高職院?！镀嚇?gòu)造》教學(xué)中三維虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用

朱怡婕，史朝輝，王文雅，朱小月

（1.陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710300；2.成都市溫江區(qū)慶豐街小學(xué)，四川 成都 611130）

1 研究背景

1.1 教學(xué)中的實(shí)際情況

《汽車構(gòu)造實(shí)訓(xùn)》是汽車制造與裝配技術(shù)專業(yè)的重要的教學(xué)環(huán)節(jié), 它為汽車基礎(chǔ)理論知識與實(shí)踐操作技術(shù)構(gòu)建對接的橋梁，是構(gòu)建學(xué)生專業(yè)能力的基石。因此學(xué)生通過實(shí)訓(xùn)掌握操作工藝與技能，將理論知識與實(shí)踐相結(jié)合，是開展實(shí)訓(xùn)的核心內(nèi)容，也是評價實(shí)訓(xùn)質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)。

在實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)中發(fā)現(xiàn)諸多問題影響實(shí)訓(xùn)質(zhì)量，例如：零件名稱掌握不準(zhǔn)確，對發(fā)動機(jī)工作過程描述不準(zhǔn)確，拆卸過程中出現(xiàn)零部件缺失或損壞等。再結(jié)合《汽車構(gòu)造》知識點(diǎn)多，圖片、視頻展示角度固定等客觀因素，以及學(xué)生對實(shí)訓(xùn)課程興趣不足等主觀因素。

發(fā)現(xiàn)《汽車構(gòu)造》理實(shí)一體教學(xué)存在縫隙，是影響學(xué)生專業(yè)能力的直接原因，也是影響理實(shí)一體教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵因素。如何縮小或者消除縫隙，是橫亙在教學(xué)過程中的實(shí)際問題。

1.2 三維虛擬仿真技術(shù)

現(xiàn)代職業(yè)教育中信息化教學(xué)所占比例與日俱增，科學(xué)合理的利用先進(jìn)技術(shù)改善教學(xué)效果，提高教學(xué)質(zhì)量已成為必然趨勢。目前科技發(fā)展日新月異、手段鱗次櫛比，其中VR技術(shù)模擬效果逼真，但一次性投資大，除硬件設(shè)備外，還需要相應(yīng)的軟件支持，而學(xué)生僅作為觀察者，在相對封閉的軟件環(huán)境中觀察零件結(jié)構(gòu)、運(yùn)行狀態(tài)，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(xué)生可以主動參與零件測量、模型制造與裝配過程，同時設(shè)備投資小，成本低、教學(xué)安排靈活。

三維虛擬仿真技術(shù)在理論教學(xué)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用，能夠增強(qiáng)理論教學(xué)的直觀性，彌補(bǔ)實(shí)訓(xùn)過程中難以觀察到的部分，例如發(fā)動機(jī)冷卻系、潤滑系的工作循環(huán)。同時為實(shí)踐環(huán)節(jié)做好鋪墊、增強(qiáng)理實(shí)一體結(jié)合程度。實(shí)踐環(huán)節(jié)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(shí)訓(xùn)成本。再配合啟發(fā)式教學(xué)，鍛煉學(xué)生的實(shí)踐、操作以及獨(dú)立思考的能力。

若能利用三維軟件虛擬建模優(yōu)勢填補(bǔ)理實(shí)一體課程縫隙，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行零件三維建模，輔助完成理論課教學(xué)任務(wù)，彌補(bǔ)理論課的不足，豐富理論課堂內(nèi)容，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)在主動性，也可以提高實(shí)訓(xùn)課堂效率、保證實(shí)訓(xùn)質(zhì)量。

2 解決思路

2.1 同類院校解決方案調(diào)研

本課題組采用問卷調(diào)研、文案收集等方式對“虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在汽車構(gòu)造理論教學(xué)中應(yīng)用方法的探究”這一方向的題目進(jìn)行了調(diào)研，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)外大部分學(xué)者主要針對虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在技術(shù)/能、實(shí)驗(yàn)操作等實(shí)踐教學(xué)、教育領(lǐng)域及具體理論教學(xué)中的研究：青島理工大學(xué)的張平霞、朱永強(qiáng)《虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在<汽車構(gòu)造>教學(xué)中的應(yīng)用研究》，北京理工大學(xué)的李小平等《虛擬現(xiàn)實(shí)/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)下混合形態(tài)教學(xué)設(shè)計(jì)研究》，長春大學(xué)的李未等《虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在汽車構(gòu)造實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用》，東海中等專業(yè)學(xué)校的王長亮《VR虛擬現(xiàn)實(shí)在汽車專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中應(yīng)用》。

通過總結(jié)這些成果發(fā)現(xiàn)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)被應(yīng)用在中職、高職、專科、本科各個層次教學(xué)中，其中針對的實(shí)踐環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)的應(yīng)用研究較多，在高職理論教學(xué)中的應(yīng)用研究逐漸出現(xiàn)。

2.2 本次課題解決方案

利用學(xué)院現(xiàn)有機(jī)房，在NX UG軟件平臺基礎(chǔ)之上，針對實(shí)訓(xùn)室現(xiàn)有發(fā)動機(jī)，通過觀察零件裝配關(guān)系、測量零件尺寸，建立對應(yīng)三維模型，并模擬仿真裝配過程。利用UG NX軟件建立汽車發(fā)動機(jī)的模型，共建立66個零件或總成，包括機(jī)體組、活塞連桿組、曲軸飛輪組、氣門組、氣門傳動組等。

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

教學(xué)過程中利用鼠標(biāo)對零部件進(jìn)行放大、縮小、旋轉(zhuǎn)、移動等操作，便于學(xué)生觀察、記憶零件外形，了解汽車發(fā)動機(jī)零部件的結(jié)構(gòu)、組成、形態(tài)和工作原理，以及發(fā)動機(jī)總成的裝配與拆解作業(yè)的方法、步驟。

3 實(shí)施方案

《汽車構(gòu)造》是一門理論知識與實(shí)踐能力并重的專業(yè)基礎(chǔ)課，因此虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用既要考慮理論課，也要考慮實(shí)踐課。下面將以配氣機(jī)構(gòu)為例，介紹虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在理論與實(shí)踐中的應(yīng)用。

3.1 《汽車構(gòu)造》理論課中應(yīng)用

表1

3.2 《汽車構(gòu)造》實(shí)訓(xùn)課中應(yīng)用

實(shí)訓(xùn)操作開始之前，由教師帶領(lǐng)學(xué)生熟悉配氣機(jī)構(gòu)組成、拆裝操作步驟以及工藝要求。實(shí)訓(xùn)過程中學(xué)生可利用模型等資料自由學(xué)習(xí)。

表2

4 結(jié)論

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)成熟且應(yīng)用廣泛，既能讓學(xué)生動手參與教學(xué)過程，利用學(xué)生的空間想象力和創(chuàng)造性思維，激發(fā)學(xué)生內(nèi)在學(xué)習(xí)動力，又能在保證學(xué)習(xí)效果的前提下降低成本。隨著信息化教學(xué)在現(xiàn)代教育行業(yè)中的發(fā)展，以及實(shí)訓(xùn)室對現(xiàn)有教學(xué)的制約，三維虛擬仿真技術(shù)在理實(shí)一體教學(xué)中的應(yīng)用將更加廣泛，為提高學(xué)習(xí)效率和改善教學(xué)效果帶來可能。