臧　杰，李　榮，趙雨旸，楊　兆，王瑛璞

(黑龍江工程學(xué)院 汽車與交通工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150050)

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虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在汽車機(jī)械工程實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

臧杰，李榮，趙雨旸，楊兆，王瑛璞

(黑龍江工程學(xué)院 汽車與交通工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150050)

摘要：針對(duì)目前汽車機(jī)械工程實(shí)踐教學(xué)中存在的問(wèn)題，構(gòu)建了基于UG的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。教學(xué)過(guò)程中以變速器為例，利用該系統(tǒng)可以完成變速器結(jié)構(gòu)組成認(rèn)識(shí)、零部件測(cè)繪、虛擬拆裝及運(yùn)動(dòng)仿真等實(shí)驗(yàn)。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生還可利用該虛擬系統(tǒng)中的零部件進(jìn)行創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。實(shí)踐證明，實(shí)物教學(xué)結(jié)合該虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)應(yīng)用于汽車機(jī)械工程基礎(chǔ)實(shí)踐教學(xué)中，通過(guò)層次遞進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、考核方式及實(shí)驗(yàn)結(jié)果提交的改革，可較好地培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作精神及獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)的能力，并有利于學(xué)生工程實(shí)踐能力及創(chuàng)新能力的提高。

關(guān)鍵詞：虛擬實(shí)驗(yàn),汽車機(jī)械工程基礎(chǔ)，實(shí)踐教學(xué)

實(shí)踐教學(xué)是高等教育中必不可少的教學(xué)環(huán)節(jié)?！秶?guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010～2020年)》中指出通過(guò)提高實(shí)踐教學(xué)水平、加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)任務(wù)、豐富創(chuàng)新仿真實(shí)訓(xùn)資源等可有效提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、自主管理、自主服務(wù)和創(chuàng)新意識(shí)。

汽車機(jī)械工程基礎(chǔ)是汽車類專業(yè)的一門主干基礎(chǔ)課程，主要針對(duì)汽車零部件材料、汽車零件加工基礎(chǔ)、汽車常用機(jī)構(gòu)、汽車常用機(jī)械傳動(dòng)、汽車軸系零部件、極限配合與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)等進(jìn)行了綜合，為后續(xù)對(duì)汽車?yán)碚?、汽車設(shè)計(jì)、汽車構(gòu)造等深入學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。該課程具有很強(qiáng)的工程性和實(shí)踐性特點(diǎn)，因此培養(yǎng)學(xué)生的汽車基礎(chǔ)知識(shí)、動(dòng)手實(shí)踐及創(chuàng)新能力是該課程的目標(biāo)。眾所周知，實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)對(duì)于提高學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力有著至關(guān)重要的作用，因此，加強(qiáng)汽車機(jī)械工程基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)的建設(shè)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革非常重要。

汽車機(jī)械工程基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較多，涉及到材料機(jī)理及機(jī)械性能實(shí)驗(yàn)、汽車零部件加工實(shí)驗(yàn)、零部件拆裝工藝實(shí)驗(yàn)以及零部件精度檢測(cè)實(shí)驗(yàn)等。但由于近些年高校學(xué)生擴(kuò)招造成實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地緊張、實(shí)驗(yàn)設(shè)備短缺且由于課程整合學(xué)時(shí)少等因素的影響，目前開(kāi)設(shè)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐課數(shù)量較少，占課時(shí)總數(shù)的1/7，不利于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力及創(chuàng)新能力。因此，開(kāi)發(fā)深度融入學(xué)科教學(xué)的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是解決上述問(wèn)題的必然趨勢(shì)。

1虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

虛擬實(shí)驗(yàn)是以真實(shí)實(shí)驗(yàn)為依據(jù)，以現(xiàn)代教育發(fā)展為導(dǎo)向，以計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的一種新型實(shí)踐教學(xué)方法?？紤]到計(jì)算機(jī)已成為現(xiàn)代大學(xué)生必需品，將虛擬實(shí)驗(yàn)引入到汽車機(jī)械工程基礎(chǔ)教學(xué)中，能有效地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提高學(xué)習(xí)效率、培養(yǎng)創(chuàng)新能力，同時(shí)也能切實(shí)有效地解決目前存在的場(chǎng)地小、設(shè)備少、資源短缺等問(wèn)題。

該虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是建立在UG平臺(tái)上的，以MFC為開(kāi)發(fā)工具所建立的汽車基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)虛擬系統(tǒng)[5-6]，由用戶管理模塊、虛擬工具庫(kù)模塊、虛擬零件庫(kù)模塊、虛擬實(shí)驗(yàn)操作模塊、實(shí)驗(yàn)評(píng)定及管理模塊組成，其中虛擬實(shí)驗(yàn)操作模塊主要針對(duì)不同課程進(jìn)行設(shè)置，基于該系統(tǒng)可以進(jìn)行車輛及交通運(yùn)輸專業(yè)的認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、底盤拆裝實(shí)訓(xùn)、汽車設(shè)計(jì)、汽車構(gòu)造等實(shí)驗(yàn)，文章將重點(diǎn)介紹基于該系統(tǒng)的汽車機(jī)械設(shè)計(jì)虛擬實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)具體功能如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

2汽車機(jī)械工程基礎(chǔ)虛擬實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用

汽車機(jī)械工程基礎(chǔ)對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的基本技能和工程設(shè)計(jì)能力至關(guān)重要，但通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)反饋的信息說(shuō)明，學(xué)生普遍存在機(jī)械制圖規(guī)范性差、圖紙上常缺少尺寸、形位、配合公差標(biāo)注或錯(cuò)誤標(biāo)注零件制造精度、加工方法等，裝配圖中的連接關(guān)系、配合關(guān)系等都含糊不清。主要原因是學(xué)生在學(xué)習(xí)這些枯燥的理論同時(shí)，缺乏相應(yīng)的實(shí)踐訓(xùn)練，造成對(duì)所學(xué)相關(guān)知識(shí)不扎實(shí)、印象不深刻。為此對(duì)汽車機(jī)械工程中的實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行了調(diào)整，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生汽車零部件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理、精度設(shè)計(jì)易于制造、部件中機(jī)構(gòu)間相互運(yùn)動(dòng)正確、配合關(guān)系合理，滿足功能要求，從而使得所設(shè)計(jì)汽車部件易于拆裝、方便維修等，滿足企業(yè)對(duì)車輛工程專業(yè)學(xué)生的基本要求。

本課程開(kāi)設(shè)于大學(xué)第2學(xué)期，考慮到學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)了解有限，因此選用由組成零部件常見(jiàn)且種類較全(包含軸、齒輪、花鍵、鍵、軸承、箱體等)、結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的變速器為例，構(gòu)建汽車機(jī)械工程基礎(chǔ)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。利用該系統(tǒng)可進(jìn)行大量的模擬實(shí)驗(yàn)，因此本系統(tǒng)對(duì)汽車機(jī)械工程基礎(chǔ)的教學(xué)和學(xué)生的能力培養(yǎng)都有非常重要的作用。

2.1變速器零部件認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)

對(duì)于剛剛接觸專業(yè)知識(shí)的大學(xué)一年級(jí)學(xué)生，其中極大一部分對(duì)汽車結(jié)構(gòu)組成沒(méi)有感性認(rèn)識(shí)，通過(guò)該模塊，學(xué)生可以了解汽車變速器的組成結(jié)構(gòu)，功能原理、零部件之間的配合方式等。另外該模塊還提供給學(xué)生變速器關(guān)鍵零部件的建模方法，學(xué)生可以自學(xué)進(jìn)行練習(xí)，在認(rèn)識(shí)零部件的過(guò)程中，也鍛煉相應(yīng)的機(jī)械制圖能力。該實(shí)驗(yàn)開(kāi)展以課堂引入為輔，學(xué)生利用課余時(shí)間自行完成為主進(jìn)行。課上講解變速器的工作原理、零部件的組成、零件之間的配合方式、連接關(guān)系等。課下學(xué)生抽取業(yè)余時(shí)間利用該虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，自行查看各零部件結(jié)構(gòu)、三維模型信息、二維模型的公差標(biāo)注等內(nèi)容，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求并在線提交變速器認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。圖2為變速器零部件認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)?zāi)K，該模塊包含常見(jiàn)幾類變速器零部件的模型信息。

2.2變速器零部件計(jì)算機(jī)輔助測(cè)繪實(shí)驗(yàn)

在汽車零部件的設(shè)計(jì)及維修過(guò)程中，為降低成本、提高質(zhì)量和效率，必須要考慮零件的通用性。而汽車機(jī)械工程基礎(chǔ)是基于卓越計(jì)劃對(duì)車輛工程專業(yè)進(jìn)行課程整合的結(jié)果，其中互換性和測(cè)量是該課程的重要組成部分。針對(duì)本部分實(shí)踐教學(xué)，我們開(kāi)設(shè)了變速器零部件測(cè)繪實(shí)驗(yàn)。本實(shí)驗(yàn)主要目的是讓學(xué)生熟練掌握常用測(cè)量工具的使用、提高零部件繪圖技能、合理進(jìn)行零部件精度標(biāo)注等[7-8]。

首先學(xué)生分組分別對(duì)指定的軸類、齒輪類及箱體類零件進(jìn)行實(shí)物測(cè)量，然后根據(jù)任務(wù)中給出的部件配合要求及零件尺寸、形狀及位置精度等要求，利用UG軟件建立其零件圖、裝配圖，標(biāo)注相應(yīng)的零件尺寸公差、形位公差以及配合公差等?？紤]到實(shí)物數(shù)量的有效性，對(duì)于同組同學(xué)，為避免部分學(xué)生偷懶、抄襲行為，結(jié)合實(shí)物，在變速器零部件庫(kù)中指定同類虛擬零部件，學(xué)生可利用UG本身的測(cè)量模塊，對(duì)虛擬零件進(jìn)行測(cè)繪，圖3就是為利用該模塊對(duì)變速器殼體進(jìn)行測(cè)量的實(shí)例。

圖2　變速器零部件模型庫(kù)

圖3　變速器箱體測(cè)量及投影

通過(guò)測(cè)量各部分?jǐn)?shù)據(jù)并記錄，利用所測(cè)量數(shù)據(jù)按一定比列要求學(xué)生繪制新的三維模型。通過(guò)該實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展，學(xué)生可將虛擬零件同實(shí)物進(jìn)行對(duì)比，利用UG的投影、剖面等功能，來(lái)查看不同角度、不同剖面的CAD圖和實(shí)物之間的關(guān)系，鍛煉學(xué)生的三維想象能力。該虛擬實(shí)驗(yàn)的開(kāi)設(shè)，使得每個(gè)學(xué)生自主完成一套機(jī)構(gòu)的測(cè)繪，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力和自主學(xué)習(xí)能力，達(dá)到虛實(shí)結(jié)合的目的。

2.3變速器零部件拆裝實(shí)驗(yàn)

裝配工藝分析是“汽車機(jī)械工程基礎(chǔ)”課程中的重要組成部分。在學(xué)習(xí)汽車零部件的材料選取、模型繪制、加工工藝等基礎(chǔ)上，進(jìn)一步學(xué)習(xí)汽車部件中各零件之間的配合關(guān)系及安裝方法、順序等[9-10]。

為提高該實(shí)驗(yàn)的效率，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前，自由安排時(shí)間到虛擬實(shí)驗(yàn)室觀看拆裝實(shí)驗(yàn)的視頻，包括拆裝工具的選取和使用，變速器各零部件結(jié)構(gòu)、組成及拆裝順序等。實(shí)驗(yàn)課上，實(shí)驗(yàn)教師先現(xiàn)場(chǎng)演示加深學(xué)生印象，做到虛實(shí)結(jié)合?？紤]到變速器種類及數(shù)量有限，學(xué)生數(shù)量較多，無(wú)法做到人人動(dòng)手。因此，在分組實(shí)物拆裝前，每個(gè)小組給定變速器類型后，先以變速器零部件庫(kù)中的變速器三維模型為操作對(duì)象，進(jìn)行虛擬拆裝。

虛擬裝配過(guò)程中，學(xué)生可直接將庫(kù)中的零部件加載到虛擬裝配環(huán)境中，利用UG的Assembly功能模塊，添加裝配約束進(jìn)行虛擬裝配[11]。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，還可利用虛擬工具來(lái)模擬實(shí)際拆裝所用的工具。例如對(duì)于扳手類工具，其操作過(guò)程中要進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，虛擬操作過(guò)程中也要對(duì)扳手零件進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，以便察看是否有扳手的操作空間，以及模擬擰緊螺栓的過(guò)程中是否會(huì)同其他零部件發(fā)生沖突等。虛擬拆裝過(guò)程中，學(xué)生對(duì)零部件的拆裝順序由系統(tǒng)自動(dòng)記錄，虛擬拆裝完成后，通過(guò)提交該記錄，系統(tǒng)自動(dòng)判斷利用該順序拆裝，是否存在靜態(tài)干涉或運(yùn)動(dòng)干涉等問(wèn)題，若存在，表明順序不正確，給出警告，并提示哪里出錯(cuò)，根據(jù)提示學(xué)生自主去發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題。虛擬拆裝實(shí)驗(yàn)可進(jìn)行多次，形成多種拆裝方案，且同一小組不同同學(xué)也可生成多種拆裝方案。在進(jìn)行實(shí)物拆裝之前，小組成員可針對(duì)不同方案進(jìn)行討論、通過(guò)分析比較找出一個(gè)或幾個(gè)較合理的拆裝序列。通過(guò)虛擬拆裝操作，完全掌握變速器拆裝要領(lǐng)，小組成員結(jié)合虛擬拆裝序列，進(jìn)行實(shí)物拆裝，在學(xué)習(xí)變速器虛擬拆裝的同時(shí)，驗(yàn)證不同拆裝序列在指導(dǎo)實(shí)際拆裝中的區(qū)別，找出用時(shí)最少、使用工具最少、最省力等的序列。圖4為變速器裝配流程。

圖4　變速器裝配流程

圖5為變速器裝配實(shí)例，學(xué)生可先從變速器零件庫(kù)中選擇零件直接加入裝配環(huán)境，并且在裝配過(guò)程中需要根據(jù)實(shí)際情況選取工具庫(kù)中相應(yīng)的工具進(jìn)行裝配模擬，以查看實(shí)際裝配中是否存在裝配工具無(wú)法操作的問(wèn)題。拆卸即同上述過(guò)程相反，通過(guò)變速器虛擬拆裝實(shí)習(xí)，學(xué)生能夠清晰直觀地查看變速器組成、結(jié)構(gòu)以及拆裝過(guò)程中工具的選用，且該操作可無(wú)限次重復(fù)，多次練習(xí)后，再結(jié)合實(shí)物進(jìn)行拆裝，可有效縮短拆裝時(shí)間，且避免實(shí)物操作不當(dāng)?shù)膿p壞，有效提高實(shí)踐效率。

圖5　變速器裝配實(shí)例

2.4變速器機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真實(shí)驗(yàn)

在“靜態(tài)”學(xué)習(xí)變速器的基礎(chǔ)上，通過(guò)利用UG的Motion模塊，來(lái)學(xué)習(xí)變速器各零部件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以學(xué)習(xí)變速器的工作原理、各零部件在工作過(guò)程中的相對(duì)運(yùn)動(dòng)情況、是否由于設(shè)計(jì)或安裝不合理而導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)過(guò)程中存在干涉以及各零件工作過(guò)程中的速度及受力情況等[12-13]。

結(jié)合2.2中的零部件測(cè)繪實(shí)驗(yàn)，學(xué)生進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行前，學(xué)生要先利用該實(shí)驗(yàn)?zāi)K的幫助模塊，首先通過(guò)視頻查看變速器工作過(guò)程中正確的運(yùn)動(dòng)形式，然后利用幫助模塊自行學(xué)習(xí)UG運(yùn)動(dòng)仿真，結(jié)合自己建立的裝配模型，正確確定運(yùn)動(dòng)部件，即創(chuàng)建連桿(UG運(yùn)動(dòng)仿真中所有運(yùn)動(dòng)的零件創(chuàng)建為連桿，包括正確定義該零件的材料、質(zhì)量特性、初始速度等)。針對(duì)連接件，要正確設(shè)定運(yùn)動(dòng)副類型，運(yùn)動(dòng)副的正確創(chuàng)建與否直接決定著運(yùn)動(dòng)仿真成敗，也直接反映變速器機(jī)械設(shè)計(jì)的合理與否。上述過(guò)程完成后，還需要正確定義驅(qū)動(dòng)類型，針對(duì)變速器實(shí)際工作特點(diǎn)，一般在輸入軸選定發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速作為恒定驅(qū)動(dòng)，來(lái)查看各檔位輸出軸轉(zhuǎn)速。圖6為變速器運(yùn)動(dòng)仿真。

圖6　變速器運(yùn)動(dòng)仿真

另外該實(shí)驗(yàn)?zāi)K還提供學(xué)生一些簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)模型，學(xué)生通過(guò)該模塊的學(xué)習(xí)，利用這些模型進(jìn)行簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)仿真來(lái)查看機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)仿真構(gòu)成中是否存在運(yùn)動(dòng)干涉等問(wèn)題，從而來(lái)驗(yàn)證機(jī)械設(shè)計(jì)課中的一些典型機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，真正做到理論聯(lián)系實(shí)際，知識(shí)的前后銜接。

2.5創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

虛擬實(shí)驗(yàn)室的建立，不僅給學(xué)生提供了更加豐富的實(shí)踐資源，而且進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，不會(huì)由于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不當(dāng)而造成零部件損壞等經(jīng)濟(jì)損失，虛擬零部件可同時(shí)無(wú)限使用，也不會(huì)造成實(shí)驗(yàn)過(guò)程中由于原材料不足而使得學(xué)生無(wú)法連續(xù)完成創(chuàng)新想法，打消其創(chuàng)新的積極性[14-15]?？傊摂M實(shí)驗(yàn)室的建立及開(kāi)放，給學(xué)生創(chuàng)造了寬松的創(chuàng)新學(xué)習(xí)氛圍，為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新及實(shí)踐能力奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

為激發(fā)學(xué)生自主參與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，課程考核中規(guī)定，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)作為附加實(shí)驗(yàn)，占成績(jī)的10%。在完成上述必修實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，學(xué)生可結(jié)合自身的特點(diǎn)、興趣及課余時(shí)間，結(jié)合工程實(shí)際，利用該系統(tǒng)進(jìn)行創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。例如學(xué)生可利用零部件庫(kù)中的各種軸、齒輪、連桿、滑塊、軸承等常用零件發(fā)揮自己的想像力、結(jié)合機(jī)械設(shè)計(jì)原理搭建機(jī)構(gòu)，運(yùn)用所學(xué)裝配、運(yùn)動(dòng)仿真等模塊，來(lái)驗(yàn)證自己的想法。

3實(shí)驗(yàn)報(bào)告提交及成績(jī)考核

課程考核不僅能反映學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的掌握程度，而且能有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，是整個(gè)課程必不可缺的環(huán)節(jié)。課程評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)從原來(lái)理論課成績(jī)占60%，實(shí)驗(yàn)40%，改為各占50%，在上第一次課便向?qū)W生公布課程的考核方式，從而引導(dǎo)學(xué)生重視實(shí)驗(yàn)。且對(duì)于實(shí)驗(yàn)部分，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)占總實(shí)驗(yàn)成績(jī)的20%。原來(lái)實(shí)驗(yàn)成績(jī)所占課程比例較少，且僅僅通過(guò)實(shí)驗(yàn)報(bào)告和出勤兩方面來(lái)考核，而實(shí)驗(yàn)報(bào)告有統(tǒng)一的格式和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)研發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告的過(guò)程中存在嚴(yán)重的抄襲現(xiàn)象，因此這種評(píng)價(jià)方式很難考查到學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的掌握程度，而對(duì)于學(xué)生的創(chuàng)新能力更是無(wú)從評(píng)價(jià)。

圖7　虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)

虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的用戶分為3類：學(xué)生、實(shí)驗(yàn)教師及管理員。學(xué)生通過(guò)注冊(cè)登陸該虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)后，根據(jù)實(shí)驗(yàn)教師的教學(xué)安排，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。針對(duì)《汽車機(jī)械工程基礎(chǔ)》課程教學(xué)大綱和教學(xué)目的，該課程實(shí)驗(yàn)采用層次遞進(jìn)法。即學(xué)生沒(méi)有完成上級(jí)實(shí)驗(yàn)，無(wú)權(quán)操作下級(jí)實(shí)驗(yàn)(例如：若沒(méi)參加零部件測(cè)繪實(shí)驗(yàn)，便無(wú)法進(jìn)行虛擬拆裝及運(yùn)動(dòng)仿真實(shí)驗(yàn)，如圖7所示，只有上級(jí)實(shí)驗(yàn)完成，下個(gè)實(shí)驗(yàn)才有權(quán)參與，否則該實(shí)驗(yàn)不可操作)，通過(guò)這種方法確保所有涉及學(xué)生都積極參加所有實(shí)驗(yàn)。由于虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，不受實(shí)物短缺等影響，實(shí)驗(yàn)教師可針對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)，給每個(gè)學(xué)生分配不同參數(shù)，這樣可有效避免抄襲現(xiàn)象。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作完成后，可直接下載實(shí)驗(yàn)報(bào)告，填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告后直接在線提交，或?qū)⒉僮鞯膶?shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行提交。實(shí)驗(yàn)教師登陸系統(tǒng)后，可直接下載或打開(kāi)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行評(píng)閱，并將評(píng)閱成績(jī)提交系統(tǒng)。該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)除能提高教師的工作效率，還能實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化的考試功能，對(duì)于學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過(guò)程及報(bào)告都保存于系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中，因此能更加有效且完善保存教學(xué)資料，也有利于后續(xù)教學(xué)評(píng)估專家的考察。教師可以根據(jù)專業(yè)、班級(jí)或單個(gè)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)批閱，以零部件測(cè)繪實(shí)驗(yàn)為例，教師可以下載實(shí)驗(yàn)報(bào)告、三維模型及CAD圖紙，針對(duì)存在的問(wèn)題形成問(wèn)題文檔，在提交成績(jī)時(shí)一并提交(該文檔可以沒(méi)有)，實(shí)驗(yàn)報(bào)告批閱流程及操作界面如圖8、9所示。

圖8　成績(jī)批閱流程

圖9　教師批閱實(shí)驗(yàn)報(bào)告

4結(jié)束語(yǔ)

在“汽車機(jī)械工程基礎(chǔ)”實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中，通過(guò)引入虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，有效解決了目前存在的實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足及型號(hào)受限、實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地緊缺及學(xué)生不能根據(jù)自己時(shí)間合理安排實(shí)驗(yàn)等問(wèn)題。通過(guò)層次遞進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)置以及創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展，在培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力的過(guò)程中，還有效提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。隨著網(wǎng)

絡(luò)的普及，后續(xù)將開(kāi)發(fā)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)植入網(wǎng)絡(luò)課程平臺(tái)，便可進(jìn)一步加強(qiáng)汽車機(jī)械工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)效果。

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[責(zé)任編輯：路曉鴿]

Application of virtual training system to the automobile mechanical engineering experimental teaching

ZANG Jie，LI Rong，ZHAO Yuyang，YANG Zhao，WANG Yingpu

(College of Automobile and Traffic Engineering,Heilongjiang Institute of Technology,Harbin 150001,China)

Abstract：According to the problem in the experimental teaching of the automobile mechanical engineering,the virtual training system based on UG,is developed.Transmission is used as example in the experimental teaching.All of the experiments can be finished based on the virtual training system,such as constructor of the transmission,virtual measuring of the components,assembly and disassembly and simulation of motion.And students can finish the innovational experiment based on the virtual system.During the experimental teaching,object teaching is combined with virtual teaching,of which all the experiments are designed stage-progressively,and assessment methods and the form of the experimental results are reformed.So the result proves that the spirit of teamwork and the independent ability are improved and the students’ability of engineering practice and innovation are trained.

Key words：virtual experiment; automobile mechanical engineering; experimental teaching

DOI:10.19352/j.cnki.issn1671-4679.2016.03.015

收稿日期：2015-10-30

基金項(xiàng)目：黑龍江省高等教育教學(xué)改革項(xiàng)目(JG2013010475),黑龍江省規(guī)劃辦重點(diǎn)課題(GBB1212047)

作者簡(jiǎn)介：臧杰(1963-)，女，教授，研究方向：汽車節(jié)能與排放控制.

中圖分類號(hào)：G640

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-4679(2016)03-0057-06