虛擬仿真學科“金課”建設與實踐

吳鵬 常遠

摘要：近兩年高等教育領域的熱點詞匯“金課”“水課”，以及教育部所提出的“淘汰水課、打造金課”的號召為新工科背景下教學內容的建設及實踐提供了方向。鑒于此，本文以青島理工大學的車輛工程專業為例，關注及探討其如何利用虛擬仿真技術的沉浸性、交互性、虛幻性及逼真性建設具有開放型、網絡化、多層次、綜合性功能的車輛工程虛擬教學實驗平臺，以打造虛擬仿真學科金課。

關鍵詞：虛擬仿真;金課建設;車輛工程專業

一、虛擬仿真金課的概念及建設要求

金課，即含金量高的課程，其有著兩性一度（高階性、創新性及挑戰度）的標準，以及其目標是培養具有理論知識、應用能力及綜合素質等高級思維的人才，[1]隨著虛擬仿真技術的快速發展，互聯網+力量及元素已滲透教育領域，而為虛擬仿真學科金課的建設及實踐提供了方向，即利用高科技“智能”手段虛擬實境進行實景訓練的實踐。當前，已有部分高等教育院校通過建設型、網絡化、多層次、綜合性的車輛工程虛擬教學實驗平臺[2]，將以前處于分散且難以建立聯系的諸如汽車理論、汽車設計、汽車安全等不同專業課的理論知識學習與教學實驗融為相互支撐且虛擬仿真實驗與實體實驗互為補充的整體，以便在實驗與實驗、實驗與教學課程等之間形成具有具有邏輯層次的系統概念，從而培養及強化學生理解及運用知識的能力。此外，虛擬仿真教學實驗由于具有沉浸性、交互性、虛幻性及逼真性等優點，而可解決真實項目的場地、成本、安全等問題，促使學生在虛擬實境中完成各類實驗，同時又有效地培養他們自主探索及研究的學習能力。

二、虛擬仿真金課的建設及實踐

為了更為準確清晰地了解新工科建設背景下虛擬仿真技術如何助力于工科“金課”的建設及實踐，本文以曾獲得山東省特色專業、山東高水平應用型立項建設重點專業等榮譽的青島理工大學的車輛工程專業為研究對象，重點探討此專業如何借助虛擬仿真教學實驗平臺打造新工科背景下的“金課”。

（一）汽車電動助力轉向虛擬實驗

由于汽車電動助力轉向系統的真實實驗在便捷性方面存在不足，于是常采用虛擬實驗替代它。同時在虛擬實驗中，會通過傳感器、控制器及執行機構等三大模塊讓學生了解EPS裝配過程及其工作原理，助力特性曲線模式和轉矩傳感器工作模式。其中，EPS裝配過程可利用CAD軟件的三維建模功能，讓學生自主裝配，及在裝配后通過模型動畫演練EPS的工作原理。

（二）ABS＼ESC結構虛擬實驗

ABS，是一種存在防滑、防鎖等優點的防抱死制動安全系統。而ESC，則是基于ABS和牽引力控制（TCS）優點，并附加車輛轉向行駛的橫擺率傳感器、側向加速度傳感器及方向盤轉角傳感器等部件，通過ECU控制前后、左右車輪的驅動力和制動力，確保車輛行駛的側向穩定性的一種電子穩定控制系統。[3]由此可知，有關ABS＼ESC的真實實驗，對于學生而言是一種在實境中具有較大危險的學習實踐體驗，故需要虛擬實驗給予替代，并要求學生能夠采用3D建模的方式，生動形象地展示ABS和ESC的運作原理，從而有效地掌握相關專業知識。

（三）汽車碰撞虛擬實驗

汽車碰撞主要包括汽車爆胎，汽車正撞、側碰、追尾、汽車剎車不及時等內容，其真實實驗由于涉及到人身安全、汽車設備昂貴，汽車操作危險性搞，實驗損壞不易修復等問題，而導致學生實驗操作機會甚少，而且不敢深入實驗，從而達不到預定的實驗效果。鑒于此，汽車碰撞實驗可借助虛擬仿真技術，通過真實還原汽車和實驗場景，讓學生直觀地看到不同車速下車輛正面側面碰撞的形變位移等，得出影響汽車碰撞的因子，從而有效降低汽車碰撞的概率。

結語

教育部針對當前高等教育課堂普遍存在的陳舊性、低階性、不用心的水課，提出以建設具有高階性、創新性、高挑戰的金課給予取代，從而有效地調和傳統高等教育課堂與新工科建設人才需求之間的矛盾。但是新工科背景下的“金課”建設及實踐并非瞬間之事，而是一個長期的過程。鑒于此，本文以虛擬仿真技術的工科學科的應用為例，重點探討它如何服務于工科學科之一的車輛工程專業，在提高學生工程理論及實踐解決復雜問題能力的同時，實現金課的教學成效及價值內涵。

參考文獻

[1]彭麗.應用型本科高校設計類專業"金課"建設教學改革研究[J].大觀，2019（7）：156-157.

[2]江浩斌等，車輛工程虛擬仿真實驗教學體系與平臺的構建[J].實驗室研究與探索2017（6）：114-117.

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[5]劉文婷，王波.基于虛擬樣機技術的蛇行試驗仿真分析[J].拖拉機與農用運輸車，2010（2）：35-37.