《汽車故障診斷》理實一體網(wǎng)絡(luò)化在線教學(xué)系統(tǒng)的需求與應(yīng)用

丁宏平++徐旭登++李興旺

摘 要：針對中職汽修專業(yè)《汽車故障診斷》課程實訓(xùn)教學(xué)過程中實訓(xùn)設(shè)備、教學(xué)模式、教師和學(xué)生人數(shù)以及上課時間的配比等方面展開調(diào)研，分析該課程目前的教學(xué)現(xiàn)狀。并圍繞汽車故障診斷能力，綜合運用現(xiàn)代化信息技術(shù)，研究基于網(wǎng)絡(luò)化在線教學(xué)系統(tǒng)的理實一體化教學(xué)，實現(xiàn)了專業(yè)課程學(xué)習(xí)方式、學(xué)習(xí)時空的有效轉(zhuǎn)變，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，達到“不在車間，勝似車間”的實訓(xùn)效果。有效緩解中職學(xué)校實訓(xùn)設(shè)備、師資、場地等教學(xué)條件難點，提高汽車專業(yè)實訓(xùn)教學(xué)時教學(xué)效率，降低教學(xué)成本。

關(guān)鍵詞：教學(xué)現(xiàn)狀；在線教學(xué)系統(tǒng)；理實一體化；教學(xué)效率

一、 引言

汽車故障診斷是一門理論與實踐緊密結(jié)合的課程，在教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生掌握汽車常見的故障現(xiàn)象、故障產(chǎn)生的原因和相關(guān)的排除方法，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)、實踐和分析解決實際問題的能力。而教學(xué)設(shè)備在該課程教學(xué)中有著極為重要的作用，目前該課程的教學(xué)設(shè)備大致采用兩種類型：臺架排故、整車排故，但因為學(xué)生人數(shù)、教學(xué)時間和教學(xué)場地等限制，大部分學(xué)校沒有足夠的實訓(xùn)設(shè)備來滿足教學(xué)需要，導(dǎo)致能夠分配給每一位同學(xué)操作的時間少之又少。

二、 教學(xué)現(xiàn)狀及不足調(diào)查分析

中職汽車檢測與維修技術(shù)專業(yè)，由于種種原因，目前該專業(yè)面臨實習(xí)難、實訓(xùn)難等一系列問題，針對此現(xiàn)象，對杭州市各中等職業(yè)高中汽修專業(yè)教師與學(xué)生群體進行調(diào)研，調(diào)查得出目前《汽車故障診斷》課程的教學(xué)與學(xué)習(xí)中主要存在以下幾個方面的困難：

（一） 汽車實訓(xùn)設(shè)備價格高昂且問題頻發(fā)

目前《汽車故障診斷》課程所用的教學(xué)設(shè)備為整車或各型號發(fā)動機、車床車燈設(shè)備的臺架，其價格十分高昂，并且最主要的是設(shè)備后續(xù)的損耗較大、維護不足，據(jù)調(diào)查，使用時間在1～2年及以上的84.2%的設(shè)備都具有硬件損壞或內(nèi)部永發(fā)性故障。考慮到成本問題，很多學(xué)校并沒有及時解決，因此，實訓(xùn)設(shè)備的故障問題導(dǎo)致課堂教學(xué)效率、效果大打折扣的情況時常發(fā)生。

（二） 教師、學(xué)生、設(shè)備數(shù)量配比困難

據(jù)調(diào)查，在一般情況下，一個汽修專業(yè)班40人左右，配備1～2名專業(yè)教師，實訓(xùn)室內(nèi)共有4～6臺實訓(xùn)設(shè)備，在有限的課堂實訓(xùn)教學(xué)過程中，每臺實訓(xùn)設(shè)備供6～10名學(xué)生使用，而實際上這6～10名學(xué)生都有操作的先后順序，一次操作的學(xué)生不超過2位，這就意味著課堂內(nèi)始終有70%的學(xué)生一直處于自由狀態(tài)，學(xué)生真正得到設(shè)備的訓(xùn)練、老師的指導(dǎo)并不多。

（三） 學(xué)生學(xué)習(xí)情況及效果反饋困難

由于實訓(xùn)學(xué)生人數(shù)多，設(shè)備少，學(xué)生在操作過程中，教師無法一直在單個工位上一直監(jiān)督或輔導(dǎo)，而學(xué)生在操作完后會立刻換下一位進行操作，教師得不到學(xué)生操作時的學(xué)習(xí)效果反饋，學(xué)生的故障診斷能力一直處于未知狀態(tài)，導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容安排不合適，出現(xiàn)重新做、重復(fù)做的現(xiàn)象，學(xué)生的培養(yǎng)周期變長。

據(jù)調(diào)查，92.3%的在職教師希望學(xué)校能夠擁有一套能夠方便學(xué)生與教師（如圖1教師希望教學(xué)系統(tǒng)的功能統(tǒng)計表），令每一位學(xué)生都動手操作，實時記錄，真實且實用的《汽車故障診斷》課程教學(xué)系統(tǒng)。因此，本文致力于介紹如何能夠方便教學(xué)、提高教學(xué)效率的網(wǎng)絡(luò)化虛擬在線教學(xué)系統(tǒng)，來替代目前教學(xué)中笨重的實訓(xùn)臺架。

圖1 教師希望教學(xué)系統(tǒng)的功能統(tǒng)計表

三、 網(wǎng)絡(luò)化在線教學(xué)系統(tǒng)總體設(shè)計

（一） 系統(tǒng)需求分析

利用虛擬仿真技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對汽車實訓(xùn)教學(xué)環(huán)境、教學(xué)內(nèi)容進行仿真，創(chuàng)建虛擬課堂。這種虛擬實訓(xùn)，既不消耗器材，也不再局限于有形的實訓(xùn)場所，活動的時空得到了無形拓展，滿足一人一車、一套維修檢測設(shè)備、一套資料，虛擬實訓(xùn)也不會因操作失誤而造成車輛、儀器的損壞和人身事故，可有效地解決教師、實訓(xùn)設(shè)備與學(xué)生配比不均的矛盾，避免出現(xiàn)半個班學(xué)生圍繞著一名教師觀看操作演示的窘境。

（二） 實訓(xùn)系統(tǒng)性能及功能

網(wǎng)絡(luò)化在線教學(xué)系統(tǒng)圍繞汽車故障診斷課程教學(xué)而設(shè)計，由教師系統(tǒng)、學(xué)生系統(tǒng)兩大子系統(tǒng)組成。并且系統(tǒng)設(shè)計了前臺界面和后臺管理系統(tǒng)，教師通過后臺管理系統(tǒng)實現(xiàn)本課程仿真系統(tǒng)的界面顯示，教師子系統(tǒng)的后臺管理包含用戶管理、實訓(xùn)管理、課程管理、系統(tǒng)管理。學(xué)生子系統(tǒng)包含故障診斷、認(rèn)識部件等相關(guān)知識的學(xué)習(xí)。機房工位總體設(shè)計圖如圖2。

圖2 汽車故障診斷機房及工位圖

仿真實訓(xùn)平臺以各子系統(tǒng)的仿真實訓(xùn)軟件和后臺管理系統(tǒng)組成，通過教師機與實車故障診斷接口連接，學(xué)生機通過局域網(wǎng)與服務(wù)器進行連接，實現(xiàn)各個終端與教師機的關(guān)聯(lián)。通過一系列故障點設(shè)置，使故障癥狀再現(xiàn)，并完成與故障癥狀對應(yīng)的各點動態(tài)數(shù)據(jù)采集，為網(wǎng)絡(luò)實訓(xùn)平臺提供仿真數(shù)據(jù)，所有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與配套教學(xué)的真實汽車實訓(xùn)教學(xué)設(shè)備完全一致，保證教學(xué)的準(zhǔn)確性、實時性。

（三） 系統(tǒng)主要開發(fā)內(nèi)容

1. 合理、實用的B/S架構(gòu)仿真實訓(xùn)平臺的構(gòu)建

平臺涵蓋汽車類專業(yè)的主干核心能力課程，使用者可通過任意互聯(lián)網(wǎng)節(jié)點，即可進行隨時隨地的仿真實訓(xùn)學(xué)習(xí)交互。軟件內(nèi)容符合專業(yè)培養(yǎng)方案的要求，實現(xiàn)方式上滿足“理實一體化”教學(xué)環(huán)境（虛擬課堂），以學(xué)生的活動模擬故障診斷過程，通過網(wǎng)絡(luò)化教、學(xué)、考等教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生的經(jīng)驗知識和職業(yè)技能跨越時空限制得到提升，即合理、實用的B/S架構(gòu)仿真實訓(xùn)平臺能夠為社會提供具有汽車故障診斷核心能力的高技能潛質(zhì)型人才。

2. 故障診斷生產(chǎn)過程的虛擬仿真

高職汽車類專業(yè)學(xué)生的核心能力是故障診斷分析能力。由于故障診斷過程的開放性及對知識要求的全面性，如何模擬故障診斷生產(chǎn)過程，達到職業(yè)技能學(xué)習(xí)、訓(xùn)練、考核三位一體及職業(yè)素養(yǎng)的養(yǎng)成是關(guān)鍵。從實踐中提煉，參照職業(yè)技能大賽及職業(yè)技能鑒定標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)課程的教學(xué)要求，結(jié)合職業(yè)教育與人的認(rèn)知規(guī)律，以故障診斷測試數(shù)據(jù)記錄為推手，實現(xiàn)故障診斷生產(chǎn)過程的虛擬仿真。

3. 后臺數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)endprint

設(shè)計的后臺數(shù)據(jù)庫要求能夠滿足：根據(jù)專業(yè)課程及模塊進行動態(tài)分類管理；對仿真子系統(tǒng)的各項數(shù)據(jù)進行實時雙向交互管理——為前臺提供數(shù)據(jù)并記錄前臺的操作過程或數(shù)據(jù)；各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)相對獨立管理，但邏輯結(jié)構(gòu)上采用模塊化、相似化管理，提高平臺數(shù)據(jù)的采集效率。

四、 網(wǎng)絡(luò)化在線教學(xué)系統(tǒng)資源整合

該系統(tǒng)整合了課程教學(xué)的幾大方面：學(xué)習(xí)指南、網(wǎng)絡(luò)課程、學(xué)習(xí)資源。其中學(xué)習(xí)指南包含了課程標(biāo)準(zhǔn)、學(xué)生手冊、任務(wù)工單等文件；網(wǎng)絡(luò)課程包含了電子課件、課程錄像、電子教材等教學(xué)材料；而學(xué)習(xí)資源則包括按照車系、車型與年份等進行分類整理的各大車型維修手冊、車型培訓(xùn)資料、線路圖等資料，以及設(shè)計了圖片庫、視頻庫、案例庫、動畫庫等，按課程進行分類，收錄各課程相關(guān)的素材。

仿真實訓(xùn)平臺的開發(fā)采用面向?qū)ο笮枨蠓治龇ê驮头ㄔO(shè)計結(jié)合的方式，即平臺總體上采用面向?qū)ο笮枨蠓治龇ㄔO(shè)計總體軟件方案：B/S三層結(jié)構(gòu)模式設(shè)計與分析；具體仿真子系統(tǒng)則采用原型法，建立一個子系統(tǒng)并確保程序開放性與運行可靠性，再進行后續(xù)各子系統(tǒng)的原型快速建模。

通過一系列故障點設(shè)置，使故障癥狀再現(xiàn)，并完成與故障癥狀對應(yīng)的各點動態(tài)數(shù)據(jù)采集，為網(wǎng)絡(luò)實訓(xùn)平臺提供仿真數(shù)據(jù)，所有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與配套教學(xué)的真實汽車實訓(xùn)教學(xué)設(shè)備完全一致，保證教學(xué)的準(zhǔn)確性、實時性。

以二維虛擬仿真建設(shè)為主，重點突出故障診斷分析思路在仿真軟件環(huán)境中的實現(xiàn)，包括部件的結(jié)構(gòu)認(rèn)識、電路分析、部件性能檢測與故障檢修（二維）；在仿真實訓(xùn)平臺運行完善后，對仿真實訓(xùn)系統(tǒng)的部分學(xué)習(xí)重難點進行改造，拓展二維仿真技術(shù)為三維仿真技術(shù)，最大程度發(fā)揮仿真技術(shù)的優(yōu)勢。同時參考目前網(wǎng)絡(luò)游戲的角色體驗的特色，對仿真實訓(xùn)軟件進行基于角色體驗的C/S模式的拓展開發(fā)，對Client客戶端軟件與移動式網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的兼容性研究，實現(xiàn)移動式（MLearning）的、基于角色體驗的、基于B/S互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（也支持C/S）的網(wǎng)絡(luò)仿真實訓(xùn)平臺。

五、 結(jié)語

汽車故障診斷網(wǎng)絡(luò)化在線教學(xué)系統(tǒng)，是對汽車實訓(xùn)教學(xué)的補充、完善和擴展，能夠保證實踐教學(xué)系統(tǒng)中具有良好的開放性和具有真實感的交互，必將引發(fā)實踐教學(xué)領(lǐng)域的深刻變化，也必將成為實訓(xùn)教學(xué)改革的重要方向。

參考文獻：

[1] 王劍鋒，陳香香.仿真軟件在汽車維修實踐教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國教育技術(shù)裝備，2013（06）：135-137.

作者簡介：

丁宏平，徐旭登，李興旺，浙江省杭州市，杭州市臨平職業(yè)高級中學(xué)。endprint