劉超平

摘 要：將虛擬仿真技術(shù)應用到汽車維修教學工作中，不僅能給教學帶來更好的學習體驗，而且可以解決技術(shù)學校實訓設備短缺、設備更新緩慢等現(xiàn)實問題。這有利于實現(xiàn)交互教學，提高教學的有效性，對改變傳統(tǒng)的汽車維修專業(yè)的教學模式有著很大的幫助。

關(guān)鍵詞：汽車維修 虛擬仿真教學 教學設計

一、引言

目前，我國業(yè)已成為世界上汽車生產(chǎn)和消費的大國，汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展推動著行業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展和科技的進步?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級等國家戰(zhàn)略的提出和汽車產(chǎn)業(yè)的繁榮，也對汽車維修技術(shù)人才提出了更高的要求。新時期汽車維修行業(yè)需要大批觀念新穎，技術(shù)進步的專業(yè)維修技術(shù)人員。因此，技術(shù)學校與時俱進不斷提高教學質(zhì)量，才能為社會輸出適合本地經(jīng)濟的新型技術(shù)技能人才。

隨著電控、網(wǎng)絡和新能源技術(shù)的發(fā)展，汽修行業(yè)的技術(shù)水平發(fā)生了較大的變化，因此，汽車維修教學也需要不斷調(diào)整教學內(nèi)容，改進教學手段。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是可以創(chuàng)建一個虛擬世界的電腦應用技術(shù)。它利用一些輸入輸出設備，讓使用者與虛擬環(huán)境的對象進行交互，實時體驗和移動虛擬世界中的物體，讓人身臨其境。隨著三維虛擬技術(shù)的不斷完善，在汽車維修教學中加入三維虛擬仿真技術(shù)的應用，既可以激發(fā)學生的學習興趣，提高學習積極性；又可以讓學生在實訓過程中身臨其境反復操作，不用擔心消耗器材成本，是當前理想的教學方式。教學設計是在教學理論與實踐之間起著橋梁的作用，決定著教學活動的方向和質(zhì)量。做好汽車維修虛擬仿真教學設計與策略是實現(xiàn)維修教學實效性的前提和保障。

二、汽車維修學習者的特征與需求

汽車維修技術(shù)專業(yè)學生較高職和高校學生而言，存在一定的學習惰性和厭學情緒。學習觀念淡漠，缺乏自信心和主動性。又學生大多文化基礎薄弱，年齡大多15、16歲，學習行為習慣較差。

汽車維修專業(yè)學生的學習需求存在于對學習狀況的期望與現(xiàn)狀之間的差距。通過調(diào)研了解到學生對虛擬仿真教學的需求，歸納出以下仿真教學系統(tǒng)需求指標體系：（1）教學內(nèi)容方面，知識點明確突出，鏈接的其他學科知識自然而有連續(xù)性；（2）教學設計方面，教學目標應清晰準確和規(guī)范，符合學生的認知水平；教學策略設計先進應用得當，能發(fā)揮教學應用軟件的作用；教學交互性好，且操作簡便、有趣、效果好；（3）仿真效果方面，模型逼真、只做效果具有吸引力，能激發(fā)學生的學習興趣，促進他們的創(chuàng)新思維；（4）技術(shù)應用方面，操作簡便、布局合理，容錯性強，無“死機”現(xiàn)象，符合視覺心理。

三、汽車維修虛擬仿真教學系統(tǒng)的設計與策略

汽車維修虛擬仿真教學體統(tǒng)的設計包含了開發(fā)工具、開發(fā)流程以及系統(tǒng)總體框架及其功能等幾個主要方面的內(nèi)容。

1、開發(fā)工具

三維虛擬仿真系統(tǒng)的設計師基于C3D-VLE.SDK虛擬仿真引擎技術(shù)、使用C++語言和VC6.0進行二次開發(fā)。構(gòu)建汽車維修三維虛擬仿真教學系統(tǒng)結(jié)合了OpenGL技術(shù)，以實現(xiàn)人機交互的操作界面。

2、開發(fā)原則和流程

汽車維修虛擬教學系統(tǒng)的設計遵循兼顧“直觀性、交互性和共享性”的三大原則。開發(fā)流程主要包括了資料收集、創(chuàng)建3D模型以及交互功能的實現(xiàn)等三個階段。以齒輪條式轉(zhuǎn)向器教學為例：虛擬教學系統(tǒng)的搭建具體做法：首先使用照相機拍下系統(tǒng)部件照片為建模內(nèi)容尋找基本素材，豐富虛擬模型資源庫。然后，運用三維圖形技術(shù)，如使用 3Dsmax 三維造型軟件，構(gòu)建高逼真的汽車齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器系統(tǒng)各組成部分實體的三維模型，并結(jié)合平面圖形軟件如 Photoshop CS6 制作模型貼圖材質(zhì)。3D模型創(chuàng)建界面和貼圖界面分別如下圖1，2所示：

根據(jù)現(xiàn)實中汽車齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器零部件實物制作的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器系統(tǒng)的虛擬三維模型構(gòu)包括：齒輪，齒條，防塵罩，左右橫拉桿，內(nèi)外球頭，壓緊裝置，控制閥等內(nèi)容。而教學資源系統(tǒng)設計結(jié)構(gòu)包含三維模型展示、對總成部件的拆卸組裝以及相關(guān)零配件的分解和組裝過程。鼠標可以影響物體的位移和旋轉(zhuǎn)。3D模型創(chuàng)建完成以后需根據(jù)實際需求導出模型，為實現(xiàn)下一步的交互功能奠定基礎。在汽車維修虛擬教學系統(tǒng)中為了實現(xiàn)交互功能，利用 Visual C++和Open GL 來開發(fā)程序。通過鼠標控制來實現(xiàn)交互功能。

在對齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器教學過程中，需要對轉(zhuǎn)向器進行多方位的呈現(xiàn)：旋轉(zhuǎn)、平移，以及放大和縮小等在設計中換成了齊次坐標系下的矩陣控制，實現(xiàn)鼠標的交互操作。實際開發(fā)的汽車維修虛擬仿真教學系統(tǒng)可以在 Windows 7，windows8 等操作系統(tǒng)環(huán)境中運行，也可以在學校機房的系統(tǒng)和校園網(wǎng)中運行。仿真技術(shù)在汽車維修虛擬教學平臺、3D虛擬學習引擎、網(wǎng)絡通信引擎（TCP/IP協(xié)議：CST體系結(jié)構(gòu)）、以及實訓教育資源庫中雙向應用，能使學生更好的掌握齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的知識。

3、課程教學設計

開展以學習活動為中心的課程教學設計。具體包括以下幾個部分（以齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器為例）：

教學任務：通過一系列的教學工具的使用，說出齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的作用、組成、功能和工作原理；會拆裝齒輪齒條轉(zhuǎn)向器。

教學活動：首先，教師準備教學材料、資料、課件和工具，然后清點學生人數(shù)檢查儀表，接著采用情景教學法、互動法、講授法等方法通過列舉汽車轉(zhuǎn)向器的作用和小故事的引領激發(fā)學生對汽車轉(zhuǎn)向系的興趣，進而穿插介紹其構(gòu)造原理、組成元素、功能等（約20分鐘）引導學生去思考問題，從而開始認識轉(zhuǎn)向器。然后實施虛擬仿真教學依據(jù)以下步驟操作（1） 在電腦桌面上找到“汽車維修虛擬教學教學系統(tǒng)”（2）雙擊打開系統(tǒng)（3） 在左欄選擇要移動的模型（4）移動觀察模型（5）操作組裝（嘗試不同的組裝順序）寫出組合順序，學生根據(jù)所寫出的組合順序，制定出齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的拆裝等（約45分鐘）。之后，運用實物轉(zhuǎn)向器拆裝（180分鐘）學生分組進行齒輪齒條轉(zhuǎn)向器拆裝練習，促其掌握正確拆裝步驟，正確選用工具匯報拆裝過程、心得，并進行獎勵并指定該組匯報人進行匯報。

教學模式：教學實訓課程教學先通過上機操作，讓學生在虛擬仿真環(huán)境中進行學習，當他們有了一定的認知后，再回到實訓車間拆裝實物。采用這種先虛擬后實操的教學模式，不但能減少零部件的損耗，而且能提高學習效率。

教學資源：汽車維修三維虛擬仿真教學系統(tǒng)，文本、音頻或視頻動畫等基本素材以及理論試題庫構(gòu)成了豐富的虛擬仿真教學資源。

教學評價：每位同學獨立操作拆裝齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器（限時15 分鐘）五位同學同時進行，其余同學在旁邊觀看。采用小組成員自評；（占10%）組間成員互評。（占10%）老師給分評定。（占50%）

四、結(jié)束語

隨著技術(shù)的發(fā)展，虛擬仿真教系統(tǒng)的應用將越來越普及。利用三維虛擬仿真技術(shù)在汽車維修專業(yè)教學中進行應用，這樣完全可以提高學生學習的積極性，學習效果自然會好，學生學習主動性得到發(fā)揮。同時，教學要圍繞技工院校汽車維修專業(yè)課程的要求來組織內(nèi)容，采用自主學習和游戲激趣等策略，才能積極引導學生獨立思考齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器各組成器件之間的關(guān)系和組裝結(jié)構(gòu)，掌握相應知識，提高動手能力和安全意識。

參考文獻

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