汽車發動機拆裝實踐虛實結合教學模式探索

魏曉旭 田哲文

[摘 要]針對汽車發動機拆裝實踐傳統教學模式的局限性，提出基于虛擬結合的實踐教學模式并闡述其發展必要性，針對非汽車專業學生開展基于時間碎片式的虛實結合發動機拆裝競賽策略。具體實施方案采用先進行桌面三維動畫虛擬仿真拆裝，再進行真實環境實際拆裝的“兩段式”虛實結合教學形式，二者同中有異，循序漸進、逐步提高。實踐表明，汽車發動機拆裝虛實結合的教學模式能夠提高學生對發動機構造及原理學習的興趣，豐富實踐教學形式，降低實驗設備損耗，避免由于實驗設備匱乏影響教學效果。

[關鍵詞]虛實結合；發動機拆裝；實踐教學；教學模式

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2018）07-0096-03

隨著虛擬現實技術和網絡信息化技術的快速發展，虛擬仿真實驗技術日趨成熟與完善，越來越多的虛擬仿真資源被應用于教學活動中。為推進各高校實驗教學信息化建設和創新實驗教學模式，2013年教育部啟動國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作，以提高高等院校學生的創新精神和實踐能力[1]，2017年在高校實驗教學改革和實驗教學項目信息化建設的基礎上，開展示范性虛擬仿真實驗教學項目建設工作。

汽車發動機拆裝是車輛工程、能源與動力工程和汽車服務工程等相關專業本科生重要的校內實踐環節。該實踐環節在汽車構造課程和汽車理論課程課堂教學完成后進行或是與課堂教學同步進行，其主要目的是使學生鞏固和加深課堂所學知識，對發動機構造有感性認識，激發學生獨立思考和處理問題的潛能，突出“學生為主體，教師為輔助”，以培養學生團隊協作能力和實際動手的能力[2]。

一、開展虛實結合實踐教學模式的必要性

汽車發動機拆裝實踐現階段還是基本沿用傳統教學模式，受制于教學設備昂貴、教學設備不足等因素影響，這種教學模式存在一定的局限性，不利于學生長足發展[3][4][5]。

為防止學生盲目拆裝，以及由于操作不規范而造成實驗設備損耗率較高這種情況的發生，教師會先將拆裝過程進行理論分步講解，然后要求學生按照指導書操作，完成拆裝過程。這個過程會導致學生只知其然，而不知其所以然，無法調動學生的積極性，不利于培養學生的獨立思考能力。通過虛實結合的教學模式，學生在實際動手操作前，可以先進行虛擬拆裝，對發動機總成、系統、零件有整體的認知，這能讓學生作為發動機拆裝實踐的主體[6]，同時降低了零件丟失或損壞的幾率，提高了實驗設備的壽命，保證了教學質量[7][8][9]。

發動機真實拆裝選用上汽通用五菱1.2L排量發動機，虛擬拆裝平臺則選用AJR發動機，二者既存在相同點，又存在差異，虛實結合的教學模式有利于開闊學生的視野，讓學生了解不同種類的發動機，激發他們自主探究的潛能。

由于近年來高校不斷擴招，導致實驗設備相對匱乏，發動機拆裝實踐一般為8～10個學生共用一套翻轉臺架設備[10]。盡管每組的學生都會被安排不同的工作崗位，如拍照、記錄、準備工具、實際操作等，且采用輪崗制，也只能保證部分學生能夠有機會參與實際動手拆裝。虛實結合的教學模式打破了傳統單一的實踐教學形式，其通過計算機技術、網絡技術、三維動畫技術，生動直觀的表現形式，將汽車發動機展現在每位學生面前，讓學生通過簡單操作，掌握發動機的拆裝過程，認知發動機結構，思考發動機各系統的工作過程。發動機虛擬拆裝平臺不受實踐場地的制約，學生可以在宿舍、自習教室等場所操作，這可以形成良好的學習氛圍，豐富學生課下學習資源。

二、發動機拆裝虛實結合實踐教學模式實施方案

虛實結合實踐教學模式主要包括以虛擬仿真系統為實踐環境的虛擬操作和以真實實驗設備為實踐環境的真實操作。根據實踐的性質和內容不同，虛實結合實踐教學可分為虛實分段、虛實交替、虛實融合等三種形式。本文采用“兩段式”虛實分段的教學形式，即先進行桌面三維動畫仿真拆裝，再進行真實環境實際拆裝，按照熟悉、掌握、運用的步驟，循序漸進、逐步提高，具體實施方案如圖1所示。

（一）汽車發動機拆裝虛擬仿真環境

該虛擬仿真平臺由發動機組成認知模塊、發動機虛擬拆裝練習模塊、發動機虛擬拆裝考試模塊三部分組成。

發動機組成認知模塊通過動畫和視頻形式詳細且全面地講解發動機工作原理、各系統組成及零部件功能與位置，生動形象地展示發動機拆裝工具的使用方法及注意事項，有利于幫助學生復習與鞏固課堂所學理論知識，同時為發動機拆裝奠定基礎。

發動機虛擬拆裝練習模塊和考試模塊均由六部分組成——三拆三裝：外圍部件拆卸、配氣機構及氣缸蓋拆卸、活塞連桿組拆卸、活塞連桿組安裝、配氣機構及氣缸蓋安裝、外圍機構安裝。二者差別在于，虛擬拆裝練習模塊會用操作提示框提示學生當前步驟需要操作的零部件名稱、所需拆裝工具、標準步驟視頻及操作信息提醒。以拆卸節氣門體側發動機蓋板支架為例，如圖2所示，學生需要找到蓋板支架所在位置，然后根據緊固件的類型及型號，進入工具臺選擇相應的拆裝工具（如套筒、扳手等），虛擬平臺會判斷零部件是否選擇正確，工具是否合理。相對于練習模塊，考試模塊難度相對比較大，作為課下復習和興趣挑戰開放，學生只需完成發動機虛擬拆裝練習模塊中的六個部分即可進入真實拆裝環節。

（二）汽車發動機拆裝真實操作環境

發動機拆裝真實操作對象為上汽通用五菱的汽油機，通過對發動機實物的觀察、拆卸、安裝和思考，學生能充分認識發動機的構造組成，詳細了解往復活塞式汽油發動機的工作機理，曲柄連桿機構運動過程，熟悉發動機各個主要組成部件的基本功用及其在結構上的相互聯系。

發動機拆裝實際操作過程由發動機電控系統、冷卻系統、進排氣系統、點火系統、潤滑系統、配氣機構、曲柄連桿機構的拆卸和發動機整體裝配八個子項目組成，區別于虛擬拆裝平臺整體概括的認知，能讓學生細致深入地了解發動機構造，體會潤滑系統油道的真實存在。

（三）時間碎片式發動機拆裝競賽虛實結合策略

“兩段式”虛實分段的教學形式主要是針對汽車相關專業學生在培養計劃內的實踐環節，對于發動機感興趣的學生則采用時間碎片式虛實結合的競賽策略，以拓展和豐富學生的業余生活。

1.時間碎片式發動機虛擬拆裝練習環節

發動機虛擬拆裝平臺為C/S架構，服務器端24小時開放，學生可以在校園網接入的任何時間、任何地點登入學生端平臺進行發動機虛擬拆裝競賽練習，也可以提前進入競賽模式熟悉操作過程。發動機虛擬拆裝平臺教師端能夠實時查詢學生的練習情況，了解學生的參與情況和知識掌握程度，及時調整競賽環節的內容安排等。通過對參賽選手的拆裝練習數據進行詳細分析，進行首輪淘汰，篩選出一定比例的選手參加發動機虛擬拆裝集中競賽環節。

2.發動機虛擬拆裝集中競賽環節

發動機虛擬拆裝集中競賽環節安排在統一管理的機房內，排除因計算機配置、互聯網網速等客觀因素差異影響選手的參賽成績。競賽模式采用小組三名學生累加計分，在制定時間內，參賽隊員每人輪流完成發動機虛擬拆裝子項目：兩個指定項目，一個隨機項目。團隊協作的競賽模式，不僅能考驗學生的個人素質，還能考驗團隊的整體時間規劃和作戰能力：是將時間分配到指定項目多一些，盡可能保證確定項目的分數，還是顧全整體平均分配三個項目的時間，利用隨機項目的分數彌補。一個簡單的發動機虛擬拆裝競賽，可以讓學生了解團隊協作的重要性，學會團隊間的溝通合作，服從團隊內部的決定，讓學生在學習知識的同時深刻體會團隊精神的精髓。

3.發動機實物拆裝競賽環節

根據發動機虛擬拆裝集中競賽環節的成績篩選若干組進行發動機實物拆裝，競賽模式同樣采用三名學生一組完成競賽，以準備率為主要衡量指標，競賽用時為次要指標。與發動機虛擬拆裝競賽不同的是其需要三名選手同時參與，分工不同，共同操作完成競賽，非輪流操作。同樣是團隊協作的競賽模式，這種模式側重學生多人合作，各司其職的能力素質培養。

三、發動機拆裝虛實結合實踐教學模式的初步成效

虛實結合的教學模式在發動機拆裝實踐環節應用后取得了良好的效果。

隨機對兩個班的75名學生做調查，虛實結合的實踐教學模式得到幾乎所有學生的認可，學生表示完成發動機虛擬拆裝猶如在玩一款小游戲，可以在放松的同時學習和鞏固理論知識。這種教學模式可以充分調動學生的積極性與學習熱情，學生普遍反映虛實結合的競賽形式比較新穎，第一次可以在寢室，在自習教室操作專業課程軟件。在實際拆裝中，學生幾乎是獨立完成，與虛擬平臺的學習過程進行對比，學生更側重于發現問題，思考分析，最終解決問題，成為實踐環節的主體。學生對新形式的發動機拆裝競賽接受度與參與度較高。

實踐教學在整個工程教育中具有重要意義，很多現代教學方法被用于發動機拆裝實踐環節，如基于行為導向教學法、基于工作過程的教學模式、以問題為導向的教學方法等，以此發揮學生的主體作用，激發學生自主學習，但這些不利于降低儀器設備的經費投入。虛實結合的實踐教學模式有助于減少實驗儀器設備的消耗，并且增大了操作實驗儀器設備的安全可靠性。

通過虛實結合的實踐教學模式，教師可以對學生進行全面的評價，綜合考慮學生在虛擬仿真環節與真實環境中的表現，這種評價更具有客觀性。虛實結合實踐教學模式有助于加強教學團隊隊伍建設，加大對現代教育技術的投入，使廣大專業教師了解虛擬現實技術，運用和開發本課程的仿真系統，掌握虛實結合實踐教學的規律。

四、結語

汽車發動機拆裝虛實結合教學模式的實踐，提高了學生對發動機構造及原理的學習興趣，豐富了實踐教學形式，降低了實驗設備損耗，避免由于實驗設備匱乏影響教學效果。虛實結合的實踐教學模式深受學生歡迎，虛擬拆裝平臺打破了設備和場地的制約，真實拆裝環境培養了學生的團隊合作意識，提高了學生的動手能力，激發了學生的積極性與創新意識，為汽車專業其他實踐如變速器、制動器、驅動橋等的探索奠定了基礎。在后續研究探索中，擬嘗試利用虛擬現實技術代替桌面式虛擬拆裝平臺，更真實地讓學生體現虛擬拆裝，加強信息技術與高等教育實踐教學環節的深度融合，提高教學質量和效果，強化實踐育人的重要意義。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 關于開展國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作的通知[EB/OL].[2013-8-13]. http：//www.moe.gov.cn/s78/A08/A08_gggs/A08_sjhj/201308/t20130821_156121.html.

[2] 魏曉旭，田哲文.PBL教學方法在汽車拆裝實訓中的應用探索[J].黑龍江教育（理論與實踐），2016（4）：72-73.

[3] 梁焰賢.基于行為導向教學法在《汽車發動機拆裝》課程教學實踐的思考[J].廣東交通職業技術學院學報，2015（1）：91-95.

[4] 張朝杰.基于工作過程的《發動機拆裝與檢修》教學模式研究[J].科學技術創新，2012（9）：167.

[5] 朱建能，周繼偉，吳正洪，等.基于嚴謹規范、多層次施教的發動機拆裝教學實踐[J].讀寫算：教育教學研究，2012（16）：277-279.

[6] 盛蘇英.開放式虛實結合實驗教學探索與實踐[J].實驗科學與技術，2014（1）：98-101.

[7] 李金華，姚芳萍.虛實結合的數控機床實驗教學模式探索與實踐[J].實驗室科學，2015（4）：65-67.

[8] 楊建良.電類基礎課程實驗教學“虛實結合”模式的構建[J].實驗室研究與探索，2014（7）：101-104.

[9] 徐加放，王志遠，高永海，等.虛實結合的海洋油氣工程實踐教學平臺的構建[J].實驗技術與管理，2015（12）：112-115.

[10] 李榮，臧杰，楊兆，等.面向“卓越工程師”培養的發動機拆裝虛擬教學系統設計[J].中國冶金教育，2013（4）：14-16.

[責任編輯：陳 明]