汽車專業課程的教學資源開發與建設
——以“手動變速器拆裝”為例

臺州科技職業學院 林 龍

信息化教學已成為教育改革的發展方向和必然趨勢，信息化教學改革離不開實訓資源的開發建設。目前，高職院校實訓資源建設有兩種傾向，一方面是根據授課需求進行實訓設備資源購買；另一方面是市場提供什么實訓資源，課程的開發和實施就相應與之配套。這兩種形式都存在一定的弊端，既不能真正做到先進實用，保證正常教學的需要，也不能最大限度利用好高職學院有限的資金，更不能兼顧社會服務功能，其結果是購置了大量過時的設備，或者只購置先進但利用率低的設備，不能滿足專業基本技能訓練的要求。而我校汽車專業的教學還存在以下問題：汽車專業現有的拆裝實訓教學資源比較緊張，不能完全滿足小班化教學需求；學生對拆裝流程不熟悉，拆裝方法有誤，教具容易出現零件丟失、損壞等情形。因此，如何提高教具的使用壽命，降低教學成本和學生犯錯幾率，增加教學資源是汽車專業教師需要迫切思考的問題。

1 教學資源開發思路

教學資源分為軟件和硬件兩類。從軟件上看，教學資源主要有視頻、動畫、在線平臺、課件和學習軟件等，從硬件上看，教學資源包括實訓臺架、設備和模型等。汽車拆裝實訓課程往往對硬件設備的需求較大，我校現有設備較難滿足小班化教學需要。因此，我們可以利用3D打印技術對拆裝教具進行快速成型開發，以彌補教具的不足；另一方面，通過虛擬仿真軟件，可以讓所有學生得到訓練機會，在真正實操之前先掌握操作流程，避免損壞教具。

以“手動變速器拆裝”任務為例，對該門課程實現信息化教學資源開發建設，開發的教學資源包含模型實物和虛擬仿真軟件。軟硬件相互配套，為虛擬和實物拆裝實訓提供教學基礎，進一步優化了教學效果，降低了教學成本。技術開發的路線如圖1所示。

2 軟硬件教學資源開發

2.1 基于Unity3D的虛擬仿真軟件開發

基于“從虛擬拆裝到實物拆裝”的教學理念，以開發汽車手動變速器虛擬拆裝仿真軟件為目標，進行該課程的數字資源建設。首先將之前開發建設的變速器數模總成導入3DMax進行渲染，輸出FBX文件，然后利用Unity3D軟件平臺，完成虛擬拆裝仿真軟件的自主開發。

圖1 虛實一體教學資源開發路線

手動變速器虛擬拆裝仿真軟件應具備兩個主要的功能：一是讓學生了解手動變速器內部的結構組成，二是讓學生掌握變速器的拆裝步驟和方法。為了實現這兩個功能，該仿真軟件設計的總體要求是：實物建模，所建的3D模型應該與實物模型一致；示范引導，確保無專業基礎的學生能反復觀看拆裝過程，掌握拆裝步驟；自主交互，確保學生能對手動變速器模型進行交互式拆卸。因此，開發的軟件應具有以下功能：手動變速器介紹、零部件展示、自動拆裝演示和手動拆卸，如圖2所示。學生通過手動變速器介紹功能了解到手動變速器的功用、分類、結構及同步器工作原理；通過零部件展示界面對手動變速器各個零部件進行認識；通過自動拆裝演示功能觀看變速器的拆卸和安裝步驟的3D動畫，可以調節拆卸速度并定格拆卸步驟；手動拆卸界面里，用戶通過鼠標，按照規定步驟進行變速器的虛擬拆卸練習，掌握變速器的拆裝步驟和方法。

圖2 手動變速器虛擬拆裝仿真軟件

學生在不同的學習階段可以根據自身的需要，既可以通過仿真軟件對變速器結構進行認識，也可以進行虛擬拆裝練習，大大提升了學生的觀察能力、思維能力及動手能力，同時也降低了實訓設備的損耗。

2.2 基于3D打印的教具模型開發

以開發汽車變速器教具模型為目標，將開發任務導入汽車CAD的課堂教學，教師聯合學生成立興趣小組進行變速器三維數模的建立。首先，將五擋四速手動變速器內部的元件進行分類，總體上分為：變速器操縱機構（撥叉及撥叉軸）、變速器傳動機構（各擋位齒輪、軸、軸承和同步器）、殼體等，將零件設計任務分配到小組，每個小組成員通過solidworks軟件對變速器各個零件進行三維建模，建模完成后各組匯總進行約束裝配，最后教師指導修改，完成后將數字成品存入3D模型資源庫。

在建模過程中，根據零部件說明書和實際測量的尺寸來確定模型的外部參數，然后將簡單規則的幾何體通過拉伸、切削、布爾操作等方式，逐步獲得完整的零部件模型；各組對自己負責的數字模型進行調用，然后通過相應的軟件功能對模型進行切片生成代碼，輸入3D打印機實現實物制造，最終各組長匯總各組制造的實物，裝配成一個完整的手動變速器模型，如圖3所示。

圖3 變速器模型的打印與組裝

3 結語

以“手動變速器拆裝”任務為例，進行虛擬實物教學資源開發，通過設計仿真軟件和制作手動變速器模型，實現了仿真與實訓相結合，拆裝與制造相結合的學做融合過程。實踐證明仿真軟件與3D打印實物模型作為信息化教學資源，改善了課堂教學效果，提高了汽車專業學生認識和拆裝變速器的能力。