虛擬實訓系統(tǒng)在《汽車電器》教學中的應(yīng)用

劉淑珍 朱 敏

（江西制造職業(yè)技術(shù)學院，江西 南昌 330038）

0 引言

隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，其采用的技術(shù)也日新月異，自動化、電氣化和電子化程度越來越高。不同品牌的汽車配置的電器各不相同，研究虛擬仿真實訓技術(shù)、開展汽車電器虛擬實訓可以創(chuàng)造多層次（虛擬與現(xiàn)實）、多模式（演示與設(shè)計）的教育實踐教學環(huán)境，可使學生的實踐操作技能和技術(shù)應(yīng)用技能得到全面提高，有效彌補現(xiàn)行實訓的不足。目前，國內(nèi)仿真教學軟件種類繁多，如南京的“宇航仿真”、北京斐克公司的VNUC軟件、上海的“宇龍仿真”等。其中，機電控制仿真軟件平臺是用于電子電工及相關(guān)專業(yè)實訓的仿真軟件，可在全軟件環(huán)境中，借助系統(tǒng)自帶的各種功能部件搭建所需實訓平臺，使參與者通過仿真場景來體驗一種接近于真實操作的感覺。采用這種教學手段，能進一步培養(yǎng)學生的實際操作技能。

1 《汽車電器》課程教學現(xiàn)狀

《汽車電器》課程是汽車專業(yè)的主干課、核心課，實訓教學是《汽車電器》教學的一個重要組成部分，對提高學生的專業(yè)技能有著不可估量的作用。但在實訓中，由于場地、經(jīng)費等原因，學生人均實訓設(shè)備明顯不夠，這就嚴重影響了教學質(zhì)量和教學效果。

現(xiàn)狀1：目前《汽車電器》實踐教學主要采用教具模型、拆裝實訓或電路掛圖的形式，這種教學方式使實踐教學內(nèi)容受限于教具，沒有拆裝、檢測、運行、電路設(shè)計等一體化操作平臺，教學內(nèi)容擴展性差。

現(xiàn)狀2：課程教學以傳統(tǒng)方式為主，過分追求理論化、系統(tǒng)化、專業(yè)化，忽視了對于職業(yè)崗位的應(yīng)用性和適用性。

現(xiàn)狀3：機電控制仿真軟件平臺在數(shù)控技術(shù)、機電一體化領(lǐng)域已應(yīng)用十分廣泛，但目前還未應(yīng)用于汽車專業(yè)課程實踐教學，國內(nèi)高職院校還未有針對該平臺實踐教學形式的研究。

2 虛擬實訓系統(tǒng)的特點

2.1 降低實訓成本，提高實訓安全性

在《汽車電器》實訓中，學生人均實訓設(shè)備明顯不夠，實訓場地擁擠，每場實訓下來損耗也大，有些實訓甚至無法進行。利用虛擬實訓系統(tǒng)可以彌補這些方面的不足，降低消耗和成本，提高安全性。

2.2 具有開放性

虛擬實訓系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)向?qū)W員開放，主要表現(xiàn)在2個方面：（1）實訓平臺開放。實訓者可以在虛擬平臺自行構(gòu)建實訓環(huán)境、實訓儀器、實訓模塊等。（2）資源開放。實訓者可以根據(jù)實訓需要自由選用虛擬實訓設(shè)備、虛擬實訓環(huán)境等。

2.3 具有動態(tài)性

虛擬實訓系統(tǒng)可以打破空間的限制，讓學生、教師觀察到每種汽車電器系統(tǒng)電路的具體工作情況，這是實物實訓所無法比擬的。對于一些課堂上沒能及時做好的實訓，學生課下還可以通過網(wǎng)絡(luò)自行完成，完全不受時間限制。

3 虛擬實訓系統(tǒng)的功能

該虛擬實訓系統(tǒng)是采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)來仿真物理實訓的計算機應(yīng)用系統(tǒng)。基于“宇龍仿真”開發(fā)的《汽車電器》虛擬實訓系統(tǒng)能提供情景模擬、交互操作、結(jié)果呈現(xiàn)、數(shù)據(jù)分析等功能。在虛擬實訓場景中，系統(tǒng)能夠模擬各個實訓設(shè)備的功能，并在這些虛擬的實訓設(shè)備之間實現(xiàn)信號傳遞，以切實達到《汽車電器》課程實訓教學的目的。

虛擬實訓系統(tǒng)可實現(xiàn)汽車蓄電池充放電實訓、汽車啟動系統(tǒng)實訓等典型實訓項目，內(nèi)容包括電路設(shè)計、故障診斷、故障排除等。虛擬實訓系統(tǒng)具備以下功能：（1）能夠在電腦上實現(xiàn)自動或手動布線。（2）實現(xiàn)實訓電路的自我診斷。（3）提供一個可擴充的虛擬設(shè)備庫。（4）能根據(jù)不同的實訓操作指令向相關(guān)設(shè)備傳送信號。（5）能根據(jù)實訓者輸入的識別碼和實訓效果自動記錄、輸出成績。

4 虛擬實訓系統(tǒng)在《汽車電器》教學中的應(yīng)用

4.1 利用網(wǎng)絡(luò)平臺構(gòu)建汽車電器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

如圖1所示，利用網(wǎng)絡(luò)平臺制作出3D模型，通過動畫演示電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理，使復雜變直觀，有利于學生掌握和理解汽車電器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

圖1 利用網(wǎng)絡(luò)平臺構(gòu)建汽車電器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.2 利用虛擬環(huán)境進行汽車電器的維修訓練

如圖2所示，運用3D虛擬環(huán)境構(gòu)建汽車電器模型，在相應(yīng)的維修指導數(shù)據(jù)庫輔助下，學生能在虛擬的環(huán)境中學習汽車電器拆裝和維修過程，這就使實訓變得非常方便高效。另外，虛擬技術(shù)還能營造多個場景，讓學生在虛擬的場景中了解汽車保養(yǎng)、維修等全部工作流程，從而清楚地認識汽車電器工作原理，并掌握其維修方法。

圖2 利用虛擬環(huán)境進行汽車電器的維修訓練

5 虛擬實訓教學與傳統(tǒng)教學結(jié)果比較

《汽車電器》是汽車專業(yè)高職教學中最重要的專業(yè)課程之一，歷來備受重視。目前，該課程在師資建設(shè)、教學改革等方面均取得了很好的成績。近兩年對江西制造職業(yè)技術(shù)學院兩屆學生的調(diào)查結(jié)果如表1～表4所示，其中，2011級沒有應(yīng)用虛擬實訓系統(tǒng)，2012級應(yīng)用了虛擬實訓系統(tǒng)。

表1 綜合滿意度

表2 對該課程的興趣

表3 課程的難易程度

表4 實訓對設(shè)備的損壞程度

根據(jù)教學實踐，將電氣系統(tǒng)裝車測試和部分道路實訓轉(zhuǎn)化為虛擬實訓，操作簡單，安全靈活，且在驗收測試之前就解決了問題，縮短了開發(fā)周期，節(jié)約了成本，減少了組裝時間，提高了效率。

6 結(jié)語

利用虛擬技術(shù)，建立虛擬環(huán)境下的《汽車電器》實訓教學系統(tǒng)，能把《汽車電器》實訓中抽象的及難以用一般自然手段表現(xiàn)的概念直觀形象地表現(xiàn)出來，為學生創(chuàng)造了逼真而靈活的實訓環(huán)境，這提高了實訓教學的安全性、實效性及直觀性，降低了實訓的耗材成本及難度，同時也有效地解決了當前實訓設(shè)備、場地不足等問題。

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