本实验面向工业设计/产品设计等专业,培养学生解决复杂工程问题的能力,结合山东理工大学农业工程优势特色学科,以农业无人机系统设计为切入点,将农场场景虚拟化,免去学生到田间地头进行实地实验的危险性和不便性。
通过虚拟仿真的方式将农业无人机系统设计的过程直观、形象的展现给学生,调动学生学习积极性,教学过程更接近“实战”,加深学生对理论知识的理解,提高学生解决问题的能力。
(1)实验的必要性及实用性
1)必要性
农业无人机系统集成度高、结构复杂、拆装操作和作业环境存在一定的危险性,田间地头试验田位置偏远、交通不便,传统农业无人机系统设计实验需到农场现场观测和实际操作,具有危险性、实验周期长、成本高、实验环境和时空受限等问题,本实验项目利用虚拟现实技术和互联网信息技术延伸了实验内容的深度与广度,可以在虚拟仿真系统中模拟无人机的形态结构、型号参数和飞行效果,能有效解决农情检测、喷药施肥等实施和数据收集的难题。
2)实用性
本实验项目将传统的实验室设备、固定的上课时间延伸为泛在化的网络虚拟实验室和随时随地的“空中课堂”。虚拟仿真实验环境,全方位实现了农业无人机系统设计模拟实验涉及的所有知识点的实验探究,将课堂所学知识用于线上实验中,极具可观性和吸引力,解决了现场实验难以组织实施,也无法承受大批量的学生同时实验的难题,凸显了虚拟仿真实验的优势。
依托虚拟仿真实验,学生动手参与设计、装配、调整和使用,不但巩固了所学的各门专业课程知识,达到融会贯通、学以致用的目的,通过虚拟设计和操作体验,提高学生对专业学习的兴趣,为设计类专业高级专门人才的培养目标提供有效支撑。
项目依托网络平台,结合虚拟现实技术,拥有自主知识产权,在满足了本校实验教学要求外,可面向全国设计类相关专业的高校和企事业单位开放共享,覆盖面广,提高了资源的可利用性,实现了传统教学在学习空间、时间、学习内容的延伸与拓展。
(2)教学设计的合理性
本实验选择农业无人机系统设计作为实践内容,包括了农业无人机的形态设计、参数设置以及不同造型下对无人机飞行形态和效果的模拟驾驶,实验教学过程中,以学生为中心,以问题为导向,科研活动与实验教学紧密结合,采用“混合式”教学方法,目的是通过教学引导,提高学生的学习兴趣,提升学生对本专业的认可度,使其更好的掌握农业无人机的外型、配色、结构、原理、使用调整及分析设计方法,以培养学生分析问题解决问题的能力、动手实践能力和创新能力。
(3)实验系统的先进性
农业无人机系统设计与模拟实验平台,应用3D仿真和建模技术构建的农业无人机设计、装配、展示和应用的真实场景。基于3D建模与仿真的虚拟实验环境及虚拟实验对象,不需要消耗类或易损类实验材料,项目以农业无人机系统设计展示环境和无人智慧农场模拟场景为依托,农业无人机系统设计场景、装配环境及整机结构与真实场景完全一致,无人农场环节依托实地数据建模构建。
本实验系统以农业无人机系统设计为主线,引导学生学习农业无人机在田间作业的工作原理,学生可以自主选择相应参数,进行虚拟设计、场景渲染、虚拟拆装、虚拟演示和模拟飞行等操作。
我校拥有该软件的自主知识产权。