虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)在《汽車電器》教學(xué)中的應(yīng)用

劉淑珍 朱 敏

（江西制造職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西 南昌 330038）

0 引言

隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，其采用的技術(shù)也日新月異，自動(dòng)化、電氣化和電子化程度越來(lái)越高。不同品牌的汽車配置的電器各不相同，研究虛擬仿真實(shí)訓(xùn)技術(shù)、開展汽車電器虛擬實(shí)訓(xùn)可以創(chuàng)造多層次（虛擬與現(xiàn)實(shí)）、多模式（演示與設(shè)計(jì)）的教育實(shí)踐教學(xué)環(huán)境，可使學(xué)生的實(shí)踐操作技能和技術(shù)應(yīng)用技能得到全面提高，有效彌補(bǔ)現(xiàn)行實(shí)訓(xùn)的不足。目前，國(guó)內(nèi)仿真教學(xué)軟件種類繁多，如南京的“宇航仿真”、北京斐克公司的VNUC軟件、上海的“宇龍仿真”等。其中，機(jī)電控制仿真軟件平臺(tái)是用于電子電工及相關(guān)專業(yè)實(shí)訓(xùn)的仿真軟件，可在全軟件環(huán)境中，借助系統(tǒng)自帶的各種功能部件搭建所需實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，使參與者通過(guò)仿真場(chǎng)景來(lái)體驗(yàn)一種接近于真實(shí)操作的感覺(jué)。采用這種教學(xué)手段，能進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作技能。

1 《汽車電器》課程教學(xué)現(xiàn)狀

《汽車電器》課程是汽車專業(yè)的主干課、核心課，實(shí)訓(xùn)教學(xué)是《汽車電器》教學(xué)的一個(gè)重要組成部分，對(duì)提高學(xué)生的專業(yè)技能有著不可估量的作用。但在實(shí)訓(xùn)中，由于場(chǎng)地、經(jīng)費(fèi)等原因，學(xué)生人均實(shí)訓(xùn)設(shè)備明顯不夠，這就嚴(yán)重影響了教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。

現(xiàn)狀1：目前《汽車電器》實(shí)踐教學(xué)主要采用教具模型、拆裝實(shí)訓(xùn)或電路掛圖的形式，這種教學(xué)方式使實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容受限于教具，沒(méi)有拆裝、檢測(cè)、運(yùn)行、電路設(shè)計(jì)等一體化操作平臺(tái)，教學(xué)內(nèi)容擴(kuò)展性差。

現(xiàn)狀2：課程教學(xué)以傳統(tǒng)方式為主，過(guò)分追求理論化、系統(tǒng)化、專業(yè)化，忽視了對(duì)于職業(yè)崗位的應(yīng)用性和適用性。

現(xiàn)狀3：機(jī)電控制仿真軟件平臺(tái)在數(shù)控技術(shù)、機(jī)電一體化領(lǐng)域已應(yīng)用十分廣泛，但目前還未應(yīng)用于汽車專業(yè)課程實(shí)踐教學(xué)，國(guó)內(nèi)高職院校還未有針對(duì)該平臺(tái)實(shí)踐教學(xué)形式的研究。

2 虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的特點(diǎn)

2.1 降低實(shí)訓(xùn)成本，提高實(shí)訓(xùn)安全性

在《汽車電器》實(shí)訓(xùn)中，學(xué)生人均實(shí)訓(xùn)設(shè)備明顯不夠，實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地?fù)頂D，每場(chǎng)實(shí)訓(xùn)下來(lái)?yè)p耗也大，有些實(shí)訓(xùn)甚至無(wú)法進(jìn)行。利用虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)可以彌補(bǔ)這些方面的不足，降低消耗和成本，提高安全性。

2.2 具有開放性

虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)向?qū)W員開放，主要表現(xiàn)在2個(gè)方面：（1）實(shí)訓(xùn)平臺(tái)開放。實(shí)訓(xùn)者可以在虛擬平臺(tái)自行構(gòu)建實(shí)訓(xùn)環(huán)境、實(shí)訓(xùn)儀器、實(shí)訓(xùn)模塊等。（2）資源開放。實(shí)訓(xùn)者可以根據(jù)實(shí)訓(xùn)需要自由選用虛擬實(shí)訓(xùn)設(shè)備、虛擬實(shí)訓(xùn)環(huán)境等。

2.3 具有動(dòng)態(tài)性

虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)可以打破空間的限制，讓學(xué)生、教師觀察到每種汽車電器系統(tǒng)電路的具體工作情況，這是實(shí)物實(shí)訓(xùn)所無(wú)法比擬的。對(duì)于一些課堂上沒(méi)能及時(shí)做好的實(shí)訓(xùn)，學(xué)生課下還可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)自行完成，完全不受時(shí)間限制。

3 虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的功能

該虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)是采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來(lái)仿真物理實(shí)訓(xùn)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)?；凇坝铨埛抡妗遍_發(fā)的《汽車電器》虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)能提供情景模擬、交互操作、結(jié)果呈現(xiàn)、數(shù)據(jù)分析等功能。在虛擬實(shí)訓(xùn)場(chǎng)景中，系統(tǒng)能夠模擬各個(gè)實(shí)訓(xùn)設(shè)備的功能，并在這些虛擬的實(shí)訓(xùn)設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳遞，以切實(shí)達(dá)到《汽車電器》課程實(shí)訓(xùn)教學(xué)的目的。

虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)汽車蓄電池充放電實(shí)訓(xùn)、汽車啟動(dòng)系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)等典型實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，內(nèi)容包括電路設(shè)計(jì)、故障診斷、故障排除等。虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)具備以下功能：（1）能夠在電腦上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或手動(dòng)布線。（2）實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)電路的自我診斷。（3）提供一個(gè)可擴(kuò)充的虛擬設(shè)備庫(kù)。（4）能根據(jù)不同的實(shí)訓(xùn)操作指令向相關(guān)設(shè)備傳送信號(hào)。（5）能根據(jù)實(shí)訓(xùn)者輸入的識(shí)別碼和實(shí)訓(xùn)效果自動(dòng)記錄、輸出成績(jī)。

4 虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)在《汽車電器》教學(xué)中的應(yīng)用

4.1 利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)構(gòu)建汽車電器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

如圖1所示，利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)制作出3D模型，通過(guò)動(dòng)畫演示電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理，使復(fù)雜變直觀，有利于學(xué)生掌握和理解汽車電器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

圖1 利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)構(gòu)建汽車電器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.2 利用虛擬環(huán)境進(jìn)行汽車電器的維修訓(xùn)練

如圖2所示，運(yùn)用3D虛擬環(huán)境構(gòu)建汽車電器模型，在相應(yīng)的維修指導(dǎo)數(shù)據(jù)庫(kù)輔助下，學(xué)生能在虛擬的環(huán)境中學(xué)習(xí)汽車電器拆裝和維修過(guò)程，這就使實(shí)訓(xùn)變得非常方便高效。另外，虛擬技術(shù)還能營(yíng)造多個(gè)場(chǎng)景，讓學(xué)生在虛擬的場(chǎng)景中了解汽車保養(yǎng)、維修等全部工作流程，從而清楚地認(rèn)識(shí)汽車電器工作原理，并掌握其維修方法。

圖2 利用虛擬環(huán)境進(jìn)行汽車電器的維修訓(xùn)練

5 虛擬實(shí)訓(xùn)教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)結(jié)果比較

《汽車電器》是汽車專業(yè)高職教學(xué)中最重要的專業(yè)課程之一，歷來(lái)備受重視。目前，該課程在師資建設(shè)、教學(xué)改革等方面均取得了很好的成績(jī)。近兩年對(duì)江西制造職業(yè)技術(shù)學(xué)院兩屆學(xué)生的調(diào)查結(jié)果如表1～表4所示，其中，2011級(jí)沒(méi)有應(yīng)用虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，2012級(jí)應(yīng)用了虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。

表1 綜合滿意度

表2 對(duì)該課程的興趣

表3 課程的難易程度

表4 實(shí)訓(xùn)對(duì)設(shè)備的損壞程度

根據(jù)教學(xué)實(shí)踐，將電氣系統(tǒng)裝車測(cè)試和部分道路實(shí)訓(xùn)轉(zhuǎn)化為虛擬實(shí)訓(xùn)，操作簡(jiǎn)單，安全靈活，且在驗(yàn)收測(cè)試之前就解決了問(wèn)題，縮短了開發(fā)周期，節(jié)約了成本，減少了組裝時(shí)間，提高了效率。

6 結(jié)語(yǔ)

利用虛擬技術(shù)，建立虛擬環(huán)境下的《汽車電器》實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)，能把《汽車電器》實(shí)訓(xùn)中抽象的及難以用一般自然手段表現(xiàn)的概念直觀形象地表現(xiàn)出來(lái)，為學(xué)生創(chuàng)造了逼真而靈活的實(shí)訓(xùn)環(huán)境，這提高了實(shí)訓(xùn)教學(xué)的安全性、實(shí)效性及直觀性，降低了實(shí)訓(xùn)的耗材成本及難度，同時(shí)也有效地解決了當(dāng)前實(shí)訓(xùn)設(shè)備、場(chǎng)地不足等問(wèn)題。

［1］胡朝峰.車輛無(wú)級(jí)變速器實(shí)時(shí)控制虛擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的研究［D］.武漢理工大學(xué)，2006

［2］樂(lè)瑞卿.淺析計(jì)算機(jī)移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)的特點(diǎn)及應(yīng)用［J］.計(jì)算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用，2011（15）

［3］李林.基于現(xiàn)代教育技術(shù)的電路虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)［J］.實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2009（6）

［4］陳晴，陳林，張志.基于虛擬儀器的開放式虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)的研究和實(shí)現(xiàn)［J］.電子測(cè)量技術(shù)，2007（4）