虛擬仿真實驗在制冷壓縮機拆裝教學改革中的應用

劉煥衛 趙海波

摘? 要 對“制冷壓縮機拆裝實驗”課程進行教學改革，采取虛擬仿真實驗教學項目與實際動手實驗相結合的虛實模式，設計包括前端仿真教學系統和后臺管理系統兩部分的煙臺大學壓縮機拆裝虛擬仿真教學系統。教學內容模塊化，重視實驗過程性考核，成績按照40%動手實踐+30%中間考核+30%實驗報告。虛擬與現實相結合，解決實驗設備臺套數不足問題，實現全員參與和達成，提高學生動手實踐能力和解決復雜工程問題的能力。

關鍵詞 虛擬仿真實驗;教學改革;能源與動力工程;制冷壓縮機

中圖分類號：TP391.9? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）08-0127-03

Application of Virtual Simulation Experiment in Teaching Reformof Disassembly of Refrigeration Compressor//LIU Huanwei， ZHAOHaiboAbstract The application of virtual simulation experiment and hands-on practice in the teaching reform of disassembly of refrigeration compressor is carried out. The Yantai University virtual simulation teaching system of disassembly of refrigeration compressor is de-signed， which includes the front-end simulation teaching system and?the back-end management system. Modularization of teaching con-tent， emphasis on the assessment of experimental process， and 40%?hands-on practice + 30% intermediate assessment + 30% experimen-tal report are the key features of reform. The combination of virtual and reality can solve the problem of insufficient sets of experimental equipment， realize the participation and achievement of all staff， and?improve the students practical ability and the ability to solve complex?engineering problems.

Key words virtual simulation experiment; teaching reform; energy and power engineering; refrigeration compressor

1 前言

《教育部等部門關于進一步加強高校實踐育人工作的若干意見》《教育部關于深化本科教育教學改革，全面提高人才培養質量的意見》以及《普通高等學校本科專業類教學質量國家標準》等要求加大實踐學分的比例。目前，煙臺大學工科專業人才培養方案實踐學分比例不少于30%。2019全國教育大會以及山東教育大會提出實施“六卓越一拔尖”2.0版本計劃以及“雙萬計劃”等，對卓越計劃的進一步發展提出具體的要求和方向。與此同時，工程教育專業認證的標準，堅持以學生為中心、以產出為導向和持續改進的基本理念，同時要求全員參與和達成解決復雜工程問題的能力[1-4]，對實踐類課程提出不少挑戰。

2 制冷壓縮機拆裝實驗課程改革目標

根據培養高水平應用型人才的辦學定位，煙臺大學能源與動力工程專業主要培養以熱工、力學和機械科學理論為基礎，具備能源生產、轉化、利用與動力系統研發基本理論和應用技術，具備節能減排理念，能在工業、國防、民用等領域從事制冷及低溫工程、空調工程設計，制冷空調系統安裝、運行管理、實驗研究和制冷空調機器設備研制、開發、營銷等工作的高級應用型人才。

“制冷壓縮機拆裝實驗”是能源與動力工程專業的專業課，屬于必修課程，自2003年本專業設立以來一直開設該課程，累積年限超過16年。壓縮機拆裝大實驗課程，2學分，64學時，現面向煙臺大學能源與動力工程及卓越工程師計劃專業三年級本科學生（第五學期）開設，需要先修課程包括工程熱力學、傳熱學、制冷原理與設備以及制冷壓縮機等。根據課程目標和內容，自編實驗指導書《制冷壓縮機拆裝大實驗指導書》，授課人數每年100余人（含卓越工程師教育計劃班），課程資源有較多積累，包括實驗指導書、教學大綱、虛擬仿真實驗項目等。

“制冷壓縮機拆裝實驗”主要針對當前典型的活塞式和螺桿式兩種制冷壓縮機進行拆裝實驗，掌握壓縮機工作原理、結構特點、各部件作用以及具備初步診斷壓縮機故障的能力。通過虛擬仿真實驗教學項目和實際動手拆裝實驗兩個階段的學習與實踐，本課程學習要全面系統地掌握活塞式制冷壓縮機的拆裝步驟及注意事項、活塞式制冷壓縮機零部件結構及工作原理、螺桿式制冷壓縮機組結構及各零部件結構特點和工作原理知識;具備制冷系統中制冷壓縮安全穩定運行以及故障判斷和部分零部件拆裝維修等基本能力，為培養高素質高級應用型專門人才奠定基礎。

3 課程內容改革與資源建設情況

“制冷壓縮機拆裝實驗”主要研究制冷系統核心部件制冷壓縮機拆卸、裝配以及壓縮機零部件考核等內容。該課程主要講授活塞式和螺桿式制冷壓縮機這兩種典型制冷壓縮機的拆卸和安裝等，具體內容涵蓋上述兩種類型壓縮機的各零部件結構特點、作用以及工作原理等。該課程為專業方向課學習以及工程實際應用打下基礎。

“制冷壓縮機拆裝實驗”教學內容及模塊設置：針對上述目標和定位，設置四個實驗模塊，即活塞式制冷壓縮機系統拆裝、活塞式制冷壓縮機各零部件及作用、螺桿式壓縮機組系統拆裝及螺桿式壓縮機各零部件及作用。

“制冷壓縮機拆裝實驗”教學模式改革：采取基于虛擬仿真實驗教學項目和現實實踐相結合的教學模式。

基于本課程，開發煙臺大學壓縮機拆裝虛擬仿真教學系統，分前端仿真教學系統和后臺管理系統兩部分。如圖1所示，前端仿真教學系統包括活塞式制冷壓縮機和螺桿式制冷壓縮機兩種壓縮機形式供選擇;每一種壓縮機拆裝虛擬仿真實驗包括三種模式，即學習模式、練習模式和考核模式;每一種模式均有兩種學習方式，即拆卸和裝配。

其中考核模式的拆卸和裝配學習方式中按照拆卸順序，點擊需要用到的工具，雙擊拆卸的零件。在不清楚應該拆卸哪個零件的情況下，點擊【跳過】按鈕可跳過當前需要拆卸的零件，繼續拆卸后面的零件。拆卸完所有的部件及零件，點擊【提交】按鈕，顯示錯誤步驟數及錯誤零件名，并將考核結果提交到后臺。

煙臺大學壓縮機拆裝虛擬仿真教學系統包括學習模式、練習模式、考核模式。學習模式和練習模式均包括手動和自動兩種選擇。要求學生先選擇學習模式，然后進行練習模式，最后進行考核模式。每一名學生的考核成績可通過后臺記錄，具體如圖2所示。

后臺管理系統的主要作用是對使用前端仿真教學系統的學生進行管理，對學生的成績進行記錄，主要功能模塊有權限管理、組織管理、人員管理、成績管理、系統管理。

在煙臺大學壓縮機拆裝虛擬仿真教學系統后臺管理系統的成績管理中點擊右側【篩選】按鈕，彈出篩選面板，可以按照郵箱、學號、姓名、班級、考核時間進行篩選，詳細查看并修改成績信息。每位學生錯誤的步驟數和錯誤原因均詳細記錄，對進一步找到原因進行鞏固學習具有指導作用，見圖3。

煙臺大學虛擬仿真實驗教學項目參評2019年度國家虛擬仿真實驗教學項目，相關信息如http：//www.ilab-x.com/details/v3？id=2823&isView=true所示。

通過虛擬仿真實驗教學項目后，進入實驗室進行動手實驗。重視實驗過程性考核，即貫穿整個過程的動手實踐、中間環節考核以及后期實驗報告，成績為40%動手實踐+30%中間考核+30%實驗報告。

如圖4所示，采用虛擬仿真實驗教學+實踐動手兩個環節相耦合的教學模式改革，學生對制冷壓縮機理論課程的理解更加深入，對本課程動手實踐能力和初步解決復雜問題的能力得以提升，對課程評價高。

4 結語

煙臺大學壓縮機拆裝虛擬仿真教學系統分前端仿真教學系統和后臺管理系統兩部分，教學內容模塊化，針對實驗內容分為四個模塊，實現內容分割與模塊化設置。重視實驗過程性考核，即貫穿整個過程的動手實踐、中間環節考核以及后期實驗報告，成績為40%動手實踐+30%中間考核+30%實驗報告。小分組，全員參與和達成;虛擬與現實相結合，解決實驗設備臺套數不足問題。“制冷壓縮機拆裝實驗”課程進行教學改革，即虛擬仿真實驗教學項目與實際動手實驗相結合的虛實模式，實現全員參與和達成，提高了學生解決復雜工程問題的能力。

參考文獻

[1]楊穎.基于工程教育專業認證的電子技術實驗教學改革研究[J].工業和信息化教育，2020（1）：84-89.

[2]周兆兵，郭曉磊，曹平祥.基于OBE教育理念的木材加工機械與刀具實驗教學探索與實踐[J].教育教學論壇，2019，12（51）：277-278.

[3]劉暢，趙海波，周秋淑，等.卓越計劃下本科畢業環節的協作式培養及考評體系：以煙臺大學為例[J].中國教育技術裝備，2019（12）：71-73.

[4]劉煥衛，周秋淑.卓越工程師培養的生產實習教學改革探索[J].科技視界，2016（1）：21.