多维信息空间研究论文

多维互动体验式教学的构建论文

摘要 :现代教育技术强调教学设计应该为教学目标服务，以促进教学活动有效开展。这与重视创设情境和激发情感，强调学生主观能动性，增强其融会贯通的实践能力的体验式教学具有一致性。本研究以多维互动教学模式融入体验式教学的理论为基础，从认知互动和情感互动是体验式教学的切入点，以及体验式教学的本质强调亲历性两个方面论述了研究的必要性。构建多维互动的体验式教学对学生的创新精神和实践能力的培养和发展具有建设性意义。

关键词 :现代教育技术;多维互动模式;体验式教学

体验式教学要求根据个体的认知特点与规律，通过设置现实中曾经经历过的情境，展现教学内容，让个体在体验的过程中理解知识、激发情感、提高能力并建构体系的教学形式。体验式的教学模式要求教师在专业理论的指导下设置清晰的教学情境，激发并引导受众的情绪情感，让其通过亲身感受和自我领悟，在实践中验证课堂教学内容，进而真正实现教学所追求的培养学生独立自主、知行合一、探索实践的独立的自我。体验式教学倡导了高度的生命价值与意义，其以个体的终生发展为理论依托，重视对生命的尊重、关怀、提升与拓展。这一教学模式不仅仅关注个体在教学活动中能够获取的知识量，更注重经由教学培养和扩展个体的生命意义和自我价值感。体验式教学强调发挥个体的主观能动性，强调对其情绪情感的彰显和升华，强调培养创新能力和实践水平。运用现代教育技术构建多维互动的教学模式，其重点并非否定以单向传授为主的传统课堂教学模式，而是基于课堂教学的系统性和整体性原则促进学习并改善绩效。通过创新、应用、管理教学资源和教具，综合多元的教学方法，为教学目标设计独特的教学活动，并选择合适的教学方法和教学媒体，以优化教学课堂，提升教学效果。而体验式教学能够满足上述要求，其重视创设情境、激发情感从而提高学生的学习意愿，强调其主观能动性，增强其融会贯通的实践能力。构建多维互动的体验式教学是以现代教育技术理论为依据，采用媒体借用、案例讨论、角色扮演、拓展训练、模拟创业、课外项目等方法，让学生通过亲身经历或亲身感受学习知识并在实践过程中进行检验。

一、现代教育技术的核心是构建多维互动模式

在社会学视域，“互动”是指社会中的个体与个体、群体与群体之间基于某种关系而进行相互影响和相互作用的过程。在传播学视域，对于“互动”存在两个层面的界定:一种指不同主体相互之间的信息交流、沟通、交换和分享;另一种是指不同传播要素相互之间的制约、影响和作用。将“互动”引入教育教学领域是学科间的融合和对教育教学理论的发展。基于现代教育技术构建的多维互动教学模式，是以先进的教育学理论为基础，以多维互动模式革新了传统的单向传授式教学，加强了教学媒体的功能，丰富了教学活动的内容，能够发挥和凸显现代教育技术的优势，通过在教学实践中不断进行修改、完善和补充以对己有的传统教学模式进行反思和推动。现代教育技术的重要任务是创新教学模式，其中构建多维互动模式是教育模式创新的核心。多维互动教学模式注重以受众为主体的教学设计，利用现代化的教学媒体创新课堂教学情境，关注教师和学生之间以及同学之间的互动与交流，其主要目标是探索在课题教学组织者的指导下，培养学生利用现代教育技术资源和环境自主获取、处理和加工新知识的能力。多维互动式教学强调知行合一、知情同一，具备多元互动性、个体差异性、叠加整合性、动态平衡性、形式多样性诸多特征。因此，在现代教育思想和理论指导下，教学实践中应充分利用最新的现代教育资源和技术，探索构建多维互动教学模式，具有重要的理论价值和现实意义。融合现代教育技术的课堂教学需要老师和学生共同完成，师生共享学习资源，教学内容具有开放性，教学过程具有渐进性，教学效果具有可操作性，教学评估具有可测量性。运用现代教育技术构建多维互动的教学模式的关键在于拓展教育者和学生的教学体验的交集，加强双方问题视域的融合。教育者需要基于现代教育技术理论的指导性建议，根据学生的不同特点和已有的教学条件，及时获得反馈意见，调整教学内容，改进教学方法，化解教学难点，完成教学目标，开展行之有效的教学实践活动。学生需要在教学过程中按照教学计划将教学任务与教学实践相关联，构建出知识内容和理论体系。总之，为了达成课堂教学效率、效果、效益相结合的“三效”目标，教育者需要通过建立现代教育技术意识，增进积累教学理论，有效管理教学活动，优化配置教学资源，完善重构教学过程，美化修整教学环境，结合教育教学实践，进一步研究与创新现代教育技术的应用。

二、构建多维互动的体验式教学的必要性

培养与发展理性思维和辨证思维是现代教育技术的重要教育目标，人们认识事物的过程是由现象到本质，对现象的认识的积累引发人类智慧的产生，因此人们对现象的认识方式决定了人们的思维方式，决定了许多“先天先验”能力的发展。人类的智慧在于能够不断地发现问题并解决问题，人的主观能动性主要沿着不断寻求事物的新属性、不断寻求事物的同质化、不断寻求事物的新组合这三个方向实施。这与体验式教学的基本教学模式是类似的，首先是设置教学情境、呈现教学内容、让学习者做好接受直观的感官刺激的心理准备;接着根据学习者的“先验知识结构”使之初步接触教学内容，进入教学环节;然后以感知感悟为基础推动学习主体和客体相融合;最后鼓励学习者将体验结果表达出来，表达方式既可以选择情绪情感宣泄，也可以采取言语文字记录。构建多维互动的体验式教学的互动性体现在教育者根据教学目标组织师生之间和生生之间进行互动学习，交流传递教学内容，并互相进行练习测试。当课堂教学提供的信息越生动形象、感知度高，学生获得的信息量就越丰富，互动的效果就更优化，效率就更高速，过程就更流畅。该教学模式的体验性体现在设置逼真的教学情景，模拟社会情景或现实生活情境可以帮助学生将课堂中学习到的知识迁移到日常实践中去，并将有效的行为模式和经验泛化到实际应用中。教案的合理性是体验式教学发挥效果的重要前提，教学方案的设计突出针对性和实用性，可以更好地促进学生的改变。总之，基于现代教育技术构建多维互动的体验式教学是非常必要的。

(一)多维互动教学模式融入体验式教学的理论基础

体验式教学是以学习者为主体，以体验为载体，让个体通过自我感受去领悟新知，再回归于实践的教学模式。其通过借鉴心理学关于心理场论、人本主义、精神分析、完型理论、后现代心理学、生命哲学等探索体验的作用与意义的相关理论，强调了在体验的过程中加深理论学习、生命成长、人格培养与个性发展的重要意义。这一创新型教育模式用富有生命力的体验和感悟取代单一的灌输式教学，改变了传统的教师主导课题教学的模式。拓扑心理学的创始人勒温以心理场论为基础，认为教育理论应倡导行动研究，个体行为的产生是一种场的机能，包含多种条件和力量的交织。因此在行动研究中认识与评价在教育过程产生效果和影响的各种因素比发现新的`教育规律更重要，应该通过行动研究不断地探索、改善、解决教育活动和教育实践中遇到的问题。体验式教学基于拓扑心理学和心理场理论，动态结合了理论与实践，强调教育理论的可行性与实践性，教育实践应重视体验与互动，教育能够解决实际问题的能力与对策的统一性。勒温的行动研究法作为多维互动教学模式融入体验式教学的理论基础，在实际教学中最大的贡献在于纠正了教育理论与教育实践相脱节的不足，为探索教学理论与整合教学信息技术提出了新方法和新路径。人本主义心理学的相关理论将学习视为每一个个体的自我终生发展，为了满足个体人格整合、心灵成长和个性解放。学习的主要目的是通过培养学习者的自尊和自信以建立积极的自我概念。个体的自我成长并非依靠单方面的外部输入和行为塑造就能实现，必须依靠个体的自我体验和感悟生成。这一理论与体验式教学的理念相一致，学习者只有自己发现并进行同化和内化的知识才能够影响个体的行为，因此在教育过程中，学习应该基于学习者的内在动机之上。人本主义的教育理论同样蕴含着多维互动模式的相关理念，认为学习者是自我成长和发展的主体，即学生必须具备强大的主观能动性，不能将教育过多的倚重于他人和外在因素。因此，一切教育方法和教学理念都将最终落实在学生这一主体，一切教学成果也要体现在学生自身，离开了学生主体来谈教学是无的放矢。教学效率的高低和教学效果的优劣取决于学习主体的积极性和参与度，多维互动的体验式教学就是转变传统教育观念，尊重学习者在教学过程中的主体地位，充分发挥和调动他们的主观能动性和创造性，通过积极参加与教学相长的实践活动来进行自我培养、自我成长、自我革新和自我提升。

(二)认知互动和情感互动是体验式教学的切入点

教学过程是认知互动与情感互动的统一，教学是由教师和学生共同完成的，在这一过程中知识信息交流和情感信息交流是师生之间互动沟通的两条信息路径。在教学过程中为了取得预期的教学效果，必须保证这两条信息路径都畅通无阻，否则无论哪一条路径产生信息沟通障碍都会影响教学活动的实施。在体验式教学中，教育者采取任务设置、角色扮演、案例分析、情景模拟、头脑风暴等方法，设置与教学内容相统一的情境和情感氛围，引导学生以团队分工协作的方式积极参与到教学中，让他们在认知、体验、思索和感悟的过程中形成独特的自我思维，最终教育者组织全体学生进行交流体验、分享感触、提升认识，为激发自我的内在价值和生命意义努力获取新知识和新技能。因此，在体验式教学中认知互动和情感互动是相辅相成的切入点。在传统教学模式下教育者、学习者和教学内容之间是单向的三角关系，而在体验式教学模式中，师生通过认知互动和情感互动进行双向交流，师生关系由单向三角形结构变成多向四边形结构，因此，多维互动的体验式教学是“知、情、意”三位一体的教学。认知互动和情感互动是体验式教学的切入点，认知互动属于信息交流路径，主要是对知识进行吸收、储存、转化、同化、内化、评价;情感互动隶属情感信息交流路径，其具备的动力功能、调节功能、疏导功能、强化功能、迁移功能、感染功能，情感互动能够提升认知互动，二者应协调发展，相互促进，共同为体验式教学模式的开展承担启动、导向、维持、协调、平衡的作用，以实现高效优质的教学目标。苏联霍姆斯基认为，“认知互动为求共识，情感互动为求共鸣”，认知的最终目的并非仅仅停留在知道“是什么”;更重要的是将知识体系内化为主体自身的情感和人格，以探索“为什么”;知识只有成为主体自身的态度、信念和价值观，才能深化为“怎么办”。教育的起点是“教”与“学”双方的积极的参与，是教育者和学习者相互心灵微妙的接触，教学的终点要回归到促进自我的全面发展，这充分说明教学活动应伴随着认知互动和情感互动，而非枯燥的理论的探索和知识传输。情感是体验式教学的重心，情感是体验的出发点，个体曾经的命运与际遇，内心的情绪与情感累积是体验和揭示生命意蕴的起点;情感也是体验的终结点，能够把对生命活动新的把握生成体验，把对生命更深刻认识注入个体认知体系。因此，从认知互动和情感互动切入体验式教学的过程不但是认知信息交流的过程，也是情感信息交流的过程，是以实现安顿自身情感为目的的师生之间情感交融共鸣的过程。

(三)体验式教学的本质强调亲历性

体验式教学与传统式教学的差异在于，其不仅注重学生对教学内容掌握的正确与否，还特别关注学生在学习过程中体验的情绪情感的升华和“体验”本身对学生的价值观与行为模式的影响。因此体验的价值往往并非在于体验过程中获取的某种固化的有形知识，而在于气质、人格、情绪、情感、认知、态度、价值观和责任意识等重要品质的培养。学生在体验过程中的自我选择与体验深度影响着上述心理行为品质发生发展的程度和水平。因此，体验式教学更加注重学生的主体性体验对生命成长的意义，为健全人格的培养提供更多机会和更广大的空间，是提升多维互动教学模式的制动阀。体验式教学的本质特征是亲历性。“亲历”与“亲身经历”是两个不同的概念，前者包含实践层面的亲历和心理层面的亲历。实践层面的亲历，是指主体通过角色扮演、模拟体验、情境带入等亲身经历日常生活事件;心理层面的亲历，是指主体通过对自我的回顾性反思和对他人的移情性理解在心理上虚拟地亲身经历某件事。体验式教学主张学生在教学活动中发挥主观能动性，在认知、感情和行为等方面直接参与到教学中模拟的情境或心境中，通过自我体验和自身亲历来建构知识，而非被动地接受知识。体验式教学将教学过程中师生之间、学生之间的沟通、交流、互动作为教学之本，教学安排突出学生的主体地位，兼顾学生之间的个体差异。构建多维互动的体验式教学就是要在情感培育与行为塑造之间架起一座桥梁，从“动之以情”到“导之以行”，通过体验加深学习者对知识的认知进而形成正确的行为取向。

三、构建多维互动的体验式教学的建设性

多维互动的体验式教学的建设性体现在以解决实践性问题为依托构建了通过引发式的学习体验，进而传播知识体系、提升实践能力、展现生命意义与价值的体验式教学系统。对体验式教学设计原理进行归纳和总结不难发现，该教学模式在理论上革新了传统教学设计中碎片化的知识点，建构了完整的知识面，变革了学习仅仅是为了探索未知的“将来”，强调重视鲜活且实在的“当下”同样重要，改变了以往只追求外显的行为模式而忽视内隐的心理体验，指明了体验式教学设计的内在机理与操作路径是行为方式与思维方式相统一。体验式教学系统重构了一种通过学习体验以有效实现教育的科学化与自我的人文化相统一，个体的成长和发展的个性化与再社会化相统一的内发创生式教育理论。运用现代教育技术构建课堂互动教学模式，就是要充分发挥现代教育技术优势，突破了以往教学信息表达方式的单一化和文字性，充分调动了学生学习的积极性和主观能动性。多维互动模式关键在于教学活动的可控性和教学内容的广度与深度。在教学情境中应用新兴教学媒体，教育者更容易把握和控制互动的主题、内容和范围，提高课堂的可控性;对于教学内容，当参与互动的个体增多，教育者适当的调控能够使广度随着信息量的增大而扩大，教学的启发点也随之增多，学生个体的领悟深度也将进一步被挖掘。多维互动模式的体验式教学有利于创新精神和实践能力的培养和发展。体验是与个体的自我认知、自我情感、自我意识、自我态度和价值观密切相关的个性心理特征。在积极的体验式教学中，个体可以充分发挥想象力和自由联想，摆脱现有知识结构的束缚。体验式教学的优势在于可以帮助学习者培养创新意识、创新思维和创新能力。如果课堂教学中缺乏体验，学习者就难以形成独立的自我意思，难以形成深刻的情绪情感，难以建立创新型思维结构，难以构建深刻自我的反思，自然难以生成和发展实践能力。基于现代教育技术构建的多维互动教学模式，在教育者和学生之间、学生彼此之间、个体与教学环境之间的互动中，提供开放的教学资料，纳入开放的学习方式，培养教学者开放心态，促进学生开放思维，提升教学开放模式，不再将学生局限于书本知识和标准答案的权威，培养其会学、活学和乐学的能力。学生在传统课堂教学中学习到的知识和经验通常是抽象的，这种平面化的知识学习和经验积累，难以被立体思维模式的学生所内化，更谈不上形成知识体系和经验结构。因此，教育者需要在认识的主体与客体之间建立一个通道，即多维互动的体验式教学模式，及时为学生提供一个直接感知知识的平台和运用经验的空间，使他们在生动的感知体验和实践操作层面，从物境到情境，从情境到意境，最终形成自我的感悟。体验式教学之所以有效是源于合理的教学方案设计和积极的课堂互动。多维互动的体验式教学能够打破机械孤立的碎片化学习状态，通过“体验”这一通道，认识主体就能够高效率地感知到认识对象，促使主体在解决问题时能综合运用已获取的知识和经验，进而获得新的认知和感悟。综上所述，运用现代教育技术构建多维互动的体验式教学探索出了素质教育的新路径，实现了以知识传递为重心向以体验生成为重心的转化，实现了外在传授式教学设计向内发创生式教学设计的转化。这一教学模式的转向构建了多维互动的体验式教学体系，促进了学生创新性思维和实践能力交互发展。因此，构建多维互动的体验式教学是一项理论性与实践性，指导性与操作性，现实性与革命性相统一的重要研究。其中实践性是体验式教学最大的特点，表现为基于实践性问题发掘的内容体系，依托实践性问题解决的进程体系和彰显实践性思维的目标体系，这三大体系构建了体验学习和经验生成的的组织体系。教育者通过多维互动的体验式教学能够有效协助学生充分领悟蕴含于知识深层的意义，将知识融入生命世界，体验自我生命的价值，发现生命的意义，将理论知识转化为适应、选择与改变环境的能力。

参考文献:

［1］刘庆标．现代思想政治教育技术论［D］．武汉:华中师范大学，2013，05:29

［2］王棋．关于现代教育技术优化课堂教学的几点思考［J］．中国教育技术装备，2014(12):10－13

［3］邱小艳，宋宏福．大学生心理健康教育课程体验式教学的实验研究［J］．湖南师范大学教育科学学报，2013(1):95－98

［4］姚巧红．运用现代教育技术构建课堂互动教学模式的探索［D］．兰州:西北师范大学2001，05:18

作者：李文姣 单位：中共河南省委党校哲学教研部

数控论文提纲

无论是在学校还是在社会中，大家总免不了要接触或使用论文吧，论文对于所有教育工作者，对于人类整体认识的提高有着重要的意义。那么一般论文是怎么写的呢？以下是我为大家收集的数控论文提纲，仅供参考，希望能够帮助到大家。

摘要： 我国从1958年开始发展数控技术，到现在已经建立了一定的规模体系。到目前为止我国数控市场大多被国外数控系统占领，本文主要讨论的是国产低价位数控机床、高速高效数控机床和重型数控机床如何占领了国内市场。

关键词： 国产化数控机床；低价位、高速、重型数控机床；售后保障机制

我国自从1958年开始研究数控技术以来，到现在已经建立了以中、低档数控机床为主的产业体系。数控产业化的最终成功将体现在数控机床的全国产业化和市场占有率上。到目前为止，我国数控市场大多被国外数控系统占领，例如日本FANUC系统、德国的SIEMENS系统等一些国外知名品牌在我国占有很大的市场，而国产系统由于各种原因受到冷落。

数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础。这个基础是否牢固将直接影响到一个国家的经济发展和综合国力，关系到一个国家的战略地位。因此，必须在国内市场上快速收复失地，在国际市场上稳步进军，才能最终打赢国产数控机床市场翻身仗。下面仅就低价位数控机床、高速高效数控机床和重型数控机床的发展问题做一简单讨论。

一、大力发展低价位数控机床

低价位数控机床，就是功能满足用户小批量，多品种生产要求(无功能浪费)、技术指标适中、可靠性好、价格便宜，中、小型企业都能接受的普及型数控机床。这类机床已成为国际市场上数控机床的发展趋势之一，也是国内众多用户渴求的产品，比较适合中国国情，其市场前景相当广阔。然而，如果采用国外数控系统(包括伺服元件)按照传统思路来发展低价位机床，是很难将价格降至广大用户所能接受的水平。因此，采用本文提出的新型集成化国产数据系统来发展高性能的低价位数控机床，将是一条最有希望成功的道路。只要有一定批量，由此构成的国产普及型数控车床的售价完全可以控制在10万元以内，三坐标数控铣床可控制在l5万元左右，加工中心可控制在2O万元左右。此价位的国产数控机床将是具有较强竞争力。

二、加速开发高速数控机床

高速、高效是数控机床发展的另一大潮流。发展高速、高效数控机床的技术途径可有以下几条：

①通过提高切削速度和进给速度的方法，来满足成倍提高生产效率，有效提高零件的表面加工质量和加工精度的加工效果，并且此方法还能解决常规加工难以解决的某些特殊材料(如铝钛合金、模具钢、淬硬钢)和特殊形状零件(如复杂薄壁零件)的高效加工问题。

②通过工艺复合的方法来减少工件的安装次数，

这样能有效地缩短搬运和装夹时间。例如，将五面五轴加工中心与立车复合构成万能加工中心，可实现一次装卡完成零件的大部分(或全部)加工任务。

③采用高速、高精度圆周铣的方法，能够完成以螺旋轨迹插补实现不钻底孔的直接攻丝等新的加工方法，这种方法能够大幅度减少换刀次数，提高加工效率。

④为数控机床开发智能寻位加工功能，消除对精密夹具和人工找正的依赖，有效缩短单件小批量加工的准备时间。

在我国现实条件下，如果沿用传统思路是难以实现上述途径的，因此必须立足国情、结合实际、勇于创新、大胆探索新的道路。考虑到常规数控机床在总体结构上基本上采用工件和刀具沿各自导轨共同运动的方案，一方面由于机床传动环节刚性不足和导轨中摩擦阻力较大，使运动部件难以获得高的进给速度；另一方面由于工件、夹具和工作台的总质量比较大，使之难以获得高的加速度。此外，传统机床结构是一种串联开链结构，组成环节多、结构复杂，并且由于存在悬臂部分，部件和环节间存在联接间隙，所以不容易获得高的总体刚度，因此难以适应高速高效加工的特殊要求。为此，开发国产高速高效数控机床时，可采用工件固定，以直线电机组成并联短链直接驱动主轴和刀具运动，将高速高精度传动与高刚度支撑合二为一的适合于高速高效加工中心的新型结构。采用该结构的高速高效数控机床不但速度高、刚度高，如果在传动与控制上处理得当，还可以达到比常规机床更高的加工精度和加工质量，而且具有机械结构简单，零部件通用化、标准化程度高，制造成本低，易于经济化批量生产等显著优点。因此，沿此思路发展高速高效数控机床将是一条符合国情、易于取得成功的道路。

三、突破重型数控机床的设计制造技术

重型数控机床(特别是多坐标重型数控机床)是国民经济和国防生产中的重大关键设备，属于战略物资，真正先进的重型数控机床国外是不可能卖给我们的。因此，在我国下世纪数控产品的发展中必须依靠自己的力量进行解决。发展重型数控机床必须有过硬的基础，我们在数控机床国产化的进程中应不断总结经验，加强基础技术和关键技术研究，充分发挥我国产、学、研相结合的优势，各部门通力合作、共同努力，争取在短时期取得突破性进展。

四、建立起有力的售后保障机制

数控系统和数控机床做为典型的高技术产品，对用户的技术支持和服务是相当重要的，以前国产数控产品丧失信誉的原因，除可靠性问题外，另一大问题应是缺乏有力的技术支持和服务。用户花了很多钱买的数控机床或数控系统，一旦出现问题却叫天天不应，叫地地不灵，即便是厂家答应了，维修人员也不能及时到位，而且维修人员的技术水平也是参差不齐的，在这个讲究效率的时代，这样的售后服务是行不通的，长此下去谁还敢买我们的产品呢。因此，对用户的技术支持和服务应当成为我们重要的日常工作，使我们在市场上向纵深挺进的同时，有一个强大后方做保障。因此，为了取得数控产品市场竞争的全面胜利，必须建立一个以技术支持和服务为核心的强大的售后服务基础。

摘要： 本文针对当今出现的数控加工仿真软件、数控加工教学和培训的要求、以及数控机床实训环节易出事故、机床损耗严重、费用高等特点，论述了数控加工仿真系统的原理、作用、功能，以及在数控教学中，如何有效地使用数控加工仿真系统软件，对学生、学员进行数控机床的基本操作培训，以达到多、快、好、省的目的。

关键词： 数控机床、数控加工、虚拟现实、仿真系统

引言

随着我国高等职业教育的飞速发展，以及数控加工技术在机械制造业中的`广泛应用，大批数控机床操作人员的专业培训成为迫切而又难以解决的问题。在传统的操作培训中，数控机床编程与操作的有效培训必须在真实的机床上进行。可是随着学生人数的不断增加，有限的机床数量难以保证每位学生有足够的上机操作时间，同时学生在真实机床上操作还具有一定的危险和不安全性，培训中的误操作经常会导致设备、刀具等的损坏，甚至引发人身伤害事故，增加了培训成本。因此，传统的机床操作培训方法效率低、教师工作量大、培训费用高，需要用更新的方法来取代。

1、虚拟现实技术

虚拟现实，英文名为Virtual Reality，简称VR技术。这一名词是由美国VPL公司创建人拉尼尔（Jaron Lanier）在80年代初提出的，也称灵境技术或人工环境。作为一项尖端科技，虚拟现实集成了计算机图形技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术的最新发展成果，是一种由计算机生成的高技术模拟系统，它最早源于美国军方的作战模拟系统，九十年代初逐渐为各界所关注并且在商业领域得到了进一步的发展。这种技术的特点在于通过计算机产生一种人为虚拟的环境，这种虚拟的环境是由计算机图形构成的三维数字模型，并编制到计算机中去生成一个以视觉感受为主，也包括听觉、触觉的综合可感知的人工环境，从而使得在视觉上产生一种沉浸于这个环境的感觉，可以直接观察、操作、触摸、检测周围环境及事物的内在变化，并能与之发生“交互”作用，使人和计算机很好地“融为一体”，给人一种“身临其境”的感觉。

虚拟现实是发展到一定水平上的计算机技术与思维科学相结合的产物，它的出现为人类认识世界开辟了一条新途径。虚拟现实的最大特点是：用户可以用自然方式与虚拟环境进行交互操作，改变了过去人类除了亲身经历，就只能间接了解环境的模式，从而有效的扩展了自己的认知手段和领域。另外，虚拟现实不仅仅是一个演示媒体，而且还是一个设计工具，它以视觉形式产生一个适人化的多维信息空间，为我们创建和体验虚拟世界提供了有利的支持。由于虚拟现实技术的实时三维空间表现能力、人机交互式的操作环境以及给人带来的身临其境的感受，它在军事和航天领域的模拟和训练中起到了举足轻重的作用。近年来，随着计算机硬件软件技术的发展以及人们越来越认识到它的重要作用，虚拟技术在各行各业都得到了不同程度的发展，并且越来越显示出广阔的应用前景。

虚拟现实技术在改造传统产业上的价值体现于：用于产品设计与制造，可以降低成本，避免新产品开发的风险；用于产品演示，可借多媒体效果吸引客户、争取订单；用于培训，可用“虚拟设备”来增加员工的操作熟练程度。虚拟现实技术将使众多传统行业和产业发生革命性的改变。

2、数控加工仿真系统

随着虚拟现实技术及计算机技术的发展，出现了可以模拟实际机床加工环境及其工作状态的计算机仿真加工系统，它是一个应用虚拟现实技术于数控加工操作技能培训的仿真软件。利用计算机仿真培训系统进行学习和培训，不仅可以迅速提高被培训人员的理论、操作水平，而且非常安全，可靠好，培训费用低。

目前在国内已经有一些高等院校将计算机仿真运用于数控操作人才培训的教学之中，也出现了各种数控加工仿真教学系统，如上海宇龙、北京斐克、南京宇航、广州超软、武汉金银花等不同的数控加工仿真软件。上述这些教学系统既能单机系统独立运行，又能实现在线运行。独立运行即机床模型方式，其培训设施只需一台微机，数控机床的模拟操作在显示屏显示的仿真面板上进行，而零件切削过程由机床模型通过三维动画演示。实践证明，用这种方式进行初步培训是非常经济有效的。在线运行即机床工作方式，在这种方式下，教学系统将与实际机床连接，由硬件实现零件切削过程，这时除了操作者是用仿真面板操作外，其它则与实际机床的真实情况一样。即利用计算机和其他的专用硬件、软件去产生一种真实场景的仿真，操作者可以通过与仿真场景的交互，来体验一种接近于真实的场景的感觉。因此，采取这种方法能进一步提高操作者的实际操作技能。

数控仿真系统的核心是虚拟数控机床，而虚拟数控机床又是虚拟制造技术中的一个重要的执行单元。它不仅在数控加工过程中为产品设计提供了可制造性的分析，而且在数控系统的学习和培训中，为被培训人员提供了完善的学习方法和学习环境。数控仿真系统完全模拟真实零件的加工过程，可以检验各种数控指令是否正确，能提供与真实机床完全相同的操作面板，其调试、编辑、修改和跟踪执行等功能也一应俱全。

3、虚拟数控机床平台的构建

虚拟数控机床一般是通过以下的构建平台来实现上述功能：

（1）NC解释平台。NC解释平台包括NC解释器和NC验证器。任务分配数据库从任务调度中接受数控代码并将其翻译为虚拟机床的部件、刀具等运动的信息，并将其通过计算模块来模拟机床的响应，NC解释器能够被自由地配置从而能够模拟任何一种数控机床的CNC控制器。

（2）NC验证器。能够验证NC代码的语法是否正确。

（3）刀具库。刀具库应包括一台数控机床所需要的所有刀具，并能自由配置刀具库中的刀具号，从而能模拟任何一种数控机床的换刀形式及切削加工的要求。

（4）仿真平台。仿真平台包括刀具轨迹仿真、切削力仿真，加工精度仿真、三维动画仿真、加工工时统计分析，仿真平台是虚拟数控机床的核心技术。操作者可以在虚拟的环境中进行机床运动和切削过程等的仿真，从中获得相关的加工数据。如进给轴的位移量、换刀状态、主轴转速、加速度、进给量、加工时间等。通过加工过程的仿真，了解所设计工件的可加工性，验证NC代码的正确性以及评价和优化加工过程，并通过在线修改NC代码来将其优化。

（5）计算平台。计算平台用来完成虚拟数控机床中各种计算，如根据NC代码计算加工零件新的几何形状，根据刀具的材料、运行时间、零件的材料性质和润滑介质的性质计算刀具的补偿量和热补偿量。这些计算结果是虚拟数控机床在应用于虚拟制造过程中的加工方案评价以及可制造性分析所必须的。

（6）设计开发平台。虚拟数控机床的设计平台是一个面向对象的数控软件库及其开发环境。通过对数控软件的标准化、规范化研究和其它CAD／CAM软件的数据交换，并对典型的零件进行封装，设计成具有稳定、通用接口的可重复使用的软件。

（7）操作运行平台和监控平台。在虚拟环境中完全实现真实机床的操作，让使用者完全感受到真实机床的运行特性。在这些基础上的监控硬件和软件，用来控制简易机床．增加虚拟数控机床的真实感．并且可以进行典型零件的实验性试切加工，让使用者有一种身临其尽的感觉。尤其是在数控教学和培训过程中，初学数控编程者需要大量的编程练习，并进行实际调试。用试切法来检验数控加工程序显然不合理，而且也难于实现。如果利用仿真技术，这些问题可以轻松得到解决，从而避免编程时人为出错或工艺不合理造成工件报废。

4、数控仿真系统功能及在教学中的应用

虚拟数控机床实际上是虚拟环境中数控机床的模型。与真实机床相比，虚拟数控机床具有以下的功能和特点：

虚拟数控机床具有与真实机床完全相同的结构。虚拟数控机床能模仿真实机床的任何功能而不致因为采用某种近似替代而导致某种结构和信息的失真或丢失，并与真实机床有完全相同的界面风格和对应功能，如动态旋转、缩放、移动等功能的实时交互操作，从而为学员的学习和培训提供保证。

机床操作全过程仿真。仿真机床操作的整个过程：毛坯定义，工件装夹，压板安装，基准对刀，安装刀具，机床手动操作。

丰富多样的刀具库。系统采用数据库统一管理的刀具材料、特性参数库，含数百种不同材料、类型和形状的车刀、铣刀，同时还支持用户自定义刀具及相关特性参数。

全面的碰撞检测。手动、自动加工等模式下的实时碰撞检测，包括刀炳刀具与夹具、压板、刀具，机床行程越界，主轴不转时刀柄刀具与工件等的碰撞。出错时会有报警或提示，从而防止了误操作的发生。

强大的测量功能。可实现基于刀具切削参数零件粗糙度的测量，能够对仿真软件上加工完成后的工件进行完全自动的、智能化的测量。

具有完善的图形和标准数据接口。用户既能在真实的环境中运行虚拟机床，又能观察它的各种运行参数，并能将其他CAD／CAM软件，如UG、Pro/E、Mastercam等产生的三维设计后置处理的NC程序，直接调入加工。

实用灵活的考试系统。可用于远程网络学习、作业、考试等功能，并实现答卷保存、自动评分、成绩查询和分析等功能，轻松实现无纸化的考核与测评。

虚拟数控机床强大的网络功能，可实现远程教育。不仅在局域网上具有双向互动的教学功能，还具有基于互联网进行双向互动的远程教学功能，数据传送可以采用卫星、宽带（ADSL,ISDN,有线CABLE等）或窄带互联网（56K Modem）等方式进行。这使得远程教学成为名副其实，它代表未来教育的发展方向。

5、结束语

鉴于虚拟数控机床具备如此出众的功能，针对目前各院校数控教学课程和参加数控实习学生人数不断增加的现实，以及数控机床精密、昂贵的特点，把数控加工仿真系统软件引入到教学之中，使之用于数控机床编程与操作培训，无疑是个明智之举。这样既可以避免因误操作造成价格昂贵的数控机床的损坏，又可以使操作人员在对仿真数控机床操作过程中产生现场感和真实感。同时由于其成本较低，可以大量地配置终端，彻底解决了数控机床数量不足的难题，使每位学员都能有足够多的实践机会，因此能够让学生更快地熟悉和了解数控加工的工作过程，掌握各种数控机床的操作方法。其更大的好处还在于，在实现了同样培训效果的情况下，将加工出错率及事故发生率降低到了最低程度。

从我院使用后的效果看，数控仿真系统的引入，使学生在学习数控编程理论时，课堂的教学变得更加生动、更加具体，提高学生的学习兴趣，教学效果明显得到提高。在学习实际操作时，由于仿真软件不存在安全问题，这使得学生可以大胆地、独立地进行学习和练习，并能自我检测加工零件几何形状的精度，对学生机床操作能力的培养，起到了极大的提高、加强作用。同时该系统还可以减轻老师的工作强度，减少工件材料和能源的消耗，节约了实践环节的培训成本，效果十分显著。相信不久的将来，它必将成为数控教学中一种不可或缺的重要手段。