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摘要：傳統的林業機械課程教學過程中理論課與實驗課是分離的，不能演示大量的林業作業裝備實物，導致學生不能盡快掌握結構原理。為了適應現代科技的快速發展，引入虛擬仿真技術的教學方法，探討虛擬仿真技術的應用推動林業機械課程教學改革，打通理論與實踐的溝通瓶頸，滿足學生參加創新實踐訓練的需要，培養學生創新思維和創新能力，適應林業裝備行業個性化人才需求。

關鍵詞：虛擬仿真技術;林業機械;教學改革

林業機械是我校機械類特色課程，是機械設計制造及其自動化重點專業的核心課程，包括理論講授課和實驗課，授課對象為機械電子工程學院和南方學院機械設計制造及其自動化專業的本科生，平均每年聽課人數約為120人。開課數十年來為林業部門及相關單位培養了大批工程人才。但對于工科專業，實踐環節在教學中占有舉足輕重的地位。林業機械課程的很多實驗具有大型、超常、高危、高污染等特點，不適宜常規實驗教學；部分儀器設備價值高、臺套數有限，只能進行演示教學，嚴重制約學生動手能力和創新意識培養。

一、虛擬仿真技術在林業機械課程應用現狀

虛擬仿真技術是利用計算機科學和技術的成果建立仿真系統模型，在某些實驗條件下對模型進行動態實驗的一門綜合性技術。隨著計算機軟硬件技術的發展，虛擬仿真技術逐漸應用到教育領域中，形成一種新的教學模式。虛擬仿真教學，即利用實物或計算機創設相應的虛擬環境或工具，模擬真實事例進行操作、設計和運行的實踐教學方式。我國將虛擬仿真技術應用于教學的起步較晚，相對于世界先進水平仍有較大差距。近年來，經過各高校及研究所的探索與研究取得較大進步，虛擬仿真技術在高等教育教學實踐中得到越來越多的發展，不僅在課堂教學實踐中作用凸顯，“慕課”的發展過程也離不開虛擬仿真技術。林業機械特色課程建設在我校取得了一定成績，教研組收集整理大量教學素材，制作上課用的PPT和一些簡單的原理演示動畫，但與當下林機行業的發展、教育技術的進步相比依然比較滯后。將虛擬仿真技術應用到《林業機械》交互式教學中，可以延伸現有的多媒體教學方式，將近些年林機行業的成就直觀形象地展示給學生，激發他們的學習興趣，培養他們自主學習、主動學習的習慣，對教學質量的提高具有重要的促進作用，學生直觀地感受到林業機械工作過程，降低了教學難度。對于準確把握高教發展趨勢、促進教育教學改革、迅速提高教育教學質量、擴大我校的知名度和影響力具有重要意義。

二、在林業機械課程教學中的實踐意義

林業生產主要包括林區作業和林產品生產工廠化作業。林區作業面臨樹木高大、灌木叢生、地形復雜、道路艱難、環境惡劣等問題；林產品生產工廠化作業具有噪聲大、粉塵多、設備和零部件運轉速度高、大型生產線多、高溫高壓環境多、危險程度高等問題。很多實驗具有大型、超常、高危、高污染等特點，如林木采伐、林業噴霧機作業實驗涉及實際林地作業，實驗場所很難保證且對環境影響大；林業車輛作業實驗受作業環境限制、林產過程裝備實驗耗時長，存在能耗大、高危險等問題，不適宜常規實驗教學；部分儀器設備價值高、臺套數有限，限制參與實驗的學生人數。運用信息化手段及虛擬仿真實驗技術能夠進一步豐富實驗教學資源，解決林業裝備傳統教學過程中的實際問題，學生不進入林地和生產現場進行實際操作便能理解并掌握現代林業裝備系統中真實實驗無法觀測的現象和機理，進一步提高教學效果。

三、在林業機械創新人才個性化培養中的現實意義

提供個性化的高質量實驗是提升培養適應國家戰略、具備創新意識人才的必要條件。目前，我校相關專業基礎實驗課程、實驗學時能夠得到保證。但部分課程實驗教學的演示性項目比重仍然失調，嚴重制約了學生動手能力和創新意識的培養。通過虛擬仿真技術的應用，學生可以掌握可視化演練林業裝備設計生產過程中復雜加工工藝、動態拆裝過程、裝備的操作流程等真實訓練內容，打通理論與實踐的溝通瓶頸，大幅度縮減工程應用型人才的工作崗位適應時間，滿足參加創新實踐訓練的需要，培養創新思維和創新能力，適應林業裝備行業個性化人才需求。

四、在林業機械行業發展中的戰略意義

現代農業裝備是“中國制造2025”重點內容，林業裝備是農業裝備中重要的組成部分，屬于知識技術密集型、多學科多領域交叉行業，是我國戰略性產業的重要組成部分。2014年我國林木加工及產品制造業產值突破2萬億元。現代林業裝備是林業生產和加工過程中不可或缺的支撐，全國約有林業技術裝備制造企業3000多家，涉及營林及木材生產機械裝備500多種，木材加工機械設備1100多種，人造板生產機械設備800多種，產值1000億元以上。江蘇省是林業裝備行業大省，60%的國家大中型林業裝備企業集中在江蘇，還有眾多地方企業和民營高科技企業，數量和規模均居全國首位。為了培養高端現代林業裝備專業人才，解決目前大型裝備實踐能力缺乏和高端裝備創新意識不強等核心問題，迫切需要先進的虛擬仿真實驗教學手段。

五、虛擬仿真技術在鋸鏈三向力切削性能實驗中的應用

鋸鏈性能對林業撫育采伐作業的機械化程度有重要影響，鋸鏈切削性能實驗受到場地、安全、成本限制，很難進行實際測試。鋸鏈三向力切削性能虛擬仿真實驗可用來檢驗鋸鏈的鋒利性、進鋸的輕便性、鋸鏈運轉的平穩性和鋸切效率的高低，可用于檢驗鋸鏈、導板和驅動鏈輪的高速適應能力。實驗可獲取鋸鏈在不同進給系統（垂直進給、水平進給和擺動進給）、不同傳動方案（機械傳動和液壓傳動）下的三向切削力動態數據。鋸鏈三向力切削性能虛擬仿真實驗可展示鋸切過程和三向切削力動態數據采集，考查鋸切速度、進給速度等參數設置對于鋸鏈鋸切性能的影響.通過虛擬仿真實驗，學生可以克服實際鋸切木材實驗時消耗大量大尺寸圓木的不利條件，虛擬仿真顯示鋸切速度及進給速度對鋸鏈鋸切木材時的三向切削力的影響，直觀了解評定鋸鏈鋸切性能的實驗方法，為適用于林區林木鋸切刀具的優化設計提供了思路。通過動態仿真八角環三向測力傳感器的三向力粘貼應變片及組建電橋制作過程的演示，學生便于理解同一傳感器實現三個交叉方向同步測量的關鍵技術和方法。通過三個交叉方向電橋電路的組橋結構，學生便于理解電橋電路的和差特性。這些為林業機械特殊部位進行多方向同步精確測量提供了好方法。

六、結束語

從林業機械課程教學的現狀出發，分析虛擬仿真技術在教學改革、人才培養及行業發展中的意義，結合虛擬仿真實驗制作及課程教學實踐，以鏈鋸切削性能測試的虛擬仿真動畫制作為案例，闡述虛擬仿真技術在林業機械教學中的應用。教學實踐表明，虛擬仿真環境可有效提升課堂教學效果，有助于培養學生的創新意識，提供實踐動手能力。

參考文獻：

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[3]李潤聲，林衛國，王樹才.虛擬仿真技術在農業機械課程教學中的應用[J].農業工程，2015

[4]王長勤，周宏平，賈志成.虛擬樣機技術及其在我國林業機械上的應用[C].新形勢下林業機械發展論壇論文集，2010

作者:陳青 蔣雪松 許林云 周宏平 單位:南京林業大學機械電子工程學院