張智明，趙治國*，張娟楠，常 煒

汽車液壓傳動虛擬實驗平臺建設(shè)意義及應(yīng)用探討

張智明1，趙治國*1，張娟楠2，常 煒1

（1.同濟大學(xué)汽車學(xué)院，上海 200092；2.同濟大學(xué)物理科學(xué)與工程學(xué)院，上海 200092）

黨的二十大賦予了高等教育新的歷史使命和發(fā)展格局，為滿足國家“三新一高”和汽車“新四化”背景下車輛工程專業(yè)人才工程實踐能力培養(yǎng)的重大需求，針對汽車專業(yè)液壓傳動課程傳統(tǒng)實踐教學(xué)存在的實驗教學(xué)條件不足、手段單一和育人效果不佳等共性問題，開展汽車液壓傳動虛擬教學(xué)實驗平臺建設(shè)開發(fā)是目前有效的解決手段。通過國內(nèi)外廣泛調(diào)研，總結(jié)了目前液壓傳動課程實踐教學(xué)環(huán)節(jié)客觀存在的諸多實際問題，系統(tǒng)綜述了國內(nèi)外虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展，以及在實驗教學(xué)應(yīng)用中的技術(shù)現(xiàn)狀，提出了汽車液壓傳動虛擬實驗教學(xué)平臺的建議意義，明確了汽車液壓傳動虛擬實驗教學(xué)平臺建設(shè)的具體要求和實際應(yīng)用效果，為汽車液壓傳動虛擬實驗平臺的建設(shè)內(nèi)容和功能開發(fā)提供了有效指導(dǎo)，對實現(xiàn)液壓傳動專業(yè)基礎(chǔ)課與工程實踐育人相統(tǒng)一的課程教學(xué)新模式具有積極的參考借鑒意義。

汽車液壓傳動；課程實踐；虛擬仿真；實驗平臺建設(shè)

總書記習(xí)近平同志在黨的二十大報告中提出[1]，要實施科教興國戰(zhàn)略，強化現(xiàn)代化建設(shè)人才支撐，充分體現(xiàn)了教育是國之大計，是中國式現(xiàn)代化發(fā)展建設(shè)新征程中的基礎(chǔ)支撐力量和重要保障條件。如何進一步深化高等教育改革，對推動中國式現(xiàn)代化進程和提升我國高等教育的高質(zhì)量發(fā)展具有重大的實際意義。

近年來，隨著我國教育水平的不斷提升，教育理念逐步升級，對學(xué)生實踐能力培養(yǎng)也愈加重視。自我國2016年6月加入《華盛頓協(xié)議》[2]，高等教育越來越注重學(xué)生對于知識理論的實踐應(yīng)用，注重對復(fù)雜工程實際問題的分析解決和團隊協(xié)作等綜合實踐能力的探索與培養(yǎng)，但這對本科教學(xué)中工程教育的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)提出了更高的要求。

實驗教學(xué)是高等院校教學(xué)過程中的重要組成部分，是促進學(xué)生深化理論知識、掌握實驗基本技能和基本研究方法的實驗教學(xué)環(huán)節(jié)，旨在加深學(xué)生深刻理解書本知識，做到理論與實踐相統(tǒng)一。車輛工程專業(yè)課程的實驗教學(xué)可以加深學(xué)生對基本概念和理論的理解和掌握，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決實際問題的能力。

隨著現(xiàn)代汽車技術(shù)的發(fā)展，流體力學(xué)和液壓傳動技術(shù)在現(xiàn)代汽車上得到了廣泛的應(yīng)用[3]，車身空氣動力學(xué)中空氣阻力和汽車系統(tǒng)動力學(xué)中側(cè)風(fēng)影響、液壓助力轉(zhuǎn)向、空氣懸架、液壓制動等廣泛應(yīng)用于各類汽車產(chǎn)品。流體力學(xué)和液壓傳動課程車輛工程專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，對培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和工程實踐能力起著重要作用。液壓傳動課程是車輛工程專業(yè)中一門實踐性強的專業(yè)基礎(chǔ)課程，往往需要學(xué)生參與相關(guān)的實踐操作環(huán)節(jié)。

雖然近年來國內(nèi)各大高校加大了對實驗教學(xué)資源的投入，但效果卻不盡人意。尤其是液壓傳動課程的實踐教學(xué)，極大程度上依賴于實驗場地和實驗設(shè)備條件，而近年來線上教學(xué)、實踐教學(xué)的開展受到極大的制約。因此，探索汽車液壓傳動虛擬仿真的實踐教學(xué)方式具有重要的研究意義[4]。

1 存在的主要問題

現(xiàn)有汽車液壓與氣壓傳動課程一般以教師講授為主，相關(guān)配圖無法反映液壓元件內(nèi)部構(gòu)造和參數(shù)變化，導(dǎo)致學(xué)生難以理解抽象的理論內(nèi)容，教學(xué)效果并不理想，存在液壓傳動技術(shù)在汽車上的廣泛應(yīng)用與目前實驗教學(xué)條件不足及手段簡單這一現(xiàn)實情況的主要矛盾[5]。傳統(tǒng)實踐教學(xué)課程主要基于學(xué)校的實驗設(shè)備和場地展開，存在諸多難以解決的問題，具體如下：

1）課時不足。車輛工程專業(yè)本科生課程較多，液壓傳動技術(shù)課程學(xué)時安排緊湊，主要強調(diào)書本內(nèi)容的教育和考核，教學(xué)中難以安排實踐環(huán)節(jié)。

2）實驗設(shè)備與場地限制。很多實驗室都存在設(shè)備不足與老舊的問題，而且本科生人數(shù)眾多，導(dǎo)致學(xué)生無法做到人人操作設(shè)備，也不能深入了解實驗方法。而在開展線上教學(xué)時，即使實驗設(shè)備滿足，也很難組織實踐教學(xué)。

3）實驗內(nèi)容和安全性限制。液壓元件往往外部造型簡單而內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，學(xué)生難以通過一次實驗完全掌握，缺乏重復(fù)操作的條件。而且部分液壓傳動實驗存在一定的危險性，一般是由專業(yè)的實驗人員操作，學(xué)生們觀摩和記錄實驗數(shù)據(jù)，學(xué)生無法親自操作來提升對課程內(nèi)容的認(rèn)知。

4）實驗室維護管理困難。液壓元件多且雜，液壓傳動系統(tǒng)裝配復(fù)雜，在反復(fù)拆裝過程中容易造成元件損毀和丟失，實驗室維護管理困難。

5）由于教學(xué)任務(wù)重，教學(xué)時間有限，沒有條件開設(shè)實驗課程。即使開設(shè)了實驗課程，在實驗臺上看到的是元件及表盤，且感性認(rèn)識少又沒有實踐經(jīng)驗，對完整系統(tǒng)回路的理解效果不明顯。

顯然，傳統(tǒng)實踐教學(xué)模式無法滿足課程教學(xué)的實際需求。因此采用新的實踐教學(xué)技術(shù)，改革原有的實踐教學(xué)模式，是實踐教學(xué)改革的新課題。在虛擬現(xiàn)實技術(shù)飛速發(fā)展的現(xiàn)在，虛擬實驗應(yīng)運而生[6]。

2 虛擬仿真實驗技術(shù)現(xiàn)狀

虛擬實驗建立了一個虛擬的平臺仿真實驗環(huán)境，將虛擬仿真與現(xiàn)實實驗相結(jié)合，注重實驗操作的交互性和實驗結(jié)果的仿真性[7]。虛擬實驗?zāi)軐⒊橄蟮睦碚摻虒W(xué)內(nèi)容用直觀的模型和仿真實驗顯示，并能模擬實際的流體和液壓元件拆裝過程，加深學(xué)生理解。汽車液壓傳動虛擬教學(xué)實驗平臺開發(fā)，可以為汽車專業(yè)高級人才展示生動豐富的實驗教學(xué)內(nèi)容，可以彌補實際實驗室硬件條件的局限，減少實驗設(shè)備投入，有效緩解實驗設(shè)備缺乏和教學(xué)課時有限的矛盾[8]。

2.1 國外研究現(xiàn)狀

具有高度沉浸感的虛擬現(xiàn)實技術(shù)最早可以追溯到20世紀(jì)60年代娛樂業(yè)中的傳感影院[9]，其目的是吸引觀眾的注意。到20世紀(jì)80年代，虛擬現(xiàn)實技術(shù)開始應(yīng)用于職業(yè)教育和培訓(xùn)，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)模擬訓(xùn)練飛行員。到20世紀(jì)90年代，美國研究人員在科學(xué)空間（Science Space）將虛擬現(xiàn)實技術(shù)引入基礎(chǔ)教育和高等教育[10]。21世紀(jì)初出現(xiàn)了大量基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的虛擬實驗室。美國20余所頂尖大學(xué)和印度甘露大學(xué)開展合作，建設(shè)虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境和在線實驗室（Online Labs）；美國科羅拉多大學(xué)開設(shè)PhET交互式虛擬仿真實驗建設(shè)，為學(xué)生開展探究性學(xué)習(xí)提供了實驗條件；新西蘭惠靈頓維多利亞大學(xué)建筑和設(shè)計學(xué)院建設(shè)了3D模型車間，可以在虛擬場景中進行產(chǎn)品設(shè)計和模型打印[11]。虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展，促使實驗教學(xué)環(huán)節(jié)發(fā)生深刻改變。

在液壓傳動課程實踐教學(xué)方面，法國工程師院校在上世紀(jì)末就開始將AMESim仿真軟件應(yīng)用于課堂教學(xué)中，為多學(xué)科復(fù)雜系統(tǒng)建模仿真提供了一種有效的實驗平臺，具有直觀圖形界面，可實現(xiàn)面向原理圖建模[12]；美國佐治亞理工學(xué)院基于Java語言開發(fā)了VAL（Virtual Access Labora- tory）平臺，學(xué)生可以在平臺上自行設(shè)計并開展機械、電氣、液壓傳動、熱力學(xué)等虛擬實驗[13]；德國波鴻魯爾大學(xué)使用LabVIEW進行液壓傳動課程輔助教學(xué)，并基于Unity開發(fā)了遠程虛擬實驗平臺，學(xué)生可以在平臺上進行機械、液壓傳動等多學(xué)科的虛擬實驗[14]。

2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國極為重視虛擬仿真實驗教學(xué)的建設(shè)發(fā)展，早在2013年8月，教育部在《關(guān)于開展國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)工作的通知》中指出“虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)任務(wù)是實現(xiàn)真實實驗不具備或難以完成的教學(xué)功能”定義[15]，并在之后不斷推進教學(xué)信息化改革，促進實驗教學(xué)新模式發(fā)展。2018年12月，工信部印發(fā)了《關(guān)于加快推進虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》，明確支持推進虛擬現(xiàn)實技術(shù)在高等教育和職業(yè)教育等領(lǐng)域?qū)嶒炐?、演示性課程中的應(yīng)用，構(gòu)建虛擬教室、虛擬實驗室等教育教學(xué)環(huán)境，推動教學(xué)模式轉(zhuǎn)型[16]，為高等教育虛擬仿真實驗教學(xué)指明了發(fā)展方向。

清華大學(xué)成立了材料科學(xué)與工程虛擬仿真實驗教學(xué)中心[17]，開發(fā)了一百余個虛擬仿真實驗教學(xué)項目，開展了極端條件下材料制備、復(fù)雜加工及成型、材料服役行為等虛擬仿真實驗教學(xué)。浙江大學(xué)成立醫(yī)學(xué)虛擬仿真實驗教學(xué)中心[18]，開設(shè)血管急重癥的臨床思維虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)，產(chǎn)房分娩及新生兒處理虛擬仿真實驗教學(xué)等虛擬仿真實驗教學(xué)，面向臨床醫(yī)學(xué)、口腔醫(yī)學(xué)等專業(yè)的本科生、留學(xué)生及研究生超過 3 000 人開設(shè)實驗課程。上海交通大學(xué)建立機電學(xué)科虛擬仿真實驗教學(xué)中心[19]，開發(fā)了微機系統(tǒng)仿真，三極管共射電路等虛擬仿真實驗。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)利用虛擬仿真技術(shù)開發(fā)幾何光學(xué)實驗平臺[20]，將物理教學(xué)儀器系統(tǒng)放入虛擬場景，搭建虛擬仿真教學(xué)應(yīng)用實驗平臺。

在車輛工程和液壓傳動教學(xué)方面，江蘇大學(xué)建立了國家級汽車與交通工程虛擬仿真實驗教學(xué)中心[21]，開展了發(fā)動機構(gòu)造與原理、汽車構(gòu)造與原理、發(fā)動機負(fù)荷特性等虛擬仿真實驗教學(xué)；廈門大學(xué)建立的機電類虛擬仿真實驗教學(xué)中心[22]，開展了液壓與氣壓傳動仿真實驗教學(xué)，包括元件認(rèn)知、工作原理、結(jié)構(gòu)與拆裝等教學(xué)內(nèi)容。

3 虛擬仿真實驗平臺建設(shè)意義

汽車液壓傳動虛擬實驗教學(xué)平臺的實現(xiàn)將有效緩解高校在經(jīng)費、場地、實驗儀器等方面普遍面臨的困難和壓力，而且開展網(wǎng)上虛擬實驗教學(xué)能夠突破傳統(tǒng)實驗限制，無論是學(xué)生還是教師，都可以隨時隨地上網(wǎng)進入虛擬實驗室，進行各種實驗，有助于提高實驗教學(xué)質(zhì)量。同時，相比于傳統(tǒng)實驗，虛擬實驗室開發(fā)和維護的成本較低，且不受時間、地域限制也能讓學(xué)生進行實踐操作。因此，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，以真實模型為基礎(chǔ)，開發(fā)的虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)，能極大提高教學(xué)效率，降低實驗設(shè)備采購成本，且容易跟進最新實驗方法，對解決實踐教學(xué)過程中存在的諸多問題具有及其重要的研究意義。

因此，從汽車液壓傳動課程教學(xué)面臨的實際問題出發(fā)，基于多年教學(xué)經(jīng)驗積累，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)原理進行液壓傳動虛擬教學(xué)平臺系統(tǒng)的開發(fā)和研究，主要建設(shè)意義如下：

1）實現(xiàn)汽車液壓傳動課程本身的強實踐性。實驗操作是車輛工程專業(yè)必備的課程教學(xué)環(huán)節(jié)，課程本身也決定了需要開發(fā)高交互性的虛擬實驗系統(tǒng)，這也是卓越工程師課程建設(shè)上的一項重要工作和內(nèi)容，同時可以為高校的虛擬仿真實驗技術(shù)提升積累實踐經(jīng)驗。

2）提升液壓傳動課程教學(xué)質(zhì)量。通過開發(fā)液壓傳動虛擬教學(xué)平臺系統(tǒng)，能讓學(xué)生通過線上學(xué)習(xí)的方式，自主學(xué)習(xí)液壓傳動系統(tǒng)相關(guān)知識，做到課前預(yù)習(xí)、課中學(xué)習(xí)、課后復(fù)習(xí)的有效結(jié)合。既能再現(xiàn)真實操作，又能克服時間、空間和設(shè)備的制約，有效解決目前液壓傳動課程實踐教學(xué)中存在的諸多問題，達到優(yōu)化教育資源，提高教學(xué)質(zhì)量的目的。

3）推進汽車液壓傳動本科教學(xué)模式改革。將虛擬實現(xiàn)等信息化教學(xué)方式引入“理論教學(xué)+實驗教學(xué)”的傳統(tǒng)教學(xué)模式中，推動液壓傳動教學(xué)模式向高科技、現(xiàn)代化、信息化和網(wǎng)絡(luò)化改革，使傳統(tǒng)的課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)由“以教師為中心”轉(zhuǎn)變?yōu)椤敖處熤鲗?dǎo)－學(xué)生主體相結(jié)合”。

4）推動車輛工程專業(yè)學(xué)科和信息化技術(shù)融合。將虛擬現(xiàn)實技術(shù)融入汽車液壓傳動教學(xué)過程，實現(xiàn)學(xué)科和信息化技術(shù)的融合。充分發(fā)揮信息化技術(shù)發(fā)展的優(yōu)勢，推動跨學(xué)科交叉和創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展。

5）提升整體教學(xué)效果。虛擬實驗教學(xué)平臺的開發(fā)，可以將汽車上涉及到的液壓傳動技術(shù)應(yīng)用集大成于一套虛擬教學(xué)實驗平臺中，統(tǒng)一講授。同時也避免其他專業(yè)課程講解中要么直接忽略掉液壓傳動技術(shù)講解，要么教師對不熟悉的內(nèi)容花很長時間備課講解。

6）同時該過程也對教師本人專業(yè)成長具有十分積極的意義。參與實驗教學(xué)改革建設(shè)，對教師來說，是專業(yè)成長中十分重要的途徑。汽車液壓傳動虛擬實驗教學(xué)平臺開發(fā)，可以使教師認(rèn)真研究專業(yè)和學(xué)生特點，獲得知識的真諦。

4 虛擬實驗平臺建設(shè)要求及應(yīng)用效果

汽車液壓傳動虛擬實驗教學(xué)平臺可以使學(xué)生通過該虛擬實驗教學(xué)平臺系統(tǒng)重溫理論教學(xué)中的重點內(nèi)容，并通過虛擬實驗教學(xué)方式，提升工程實踐能力，掌握汽車液壓傳動試驗方法，加深對書本難點和重點知識的理解。為更好發(fā)揮汽車液壓傳動虛擬實驗教學(xué)平臺作用，應(yīng)在設(shè)計開發(fā)過程中明確以下教學(xué)實踐要求及應(yīng)用效果。

4.1 汽車液壓傳動虛擬仿真實驗教學(xué)平臺的教學(xué)實踐要求

1）真實性。包括汽車液壓傳動工作場景真實性和操作真實性。場景真實性是指虛擬實驗平臺系統(tǒng)內(nèi)的液壓元件模型和實驗設(shè)備模型都高度還原真實情況，能讓學(xué)生在使用過程中有身臨其境的感覺。操作真實性指的是虛擬仿真實驗中實驗流程與真實情況完全一致，學(xué)生操作后得到的系統(tǒng)反饋也和真實情況相同。

2）便捷性。因為虛擬實驗教學(xué)平臺設(shè)計主要用于課程教學(xué)中，因此應(yīng)當(dāng)便于師生操作，需要設(shè)計簡潔、方便的平臺操作界面。同時，為了能適配不同的電腦配置，在進行開發(fā)時應(yīng)當(dāng)進行模型的簡化，并適當(dāng)降低不重要的部件渲染質(zhì)量，降低整個軟件包所占資源，提升運行速度。

3）豐富性。汽車液壓傳動課程內(nèi)容豐富、復(fù)雜、抽象，為了能讓學(xué)生更全面地理解其中的難點和重點內(nèi)容，虛擬實驗教學(xué)平臺系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)包含豐富的液壓元件模型、液壓回路實驗和汽車液壓傳動應(yīng)用技術(shù)，同時還應(yīng)隨著技術(shù)革新，逐步更新虛擬實驗教學(xué)平臺系統(tǒng)的功能，做到豐富多樣，與時俱進。

4.2 汽車液壓傳動虛擬實驗教學(xué)平臺系統(tǒng)的教學(xué)應(yīng)用效果

根據(jù)以上預(yù)期的教學(xué)實踐要求，汽車液壓傳動虛擬實驗教學(xué)平臺應(yīng)在本科教學(xué)實踐中實現(xiàn)如下應(yīng)用效果：

1）汽車液壓元件三維虛擬實物展示效果，破除書本中的元件平面二維認(rèn)知。為真實反映汽車液壓元件外觀，特別是內(nèi)部詳細(xì)構(gòu)造，包括液壓系統(tǒng)中動力元件（液壓泵）、執(zhí)行元件（液壓缸）、控制元件（液壓閥）和輔助元件（壓力表等）的三維模型展示。同時還應(yīng)該對液壓元件職能符號和工作原理進行必要性介紹，實現(xiàn)學(xué)生“課上課下交互”深刻理解課程內(nèi)容。

2）汽車液壓元件虛擬實物的剖視調(diào)節(jié)功能，實現(xiàn)多維度、多角度學(xué)生認(rèn)知能力培養(yǎng)。通過建立液壓元件的三維實體模型，實現(xiàn)液壓元件的不同剖視功能和不同觀測角度調(diào)節(jié)。讓學(xué)生可以根據(jù)自身學(xué)習(xí)需要，看到液壓元件的1/4、半剖、3/4等剖視圖，任意轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)觀測角度，便于了解其內(nèi)部構(gòu)造。便于學(xué)生了解內(nèi)部結(jié)構(gòu)和微觀尺度下結(jié)構(gòu)的形態(tài)，從而實現(xiàn)流體在微觀和內(nèi)部流動形態(tài)的理解和掌握。

3）汽車液壓元件虛擬拆裝實驗，增強學(xué)生工程實踐能力。能夠在虛擬實驗場景中進行液壓元件的拆裝實驗，包括液壓元件彈出介紹、拆裝演示以及學(xué)生自主拆裝過程的功能實現(xiàn)。學(xué)生在觀看正確展示后，能夠根據(jù)虛擬實驗教學(xué)平臺系統(tǒng)的拆裝步驟引導(dǎo)，正確實現(xiàn)對液壓元件的拆裝，并實現(xiàn)步驟錯誤提醒，掌握拆裝規(guī)律和過程。

4）虛擬汽車液壓試驗臺，培養(yǎng)基礎(chǔ)實驗?zāi)芰ΑＲ簤涸囼炁_是汽車液壓傳動課程實驗中的基礎(chǔ)實驗裝置，通過搭建虛擬液壓試驗臺的三維實物，不僅可以讓學(xué)生更好的認(rèn)識液壓試驗臺，也可以讓學(xué)生更好的學(xué)習(xí)使用液壓試驗臺，有助于學(xué)生基礎(chǔ)實驗?zāi)芰μ嵘Ｍㄟ^液壓試驗臺也可以更好理解課程中的液壓系統(tǒng)和液壓元件，也有利于學(xué)生今后在實際液壓試驗臺上開展各種液壓回路實驗。

5）汽車液壓傳動回路虛擬實驗，提升學(xué)生分析解決問題能力。液壓基本回路實驗包括液壓回路基本原理和回路特性的介紹，以及液壓基本回路的虛擬仿真?；诖罱ǖ奶摂M液壓試驗臺，能夠像真實實驗一樣按照步驟進行操作，記錄實驗數(shù)據(jù)，并針對每個液壓回路實現(xiàn)的目標(biāo)，認(rèn)真思考、分析和解決問題，并撰寫實驗報告。

6）汽車液壓傳動技術(shù)應(yīng)用案例的虛擬實驗展示，貫通不同專業(yè)課程間液壓共性技術(shù)。由于課程面向車輛工程專業(yè)本科生培養(yǎng)，需要對流體與液壓傳動技術(shù)在汽車上的應(yīng)用案例進行重點的展示和虛擬實驗，如：汽車液壓助力轉(zhuǎn)向裝置、液壓制動回路、油氣主動懸架、換擋閥的液壓驅(qū)動等，包括實際汽車液壓應(yīng)用的模型展示和工作原理介紹。同時汽車液壓技術(shù)應(yīng)用虛擬實驗展示不僅可以更好的讓學(xué)生了解液壓傳動技術(shù)在汽車上的典型應(yīng)用案例，也可以實現(xiàn)不同專業(yè)課程知識的貫通式教學(xué)。注重協(xié)同汽車構(gòu)造、汽車原理和汽車設(shè)計等其他專業(yè)骨干課程中涉及的汽車液壓傳動技術(shù)應(yīng)用，貫通加深汽車學(xué)院專業(yè)課程共性知識點的理解，全面提升本科生專業(yè)素養(yǎng)。

7）將虛擬實驗平臺進行課堂教學(xué)實踐應(yīng)用，并針對學(xué)生實際需求，不斷改進提升。在本科教學(xué)中進行應(yīng)用，將汽車液壓傳動虛擬實驗平臺系統(tǒng)打包，生成可執(zhí)行程序，提供給上課學(xué)生使用，開展相關(guān)虛擬實驗，并進行考核。當(dāng)然也要虛心聽取學(xué)生反饋意見，并制定相關(guān)方案進行改善。在教學(xué)實踐中不斷提升虛擬實驗教學(xué)平臺的實際效果，讓學(xué)生從不熟悉到熱愛，成為學(xué)生的好幫手。

8）掌握汽車液壓傳動虛擬實驗技術(shù)原理和設(shè)計開發(fā)方法，提升教師虛擬仿真實驗建設(shè)能力。對于教師本身，通過本項目實施，深入學(xué)習(xí)、掌握虛擬實驗技術(shù)方法和原理，熟練運用3D建模方法，實現(xiàn)液壓元件的3D實物建模。并掌握虛擬實驗平臺設(shè)計開發(fā)方法，實現(xiàn)汽車液壓傳動虛擬實驗教學(xué)平臺系統(tǒng)開發(fā)，并結(jié)合實際不斷升級。

5 結(jié)語

通過汽車液壓傳動虛擬仿真實驗教學(xué)平臺建設(shè)意義及應(yīng)用效果探討，梳理了目前國內(nèi)外虛擬實驗教學(xué)技術(shù)現(xiàn)狀，定義了液壓傳動虛擬仿真實驗教學(xué)平臺功能和應(yīng)用效果，可以實現(xiàn)汽車液壓傳動理論教學(xué)與實驗教學(xué)環(huán)節(jié)更加緊密地結(jié)合，加深了學(xué)生對本門課程知識的理解和掌握，有利于提高本科學(xué)生對實驗的重視程度和對本門課程的學(xué)習(xí)興趣，為勝任今后的實際工作打下了良好的基礎(chǔ)。作為教師本身，通過開展專業(yè)課程的虛擬仿真實驗平臺建設(shè)，積極踐行黨的二十大精神，也是對國家實施“科教興國和人才強國戰(zhàn)略”的有效探索，對專業(yè)課程教師育人也能起到較強示范輻射帶動引領(lǐng)作用，也是對高等學(xué)校教師教育教學(xué)理念的新啟蒙。

[1] 人民網(wǎng).深入貫徹科教興國戰(zhàn)略,為全面建設(shè)社會主義現(xiàn)代化國家提供有力人才支撐[EB/OL].(2022-10-31) [2023-02-20].http://theory.people.com.cn/n1/2022/1031/c 4053132555111.html.

[2] 新華社.中國科協(xié)代表我國正式加入國際工程聯(lián)盟《華盛頓協(xié)議》[EB/OL].(2016-06-02)[2023-02-20]. https://www. gov.cn/.

[3] 張智明,張娟楠,李昌昊,等.關(guān)于虛擬實驗技術(shù)在汽車《流體力學(xué)與液壓傳動》課程中應(yīng)用的探討[J].教育教學(xué)論壇,2017,10(3):265-267.

[4] 宋小艷,劉菲菲.汽車結(jié)構(gòu)拆裝實訓(xùn)課程虛擬教學(xué)系統(tǒng)開發(fā)[J].汽車實用技術(shù), 2022,47(17):184-187.

[5] 陸亮,吳軍凱,孫寧,等.智能建造:工程機械智能化[J].液壓與氣動,2022(6):1-9.

[6] 羅鈿,劉小斌,李晶,等.新能源汽車車道保持虛擬仿真實驗平臺分析[J].汽車實用技術(shù),2022,47(21):163- 166.

[7] 劉樹峰,張廣玲,李光提,等.汽車類專業(yè)虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)3D眩暈癥問題研究[J].汽車實用技術(shù),2022, 47(2):140-143.

[8] 洪明虎,陳靜,李曙生,等.虛擬仿真技術(shù)在汽車電工電子技術(shù)課程實踐教學(xué)中的應(yīng)用[J].汽車實用技術(shù),2022,47(10):130-133.

[9] 白云.德國用虛擬現(xiàn)實技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)見成效[J]. 科學(xué)新聞, 2001(33):16.

[10] 翟宏建.基于Unity3D的液壓元件虛擬實驗平臺[D].太原:太原科技大學(xué),2021.

[11] 王衛(wèi)國,胡今鴻,劉宏.國外高校虛擬仿真實驗教學(xué)現(xiàn)狀與發(fā)展[J].實驗室研究與探索,2015,34(5):214-219.

[12] 潘東升,陳松茂,丘宏揚,等.液壓仿真技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].新技術(shù)新工藝,2005(4):7-11.

[13] WAYNE J B,KYLE K,MATT R.Virtual Access Hyd- raulic Experiment for System Dynamics and Controls Education[J].Mechatronics,2002,12(2):261-270.

[14] TRENTSIOS P,WOLF M,FRERICH S.Remote Lab Meets Virtual Reality:Enabling Immersive Access to High Tech Laboratories from Afar[J].Procedia Manu- facturing,2020(43):25-31.

[15] 顧晨,張留碗,魏斌,等.清華大學(xué)H5數(shù)值仿真物理實驗建設(shè)[J].物理與工程,2022,32(4):125-130.

[16] 蔣雅麗.兩院士詳解5G+VR將給行業(yè)帶來哪些變革?[J].通信世界,2019(20):34.

[17] 李亮亮,趙玉珍,李正操,等.材料科學(xué)與工程虛擬仿真實驗教學(xué)中心的建設(shè)[J].實驗技術(shù)與管理,2014,31 (2):5-8.

[18] 趙魯杭,鄒玲,于曉虹,等.“流式細(xì)胞術(shù)應(yīng)用虛擬仿真一流課程”的設(shè)計開發(fā)及教學(xué)實踐[J].中華醫(yī)學(xué)教育探索雜志,2021,20(8):913-915.

[19] 劉振峰,郭為忠.虛擬仿真實驗教學(xué)課程資源設(shè)計及教學(xué)過程的改革與探索:以上海交通大學(xué)“設(shè)計與制造Ⅱ”課程為例[J].教育理論與實踐,2022,42(9):51- 54.

[20] 姚倩,萬利平.虛擬桌面技術(shù)在多媒體教學(xué)管理中的應(yīng)用研究:以中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)為例[J].2021(20):94- 96.

[21] 江浩斌,潘公宇,楊曉峰,等.車輛工程虛擬仿真實驗教學(xué)體系與平臺的構(gòu)建[J].實驗室研究與探索,2017,36 (6):114-117,146.

[22] 李繼芳,許英杰,鮑平,等.PLC虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)平臺建設(shè)探索[J].實驗技術(shù)與管理,2016,33(7):118-121.

Construction Significance and Application for Virtual Experimental Platform of Automotive Hydraulic Transmission

ZHANG Zhiming1, ZHAO Zhiguo*1, ZHANG Juannan2, CHANG Wei1

( 1.School of Automotive Studies, Tongji University, Shanghai 200092, China;2.School of Physical Science and Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China )

The 20th National Congress of the Communist Party of China has bestowed upon higher education a new historical mission and development pattern. In order to meet the major needs of training engineering practical ability of vehicle engineering professionals under the background of national "three new and one high" and automobile "new four modernizations", there are common problems such as insufficient experimental teaching conditions, single means and poor education effect in traditional practice teaching of automobile major hydraulic transmission course. The construction and development of virtual teaching experimental platform for automotive hydraulic transmission is an effective solution at present. Through extensive research at home and abroad, this paper summarizes many practical problems objectively existing in the practical teaching of hydraulic transmission course at present, systematically summarizes the development of virtual simulation technology at home and abroad, as well as the technical status in the application of experimental teaching, and puts forward the suggestion significance of the virtual experiment teaching platform of automotive hydraulic transmission. The specific requirements and practical application effects of the construction of the virtual experiment teaching platform for automotive hydraulic transmission are clarified, which provides effective guidance for the construction content and function development of the virtual experiment platform for automotive hydraulic transmission, and has positive reference significance for the realization of a new curriculum teaching model that integrates the basic course of hydraulic transmission specialty with the education of engineering practice.

Automobile hydraulic transmission; Curriculum practice; Virtual simulation; Construc- tion of experimental teaching platform

G642.0

A

1671-7988(2023)21-167-06

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.021.034

張智明（1979－），男，博士，講師，研究方向為燃料電池汽車技術(shù)，E-mail:zhangzm@#edu.cn。

趙治國（1971－），男，博士，教授，研究方向為新能源汽車動力系統(tǒng)，E-mail:zhiguozhao@#edu.cn。

同濟大學(xué)17期實驗教學(xué)改革專項基金項目（1700104202）。