臺州科技職業(yè)學(xué)院 林 龍
信息化教學(xué)已成為教育改革的發(fā)展方向和必然趨勢,信息化教學(xué)改革離不開實訓(xùn)資源的開發(fā)建設(shè)。目前,高職院校實訓(xùn)資源建設(shè)有兩種傾向,一方面是根據(jù)授課需求進(jìn)行實訓(xùn)設(shè)備資源購買;另一方面是市場提供什么實訓(xùn)資源,課程的開發(fā)和實施就相應(yīng)與之配套。這兩種形式都存在一定的弊端,既不能真正做到先進(jìn)實用,保證正常教學(xué)的需要,也不能最大限度利用好高職學(xué)院有限的資金,更不能兼顧社會服務(wù)功能,其結(jié)果是購置了大量過時的設(shè)備,或者只購置先進(jìn)但利用率低的設(shè)備,不能滿足專業(yè)基本技能訓(xùn)練的要求。而我校汽車專業(yè)的教學(xué)還存在以下問題:汽車專業(yè)現(xiàn)有的拆裝實訓(xùn)教學(xué)資源比較緊張,不能完全滿足小班化教學(xué)需求;學(xué)生對拆裝流程不熟悉,拆裝方法有誤,教具容易出現(xiàn)零件丟失、損壞等情形。因此,如何提高教具的使用壽命,降低教學(xué)成本和學(xué)生犯錯幾率,增加教學(xué)資源是汽車專業(yè)教師需要迫切思考的問題。
教學(xué)資源分為軟件和硬件兩類。從軟件上看,教學(xué)資源主要有視頻、動畫、在線平臺、課件和學(xué)習(xí)軟件等,從硬件上看,教學(xué)資源包括實訓(xùn)臺架、設(shè)備和模型等。汽車拆裝實訓(xùn)課程往往對硬件設(shè)備的需求較大,我?,F(xiàn)有設(shè)備較難滿足小班化教學(xué)需要。因此,我們可以利用3D打印技術(shù)對拆裝教具進(jìn)行快速成型開發(fā),以彌補教具的不足;另一方面,通過虛擬仿真軟件,可以讓所有學(xué)生得到訓(xùn)練機(jī)會,在真正實操之前先掌握操作流程,避免損壞教具。
以“手動變速器拆裝”任務(wù)為例,對該門課程實現(xiàn)信息化教學(xué)資源開發(fā)建設(shè),開發(fā)的教學(xué)資源包含模型實物和虛擬仿真軟件。軟硬件相互配套,為虛擬和實物拆裝實訓(xùn)提供教學(xué)基礎(chǔ),進(jìn)一步優(yōu)化了教學(xué)效果,降低了教學(xué)成本。技術(shù)開發(fā)的路線如圖1所示。
基于“從虛擬拆裝到實物拆裝”的教學(xué)理念,以開發(fā)汽車手動變速器虛擬拆裝仿真軟件為目標(biāo),進(jìn)行該課程的數(shù)字資源建設(shè)。首先將之前開發(fā)建設(shè)的變速器數(shù)??偝蓪?dǎo)入3DMax進(jìn)行渲染,輸出FBX文件,然后利用Unity3D軟件平臺,完成虛擬拆裝仿真軟件的自主開發(fā)。
圖1 虛實一體教學(xué)資源開發(fā)路線
手動變速器虛擬拆裝仿真軟件應(yīng)具備兩個主要的功能:一是讓學(xué)生了解手動變速器內(nèi)部的結(jié)構(gòu)組成,二是讓學(xué)生掌握變速器的拆裝步驟和方法。為了實現(xiàn)這兩個功能,該仿真軟件設(shè)計的總體要求是:實物建模,所建的3D模型應(yīng)該與實物模型一致;示范引導(dǎo),確保無專業(yè)基礎(chǔ)的學(xué)生能反復(fù)觀看拆裝過程,掌握拆裝步驟;自主交互,確保學(xué)生能對手動變速器模型進(jìn)行交互式拆卸。因此,開發(fā)的軟件應(yīng)具有以下功能:手動變速器介紹、零部件展示、自動拆裝演示和手動拆卸,如圖2所示。學(xué)生通過手動變速器介紹功能了解到手動變速器的功用、分類、結(jié)構(gòu)及同步器工作原理;通過零部件展示界面對手動變速器各個零部件進(jìn)行認(rèn)識;通過自動拆裝演示功能觀看變速器的拆卸和安裝步驟的3D動畫,可以調(diào)節(jié)拆卸速度并定格拆卸步驟;手動拆卸界面里,用戶通過鼠標(biāo),按照規(guī)定步驟進(jìn)行變速器的虛擬拆卸練習(xí),掌握變速器的拆裝步驟和方法。
圖2 手動變速器虛擬拆裝仿真軟件
學(xué)生在不同的學(xué)習(xí)階段可以根據(jù)自身的需要,既可以通過仿真軟件對變速器結(jié)構(gòu)進(jìn)行認(rèn)識,也可以進(jìn)行虛擬拆裝練習(xí),大大提升了學(xué)生的觀察能力、思維能力及動手能力,同時也降低了實訓(xùn)設(shè)備的損耗。
以開發(fā)汽車變速器教具模型為目標(biāo),將開發(fā)任務(wù)導(dǎo)入汽車CAD的課堂教學(xué),教師聯(lián)合學(xué)生成立興趣小組進(jìn)行變速器三維數(shù)模的建立。首先,將五擋四速手動變速器內(nèi)部的元件進(jìn)行分類,總體上分為:變速器操縱機(jī)構(gòu)(撥叉及撥叉軸)、變速器傳動機(jī)構(gòu)(各擋位齒輪、軸、軸承和同步器)、殼體等,將零件設(shè)計任務(wù)分配到小組,每個小組成員通過solidworks軟件對變速器各個零件進(jìn)行三維建模,建模完成后各組匯總進(jìn)行約束裝配,最后教師指導(dǎo)修改,完成后將數(shù)字成品存入3D模型資源庫。
在建模過程中,根據(jù)零部件說明書和實際測量的尺寸來確定模型的外部參數(shù),然后將簡單規(guī)則的幾何體通過拉伸、切削、布爾操作等方式,逐步獲得完整的零部件模型;各組對自己負(fù)責(zé)的數(shù)字模型進(jìn)行調(diào)用,然后通過相應(yīng)的軟件功能對模型進(jìn)行切片生成代碼,輸入3D打印機(jī)實現(xiàn)實物制造,最終各組長匯總各組制造的實物,裝配成一個完整的手動變速器模型,如圖3所示。
圖3 變速器模型的打印與組裝
以“手動變速器拆裝”任務(wù)為例,進(jìn)行虛擬實物教學(xué)資源開發(fā),通過設(shè)計仿真軟件和制作手動變速器模型,實現(xiàn)了仿真與實訓(xùn)相結(jié)合,拆裝與制造相結(jié)合的學(xué)做融合過程。實踐證明仿真軟件與3D打印實物模型作為信息化教學(xué)資源,改善了課堂教學(xué)效果,提高了汽車專業(yè)學(xué)生認(rèn)識和拆裝變速器的能力。