高職院校《汽車構造》教學中三維虛擬仿真技術的應用

朱怡婕，史朝輝，王文雅，朱小月

（1.陜西國防工業職業技術學院，陜西 西安 710300；2.成都市溫江區慶豐街小學，四川 成都 611130）

1 研究背景

1.1 教學中的實際情況

《汽車構造實訓》是汽車制造與裝配技術專業的重要的教學環節, 它為汽車基礎理論知識與實踐操作技術構建對接的橋梁，是構建學生專業能力的基石。因此學生通過實訓掌握操作工藝與技能，將理論知識與實踐相結合，是開展實訓的核心內容，也是評價實訓質量的重要標準。

在實訓教學環節中發現諸多問題影響實訓質量，例如：零件名稱掌握不準確，對發動機工作過程描述不準確，拆卸過程中出現零部件缺失或損壞等。再結合《汽車構造》知識點多，圖片、視頻展示角度固定等客觀因素，以及學生對實訓課程興趣不足等主觀因素。

發現《汽車構造》理實一體教學存在縫隙，是影響學生專業能力的直接原因，也是影響理實一體教學質量的關鍵因素。如何縮小或者消除縫隙，是橫亙在教學過程中的實際問題。

1.2 三維虛擬仿真技術

現代職業教育中信息化教學所占比例與日俱增，科學合理的利用先進技術改善教學效果，提高教學質量已成為必然趨勢。目前科技發展日新月異、手段鱗次櫛比，其中VR技術模擬效果逼真，但一次性投資大，除硬件設備外，還需要相應的軟件支持，而學生僅作為觀察者，在相對封閉的軟件環境中觀察零件結構、運行狀態，完成總成拆解與裝配。與之相比，三維虛擬仿真的效果稍顯遜色，但學生可以主動參與零件測量、模型制造與裝配過程，同時設備投資小，成本低、教學安排靈活。

三維虛擬仿真技術在理論教學環節中的應用，能夠增強理論教學的直觀性，彌補實訓過程中難以觀察到的部分，例如發動機冷卻系、潤滑系的工作循環。同時為實踐環節做好鋪墊、增強理實一體結合程度。實踐環節前模擬拆裝過程，可以提高總成拆卸、裝配的成功率，避免漏裝等問題，降低實訓成本。再配合啟發式教學，鍛煉學生的實踐、操作以及獨立思考的能力。

若能利用三維軟件虛擬建模優勢填補理實一體課程縫隙，指導學生進行零件三維建模，輔助完成理論課教學任務，彌補理論課的不足，豐富理論課堂內容，調動學生學習內在主動性，也可以提高實訓課堂效率、保證實訓質量。

2 解決思路

2.1 同類院校解決方案調研

本課題組采用問卷調研、文案收集等方式對“虛擬現實技術在汽車構造理論教學中應用方法的探究”這一方向的題目進行了調研，發現國內外大部分學者主要針對虛擬現實技術在技術/能、實驗操作等實踐教學、教育領域及具體理論教學中的研究：青島理工大學的張平霞、朱永強《虛擬現實技術在<汽車構造>教學中的應用研究》，北京理工大學的李小平等《虛擬現實/增強現實下混合形態教學設計研究》，長春大學的李未等《虛擬現實技術在汽車構造實驗教學中的應用》，東海中等專業學校的王長亮《VR虛擬現實在汽車專業實訓教學中應用》。

通過總結這些成果發現，虛擬現實技術被應用在中職、高職、專科、本科各個層次教學中，其中針對的實踐環節設計的應用研究較多，在高職理論教學中的應用研究逐漸出現。

2.2 本次課題解決方案

利用學院現有機房，在NX UG軟件平臺基礎之上，針對實訓室現有發動機，通過觀察零件裝配關系、測量零件尺寸，建立對應三維模型，并模擬仿真裝配過程。利用UG NX軟件建立汽車發動機的模型，共建立66個零件或總成，包括機體組、活塞連桿組、曲軸飛輪組、氣門組、氣門傳動組等。

課前學生利用教師安排的預習題目以及三維模型等資料預習，盡量采用生動、易懂的語言回答題目。

教學過程中利用鼠標對零部件進行放大、縮小、旋轉、移動等操作，便于學生觀察、記憶零件外形，了解汽車發動機零部件的結構、組成、形態和工作原理，以及發動機總成的裝配與拆解作業的方法、步驟。

3 實施方案

《汽車構造》是一門理論知識與實踐能力并重的專業基礎課，因此虛擬現實技術的應用既要考慮理論課，也要考慮實踐課。下面將以配氣機構為例，介紹虛擬現實技術在理論與實踐中的應用。

3.1 《汽車構造》理論課中應用

表1

3.2 《汽車構造》實訓課中應用

實訓操作開始之前，由教師帶領學生熟悉配氣機構組成、拆裝操作步驟以及工藝要求。實訓過程中學生可利用模型等資料自由學習。

表2

4 結論

虛擬現實技術成熟且應用廣泛，既能讓學生動手參與教學過程，利用學生的空間想象力和創造性思維，激發學生內在學習動力，又能在保證學習效果的前提下降低成本。隨著信息化教學在現代教育行業中的發展，以及實訓室對現有教學的制約，三維虛擬仿真技術在理實一體教學中的應用將更加廣泛，為提高學習效率和改善教學效果帶來可能。