丁哲民 舒毅 都昌兵
[摘要] 為了解決目前職業(yè)院?!逗娇瞻l(fā)動機試車技術》教學過程中普遍存在教學內容抽象難懂、理論與實踐相割裂、缺失企業(yè)真實工作情境等問題,文章將虛擬現(xiàn)實技術與項目式教學有機融合,著重從項目教學特點、項目式仿真教學系統(tǒng)設計原則進行研究,在此基礎上,進行《航空發(fā)動機試車技術》課程項目式仿真教學系統(tǒng)設計,以期為項目式仿真教學研究人員提供借鑒。
[關鍵詞] 試車技術;項目教學;仿真;功能框架;用戶界面
《航空發(fā)動機試車技術》課程是航空發(fā)動機維修技術專業(yè)的一門專業(yè)核心課程。該課程主要包含參數(shù)的調整和試車技術內容,重點培養(yǎng)學生具備發(fā)動機調整、試車、故障診斷和排除等綜合職業(yè)技能。但受制于航空發(fā)動機試車生產現(xiàn)場的特殊性、安全性,實踐教學經費昂貴等因素影響[1],難以實施突出情境真實性、學生為主體的項目教學方法、理實一體化教學模式,以至于對學生航空發(fā)動機試車綜合職業(yè)技能的培養(yǎng)與企業(yè)需求存在較大差距的問題。鑒于此,采用基于信息化、虛擬現(xiàn)實技術的虛擬仿真教學方法[2]、以實物設備為基礎,開展虛擬和現(xiàn)實相結合的項目式教學,既與理論教學有效融合,又模擬創(chuàng)設與企業(yè)相似的工作情境,深化校內學習與實際工作相融通[3]。
一、項目化教學法的特點
(一)情境真實而具體
項目教學法必須基于真實而具體的情景進行項目設計,基于此,以貼近航空發(fā)動機試車工作真實情境,學習情景設計須真實而具體,以工作真實情境為原型,以工學結合為要領,以航空發(fā)動機試車技術教學要素為主體,融入工作崗位要素,進行情景設置,設置的情境需既能起到引導學生快速進入職業(yè)角色,又能使學生快速明確學習任務,為培養(yǎng)學生職業(yè)素養(yǎng)、職業(yè)情感、職業(yè)技能奠定基礎。
(二)教學內容綜合而開放
項目教學內容具有高度綜合性,根據(jù)項目要求,以培養(yǎng)復合型技能型人才為目標,以先進技術、設備和工藝成果為契機,以工作崗位需求為導向,打破學科體系,對教學內容進行跨學科、針對性地重構融合,實現(xiàn)知識、能力、情感深度綜合性融合,滿足學生對完成項目所需學習內容全面、開放性需求。
(三)學生收獲多面而個性
項目化教學圍繞所有學生優(yōu)勢和特點展開教學,符合高職學生差異性、創(chuàng)造性、無限可能性的發(fā)展規(guī)律,突出以“學生為中心”教育理念,充分發(fā)揮學生的積極主動性,將客觀接受的“學習狀態(tài)”轉變?yōu)橹饔^進取的“學習氛圍”,強化每一個學生參與度,使每一個學生都得到個性化發(fā)展。因此,項目教學成果呈現(xiàn)出不唯一,多元化特點,凸顯學生收獲多面而個性需求。
(四)評價方式多樣化
項目教學評價方式的主體可以是教師、學生、甚至是企業(yè)或社會,相應評價方式表現(xiàn)出多樣化[4]:師評、互評、自評、企業(yè)參評等多種協(xié)同評價模式,這種多主體多樣化協(xié)同評價模式,充分發(fā)揮學生的主體能動作用,通過對自己的學習成果作出科學、有效的自我評價和總結,可以動態(tài)適時檢查自己的學習進展情況,并相應及時進行調整。同時,也改善了對教學質量單方評價的片面性,通過對教學質量進行綜合評價,實現(xiàn)了教學內容動態(tài)化,滿足了教學內容及時更新和完善,促進師資隊伍建設和教學質量的進一步提高,提高社會服務滿意度[5]。
二、項目式仿真教學系統(tǒng)設計的原則
(一)設計與工作真實情境逼真的UI界面
以增強系統(tǒng)應用程序的功能以及用戶真實體驗度,強化系統(tǒng)的普遍實用性以及逼真的視覺效果,模擬航空發(fā)動機真實試車操縱臺界面,設計逼真的系統(tǒng)界面,所設計的界面不僅需要滿足清晰、簡潔、色調協(xié)調,具有極好的視覺效果,還需具備一致、易懂、明確的反饋高效的交互性,而且需能夠滿足項目式教學情景真實性需求,達到將工作崗位內容在教學中呈現(xiàn)。
(二)設計項目式仿真教學系統(tǒng)的完整功能模塊
針對項目式教學內容具有綜合而開放的特點,結合每一個項目的知識目標、能力目標以及情感目標,所開發(fā)的系統(tǒng)功能模塊與所設計的項目一一對應,涵蓋課程所需教學內容。
(三)“由簡入難”的故障模擬
進行項目式仿真教學系統(tǒng)設計時,需考慮遵循“由淺入難”學習規(guī)律,消除學生畏難心理,營造輕松愉悅學習環(huán)境,以便進行項目系統(tǒng)化組織教學,激發(fā)學生學習興趣,進行“由簡入難,層層遞進”故障模擬,達到“自成體系、學之會用”教學目標。
三、項目式仿真教學系統(tǒng)設計
(一)用戶界面設計
1.電源控制和調節(jié)開關界面
電源控制和調節(jié)開關界面主要作用是實現(xiàn)人機交互的航空發(fā)動機試車相關控制開關和調節(jié)按鈕,具體界面如圖1所示。
(1)電源控制開關
電源控制開關主要有總電源(發(fā)動機及臺架設備、控制操縱臺、調節(jié)系統(tǒng)的總電源開關)、控制電源(發(fā)動機直流控制電源開關)、真空泵(帶信號的真空泵電源開關)、補給泵(帶信號的補給油泵電源開關)、補給開關(帶信號的補給燃油電磁開關)、加力吹風(帶信號的加力吹風開關)、應急斷加力(帶信號燈的加力總電源開關)、起動吹風(帶信號的起動吹風開關)、起動燃油(帶信號的起動燃油開關)、起動補油(帶信號的起動燃油開關)、大流量(帶信號的大流量開關)、小流量(帶信號的小流量開關)、整流器(帶信號的整流器電源開關)、供氮(帶信號的供氮開關)、空中起動(帶信號的空中起動開關)、液載90s(帶信號的液壓泵加載開關,接通液載90s開關后自動斷開)、液載180s(帶信號的液壓泵加載開關,接通液載180s開關后自動斷開)、加力活門(帶信號的加力泵供油電磁活門開關)、汽化器(帶信號的汽化器電磁活門開關)、短接JL(帶信號的加力電路連鎖開關)、短接FM(帶信號的加力吹風連鎖開關)、手動加力(帶信號的手動加力連鎖開關)。
(2)調節(jié)開關
調節(jié)開關主要有左、右液壓泵調節(jié)(液壓泵加載流量調節(jié)開關)、抽真空調節(jié)(高空修正器真空調節(jié)開關)、補給泵調節(jié)(全加力狀態(tài)補油量調節(jié)開關)。
2.控制按鈕、轉換開關及信號燈指示界面
起動按鈕、轉換開關及信號燈指示界面主要作用是實現(xiàn)人機交互的航空發(fā)動機起動、轉換開關按鈕和相關信號指示,具體界面如圖2所示。
(1)控制按鈕
控制按鈕主要是指起動按鈕(接通各起動的相應開關按鈕后,按下起動電鈴及起動按鈕后,發(fā)動機可進行運轉或起動)、等效附加電阻按鈕(選擇附加電阻等效1、等效2、等效4、等效8不同組別調整發(fā)動機的等效起動電源,模擬發(fā)動機在外場起動電源的特性)。
(2)轉換開關
轉化開關主要包括起動轉換開關(控制轉換發(fā)動機自動起動或等效起動的電源電路)、油封轉換開關(控制轉換發(fā)動機起動、油封、冷運轉的電源電路)、補油轉換開關(檢查發(fā)動機起動補油與不補油的起動)、加力吹風轉換開關(接通加力工作時,選擇轉換開關對加力燃燒室吹風的控制)、噴口或燃油延遲時間轉換開關(接通加力時,選擇控制噴口或燃油延時)、噴口轉換開關(發(fā)動機工作時檢查,轉換開關DK、XK、XB檢查凸輪控制發(fā)動機噴口打開、關閉的協(xié)動轉速)、手動噴口轉換開關(控制轉換噴口收放)、電機加載轉換開關(發(fā)電機加載負荷開關)。
(3)信號燈指示
信號燈指示主要包括航空發(fā)動機起動左右點火信號指示、起動相關、凸輪協(xié)動轉速信號指示、噴口狀態(tài)信號指示等。
3.試車主要參數(shù)及功能操作界面
試車主要參數(shù)及功能性檢查界面主要作用是實現(xiàn)航空發(fā)動機試車過程中各試車參數(shù)顯示、航空發(fā)動機試車各功能性檢查,主要囊括三部分:第一部分為發(fā)動機運轉、起動及相關的試車,第二部分為發(fā)動機穩(wěn)態(tài)工作相關的試車,第三部分為發(fā)動機加、減速性、操縱性及功能性相關的試車,具體界面如圖3所示。
4.試車動態(tài)及穩(wěn)態(tài)參數(shù)界面
試車主要參數(shù)及功能性檢查界面主要作用是將發(fā)動機推力、T3*溫度、耗油率等重要性能參數(shù)精確顯示出來,且給出是否合格結論;其也將與航空發(fā)動機試車相關的重要檢查參數(shù)精確地顯示于界面,作為學習者在試車過程中記錄是否準確的參考標準值。
5.試車參數(shù)曲線歷程界面
試車參數(shù)曲線歷程界面主要作用是實現(xiàn)將航空發(fā)動機試車過程中重要動態(tài)參數(shù)(轉速、推力、排氣溫度、加力總管壓力、燃油流量、進氣動壓等參數(shù)在界面上實時顯示)變化以曲線圖形象直觀實時顯示,具體界面如圖5所示。
(二)項目式仿真教學系統(tǒng)功能框架設計
結合項目式仿真教學系統(tǒng)設計的原則,進行項目式仿真教學系統(tǒng)功能框架設計,具體框架如圖6所示,主要囊括教學內容:發(fā)動機試車的工藝流程、工藝分工、試車參數(shù)調整原理與方法等等,以實現(xiàn)培養(yǎng)學生具備熟知發(fā)動機試車的工藝流程、工藝分工的能力,熟知發(fā)動機試車中各功能性檢查目的及要求,在試車中對超過工藝要求、限制時能及時得到正確處理的能力;具備分析判斷與排除發(fā)動機一般性能故障能力,相應能夠制定排除方案,編寫發(fā)動機試車檢查工作卡的能力。
(三)控制臺故障模擬模塊設計
結合“由簡入難”的故障模擬設計原則以及航空發(fā)動機試車技術課程教學目標,進行控制臺輸入功能設計,功能的實現(xiàn)在系統(tǒng)提供的筆記本電腦上操作:即由教師通過筆記本電腦進行模擬“由簡入難”的故障設置,實現(xiàn)發(fā)動機各種故障的模擬,快速培養(yǎng)學生及時發(fā)現(xiàn)故障、進行故障分析,提出排除故障的處理方法和排除的能力以及培養(yǎng)學生養(yǎng)成主動思考的好習慣和良好的職業(yè)素養(yǎng)。
四、應用實例
“航空發(fā)動機起動”教學項目是“航空發(fā)動機試車技術”課程抽象性、實踐性較強的項目之一。“航空發(fā)動機起動”共安排6學時:知識目標是要求學生掌握掌握發(fā)動機起動操作步驟、參數(shù)的限制,了解發(fā)動機起動性能的調整,調整限制及調整部位;能力目標是培養(yǎng)學生能進行有關航空發(fā)動機起動的一般性故障分析及排除;情感目標是培養(yǎng)學生養(yǎng)成良好的主動思考習慣以及團隊分工合作意識。
借助本文所設計的項目式仿真教學系統(tǒng)開展教學。首先,依托電源控制和調節(jié)開關界面和控制按鈕、轉換開關及信號燈指示界面以及系統(tǒng)功能,要求學生完成項目任務之一:通過親自模擬航空發(fā)動機起動,使學生知道航空發(fā)動機起動所需接通電源開關以及控制按鈕和掌握航空發(fā)動機起動步驟;其次,依托所有界面以及試車程序,要求學生完成項目任務之二:通過親自模擬航空發(fā)動機起動,觀察、總結航空發(fā)動機起動的參數(shù)限制;最后,在任務一和任務二的基礎上,依托所有界面以及控制臺故障模擬,要求學生綜合完成項目任務之三:通過親自模擬航空發(fā)動機起動,觀察、發(fā)現(xiàn)航空發(fā)動機起動的一般性故障,并進行分析及排除。
五、結論
本文采用依托仿真系統(tǒng)為載體進行項目式教學,以創(chuàng)建與企業(yè)真實工作情境逼真的教學環(huán)境,實現(xiàn)了教學手段現(xiàn)代化、教學模式理實一體化,催化理論與實踐有機融合,零對接崗位需求。
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