魏曉旭 田哲文

[摘 要]針對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝實(shí)踐傳統(tǒng)教學(xué)模式的局限性，提出基于虛擬結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)模式并闡述其發(fā)展必要性，針對(duì)非汽車專業(yè)學(xué)生開展基于時(shí)間碎片式的虛實(shí)結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝競賽策略。具體實(shí)施方案采用先進(jìn)行桌面三維動(dòng)畫虛擬仿真拆裝，再進(jìn)行真實(shí)環(huán)境實(shí)際拆裝的“兩段式”虛實(shí)結(jié)合教學(xué)形式，二者同中有異，循序漸進(jìn)、逐步提高。實(shí)踐表明，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝虛實(shí)結(jié)合的教學(xué)模式能夠提高學(xué)生對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造及原理學(xué)習(xí)的興趣，豐富實(shí)踐教學(xué)形式，降低實(shí)驗(yàn)設(shè)備損耗，避免由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備匱乏影響教學(xué)效果。

[關(guān)鍵詞]虛實(shí)結(jié)合；發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝；實(shí)踐教學(xué)；教學(xué)模式

[中圖分類號(hào)] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2018）07-0096-03

隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)信息化技術(shù)的快速發(fā)展，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)日趨成熟與完善，越來越多的虛擬仿真資源被應(yīng)用于教學(xué)活動(dòng)中。為推進(jìn)各高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化建設(shè)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，2013年教育部啟動(dòng)國家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作，以提高高等院校學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力[1]，2017年在高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革和實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目信息化建設(shè)的基礎(chǔ)上，開展示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)工作。

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝是車輛工程、能源與動(dòng)力工程和汽車服務(wù)工程等相關(guān)專業(yè)本科生重要的校內(nèi)實(shí)踐環(huán)節(jié)。該實(shí)踐環(huán)節(jié)在汽車構(gòu)造課程和汽車?yán)碚撜n程課堂教學(xué)完成后進(jìn)行或是與課堂教學(xué)同步進(jìn)行，其主要目的是使學(xué)生鞏固和加深課堂所學(xué)知識(shí)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造有感性認(rèn)識(shí)，激發(fā)學(xué)生獨(dú)立思考和處理問題的潛能，突出“學(xué)生為主體，教師為輔助”，以培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和實(shí)際動(dòng)手的能力[2]。

一、開展虛實(shí)結(jié)合實(shí)踐教學(xué)模式的必要性

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝實(shí)踐現(xiàn)階段還是基本沿用傳統(tǒng)教學(xué)模式，受制于教學(xué)設(shè)備昂貴、教學(xué)設(shè)備不足等因素影響，這種教學(xué)模式存在一定的局限性，不利于學(xué)生長足發(fā)展[3][4][5]。

為防止學(xué)生盲目拆裝，以及由于操作不規(guī)范而造成實(shí)驗(yàn)設(shè)備損耗率較高這種情況的發(fā)生，教師會(huì)先將拆裝過程進(jìn)行理論分步講解，然后要求學(xué)生按照指導(dǎo)書操作，完成拆裝過程。這個(gè)過程會(huì)導(dǎo)致學(xué)生只知其然，而不知其所以然，無法調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，不利于培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力。通過虛實(shí)結(jié)合的教學(xué)模式，學(xué)生在實(shí)際動(dòng)手操作前，可以先進(jìn)行虛擬拆裝，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)總成、系統(tǒng)、零件有整體的認(rèn)知，這能讓學(xué)生作為發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝實(shí)踐的主體[6]，同時(shí)降低了零件丟失或損壞的幾率，提高了實(shí)驗(yàn)設(shè)備的壽命，保證了教學(xué)質(zhì)量[7][8][9]。

發(fā)動(dòng)機(jī)真實(shí)拆裝選用上汽通用五菱1.2L排量發(fā)動(dòng)機(jī)，虛擬拆裝平臺(tái)則選用AJR發(fā)動(dòng)機(jī)，二者既存在相同點(diǎn)，又存在差異，虛實(shí)結(jié)合的教學(xué)模式有利于開闊學(xué)生的視野，讓學(xué)生了解不同種類的發(fā)動(dòng)機(jī)，激發(fā)他們自主探究的潛能。

由于近年來高校不斷擴(kuò)招，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)設(shè)備相對(duì)匱乏，發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝實(shí)踐一般為8～10個(gè)學(xué)生共用一套翻轉(zhuǎn)臺(tái)架設(shè)備[10]。盡管每組的學(xué)生都會(huì)被安排不同的工作崗位，如拍照、記錄、準(zhǔn)備工具、實(shí)際操作等，且采用輪崗制，也只能保證部分學(xué)生能夠有機(jī)會(huì)參與實(shí)際動(dòng)手拆裝。虛實(shí)結(jié)合的教學(xué)模式打破了傳統(tǒng)單一的實(shí)踐教學(xué)形式，其通過計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、三維動(dòng)畫技術(shù)，生動(dòng)直觀的表現(xiàn)形式，將汽車發(fā)動(dòng)機(jī)展現(xiàn)在每位學(xué)生面前，讓學(xué)生通過簡單操作，掌握發(fā)動(dòng)機(jī)的拆裝過程，認(rèn)知發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，思考發(fā)動(dòng)機(jī)各系統(tǒng)的工作過程。發(fā)動(dòng)機(jī)虛擬拆裝平臺(tái)不受實(shí)踐場地的制約，學(xué)生可以在宿舍、自習(xí)教室等場所操作，這可以形成良好的學(xué)習(xí)氛圍，豐富學(xué)生課下學(xué)習(xí)資源。

二、發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝虛實(shí)結(jié)合實(shí)踐教學(xué)模式實(shí)施方案

虛實(shí)結(jié)合實(shí)踐教學(xué)模式主要包括以虛擬仿真系統(tǒng)為實(shí)踐環(huán)境的虛擬操作和以真實(shí)實(shí)驗(yàn)設(shè)備為實(shí)踐環(huán)境的真實(shí)操作。根據(jù)實(shí)踐的性質(zhì)和內(nèi)容不同，虛實(shí)結(jié)合實(shí)踐教學(xué)可分為虛實(shí)分段、虛實(shí)交替、虛實(shí)融合等三種形式。本文采用“兩段式”虛實(shí)分段的教學(xué)形式，即先進(jìn)行桌面三維動(dòng)畫仿真拆裝，再進(jìn)行真實(shí)環(huán)境實(shí)際拆裝，按照熟悉、掌握、運(yùn)用的步驟，循序漸進(jìn)、逐步提高，具體實(shí)施方案如圖1所示。

（一）汽車發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝虛擬仿真環(huán)境

該虛擬仿真平臺(tái)由發(fā)動(dòng)機(jī)組成認(rèn)知模塊、發(fā)動(dòng)機(jī)虛擬拆裝練習(xí)模塊、發(fā)動(dòng)機(jī)虛擬拆裝考試模塊三部分組成。

發(fā)動(dòng)機(jī)組成認(rèn)知模塊通過動(dòng)畫和視頻形式詳細(xì)且全面地講解發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理、各系統(tǒng)組成及零部件功能與位置，生動(dòng)形象地展示發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝工具的使用方法及注意事項(xiàng)，有利于幫助學(xué)生復(fù)習(xí)與鞏固課堂所學(xué)理論知識(shí)，同時(shí)為發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝奠定基礎(chǔ)。

發(fā)動(dòng)機(jī)虛擬拆裝練習(xí)模塊和考試模塊均由六部分組成——三拆三裝：外圍部件拆卸、配氣機(jī)構(gòu)及氣缸蓋拆卸、活塞連桿組拆卸、活塞連桿組安裝、配氣機(jī)構(gòu)及氣缸蓋安裝、外圍機(jī)構(gòu)安裝。二者差別在于，虛擬拆裝練習(xí)模塊會(huì)用操作提示框提示學(xué)生當(dāng)前步驟需要操作的零部件名稱、所需拆裝工具、標(biāo)準(zhǔn)步驟視頻及操作信息提醒。以拆卸節(jié)氣門體側(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)蓋板支架為例，如圖2所示，學(xué)生需要找到蓋板支架所在位置，然后根據(jù)緊固件的類型及型號(hào)，進(jìn)入工具臺(tái)選擇相應(yīng)的拆裝工具（如套筒、扳手等），虛擬平臺(tái)會(huì)判斷零部件是否選擇正確，工具是否合理。相對(duì)于練習(xí)模塊，考試模塊難度相對(duì)比較大，作為課下復(fù)習(xí)和興趣挑戰(zhàn)開放，學(xué)生只需完成發(fā)動(dòng)機(jī)虛擬拆裝練習(xí)模塊中的六個(gè)部分即可進(jìn)入真實(shí)拆裝環(huán)節(jié)。

（二）汽車發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝真實(shí)操作環(huán)境

發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝真實(shí)操作對(duì)象為上汽通用五菱的汽油機(jī)，通過對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)物的觀察、拆卸、安裝和思考，學(xué)生能充分認(rèn)識(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)造組成，詳細(xì)了解往復(fù)活塞式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的工作機(jī)理，曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程，熟悉發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)主要組成部件的基本功用及其在結(jié)構(gòu)上的相互聯(lián)系。

發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝實(shí)際操作過程由發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、進(jìn)排氣系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、配氣機(jī)構(gòu)、曲柄連桿機(jī)構(gòu)的拆卸和發(fā)動(dòng)機(jī)整體裝配八個(gè)子項(xiàng)目組成，區(qū)別于虛擬拆裝平臺(tái)整體概括的認(rèn)知，能讓學(xué)生細(xì)致深入地了解發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造，體會(huì)潤滑系統(tǒng)油道的真實(shí)存在。

（三）時(shí)間碎片式發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝競賽虛實(shí)結(jié)合策略

“兩段式”虛實(shí)分段的教學(xué)形式主要是針對(duì)汽車相關(guān)專業(yè)學(xué)生在培養(yǎng)計(jì)劃內(nèi)的實(shí)踐環(huán)節(jié)，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)感興趣的學(xué)生則采用時(shí)間碎片式虛實(shí)結(jié)合的競賽策略，以拓展和豐富學(xué)生的業(yè)余生活。

1.時(shí)間碎片式發(fā)動(dòng)機(jī)虛擬拆裝練習(xí)環(huán)節(jié)

發(fā)動(dòng)機(jī)虛擬拆裝平臺(tái)為C/S架構(gòu)，服務(wù)器端24小時(shí)開放，學(xué)生可以在校園網(wǎng)接入的任何時(shí)間、任何地點(diǎn)登入學(xué)生端平臺(tái)進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)虛擬拆裝競賽練習(xí)，也可以提前進(jìn)入競賽模式熟悉操作過程。發(fā)動(dòng)機(jī)虛擬拆裝平臺(tái)教師端能夠?qū)崟r(shí)查詢學(xué)生的練習(xí)情況，了解學(xué)生的參與情況和知識(shí)掌握程度，及時(shí)調(diào)整競賽環(huán)節(jié)的內(nèi)容安排等。通過對(duì)參賽選手的拆裝練習(xí)數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分析，進(jìn)行首輪淘汰，篩選出一定比例的選手參加發(fā)動(dòng)機(jī)虛擬拆裝集中競賽環(huán)節(jié)。

2.發(fā)動(dòng)機(jī)虛擬拆裝集中競賽環(huán)節(jié)

發(fā)動(dòng)機(jī)虛擬拆裝集中競賽環(huán)節(jié)安排在統(tǒng)一管理的機(jī)房內(nèi)，排除因計(jì)算機(jī)配置、互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)速等客觀因素差異影響選手的參賽成績。競賽模式采用小組三名學(xué)生累加計(jì)分，在制定時(shí)間內(nèi)，參賽隊(duì)員每人輪流完成發(fā)動(dòng)機(jī)虛擬拆裝子項(xiàng)目：兩個(gè)指定項(xiàng)目，一個(gè)隨機(jī)項(xiàng)目。團(tuán)隊(duì)協(xié)作的競賽模式，不僅能考驗(yàn)學(xué)生的個(gè)人素質(zhì)，還能考驗(yàn)團(tuán)隊(duì)的整體時(shí)間規(guī)劃和作戰(zhàn)能力：是將時(shí)間分配到指定項(xiàng)目多一些，盡可能保證確定項(xiàng)目的分?jǐn)?shù)，還是顧全整體平均分配三個(gè)項(xiàng)目的時(shí)間，利用隨機(jī)項(xiàng)目的分?jǐn)?shù)彌補(bǔ)。一個(gè)簡單的發(fā)動(dòng)機(jī)虛擬拆裝競賽，可以讓學(xué)生了解團(tuán)隊(duì)協(xié)作的重要性，學(xué)會(huì)團(tuán)隊(duì)間的溝通合作，服從團(tuán)隊(duì)內(nèi)部的決定，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)知識(shí)的同時(shí)深刻體會(huì)團(tuán)隊(duì)精神的精髓。

3.發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)物拆裝競賽環(huán)節(jié)

根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)虛擬拆裝集中競賽環(huán)節(jié)的成績篩選若干組進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)物拆裝，競賽模式同樣采用三名學(xué)生一組完成競賽，以準(zhǔn)備率為主要衡量指標(biāo)，競賽用時(shí)為次要指標(biāo)。與發(fā)動(dòng)機(jī)虛擬拆裝競賽不同的是其需要三名選手同時(shí)參與，分工不同，共同操作完成競賽，非輪流操作。同樣是團(tuán)隊(duì)協(xié)作的競賽模式，這種模式側(cè)重學(xué)生多人合作，各司其職的能力素質(zhì)培養(yǎng)。

三、發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝虛實(shí)結(jié)合實(shí)踐教學(xué)模式的初步成效

虛實(shí)結(jié)合的教學(xué)模式在發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝實(shí)踐環(huán)節(jié)應(yīng)用后取得了良好的效果。

隨機(jī)對(duì)兩個(gè)班的75名學(xué)生做調(diào)查，虛實(shí)結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)模式得到幾乎所有學(xué)生的認(rèn)可，學(xué)生表示完成發(fā)動(dòng)機(jī)虛擬拆裝猶如在玩一款小游戲，可以在放松的同時(shí)學(xué)習(xí)和鞏固理論知識(shí)。這種教學(xué)模式可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性與學(xué)習(xí)熱情，學(xué)生普遍反映虛實(shí)結(jié)合的競賽形式比較新穎，第一次可以在寢室，在自習(xí)教室操作專業(yè)課程軟件。在實(shí)際拆裝中，學(xué)生幾乎是獨(dú)立完成，與虛擬平臺(tái)的學(xué)習(xí)過程進(jìn)行對(duì)比，學(xué)生更側(cè)重于發(fā)現(xiàn)問題，思考分析，最終解決問題，成為實(shí)踐環(huán)節(jié)的主體。學(xué)生對(duì)新形式的發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝競賽接受度與參與度較高。

實(shí)踐教學(xué)在整個(gè)工程教育中具有重要意義，很多現(xiàn)代教學(xué)方法被用于發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝實(shí)踐環(huán)節(jié)，如基于行為導(dǎo)向教學(xué)法、基于工作過程的教學(xué)模式、以問題為導(dǎo)向的教學(xué)方法等，以此發(fā)揮學(xué)生的主體作用，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，但這些不利于降低儀器設(shè)備的經(jīng)費(fèi)投入。虛實(shí)結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)模式有助于減少實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的消耗，并且增大了操作實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的安全可靠性。

通過虛實(shí)結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)模式，教師可以對(duì)學(xué)生進(jìn)行全面的評(píng)價(jià)，綜合考慮學(xué)生在虛擬仿真環(huán)節(jié)與真實(shí)環(huán)境中的表現(xiàn)，這種評(píng)價(jià)更具有客觀性。虛實(shí)結(jié)合實(shí)踐教學(xué)模式有助于加強(qiáng)教學(xué)團(tuán)隊(duì)隊(duì)伍建設(shè)，加大對(duì)現(xiàn)代教育技術(shù)的投入，使廣大專業(yè)教師了解虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，運(yùn)用和開發(fā)本課程的仿真系統(tǒng)，掌握虛實(shí)結(jié)合實(shí)踐教學(xué)的規(guī)律。

四、結(jié)語

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝虛實(shí)結(jié)合教學(xué)模式的實(shí)踐，提高了學(xué)生對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造及原理的學(xué)習(xí)興趣，豐富了實(shí)踐教學(xué)形式，降低了實(shí)驗(yàn)設(shè)備損耗，避免由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備匱乏影響教學(xué)效果。虛實(shí)結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)模式深受學(xué)生歡迎，虛擬拆裝平臺(tái)打破了設(shè)備和場地的制約，真實(shí)拆裝環(huán)境培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，提高了學(xué)生的動(dòng)手能力，激發(fā)了學(xué)生的積極性與創(chuàng)新意識(shí)，為汽車專業(yè)其他實(shí)踐如變速器、制動(dòng)器、驅(qū)動(dòng)橋等的探索奠定了基礎(chǔ)。在后續(xù)研究探索中，擬嘗試?yán)锰摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)代替桌面式虛擬拆裝平臺(tái)，更真實(shí)地讓學(xué)生體現(xiàn)虛擬拆裝，加強(qiáng)信息技術(shù)與高等教育實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的深度融合，提高教學(xué)質(zhì)量和效果，強(qiáng)化實(shí)踐育人的重要意義。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 關(guān)于開展國家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作的通知[EB/OL].[2013-8-13]. http：//www.moe.gov.cn/s78/A08/A08_gggs/A08_sjhj/201308/t20130821_156121.html.

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[責(zé)任編輯：陳 明]