先进的仿真技术，可对特定事件进行模拟处理，广泛运用于培训机构、物流机构、建筑机构等行业，得到了人们的广泛认可[1]。“包装设计”课程引入了计算机仿真技术，对设计的效果进行了有效的模拟分析，得出最佳的设计方案，满足基本的包装设计需求。计算机仿真软件可分为两大类：首先是通用型软件，常见的是ADINA、ANSYS等，近年来更多的人习惯使用ABAQUS、NASTRAN等，且ANSYS的适用范围最广泛，不仅可以进行包装设计的动力学分析，还可以开展结构静力分析，如果与计算机辅助设计（CAD，Computer Aided Design）软件结合，还可以做到数据的有效交换，满足用户的数据共享需求。其次是专用型软件，常见的是TOPSPro、Cape Pack等。随着科技的发展，Truckfill、Vision Pack等软件得到了人们的好评，被广泛使用。专用型软件主要用于包装设计的优化分析，分析托盘的承重力、探索集装箱的最佳摆放形式。Cape Pack软件在课堂教学中较为常见，可引导学生学习包装设计的相关知识。

1.2 虚拟仿真技术应用和发展

虚拟仿真技术实现了人机交互，可从多个层面进行虚拟环境的搭建，用户可在虚拟环境下开展人际交流。当前来说，虚拟仿真技术已经与多个行业相融合，常见的是军事、教育和医学等，其推动了行业的发展，为科技的提升和生活的便捷带来了机遇[2]。另外，虚拟技术在计算机的帮助下可对海量数据进行运算，这给物流运输行业的改革打下了基础。

我国重视虚拟仿真技术的探索，制定了一系列的学习计划，并将虚拟仿真技术融入高校课堂中，希望能够培养出有秀的智能化人才。从国外高校教育改革的现状来看，信息技术为学生的知识学习塑造了虚拟环境，并为学生准备了多样化的实践平台，学生的学习积极性显著提升，对应的学习质量不断改善。例如，英国为学生构建了3D学习环境，购买了先进的虚拟设备，帮助学生进行在线知识的学习。除此之外，英国还组建了虚拟实验室，学生可在网络技术的帮助下进行虚拟仪器的使用，激发了学习兴趣。

虚拟仿真技术的研发需要资金的支持，且有较大的难度。对于我国来说，由于资金不足，无法对虚拟仿真技术开展有效的探索，导致发展水平与国外有着显著差距。为此，政府等相关部门制定了多层面的扶持政策，希望可以确保虚拟仿真技术的顺利研发。在高校的教学改革中，虚拟仿真技术成为必要的学科，学生从中学习虚拟仿真技术，实现学生的全面发展。值得注意的是，虚拟仿真技术与“包装设计”课程相结合，教学过程分为理论知识、包装设计和实践探索3个阶段，科学化的教学课程有助学于学生掌握“包装设计”知识。通过不断实践，学生对虚拟仿真技术有了深入的了解，符合新课改教学要求。随着时间的推移，虚拟仿真技术不仅在军事中广泛使用，而且逐渐向民用的方向发展，为各行各业的顺利发展创造了条件，成为人们生活的一部分。

2 课程教学中存在的主要问题

2.1 理论教学学时比例过大

在实践课堂上，课程教学重视的是理论知识的讲解，而实践过程分为多个阶段。首先是包装件相关参数的确定，随后是包装材料的选择和整理，其次是缓冲垫等相关装置的安装，最后是包装件性能的实验。整个教学过程以教师讲解、学生记笔记的形式为主，不利于学生对知识的掌握。从宏观角度来看，课程教学需要分为两个阶段：第一是理论阶段，教师需要向学生讲解动力学模型知识，告知学生如何实现振动缓冲，学生难以在第一时间完全理解，需要教师多次讲解，也就消耗了大量的时间。第二是设计阶段，教师要求学生跟随教师的引导，将准备好的装置安装在一起，并为学生制定有针对性的实践活动，在该阶段实施前，教师已经将基本的材料整理完毕，学生对基础知识也有了深入的了解，所以实施过程非常顺利，短时间内即可完成。绝大多数高校重视的是第一部分的讲解，动手实践部分较为简单，使得学生只懂得理论，而缺乏实践能力，严重制约了学生的创新精神。

2.2 实践环节内容老套陈旧

实践环节是课程教学的核心，其又可分为实验设计和课程设计两部分。对于实验设计来说，学生必须掌握基本的“包装设计”知识，并在教师的引导下进行实践能力的培养。但实际状况并非如此，多数高校尽管组织了合理的实验设计课程，但仅停留在表面，使得实验数据不精确，无法成为后续实践阶段的依据。在课程设计过程中，学生需要将所学的知识付诸于实践，教师在其中担负着引导作用。初步研究发现，多数高校的课程设计以材料的选定和缓冲垫的制作为主，该内容并不能从本质角度提高“包装设计”的质量，只能确保包装的可用性。另外，实践阶段的顺利进行受多个因素的影响，实验条件的不足和设计课程的缺乏都会造成制约，这也是企业最关系的内容。如果实践环节内容老套陈旧，那么教学质量难以提高。

3 具体实施措施

3.1 课堂理论教学与仿真实例结合

通过前文的分析发现，“包装设计”的理论课程讲解往往占用的时间较多，超过了60%。新课改对“包装设计”课程教学提出了新的要求，要求尽可能避免学生厌烦情绪的形成，此时教师引入生活案例，用实际行动去提高“包装设计”教学质量。在具体的实践中，教师将理论知识讲解与成功案例结合，既让学生学习基本知识，又拓展了学生的知识视野，使学生的积极性不断提升。除此之外，教师还主动为学生筛选课外实践企业，让学生的理论知识成功付诸于实践。通过校企的合作，学生积累了“包装设计”实践经验，对于基础知识的理解也更加深入，改善了“包装设计”教学效果。

3.2 实验教学与仿真技术结合

借助科学化的实验教学，让学生懂得如何评定“包装设计”的性能，为后续包装设计计划的调整创造条件。以实验目的为标准，可将教学形式分为评价实验和分析实验两种；以物流危险因素为标准，教学过程又分为冲击实验、环境实验等形式，另外，近年来增加了振动实验和压力实验等形式；以结合形式为标准，可将教学形式分为3类，即单项实验、多项实验、综合实验。一般来说，高校具备基本的实验条件，相关的振动台和压力实验机较为齐全。但是，由于仪器数量的不足，多数学生的实践时间有限，并不能确保全部实验的面面俱到，制约着教学质量的提高。仿真技术的全面的应用，可使学生对实践过程有全面的认识，尤其是避免了贵重物品的损坏，学生的积极性得到了提升，满足新课改教学要求。

3.3 课程设计与仿真技术结合

要想掌握包装件的性能数据，就需要进行合理的评价和优化，“包装设计”课程教学内容见图1。初步研究发现，传统的课程教学无法在短时间内实现“包装设计”的评价和优化，而仿真软件的使用有效解决了这个问题，不仅节约了实验时间，而且获得了最有效设计模型。首先，学生在Pro/Engineer软件的帮助下完成建模任务，其目的是获得精确的立体图形；随后导入ANSYS软件，根据需要开展相关数据的检测，即振动与跌落仿真分析。CapePack软件优势表现在多个方面，尤其是确定了最佳的排列组合顺序，为后续托盘的选择创造条件。除此之外，教师将Pro/Engineer，ANSYS等软件引入课堂，向学生讲解更多的软件使用技巧，加深学生对软件的理解。此时，课堂教学过程充满趣味性，提高了教学质量。

图1“包装设计”课程教学内容框架

4 教学软件和辅助设备

为了更好地提高“包装设计”教学质量，还需要对教学软件和设备进行全面的分析，实现与课程教学过程的结合，为学生提供充足的实践平台。

4.1 仿真软件

目前，常见的课堂教学仿真软件由Unit y3D开发，其有着操作便捷、学习简单的优势，得到了学生和教师的认可。另外，63.4%的课堂仿真软件来源于Unity3D开发，高校为学生采购了有针对性的学习材料，实现了理论和实践的结合，为后续学生的对口就业打下了基础。Unity3D开发的软件在市场中占据着较高的份额，可应用在WIN、IOS、Android等平台，有效地减轻了学生的知识学习负担。

4.2 远程实验管理和考试平台。

“包装设计”教学要求学生掌握软件的使用方法，教师对学生的知识学习状况进行考核，这个过程需要考试平台的帮助。在具体的教学过程中，考试平台以Mysql或SQL Server为基础，可凭借移动客户端对相关数据进行访问，这个访问的过程就是对学生知识考核的过程。在实施教学考核前，学生需要进行身份验证，只有验证成功的学生才可以进行下一步操作，科学化的身份验证系统不仅能够协助教师完成考核任务，而且能够确保考试平台的安全性，尤其是避免病毒的入侵。教师可远程通过在实验管理平台上发布考试信息，包括考试时间和考试内容等，学生需要在规定的时间内完成考试要求。考试平台由Unity3D开发，具有极高的安全性，符合教学需求。

4.3 存储设备和服务器。

“包装设计”教学内容经过教师详细的思考得以确定，其可存储于服务器之中，以便随时的调用。另外，系统还增设了独立的储存设备，可用于教学素材的存储，也可以直接连接校园网络，存储网络中的教学资料。

4.4 实训桌椅和其他辅助设备。

在“包装设计”教学过程中需要准备足够的实训桌椅，一般来说，教师需要完成5人交互工作台的准备，期间可同时对40人进行教学。值得注意的是，“包装设计”课堂教学中还需要准备路由器、交换机等设备，如果条件允许还可以增加教学扩音设备，尽可能满足教学需求。

5 结束语

综上所述，合理的“包装设计”教学能够拓展学生的思维，强化学生的创新能力。将仿真技术引入“包装设计”教学课程是未来的发展趋势，符合新课改的教学要求，有助于教学质量的提升。正是由于仿真技术的融入，才使得“包装设计”的性能得到了改善，通过不断的试验和分析，降低不良因素给物流运输造成的影响。仿真技术的使用弥补了实验设备不足的缺陷，对于教学质量提高具有非常重要的意义。■