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把工厂 “搬”上网?“云端”做实验打破时空限制
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来源:上观新闻 作者:李蕾 2020-05-28 18:23
摘要:依托虚拟仿真教学资源,让学生们“宅”在家中也能做实验。

在大型发电装备制造车间,查看车间的设备布局、设备模型、设备运行情况,并按照要求进行发电机轴的工艺规划设计……在上理工装备制造虚拟仿真实验教学中心杜宝江老师的“机械虚拟设计与制造”课上,同学们“走进”工厂、操纵设备、加工大型零件。更特别的是,这些操作过程是120余位学生各自在家通过“云端”实现的。

今年,受疫情影响,上海理工大学、上海海洋大学等大学纷纷将实验课“搬”到云端,依托虚拟仿真教学资源,打破时空限制,既让学生们“宅”在家中也能做实验,也为以后的正常教学留下宝贵的影像资料。

《鱼类学实验》视频拍摄。

打破时空限制,让动手实操成为可能

“疫情期间在家也能做实验真是太棒了!以往就算进工厂实习参观也大多是‘走马观花’,几乎没有‘上手’的机会,在虚拟仿真平台上,我就可以‘直接’操作机器来制造零件。”机械工程学院蔡俊同学在完成“大型零件加工生产认知实验”后感叹道。

其实,即便不受疫情影响,虚拟仿真实验在日常教学中也能“大显身手”。就拿发电机轴的设计和加工来说,这类大型零件有的长度约十几米,制作周期可能也要数月之久。即使同学们去了工厂,也只能看到庞大的、冷冰冰的零件摆在自己面前,根本无法全程参与。然而,虚拟仿真实验整合了计算机、虚拟现实、数据库等新技术,采用立体视觉、人机交互等手段,构建起高度逼真的虚拟仿真教学资源,打破时空条件限制,让学生动手实操成为可能。

马斯同学在塔吉克斯坦的家里远程做实验。

上海海洋大学也开启了“实操+仿真”的在线实验课。老师们从以往课程中已经操练过的鲫鱼解剖为切入点,结合《细胞生物学实验》教学中的关键问题,设计了鱼类的采血和组织印片等几个能居家操作的动手环节,让学生们在看边看课件和视频的同时,边练边学习实验操作。据悉,3月以来,上海海洋大学积极鼓励教师充分利用信息技术推进教学改革,利用虚拟仿真、在线演示、视频等方式开展理论性、演示性内容教学。大家分工协作,克服时间短、任务重的难题,持续奋战三天,完成了“硬骨鱼类系统比较解剖”“鱼类分类和标本鉴定”“鲫鱼生物学初步研究”三大部分、十个实验的视频拍摄制作工作,为即将开始的6个自然班184余名学生的线上鱼类学实验课提供了翔实、直观的视频材料。

鱼类性腺取样和组织印片操作练习。

安全且高效,助力“新工科”人才培养

哪些材料能被用作大飞机的机翼?如何把核能、太阳能、地热能组成一个系统的分布式能源?如何对污染的农田进行化学测试并改良?在理工科的很多实验中,存在着高耗能、高危险、不可逆等情况,此时就需要虚拟仿真技术来助力。

“我们采用虚拟仿真技术,为同学们搭建了大型零件机加工生产的虚拟实验环境,更容易再现实验室环境下所达不到的工程实际,为学生提供安全、经济的虚拟实验环境,突破了传统实验教学的时间和空间限制。”杜宝江说道。当学生在设定好实验参数后,就可以进行零件加工模拟校验,在反复的实验中,既降低了“试错成本”,也避免了在真实环境下操作的危险性问题。“虚拟仿真实验教学是学科专业与信息技术深度融合的产物,针对手工计算困难、工程实用性强的专业问题开设,提高同学们的实践和创新能力,助力‘新工科’人才培养。”上理工装备制造虚拟仿真实验教学中心主任丁晓红教授说道。

虚拟仿真实验中的工厂车间。

今年疫情期间,上理工能源与动力工程学院的研发的“基于VR技术的工业锅炉3D信息集成网络系统”大有用武之地,该系统可以实现5种典型工业锅炉3D整体与部件的展示、工业锅炉规范标准内容搜索、锅炉设计在线计算、VR视频展示、案例警示等功能。

在徐洪涛看来,虚拟仿真实验系统除了运用于课堂教学、服务人才培养外,在提升行业人员技能水平上也展示出了良好的应用前景。比如当点击需要使用的某部件时,该部件相关的国家和行业规范标准就会显示在页面右边,而以往则需要企业员工一个个去搜索查询,85个与工业锅炉有关的国家与行业标准规范数据库的植入,大大提高了企业设计和研发的效率。“目前,我们已经完成了工业锅炉的3D集成网络系统开发工作。我们也正在相关研发机构开发更复杂的电站锅炉3D信息集成系统,争取早日‘搬上网’。”徐洪涛谈道。

栏目主编:徐瑞哲 文字编辑:李蕾 题图来源:上海理工大学提供
文中图片来源:上海理工大学、海洋大学
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