汽車構造虛擬仿真實驗教學中心的建設與實踐

鮑龍星　孫明　韓麗　左承基

摘 要 介紹了“汽車構造”虛擬仿真實驗教學中心的建設意義、平臺建設、管理體系等內容，探討了該中心在產學研合作、自主式實驗教學體系等方面的特色與創新，以及關鍵點上的實踐經驗。結果表明，該在汽車構造專業實踐教學效果和培養學生專業素養等方面，具有顯著成效。

關鍵詞 虛擬仿真實驗 教學中心 建設實踐

中圖分類號：G712 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2021.01.036

Abstract In view of the construction and practice of the virtual simulation experiment teaching center of automobile structure in Anhui Wonder University of Information Engineering， this paper introduces the construction significance of the center， the construction of the virtual simulation experiment teaching platform， the center management system， etc.， and probes into the characteristics and innovations of the virtual simulation experiment teaching center in the aspects of industry university research cooperation， autonomous experiment teaching system， etc. The teaching center has the construction and practical experience that can be used for reference in the key development nodes. The construction and practical experience show that the virtual simulation experiment teaching center has achieved remarkable results in the practical teaching effect of automobile structure specialty and the cultivation of students' professional quality.

Keywords virtual simulation experiment; teaching center; construction practice

隨著我國教育教學改革的不斷深化，信息化在培養本科生創新思維和實踐精神方面，具有越來越顯著的作用，其中虛擬仿真實驗教學已成為實驗實訓教學的一個重要方向。[1-4]

安徽文達信息工程學院于2017年獲批安徽省教育廳質量工程項目-汽車構造虛擬仿真實驗教學中心，組織開展了該虛擬仿真實驗教學中心的建設和實踐，已取得了顯著成效。下面介紹其部分建設成果。

1 意義

汽車工業是技術、資金和人力密集型的產業，其水平代表著整個國家的現代化水平，其中，汽車教育信息化具有重要意義。“汽車構造”是汽車類專業的一門重要專業基礎課程，是以發動機、自動變速器、汽車底盤等關鍵汽車總成部件為研究對象，涉及發動機高速運轉、變速器快速轉動與換向、復雜底盤運動學關系等實踐教學內容。在傳統實踐教學模式下，設備昂貴、步驟復雜、消耗成本大，有一定危險性，教學難以收到滿意的效果。而虛擬仿真實驗能夠解決上述問題，因此，建設“汽車構造”虛擬仿真實驗教學中心，對培養高素質的汽車類本科人才，改善學生實驗環境，提升學生工程實踐能力及科技創新能力，具有重要意義。

2 平臺建設

汽車構造虛擬仿真實驗教學中心以硬件平臺為基礎，基于Visual Studio、3Ds Max、Solid Works 等開發平臺和工具，結合主流專業仿真軟件，組建的實驗教學平臺。[5-8]

本文中心由硬件、軟件和環境組成，硬件包括1臺局域網服務器、2臺局域網路由器、1臺教師端主機、60臺學生端輔機等，軟件包括整套教學管理系統，環境包括實驗室教室、師生工作桌椅、室內空調系統等。整個虛擬仿真實驗教學平臺是由開放式教學管理系統、共享平臺和汽車發動機、自動變速器、汽車底盤等仿真模塊組成。

2.1 管理與共享平臺

管理與共享平臺匯集了虛擬仿真實驗資源、電子教材、多媒體課件、精品課程等教學資源，是訪問虛擬仿真教學資源的窗口，也是學生與教師進行交流互動的載體。該平臺包括中心介紹、新聞中心、實驗教學、測試練習、成果展示、實踐教學、在線答疑、資源搜索、規章制度等欄目，管理系統與共享平臺主界面。

2.2 虛擬仿真實驗平臺

汽車發動機虛擬仿真實驗模塊包括虛擬發動機構造拆裝和發動機仿真運行的教學AR資源，其中，虛擬發動機拆裝包括三個部分。

第一部分是準備環節，以市面成熟的專業工具箱為基礎，根據所要拆卸的發動機型號和廠家信息，選擇本次拆卸所需要的工具，將它們逐一放入虛擬工具盒里。

第二部分是拆卸實踐環節，按照規范的拆卸順序，從虛擬工具盒提取正確的拆卸工具，指向所要拆卸的零件，將其卸下放到臨時零件托盤內。倘若學生操作有誤，系統會自動給出提示，學生可以重新操作。這個過程對學生訓練的優勢是傳統實踐教學無法比擬的。

第三部分是裝配實踐環節，這是一個與發動機拆卸相反的過程。必須按照規范的裝配順序，從虛擬工具盒里提取正確的安裝工具，指向臨時零件托盤內里的相應零件，將其移到發動機正確的位置。若學生操作有誤，系統會自動給出提示。

虛擬發動機構造拆裝過程的每一步，系統都會自動檢測，給出正確信息提示，并記錄分數，以方便考核。

3 特色與成果

本中心目前已經構建了汽車發動機、自動變速器、汽車底盤等3 套虛擬仿真系統模塊，可以進行20多項與汽車構造相關的虛擬仿真實驗實訓教學項目。每年為近 300名學生開設虛擬仿真實驗實訓課程，在大學生創新創業、產學研合作辦學和教學模式改革等方面，都發揮了重要作用，特色明顯、成果顯著。

3.1形成科研促進教學的良性循環

虛擬仿真實驗教學中心注重科研成果轉化，將科研方法融入實踐教學，科研反哺教學。中心正在主持各類虛擬仿真類科研項目數多項，依托科研項目開發出數套虛擬仿真軟件用于實驗教學。

3.2體現多維度自主式的鮮明特點

中心以增強學生綜合實踐能力作為出發點，根據專業培養計劃，可以由淺入深、循序漸進地開設50余項的課程實驗和專題實驗，包含基礎知識學習、專業技能培訓、專業系統設計和前沿技術介紹等。學生以理實結合方式，深入直觀地學習和理解理論內容，擺脫了時間和空間的限制。

3.3強化校企深度合作，開發優質虛擬仿真資源

目前已與合肥瑞杰科技股份有限公司、蕪湖安瑞光電股份有限公司等積極開展合作研究，取得了良好的效果。例如，汽車燈具虛擬仿真系統即將與有關汽車燈具企業合作，以現代主流汽車燈具為原型，建立三維虛擬汽車燈具，對現代主流汽車燈具進行虛擬仿真實驗教學。

4 結束語

“汽車構造”虛擬仿真實驗教學中心現已面向全校開放，并已具備向社會共享虛擬仿真資源能力，目前已經取得了良好的實驗教學效果。該中心通過科學規劃和合理配置資源，構建了包括虛擬發動機、虛擬變速器和虛擬汽車底盤等在內的大量虛擬仿真資源，解決了“汽車構造”專業課程在實踐教學方面的難題，在培養本科生的工程實踐能力和科技創新能力等方面，具有顯著成效。

*通訊作者：左承基

參考文獻

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