汽車專業(yè)課程的教學(xué)資源開發(fā)與建設(shè)
——以“手動(dòng)變速器拆裝”為例

臺(tái)州科技職業(yè)學(xué)院 林 龍

信息化教學(xué)已成為教育改革的發(fā)展方向和必然趨勢(shì)，信息化教學(xué)改革離不開實(shí)訓(xùn)資源的開發(fā)建設(shè)。目前，高職院校實(shí)訓(xùn)資源建設(shè)有兩種傾向，一方面是根據(jù)授課需求進(jìn)行實(shí)訓(xùn)設(shè)備資源購(gòu)買；另一方面是市場(chǎng)提供什么實(shí)訓(xùn)資源，課程的開發(fā)和實(shí)施就相應(yīng)與之配套。這兩種形式都存在一定的弊端，既不能真正做到先進(jìn)實(shí)用，保證正常教學(xué)的需要，也不能最大限度利用好高職學(xué)院有限的資金，更不能兼顧社會(huì)服務(wù)功能，其結(jié)果是購(gòu)置了大量過(guò)時(shí)的設(shè)備，或者只購(gòu)置先進(jìn)但利用率低的設(shè)備，不能滿足專業(yè)基本技能訓(xùn)練的要求。而我校汽車專業(yè)的教學(xué)還存在以下問(wèn)題：汽車專業(yè)現(xiàn)有的拆裝實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源比較緊張，不能完全滿足小班化教學(xué)需求；學(xué)生對(duì)拆裝流程不熟悉，拆裝方法有誤，教具容易出現(xiàn)零件丟失、損壞等情形。因此，如何提高教具的使用壽命，降低教學(xué)成本和學(xué)生犯錯(cuò)幾率，增加教學(xué)資源是汽車專業(yè)教師需要迫切思考的問(wèn)題。

1 教學(xué)資源開發(fā)思路

教學(xué)資源分為軟件和硬件兩類。從軟件上看，教學(xué)資源主要有視頻、動(dòng)畫、在線平臺(tái)、課件和學(xué)習(xí)軟件等，從硬件上看，教學(xué)資源包括實(shí)訓(xùn)臺(tái)架、設(shè)備和模型等。汽車拆裝實(shí)訓(xùn)課程往往對(duì)硬件設(shè)備的需求較大，我校現(xiàn)有設(shè)備較難滿足小班化教學(xué)需要。因此，我們可以利用3D打印技術(shù)對(duì)拆裝教具進(jìn)行快速成型開發(fā)，以彌補(bǔ)教具的不足；另一方面，通過(guò)虛擬仿真軟件，可以讓所有學(xué)生得到訓(xùn)練機(jī)會(huì)，在真正實(shí)操之前先掌握操作流程，避免損壞教具。

以“手動(dòng)變速器拆裝”任務(wù)為例，對(duì)該門課程實(shí)現(xiàn)信息化教學(xué)資源開發(fā)建設(shè)，開發(fā)的教學(xué)資源包含模型實(shí)物和虛擬仿真軟件。軟硬件相互配套，為虛擬和實(shí)物拆裝實(shí)訓(xùn)提供教學(xué)基礎(chǔ)，進(jìn)一步優(yōu)化了教學(xué)效果，降低了教學(xué)成本。技術(shù)開發(fā)的路線如圖1所示。

2 軟硬件教學(xué)資源開發(fā)

2.1 基于Unity3D的虛擬仿真軟件開發(fā)

基于“從虛擬拆裝到實(shí)物拆裝”的教學(xué)理念，以開發(fā)汽車手動(dòng)變速器虛擬拆裝仿真軟件為目標(biāo)，進(jìn)行該課程的數(shù)字資源建設(shè)。首先將之前開發(fā)建設(shè)的變速器數(shù)模總成導(dǎo)入3DMax進(jìn)行渲染，輸出FBX文件，然后利用Unity3D軟件平臺(tái)，完成虛擬拆裝仿真軟件的自主開發(fā)。

圖1 虛實(shí)一體教學(xué)資源開發(fā)路線

手動(dòng)變速器虛擬拆裝仿真軟件應(yīng)具備兩個(gè)主要的功能：一是讓學(xué)生了解手動(dòng)變速器內(nèi)部的結(jié)構(gòu)組成，二是讓學(xué)生掌握變速器的拆裝步驟和方法。為了實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)功能，該仿真軟件設(shè)計(jì)的總體要求是：實(shí)物建模，所建的3D模型應(yīng)該與實(shí)物模型一致；示范引導(dǎo)，確保無(wú)專業(yè)基礎(chǔ)的學(xué)生能反復(fù)觀看拆裝過(guò)程，掌握拆裝步驟；自主交互，確保學(xué)生能對(duì)手動(dòng)變速器模型進(jìn)行交互式拆卸。因此，開發(fā)的軟件應(yīng)具有以下功能：手動(dòng)變速器介紹、零部件展示、自動(dòng)拆裝演示和手動(dòng)拆卸，如圖2所示。學(xué)生通過(guò)手動(dòng)變速器介紹功能了解到手動(dòng)變速器的功用、分類、結(jié)構(gòu)及同步器工作原理；通過(guò)零部件展示界面對(duì)手動(dòng)變速器各個(gè)零部件進(jìn)行認(rèn)識(shí)；通過(guò)自動(dòng)拆裝演示功能觀看變速器的拆卸和安裝步驟的3D動(dòng)畫，可以調(diào)節(jié)拆卸速度并定格拆卸步驟；手動(dòng)拆卸界面里，用戶通過(guò)鼠標(biāo)，按照規(guī)定步驟進(jìn)行變速器的虛擬拆卸練習(xí)，掌握變速器的拆裝步驟和方法。

圖2 手動(dòng)變速器虛擬拆裝仿真軟件

學(xué)生在不同的學(xué)習(xí)階段可以根據(jù)自身的需要，既可以通過(guò)仿真軟件對(duì)變速器結(jié)構(gòu)進(jìn)行認(rèn)識(shí)，也可以進(jìn)行虛擬拆裝練習(xí)，大大提升了學(xué)生的觀察能力、思維能力及動(dòng)手能力，同時(shí)也降低了實(shí)訓(xùn)設(shè)備的損耗。

2.2 基于3D打印的教具模型開發(fā)

以開發(fā)汽車變速器教具模型為目標(biāo)，將開發(fā)任務(wù)導(dǎo)入汽車CAD的課堂教學(xué)，教師聯(lián)合學(xué)生成立興趣小組進(jìn)行變速器三維數(shù)模的建立。首先，將五擋四速手動(dòng)變速器內(nèi)部的元件進(jìn)行分類，總體上分為：變速器操縱機(jī)構(gòu)（撥叉及撥叉軸）、變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（各擋位齒輪、軸、軸承和同步器）、殼體等，將零件設(shè)計(jì)任務(wù)分配到小組，每個(gè)小組成員通過(guò)solidworks軟件對(duì)變速器各個(gè)零件進(jìn)行三維建模，建模完成后各組匯總進(jìn)行約束裝配，最后教師指導(dǎo)修改，完成后將數(shù)字成品存入3D模型資源庫(kù)。

在建模過(guò)程中，根據(jù)零部件說(shuō)明書和實(shí)際測(cè)量的尺寸來(lái)確定模型的外部參數(shù)，然后將簡(jiǎn)單規(guī)則的幾何體通過(guò)拉伸、切削、布爾操作等方式，逐步獲得完整的零部件模型；各組對(duì)自己負(fù)責(zé)的數(shù)字模型進(jìn)行調(diào)用，然后通過(guò)相應(yīng)的軟件功能對(duì)模型進(jìn)行切片生成代碼，輸入3D打印機(jī)實(shí)現(xiàn)實(shí)物制造，最終各組長(zhǎng)匯總各組制造的實(shí)物，裝配成一個(gè)完整的手動(dòng)變速器模型，如圖3所示。

圖3 變速器模型的打印與組裝

3 結(jié)語(yǔ)

以“手動(dòng)變速器拆裝”任務(wù)為例，進(jìn)行虛擬實(shí)物教學(xué)資源開發(fā)，通過(guò)設(shè)計(jì)仿真軟件和制作手動(dòng)變速器模型，實(shí)現(xiàn)了仿真與實(shí)訓(xùn)相結(jié)合，拆裝與制造相結(jié)合的學(xué)做融合過(guò)程。實(shí)踐證明仿真軟件與3D打印實(shí)物模型作為信息化教學(xué)資源，改善了課堂教學(xué)效果，提高了汽車專業(yè)學(xué)生認(rèn)識(shí)和拆裝變速器的能力。