虛實結合技術在汽車變速箱拆裝實踐中的應用研究

靳紅玲 陳雨 張軍昌 侯俊才 陳軍

摘要：針對汽車變速箱拆裝實習傳統教學模式的局限性，對課程的教學方式和手段進行了改革，在建立的變速箱虛擬拆裝實驗平臺的基礎上，提出了基于虛實結合的實踐教學模式。實踐表明，汽車變速箱拆裝虛實結合的教學模式能激發學生的學習興趣和提高學生學習的主動性，有利于提高課程的教學效果和教學質量。

關鍵詞：變速箱拆裝;虛實結合;實踐教學

中圖分類號：G642.0? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）39-0143-02

汽車手動變速箱拆裝實習是車輛拆裝實習的一項重要內容，是車輛工程、農業機械化工程和汽車運用工程等相關專業本科生基本的校內實踐環節。該實踐環節是在《汽車理論》、《汽車構造》課程教學完成后開展的綜合性集中實訓內容，其主要目的是讓學生掌握手動變速器的工作原理，以便日后能適應技術科研類工作崗位的要求，同時激發學生獨立思考和解決問題的潛能，培養學生的團隊協作能力和實際動手能力[1]。

一、開展虛實結合實踐教學模式的必要性

手動變速箱作為汽車動力機械的核心部件，由于結構復雜，教學設備昂貴，拆裝過程煩瑣，使實際拆裝操作難度較大，但現階段手動變速箱拆裝實習基本沿用傳統的以教師為主的教學模式，存在一定的局限性[2-4]。通過虛實結合的教學模式，學生在實際動手操作前，先進行虛擬拆裝學習和考核，對變速箱總成、零部件等有整體的認知，加深學生對變速箱工作原理、過程等的理解，不僅讓學生作為變速箱拆裝實踐的主體，同時降低了零件丟失或損壞的概率，延長了實驗設備的壽命，保證了教學質量。

二、手動變速箱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、虛實融合三種形式[5]。考慮到手動變速箱拆裝的復雜性和教學設備的高成本，本實驗采用“分散學習+集中學習”兩段式虛實結合的教學形式，即先網上分散進行虛擬樣機仿真拆裝學習和考核，只有虛擬拆裝考核合格后，方可進行實物拆裝實習，按照熟悉、掌握、運用的步驟，循序漸進、逐步提高。

1.手動變速箱虛擬拆裝仿真實驗。該虛擬仿真包括手動變速箱虛擬拆裝實驗和教學管理兩個平臺：（1）手動變速箱虛擬拆裝實驗平臺。該平臺主要針對虛擬樣機，模擬實際換檔工作過程，激發學生對手動變速箱工作原理和零部件裝配關系的探究;在虛擬拆卸實驗和安裝實驗學習過程中，進行有提示拆裝實驗，同時對選用工具和拆裝順序的正確性進行判斷和糾錯，最終完成拆裝實驗。在此操作過程中，學生可以多角度觀察變速箱整體的動態模擬，也可以選擇特定部件進行局部動態觀察，使學生對變速箱的構造及零部件間的裝配關系有感性認知。（2）教學管理平臺。在虛擬仿真實驗中實例操作學習的基礎上，通過后臺管理端以拆卸考核、安裝考核和理論知識三個模塊對學生進行考核并打分，并以這三部分的考核成績為組成部分，自動生成實驗報告，反饋學生對三個部分的學習效果，評估每個學生獨立完成拆裝實習的能力和對機械變速箱相關理論知識的掌握程度，最終給出能否進入實物拆裝實習的結論。

2.任務驅動的機械變速箱實物拆裝實驗。在實物拆裝階段，為了讓學生成為實踐環節的主體，培養學生發現問題、思考問題、解決問題的能力，采用了任務驅動的手動變速箱拆裝實習教學方式。（1）分組。為了解決實驗設備不足的問題，并為每位學生創造參與實踐的機會，課程組將為期兩周的課程班（60人左右）實習分為四個實習組（每組15人左右），各組輪流進行發動機拆裝實習、手動變速器拆裝實習和自動變速器拆裝實習，其中手動變速器拆裝實習周期為2.5天，一次一個實習組參與，自由組合為3人左右的5個實習小組，保證每位同學均可參與變速箱的整個拆裝過程中。（2）任務。為提高學生學習的主動性和發揮團體合作意識，課程組在開始拆裝實習前，針對變速箱構造和原理等相關知識提出5個任務，例如繪制該手動變速箱的工作原理簡圖，分析同步器的工作原理等，每組負責一個任務，老師引導學生對任務進行分析、討論，找到解決問題和完成任務的方法，從而在這個過程中掌握教學內容，實現“自主、探索、合作”的自主學習方式。（3）答辯。手動變速箱拆裝實習答辯分為預答辯和總答辯，并以此對學生實物拆裝實習進行考核評分。預答辯要求學生在拆卸過程中重點完成各實習小組負責的任務，并在拆裝現場通過黑板繪制草圖對實物進行匯報答辯和討論，指導教師針對答辯過程進行補充，同時針對手動變速器設計的巧妙之處和工作原理提出問題，讓學生思考和討論，鍛煉學生的創新能力。總答辯是在機械變速箱安裝完成后，每個實習小組將5個任務以PPT的形式進行最終答辯。通過任務驅動的拆卸、預答辯、安裝和總答辯的拆裝實習過程，可以培養學生的積極主動性，激發學習熱情，鍛煉學生的團隊協作意識和工程項目意識，培養學生的創新應用能力。

三、機械變速箱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變速箱拆裝實踐環節應用后取得了良好的效果。

對兩個班的58名學生進行調查，虛實結合的實踐教學模式幾乎得到所有學生的認可，將虛擬現實技術應用于變速箱拆裝實習更易于使學生在自由時間主動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。在實際拆裝中，基于3人實習小組和任務驅動的教學模式，培養了學生較強的團隊協作能力和實際動手能力，突出了學生的主體地位。

四、結語

汽車手動變速箱拆裝是本科汽車類專業的一門重要實踐環節，通過拆裝實驗增強學生對汽車結構的認識是該實習的核心要素。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，達到了汽車卓越工程師的課程教學培養目標，有效提高了教學質量和學生的工程素質。同時，教師可以對學生進行全面評價，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。

參考文獻：

[1]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.

[2]吳海榮，包春江，陳崢峰，等.高校《汽車拆裝實習》課程教學改革與實踐[J].裝備制造技術，2010，（6）：205-207.

[3]楊建軍，董大偉，孫仁云，等.基于工程應用型人才培養的汽車拆裝課程研究[J].實驗技術與管理，2016，（2）：192-194.

[4]朱文華，蔡寶，石坤舉，等.虛實結合的減速器拆裝的研究[J].實驗室研究與探索，2017，（11）：98-102.

[5]魏曉旭，田哲文.汽車發動機拆裝實踐虛實結合教學模式探索[J].大學教育，2018，（7）：96-98.

Application of Virtual Reality Technology in Practical Course of Gearbox Assembly and Disassembly

JIN Hong-ling，CHEN Yu，ZHANG Jun-chang，HOU Jun-cai，CHEN Jun

（College of Mechanical and Electronic Engineering，Northwest A&F University，Yangling，Shaanxi 712100，China）

Abstract：Traditional teaching methods and means has bad effect in experiment course of Assembly and Disassembly of automobile gearbox，so virtual reality technology was put forward in practical course based on the establishment of virtual experimental system platform for gearbox.a practical teaching mode based on virtual reality is proposed.It proves that this novel teaching model can stimulate students' learning interest，and improve students' initiative，help to improve teaching effectiveness and teaching quality.

Key words：gearbox assembly and disassembly;virtual reality;practical teaching