机械工程虚拟仿真实验中心项目申报书

真 实验解决方案。
二、项目概况
1．建设目的 机械工程专业课、专业基础课涉及知识点多，学科实践环节较为重要，目前学生对 所学知识综合运用能力和实践能力受实验难度、实验设备数量、场地的限制，学生很难 高效的掌握实验要点，难以培养学生的工程意识。然而通过虚拟仿真重构实验内容，通 过友好的人机交互界面，可以充分的改善教学过程中的这些弊端。 通过构建逼真的实验操作环境和实验对象，使学生在开放、自主、交互的虚拟环境 中开展高效、安全且经济的实验，进而达到真实实验不具备或难以实现的教学效果。现 代机械工程教学应该以培养高端装备制造人才培养为出发点，用现代信息化技术构建高 真实感的虚拟实验设备，更好地调动学生参与实验教学的积极性和主动性，激发学生的 学习兴趣和潜能，增强学生的实践能力和创新能力。同时，加强对学生社会责任感、创 新精神、实践能力的综合培养。 2．可行性、必要性分析 （1）实验教学中心建设的必要性 虚拟仿真实验教学是教育信息化发展和实验教学改革相结合的创新目标和产物，综 合应用虚拟现实和多媒体技术构建仿真的实验环境，使学生自主地在开放的虚拟仿真平 台开展实验，虚拟仿真实验教学中心的建设弥补了传统实验不能实现的教学功能，为当 下实验教学质量的提高提供了一个有效的问题解决方案，其必要性在于：首先，网络化 虚拟实验室比传统实验室更具有开放性，有效地打破了时间和空间的界限，学生可以灵 活安排自己的实验时间，也可以根据专业、兴趣、爱好自主选择实验内容，对自己完成 的综合设计性实验方案进行实验，有效拓展了实践渠道，丰富课外学习内容。其次，大 大节省了实验室建设中人力、物力、财力的投入，降低了实验教学成本。实验仪器、实 验耗材都是通过虚拟技术实现，实验教学的改革、实验项目的调整、实验方案的优化再 也不受实验设备性能的制约，有效解决了传统实验平台建设周期长、投入大、设备功能 缺乏、性能老化、更新补充不到位等问题，保障了教学的正常开展。再次，针对实践性 强的理工类学科，利用虚拟仿真技术可以做到紧跟科学技术的发展趋势，通过课题研究、 技术开发、工程实验、成果转化、产业化等产学研一体化的创新活动，将前沿技术融入 教学，实现科研活动与教学活动、科技创新与人才培养的完美结合。 虚拟仿真实训中心建设符合国家相关政策。我国《教育部关于全面提高高等教育质 量的若干意见》（教高〔2012〕4 号）提出，“加强实验室、实习实训基地、实践教学共 享平台建设，重点建设一批国家级实验教学示范中心、国家大学生校外实践教育基地、 高职实训基地。加强实践教学管理，提高实验、实习实训、实践和毕业设计（论文）质 量。”等强化实践育人环节的措施。《教育信息化十年发展规划（2011-2020 年）》也指出， “建设仿真实训基地等信息化教学设施，建设实习实训等关键业务领域的管理信息系 统，建成支撑学生、教师和员工自主学习和科学管理的数字化环境。 （2）实验教学中心建设的可行性 虚拟仿真实验室的建设，是传统实训基地建设的延伸和有效补充，它可以丰富实践 教学的内涵，带动机械类相关课程实践教学模式的创新；带动专业建设与改革，深刻影
以及对教师提高教学能力、拓展实践领域、丰富教学内容等有很大的必要性。 设
促进教学、科研、技术人员相结合，利于学生和师资的培养，促进教育理念
目
先进、学术水平高、实践经验丰富、创新性强的实验教学团队尽快形成。借
标
助虚拟仿真软件的强大功能，可以促进教学、科研、技术能力的提升，从而
和
促进教学团队成员的成长和水平提升。虚拟仿真实验教学中心的管理体系建
内
设，有助于建立激励学生学习和提高学生创新能力的教学效果考核、评价和
容
反馈机制的形成。
建设内容包括：7 门课程、32 个虚拟仿真实验教学项目，同时开发实验
摘
管理信息平台，构建了多媒体网络化仿真实验教学体系，实现网络化虚拟仿
要
真实验教学与实验、辅导、预习以及网络查询、网络管理等先进的虚拟仿真
实验和远程实验教学系统。可为全校机械类相关专业提供较为完善的虚拟仿
虚拟仿真实训室前期主要是硬件建设的投入，实训场地的规划和建设，计算机平台、 服务器及网络设施、虚拟仿真教学设备、实验室信息管理系统的建设。这些工作都是比 较成熟的信息技术。搭建好硬件平台后，还要进行软件购买和合作开发应用及课程的持 续开发。高校的机械工程专业教师有大量的实验数据和实验技巧，虚拟软件开发公司有 丰富的软件制作经验，二者有机结合，则可以很好的完成项目建设任务。
项目名称
机械工程虚拟仿真实验教学中心 预算金额（万元）
河南学院
实验室建设项目申报书
实验室名称 机械工程虚拟仿真实验教学中心
项目负责人
申报单位
机械工程系
填报时间
2018 年 9 月 15 日
一、项目基本信息
河南学院教务处制
项目类型
□ 基础实验室 √专业实验室 □ 工程训练
项目类别 1.新建 √ 2.扩建 □ 3.更新 □ 4.配套 □ 5. 其他 □
综合运行调试
减速器装配、分度机构的装
配、机床部件的装配等。
头盔、大屏 VR 黑板互动教学
互动操作，多人协同操作通过
操作左右手柄，可以进行与系
统进行交互。
与 unity3d（5.6 版）无缝对
接使用，支持 3ds Max、Pro/e，
UG，SolidWorks 等模型经转
换后导入、可视化设计制作。 管理员模块：登录、课程管理、 班级管理、素材管理、选课管 理、成果管理、预约管理、教 师课程管理、用户管理、教师 模块：登录、实验报告、自测 试卷、管理、教学资料、答疑 管理、观看素材。 学生模块：实验报告、提问、 实验预约、自我测试、资料下 载、素材评价、成果展示。
实验室环境改造及基本设施建设项目实施已具备的条件及需改造情况包括场地外部环境配套等打印及创新实训室机械3机械工程系拥有逆向工程及产品创新设计实训室造技术实验室液压与气压传动实验室激光快速成型实验室机械测试技术实验室实训室起重机械拆装实训室等设备先进的实中心cadca装配技术实验室ca3余项实训室能开展实验实训项目建设期28个月计划建设期日月10计划完成日期08201908预定验收日期1509投入使用日期2019年月日五专家论证意见机械工程虚拟仿真实验教学中心建设方案建设思路清晰定位准确以满足教学培养高素质应用型人才为第一要务结合机械类本科专业人才培养的特点充分虑虚拟仿真技术对实验实践教学的作用在课程实验开设实验教学管理和校企合等方面进行了规划目标明确内容具体保障措施到位具有较强的操作性通过机械工程虚拟仿真实验教学中心建设有利于打造区域高校示范骨干实训地树立机械工程专业特色和品牌优势
项目负责人
联系电话 电子邮箱
项目依托学科及 依托机械工程学科， 面向机械设计制造及其自动化、机械电子工程等机械类
面向专业 专业
服务层次
□ 本科 □ 专科 √ 通用
项目组成员
姓名
学历
职称
研究生 教授
研究生 副教授
研究生 讲师
研究生 讲师
研究生 讲师
研究生 助教
项目分工 建设方案统筹规划与决策 建设方案论证 实验设备招标采购 实验设备管理与维护 实验项目开发与应用 实验设备培训与维修
1
10 网络管理平台
1
发动机曲轴连杆锻造虚拟实 验、机械加工工艺规程设计虚 拟实验、CA6140 车床认知虚 拟实验 激光切割加工实验平台虚拟 仿真实验、水射流激光划片虚 拟仿真实验、光刻实验虚拟仿 真实验 雷诺实验、液压元件拆装、液 压回路性能
基本体截切相贯、组合体分析
构型、零件图表达测绘 长度测量、形位公差测量、螺 纹公差测量、齿轮公差测量 起重机关键部件拆装、起重机
通过机械工程虚拟仿真实训中心建设，解决实验室硬件实验资源不足问
题，提高学生实验实践能力。解决硬件设备进行实验涉及到的资源损耗过大、
项
危险性较大、实验过程不可逆且不容易详细观察、研究等问题，代之以开发
目
的虚拟仿真软件予以实现，能降低成本及实验风险。开发出具有创造性和高
建
水平的机械工程虚拟实验等教学资源，对提高学生的综合设计和创新能力，
11 空间定位系统 1 套
合计 2．实验室环境改造及基本设施建设
通过多个红外光学动作捕捉 摄像头及配套软硬件设备，精 细捕捉多个体验者的位置信 息及操作信息，实现多人在同 一虚拟现实空间内协同操作 的核心模块。用户可以通过手 柄及手势配合，直接控制 LED 大屏展示内容，包括 VR 互动 操作等
项目实施已具备的条件及需改造情况（包括场地、外部环境配套等） 机械工程系拥有逆向工程及产品创新设计实训室、3D 打印及创新实训室、机械制
序 号
设备名称
数量
单价
金额 该设备用于开设的实验项目
（台、套） （万元） （万元）
名称
2 机械制造技术
1
教学系统
1
先进制造技术
2
教学系统
1
2 液压与气压传
3
动教学系统
1
机械制图教学
4
系统
1
互换性技术测
5
量教学系统
1
6
起重运输机械 教学系统
1
7
机械装配技术 教学系统
1
8
立体交互显示 系统
1

9 实验开发平台
造技术实验室、液压与气压传动实验室、激光快速成型实验室、机械测试技术实验室、 装配技术实验室、CAD 中心、CAD/CAM 实训室、起重机械拆装实训室等设备先进的实验 实训室，能开展实验实训项目 30 余项。 3．项目建设期
项目准备期 计划建设期 计划完成日期 预定验收日期 投入使用日期
五、专家论证意见
3．建设内容 根据专业情况、人才培养方案情况制定机械工程虚拟仿真实验教学中心建设方案。 首先应先根据专业的研究方向、课程群、培养方案确定需要进行实验实训的课程，然后 本着“虚实结合，互为补充，能实不虚”的原则分析进行虚拟仿真实验室建设。在硬件、 软件采购方面做到统筹规划，系统建设， 实验平台、管理系统同步设计，同时，根据 实验教学规划，进行虚拟实验教学设计，制作虚拟实验相关的教学资源。 4．建设目标 （1）解决实验室硬件实验资源不足问题，提高学生实验实践能力。 （2）解决硬件设备进行实验涉及到的资源损耗过大、危险性较大、实验过程不可 逆且不容易详细观察、研究等问题。 （3）开发出具有创造性和高水平的机械工程虚拟仿真实验等教学资源，对提高学 生的综合设计和创新能力，以及对教师提高教学能力、拓展实践领域、丰富教学内容等 有很大的必要性。 （4）促进教学、科研、技术人员相结合，利于学生和师资的培养，促进教育理念 先进、学术水平高、实践经验丰富、创新性强的实验教学团队尽快形成。借助虚拟仿真 软件的强大功能，可以促进教学、科研、技术能力的提升，从而促进教学团队成员的成 长和水平提升。 （5）完善机械工程虚拟仿真实验教学中心实验条件、管理体系建设，为提高我校 机械相关专业实践能力提升提供有力支持。 （6）培养区域产业、行业、企业发展继续的机械相关专业实践创新人才，拓展社 会服务能力，增强服务国家区域发展战略的能力。
三、项目建设的预期效益
1．实验教学任务
课程名称
机械制造技术 先进制造技术 液压与气压传动
机械制图 互换性技术测量 起重运输机械 机械装配技术 2．社会服务
实验项目
机床与加工工艺
先进制造工艺 液压元件与液压
回路 模型测绘
形位公差测量 起重机综合运行 与起重机拆装 典型机械拆装
是否新 开实验
是 是 是 是 是 是 是
2018 年 9 月 28 日 至 2018 年 10 月 28 日 9 个月
2019 年 08 月 10 日 2019 年 08 月 15 日 2019 年 09 月 1 日
机械工程虚拟仿真实验教学中心建设方案，建设思路清晰，定位准确，以满足教 学培养高素质应用型人才为第一要务，结合机械类本科专业人才培养的特点，充分考 虑虚拟仿真技术对实验实践教学的作用，在课程实验开设、实验教学管理和校企合作 等方面进行了规划，目标明确，内容具体，保障措施到位，具有较强的操作性。
3．预期教学改革、科学研究成果
在虚拟仿真实验教学网络平台基础上更好地整合实验资源、建设与传统教学相 配套的数字化教育资源体系。随着研究工作的不断深入，逐步开展相关课程教学改 革，不断完善实验内容和形式，结合“互联网＋ 教育”，实现在线虚拟实验，提 高学生的创新实践能力。
四、项目建设计划
1．需添置的仪器设备
响教师教学授课方式。新的实训模式也将激发学生学习兴趣，提高学习质量和效果。 项目作为实训基地的全新建设思路，将会起到引领和示范作用，但实训基地建设目
前均受场地限制，这一建设模式将有效改变场地稀缺这一窘境，突破实训基地建设的瓶 颈，极大地延伸和丰富实训基地建设的内涵。项目建成后，将提供一整套虚拟仿真教学 实训系统，所有课程都可以利用现有的虚拟教学软件开展教学，同时教师可以结合课程 建设和改革，开发出相关课程的虚拟教学系统等资源。学生可以单独进行机械工程虚拟 仿真实训，弥补实验仪器设备不足带来的实验效果不足，使动手能力得到培养。
学时数
学生 人数
学生 类别
总人时 数/年
8
500
本、专 科
4000
6
500
本、专 科
3000
6
500
本、专 科
3000
8
500
本、专 科
4000
6
500
本、专 科
3000
10
500
本、专 科
5000
10
500
本、专 科
5000
不断提升虚拟仿真实验教学中心信息化建设水平，建立资源共享的网络技术交 流平台，进一步加强与校内、校外、高校、科研院所和开发企业在系统研发和软件 制作等方面合作共享。深化校企合作。以虚拟仿真实验教学资源建设为牵引，扩大 与合作企业合作的深度和广度，包括共建可视化实验室、合作建设地质资源立体探 测可视化实验课程和教材、扩展“双导师制”培养的范围等。完善与合作企业的共 建、共管、共用的实验资源建设与共享机制。建立起校企合作“互利互惠”的激励 机制，推进校企合作可持续发展