基于SolidWorks开发的机构运动方案设计虚拟实验系统

第一篇：基于SolidWorks开发的机构运动方案设计虚拟实验系统

为了更好地实现实验目的，提高实验效率，作者以机构运动方案设计实验的要求、实验原理、方法为蓝本，用计算机虚拟实验技术，模拟仿真该实验的全过程，设计了一个机构运动方案设计虚拟实验系统.应用该系统，学生在实验前在计算机上对自己所设计方案的可行性、正确性进行可视化验证，然后再进行实际的拼接，提高了实验效率.虚拟实验系统的功能

1)必须具备齐全的模型、而且尽量接近实物，这样才能对实验进行真实的模拟.2)灵活性强，零件的参数能根据需要随时进行调整，实现尺寸驱动功能，即改变其中一个零件的参数后，只需要重建模型，其它零件的相应点的位置会跟着发生改变，零件之间依然保持相应的联结关系，而不需重新进行装配.3)对于机构运动的模拟仿真功能.4)具有运动特性分析和动力特性分析的功能.5)具有实验指导功能.系统的结构流程图如图1所示.图1 系统的结构流程图

2系统开发方法

虚拟实验系统选用的平台是三维设计软件系统SolidWorks。SolidWorks它是基于Windows的全参数化特征造型软件，可十分方便地实现复杂的三维零件实体造型、复杂装配和生成工程图，以参数化和特征建模的技术为核心，为设计人员提供了良好的设计环境，还可以方便地对SolidWorks进行二次开发.用户二次开发的应用程序，可直接挂在SolidWorks的菜单下，形成统一的界面.一般而言，开发人员首先需要在SolidWorks的界面上添加自己的菜单项，以此作为激活用户程序的接口，完成与用户的数据交换。

SolidWorks的API(Application Programming Interface应用编程接口)提供了两种接口方式:有OLE Automation的Idispatch和作为Windows基础的COM(Component Object model).Idispatch的方法可用于VB、VBA或VC的开发环境，常作为快速开发的手段.本文开发的实验系统所使用的程序就是采用的Idispatch接口方法，用VC++6.0编写的.在程序编好后，编译即可形成DLL文件.不同的操作系统需要用不同的设置:Windows95/98采用“MBCS”;WindowsNT/2000采用“Unicode”;生成需要的3dll文件后，就可以使用SolidWorks的“文件/打开”菜单，在过滤器中选择“AddIns(3.dll)”，加载自己的DLL.若该DLL在注册表中注册成功，还可使用“工具/插件”菜单进行一次性加载，以后启动SolidWorks，就可自动加载该DLL，无须再进行加载操作，十分方便.3系统功能的实现

3.1实验装配零件库的建立

为了满足模型齐全的要求，笔者选用SolidWorks2001进行零件的三维造型，并把所有实验室内要用到的零件做成了一个零件库.通过对SolidWorks进行设置，可以使自己创建的零件库像工具条一样陈列在SolidWorks主窗口中.具体方法是:通过选择SolidWorks主菜单中的工具选项选择文件位置，将文件夹显示为调色板零件，再选“添加”，选中自己的零件库文件夹的存放位置.要使用这个零件库，只需要打开它就可以了.方法是，启动SolidWorks后，在工具下选择FeaturePalette，随后便有一个小窗口被打开，选中用户添加的文件夹，就会有一个新的窗口打开，创建的零件库内所有零件都以图标的形式陈列在窗口内，就好象在真实实验里看到的摆放在实验室里的零件一样.但使用起来比在真实实验室里方便多了，你只需要移动滑动条，就可以找到所需要的零件.3.2机构运动设计方案的确定

在拟订方案之前，首先可以从过去成功的设计案例中进行检索，看是否有与设计要求类似的设计案例.如果有，则以这个案例为模板，并对其作适当的修改，以满足当前的设计要求.这样做即可以保证设计要求，还可提高设计效率.如果没有类似的设计案例，则利用所掌握的专业知识和经验进行新的设计.机构运动方案的设计具体由以下几个步骤组成:

1)输入设计要求(包括输入输出间的函数关系和工艺动作要求等等)以及外部的各种约束条件.2)将设计要求及外部条件分解成各个基本动作、基本运动及其约束条件

3)初步选定能完成设计要求的基本机构或已有案例.4)将初步选定的基本机构进行组合，得到多种可能的设计方案.5)对各种方案进行初步的尺度综合.6)对各种方案的机构进行性能分析(包括运动和动力性能分析).7)对各种方案进行评价和排序，以选出最满意的方案.8)如果所有方案均不满意，则重新进行机构选型及组合、尺度综合及性能分析、方案评价及排序等工作.其中对方案的机构性能分析可以通过所设计的虚拟实验系统来完成.学生要做的就是先按以上步骤初步确定设计方案，画出机构运动简图，然后利用虚拟实验系统进行虚拟装配，给出初始输入条件，让系统进行分析计算，学生根据分析计算结果对设计方案优劣作出判断，如果满意，则根据确定的方案进行实际的拼接，如果不满意，则对机构进行构型演化，再装配，再分析，直至得出满意方案.3.3虚拟装配

在虚拟装配之前在磁盘上新建一个文件夹，用以存放选择的零件和最后形成的装配体.首先选出装配所需要的零件，从零件库拖出相应零件的图标，系统就会打开相应零件的编辑窗口，选择另存为，把这个零件存放到新建的文件夹中.注意不要改变没有保存的编辑窗口中零件的各项参数，因为放在这个零件库中的零件是一个参考模板文件，它的参数一旦发生改变，所有以它为参考模板文件生成的文件中的相应参数都会发生改变，所以在拖出图标后，一定要将其另存到自己的文件夹中.即可以在装配之前选好所要用的零件，也可在装配时随取，一般只需要选好几类零件就可以了.SolidWorks是基于Windows操作系统的，使用起来完全和 Windows 一样，可以利用复制、粘贴的形式在装配体窗口内生成同样类型的多个零件.如果是初始装配，则需打开一个新的装配体文件，将选好的零件插入到这个装配体文件中，在零件之间添加相应的装配配合关系就可以了.各构件之间的装配关系和其运动副关系是这样定义的:若是转动副，则在两零件连接处添加端面贴合和同轴心关系;若是移动副，则在两零件接触处添加平面贴合关系.对于机架和导轨等固定不动的构件通过右击SolidWorks特征管理树(Feature manager)中相应零件的实体名，在弹出的菜单内选择固定来实现.由于是虚拟装配，自然比真实装配轻松得多.因为SolidWorks可以实现尺寸驱动，所以改变装配完的机构中构件的某些参数，如杆长，机架的位置后，只需要对装配体机构进行重建模型，其它零件的相应位置会根据配合关系跟着改变，而不需要拆卸后重新装配.图2所示为运用此系统装配好的四杆机构，并且已在SolidWorks界面上加载了自己的菜单，准备进行运动仿真.3.4对机构运动的干涉检查

在装配体形成后，首先要对其进行初步的干涉检查.可以使用SolidWorks自带的干涉检查功能.如果觉得不够直观的话，则可以用拖动其中某个构件的方法，观察各个构件的运动情况，直观地看它们的运动是否会发生干涉.进一步的干涉检查，可以在运动的仿真过程中.选择编程加载的菜单下运动仿真项，对装配搭建的机构进行运动仿真.在仿真过程中可以观察到是否发生干涉，如果发生干涉，两个零件将有重叠的部分，这就需要对机构中的参数进行调整.3.5机构运动的仿真

机构的动态仿真的实现相当于在每一运动时刻，将各个构件根据约束摆放到空间的指定位置上.构件的初始位置在装配体装配好以后就确定了，其中机架位置的坐标值用户是可以自己设定的，而构件在运动当中的各个数据是由外部机构分析程序提供.因此，这种机构三维仿真方法不受机构的复杂性和自由度所限制.给出不同的输入，外部分析程低碳马氏体在热作模具中的应用 http:// Cr13模具钢开裂焊接工艺与Cr13模具钢磨损焊接工艺 http:// 电热水器选择五要点与如何选购安全的灯具 http://序会提供不同的运动数据分析结果，使机构得以实现不同的运动.运动数据分析结果被存储在数据库中以便需要时进行调用.3.6机构运动特性分析和动力学特性分析

运动仿真之后，还需要对机构进行运动特性和动力学特性分析.从而判断出所设计出的机构的优劣.方法是输出特征点的位置、速度、加速度、和力分析曲线.具体实现是通过VC编程绘制曲线图，从数据库中取出保存好的绘图所用的数据.如果所设计的方案未打到设计要求，就需要修改设计方案，进行机构构型的演化.演化的方法主要有运动副变换、加杆组、运动倒置、加自由度、运动等效变换，不断对方案进行修改，然后装配，进行运动学特性和力学特性分析，直到形成最满意的方案.3.7实验指导功能

实验指导主要是在修改设计方案时，系统提供帮助信息，告诉以通过那些方法来优化机构，在学生选好一种方法后，系统会给出方法的原理，帮助使用者快速地修改方案引言

混凝土搅拌机是使混凝土配合料均匀拌和而制备混凝土的专用机械，是现代化建设施工中不可缺少的机械设备。为了适应不同混凝土搅拌要求，搅拌机有多种机型。按工作性质分，有周期式和连续式搅拌机;按搅拌原理分，有白落式和强制式搅拌机。本次设计的是生产率为75m3/h的双卧轴强制式搅拌机，它是由搅拌系统、传动装置、卸料机构等组戊:搅拌系统由圆槽形搅拌筒和搅拌轴组成，在两根搅拌轴上安装了几组结构相同的叶片，但其前后上下都错开一定的空间，使拌合料在两个搅拌筒内不断地得到搅拌，一方面将搅拌筒底部和中间的拌合料向上翻滚，另一方面又将拌合料沿轴线分别向前推压，从而使拌合料得到快速而均匀的搅拌。设置在两只搅拌间底部的卸料门由气缸操纵。卸料门的长度比搅拌筒长度短，80-90%的混凝土靠其自重卸出，其余部分则靠搅拌叶片强制向外排出，卸料迅速干净。

SolidWorks软件可以十分方便地绘制复杂的三维实体模型、完成产品装配和生成工程图。它能以立体的、有光的、有色的生动画面表达大脑内产品的设计结果，较之于传统的二维设计图更符合人的思维习惯与视觉习惯，有利于发挥人的创造性思维，有利丁新产品、新方案的设计，帮助机械设计设计人员更快、更准确、更有效率地将创新思想转变为市场产品。

为此，我们利用SolidWorks软件来完成双卧轴强制式搅拌机虚拟样机设计双卧轴强制式搅拌机主要参数的确定双卧轴强制式搅拌机的主体样机设计

在搅拌机的结构设计中，最困难、最繁琐的工作就是运动机构的设计与运动轨迹校核。目前主要采用的轨迹图法或根据几何约束条件建立方程组来求解，但这种设计比较麻烦，且设计工作不直观，设计结果不尽人意，而利用三维设汁软件Solidworks则能较好地解决上述问题，首先建立零件的三维模型，再将其装配起来，并可进行有限元分析计算，最后利用COSMOSMotion来模拟各零部件的运动情况。

2.1零件设计建模

利用拉伸、阵列、切除、扫描、镜像等特征，建立双卧轴强制式搅拌机主要零部件的三维参数化模型.包括搅拌臂、搅拌筒、各种衬板、8种规格的搅拌叶片、刮板、搅拌装置等100多个零件。因电机、减速器、连轴器等为选购件，在设计时没有建立这些零件的三维模型，仅建立双卧轴强制式搅拌机主机上零件模型。在建模过程中，充分利用参数化尺寸、方程式共享数值、配置、派生零件等参数化设计和设计重用技术，便于虚拟装配时发现零件结构不合适时对其进行修改。

2.2虚拟装配

SolidWorks软件提供了自上而下和自下而上两种设计方式，因我们已完成了双卧轴强制式搅拌机主要零部件设计，所以采用自下而上方式.按照同袖、共面等几何约束关系先将侧衬板、侧搅拌叶片、搅拌叶片、搅拌装置轴装配体等小部件装配起来.然后将子装配体装配成筒体搅拌装置等较大的部件，最后将较大的子装配体组装成双卧轴强制式搅拌机的整机装配图。采用分级装配方法，既便于我们及时发现装配问题，又便于修改。

在设计过程中为便于方案论证和与领导、制造工程师及其他相关人员进行交流，我们使用了Animaior插件实现了搅拌机所有零部件的动态组装模拟，并制作了装配动画，提高了设计的可视化。

2.3有限元分析计算

搅拌机在工作过程中，搅拌轴是主要的传动和工作部件，利用SolidWorks内嵌集成的COSMOSWorks有限元分析软件对装配有搅拌臂和叶片的搅拌装置轴装配体进行有限元分析计算。首先将所建模型进行简化，忽略圆角倒角键槽等设计细节，通过标准数据接口，调人到CosmosWorks有限元分析模块，进行实体网格划分，添加轴一端“不可平移”约束、轴承载荷和叶片上分布压力，然后进行有限元分析计算，得到搅拌轴应力分布情况应变和变形状况，计算

CAD技术在建筑电气设计中的应用 建筑电气设计CAD特点 http:// 低碳马氏体在塑料模具中的应用 http:// 室内电线排线时应注意什么 装修房屋时如何考虑管 线 http://出危险点的应力和应变，为搅拌轴的结构设计提供指导，同时对设计是否合理进行准确快速的评估。

2.4搅拌运动模拟

搅拌机螺旋叶片绕水平轴旋转时使物料向上翻动，轴向力的作用将物料沿水平轴推向中问和另一端，物料的运动轨迹非常复杂在方案论证时，为形象地表达物料的运动情况，我们首先借助COSMOSMotion全功能运动仿真软件，制作了搅拌机空转工作的运行动画，再建立单个物料和搅拌叶片碰撞的数学方程，借助Swift 3D制作了单个物料在搅拌简运行状况，模拟出物料在整个搅拌筒中形成的封闭式环流，反映出物料的拌合、离析状态，为进一步借助控制方程模拟双卧轴搅拌机的物料运动轨迹打下基础。

3结束语

利用SolidWorks软件进行双卧轴搅拌机设计，可以形象生动地表达产品的设计结果，既帮助设计人员更快更准确地进行新产品设计，同时提高了设计的可视性和可靠性。

第二篇：基于虚拟仿真实验系统的自主学习研究

基于虚拟仿真实验系统的自主学习研究

摘 要：虚拟仿真实验教学是高等教育信息化建设和实验教学示范中心建设的重要内容，是学科专业与信息技术深度融合的产物[1]。为了研究基于虚拟仿真实验教学系统进行自主学习的过程和效果，文章基于北京邮电大学电子信息虚拟仿真实验教学中心的虚拟仿真实验教学平台，以《集成运算放大器的基本应用―低通滤波器》实验为例，归纳没有模拟电路基础的学习者通过自主学习完成虚拟仿真电路实验的过程，并采用调查问卷的方式收集学习者的学习效果。实验结果表明，虚拟实验可以让学习者获得相关的电路知识，虚拟仿真实验平台可以作为学习者自主学习的工具，并且在自主学习的过程中提高了学习者的学习兴趣和发现问题解决问题的能力，培养了学习者的探索精神。

关键词：自主学习；虚拟仿真实验系统；模拟电路；学习效果

中图分类号：TP393 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2018）06-0093-04

在现代教育中，实验教学占有越来越重要的地位，为了培养学生的实际动手能力和观察能力，很多课程往往需要学生进行大量的实验，而且许多实验需要多协同操作才能完成。但现实中许多问题在真实环境下实验具有不可见性、危险性或需要昂贵的实验设备，成为制约教学质量提高的重要因素。虚拟仿真实验是解决此问题的有效方案[2]。

虚拟实验教学平台不仅可以解决上述问题，而且对于提高学习者的学习兴趣，激发学习者的学习动机有很大的帮助。在利用虚拟仿真实验平台进行自主学习的过程中，完全是以学习者为中心，学生可以自主调节学习的时间、地点、顺序以及学习的进度，鼓励学生的自主学习、协作学习，有利于学习者的主动建构，符合建构主义的教育观和?W习观，具有较高的理论意义和实践价值[3]。自主学习虚拟实验还有利于培养学习者的探索精神和实践能力。学习者在自主学习虚拟仿真实验的过程中，也提高了遇到问题解决问题的能力，并且确实获得了实验的相关知识。将虚拟仿真实验引入教学有利于推进高等学校实验教学信息化建设和实验教学的改革与发展。

一、研究现状及不足

1.虚拟实验室建设现状

虚拟仿真实验室受到了各国高校的普遍关注，我国教育部从2013年起开展了国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作，截止2015年共评审出300个国家级虚拟仿真实验教学中心。科技部2010年将《虚拟实验教学环境关键技术研究与应用示范》作为“十一五”国家支撑计划重点项目开展研究，清华大学、北京大学、上海交通大学、北京邮电大学、华南理工大学等高校已陆续在网上提供了虚拟实验服务。在国际上有芝加哥伊利诺伊大学的数字化有机化学实验室，卡罗莱纳州立大学利用Java技术建设基于Web的探索式虚拟物理实验室，密歇根大学为操作系统和高级语言课程建设了虚拟网上系统实验室等。

2.国内研究现状及启示

虚拟仿真实验与实验教学的结合方式主要有两种，一种是先实验教学后虚拟实验，这里虚拟实验主要是用于巩固知识，完善知识结构，提高学生的动手实践能力。这也属于先理论后实验的教学方式，李旭锋在《“先实验后理论”化学教学方法探析》[4]中提出“先理论后实验”的教学方法会抑制学生在实验中发现问题的积极性和探索创新的主动性。另一种是先虚拟实验后实验教学，这里虚拟实验主要是来达到预习实验的目的，有利于教学更加顺利地进行，如蔺智挺在《基于虚拟仿真实验的模拟集成电路实验教学》[5]一文中，以模拟集成电路实验教学为例，介绍了安徽大学基于虚拟仿真实验进行实验教学改革的做法和效果，利用虚拟仿真实验中心，缓解了课时的矛盾，较好地达到了预习实验的目的，拓展了实验的内容，对实验教学改革的深化产生了积极而深远的影响。

虚拟仿真实验可以作为学生自主学习的资源，培养学生的自主性、探究性学习能力。如潘雪涛、邬华芝等在《创新虚拟实验教学模式 培养自主学习能力》[6]一文中提出“三三三”教学理论新模式，其中虚拟实验室在课前应用，激发学习者兴趣，进行自主预习；在课中应用，主要用于教学互动，提高效率；在课后应用，用于自主复习，自主训练。多年的实践证明，教学改革成果显著，教学效果明显，学生的自主学习能力和实践创新能力不断提高。赵琪、孙红等在《基础医学虚拟仿真实验教学平台构建研究》[7]中，提出开放式网络化基础医学虚拟仿真实验平台丰富了实验教学内容和手段，逐渐成为学生自主学习、自助学习的重要场所和学习方式，能够突出探究、实践和创新，提高学生自主学习和探究性学习能力。

3.当前研究的不足之处

通过以上文献分析可以看出，广大研究者对开发出的虚拟实验系统在教学中的应用情况不太关注，对虚拟实验系统应用于教学的过程设计与效果分析、虚拟实验系统开发评价等方面的研究不多，尤其是关于学生对虚拟实验系统学习体验的调查和从学生视角对使用虚拟实验系统进行学习的评价很少。实际上，这方面的研究，对于检查所开发平台的有效性、实用性有很重要的意义[8]。

已有研究大多关注利用虚拟实验进行教学改革或者虚拟实验平台建设，目前尚未有研究者进行虚拟实验的自主学习过程以及学习效果验证的研究，而基于没有模拟电路知识基础的学习者的自主学习更能反映出虚拟实验平台对于知识掌握和实践能力提高的效果。因此笔者基于北京邮电大学自主研发的电子信息虚拟仿真实验教学中心，以未学习过《模拟电路》相关课程的学习者为研究对象，对学习者的学习过程、学习积极性、学习效果进行研究。

二、研究方法及过程

1.研究目的

本研究旨在通过对没有模拟电路知识基础的学生进行虚拟仿真实验的自主学习过程和效果的调查研究，来分析通过自主学习虚拟仿真实验，学生是否可以获得相关的电路知识；学生在学习过程中积极性和注意力的集中程度如何，发现问题解决问题的能力是否有所提高，以及实验平台的易用性等问题，通过此次调查，了解虚拟仿真实验是否可以作为学生自主学习的工具。

2.研究对象

本次调查问卷以40名研究生为例。在样本的选取上，本次调查对象为没有学过《模拟电路》相关课程、没有做过任何一个模拟电路实验的学习者，这样更能体现出自主学习虚拟仿真实验的效果；本研究所用的实验平台是由北京润尼尔网络科技有限公司研发、北京邮电大学电子信息虚拟仿真实验教学中心运营的。实验课程类属《模拟电路》，实验名称：《集成运算放大器的基本应用―低通滤波器》，学习方式：自主学习。

3.研究工具

本次研究采用的工具为一份问卷调查表，在填写完问卷之后采用访谈的方法来获取被试者的主观感受。

（1）问卷调查

本问卷的题目包括三个部分：第一个部分是第1题，是关于研究对象的个人信息，是否做过任何一个模拟电路的实验。若做过，则被视为无效问卷；第二个部分是2～6题，从做实验的积极性和注意力的集中性（问题2～3），遇到问题的解决办法（问题4～6）三个方面来了解学生做实验的过程。第三部分是7～9题，分别从实验的原理（问题7）、器材的种类（问题8）、器材的作用（问题9）、学习虚拟实验的基本步骤（问题10）、虚拟实验对学习的帮助程度（问题11）四个方面来调查学习效果以及虚拟实验对自主学习的有用性。

实验在2017年6月份进行，每个学生自主学习虚拟仿真实验的时间不限制，可以使用互联网进行信息的查询，学习过程没有硬性要求，学习顺序自主安排。调查问卷安排在做完实验之后，其中问卷的第10题是关于学习者对学习虚拟仿真实验的步骤排序。将学习虚拟仿真实验的过程进行精简和编码：①进入虚拟实验界面，浏览实验内容；②打开各个仪器的开关；③根据网络实物图连接完整的电路图；④寻求场外人员帮助；⑤调节各个仪器的量程；⑥根据实验原理图连接实物图的基本部分。分析学习者的排序，得出学习过程的活动图如图1所示。

进入虚拟实验界面，浏览实验目的、实验器材、实验原理、实验报告以及实验操作平台。通过实验原理可得知：滤波电路的基本功能是滤除（抑制）某一频率段的输入信号。低通滤波器抑制的是高频段的信号，通过低频段的信号，当信号和噪声在不同的频带时，可以实现信号分离，滤除噪声。

通过参照实验原理图和百度的完整实物图在虚拟实验台上进行电路连接。在实验过程中遇到不认识的器材，通过双击实验器材来获得器材的属性以及帮助信息，遇到不太懂的地方则通过网络搜索或者寻求他人的帮助，原理图中的三角形器件为运算放大器，有八个引脚，有放大信号的功能；信号发生器发出信号，通过泰克示波器来展示波形。

当完成电路的物理连接后，打开和调节各个仪器设备。但是波形并没有显示出来，然后通过检查自己的电路图是否连接正确来进行排错处理，查完之后还没有出现波形，请其他人员帮助，通过调节泰克示波器的量程来显示出波形，实验成功。实验台如图2所示。

在整个实验进行的过程中发现，认知虚拟实验平台只需要三分钟左右，实验平台简单易用，查询信息方式很多，有获取实验帮助、获取智能指导、获取器材信息等等，实验过程中，学生一直都保持很高的积极性，注意力很集中，遇到问题时，能够积极主动的寻找问题的来源，主动寻求帮助，提高了发现问题和解决问题的能力。

（2）访谈

填写完问卷，笔者对于调查对象关于做虚拟实验的主观感受以及填写问卷的认真程度进行访谈。经访谈发现，学习者表示不用去实验室就能把实验做出来，很方便快捷，学习者在学习过程中充满了好奇心，尤其是当波形调出来之后，觉得很神奇，自主学习的结果能够实时的被观察到，能够激励学习者进一步学习，并且所有的被试者都认真完成实验和问卷，没有无效问卷。

4.资料处理与分析

本研究共回收实验问卷40份，其中第一题的选项均为B，即在本次实验之前没有做过虚拟实验，因此问卷全部为有效问卷。

问卷首先调查了学习者在进行实验时的注意力保持情况，和学习者在使用虚拟实验平台时的态度，笔者将注意力的五级进行编码，在SPSS（“统计产品与服务解决方案”软件，用于统计分析）中将选项依次赋值，A为4分，B为3分，C为2分，D为1分，E为0分，统计结果显示，被试学习者的注意力平均水平为2.9分，说明虚拟实验教学系统可以使学习者的注意力保持在中等偏上水平。

相关研究表明，根据认知负荷理论，当使用虚拟实验室进行虚拟实验时，学习者往往需要先掌握相关的知识与技能，比如了解虚拟实验系统的操作规范和技术流程等，虽然这些知识和技能可能跟当前学习任务没有必然联系，但其实无形中增加了学习者的认知负荷[9]。本组下的另一个研究主题是关于学习者的学习积极性，通过图3可以看出，被试对象的积极性保持在较高水平，所有的学习者都选择了“积极”或“非常积极”。本主题的研究结果表明，与传统实验教学方式相比，学习者的认知负荷反而降低了。

虚拟实验过程中，学生可以随时登录网站进行各种实验，操作实验设备，不受时间和空间的限制；学生在实验中自主发现并解决问题，有利于培养在实际操作中分析和解决问题的能力，可以有效提高学生的动手能力[10]。本部分问卷题目设置的目的是探索学习者在自主学习、实验过程中解决问题的途径选择。

由图

4、图5可以看出，当学习者在自主学习过程中遇到问题时，最常用的办法是查看实验平台中的实验帮助。此结果说明，在未来的虚拟实验平台或者其他在线学习的平台建设过程中，需要提供尽可能详细、准确的平台帮助或说明。询问他人，说明自主学习的过程常常与学习者的社会网络相关。

本??卷的7至9题分别从实验的原理（问题7）、器材的种类（问题8）、器材的作用（问题9）检验了虚拟实验平台的教学效果，其中问题7、8的正答率为100%，问题9正答率为97.5%，只有一位同学答错，说明没有模拟电路基础的学习者经过虚拟实验平台的操作和学习，可以对模拟电路的基础知识达到很好的掌握程度，验证了虚拟实验教学平台的实际教学效果。

图6显示了被调查者在试验后对于虚拟实验平台的主观评价，如图6可知90%的学习者认为虚拟实验平台对于掌握低通滤波器的知识和技能有帮助，验证了笔者在上文中提出的假设，实验证明，虚拟仿真实验确实可以作为学生自主学习的工具。

三、研究结论

虚拟仿真实验能够提高学习者的兴趣，可以作为自主学习的工具。在完成虚拟仿真实验的过程中，学习者被深深吸引，能够保持极高的注意力，学习效率极高。学习者在自主学习虚拟实验的过程中能够主动的发现问题并解决问题，提高了学习者的动手实践能力。没有模拟电路基础的学习者通过虚拟实验可以获得相关的电路知识，学习效果良好。虚拟实验室降低了实验教学的成本，解决了传统实验室受时间、地点限制的问题，虚拟实验简单方便，虚拟仪器具有灵敏性与高效性。开展虚拟仿真实验教学可以延伸实验教学时间和空间，提升实验教学质量和水平。在今后的教学实践中，我们要发挥虚拟实验的优势，使之能够与传统的实验教学密切融合。课堂教学、虚拟实验和实验室教学深度融合是现代实验教学的发展模式，能够培养学生的自主学习能力、动手实践能力以及发现问题和解决问题的能力。

参考文献：

[1]教高厅函[2015]24号.教育部办公厅关于开展2015年国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知[Z].[2]周勇，徐英卓.基于 VRML-JAVA 的网上协同虚拟实验系统研究[J].电化教育研究，2006（5）：52-55.[3]马秀麟，赵国庆，邬彤.翻转课堂促进大学生自主学习能力发展的实证研究――基于大学计算?C公共课的实践[J].中国电化教育，2016（7）：99-106.[4]李旭锋.“先实验后理论”化学教学方法探析[J].卫生职业教育，2008（15）：88.[5]蔺智挺.基于虚拟仿真实验的模拟集成电路实验教学[J].实验技术与管理，2016（1）：122-126.[6]潘雪涛，邬华芝，蔡建文，张美凤，孟飞.创新虚拟实验教学模式培养自主学习能力[J].实验室研究与探索，2014（11）：72-76.[7]赵琪，孙红，孙艳梅，车鹏程.基础医学虚拟仿真实验教学平台构建研究[J].实验技术与管理，2016（11）：135-138.[8]李凌云，王佳，王海军.我国虚拟实验研究现状的实证分析[J].现代教育技术，2009（12）：111-114.[9]王济军，魏雪峰.虚拟实验的“热”现状与“冷”思考[J].中国电化教育，2011（4）：126-129.[10]余雷，刘志成，王娜.基于LabVIEW的智能照明网络虚拟实验系统设计[J].现代建筑电气，2012（8）：71-74.（编辑：鲁利瑞）

第三篇：实验1管理软件系统的开发

实验一

管理软件系统的开发

一、实验题目：

设计一个简单实用图书管理系统。

二、实验要求

1．该实验的课内学时是4个课时。

2．程序完成后应该完成如下基本功能：

1）用自定义结构体typedef struct设计该软件的数据结构； 2）用链表将所有的图书按照图书编号顺序链接起来。

3）程序能够输入图书名称、图书编号、ISBN号、单价、作者、出版社。4）程序能够显示已经输入的指定图书编号的图书的信息。5）程序能够统计某一类图书（ISBN号相同）的数量。6）能够判断输入的ISBN号以及图书编号的有效性。

3．1）程序能够按要求显示指定作者或者指定出版社的图书的数量。2）允许添加、修改、删除图书信息。

3）设计一个通用模块，能够根据图书的任何一项信息进行排序，并且根据图书编号进程排序（升序或者降序）。

4）能够输入的数据长期存储在文件中，再次运行程序时从文件中读取数据，无须重复输入。

5）在程序的提示语言清晰明确，界面美观并且适用。

三、实验说明

1．互相之间可以进行算法的讨论，但文档以及程序每个人必须独立完成，如果发现雷同，则重做。

2．认真准备，实验前做好准备工作，准备工作包括完成实验报告中的（1）~（6）的部分，实验报告中（6）~（8）部分在实验结束后继续填写。

3．程序要上机调试成功并形成可执行的程序，记录调试过程中出现的错误现象以及如果改正

4．程序的运行结果要结合程序测试数据进行分析。

5．提交实验报告（报告格式见附录B）和源程序以及可以运行的程序。

五、实验报告内容（1）实验题目

（2）实验设计的数据结构及说明

（3）用层次图描述程序结构，并说明程序各函数的名称、功能，图示各函数之间相互的调用关系。

（4）各个函数的设计及说明

（5）测试数据的设计及预期结果

（6）调试过程记录：在程序调试过程中可能会出现许多问题，对这些问题要逐个记录错误位置、编译的描述（英文以及中文的含义）、如何解决。（7）实验结果记录以及与预期结果比较以及分析：在实验过程中除非一次成功，否则会有多个实验结果，对这些实验结果要逐个记录，并且与预期结果进行比较并分析。

（8）总结及心得体会：

六、实验成绩评定

每个实验从三个方面考核每个实验的成绩：功能完成情况、实验报告以及程序风格、界面设计以及操作方便性。

第四篇：机构运动方案创新设计实验指导书-学生用-cxc

机构运动方案综合设计实验指导书

一、实验目的

1．培养学生机构型综合的设计能力、创新能力和实践动手能力；

2．培养学生综合应用所知识对机构的结构和运动性能加以评价的分析能力。

二、实验原理

任何机构都是将基本组依次连接到机架和原动件上而构成的。

三、实验内容

1.多功能移动式残病人浴缸翻转机构

⑴ 上身部缸体翻转机构

要求上身部缸体从水平位置向上翻转至70度，即翻转角为0-70度.可采用的机构：

①

摆动导杆机构，导杆与上身部缸体固装在－起，带动缸体翻转。由直线电机带动主动杆摆动。

②

双摇杆机构，上身部缸体作为从动摇杆，在主动摇杆驱动下作0-70度摆动.主动杆由直线电机带动摆动。

③

其它机构

⑵ 腿部缸体翻转机构

要求腿部缸体从垂直位置向上翻转至水平位置，利用死点保持腿部缸体在水平位置，借助凸轮机构破坏死点，使腿部缸体在重力作用下复位。

可采用机构：

①

双摇杆机构，腿部缸体作为主动摇杆；

②

其它机构

2.牛头创床机构

要求刨刀（安装在滑枕上）作直线往复运动。

可采用的机构：

① 转动导杆机构和曲柄滑块机构组合，由电机驱动主动件转动。

② 摆动导杆机构和滑块机构组合，由电机驱动主动件转动。

③ 其它机构

3．翻转机

要求翻转模板装在连杆上，模板翻转180度。① 四杆机构，电机驱动。②

其它机构

4．飞机起落架

要求起落架上轮子从水平位置向下翻转至垂直位置，利用死点使起落架轮子保持在垂直位置。

可采用的机构：

① 四杆机构，电机驱动。②

其它机构

5．插床机构

要求插刀作垂直上下往复直线运动，向下时（工作行程）较慢，向上运动（空程）时速度较快。

可采用的机构：

① 双曲柄机构与曲构滑块机构组合，电机驱动。②

其它机构

6．冲压成型机

压头作垂直上下直线运动，以较小功率带动主动件运动时，滑块能产生巨大的冲压力。可采用的机构：

①六杆增力机构，电机驱动.②

其它机构

7.其他自选机构

四、实验方法

本搭接实验是在具有六根立柱的机架上完成的。配有旋转电动机和直线电动机，以输出直线运动和旋转运动；配有齿轮、凸轮、带轮、槽轮等零件，通过搭接可完成直线、旋转、往复、间歇等运动传递；配有连杆、滑块座及连接零件，可搭接成各种执行机构。机构搭接完成后可通电运转以检验其创造结果。

一般情况下，学生在实验前应完成机构方案的创造与选型，并仔细阅读本实验指导书后 方可进行本实验。

五、实验步骤

为达到开发学生创造性思维和实践动手能力之目的，拼接的机构方案原则上应在实验前由学生自行完成。该实验在2学时内完成。每4人一组完成不少于1个机构方案的拼装。

1．实验前，根椐文字资料或动画演示的机构功能进行机构运动方案设计, 初步画出机构运动简图；

2． 阅读本实验指导书，熟悉实验中所用的设备、安装工具和零部件的功能； 3． 阅读本实验指导书，熟悉各传动装置、各固定支座、移动副、转动副的安装方法； 4． 按照运动传递的顺序，从原动机开始依次拼装机构； 5． 仔细检查，确认拼装无误、连接牢靠后方可通电运转；

6． 仔细观察机构的运动，判断是否满足工艺要求并作出相应改进； 7． 根据要求写出实验报告。

六、实验报告

1．按比例绘制拼装机构的运动简图，标注出机构运动简图的尺寸参数； 2．计算机构的自由度；

3．说明该机构是否满足给定的工艺要求；

4．分析该机构的优缺点，如何改进？有否代替机构？ 机构运动方案创新设计实验报告书

一、实验目的：

1、使学生巩固和加深对课堂讲授的基本理论知识的理解。

2、加强学生对机构原理的认识，进一步了解机构组成及运动特性。

3、增强学生对机构的感性认识，完成从运动简图设计到实际结构设计的过渡。

4、使学生掌握现代实验方法，培养学生用实验手段进行机构分析。

5、培养学生的综合设计能力、创新能力和实践动手能力。

二、实验设备及工具：

1、ZBS-C机构运动创新设计方案实验台及组装机构的配件。

2、组装、拆卸工具：一字起子（1把）、十字起子（1把）、呆扳手（2把）、内六角扳手（2把）

活动扳手（1把）、钢板尺（1把）、卷尺（1个）、工具盘（1个）[每组共十件]

三、实验内容：

每次实验分成八个组，每组3~4人，各组根据现有设备及工具设计、组装不同的机械系统。

四、实验方法与步骤：

1、掌握平面机构组成原理；

2、熟悉本实验中的实验设备，各零、部件功用和安装、拆卸工具；

3、自拟平面机构运动方案，形成拼接实验内容；

4、根据执行机构的运动特点，组成传动系统；

5、将零、部件按运动传递规律顺序联接到机架上。

6、将动力系统、传动系统和执行机构组接起来，构成机械系统；

7、经指导教师或实验老师检查许可后，才能开机运转。

五、实验要求：

1、机构运动方案设计；

2、计算机构的自由度；

3、机构运动尺寸设计，并按比例画出机构运动简图，在简图中标注实测得到的机构运动尺寸；

4、分析该机构的优缺点，如何改进？有否代替机构？