郭 彬

（南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車工程系，江蘇 南京 211188）

高職課程建設(shè)與改革必須體現(xiàn)職業(yè)性和實(shí)踐性，實(shí)踐教學(xué)課程的內(nèi)容要與工作任務(wù)相對接、教學(xué)情境要與工作情境相對接［1－5］。2009年開始，南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車工程系對“汽車發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械維修”課程進(jìn)行了理論與實(shí)踐一體化的建設(shè)與改革，主要包括理論與實(shí)踐一體化實(shí)訓(xùn)室的建設(shè)、多媒體資源庫建設(shè)、理論與實(shí)踐一體化教學(xué)及考核方法改革等。在實(shí)踐教學(xué)過程中，筆者發(fā)現(xiàn)：由于教師指導(dǎo)不到位、學(xué)生人數(shù)眾多、工量具使用不當(dāng)以及拆裝工藝錯(cuò)誤等原因，造成了臺(tái)架及工量具的損壞，設(shè)備維護(hù)成本越來越高。

為此，南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車工程系在構(gòu)建“汽車發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械維修”網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)過程中，采用Unity3D和flash（As3.0）技術(shù)開發(fā)［6－13］，構(gòu)建了由理論知識(shí)、仿真實(shí)訓(xùn)、學(xué)習(xí)評價(jià)及拓展學(xué)習(xí)4個(gè)模塊組成的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械維修仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)［14－15］。該系統(tǒng)在一定程度上解決了由于誤操作帶來的實(shí)訓(xùn)裝置損壞問題，提高了設(shè)備完好率，降低了設(shè)備維護(hù)成本。另外，該系統(tǒng)的開發(fā)，有效地解決了理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)脫節(jié)問題，增強(qiáng)了教學(xué)的直觀性，充分體現(xiàn)了學(xué)生的主體參與作用，有助于教學(xué)質(zhì)量的提高。

1 系統(tǒng)的組成

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械維修仿真教學(xué)系統(tǒng)主要分為理論知識(shí)、仿真實(shí)訓(xùn)、學(xué)習(xí)評價(jià)和拓展學(xué)習(xí)4個(gè)模塊（見圖1），每個(gè)模塊包含若干個(gè)子模塊。

1.1 理論知識(shí)模塊

該模塊將分別展示汽車發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械部分主要零部件的作用、組成、結(jié)構(gòu)及原理。對于某些結(jié)構(gòu)，教師單憑語言和文字難以表述清楚，學(xué)生也難以掌握。針對這些教學(xué)的難點(diǎn)，軟件以三維動(dòng)畫生動(dòng)、多角度地展示零部件結(jié)構(gòu)（例如圖2），大大增強(qiáng)了教學(xué)的直觀性和生動(dòng)性，教師也可方便利用此軟件進(jìn)行演示講解。

1.2 仿真實(shí)訓(xùn)模塊

該模塊包含虛擬實(shí)訓(xùn)和操作視頻2部分。其中操作視頻部分包含曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)、冷卻系、潤滑系這4部分拆裝和檢修的錄像資料。視頻中采用真實(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)、工量具進(jìn)行仿真實(shí)訓(xùn)，真實(shí)、有序和規(guī)范地展示實(shí)訓(xùn)的全過程。仿真實(shí)訓(xùn)部分是本教學(xué)系統(tǒng)的核心（見圖3）。學(xué)生在實(shí)物拆裝、檢修之前，在虛擬環(huán)境下反復(fù)練習(xí)拆裝，熟悉檢修工藝及規(guī)范。

圖1 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械維修仿真教學(xué)系統(tǒng)的主界面

圖2 活塞連桿組的結(jié)構(gòu)

圖3 仿真實(shí)訓(xùn)模塊界面

1.3 學(xué)習(xí)評價(jià)模塊

該模塊分課堂練習(xí)、試卷庫、技能考核3部分。課堂練習(xí)以及試卷庫采用判斷和選擇2種客觀題型，這樣便于檢查學(xué)生對發(fā)動(dòng)機(jī)的原理、機(jī)械結(jié)構(gòu)、檢修知識(shí)的掌握程度。技能考核部分主要是檢查學(xué)生是否熟悉拆裝和檢修工藝標(biāo)準(zhǔn)，體現(xiàn)了過程化考核。

1.4 拓展學(xué)習(xí)模塊

該模塊是給學(xué)生提供一些資料，擴(kuò)大學(xué)生知識(shí)面。該模塊的主要內(nèi)容有：電子教材、5S、工作安全、工量具使用及發(fā)動(dòng)機(jī)大修基本技能等補(bǔ)充提高材料。

2 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

2.1 軟件開發(fā)技術(shù)

軟件開發(fā)環(huán)境為 Microsoft Visual Studio 2005集成開發(fā)環(huán)境；軟件開發(fā)語言采用ADO.NET C＃；軟件后臺(tái)數(shù)據(jù)庫采用SQL Server 2005。開發(fā)環(huán)境運(yùn)行在Windows 7平臺(tái)。

軟件采用了主流的基于UML面向?qū)ο蟮姆治雠c設(shè)計(jì)開發(fā)方法［16－17］，開發(fā)過程中采用易于變通的敏捷開發(fā)方法，避免了傳統(tǒng)的瀑布方式的弊端；軟件結(jié)構(gòu)采用C／S架構(gòu)；軟件的播放器插件可以兼容多種格式圖片、flash、3D、多種格式視頻、pdf、文本等類型資源的播放。

2.2 實(shí)訓(xùn)設(shè)備的仿真

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械維修實(shí)訓(xùn)設(shè)備由發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架、常用工具車（圖4）、專用工具車（圖5）、量具等組成。這些設(shè)備采用3ds Max、Unity3D等軟件建立模型，要求達(dá)到既美觀又不失真的效果。學(xué)生通過仿真實(shí)訓(xùn)能夠?qū)Ω鞣N工量具的外觀及功能有感性的認(rèn)識(shí)。

圖4 常用工具車

2.3 氣缸蓋拆裝與檢修實(shí)訓(xùn)仿真實(shí)例

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械維修仿真教學(xué)系統(tǒng)能模擬真實(shí)的實(shí)訓(xùn)中心場景，使學(xué)生在實(shí)訓(xùn)的同時(shí)，有身臨其境的感受。以氣缸蓋虛擬拆裝與檢修為例，可以很好地說明仿真實(shí)訓(xùn)模塊的功能。

首先進(jìn)入氣缸蓋虛擬拆裝界面。該界面包含專用工具車、常用工具車、零件車、測量工具、實(shí)訓(xùn)記錄、資料手冊、保存等功能選項(xiàng)。整個(gè)拆裝、檢修過程按照標(biāo)準(zhǔn)工藝操作，包括螺栓2次松動(dòng)和扭力鎖緊、工具組合與分解、零部件清洗和零部件測量等（見圖6）。如果操作錯(cuò)誤，軟件允許繼續(xù)操作，并自動(dòng)記錄錯(cuò)誤的產(chǎn)生時(shí)間以及錯(cuò)誤的項(xiàng)目和內(nèi)容。實(shí)訓(xùn)結(jié)束后，可點(diǎn)擊“實(shí)訓(xùn)記錄”查看得分，并可以分析拆裝的工藝步驟，實(shí)現(xiàn)了過程化的考核。

在虛擬拆裝、檢修過程中如有疑問，除了參照軟件提示之外，還可點(diǎn)擊“資料手冊”查看企業(yè)維修手冊。如一次拆裝沒有完成，軟件的“保存”功能可將這次拆裝進(jìn)度記錄下來，日后可以繼續(xù)未完成的拆裝。

仿真實(shí)訓(xùn)模塊是本仿真教學(xué)系統(tǒng)的核心，學(xué)生通過反復(fù)操練，能夠提高崗位技能，也體現(xiàn)了“做中學(xué)”的教學(xué)特色。

圖5 專用工具車

圖6 氣缸蓋虛擬拆裝與檢修

3 軟件特點(diǎn)

軟件仿真實(shí)訓(xùn)功能體現(xiàn)了“做中教、做中學(xué)”的理念；軟件的三維動(dòng)畫生動(dòng)、多角度地展示零件結(jié)構(gòu)，符合職業(yè)院校學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)；軟件素材齊全，包括文字、圖片、三維動(dòng)畫、視頻等，有利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)。軟件的開發(fā)應(yīng)用有效解決了職業(yè)院校設(shè)備、場地及指導(dǎo)教師不足的難題，提高了學(xué)生的技能。

4 使用效果

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械維修仿真教學(xué)系統(tǒng)融理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)為一體，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生理論知識(shí)水平與操作技能的同步提高。學(xué)生普遍反映：使用該系統(tǒng)后，提高了實(shí)物拆裝的效率，同時(shí)也增強(qiáng)了學(xué)習(xí)的自信心。仿真教學(xué)系統(tǒng)明顯減少了因誤操作而造成的實(shí)訓(xùn)裝置的損壞，降低了設(shè)備維護(hù)成本，同時(shí)也將優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源最大限度地覆蓋到每個(gè)學(xué)生，緩解了設(shè)備、師資和場地供給不足與實(shí)際需求的矛盾，為學(xué)校創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟(jì)效益。

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