汽車(chē)構(gòu)造虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)與實(shí)踐

鮑龍星　孫明　韓麗　左承基

摘 要 介紹了“汽車(chē)構(gòu)造”虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)意義、平臺(tái)建設(shè)、管理體系等內(nèi)容，探討了該中心在產(chǎn)學(xué)研合作、自主式實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系等方面的特色與創(chuàng)新，以及關(guān)鍵點(diǎn)上的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。結(jié)果表明，該在汽車(chē)構(gòu)造專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)效果和培養(yǎng)學(xué)生專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)等方面，具有顯著成效。

關(guān)鍵詞 虛擬仿真實(shí)驗(yàn) 教學(xué)中心 建設(shè)實(shí)踐

中圖分類(lèi)號(hào)：G712 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2021.01.036

Abstract In view of the construction and practice of the virtual simulation experiment teaching center of automobile structure in Anhui Wonder University of Information Engineering， this paper introduces the construction significance of the center， the construction of the virtual simulation experiment teaching platform， the center management system， etc.， and probes into the characteristics and innovations of the virtual simulation experiment teaching center in the aspects of industry university research cooperation， autonomous experiment teaching system， etc. The teaching center has the construction and practical experience that can be used for reference in the key development nodes. The construction and practical experience show that the virtual simulation experiment teaching center has achieved remarkable results in the practical teaching effect of automobile structure specialty and the cultivation of students' professional quality.

Keywords virtual simulation experiment; teaching center; construction practice

隨著我國(guó)教育教學(xué)改革的不斷深化，信息化在培養(yǎng)本科生創(chuàng)新思維和實(shí)踐精神方面，具有越來(lái)越顯著的作用，其中虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)已成為實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)的一個(gè)重要方向。[1-4]

安徽文達(dá)信息工程學(xué)院于2017年獲批安徽省教育廳質(zhì)量工程項(xiàng)目-汽車(chē)構(gòu)造虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，組織開(kāi)展了該虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)和實(shí)踐，已取得了顯著成效。下面介紹其部分建設(shè)成果。

1 意義

汽車(chē)工業(yè)是技術(shù)、資金和人力密集型的產(chǎn)業(yè)，其水平代表著整個(gè)國(guó)家的現(xiàn)代化水平，其中，汽車(chē)教育信息化具有重要意義。“汽車(chē)構(gòu)造”是汽車(chē)類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，是以發(fā)動(dòng)機(jī)、自動(dòng)變速器、汽車(chē)底盤(pán)等關(guān)鍵汽車(chē)總成部件為研究對(duì)象，涉及發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)、變速器快速轉(zhuǎn)動(dòng)與換向、復(fù)雜底盤(pán)運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系等實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容。在傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)模式下，設(shè)備昂貴、步驟復(fù)雜、消耗成本大，有一定危險(xiǎn)性，教學(xué)難以收到滿(mǎn)意的效果。而虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚪鉀Q上述問(wèn)題，因此，建設(shè)“汽車(chē)構(gòu)造”虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，對(duì)培養(yǎng)高素質(zhì)的汽車(chē)類(lèi)本科人才，改善學(xué)生實(shí)驗(yàn)環(huán)境，提升學(xué)生工程實(shí)踐能力及科技創(chuàng)新能力，具有重要意義。

2 平臺(tái)建設(shè)

汽車(chē)構(gòu)造虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心以硬件平臺(tái)為基礎(chǔ)，基于Visual Studio、3Ds Max、Solid Works 等開(kāi)發(fā)平臺(tái)和工具，結(jié)合主流專(zhuān)業(yè)仿真軟件，組建的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。[5-8]

本文中心由硬件、軟件和環(huán)境組成，硬件包括1臺(tái)局域網(wǎng)服務(wù)器、2臺(tái)局域網(wǎng)路由器、1臺(tái)教師端主機(jī)、60臺(tái)學(xué)生端輔機(jī)等，軟件包括整套教學(xué)管理系統(tǒng)，環(huán)境包括實(shí)驗(yàn)室教室、師生工作桌椅、室內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)等。整個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)是由開(kāi)放式教學(xué)管理系統(tǒng)、共享平臺(tái)和汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)、自動(dòng)變速器、汽車(chē)底盤(pán)等仿真模塊組成。

2.1 管理與共享平臺(tái)

管理與共享平臺(tái)匯集了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)資源、電子教材、多媒體課件、精品課程等教學(xué)資源，是訪(fǎng)問(wèn)虛擬仿真教學(xué)資源的窗口，也是學(xué)生與教師進(jìn)行交流互動(dòng)的載體。該平臺(tái)包括中心介紹、新聞中心、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、測(cè)試練習(xí)、成果展示、實(shí)踐教學(xué)、在線(xiàn)答疑、資源搜索、規(guī)章制度等欄目，管理系統(tǒng)與共享平臺(tái)主界面。

2.2 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)K包括虛擬發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造拆裝和發(fā)動(dòng)機(jī)仿真運(yùn)行的教學(xué)AR資源，其中，虛擬發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝包括三個(gè)部分。

第一部分是準(zhǔn)備環(huán)節(jié)，以市面成熟的專(zhuān)業(yè)工具箱為基礎(chǔ)，根據(jù)所要拆卸的發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)和廠(chǎng)家信息，選擇本次拆卸所需要的工具，將它們逐一放入虛擬工具盒里。

第二部分是拆卸實(shí)踐環(huán)節(jié)，按照規(guī)范的拆卸順序，從虛擬工具盒提取正確的拆卸工具，指向所要拆卸的零件，將其卸下放到臨時(shí)零件托盤(pán)內(nèi)。倘若學(xué)生操作有誤，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)給出提示，學(xué)生可以重新操作。這個(gè)過(guò)程對(duì)學(xué)生訓(xùn)練的優(yōu)勢(shì)是傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)無(wú)法比擬的。

第三部分是裝配實(shí)踐環(huán)節(jié)，這是一個(gè)與發(fā)動(dòng)機(jī)拆卸相反的過(guò)程。必須按照規(guī)范的裝配順序，從虛擬工具盒里提取正確的安裝工具，指向臨時(shí)零件托盤(pán)內(nèi)里的相應(yīng)零件，將其移到發(fā)動(dòng)機(jī)正確的位置。若學(xué)生操作有誤，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)給出提示。

虛擬發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造拆裝過(guò)程的每一步，系統(tǒng)都會(huì)自動(dòng)檢測(cè)，給出正確信息提示，并記錄分?jǐn)?shù)，以方便考核。

3 特色與成果

本中心目前已經(jīng)構(gòu)建了汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)、自動(dòng)變速器、汽車(chē)底盤(pán)等3 套虛擬仿真系統(tǒng)模塊，可以進(jìn)行20多項(xiàng)與汽車(chē)構(gòu)造相關(guān)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)項(xiàng)目。每年為近 300名學(xué)生開(kāi)設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)課程，在大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、產(chǎn)學(xué)研合作辦學(xué)和教學(xué)模式改革等方面，都發(fā)揮了重要作用，特色明顯、成果顯著。

3.1形成科研促進(jìn)教學(xué)的良性循環(huán)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心注重科研成果轉(zhuǎn)化，將科研方法融入實(shí)踐教學(xué)，科研反哺教學(xué)。中心正在主持各類(lèi)虛擬仿真類(lèi)科研項(xiàng)目數(shù)多項(xiàng)，依托科研項(xiàng)目開(kāi)發(fā)出數(shù)套虛擬仿真軟件用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

3.2體現(xiàn)多維度自主式的鮮明特點(diǎn)

中心以增強(qiáng)學(xué)生綜合實(shí)踐能力作為出發(fā)點(diǎn)，根據(jù)專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃，可以由淺入深、循序漸進(jìn)地開(kāi)設(shè)50余項(xiàng)的課程實(shí)驗(yàn)和專(zhuān)題實(shí)驗(yàn)，包含基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)、專(zhuān)業(yè)技能培訓(xùn)、專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和前沿技術(shù)介紹等。學(xué)生以理實(shí)結(jié)合方式，深入直觀地學(xué)習(xí)和理解理論內(nèi)容，擺脫了時(shí)間和空間的限制。

3.3強(qiáng)化校企深度合作，開(kāi)發(fā)優(yōu)質(zhì)虛擬仿真資源

目前已與合肥瑞杰科技股份有限公司、蕪湖安瑞光電股份有限公司等積極開(kāi)展合作研究，取得了良好的效果。例如，汽車(chē)燈具虛擬仿真系統(tǒng)即將與有關(guān)汽車(chē)燈具企業(yè)合作，以現(xiàn)代主流汽車(chē)燈具為原型，建立三維虛擬汽車(chē)燈具，對(duì)現(xiàn)代主流汽車(chē)燈具進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

4 結(jié)束語(yǔ)

“汽車(chē)構(gòu)造”虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心現(xiàn)已面向全校開(kāi)放，并已具備向社會(huì)共享虛擬仿真資源能力，目前已經(jīng)取得了良好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。該中心通過(guò)科學(xué)規(guī)劃和合理配置資源，構(gòu)建了包括虛擬發(fā)動(dòng)機(jī)、虛擬變速器和虛擬汽車(chē)底盤(pán)等在內(nèi)的大量虛擬仿真資源，解決了“汽車(chē)構(gòu)造”專(zhuān)業(yè)課程在實(shí)踐教學(xué)方面的難題，在培養(yǎng)本科生的工程實(shí)踐能力和科技創(chuàng)新能力等方面，具有顯著成效。

*通訊作者：左承基

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