汽车发动机机械维修仿真教学系统研究

郭 彬

（南京交通职业技术学院 汽车工程系，江苏 南京 211188）

高职课程建设与改革必须体现职业性和实践性，实践教学课程的内容要与工作任务相对接、教学情境要与工作情境相对接［1－5］。2009年开始，南京交通职业技术学院汽车工程系对“汽车发动机机械维修”课程进行了理论与实践一体化的建设与改革，主要包括理论与实践一体化实训室的建设、多媒体资源库建设、理论与实践一体化教学及考核方法改革等。在实践教学过程中，笔者发现：由于教师指导不到位、学生人数众多、工量具使用不当以及拆装工艺错误等原因，造成了台架及工量具的损坏，设备维护成本越来越高。

为此，南京交通职业技术学院汽车工程系在构建“汽车发动机机械维修”网络课程教学过程中，采用Unity3D和flash（As3.0）技术开发［6－13］，构建了由理论知识、仿真实训、学习评价及拓展学习4个模块组成的汽车发动机机械维修仿真实训教学系统［14－15］。该系统在一定程度上解决了由于误操作带来的实训装置损坏问题，提高了设备完好率，降低了设备维护成本。另外，该系统的开发，有效地解决了理论教学与实践教学脱节问题，增强了教学的直观性，充分体现了学生的主体参与作用，有助于教学质量的提高。

1 系统的组成

汽车发动机机械维修仿真教学系统主要分为理论知识、仿真实训、学习评价和拓展学习4个模块（见图1），每个模块包含若干个子模块。

1.1 理论知识模块

该模块将分别展示汽车发动机机械部分主要零部件的作用、组成、结构及原理。对于某些结构，教师单凭语言和文字难以表述清楚，学生也难以掌握。针对这些教学的难点，软件以三维动画生动、多角度地展示零部件结构（例如图2），大大增强了教学的直观性和生动性，教师也可方便利用此软件进行演示讲解。

1.2 仿真实训模块

该模块包含虚拟实训和操作视频2部分。其中操作视频部分包含曲柄连杆机构、配气机构、冷却系、润滑系这4部分拆装和检修的录像资料。视频中采用真实的发动机、工量具进行仿真实训，真实、有序和规范地展示实训的全过程。仿真实训部分是本教学系统的核心（见图3）。学生在实物拆装、检修之前，在虚拟环境下反复练习拆装，熟悉检修工艺及规范。

图1 汽车发动机机械维修仿真教学系统的主界面

图2 活塞连杆组的结构

图3 仿真实训模块界面

1.3 学习评价模块

该模块分课堂练习、试卷库、技能考核3部分。课堂练习以及试卷库采用判断和选择2种客观题型，这样便于检查学生对发动机的原理、机械结构、检修知识的掌握程度。技能考核部分主要是检查学生是否熟悉拆装和检修工艺标准，体现了过程化考核。

1.4 拓展学习模块

该模块是给学生提供一些资料，扩大学生知识面。该模块的主要内容有：电子教材、5S、工作安全、工量具使用及发动机大修基本技能等补充提高材料。

2 系统的实现

2.1 软件开发技术

软件开发环境为 Microsoft Visual Studio 2005集成开发环境；软件开发语言采用ADO.NET C＃；软件后台数据库采用SQL Server 2005。开发环境运行在Windows 7平台。

软件采用了主流的基于UML面向对象的分析与设计开发方法［16－17］，开发过程中采用易于变通的敏捷开发方法，避免了传统的瀑布方式的弊端；软件结构采用C／S架构；软件的播放器插件可以兼容多种格式图片、flash、3D、多种格式视频、pdf、文本等类型资源的播放。

2.2 实训设备的仿真

汽车发动机机械维修实训设备由发动机台架、常用工具车（图4）、专用工具车（图5）、量具等组成。这些设备采用3ds Max、Unity3D等软件建立模型，要求达到既美观又不失真的效果。学生通过仿真实训能够对各种工量具的外观及功能有感性的认识。

图4 常用工具车

2.3 气缸盖拆装与检修实训仿真实例

汽车发动机机械维修仿真教学系统能模拟真实的实训中心场景，使学生在实训的同时，有身临其境的感受。以气缸盖虚拟拆装与检修为例，可以很好地说明仿真实训模块的功能。

首先进入气缸盖虚拟拆装界面。该界面包含专用工具车、常用工具车、零件车、测量工具、实训记录、资料手册、保存等功能选项。整个拆装、检修过程按照标准工艺操作，包括螺栓2次松动和扭力锁紧、工具组合与分解、零部件清洗和零部件测量等（见图6）。如果操作错误，软件允许继续操作，并自动记录错误的产生时间以及错误的项目和内容。实训结束后，可点击“实训记录”查看得分，并可以分析拆装的工艺步骤，实现了过程化的考核。

在虚拟拆装、检修过程中如有疑问，除了参照软件提示之外，还可点击“资料手册”查看企业维修手册。如一次拆装没有完成，软件的“保存”功能可将这次拆装进度记录下来，日后可以继续未完成的拆装。

仿真实训模块是本仿真教学系统的核心，学生通过反复操练，能够提高岗位技能，也体现了“做中学”的教学特色。

图5 专用工具车

图6 气缸盖虚拟拆装与检修

3 软件特点

软件仿真实训功能体现了“做中教、做中学”的理念；软件的三维动画生动、多角度地展示零件结构，符合职业院校学生的认知特点；软件素材齐全，包括文字、图片、三维动画、视频等，有利于学生自主学习。软件的开发应用有效解决了职业院校设备、场地及指导教师不足的难题，提高了学生的技能。

4 使用效果

汽车发动机机械维修仿真教学系统融理论教学与实践教学为一体，实现了学生理论知识水平与操作技能的同步提高。学生普遍反映：使用该系统后，提高了实物拆装的效率，同时也增强了学习的自信心。仿真教学系统明显减少了因误操作而造成的实训装置的损坏，降低了设备维护成本，同时也将优质教学资源最大限度地覆盖到每个学生，缓解了设备、师资和场地供给不足与实际需求的矛盾，为学校创造了一定的经济效益。

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