高职院校《汽车构造》教学中三维虚拟仿真技术的应用

朱怡婕，史朝辉，王文雅，朱小月

（1.陕西国防工业职业技术学院，陕西 西安 710300；2.成都市温江区庆丰街小学，四川 成都 611130）

1 研究背景

1.1 教学中的实际情况

《汽车构造实训》是汽车制造与装配技术专业的重要的教学环节, 它为汽车基础理论知识与实践操作技术构建对接的桥梁，是构建学生专业能力的基石。因此学生通过实训掌握操作工艺与技能，将理论知识与实践相结合，是开展实训的核心内容，也是评价实训质量的重要标准。

在实训教学环节中发现诸多问题影响实训质量，例如：零件名称掌握不准确，对发动机工作过程描述不准确，拆卸过程中出现零部件缺失或损坏等。再结合《汽车构造》知识点多，图片、视频展示角度固定等客观因素，以及学生对实训课程兴趣不足等主观因素。

发现《汽车构造》理实一体教学存在缝隙，是影响学生专业能力的直接原因，也是影响理实一体教学质量的关键因素。如何缩小或者消除缝隙，是横亘在教学过程中的实际问题。

1.2 三维虚拟仿真技术

现代职业教育中信息化教学所占比例与日俱增，科学合理的利用先进技术改善教学效果，提高教学质量已成为必然趋势。目前科技发展日新月异、手段鳞次栉比，其中VR技术模拟效果逼真，但一次性投资大，除硬件设备外，还需要相应的软件支持，而学生仅作为观察者，在相对封闭的软件环境中观察零件结构、运行状态，完成总成拆解与装配。与之相比，三维虚拟仿真的效果稍显逊色，但学生可以主动参与零件测量、模型制造与装配过程，同时设备投资小，成本低、教学安排灵活。

三维虚拟仿真技术在理论教学环节中的应用，能够增强理论教学的直观性，弥补实训过程中难以观察到的部分，例如发动机冷却系、润滑系的工作循环。同时为实践环节做好铺垫、增强理实一体结合程度。实践环节前模拟拆装过程，可以提高总成拆卸、装配的成功率，避免漏装等问题，降低实训成本。再配合启发式教学，锻炼学生的实践、操作以及独立思考的能力。

若能利用三维软件虚拟建模优势填补理实一体课程缝隙，指导学生进行零件三维建模，辅助完成理论课教学任务，弥补理论课的不足，丰富理论课堂内容，调动学生学习内在主动性，也可以提高实训课堂效率、保证实训质量。

2 解决思路

2.1 同类院校解决方案调研

本课题组采用问卷调研、文案收集等方式对“虚拟现实技术在汽车构造理论教学中应用方法的探究”这一方向的题目进行了调研，发现国内外大部分学者主要针对虚拟现实技术在技术/能、实验操作等实践教学、教育领域及具体理论教学中的研究：青岛理工大学的张平霞、朱永强《虚拟现实技术在<汽车构造>教学中的应用研究》，北京理工大学的李小平等《虚拟现实/增强现实下混合形态教学设计研究》，长春大学的李未等《虚拟现实技术在汽车构造实验教学中的应用》，东海中等专业学校的王长亮《VR虚拟现实在汽车专业实训教学中应用》。

通过总结这些成果发现，虚拟现实技术被应用在中职、高职、专科、本科各个层次教学中，其中针对的实践环节设计的应用研究较多，在高职理论教学中的应用研究逐渐出现。

2.2 本次课题解决方案

利用学院现有机房，在NX UG软件平台基础之上，针对实训室现有发动机，通过观察零件装配关系、测量零件尺寸，建立对应三维模型，并模拟仿真装配过程。利用UG NX软件建立汽车发动机的模型，共建立66个零件或总成，包括机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组、气门组、气门传动组等。

课前学生利用教师安排的预习题目以及三维模型等资料预习，尽量采用生动、易懂的语言回答题目。

教学过程中利用鼠标对零部件进行放大、缩小、旋转、移动等操作，便于学生观察、记忆零件外形，了解汽车发动机零部件的结构、组成、形态和工作原理，以及发动机总成的装配与拆解作业的方法、步骤。

3 实施方案

《汽车构造》是一门理论知识与实践能力并重的专业基础课，因此虚拟现实技术的应用既要考虑理论课，也要考虑实践课。下面将以配气机构为例，介绍虚拟现实技术在理论与实践中的应用。

3.1 《汽车构造》理论课中应用

表1

3.2 《汽车构造》实训课中应用

实训操作开始之前，由教师带领学生熟悉配气机构组成、拆装操作步骤以及工艺要求。实训过程中学生可利用模型等资料自由学习。

表2

4 结论

虚拟现实技术成熟且应用广泛，既能让学生动手参与教学过程，利用学生的空间想象力和创造性思维，激发学生内在学习动力，又能在保证学习效果的前提下降低成本。随着信息化教学在现代教育行业中的发展，以及实训室对现有教学的制约，三维虚拟仿真技术在理实一体教学中的应用将更加广泛，为提高学习效率和改善教学效果带来可能。