仿真軟件在中職《汽車機(jī)械基礎(chǔ)》教學(xué)中的應(yīng)用探討

杭州市交通職業(yè)高級中學(xué) 曾 龍，陳寧潔

1 中職《汽車機(jī)械基礎(chǔ)》的教學(xué)現(xiàn)狀分析

（1）教材分析。中職《汽車機(jī)械基礎(chǔ)》（第二版）由機(jī)械工業(yè)出版社出版，屬于國家汽車運用與維修專業(yè)的課程改革成果教材，采用項目教學(xué)法，重視教學(xué)理論與實踐一體，可操作性強，尤其是機(jī)械傳動部分的結(jié)構(gòu)原理，如雨刮器中的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、發(fā)動機(jī)中的配氣機(jī)構(gòu)、汽車剎車系統(tǒng)等章節(jié)講解透徹。教材從項目四到項目七部分內(nèi)容以學(xué)生動手操作為主，實際教學(xué)中存在耗費材料、耗費時間、實踐操作類型單一等缺點。

（2）學(xué)習(xí)難點。中職學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)不夠明確，學(xué)習(xí)基礎(chǔ)相對薄弱，缺乏學(xué)習(xí)興趣，接受能力較弱，遇到難懂、難學(xué)和深奧的知識點很容易出現(xiàn)厭學(xué)、畏學(xué)的情緒。學(xué)生在學(xué)習(xí)本課程的過程中會遇到如下知識難點：補畫三視圖、機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)特點、零件材料名稱、液壓傳動路線分析等，尤其是機(jī)械傳動部分中的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)判別、凸輪機(jī)構(gòu)、帶傳動和鏈傳動等，學(xué)生在參加中職會考和中高職考試時會碰到相應(yīng)考題，而這些知識點學(xué)生掌握得非常薄弱。

（3）教學(xué)中存在的問題。課程改革初期，教師根據(jù)教材的編寫要求，采用理論與實訓(xùn)相結(jié)合的教學(xué)方式，發(fā)現(xiàn)有些教學(xué)內(nèi)容如判別鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)、鏈傳動和帶傳動等存在教學(xué)場地需求緊張的問題，學(xué)校也根據(jù)課程需求安排整周小班化實訓(xùn)，但會出現(xiàn)各班教學(xué)進(jìn)度不一且實訓(xùn)方式單一的問題，導(dǎo)致教學(xué)效果不理想。教師為解決這一問題，往往采用公式法、灌輸式教學(xué)等比較機(jī)械的教學(xué)手段，讓學(xué)生死記硬背相關(guān)知識點，達(dá)到考試速成的目的。

2 仿真軟件的特點和教學(xué)應(yīng)用情境分析

2.1 利用仿真軟件教學(xué)的特點

（1）仿真軟件簡介。仿真軟件是計算機(jī)開發(fā)者專門開發(fā)出來進(jìn)行仿真的一款計算機(jī)軟件。它的誕生、應(yīng)用與發(fā)展和計算機(jī)、云計算、人工智能、數(shù)字建模等互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相輔相成。目前比較流行的是虛擬現(xiàn)實仿真軟件，本文運用的仿真軟件全稱為機(jī)械零件實驗仿真，由西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械零件實驗室開發(fā)，專為機(jī)械零件課程開發(fā)的教學(xué)軟件，其最大特色是應(yīng)用虛擬技術(shù)模仿機(jī)械傳動路線，模擬機(jī)構(gòu)運動規(guī)律。

（2）仿真軟件教學(xué)特點。教學(xué)中，仿真軟件具有生動、形象的交互式原理動畫，能夠詳盡、逼真地展示實物模型，清晰地表述機(jī)械結(jié)構(gòu)、機(jī)械傳動路線。利用仿真軟件教學(xué)，學(xué)生可以在其創(chuàng)建的情境、會話與協(xié)作等學(xué)習(xí)環(huán)境中，利用電腦模擬實訓(xùn)操作，完成對機(jī)械結(jié)構(gòu)及運動規(guī)律的認(rèn)識。在教學(xué)中，教師利用仿真軟件變身為學(xué)生主動獲取信息的幫助者、促進(jìn)者，而不是以往的知識傳授者、灌輸者；學(xué)生通過仿真軟件轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⑻幚淼闹饕袚?dān)者、知識的主動學(xué)習(xí)者，而不是傳統(tǒng)教學(xué)中的次要參與者和被動學(xué)習(xí)者。利用仿真軟件教學(xué)有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而培養(yǎng)學(xué)生的實操能力。

2.2 仿真軟件在中職《汽車機(jī)械基礎(chǔ)》教學(xué)中的應(yīng)用情境

根據(jù)多年教學(xué)經(jīng)驗，筆者發(fā)現(xiàn)在中職《汽車機(jī)械基礎(chǔ)》教學(xué)中采用傳統(tǒng)教學(xué)方法難以破解某些知識點，如判別鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)、帶傳動和鏈傳動等。鑒于學(xué)生學(xué)情分析、教學(xué)場地有限等原因，筆者認(rèn)為仿真軟件可以很好地平衡教學(xué)所需，以輔助理論學(xué)習(xí)。通過仿真軟件，可以避免實際操作中的重復(fù)制作，可以節(jié)約時間和資源，可以更好地引導(dǎo)學(xué)生發(fā)揮其積極性和主動性，還能為后續(xù)的知識點檢測尤其是會考和高職考打下堅實的基礎(chǔ)。

仿真軟件在教學(xué)中的具體應(yīng)用如圖1所示。首先，仿真軟件可以模擬三視圖形成的動畫過程，幫助學(xué)生建立空間感；其次，仿真軟件可以幫助學(xué)生建立汽車常用零件模型，以此來識別零件圖；仿真軟件可以仿真機(jī)械傳動過程，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)、帶傳動、凸輪傳動等知識；最后可以仿真汽車液壓傳動系統(tǒng)的工作過程等。

圖1 仿真軟件在教學(xué)中的具體應(yīng)用

3 仿真軟件在中職《汽車機(jī)械基礎(chǔ)》教學(xué)中的實踐

3.1 仿真軟件的應(yīng)用策略

筆者根據(jù)仿真軟件特征，以判別鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)為例，模擬教學(xué)環(huán)境。首先采用任務(wù)驅(qū)動法，整合教學(xué)圖片、動畫資源、情景視頻，搭建學(xué)習(xí)網(wǎng)站，然后實施合作探究，利用仿真軟件分組模擬、操作討論。教學(xué)中，學(xué)生利用仿真軟件創(chuàng)建可觀察、可操作的虛擬環(huán)境，隨機(jī)輸入桿長，通過小組交流討論找到判別鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)類型的要點，最后運用關(guān)鍵因素比較法得到判別方法，完成課堂知識難點的學(xué)習(xí)，有效地解決了《汽車機(jī)械基礎(chǔ)》傳統(tǒng)教學(xué)中的難題。利用仿真軟件教學(xué)流程如圖2所示。

圖2 利用仿真軟件教學(xué)流程

3.2 仿真軟件的教學(xué)實踐過程

下面以判別鉸鏈四桿為例，簡述教學(xué)實踐過程。大致分為情境創(chuàng)建、仿真試驗和探究歸納三個階段。

（1）情境創(chuàng)建。創(chuàng)建汽車雨刮器工作過程，讓學(xué)生感受真實情境，以該機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及運動規(guī)律引發(fā)思考，提出學(xué)習(xí)任務(wù)一，如鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的組成，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的桿件運動特點等，讓學(xué)生觀察、討論，借助教材完成任務(wù)一。

（2）仿真試驗。通過任務(wù)一，學(xué)生得知鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)是由機(jī)架、連架桿和連桿組成，而連架桿分為曲柄和搖桿兩種。教師演示模具，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)該模具在探究時只能改變機(jī)架位置而不能改變桿長，導(dǎo)致無法得出完整的結(jié)論。學(xué)生分組合作，打開仿真軟件代替模具，隨機(jī)輸入桿長和改變機(jī)架位置，得到無限種運動形式，然后學(xué)生討論探究發(fā)現(xiàn)判別鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的方法，具體分為兩個環(huán)節(jié)：“獨具慧眼”和“敢想敢做”。

圖3 仿真軟件軟件界面（截屏）

在“獨具慧眼”環(huán)節(jié)中，引導(dǎo)學(xué)生運用仿真軟件，隨機(jī)輸入數(shù)據(jù)，反復(fù)試驗直到成功，如圖3所示，同時記錄各種類型鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)，運用仿真試驗對比法，分別對比各組內(nèi)的機(jī)構(gòu)動畫，分析異同點，找出判別鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵要素——桿長，從而完成任務(wù)二。

在“敢想敢做”環(huán)節(jié)中，繼續(xù)沿用任務(wù)二中的桿長，引導(dǎo)學(xué)生在相同數(shù)據(jù)的前提下，隨意變動機(jī)架，然后進(jìn)行仿真，發(fā)現(xiàn)機(jī)構(gòu)具有不同的運動規(guī)律，小組討論得出判別鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵要素——機(jī)架的位置。

（3）探究歸納。仿真試驗過程讓學(xué)生積累了大量的判別素材，引導(dǎo)學(xué)生尋找各種機(jī)構(gòu)類型的共同點，如找到雙曲柄機(jī)構(gòu)的仿真數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)桿長關(guān)系為“最長桿+最短桿≤其余兩桿之和且機(jī)架為最短桿”；找到曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的仿真數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)桿長關(guān)系為“最長桿+最短桿≤其余兩桿之和且機(jī)架為連架桿”；找到雙搖桿機(jī)構(gòu)的仿真數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)桿長關(guān)系為“最長桿+最短桿≤其余兩桿之和且機(jī)架為連桿，或最長桿+最短桿＞其余兩桿之和”。

3.3 仿真軟件的實時測評

應(yīng)用仿真軟件教學(xué)對學(xué)生學(xué)習(xí)有著重要的導(dǎo)向和激勵作用。首先，學(xué)生登陸學(xué)習(xí)網(wǎng)站，進(jìn)入學(xué)習(xí)評價系統(tǒng)，選擇正確的選項，若成績不理想，還可以重復(fù)測驗，以達(dá)到鞏固基礎(chǔ)知識的目的。其次，軟件提供兩組鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)，學(xué)生計算分析其類型，并利用仿真軟件驗證自評，最后，學(xué)生選擇由4根桿件組成的雨刮器簡易模型來計算，把理論知識應(yīng)用于實踐。

3.4 應(yīng)用仿真軟件教學(xué)的注意事項

在應(yīng)用仿真軟件教學(xué)中，要注意以下事項。

（1）注重教師引導(dǎo)，分層次小組合作。對于自主學(xué)習(xí)能力不強、觀察能力弱的學(xué)生，教師要加強溝通引導(dǎo)，及時答疑。另外，要根據(jù)學(xué)生層次進(jìn)行分組，學(xué)習(xí)能力強和弱的搭配，教師要鼓勵小組成員間互相幫助，通過分層次小組學(xué)習(xí)、教師及時引導(dǎo)和互聯(lián)網(wǎng)學(xué)習(xí)平臺等多種方式提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率。

（2）探究教學(xué)新模式，鼓勵學(xué)生創(chuàng)新。教師要勇于探究教學(xué)新模式，并鼓勵學(xué)生多創(chuàng)新。在探究與創(chuàng)新過程中，教師與學(xué)生應(yīng)不斷探索、創(chuàng)新、嘗試、應(yīng)用、歸納、改善和提升，才能漸入佳境，尋找到更好的方法途徑。仿真軟件試驗過程中只有多次嘗試，多思考，才能找到規(guī)律。

（3）落實監(jiān)督措施，提升教學(xué)質(zhì)量。筆者在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，部分教師和學(xué)生對電腦操作課程不太重視，學(xué)生偷懶，教師也聽之任之，讓學(xué)生存僥幸心理，不積極參與課堂操作，課堂教學(xué)質(zhì)量低下。為了保證教學(xué)質(zhì)量，教師要嚴(yán)格落實監(jiān)督措施，加強課堂監(jiān)管，把課堂教學(xué)任務(wù)與學(xué)生興趣愛好結(jié)合起來，充分調(diào)動學(xué)生的課堂積極性，讓每一位學(xué)生都能真正參與到教學(xué)中來，提高教學(xué)質(zhì)量。

4 仿真軟件教學(xué)的成效分析

（1）學(xué)習(xí)積極性高。應(yīng)用仿真軟件教學(xué)，學(xué)生在電腦上模擬操作機(jī)械傳動過程，完成學(xué)習(xí)任務(wù)，改變了傳統(tǒng)教學(xué)方法，提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性與參與度，最終可以實現(xiàn)100%的學(xué)生參與學(xué)習(xí)，并且學(xué)生的自助探究和合作意識也明顯增強。

（2）學(xué)習(xí)效果好。筆者采用平行班教學(xué)比較，發(fā)現(xiàn)采用仿真實驗法教學(xué)的班級，測試成績要好，其中A班采用傳統(tǒng)教授法、B班采用模型制作法、C班采用仿真實驗法，課堂測試知識點的正確率如下：A班在60%左右，B班在70%左右，C班達(dá)95%。

5 仿真軟件教學(xué)的不足與完善建議

5.1 仿真軟件的不足

（1）仿真軟件操作缺乏親自制圖、拆裝的親身感知，對學(xué)生空間思維的形成幫助有限。

（2）培養(yǎng)學(xué)生臨場應(yīng)變能力有限。學(xué)生實際繪圖和拆裝時，有時需要靈活運用工具和方法，而仿真軟件是經(jīng)過計算機(jī)程序設(shè)計好的，操作模式固定，不利于培養(yǎng)學(xué)生的臨場應(yīng)變能力。

5.2 仿真軟件的完善建議

（1）中職教學(xué)應(yīng)加大對仿真軟件的應(yīng)用研究。虛擬仿真技術(shù)發(fā)展日趨成熟，應(yīng)不斷加強仿真軟件在教學(xué)中的應(yīng)用，采取仿真和實踐相結(jié)合的方式來教學(xué)，讓課程仿真效果與理論教學(xué)更加匹配。

（2）集中科研力量對仿真軟件進(jìn)行研發(fā)。由于受軟件開發(fā)速度限制，中職《汽車機(jī)械基礎(chǔ)》課程還有很多內(nèi)容沒有仿真教學(xué)程序，應(yīng)該繼續(xù)研發(fā)仿真軟件，開發(fā)出更多的仿真程序，讓課程仿真效果與理論教學(xué)相輔相成、相互促進(jìn)。

（3）加強引導(dǎo)學(xué)生運用仿真軟件。教師應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)鼓勵學(xué)生接受信息化的教學(xué)手段，學(xué)會運用各種仿真軟件，切實把理論和實踐結(jié)合起來，提升學(xué)習(xí)能力，進(jìn)而達(dá)到提高學(xué)習(xí)效率的目的。