基于安徽继续教育在线课程虚拟实验教学——以汽车发动机台架虚拟实验为例

刘 辉

（安徽开放大学，信息与建筑工程学院，安徽 合肥 230022）

2013年安徽开放大学（原安徽广播电视大学）在“安徽省高等教育振兴计划”中，承担了“成人高等教育远程化教学模式改革与信息化建设”项目，研究开发了安徽继续教育在线平台[1]。平台主要为成人提供网上学习的教学资源与教学支持服务，截至2020年底，平台入驻高校及教育机构百多所，累计参加线上学习的学生人数约45万人，总访问量高达2.3亿人次。特别在疫情防控期间，平台为省内近8万名学习者提供在线学习支持服务，获得很高的社会赞誉。

一、开设虚拟实验的必要性

基于安徽继续教育在线平台，我校实施了成人高等学历继续教育改革工作，并于2019年秋季开设了汽车检测与维修技术专业。该专业教学计划中包含四个模块，分别是公共基础课、职业能力课、职业拓展课及通识课[2]，学习者可以通过网络完成课程学习和考核。与传统教育相比，网络教育中实践环节一直是个短板，而基于计算机网络的课程虚拟实验能够把理论知识与实践相融合，给学生提供实践操作平台，帮助他们提高实践能力，通过计算机远程操作虚拟实验的方式，完成课程实践环节学习与考核，达到对课程内容加深理解的效果。在汽车检测与维修技术专业中，对于一些实践性较强的课程，例如汽车发动机构造与维修，平台就提供了虚拟实验，方便学习者上机操作练习，这样就很好地解决了汽车专业的实践环节教学与考核问题[3]。

虚拟实验是借助于计算机软件技术和网络技术组建的虚拟平台，可不受时间和空间的限制在任一台电脑端访问和操作，很好地适应了开放大学学生的学习需求，很好地解决了他们的工学矛盾，同时也有效解决了我校办学上的压力。另外虚拟实验也是“互联网+教育”背景下，课程教学模式改革的很好体现[4]。目前虚拟实验应用大多在普通高校，事实上考虑成人学习的特点，探索适应成人在线学习的虚拟实验更有必要。笔者结合汽车发动机构造与维修课程的特点，以汽车发动机台架实验为例，基于在线平台，探究满足成人在线学习虚拟实验的策略，并进行了教学反思。

二、虚拟仿真实验教学资源

结合我校办学特色与招生专业特点，我们一方面积极与技术企业沟通，提出需求；另一方面充分整合学校信息化实验教学资源，在充分调研论证的基础上引进了一套开放式虚拟仿真实验教学管理平台，平台包含机电类、计算机类和建筑类近20门课程的虚拟实验资源。平台不仅可以实现虚拟实验教学资源的建设、管理、发布、应用，还能够实现学科及专业间虚拟仿真实验教学资源的开放共享。学习者登录安徽继续教育在线平台后，可直接点击相应课程的虚拟实验进行学习，完成实验操作，获取实验相关数据[5]。

以汽车发动机构造与维修课程为例，网上教学是通过“模块设计、任务驱动、内容安排、综合评价”方式来实现的[6]。首先，课程责任教师通过安徽继续教育在线平台进行在线教学设计，设计分为五个模块，模块一为机械传动系统故障诊断与维修，模块二为燃油供给系统故障诊断与维修，模块三为润滑冷却系统故障诊断与维修，模块四为发动机常见故障诊断与维修，模块五为课程虚拟实验。其次，学习者登录安徽继续教育在线平台完成相关知识的学习与测试，包括视频资源学习、查阅辅导材料、理解重难点和完成四次在线作业这几个环节，实践环节体现在课程教学设计模块五中，这个模块的教学与考核正是利用虚拟仿真实验教学管理平台来实现的。

在开放式虚拟仿真实验教学管理平台，汽车发动机构造与维修课程包括六个虚拟实验，分别是发动机台架试验、发动机工作原理及AR拆装实验、发动机强迫振动实验、发动机组成原理、发动机负荷特性实验和发动机速度特性实验。笔者以汽车发动机台架试验为例，分析虚拟实验教学设计、实验操作流程并进行实验结果讨论。

三、汽车发动机台架试验虚拟实验

（一）教学设计

首先，课程责任教师通过开放式虚拟仿真实验教学管理平台选择相应的实验内容并在安徽继续教育在线平台进行引用。其次，责任教师在平台上设定实验考核环节，考核分两部分，第一部分是学生网上视频学习、重难点知识理解和完成在线作业，这部分内容占总成绩的70%；第二部分是完成实验步骤并提交实验报告，这部分内容占总成绩的30%。最后，责任教师与选修该门课程的分校沟通，告知已经完成课程在线教学设计，可以通知学生参加网上学习。

（二）实验流程

汽车发动机台架虚拟实验主要由发动机、测量与控制系统、相关的辅助系统构成，目的是为了展示汽车发动机速度特性和负荷特性[7]。实验要求学生能够读取发动机的动力输出数值；通过测量控制系统对发动机施加相应的负荷，包括交变应力、交变热负荷等；模拟发动机在实际状况下可能遇到的情况，对采集到的示功图进行分析，从而检验发动机的可靠性[8]。

实验流程包括：

第一：分别打开进、回水阀和进、回油阀，如图1所示；

图1 打开进、回水阀和进、回油阀

第二：打开发动机温度控制水路，如图2所示；

图2 打开发动机温度控制水路

第三：加上强电；

第四：打开弱电；

第五：启动控制柜总电源（UPS）；

第六：启动发动机温度控制电源；

第七：启动控制柜油耗仪电源，启动油耗仪供油泵和发动机泵，如图3所示；

图3 启动油耗仪供油泵和发动机泵

第八：观察发动机参数，如图4所示；

图4 发动机参数

第九：消除急停控制后进行变频柜上电操作，进入发动机实验控制系统进行台架实验，如图5所示，保存实验数据并及时导出，如图6所示；

图5 发动机实验控制系统

第十：进行变频柜下电操作，关闭供油泵、发动机泵以及油耗仪；

第十一：关闭温控装置、水路装置，关闭总电源；

第十二：关闭进、回水阀和进、回油阀。

发动机台架虚拟实验展现了整个发动机台架系统的组成和实验流程，可以采集发动机的示功图、也可以用于发动机速度特性试验和负荷特性试验[9]。实验过程中，学生通过点击鼠标和输入按键，对参数进行设置，实现发动机转速的控制。通过观察仪表得到发动机实时的转速、机油的压力以及水温参数等，能够监测发动机实时的运行状态，实现各种数据的显示、记录和分析功能。在上机实验中如果遇到疑惑可以在平台上给老师留言，也可以点击操作演示说明反复进行查看。当学生完成实验后，生成实验数据、完成实验报告后点击提交，即完成了此次实验的全过程。

（三）实验结果

通过调查得知，2019春至2020年秋季四个学期全省选修汽车发动机构造与维修课程的学生，分布在省内合肥、安庆、蚌埠等11个教学点。学生经过网上学习后，在课程虚拟实验考核环节，达到了预期效果，结果如表1所示。

表1 课程选修及成绩统计表

从表中可以看出，2019春学生实验完成率为81%、实验及格率为61%，2020秋学生实验完成率为97%、实验及格率为91%。由此可知，无论是学生还是辅导教师对于虚拟实验从开始陌生到逐渐熟悉掌握，有理由相信今后虚拟实验一定能够为理论知识学习提供良好的实践平台。

四、虚拟实验应用思考

基于安徽继续教育在线平台的课程虚拟实验，打通了成人学生理论学习与实践环节脱节的壁垒，满足了他们的学习需求，提升了学习效果，打造了继续教育新模式。当然虚拟实验平台应用时间短，学生使用过程和教师指导环节不可避免都存在不少问题，需要逐步探索和改进。

（一）提升虚拟实验认识，加大培训力度，保障教学支持服务

计算机仿真虚拟实验刚刚起步，各教学点还没有充分认识到它的重要意义，对实验过程的管理还不到位，教师和辅导员在指导学生学习、上机实验和完成实验报告等方面存在很多困难，因此省校要采取多种方式对虚拟实验方法进行培训，使分校教师和辅导员能够认识到开展网上虚拟实验的意义，熟练掌握实验方法，从而为学生做好支持服务工作，使虚拟实验不流于形式，不仅仅为了满足考试。针对课程虚拟实验教学人员紧缺的现状，学校应注重队伍的培养，从而为虚拟实验教学服务提供保障。

（二）充分依靠教学团队，及时答疑解惑，打造师生交流新生态

开放大学是系统办学，离不开以省校责任教师为主，分校教师及辅导员为辅的课程网络教学团队模式。学生分布在全省各地，在虚拟实验学习与操作过程中会有很多疑问，例如不知道从哪里登陆平台，登陆平台后如何操作，等等。课程网络教学团队需要充分发挥作用，及时解答学生的疑惑，帮助他们熟悉虚拟实验的操作过程，掌握实验内容，最终完成实验考核。在此过程中学生不仅完成了学习任务，也体会到教师的关爱，形成了良好的师生交流生态。分校教师将了解到的学生对课程虚拟实验平台使用的建议，可及时反馈给省校责任教师，省校责任教师汇集信息，及时对教学支持服务做出调整，以达到教学相长的效果。

（三）紧密结合产业发展，合理设置实验内容，不断完善平台功能

目前汽车产业日新月异，虚拟实验合作方需要结合目前电动汽车和新能源汽车发展状况，合理设置实验内容，如增加BMS充电效率实验、锂电池充放电实验和谐波分析实验等，来满足学生学习需求[10]。根据学生和教师在虚拟实验使用过程中产生的各种疑问，平台设计方应在课程虚拟实验界面有关帮助提示模块合理添加视频讲解，如高清实验教学现场录像视频，以加深学生对知识点的理解并准确把握实验操作步骤。

（四）认真梳理实验内容，挖掘思政元素，培育学生工匠精神

在课程虚拟实验教学环节中，实验思政也是非常重要的组成部分，在现有资源的基础上，课程责任教师需要认真梳理实验内容挖掘思政元素，结合自身的实验教学情况，把思政元素融入到课程实验环节中，调动学生积极性，提高学生学习的满意度。例如可以在汽车发动机台架实验中，告知学生我国已经成功研制出世界首款热效率破50%的柴油发动机，在热效率降低油耗和排放方面达到国际领先水平[11]。实验思政的融入培育了学生的大国工匠精神，激发他们的爱国情怀，促进其网上虚拟实验操作技能，不断提升专业技术水平，为祖国汽车工业发展贡献更多的智慧和力量。