應用型本科院校汽車構造課程虛擬仿真教學系統設計

業紅玲 王琳

摘 要：針對應用型本科院校對人才培養的要求，結合汽車構造教學中的不足，利用虛擬仿真技術設計汽車構造課程教學系統，為學生提供課堂教學資源，發揮學生的學習主動性，有效地提高課堂教學質量。

關鍵詞：《汽車構造》 虛擬仿真 教學系統

中圖分類號：G6 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2018）01（c）-0240-02

近年來中國汽車產銷量實現大幅度增長，成為全球汽車行業的主要增長點。在汽車工業快速發展及汽車產品自主研發能力快速提升的同時，市場對汽車專業人才的需求也不斷增長，一些汽車類專業如車輛工程、汽車服務工程、交通運輸等相繼在各類高校開設。

應用型本科院校是以“實基礎、適口徑、重應用、強素質”[1]為目標，重點在于“應用”，將堅實的理論應用于實踐，加強實踐技能的訓練，培養面向社會、地方的高層次應用型人才，滿足社會實際發展的需要。如各類汽車專業必開的一門專業基礎課《汽車構造》。

《汽車構造》是一門理論較為復雜、實踐性很強的課程，通常以汽車總體結構的四大組成部分為主線，讓學生掌握汽車部分的結構特性、組成和工作原理，同時使學生具有一定的分析研究能力和汽車拆裝的動手能力。它是學生接觸的第一門與汽車專業緊密相關的專業基礎課，是銜接基礎課程和專業課程的紐帶，在整個汽車類專業人才培養方案和課程體系中占有舉足輕重的地位[2]。

然而，在傳統的教學中，《汽車構造》課程的教學現狀如下：（1）課時少，內容多。《汽車構造》課程最大的特點就是內容廣泛、信息量大，同時還涉及了國內外汽車上的一些新工藝、新結構和新技術。（2）教學效果差，教學效率低。在汽車結構中有許多結構復雜的零部件，由于教學資源缺乏，很難直觀地體現汽車零部件的構造、外形、裝配和運動方式。（3）理實難以融合，實踐教學效果不明顯。《汽車構造》課程的實踐教學環節由于受場地、師資、時間、環境、設備等限制，大部分學生處于盲目拆裝，很難與課堂內容聯系在一起，導致實踐教學效果不明顯，達不到培養學生掌握分析汽車各個總成、零部件的結構特點和工作原理基本方法的目的。

綜上所述，在《汽車構造》教學中，為提供大量實踐性和操作性的現場教學情境，幫助學生克服空間想象的障礙，激發學生的學習興趣，結合計算機技術、虛擬現實技術、人機交互技術、多媒體技術，建立適用于應用型本科高校的《汽車構造》課程虛擬仿真教學系統，以培養出面向工作環境實操能力和適應能力較強的技術技能應用型人才。

該系統設計分為：總體方案設計、三維交互模型制作、軟件設計和系統調試等四個階段。

1 系統總體方案設計

針對傳統課堂教學的不足及技能實踐方式受場地、時間、環境、師資、設備等限制，且有些汽車總成比較笨重的缺陷，本仿真教學系統以普通計算機為操作平臺，以虛擬現實為技術核心，針對大眾1.8T帕薩特轎車實現每個零部件三維交互顯示，即可通過鼠標操作仿真零部件進行放大、縮小、旋轉、移動等，也可實現帕薩特轎車重要總成的裝配、拆解過程；學生通過觀看動畫演示了解汽車零部件的結構、組成、形態和工作原理，了解汽車總成的裝配與拆解作業的方法、步驟，即該仿真教學系統能真實地反應汽車零部件的結構、組成、形態、工作原理以及裝配過程。因此，以“Pro/E建模-3ds Max渲染-Cult 3D交互-VC++系統集成”作為該仿真教學系統總體設計方案，系統總體方案設計流程如圖1所示。

2 三維交互模型制作

該虛擬仿真教學系統三維交互模型制作首先是利用游標卡尺等工具測繪大眾1.8T帕薩特轎車所有零部件，運用Pro/E按實際零部件大小、形狀、結構進行三維建模，并通過3ds MAX對模型進行了修改、渲染、貼圖、分解、組合、切割等處理，再利用人機交互軟件Cult3D對所有零部件進行交互處理并顯示。

3 軟件設計

3.1 軟件系統框架設計

根據教學系統功能設計要求和面向對象的程序設計基本思想，可將軟件系統分為4個子系統，即帕薩特轎車仿真訓練子系統、三維交互模型和拆裝模型庫、電子圖冊、維護保養，仿真教學系統組成如圖2所示。

3.2 軟件功能設計

根據汽車構造課程教學要求，帕薩特轎車仿真訓練子系統又分為發動機、底盤和汽車電氣三個模塊，每個模塊包括以下3個主要功能：汽車零件庫的調用與三維交互顯示即根據教學需要，可以調用全車仿真零部件，可以對任意一個零部件進行任意旋轉、移動、縮放等三維交互顯示；這是本系統的重要功能之一；工作原理演示即通過三維仿真動畫和平面動畫相結合，對一些重要總成及零部件的工作原理進行演示；拆裝訓練模型庫的調用與仿真即調用全車拆裝訓練仿真模型庫，對帕薩特轎車的重要總成進行虛擬拆裝模擬訓練，這也是本系統的重要功能之一。

4 系統調試

系統調試方法采用黑盒調試方法，使用手工調試該系統軟件進行調試。結合被調試軟件的自身特點，調試內容包括不同Windows平臺調試、系統功能實現調試、安裝性調試、人機交互界面調試和邊界調試等。此系統集成后分別在Windows XP、Windows 7和Windows 2003等操縱系統平臺上進行調試，先后出現該系統的一些三維仿真模型在系統調用時出現丟失，不能顯示，有一些AVI格式視頻文件不能播放，復雜三維交互模型加載時間較長等問題，需要經過反復調試。通過軟件調試實現了該系統零件庫的調用與三維交互顯示、拆裝訓練模型庫的調用與仿真、零部件工作原理演示、維護保養以及新型汽油車電子圖冊的翻閱等功能。

隨著汽車技術的發展，此教學系統還可結合新技術、新工藝和新結構不斷更新，為汽車構造課程現代化教學提供有力的資源，同時通過該系統提供實踐性教學化靜態為動態、抽象為具體、復雜為簡單，使學生真正掌握課程知識，提高學生學習的主動性，為后續專業課學習打下堅實基礎，培養出社會需要的高層次應用技能型人才。

參考文獻

[1] 董毅.構建應用型人才培養質量標準體系的探索[J].合肥學院學報：自然科學版，2013（2）：57-61.

[2] 張為春.《汽車構造》課程教學改革[J].科技信息， 2010（29）：601.