汽車工程專業(yè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)思考

孔春玉　李薇　鄧雯苑　王思卓

摘要：目前，汽車工程專業(yè)實(shí)體實(shí)驗(yàn)教學(xué)普遍存在教學(xué)體系單一、學(xué)生實(shí)踐機(jī)會(huì)少、實(shí)驗(yàn)設(shè)備更新慢等問題，嚴(yán)重制約汽車產(chǎn)業(yè)應(yīng)用型技術(shù)人才培養(yǎng)的質(zhì)量。因此，建立完整的車輛工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系和虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)，對(duì)于探索專業(yè)教學(xué)新模式、培養(yǎng)新型人才，具有重要而深遠(yuǎn)的意義。

關(guān)鍵詞：汽車工業(yè)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

中圖分類號(hào)：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）50-0244-02

一、引言

隨著《中國(guó)制造2025》戰(zhàn)略規(guī)劃的實(shí)施，中國(guó)汽車工業(yè)逐步從“汽車大國(guó)”向“汽車強(qiáng)國(guó)”轉(zhuǎn)型發(fā)展，未來(lái)我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)急需一大批高素質(zhì)創(chuàng)新型人才。探索并建立多層次、立體化、虛實(shí)結(jié)合、教研互補(bǔ)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，是培養(yǎng)汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展時(shí)期創(chuàng)新型人才的重要保障。廣東技術(shù)師范學(xué)院汽車與交通工程學(xué)院下設(shè)車輛工程、汽車服務(wù)工程和交通運(yùn)輸工程三個(gè)專業(yè)，如何建設(shè)多專業(yè)共享、多專業(yè)立體共享的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)三個(gè)專業(yè)實(shí)驗(yàn)資源1+1+1>3的目的，已成為我院培養(yǎng)高級(jí)應(yīng)用型技術(shù)人才的重要保障。

二、汽車工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

目前，我校正處在向應(yīng)用型本科轉(zhuǎn)型時(shí)期，根據(jù)人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求，實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)訓(xùn)實(shí)踐環(huán)節(jié)的課時(shí)量還需要進(jìn)一步增加，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)質(zhì)量還須進(jìn)一步提高。目前，我院汽車工程類實(shí)驗(yàn)以演示實(shí)驗(yàn)居多，學(xué)生動(dòng)手少；對(duì)于快速發(fā)展的汽車新技術(shù)和新能源汽車技術(shù)等，實(shí)驗(yàn)設(shè)備的更新速度難以跟上教學(xué)進(jìn)度。再加上實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地、天氣條件、經(jīng)費(fèi)條件和實(shí)驗(yàn)危險(xiǎn)性等的制約，實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)已經(jīng)成為培養(yǎng)汽車類高級(jí)應(yīng)用型技術(shù)人才的短板。廣東技術(shù)師范學(xué)院汽車學(xué)院一直重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，為學(xué)生開設(shè)了包括整車拆裝、性能實(shí)驗(yàn)在內(nèi)的各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。但在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，逐步感覺到實(shí)體實(shí)驗(yàn)的不足，充分體會(huì)到虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)的必要性。例如整車拆裝實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)（3—4天）；需要較大的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地和多種工具；由于每個(gè)部件總成重量較大，拆裝過程有一定的危險(xiǎn)性，學(xué)生操作不慎可能會(huì)受傷；學(xué)生無(wú)法了解每個(gè)總成內(nèi)部的結(jié)構(gòu)組成。再如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)（1—2天）；需要多種工具；學(xué)生無(wú)法深入了解每個(gè)部件內(nèi)部的結(jié)構(gòu)組成；學(xué)生只了解發(fā)動(dòng)機(jī)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)關(guān)系，無(wú)法掌握進(jìn)氣、噴油、油氣混合、燃燒、排氣等動(dòng)態(tài)過程和原理。又如汽車操縱穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)，需要較大的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地，一般應(yīng)在專門的汽車實(shí)驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行；危險(xiǎn)性較高，一般不進(jìn)行車速大于50km/h的實(shí)驗(yàn)；由于一系列條件的限制，廣東技術(shù)師范學(xué)院學(xué)院汽車學(xué)院至今無(wú)法進(jìn)行汽車動(dòng)力學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)。

三、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)意義

汽車工業(yè)是集機(jī)械、電子、液壓、材料、化工、信息等多行業(yè)高度集成融合的行業(yè)，與汽車相關(guān)的實(shí)驗(yàn)通常運(yùn)行成本高，危險(xiǎn)系數(shù)大，破壞性強(qiáng)，專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)費(fèi)用巨大。因此，加強(qiáng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)，拓展更豐富的虛擬仿真項(xiàng)目，真正培養(yǎng)和提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力，是改革和創(chuàng)新汽車工程人才培養(yǎng)手段的必然發(fā)展方向。廣東技術(shù)師范學(xué)院的辦學(xué)定位是面向職教、服務(wù)職教、引領(lǐng)職教、特色發(fā)展，長(zhǎng)期以來(lái)特別重視學(xué)生專業(yè)理論基礎(chǔ)的實(shí)踐能力培養(yǎng)。汽車與交通工程學(xué)院從2014年成立以來(lái)，一直秉承學(xué)校的指導(dǎo)思想，把實(shí)驗(yàn)教學(xué)及實(shí)驗(yàn)室建設(shè)作為工作重點(diǎn)，迄今為止，根據(jù)學(xué)科和課程，設(shè)置了基礎(chǔ)性、綜合性和研究性實(shí)驗(yàn)室，包括省級(jí)機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心、汽車零部件綠色再制造研究所、車輛交通與安全研究所、廣州市花都全球自動(dòng)變速器再制造工程技術(shù)研究中心、汽車實(shí)驗(yàn)中心等教學(xué)科研機(jī)構(gòu)和平臺(tái)。但是受到實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地和經(jīng)費(fèi)等的限制，目前已有的實(shí)驗(yàn)條件仍然不能滿足教學(xué)和科研的需求。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)將面向全院汽車工程類專業(yè)建設(shè)立體化、多層次的虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)，從相同的專業(yè)基礎(chǔ)課程（如汽車構(gòu)造等）開始，縱向結(jié)合其他專業(yè)必修課和專業(yè)選修課，最大程度地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)仿真項(xiàng)目設(shè)計(jì)，并橫向跨越大學(xué)四年時(shí)間，形成模塊化的虛擬實(shí)驗(yàn)課程體系，最大限度地實(shí)現(xiàn)資源共享。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)踐平臺(tái)將涵蓋車輛工程、汽車服務(wù)工程、交通運(yùn)輸?shù)葘I(yè)領(lǐng)域，有利于促進(jìn)科研成果向教學(xué)資源的轉(zhuǎn)化，將為高水平應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

四、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)方案

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)方案按照“兩橫兩縱”的布局實(shí)施：

“一橫”：體現(xiàn)車輛工程、汽車服務(wù)工程及交通運(yùn)輸?shù)榷鄬W(xué)科的橫向融合，突出多學(xué)科交叉，優(yōu)勢(shì)虛擬仿真資源共享、互相支持、互補(bǔ)的特點(diǎn)。三個(gè)專業(yè)可根據(jù)差異化的人才培養(yǎng)要求，對(duì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)K進(jìn)行組合，實(shí)現(xiàn)工程創(chuàng)新、人才培養(yǎng)的要求。

“二橫”：虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)K橫跨大學(xué)四年，覆蓋四年的專業(yè)課程教學(xué)。一年級(jí)以科創(chuàng)興趣小組為主進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)，二、三年級(jí)結(jié)合專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，四年級(jí)可以結(jié)合專業(yè)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容自主選擇實(shí)驗(yàn)?zāi)K。

“一縱”：從專業(yè)核心基礎(chǔ)課到專業(yè)拓展課，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)K開發(fā)的培養(yǎng)目標(biāo)層實(shí)現(xiàn)遞進(jìn)式推進(jìn)。

“二縱”：依托教師科研和校企合作，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)K設(shè)計(jì)不斷融入最新的科研成果，實(shí)現(xiàn)科研成果向教學(xué)內(nèi)容的轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的動(dòng)態(tài)更新。

五、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)實(shí)施方法

1.完成虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源建設(shè)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的建設(shè)，主要分為以下幾類：（1）虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)：購(gòu)買具有實(shí)驗(yàn)過程管理功能的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件，可以按系統(tǒng)一級(jí)集成到本平臺(tái)中。在開放式虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的管理和共享平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊提供與第三方系統(tǒng)的接口和管理界面，允許第三方的虛擬實(shí)驗(yàn)以服務(wù)的方式提供虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、操作、指導(dǎo)和批改。（2）虛擬實(shí)驗(yàn)課程：在平臺(tái)的教學(xué)管理框架的基礎(chǔ)上構(gòu)建實(shí)驗(yàn)課程。在課程管理界面提供實(shí)驗(yàn)仿真軟件上傳的接口。在課程資源管理部分，則提供實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書、實(shí)驗(yàn)報(bào)告批改等信息。（3）虛擬實(shí)驗(yàn)軟件：由第三方或本校教師設(shè)計(jì)制作實(shí)驗(yàn)教學(xué)仿真軟件。本系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)模塊提供接口，將現(xiàn)有的軟件集成到開放式虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的管理和共享平臺(tái)中。endprint

2.完成網(wǎng)站功能模塊的建設(shè)。完成網(wǎng)站功能模塊的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)以下系統(tǒng)操作及管理功能：（1）實(shí)驗(yàn)教務(wù)管理：根據(jù)教務(wù)部門制訂的教學(xué)計(jì)劃，將課程庫(kù)、培養(yǎng)計(jì)劃、學(xué)期信息和排課信息錄入或?qū)胂到y(tǒng)，以便教師和學(xué)生在網(wǎng)上開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，為教師和學(xué)生查詢各種實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息提供便利。（2）實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)管理：根據(jù)開課計(jì)劃進(jìn)行實(shí)驗(yàn)安排，查看學(xué)生實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)及實(shí)驗(yàn)報(bào)告，評(píng)閱實(shí)驗(yàn)報(bào)告并評(píng)定成績(jī)。（3）實(shí)驗(yàn)過程實(shí)時(shí)指導(dǎo)：在學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中，對(duì)于學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集等，提供實(shí)時(shí)的監(jiān)控和指導(dǎo)。（4）實(shí)驗(yàn)報(bào)告自動(dòng)評(píng)閱：學(xué)生在系統(tǒng)提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告后，系統(tǒng)對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告及預(yù)習(xí)報(bào)告進(jìn)行自動(dòng)批改，評(píng)定成績(jī)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中的錯(cuò)誤自動(dòng)給出修改意見。（5）互動(dòng)交流功能：在互動(dòng)交流模塊中，可以實(shí)現(xiàn)師生在線交流功能。（6）系統(tǒng)管理：系統(tǒng)管理員對(duì)系統(tǒng)用戶、賬號(hào)和實(shí)驗(yàn)學(xué)生進(jìn)行管理，并提供文件下載、上傳等功能。

六、結(jié)語(yǔ)

構(gòu)建滿足汽車工程相關(guān)專業(yè)特殊要求的專業(yè)平臺(tái)——“汽車工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”，主要解決了兩大問題，一是解決了實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地有限、實(shí)驗(yàn)設(shè)備落后、實(shí)物場(chǎng)館投資過大的局限，二是解決了不同專業(yè)之間汽車工程大類課程的實(shí)驗(yàn)課程融合共享問題，使學(xué)生通過該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提升應(yīng)用創(chuàng)新實(shí)踐能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]潘公宇，江浩斌，劉志強(qiáng)，楊曉峰，耿國(guó)慶.車輛工程專業(yè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的設(shè)計(jì)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2017，（04）：1-5.

[2]宋正河，陳度，董向前，杜岳峰，李海濤，張學(xué)敏.機(jī)械與農(nóng)業(yè)工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)規(guī)劃與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2017，（01）：5-9.

[3]左玉生.淺析國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)——以東南大學(xué)為例[J].中國(guó)高?？萍?，2016，（04）：54-55.

Abstract：At present，there are many problems in the experimental teaching of automotive engineering，such as a single teaching system，fewer students' chances of practice and slow updating of experimental equipment. It seriously restricts the quality of the training of applied technical personnel in the automotive industry. Therefore，the establishment of a complete vehicle engineering experimental teaching system and virtual simulation teaching platform is of important and far-reaching significance for exploring new models of professional teaching and training new talents.

Key words：automobile industry；experiment teaching；virtual simulation experiment platformendprint