闖關式發動機修理在線教學系統方案設計

孫志丹 冉東岳 馬冬冬 王斌 宋勝利

摘要：文章介紹的系統是將發動機修理相關知識和技能以闖關進階的方式進行教學的在線系統，主要講解系統的功能、評價體系和系統架構。

關鍵詞：闖關式教學;發動機修理;在線系統

中圖分類號：G642.41? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）52-0223-03

一、引言

發動機修理是一項煩瑣且復雜的工作，也是教學的一個難點，如果按部就班地教學，學生不容易記住和掌握修理知識。闖關式發動機修理在線教學系統將發動機修理所需的知識、技巧和方法融入在一起，并結合游戲元素，采用闖關晉級等手段，從而激發學生的興趣，達到寓教于樂的效果。

二、系統功能

本系統包括三大模塊，若干子模塊，功能如圖1所示：

用戶管理模塊中，除了【登錄注冊】、【修改密碼】、【刪除用戶】等基本功能外，重點是可以對用戶（訓練人員）的等級進行管理，訓練人員的等級包括技工、技師、高級技師三級，其中技工包括初級、中級、高級三個層次。新用戶注冊后，默認等級為初級技工，經過【維修闖關】后可以晉級，也可以在【等級管理】模塊中進行配置。

題庫管理主要實現題庫的上傳、編輯與生成功能。此外，個人闖關評測或多人比賽后，可以在線評分。

個人評測是從發動機的基本原理、故障診斷與排除等角度對學生的知識水平和能力進行測評，測評或闖關通過后，用戶可以升級，相應的等級可以提高。

三、系統架構

（一）架構方式

系統采用BS架構，即服務器（Server）/瀏覽器（Browser）架構方式，同時充分發揮客戶端的CPU、內存等硬件資源。系統部署圖如圖2所示：

圖2中，系統主要包括服務端與客戶端兩大部分，中間采用以太網相連。其中服務端包括數據庫服務器、Tomcat服務器和Web Service服務器，分別用于存放管理數據、對外提供網絡服務和Web Service服務?？蛻舳丝梢杂卸喾N形式，包括筆記本電腦、臺式機、手機等。

（二）技術架構

系統采用SSM軟件技術架構，即Spring+Spring MVC+MyBatis方式，分別實現業務層邏輯處理、表示層控制和持久化管理等功能，如圖3所示。

從圖3可以看出，數據庫處理層用于對數據進行管理，并持久化到數據庫，同時為業務邏輯層和Web Service服務層提供數據接口?？蛻魧油ㄟ^表示層將請求發送到控制層，再由控制層轉交給業務邏輯層，從而實現數據從客戶到數據庫的連接。同時Web Service服務層作為公共服務，可以為各層提供公共服務。

（三）關鍵技術

根據圖3描述，本系統采用分層結構處理方式，不同層次采用不同的技術，各層關鍵技術如表1所示。

四、闖關設計

維修闖關是系統的核心功能之一，闖關之前首先需要建立題庫和評價體系，然后由自測人員進行闖關訓練。

（一）建立題庫

題庫重點從工程裝備內燃機、底盤的日常保養、維護、故障診斷與排除出發，著重對應試者故障診斷排除知識問答、理論知識、虛擬操作進行考查，從而多角度評價其水平。

題庫分為六大類，分別為發動機基本組成、結構原理、維護調整及保養、部件拆裝、初級故障排除、綜合故障排除。重點考察內容如下：

1.發動機基本組成。柴油機四大系、汽油機五大系分別是什么？兩大機構分別是什么？各組成結構名稱是什么？能夠識別主要零部件。

2.結構原理。柴油機四大系、汽油機五大系、兩大機構的工作原理是什么？如柴油機PT噴油器、PT泵的工作原理和特點是什么？汽油機冷卻系的工作原理與工作過程分別是什么？[6]

3.維護調整及保養。發動機的維護調整是對發動機進行保養優化的重要工作之一，如氣門間隙調整、噴油正時調整如何實現？

4.部件拆裝。發動機的部件如何拆卸和安裝，拆裝過程的注意事項是什么？[7]

5.故障排除。具備初級故障排除和綜合故障排除能力，如內燃機敲缸、拉缸響的原因是什么？發動機溫度過高或過低的原因是什么？如何排除等。

（二）評價體系

1.評價過程。評價是考核的一個重要手段，也是是否過關的重要依據，同時能夠全面了解學生是否掌握所學知識。評價過程包括具體內容考核、歸一化處理、權重分配等主要環節，如圖4所示。

圖4中，通過基本理論、維護調整、故障排除的所花時間、完成數量等指標數據來對結果進行評價。但是各種考核的所需時間不一樣，完成數量的含金量也不相同，因此需要進行歸一化和權重分配處理。

歸一化就是將各項指標除以基準值，從而得到該指標所獲得的成績。權重分配由完成工作的復雜決定，難度越大，權重越高，反之權重越低。

2.評價運算。評價總成績的公式為：

式（5）可以看出，矩陣左側為權重值，右側為單次成績除以基準值，因此當需要增加對應試者進行考核時，僅需在矩陣中增加對應的維度即可。所以虛擬操作、理論考核可以在式（5）中直接合并，如式（6）所示：

3.闖關流程。每個應試人為5個等級，分別為初級技工、中級技工、高級技工、技師、高級技師。初次注冊人員為初級技工，計算成績符合上述公式后，可以逐步升級。闖關過程流程圖如下：

圖5中，首先按照前述內容建立題庫和評價體系。應試者登錄系統后，根據權限和實際情況可以調整自己等級，如果需要調整，待審批完成后以新等級進行測試。闖關開始前，由系統自動生成測試人對應等級的題庫，并由應試者抽選題目。待考核完成后，系統給出評價結果，結果合格后闖關成功，否則闖關失敗。

五、總結

本文首先介紹了闖關式發動機修理教學系統的基本功能，然后說明系統的架構方式，包括系統架構、技術架構和關鍵技術，最后講解系統的核心功能，即闖關設計，包括題庫管理、評價運算和評價流程。

本系統既可以作為教學系統供學生學習、檢測使用，也可以為學生之間的比賽提供參考。隨著題庫內容的增加，系統還可以為工程裝備底盤、內燃機等課程教學服務。

參考文獻：

[1]https：//blog.csdn.net/wqq/article/details/79032062

[2]https：//blog.csdn.net/wisdom1201/article/details/79121773

[3]https：//blog.csdn.net/u012410733/article/details/76732339

[4]https：//baike.baidu.com/item/freemarker/9489366？fr=aladdin

[5]https：//unity3d.com/

[6]姬慧勇，等.工程裝備內燃機[M].國防工業出版社，2016.

[7]陳德陽，劉浩.汽車發動機構造與拆裝[M].人民交通出版社股份有限公司，2017.