基于虚拟仿真技术的汽车发动机拆装课程教学方法探讨

袁永伟 刘江涛 王磊 马志凯

摘要：随着全球汽车市场的不断扩大，汽车行业已经成为高薪企业，高校也顺应社会发展，开设了汽车相关专业，在传统汽车设计中，工程师对汽车构造的了解需要非常熟悉，汽车发动机拆装成为学生最为直观了解汽车发动机的方式，但是教学过程中存在人多设备少，以及拆装安全等问题，不利于实践教学的进行，本文通过调研汽车发动机拆装课程的教学现状，提出了基于虚拟仿真技术的教学方式，开展线上线下相结合的教学方法，建立多元化的考核评价体系，激发学生的学习兴趣，提高教学效果。

关键词：虚拟仿真;发动机;教学方法;教学改革

1.引言

随着计算机技术、人工智能技术和网络技术的不断发展，VR技术作为一项多领域集成性的技术也在不断完善，日趋成熟。虚拟仿真技术是一门富有挑战性的交叉技术前沿学科和研究领域。虚拟现实技术主要包括模拟环境、感知、自然技能和传感设备等方面。与传统的模拟技术相比，虚拟现实技术的主要特征是：操作者能够真正进入一个由计算机生成的交互式三维虚拟现实环境中，与之产生互动，进行交流。通过参与者与虚拟仿真环境的相互作用，并借助人本身对所接触事物的感知和认知能力，帮助启发参与者的思维，以全方位地获取虚拟环境所蕴涵的各种空间信息和逻辑信息。 沉浸/临场感和实时交互性是虚拟现实的实质性特征，对时空环境的现实构想（即启发思维，获取信息的过程）是虚拟现实的最终目的。目前虚拟仿真技术已经应用于医疗、建筑和教育事业等方方面面。本文以汽车发动机拆装课程为对象，研究虚拟仿真教学系统在该课程中的作用。

2.虚拟仿真技术的作用

虚拟仿真应用于机械类专业汽车发动机拆装实验教学是教育技术未来的一个重要发展需求。它能够营造“自主学习”的环境，通过虚拟现实技术让实验的各个环节都非常真实，达到让学生感到身历其境的目的由。传统的“以教促学”的学习方式代之为学习者通过自身与信息环境的相互作用来得到知识、技能的新型学习方式。同时虚拟仿真技术应用于课堂可切实提高学校教育教学水平、教学信息化能力及科研水平。

3.目前存在的问题

目前，学汽车发动机拆装实验室采用传统方式完成发动机拆装的几个模块的实验内容，实验环节存在如下主要问题：拆装过程繁琐，學生较多，不能够提高试验的拆装效率，重复性工作较多;个别发动机元件无法完成彻底拆装，需要借助解剖后的原件进行了解;演示工作原理不直观，不能明确反映出元件的工作状态，造成液压实验多数学生不易理解，没有深刻了解相关内容，印象不深刻。本项目开发的虚拟仿真系统将形象地展示教学模型以及真实的三维实验设备，方便教师讲解;同时学生可以动手从不同方位观察模型、仪器，而且可以使用虚拟仪器进行拆装实验，加深了印象，弥补了学生普遍存在的抽象思维能力不足，从而提升课程教学效果。

项目侧重点在模型，开发的所有虚拟模型学生都可以动手进行分解，观察不同部位的结构，学习原理，进行充分的课前预习。通过这些学习，将极大促进学生在真实的课堂上的动手操作，也有助于教师开展不同形式的课堂互动，提高教学效率。

4.基于虚拟仿真技术的优点

4.1虚拟仿真技术变革了传统实验方式。

运用虚拟现实技术，突破传统实验室的限制，使每一位学习者都可以根据自己的学习特点，在自己方便的时间通过计算机自由地选择适合的学习训练内容，按照适合于自己的方式和速度进行学习。同时，能够让学生以更加直观深刻的方式学习相关实验内容。这种探索性的学习模拟训练有利于激发学生的创造性思维，使学习者在具体情境中通过主动的探索获得知识，从而提高学习者的动力。虚拟实验环境大大增加了实验内容，提高了效率，减少了实际实验的耗材及实验环节中的危险性。

4.2节约了有限的教育成本。

虚拟各种实验设备、实验环境和操作过程，使大多数课程可以在虚拟实验室中进行，大多数的技能可以在虚拟实验车间中进行训练，从而不必购置昂贵的实验实验设备。可以在节约大量昂贵的仪器设备费用的前提下，解决在教学中因为实验设备、实验场地、教学经费等方面的原因而无法进行的教学实验，虚拟训练又可避免实验实验设备的损坏、训练材料的消耗等问题，从而有效节约教育成本。同时，可以在较少资源环境下满足多数学生学习要求，提高学习效率，加深学生对知识点的掌握情况，营造高效、便捷的课堂氛围。

5.线上线下相结合的教学方式

传统的汽车发动机拆装以课堂教学为主，为了改变这种单一的教学模式，学校依托雨课堂、学习通、腾讯课堂等平台和工具开展线上教学，课前通过雨课堂发送和课程相关的教学视频，方便学生自学，课上使用雨课堂签到功能，督促学生及时上课学习，课堂上加强教师与学生的互动，可以通过雨课堂发送课堂小测的问题，学生通过雨课堂的学生端操作回答问题，教师能够在后台查看学生的答题情况。另一方面，教师可以找到具有代表性的回答，让学生在课堂直接回答，方便同学讨论，通过线上线下相结合的方法，既可以活跃课堂，又可以及时了解学生掌握知识的程度。

6.结论

随着虚拟仿真技术被应用于越来越多的领域，教育工作者们也应该注意到该技术的优势和特点，将技术与课程进行结合。通过线上线下相结合的教学方式培养符合行业企业需求的高素质人才，打造师生学习实践、锻炼、研发平台，促进学校教研成果的转化应用，创建区域乃至全国示范性特色品牌，最终实现从传统实验向虚拟现实实验的转变，让学生能够在虚拟过程中也能学习到实际操作中的必备技能，为区域经济转型升级培养高素质技术技能人才。

参考文献：

[1]崔丽.汽车发动机原理课程虚拟仿真教学系统研究[J].时代汽车，2021（03）：50-51.

[2]傅佳宏，肖宝兰，张宇，张旭方，孙树礼.基于CDIO的大学生数字化造车虚拟仿真教学平台构建模式探讨[J].当代教育实践与教学研究，2019（09）：199-201.DOI：10.16534/j.cnki.cn13-9000/g.2019.0918.

[3]潘公宇，江浩斌，刘志强，杨晓峰，耿国庆.车辆工程专业虚拟仿真实验教学平台的设计[J].实验技术与管理，2017，34（04）：1-5.DOI：10.16791/j.cnki.sjg.2017.04.001.

[4]郭烈，申国哲，杨姝，亓昌.汽车发动机原理课程虚拟仿真教学系统构建[J].实验室科学，2016，19（05）：71-73.

[5]梁甜，石连栓，申荣卫.汽车发动机理实一体化虚拟教学系统的设计与开发[J].中国教育技术装备，2015（24）：36-38.

[6]杨洪刚.基于线上与线下融合模式的《发动机原理》教学实践[J].汽车实用技术，2021，46（19）：151-153.DOI：10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.019.042.

基金项目：教育部产学合作协同育人项目：202101078024。