中职汽车运用与维修专业“虚拟实训”辅助教学的实践与效果

胡 琼



中职汽车运用与维修专业“虚拟实训”辅助教学的实践与效果

胡 琼

近几年，在中职学校汽车运用与维修专业运用计算机虚拟现实技术开展仿真教学已经成为计算机辅助教育研究的主要领域之一。为此本文从汽车运用与维修专业实训教学的现实问题、汽车运用与维修专业虚拟实训辅助教学的实践、汽车运用与维修专业虚拟实训辅助教学产生的效果、汽车虚拟仿真实训室建设的几点建议等几个方面进行阐述虚拟实训的必要性，以便为解决专业实训教学需要和现实硬件条件之间的矛盾提供借鉴。

中职；虚拟实训；辅助教学

一、前言

1996年，天津大学最早基于VRML的国际标准开发出“虚拟校园”系统，这开启了虚拟技术在我国教育领域应用的序幕。从此以后，虚拟仿真技术不断进入教育领域。随着汽车产业的不断蓬勃发展，汽车类服务人才出现短缺，大量中职学校掀起开办汽车运用与维修专业的热潮，其中一大部分并不具备开办该专业的条件。因而汽车职业教育出现如何提高学生学习积极性、提高教学质量、降低教学成本、解决学生数量与实训设备的比例以及反复实训对设备的损坏等一系列问题。纵观当前职业教育领域，虚拟仿真教学软件在一定程度上解决了这个问题。近年来，笔者通过在全国部分中职学校汽车运用与维修专业的调研中发现“虚拟实训”给教学带来了切实的效果，特别是一些经济欠发达地区的中职学校为了缓解实训硬件不足的问题而采用了这一手段，收到了事半功倍的效果。

二、汽车运用与维修专业实训教学的现实问题

中国汽车售后服务行业的迅速发展，一方面对于维修人员素质的要求不断提高，包括中等职业学校汽车运用与维修专业毕业生；另一方面我国经济欠发达地区中职汽车运用与维修专业在实训操作课程教学面临的是学生多、设备少、教学手段单一等诸多问题。

由于汽车整车或总成实物投入成本高，设备使用频率高而引起机械磨损加剧、燃料损耗大、清洗液浪费严重等成为实训教学当中一笔不小的开支。更何况汽车技术发展迅速，对于经济欠发达地区投入的硬件很难在短时间内更新换代。专业实训有很多项目实验在进行现场演示，如汽车安全气囊、自动变速器失速实验和时滞实验、发动机汽缸压力检测等具有一定的危险性，安全因素不能较好地满足实际的教学需要。另外教师的业务水平也使实训教学内容的处理受到了一定的局限，等等。

三、汽车运用与维修专业虚拟实训辅助教学的实践

由于受到现实条件和安全因素的制约，将虚拟实训与现场作业有机结合在一起，将虚拟实训作为现场作业的辅助地位是充分发挥汽车运用与维修专业课程教学效能的一种最佳的教学方式，这已在处于广东经济欠发达地区的我校得到长时间实践的检验。我校从开办汽车运用与维修专业以来，历经长时间硬件设施严重投入不足。为了缓解教学矛盾，首先上马汽车仿真实训室，让学生在计算机房通过“虚拟现实”实训来提高学生的学习兴趣。具体做法如下：

(一) 将虚拟实训安排在发动机、底盘、电气等拆装课程

将汽车运用与维修专业发动机、底盘、电气等拆装课程安排在相应的现场教学环节之前，因为汽车虚拟实训能提供完整的实训车间、模拟的实训场景。大到整车，小到每个汽车零部件，都能生动地展现出来。学生在汽车仿真实训车间可完成每个项目、企业典型工作任务的模拟实训练习过程，包括实训项目选择、实训操作、查阅维修手册和实训报告等。学生通过手中的鼠标清晰地掌握汽车发动机、底盘、电气实训全过程的技术要领。不在车间，胜过车间。因为汽车运用与维修专业虚拟实训是一个结合汽车维修企业和中职学校实际而提出的，是集职业技能课程的拆装、维护、检验、故障诊断和考核为一体的，能够仿真模拟汽车运用与维修专业实训基地和汽车维修企业工作实际情景的训练。所以此阶段切入仿真实训非常有必要。

(二)在仿真车间让逼真的汽车零部件三维图刺激学生的感官

仿真车间具备汽车各个零部件的三维实物模型，不但包括发动机、变速器、ABS等汽车主要总成、零部件的模型，而且包括各类传感器、油路、电路等较小的零部件的实体模型，所有模型都按照实物尺寸建模，反映了各总成、零部件的真实结构。生动、形象的交互式原理动画，其采用交互式二维图形技术，生动、形象地演示了各系统的运作过程和原理。学生可以自己操纵油门、制动、离合器和变换变速器挡位来控制原理动画的演示过程。清晰、直观的三维运动仿真，模型增加半剖、透明等显示方式，学生可以清晰、直观地查看到原本无法看到的系统运行时的内部状态和原理。互动式的设计，使得学生可以自由地切换挡位和调节速度，在三维模型的运动过程中看到相应的变化，并给出相应挡位的动力传递路线的文字说明。独具特色的故障设置与检测，学生可以设置1000 多个各类汽车的发动机系统、变速器系统、空调系统和ABS系统的故障。设定故障后，相关联的系统电路状态值、排放值、油路压力或进气管真空度会发生相应改变。此时，用相应的测量工具去测量，可以看到改变后的值。这一系列二维、三维的模型，互动的设计、故障的检测等让学生在学习中有身临其境的感觉。

(三)建经济型实训车间来减少设备的损坏

由于汽车运用与维修专业是一个实训设备损坏、材料的消耗大的高耗专业，在开展实训教学中，实训设备在使用过程中经常会发生莫名其妙的损坏，实训设备管理员很无奈，甚至有部分实训室的管理员不敢对学生开放那些比较昂贵的设备。学生几个小动作就要让实训室的管理员维修半天，极个别的实训室往往只是在检查的时候才打开让人看看。又比如在汽车维护各典型任务教学中，每做一次全程保养至少需要200余元的材料费用，如机油、空滤、机滤的更换。有些实训项目的车辆耗材远不止这个数目，例如钣金、油漆等工作开展起来消耗更是惊人。如果在电脑上面能够仿真模拟，那么这部分资金就能够节约下来。

四、汽车运用与维修虚拟实训辅助教学产生的效果

(一)降低了实训设施设备的投入成本

实训教学的投入包括场地的投入、设施设备的投入、实训耗材的投入、实训指导教师的投入等。汽车运用与维修专业现场作业教学设备结构比较复杂，单价较高，采用虚拟实训可减少货缓解资金的投入，可保护昂贵的真实设备，缩短占用设备的时间。实训场所的建立、汽车整车、汽车总成拆装台架、汽车检测仪器、专业设备的及时更新，需要大量的资金。由于场所、设备、资金等限制，使专业教学效果往往大打折扣，特别是在一些办学实力薄弱的经济欠发达地区，虚拟实训巧妙地解决了这一难题。虚拟实训系统耗费资金有限，同时其资源可重复利用，为学生的实训活动提供了极大的便利。虚拟实训系统中，可以抛开时间、场所、资金等局限条件的顾虑，教学内容可以反复演示与深入探究，有利于帮助学生加深理解，直到熟练掌握。

(二)提高了实训安全，减少了实训污染

实训安全性主要包括人身安全和设备安全。实训污染主要包括汽车尾气排放污染、汽车运行材料泄露污染和汽车钣金涂装污染等。虚拟实训系统的建立，构建了一个相对安全的虚拟“真实”环境，使学生置身其中进行有序的学习，同时减少了部分实训项目存在的潜在危险和伤害。规范动作可通过虚拟现实系统一览无余地将汽车结构原理、维护保养、检测诊断等形象生动地展现在学生眼前，学生可以从各个角度进行观摩学习，保证了课堂正常秩序。模拟现实装配，不会发生传统的部件损坏、丢失现象，同时保证了人身安全和设备安全。对于危险的或对人体健康有危害的实训，如果采用仿真实训，学生不但获得感性认识，还可以虚拟现实技术进行虚拟实训，则可以免除这种顾虑。学生可以放心地去做各种危险的或危害人体的实训。汽车工作时总要排出大量的有毒废气、汽车运行材料的泄露、汽车钣金涂装作业时灰尘、油漆的飞扬，对身知其中的教师和学生的身体健康带来不利影响。

(三)提高了实训课堂教学有效性

学生通过虚拟实训软件进行模拟训练，可以熟悉实训的工艺过程、操作注意事项和基本工具仪器使用。待熟练流程并且考核通过后，再到实物上进行训练，缩短了在实物上的实训时间，真正意义上保证了每个学生的现场作业时间。虚拟实训能够为学生提供生动、逼真的学习环境，学生能够成为虚拟环境的一名参与者，在虚拟环境中扮演一名角色，这对调动学生的学习积极性，突破教学重难点，培养学生的技能等起到积极的作用。所有的零部件结构都严格按照实际尺寸进行三维实体建模，把零部件结构和细节完全真实展现。零部件结构展示采用三维虚拟表达方式，能够展示零部件之间的位置关系，在三维环境下可以对零部件进行放大、缩小、旋转、移动等操作，学生可以像玩游戏一样，轻松地进行操作，这为后续的现场作业打下坚实的基础。原理介绍采用二维和三维结合的表达方式，可详细介绍汽车各个系统及零部件的工作原理和工作特性，并采用交互式操作进行表达。由于操作软件时要按照技术规范和步骤，这对培养学生的小心谨慎、一丝不苟的工作作风大有裨益。这些软件操作简单灵活，易学易会，稍微具有一点电脑操作技能就可以了，因而深受学生喜欢，能够充分调动学生学习的主动性、积极性，大大提高实训教学有效性。软件还能够提供网络版，满足多人同时进行虚拟实训操作，提高实训课效率。对于教师，以往需要反复向学生讲解也不易明白的知识点，现在只要几分钟的动画就可以迎刃而解。对于学生，能全方位的接受知识和技能训练。以前上课，教师主要是用一支粉笔一张嘴，学生坐着满堂听，对知识的接受是单层次的。教育专家告诉我们，要想尽快地接受一种知识，必须调动全身的细胞去接收它，而不是单单用某一种感觉器官去学。虚拟现实正是发挥了这一优势，集文字、图形、声音三种信息于一体，并且这种结合不是简单的拼凑，而是相互交融的。在出现图像的同时用醒目的文字加以说明，并可配以背景音乐和解说，三者同步进行，加大了学生对知识和技能的接受能力。

通过在现场作业阶段之前安排虚拟实训，对学生知识和技能有明显的教学效果，对比见表1。

表1 虚拟实训教学的教学效果

(四)方便教师的备课、上课和考核

“虚拟实训”可以帮助教师在办公室就进行备课，具备离线备课功能。软件提供单机版，用于教师离线备课或多媒体教室离线使用，方便教师备课使用和多媒体教室离线上课。教师可带着笔记本电脑在多媒体教室以大班的方式上实训示范课。首先，利用仿真实训教学来考核决定哪些学生可以进入下一阶段的现场作业，未合格者不能进入工间现场作业，这无形当中给学生造成了一种压力。其次，利用仿真教学，学生的主动性提高了，教师主要以答疑为主，大部分时间都交还给了学生，这对培养学生的创新、自学能力非常有用。再次，利用仿真教学软件进行考核，实现了公平性、真实性。虚拟实训软件具备考核功能，教师通过后台信息管理模块可以为每个学生设置汽车实训考核项目，根据对学生实训记录信息进行查看来综合评价学生对实训项目的工艺和操作注意事项掌握的程度，解决实训课考核问题。实训考核功能，能够设置诊断实训项目、拆装实训项目、维护实训项目、零部件检验实训项目和检测线实训项目。

五、汽车虚拟仿真实训室建设的几点建议

虚拟实训平台能较好地弥补现场作业的不足，特别是硬件投入不能得到保证的中职学校，建立虚拟实训室可解决此问题。但在构建和利用中，也要面对不少新问题，如对管理和维护问题、运行成本的合理消化和效益问题、虚拟实训平台的发展保持先进性问题，单一的虚拟环境对学生情感目标的培养、自控能力培养等等。为此，笔者提出以下几点建议。

(一)逐步形成有利于虚拟实训平台构建的社会环境

要逐步形成有利于虚拟实训平台构建的社会环境，就是要“政府搭台，舆论导向，校企唱戏”。

“政府搭台”是指由政府出台支持中职虚拟实训平台的政策。如出台文件，提供校企交流和合作平台，对参与企业实施税收优惠，对参与学校实施贷款贴息，实施前期运行补贴等。推行政府委托有关招标公司通过网络进行设备招标，招标公司具体去运作，政府只起到一种宏观管理的作用。

“舆论导向”是要求社会舆论进行适度宣传，特别是对参与者中的企业、投资机构、运行成果、职业教育观等的宣传。通过网络招标，不但可以公开信息，让众多的企业参与进来，进行阳光操作。

“校企唱戏”是虚拟实训平台成功构建的关键。唱戏的主角是中职学校和企业。唱好戏的关键是中职学校，中职学校要放下架子，一要深入市场、深入企业群；二要了解企业的需求，考虑企业利益；三要主动与企业合作，赢得众多企业的参与。在广东，校企合作订单式培养模式、校企共建实训中心模式，由企业提供设备给学校，学校不花钱却达到培养人才的目的，企业也得到了较好的社会效益和经济效益，学校企业最终达到了双赢的局面。

(二)充分利用虚拟实训资源，让办学效益和效果最大化

如何充分利用虚拟实训资源，提高虚拟实训室的运行效率与效能，实现办学效益和效果最优化，是当前虚拟实训室建设首要考虑的问题。

前几年，中职学校一窝蜂而上，公办的，民办的，遍地开花。经过几年的无序竞争，一些有识之士已发觉中职学校硬件和软件建设同等重要。现在已从扩规模逐渐转向内涵建设。在广东，实训中心、实训基地已耳熟能详。一些汽车软件科技公司的问世并迅速在职业教育领域的运用，并且发展到校企合作，这有力地推动了汽车虚拟教学软件在中职学校的普及。汽车软件科技企业力推汽车仿真教学软件的运用，对职业教育的作用不言而喻。广东很多的中职学校在实训设施设备的效益和效果的最大化方面做得非常成功，它把学历教育跟成人教育有机结合起来，学校周一至周五白天开展全日制的学历教育，周末、晚上则为当地的企业员工、成人进行技能培训，真正达到办学资源的充分利用。对虚拟实训室的管理非常重要，要配备专业实验员定期维护保养设备。在教学中教师将学生分好组，落实组长负责制，互相监督，培养爱护实训设备的意识。学生在虚拟实训前应具备一定的计算机使用技能，防止有学生非正常使用计算机及网络设备，自始至终让设备正常运转。

六、结束语

虚拟实训为中职学校汽车运用与维修专业教学的有效性提供了强有力的技术支持。随着虚拟实训的不断普及，其将成为中职学校汽车运用与维修专业实训教学中的重要辅助力量。让汽车仿真技术在中职汽车运用与维修专业运用的高效性、真实性、系统性、交互性、趣味性、实用性、公平性、经济性、安全性及环保性等方面发挥更大的作用。有一点需要注意的是，虚拟实训只是教学活动的辅助手段，不可能也无法代替职业教育领域内的现场作业，所以教师在教学中教师要恰当、灵活地使用。专业教学中在现场作业前有一个准备阶段即虚拟实训阶段，这对保证现场作业的顺利进行非常有必要。

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责任编辑 赖俊辰

2015-12-25

胡 琼(1974-)，女，清远市职业技术学校教师，中学一级教师。研究方向：中职汽车运用与维修专业教育教学。(广东 清远/511800)

本文系2014年度广东省教育研究院教育研究课题《中职学校数字化资源建设及应用研究》研究成果之一，项目编号：GDJY-2014-B-b241。

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