仿真技术在汽车维修实训教学中的应用

刘良和

(安徽冶金科技职业学院, 安徽 马鞍山 243011)

随着我国汽车工业迅速发展，汽车保有量急速上升，汽车维修技能型人才的社会需求逐年增加。社会对汽车维修从业人员的大量需求助推了职业院校汽车检测与维修专业的发展,在很多职业院校的汽车检测与维修专业的教学当中, 将汽车维修虚拟仿真技术应用于其中，取得了良好的教学效果。本文结合安徽冶金科技职业学院与上海宇龙软件工程有限公司联合开发的《汽车维修专项技能仿真实训软件》的实践教学案例，探讨仿真技术在汽车维修教学中的应用。

一、汽车维修仿真软件简介

以安徽冶金科技职业学院与上海宇龙软件工程有限公司联合开发的《汽车维修专项技能仿真实训软件》为例，具体功能上的特点为：实物模型详尽、逼真；交互式原理动画生动、形象，提供汽车各机构和系统的原理演示动画；三维运动仿真清晰、直观，可以查看到原本无法看到的系统运行时的内部状态和原理；系统电路图详细、实时；故障设置与检测独具特色，学生需要按照相应的检测流程进行诊断，并根据模拟故障现象查出原因，最终排除设置故障；软件还模拟了包括电脑诊断仪、气缸压力表、机油压力表和万用表等多种测量工具，并且检测工具完全参照真实工具的操作方式和数据[1]。零部件装配功能流程完整，软件技能模块中为学生提供汽车零部件的拆卸和装配仿真模拟，设计了零部件的拆卸和装配操作流程。为构建汽车维修作业典型工作情境，仿真软件将待装配的零件模型有序摆放在零件摆放区，有助于学生养成良好的职业习惯。

二、《汽车维修专项技能仿真实训软件》在汽车维修教学中的应用

《汽车维修专项技能仿真实训软件》就是采取人机交互的方式，通过计算机技术模拟真实情境，把汽车各总成部件的构成原理、拆卸和分解过程、零件检验、装配调整步骤、检测试验等以三维动画的形式展现。学生可以在计算机上学习汽车构造总成、机构工作原理，模拟汽车维修典型工作任务中总成、组件的拆解安装、汽车系统维护和修理，以及故障排除的操作，从而掌握汽车维修作业的实际操作方法、步骤和规范[1]。

(一)汽车维修教学创新离不开仿真技术应用

首先，从汽车维修类专业人才培养目标来看，汽车检测与故障诊断排除是核心技能，汽车构造是学生深入学习专业知识和技能的基础。掌握汽车维修技能，解决汽车故障诊断与汽车维修实际问题，学生必须有扎实的基本理论和过硬的专业技能，必须熟练掌握汽车整车与汽车各总成构造与基本原理，图文并茂的虚拟仿真软件必然是一种不可缺少的教学资源，也是信息化教学的手段。大量的实践证明，虚拟仿真软件在汽车维修教学中起到了激发学生学习兴趣、提高教学效果的作用。对于初学者来说汽车有几分神秘，尤其是汽车结构与基本原理，许多学生觉得难以理解。如果这种状态在短期内没有改观，学生的积极性和兴趣势必会下降，很大程度地影响到教学效果。其次，从近年汽车维修技能大赛比赛内容设置来看，整个大赛由理论考试、汽车仿真、实践维修排故操作三块构成，汽车仿真技能已是作为一个参赛选手必备的能力构成部分。再次，从汽车维修工种职业技能鉴定看，部分地区在进行汽车维修工种技能鉴定考核中，在理论考试中增加汽车维修专项技能仿真内容。基于此，为了适应不断变化的考核方式和内容，职业院校陆续使用仿真实训教学考核软件，多方位地进行模拟训练和模块化教学。最后，实习教学也离不开软件仿真，由于汽车类型多，汽车整车以及主要总成价格高且数量有限，不可能为每几名学生提供一辆车或一台发动机，因此在有限的真车操作之余在软件上仿真是一种必然。

(二)汽车维修实训教学效果体现在仿真技术应用

汽车维修仿真技术的应用，缩短了汽车维修人员技能的培养时间。按照传统实训模式进行的汽车维修专项技能实践教学，对教学条件中的实训设备要求种类多、数量多，实践教学场所面积大，实践教学教师数量多，教学训练时间长。即便如此，学生的汽车维修实践的机会还是很少，使培养周期变得很长。在汽车维修实践教学过程中，汽车总成拆卸与装配消耗过多的时间，很多教学内容不能在特定的时间内完成，影响了教学进度，也影响知识、技能的连贯性。学生要完成指定维修项目任务，必需熟练掌握汽车各总成部件的拆装规范，掌握规范的分解、装配与调整方法。汽车维修专项技能仿真软件就可以用来训练学生的汽车拆装规范，尤其是拓宽对汽车总成拆装顺序、技术要求、工具选择使用；汽车维修专项技能仿真软件练习，同时再结合一定的真实维修实际操作，这样，可以通过很少的实践给学生纠正在汽车维修作业中机构总成拆装、汽车故障诊断与排除中出现的问题。汽车维修实训教学中仿真技术的应用，节省了训练器材和场地等的经费投入，大幅度减少了教师的工作量，大大缩短了培养周期，具有很高的经济效益和社会效益。

缓解教学资金投入的不足。利用仿真软件可以弥补汽车整车、总成教学资源的不足，充分利用现有资源，为学校节约大量的教学经费和设备投资费。汽车维修实践教学设备投入量是很大的，如果要使每个学生有充足的实习时间，可能要购置多车型车、多车型总成，这些都要花去大量的经费，这对一般的职业院校财力来说显然是难以承受的，并且这些设备在学生的拆装过程中很容易出现问题，无法完整地恢复，减少设备的利用次数。如建立一个满足60人实习的汽车维修拆装实习场地，每实习岗位安排6名学生，就需要10部整车。这需要大量的设备投资费。而若采用汽车维修仿真软件进行汽车维修工种实训教学，60台套计算机就满足了教学需要。且由于是一人一机，可以保证每个学生有充足的时间来动手练习，提高实训效果。而且汽车机构总成的拆装、汽车典型故障诊断与除排在软件上可以无限次地进行，短时间内可以让学生达到熟练的层次并且没有实际材料的消耗，仿真练习结束后再配合一两次实际操作，极大地提升学生汽车维修专项技能。

激发学生积极主动学习。汽车维修仿真软件的详尽逼真的实物模型、生动形象的原理动画，激发学生积极主动学习，培养学生创新意识。对于高等职业院校的学生来讲，学生基础知识掌握相对薄弱，而汽车维修专业核心课程的学习又要求学生具有丰富的空间思维能力，实际的教学过程相对乏味枯燥，这样很容易让学生产生厌学情绪，教学效果不理想；而汽车维修仿真软件以其和实际汽车及总成部件相似的可感知性和相同情境的可感知性，充分激发了学生的学习兴趣。同时，汽车维修仿真软件可根据学生技能的形成规律设计训练过程，学生可以得到及时强化和实际生产中不能得到的直观感受，从而较快地提高操作技能，激发自信心；汽车维修仿真软件专项技能训练一定程度上培养学生刻苦钻研和创新精神，形成良好的团队学习氛围；汽车维修仿真软件教学中学生出错可以及时纠错，既提升了能力，同时也可以避免实际生产中出错带来的安全问题，使学生岗位技能全面提升[3]。总之在汽车维修仿真软件教学中，可设计出实际汽车拆装、调整中可能发生的变化，让学生全面把握汽车及总成拆装技术规范，排查故障的思路和检测设备的应用方法，从而加深认识达到传统课堂教学中无法达到的效果。

实践教学质量大大提升。汽车维修专项技能仿真软件有效整合理论与实践一体教学资源，极大程度地实现理实一体化教学。汽车维修类专业核心课程中，汽车构造以及故障诊断与排除等课程是非常抽象的，注重的是实践性。比如汽车零件的拆装过程，用传统的课堂讲授教学方法，很多学生很难理解；但如果利用仿真软件一边演示一边教学，通过汽车整车以及总成的三维动画演示，学生就很容易理解总成以及零件的部位，机构与机构之间的位置关系、运动关系，而且能自己亲手操作来加深认识，理论和实践相互渗透交叉，实现同步教学，使抽象内容形象化，能够大大提升教学质量。

(三)仿真软件在汽车维修教学的应用方法

首先，教学方法要丰富多彩。职业院校的学生基础知识不是很牢固，学习缺乏兴趣，因此，在教学中必须采取多样化的教学方法、教学手段激发学生学习兴趣，提升学生学习知识和技能的效率。作为汽车维修专业教师，应具有非常高的理论教学水平和教学能力，同时还要具有非常强的汽车维修职业能力，能较为娴熟地运用行动导向的教学方法，利用汽车维修仿真软件在课堂教学中真正体现以学生为主体，突出显示学生动手用脑的活动，化学生被动学习为主动学习[2]。在教学过程中，采取任务驱动方法，引导学生查阅咨询，设计方法、实施操作；同时对学生遇到的问题进行讲解并示范操作，对学生完成的操作予以及时点评。教学设计中，对课程中知识点的讲解尽可能深入浅出，符合学生学习规律，便于学生掌握；仿真软件操部分应接近汽车维修作业典型工作任务， 提升学生操作技能。

其次，仿真技术要运用恰当、科学。汽车维修专业教师应重视汽车维修专项技能仿真在教学中的科学应用方法，摆正汽车维修专项技能仿真在汽车维修实践教学中的位置，合理使用汽车维修专项技能仿真软件，恰当地修正教师在教学中从头讲到尾的常规教学模式，同时教师也要坚持在教学中的引导作用，将传统教学模式和创新教学方法科学结合，真正发挥其在教学中的作用。教师在汽车维修、排除故障课堂教学中引导学生学习资讯，重点解决汽车总成部件拆装安全规范，汽车故障排除的诊断思路，并着重强调汽车故障原因分析判断与处理，学生借助汽车维修仿真系统反复练习操作，完成不同机构、系统、不同车型的安全技术操作规范。在练习时，学生根据任务完成操作项目，练习前教师应在汽车维修仿真系统中进行操作演示和讲解，安排学生完成任务设计，并在学生练习时进行巡回指导，个别讲解和实施过程评价。学生应用汽车维修仿真软件进行汽车总成、部件拆装与故障诊断与排除反复练习操作，能一定程度上掌握汽车维修专项技能，同时也培养了学生分析和解决汽车维修实际问题的能力。

再次，教学环节设计要合理有序，汽车维修综合技能螺旋提升。教学中，根据“必须够用、突出技能”的思想，将教学环节划分为两大模块，分别为知识模块和技能模块。知识模块讲述汽车构造、机构工作原理以及各总成组成和功能，学生必须熟练掌握、灵活应用，为技能学习夯实基础。技能模块部分，先利用集合了多车型的零部件的拆卸和装配功能、故障诊断与排除功能的《汽车维修专项技能仿真实训软件》，教学中教师利用软件演示告诉学生怎么做，布置实操项目让学生自己做，教师检查点评学生做得怎么样。在利用汽车维修仿真软件的一体化教学实施中，必须构建以过程考核与结果考核并重的考核评价体系。教学评价将很好地触发学生学习的能动性，在汽车维修仿真教学中，过程评价必须做到如下几点：(1)合理且有一定的弹性，如一些仿真操作中学生实施方案的可行性讨论，实操过程中拆装顺序以及故障原因排除流程等，注重操作规范和习惯培养；(2)结果考核评价尤为重要，对在仿真实训教学中学生的互动踊跃程度，表现出的团队协作意识和良好个人品质要及时鼓励、认可；(3)增加自评与互评，对学生在仿真教学实施中技能操作情况及结果的评价，可以让学生自我评价，同时也可以安排不同组别互评，适当地转换教学评价的主客体关系，激发学生学习动力，满足他们的成就感。科学合理安排教学内容，辅以科学的评价，循序渐进提高学生汽车维修综合技能。

三、汽车维修仿真软件的负面影响及应对措施

汽车维修仿真在汽车维修实训教学中恰当应用，解决部分职业技术院校作为教学用汽车数量少，学生数量多的矛盾。但是从多年的实际教学发现，尽管虚拟仿真软件更新升级快，生命力强大，但终究不能完全代替汽车维修中真车的实践练习，尤其是真车拆装与故障诊断与排除综合技能训练[4]。

职业院校对学生的培养目标具有高度职业性，培养过程从汽车维修工作岗位典型工作任务出发，保证学生掌握够用基本知识，注重学生掌握必备的操作技能；对于汽车检测与维修类专业，应用性技术比较强，在教学过程中适度合理借助虚拟仿真，会起到锦上添花的功效，但虚拟仿真终究代替不了真车实习训练，必要时，还要一定程度地消除过分依赖虚拟仿真所产生的操作习惯的影响。汽车维修仿真软件模拟的维修作业，与实际汽车维修中真实情境还是存在区别的，绝不能替代真车实际操作。使用工具的力度手感无法感知，汽车零部件的质感重量不够实际，故障的现象模拟不够真实，对汽车总成装配、调整的结果无法进行直观检验等，而所有这些恰恰是技能训练的重要要求，因此，授课教师必须加以重视。可以在对学生进行初期训练前，先进行汽车维修作业真实工量具的正确选择、使用的训练，使其对汽车维修中工量具的正确运用有扎实的能力基础；汽车拆解与故障诊断与排除采用任务驱动教学，教师分配任务并分析问题分布实施演示，引导学生明确任务设计实施方案，进行仿真操作，辅助以真车练习。总之，应尽最大可能弥补应用汽车维修仿真系统进行教学的缺陷。

过多依赖虚拟仿真进行汽车维修技能训练，会使学生对PC机、鼠标产生粘性，热衷于汽车总成部件的模拟拆装与故障诊断与排除，而疏于汽车总成部件的模拟拆装及故障诊断与排除的实际操作，甚至会让部分学生滋生自我满足感，甚至不愿意参加真实环境的汽车维修实操，仅仅为排除几个软件设置的故障而沾沾自喜，从而放松学习，严重影响教学质量和浪费教学资源。这就要求教师在创新教学方法同时提高管理能力，科学安排仿真训练的时间，科学调整真实情境训练和仿真软件训练时间比例，在汽车维修专项技能实训中穿插进行。此外，教师要强调真实情境操作与仿真操作有不一样的地方，使学生对软件仿真有科学准确的认知，引起对汽车维修真实情境操作足够重视。

四、结语

随着虚拟仿真技术的快速发展，仿真效果与实际汽车维修拆装、调整、故障排除以及作业环境已相差很小，具有很高的仿真模拟效果。虚拟仿真在我国的职业院校已得到广泛的应用，有效地克服教学器材少、实操作业破坏性大等弊端，同时解决了教学经费不足的现实问题，提高了教学水平和教学效果[5]。但是软件仿真和汽车维修实际操作之间始终还有差距存在，二者不能混为一谈，更不能相互替代，只有在实际教学中科学、合理、有效地利用仿真软件才能更好地为教学服务；只有在教学过程中积极思考仿真软件在应用中产生的问题，主动采取应对措施，并将仿真训练与实践操作训练有机结合，才能发挥仿真教学的最佳效果，收到事半功倍的效果。