汽車發動機機械維修仿真教學系統研究

郭 彬

（南京交通職業技術學院 汽車工程系，江蘇 南京 211188）

高職課程建設與改革必須體現職業性和實踐性，實踐教學課程的內容要與工作任務相對接、教學情境要與工作情境相對接［1－5］。2009年開始，南京交通職業技術學院汽車工程系對“汽車發動機機械維修”課程進行了理論與實踐一體化的建設與改革，主要包括理論與實踐一體化實訓室的建設、多媒體資源庫建設、理論與實踐一體化教學及考核方法改革等。在實踐教學過程中，筆者發現：由于教師指導不到位、學生人數眾多、工量具使用不當以及拆裝工藝錯誤等原因，造成了臺架及工量具的損壞，設備維護成本越來越高。

為此，南京交通職業技術學院汽車工程系在構建“汽車發動機機械維修”網絡課程教學過程中，采用Unity3D和flash（As3.0）技術開發［6－13］，構建了由理論知識、仿真實訓、學習評價及拓展學習4個模塊組成的汽車發動機機械維修仿真實訓教學系統［14－15］。該系統在一定程度上解決了由于誤操作帶來的實訓裝置損壞問題，提高了設備完好率，降低了設備維護成本。另外，該系統的開發，有效地解決了理論教學與實踐教學脫節問題，增強了教學的直觀性，充分體現了學生的主體參與作用，有助于教學質量的提高。

1 系統的組成

汽車發動機機械維修仿真教學系統主要分為理論知識、仿真實訓、學習評價和拓展學習4個模塊（見圖1），每個模塊包含若干個子模塊。

1.1 理論知識模塊

該模塊將分別展示汽車發動機機械部分主要零部件的作用、組成、結構及原理。對于某些結構，教師單憑語言和文字難以表述清楚，學生也難以掌握。針對這些教學的難點，軟件以三維動畫生動、多角度地展示零部件結構（例如圖2），大大增強了教學的直觀性和生動性，教師也可方便利用此軟件進行演示講解。

1.2 仿真實訓模塊

該模塊包含虛擬實訓和操作視頻2部分。其中操作視頻部分包含曲柄連桿機構、配氣機構、冷卻系、潤滑系這4部分拆裝和檢修的錄像資料。視頻中采用真實的發動機、工量具進行仿真實訓，真實、有序和規范地展示實訓的全過程。仿真實訓部分是本教學系統的核心（見圖3）。學生在實物拆裝、檢修之前，在虛擬環境下反復練習拆裝，熟悉檢修工藝及規范。

圖1 汽車發動機機械維修仿真教學系統的主界面

圖2 活塞連桿組的結構

圖3 仿真實訓模塊界面

1.3 學習評價模塊

該模塊分課堂練習、試卷庫、技能考核3部分。課堂練習以及試卷庫采用判斷和選擇2種客觀題型，這樣便于檢查學生對發動機的原理、機械結構、檢修知識的掌握程度。技能考核部分主要是檢查學生是否熟悉拆裝和檢修工藝標準，體現了過程化考核。

1.4 拓展學習模塊

該模塊是給學生提供一些資料，擴大學生知識面。該模塊的主要內容有：電子教材、5S、工作安全、工量具使用及發動機大修基本技能等補充提高材料。

2 系統的實現

2.1 軟件開發技術

軟件開發環境為 Microsoft Visual Studio 2005集成開發環境；軟件開發語言采用ADO.NET C＃；軟件后臺數據庫采用SQL Server 2005。開發環境運行在Windows 7平臺。

軟件采用了主流的基于UML面向對象的分析與設計開發方法［16－17］，開發過程中采用易于變通的敏捷開發方法，避免了傳統的瀑布方式的弊端；軟件結構采用C／S架構；軟件的播放器插件可以兼容多種格式圖片、flash、3D、多種格式視頻、pdf、文本等類型資源的播放。

2.2 實訓設備的仿真

汽車發動機機械維修實訓設備由發動機臺架、常用工具車（圖4）、專用工具車（圖5）、量具等組成。這些設備采用3ds Max、Unity3D等軟件建立模型，要求達到既美觀又不失真的效果。學生通過仿真實訓能夠對各種工量具的外觀及功能有感性的認識。

圖4 常用工具車

2.3 氣缸蓋拆裝與檢修實訓仿真實例

汽車發動機機械維修仿真教學系統能模擬真實的實訓中心場景，使學生在實訓的同時，有身臨其境的感受。以氣缸蓋虛擬拆裝與檢修為例，可以很好地說明仿真實訓模塊的功能。

首先進入氣缸蓋虛擬拆裝界面。該界面包含專用工具車、常用工具車、零件車、測量工具、實訓記錄、資料手冊、保存等功能選項。整個拆裝、檢修過程按照標準工藝操作，包括螺栓2次松動和扭力鎖緊、工具組合與分解、零部件清洗和零部件測量等（見圖6）。如果操作錯誤，軟件允許繼續操作，并自動記錄錯誤的產生時間以及錯誤的項目和內容。實訓結束后，可點擊“實訓記錄”查看得分，并可以分析拆裝的工藝步驟，實現了過程化的考核。

在虛擬拆裝、檢修過程中如有疑問，除了參照軟件提示之外，還可點擊“資料手冊”查看企業維修手冊。如一次拆裝沒有完成，軟件的“保存”功能可將這次拆裝進度記錄下來，日后可以繼續未完成的拆裝。

仿真實訓模塊是本仿真教學系統的核心，學生通過反復操練，能夠提高崗位技能，也體現了“做中學”的教學特色。

圖5 專用工具車

圖6 氣缸蓋虛擬拆裝與檢修

3 軟件特點

軟件仿真實訓功能體現了“做中教、做中學”的理念；軟件的三維動畫生動、多角度地展示零件結構，符合職業院校學生的認知特點；軟件素材齊全，包括文字、圖片、三維動畫、視頻等，有利于學生自主學習。軟件的開發應用有效解決了職業院校設備、場地及指導教師不足的難題，提高了學生的技能。

4 使用效果

汽車發動機機械維修仿真教學系統融理論教學與實踐教學為一體，實現了學生理論知識水平與操作技能的同步提高。學生普遍反映：使用該系統后，提高了實物拆裝的效率，同時也增強了學習的自信心。仿真教學系統明顯減少了因誤操作而造成的實訓裝置的損壞，降低了設備維護成本，同時也將優質教學資源最大限度地覆蓋到每個學生，緩解了設備、師資和場地供給不足與實際需求的矛盾，為學校創造了一定的經濟效益。

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［1］教育部.關于全面提高高等職業教育教學質量的若干意見［EB／OL］.（2006－11－20）［2013－02－18］.http：／／www.moe.edu.cn／publicfiles／business／htmlfiles／moe／moe＿745／200612／19288.html.

［2］劉智勇，趙前斌.對高職教育“高等性”和“職業性”的再認識［J］.高教探索，2011（7）：108－111.

［3］孔德蘭.以職業性和實踐性為核心的高職院校精品課程建設：以“財務管理實務”國家精品課程為例［J］.中國高教研究，2010（2）：88－89.

［4］徐艷民.基于崗位工作任務的工學結合教學情境設計：以汽車技術服務與營銷專業的《汽車構造》課程為例［J］.職業教育研究，2009（11）：92－93.

［5］周衍安.高職教育質量標準研究綜述［J］.江蘇高教，2010（9）：139－141.

［6］賀可強.基于Flash AS3.0腳本的物理課件制作方法探討［J］.軟件導刊：教育技術，2009（8）：68－70.

［7］胡奇光，吳蓉暉.基于 Flash Action Script 3.0的動畫設計的研究［J］.計算機與數字工程，2010（7）：147－150.

［8］息濤，孫麗，邢江月，等.Flash腳本語言as3.0實踐與難點探討［J］.遼寧大學學報：自然科學版，2009（4）：342－345.

［9］邢江濤.利用Flash AS3.0開發三維動畫應用探討［J］.長治學院學報，2011（10）：74－76.

［10］龍曉苑.Flash AS 3.0動畫編程：基礎與提高［M］.北京：北京交通大學出版社，2010.

［11］孫穎.Flash Action Script 3.0殿堂之路［M］.北京：電子工業出版社，2007.

［12］朱柱.基于Unity3D的虛擬實驗系統設計與應用研究［D］.上海：華中師范大學，2012.

［13］倪樂波，戚鵬，遇麗娜，等.Unity3d產品虛擬展示技術的研究與應用［J］.數字技術與應用，2010（9）：54－55.

［14］周云成.汽車發動機構造虛擬仿真實訓系統開發研究［D］.長春：吉林大學，2012.

［15］樓建列.基于EVC的高職仿真實訓教學平臺架構研究［J］.教育與職業，2011（3）：166－167.

［16］楊世欣.基于UML的面向對象建模方法的研究［J］.現代電子技術，2010（18）：47－50.

［17］陳卓艷.基于UML的軟件開發方法及其支撐環境的研究［D］.濟南：山東科技大學，2003.