高職《航空發動機試車技術》課程項目式仿真教學系統設計

丁哲民 舒毅 都昌兵

[摘要] 為了解決目前職業院校《航空發動機試車技術》教學過程中普遍存在教學內容抽象難懂、理論與實踐相割裂、缺失企業真實工作情境等問題，文章將虛擬現實技術與項目式教學有機融合，著重從項目教學特點、項目式仿真教學系統設計原則進行研究，在此基礎上，進行《航空發動機試車技術》課程項目式仿真教學系統設計，以期為項目式仿真教學研究人員提供借鑒。

[關鍵詞] 試車技術;項目教學;仿真;功能框架;用戶界面

《航空發動機試車技術》課程是航空發動機維修技術專業的一門專業核心課程。該課程主要包含參數的調整和試車技術內容，重點培養學生具備發動機調整、試車、故障診斷和排除等綜合職業技能。但受制于航空發動機試車生產現場的特殊性、安全性，實踐教學經費昂貴等因素影響[1]，難以實施突出情境真實性、學生為主體的項目教學方法、理實一體化教學模式，以至于對學生航空發動機試車綜合職業技能的培養與企業需求存在較大差距的問題。鑒于此，采用基于信息化、虛擬現實技術的虛擬仿真教學方法[2]、以實物設備為基礎，開展虛擬和現實相結合的項目式教學，既與理論教學有效融合，又模擬創設與企業相似的工作情境，深化校內學習與實際工作相融通[3]。

一、項目化教學法的特點

（一）情境真實而具體

項目教學法必須基于真實而具體的情景進行項目設計，基于此，以貼近航空發動機試車工作真實情境，學習情景設計須真實而具體，以工作真實情境為原型，以工學結合為要領，以航空發動機試車技術教學要素為主體，融入工作崗位要素，進行情景設置，設置的情境需既能起到引導學生快速進入職業角色，又能使學生快速明確學習任務，為培養學生職業素養、職業情感、職業技能奠定基礎。

（二）教學內容綜合而開放

項目教學內容具有高度綜合性，根據項目要求，以培養復合型技能型人才為目標，以先進技術、設備和工藝成果為契機，以工作崗位需求為導向，打破學科體系，對教學內容進行跨學科、針對性地重構融合，實現知識、能力、情感深度綜合性融合，滿足學生對完成項目所需學習內容全面、開放性需求。

（三）學生收獲多面而個性

項目化教學圍繞所有學生優勢和特點展開教學，符合高職學生差異性、創造性、無限可能性的發展規律，突出以“學生為中心”教育理念，充分發揮學生的積極主動性，將客觀接受的“學習狀態”轉變為主觀進取的“學習氛圍”，強化每一個學生參與度，使每一個學生都得到個性化發展。因此，項目教學成果呈現出不唯一，多元化特點，凸顯學生收獲多面而個性需求。

（四）評價方式多樣化

項目教學評價方式的主體可以是教師、學生、甚至是企業或社會，相應評價方式表現出多樣化[4]：師評、互評、自評、企業參評等多種協同評價模式，這種多主體多樣化協同評價模式，充分發揮學生的主體能動作用，通過對自己的學習成果作出科學、有效的自我評價和總結，可以動態適時檢查自己的學習進展情況，并相應及時進行調整。同時，也改善了對教學質量單方評價的片面性，通過對教學質量進行綜合評價，實現了教學內容動態化，滿足了教學內容及時更新和完善，促進師資隊伍建設和教學質量的進一步提高，提高社會服務滿意度[5]。

二、項目式仿真教學系統設計的原則

（一）設計與工作真實情境逼真的UI界面

以增強系統應用程序的功能以及用戶真實體驗度，強化系統的普遍實用性以及逼真的視覺效果，模擬航空發動機真實試車操縱臺界面，設計逼真的系統界面，所設計的界面不僅需要滿足清晰、簡潔、色調協調，具有極好的視覺效果，還需具備一致、易懂、明確的反饋高效的交互性，而且需能夠滿足項目式教學情景真實性需求，達到將工作崗位內容在教學中呈現。

（二）設計項目式仿真教學系統的完整功能模塊

針對項目式教學內容具有綜合而開放的特點，結合每一個項目的知識目標、能力目標以及情感目標，所開發的系統功能模塊與所設計的項目一一對應，涵蓋課程所需教學內容。

（三）“由簡入難”的故障模擬

進行項目式仿真教學系統設計時，需考慮遵循“由淺入難”學習規律，消除學生畏難心理，營造輕松愉悅學習環境，以便進行項目系統化組織教學，激發學生學習興趣，進行“由簡入難，層層遞進”故障模擬，達到“自成體系、學之會用”教學目標。

三、項目式仿真教學系統設計

（一）用戶界面設計

1.電源控制和調節開關界面

電源控制和調節開關界面主要作用是實現人機交互的航空發動機試車相關控制開關和調節按鈕，具體界面如圖1所示。

（1）電源控制開關

電源控制開關主要有總電源（發動機及臺架設備、控制操縱臺、調節系統的總電源開關）、控制電源（發動機直流控制電源開關）、真空泵（帶信號的真空泵電源開關）、補給泵（帶信號的補給油泵電源開關）、補給開關（帶信號的補給燃油電磁開關）、加力吹風（帶信號的加力吹風開關）、應急斷加力（帶信號燈的加力總電源開關）、起動吹風（帶信號的起動吹風開關）、起動燃油（帶信號的起動燃油開關）、起動補油（帶信號的起動燃油開關）、大流量（帶信號的大流量開關）、小流量（帶信號的小流量開關）、整流器（帶信號的整流器電源開關）、供氮（帶信號的供氮開關）、空中起動（帶信號的空中起動開關）、液載90s（帶信號的液壓泵加載開關，接通液載90s開關后自動斷開）、液載180s（帶信號的液壓泵加載開關，接通液載180s開關后自動斷開）、加力活門（帶信號的加力泵供油電磁活門開關）、汽化器（帶信號的汽化器電磁活門開關）、短接JL（帶信號的加力電路連鎖開關）、短接FM（帶信號的加力吹風連鎖開關）、手動加力（帶信號的手動加力連鎖開關）。

（2）調節開關

調節開關主要有左、右液壓泵調節（液壓泵加載流量調節開關）、抽真空調節（高空修正器真空調節開關）、補給泵調節（全加力狀態補油量調節開關）。

2.控制按鈕、轉換開關及信號燈指示界面

起動按鈕、轉換開關及信號燈指示界面主要作用是實現人機交互的航空發動機起動、轉換開關按鈕和相關信號指示，具體界面如圖2所示。

（1）控制按鈕

控制按鈕主要是指起動按鈕（接通各起動的相應開關按鈕后，按下起動電鈴及起動按鈕后，發動機可進行運轉或起動）、等效附加電阻按鈕（選擇附加電阻等效1、等效2、等效4、等效8不同組別調整發動機的等效起動電源，模擬發動機在外場起動電源的特性）。

（2）轉換開關

轉化開關主要包括起動轉換開關（控制轉換發動機自動起動或等效起動的電源電路）、油封轉換開關（控制轉換發動機起動、油封、冷運轉的電源電路）、補油轉換開關（檢查發動機起動補油與不補油的起動）、加力吹風轉換開關（接通加力工作時，選擇轉換開關對加力燃燒室吹風的控制）、噴口或燃油延遲時間轉換開關（接通加力時，選擇控制噴口或燃油延時）、噴口轉換開關（發動機工作時檢查，轉換開關DK、XK、XB檢查凸輪控制發動機噴口打開、關閉的協動轉速）、手動噴口轉換開關（控制轉換噴口收放）、電機加載轉換開關（發電機加載負荷開關）。

（3）信號燈指示

信號燈指示主要包括航空發動機起動左右點火信號指示、起動相關、凸輪協動轉速信號指示、噴口狀態信號指示等。

3.試車主要參數及功能操作界面

試車主要參數及功能性檢查界面主要作用是實現航空發動機試車過程中各試車參數顯示、航空發動機試車各功能性檢查，主要囊括三部分：第一部分為發動機運轉、起動及相關的試車，第二部分為發動機穩態工作相關的試車，第三部分為發動機加、減速性、操縱性及功能性相關的試車，具體界面如圖3所示。

4.試車動態及穩態參數界面

試車主要參數及功能性檢查界面主要作用是將發動機推力、T3*溫度、耗油率等重要性能參數精確顯示出來，且給出是否合格結論;其也將與航空發動機試車相關的重要檢查參數精確地顯示于界面，作為學習者在試車過程中記錄是否準確的參考標準值。

5.試車參數曲線歷程界面

試車參數曲線歷程界面主要作用是實現將航空發動機試車過程中重要動態參數（轉速、推力、排氣溫度、加力總管壓力、燃油流量、進氣動壓等參數在界面上實時顯示）變化以曲線圖形象直觀實時顯示，具體界面如圖5所示。

（二）項目式仿真教學系統功能框架設計

結合項目式仿真教學系統設計的原則，進行項目式仿真教學系統功能框架設計，具體框架如圖6所示，主要囊括教學內容：發動機試車的工藝流程、工藝分工、試車參數調整原理與方法等等，以實現培養學生具備熟知發動機試車的工藝流程、工藝分工的能力，熟知發動機試車中各功能性檢查目的及要求，在試車中對超過工藝要求、限制時能及時得到正確處理的能力;具備分析判斷與排除發動機一般性能故障能力，相應能夠制定排除方案，編寫發動機試車檢查工作卡的能力。

（三）控制臺故障模擬模塊設計

結合“由簡入難”的故障模擬設計原則以及航空發動機試車技術課程教學目標，進行控制臺輸入功能設計，功能的實現在系統提供的筆記本電腦上操作：即由教師通過筆記本電腦進行模擬“由簡入難”的故障設置，實現發動機各種故障的模擬，快速培養學生及時發現故障、進行故障分析，提出排除故障的處理方法和排除的能力以及培養學生養成主動思考的好習慣和良好的職業素養。

四、應用實例

“航空發動機起動”教學項目是“航空發動機試車技術”課程抽象性、實踐性較強的項目之一。“航空發動機起動”共安排6學時：知識目標是要求學生掌握掌握發動機起動操作步驟、參數的限制，了解發動機起動性能的調整，調整限制及調整部位;能力目標是培養學生能進行有關航空發動機起動的一般性故障分析及排除;情感目標是培養學生養成良好的主動思考習慣以及團隊分工合作意識。

借助本文所設計的項目式仿真教學系統開展教學。首先，依托電源控制和調節開關界面和控制按鈕、轉換開關及信號燈指示界面以及系統功能，要求學生完成項目任務之一：通過親自模擬航空發動機起動，使學生知道航空發動機起動所需接通電源開關以及控制按鈕和掌握航空發動機起動步驟;其次，依托所有界面以及試車程序，要求學生完成項目任務之二：通過親自模擬航空發動機起動，觀察、總結航空發動機起動的參數限制;最后，在任務一和任務二的基礎上，依托所有界面以及控制臺故障模擬，要求學生綜合完成項目任務之三：通過親自模擬航空發動機起動，觀察、發現航空發動機起動的一般性故障，并進行分析及排除。

五、結論

本文采用依托仿真系統為載體進行項目式教學，以創建與企業真實工作情境逼真的教學環境，實現了教學手段現代化、教學模式理實一體化，催化理論與實踐有機融合，零對接崗位需求。

參考文獻

[1] 楊訓，雷勇，陳桂英等. 航空發動機試車計算機輔助試驗系統[J]. 計算機測量與控制，2005（09）：900-902.

[2] 劉亞豐，蘇莉，吳元喜等. 虛擬仿真教學資源建設原則與標準[J]. 實驗技術與管理，2017（05）：8-10.

[3] ?徐玉斌，郭艷艷.仿真教學與傳統教學的關系探析[J].河南教育學院學報（ 自然科學版），2019（28）：72-75

[4]王靜. 中職機電專業課學習評價的生本思考[J]. 職教論壇，2016（32）：40-41.

[5] 楊 杰 ，張 彪 .雙子葉植物虛擬仿真教學資源的建設[J].南方論壇，2019（19）：18-22