汽車仿真實訓教學系統開發及應用

魏麗

武漢理工大學華夏學院 武漢 430223

1 引言

汽車工業的飛速發展使社會對汽車專業人才的需求不斷增長，越來越多的各類高校開設了車輛工程專業。職業教育強調以就業為導向的“就業教育”，擔負著為社會培養具有較強實踐能力的應用型、技能型、工藝型人才的重任[1]。然而，高校培養出的應用型車輛工程專業人才與社會實際需要并不相符，其主要原因在于現有的教育體系不適應社會發展需要，過分強調理論知識的灌輸，缺乏實踐技能訓練方面的培養。因此，只有革新現有教學體系，突出實踐教學，才能培養出理論和實踐層面均出色的應用型人才。但是由于受到教育資金投入、場地、師資等諸多因素的影響，多數院校在實踐教學環節上并無太大的改善，教育教學設施、實訓手段的不足制約著高職教育的發展。在汽車制造技術日新月異的時代，必須在汽車教學中根據學生的實際學習情況，緊跟現代汽車工業發展的步伐，不斷探索新的教學方法，尋找新的亮點，不斷進行汽車實訓教學改革，使學生更快、更好地掌握新的知識點，才能培養出社會所需要的高技能、應用型人才。

仿真教學是計算機技術、虛擬現實技術、人機交互技術、多媒體技術結合的產物，也是教育領域應用信息技術的一種創新。仿真教學模式的應用，不僅可以解決以上問題，還能充分體現“學生為主體，能力為本位”的指導思想，為學生提供大量實踐性和操作性的現場教學情境，可有效提高教學質量。本文對汽車專業課程和實踐特點進行分析后，在Visual C++ 6.0平臺下，結合多種軟件技術開發了汽車仿真實訓教學系統。

2 系統設計思路與功能

2.1 系統功能設計思路

汽車專業的課程和實踐有不同的特點，本文分別針對這些特點對汽車仿真實訓教學系統進行模塊化構建。

1）汽車專業理論課程體系。汽車專業的理論課程體系中有很多課程（如汽車構造、自動變速器結構原理等）具有很強的實踐性，在傳統的理論教學過程中，汽車的某些結構部件在教學過程中不易展示，特別是一些內部構造，只能通過教師板書或靜態圖片演示。這種教學方式缺點在于：很難直觀地體現汽車構造部件的運動方式及原理；講解過程中非常耗時耗力，效率非常低；缺乏生動和立體感，對學生來說難于理解、不易接受，學生雖然學習了理論課，但對汽車的內部結構和原理、故障診斷還是模糊不清。本文設計的教學系統通過大量的立體動畫（3D建模）、平面圖像與動畫等視頻或虛擬仿真技術來演示汽車原理及結構，使原本枯燥、機械的教學模式得以豐富和生動化，對學生而言就變得更加容易理解與接受。

2）汽車專業實踐教學。各高職院校汽車專業的實訓內容普遍采用“發動機總成拆裝實訓”“底盤拆裝實訓”“電噴發動機故障排除實訓”“車身電器實訓”“維修實訓”等，但是由于受設備、場地、師資等的限制，在有限的實訓期間不可能把這些實訓內容都學深學透?，F在的汽車修理模式已由傳統的拆卸修理型轉變為診斷型，知識密集性和技能綜合性已成為現代汽車維修職業技能的重要特點[2]。所以應該轉變傳統的教學觀念，將汽車校內實訓基地作為一個系統來建設，將實訓室與教室、仿真裝置與實際裝置、理論與實踐相結合，體現教、學、做一體化，建立基礎技能實訓平臺、專項技能實訓平臺和具有真實工廠氛圍的綜合技能平臺，形成完整的汽車專業職業技能培養鏈[3]。

例如，“發動機總成拆裝實訓”教學應該是在特定的實訓環境中，以真實的汽車或汽車零部件為載體，同時以仿真軟件為輔助手段，利用汽車仿真技術，讓學生先熟悉各拆裝步驟及拆裝工具，然后在仿真模塊里進行模擬拆裝，使學生在規范的汽車拆裝過程中真正理解汽車的結構原理，用汽車專業理論知識及檢測設備去分析汽車故障產生的原因，正確使用維修設備及工具去排除故障，并進一步拓展和深化汽車專業知識的運用，使學生的汽車維修技能更加熟練化。

汽車專業的課程大多數實踐性很強，很多內容學生難以理解消化，學生學習起來也比較枯燥。為了培養學生的學習興趣，在本文開發的汽車仿真實訓教學系統中還增加一個汽車文化模塊，讓學生理解汽車的發展、汽車的新技術，同時把往屆學生參加各類創新大賽的作品以視頻方式收錄進來，激發學生對汽車的熱愛和創新精神。

圖1 系統總體框架圖

圖2 汽車仿真教學系統主界面

2.2 系統具有的功能

如圖1所示，根據汽車專業課程和實踐的特點和設計思想，將汽車仿真實訓教學系統總體分為三大模塊：理論課程體系、實訓仿真教學、汽車文化。各模塊對應相應的功能：理論課程體系主要以立體動畫（3D建模）、平面圖像與動畫等視頻或虛擬仿真技術來演示汽車原理及內部結構；實訓仿真教學又細分為實踐教學和汽車仿真兩部分，以經驗豐富的專業教師現場指導視頻動畫，讓學生熟悉實踐教學內容，并利用汽車仿真技術使學生模擬操作，讓學生產生一定的現場教學情境；汽車文化模塊中收納大量汽車新技術、汽車車展、汽車奇聞趣事及本校學生各類創新大賽的視頻作品。

圖3 汽車構造課程的視頻演示（發動機）

3 汽車仿真實訓教學系統的技術實現

3.1 開發平臺所需的軟件

軟件包括 Visual C++ 6.0、DirectX9.0 SDK、Vega、CATIA、3Dmax等。

3.2 軟件特點

1）系統采用基于對話框技術，大部分操作通過鼠標進行，用戶操作方便。

2）以VC++6.0作為開發語言，應用CATIA、3Dmax作為三維建模工具，DirectX作為圖形音效等多媒體引擎[4]，Vega作為動態仿真渲染工具，使該教學系統具有視頻演示、仿真等實踐教學功能。同時，該教學系統具有一定的移植性和可擴展性，能隨著后期技術的提高進一步開發與完善。

3）系統分為理論課程體系、實訓仿真教學、汽車文化等多個模塊，可以從多方面加強學生對學習內容的理解，激發學生的學習興趣。

3.3 軟件實現界面

本文所提汽車仿真實訓教學系統部分主要界面如圖2、圖3所示。通過這套汽車仿真實訓教學系統，能以動畫、視頻播放、仿真等多種方式使學生更深入理解汽車專業的理論課程及實踐教學內容，培養學生的學習興趣，取得較好的教學效果。但是也應該讓學生明白，仿真技術只是一種輔助教學手段，仿真與實際操作有較大的差別，以避免學生過分依賴仿真系統。

4 結束語

仿真技術已成為當前先進的手段，本文在VC++平臺下開發的汽車仿真教學系統具有多個功能模塊，能應用于汽車專業的理論和實踐教學環節，對培養學生的學習興趣、提高教學質量有較明顯的作用。但是汽車專業教學涉及的內容比較龐大，對汽車專業仿真教學的研究是個長期的過程，擬在后期對該汽車仿真實訓教學系統進行進一步改進，將內容細化，增加故障檢測、維修及診斷仿真，同時增強操作界面的美觀及便捷度。

[1]邊興利.仿真教學在職業學校汽車實訓課程中的實現[J].晉城職業技術學院學報,2010(3):36-38.

[2]展國民.高職院校汽車實訓教學探討[J].南通航運職業技術學院學報,2010(3):120-123.

[3]李亮亮.以就業為導向構建汽車專業實踐教學體系[J].長江工程職業技術學院學報,2011,28(2):50-53.

[4]路錦正,周冬梅.Visual C++音頻/視頻處理技術及工程實踐[M].北京:電子工業出版社,2009:217-267.