虛擬仿真技術(shù)在特種車輛底盤教學(xué)中的應(yīng)用

姚春江 陽能軍 周永濤 幕邊好

摘要：立足特種車輛底盤教學(xué)現(xiàn)狀，貼近部隊(duì)實(shí)戰(zhàn)，加快培養(yǎng)新型軍事人才培養(yǎng)，將現(xiàn)代教育技術(shù)手段融入課程教學(xué)。本文首先剖析特種車輛底盤教學(xué)條件滯后、教學(xué)手段和方法與實(shí)戰(zhàn)存在差距、實(shí)踐教學(xué)條件開設(shè)困難等問題。然后結(jié)合課程特色，將虛擬仿真技術(shù)融入到課程教學(xué)中，探討了在原理結(jié)構(gòu)理論教學(xué)、維修訓(xùn)練實(shí)踐教學(xué)及訓(xùn)練考核中的應(yīng)用，解決了課程教學(xué)中存在的不足，為課程教學(xué)改革開辟了一條新思路。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真；特種車輛底盤；教學(xué)

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）22-0178-03

近年來，部隊(duì)武器裝備現(xiàn)代化、智能化程度越來越高，隨著部隊(duì)任務(wù)使命的多元化發(fā)展、部隊(duì)實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練的不斷加強(qiáng)，對部隊(duì)高素質(zhì)人才的要求越來越高。時代發(fā)展要求部隊(duì)院校能夠加快培養(yǎng)現(xiàn)代化、信息化、智能化條件下的新型軍事人才。培養(yǎng)能打仗、打勝仗的軍事人才已成為部隊(duì)院校的當(dāng)務(wù)之急。特種車輛底盤是武器裝備的運(yùn)輸平臺，其性能決定作戰(zhàn)效能的發(fā)揮，是部隊(duì)武器裝備的重要組成部分。虛擬仿真技術(shù)作為現(xiàn)代化教學(xué)的重要手段，是部隊(duì)院校教育的有力支撐。世界發(fā)達(dá)國家非常重視虛擬仿真技術(shù)的教學(xué)技術(shù)研究，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)。美軍使用計(jì)算機(jī)模擬裝備對實(shí)裝系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)制，使學(xué)員可以在虛擬仿真環(huán)境中對裝備進(jìn)行認(rèn)知、操作、維修訓(xùn)練工作；美軍對飛行員培養(yǎng)過程中采用浸入式模擬駕駛方式，打破時間和空間限制；美軍建成了潛艇和水面艦艇駕駛訓(xùn)練模擬設(shè)備，可以模擬在低能見度等復(fù)雜環(huán)境的訓(xùn)練。

虛擬仿真技術(shù)為部隊(duì)院校教學(xué)的教學(xué)手段開辟了一條新方法。為此，本文結(jié)合特種車輛底盤教學(xué)的現(xiàn)實(shí)情況，首先分析課程教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問題，然后具體研究虛報(bào)仿真技術(shù)在物特種車輛底盤教學(xué)中的具體應(yīng)用。

一、當(dāng)前特種車輛底盤教學(xué)存在的不足

（一）教學(xué)裝備的發(fā)展嚴(yán)重滯后于部隊(duì)特種車輛底盤技術(shù)的發(fā)展

近年來，隨著強(qiáng)軍目標(biāo)的不斷推進(jìn)，部隊(duì)裝備更新?lián)Q代不斷加速，新型武器裝備不斷列裝。特種車輛底盤作為裝備的運(yùn)載平臺，其大型化、信息化、智能化程度越來越高。而軍隊(duì)院校隨著改革的不斷深入，承擔(dān)的教學(xué)層次越來越多，教學(xué)任務(wù)日益加重。但是特種車輛底盤的實(shí)踐教學(xué)條件無論在數(shù)量上還是在質(zhì)量上，都存在著明顯的滯后。一些新型系統(tǒng)、總成，信息化、智能化設(shè)備沒有實(shí)物，僅由教員進(jìn)行演示教學(xué)，很難讓學(xué)員吃透重點(diǎn)、難點(diǎn)。能夠開出的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，由于設(shè)備臺套數(shù)不足，不能讓每一名學(xué)員獨(dú)自動手操作，學(xué)習(xí)效果不太理想。同時，開出的實(shí)踐性環(huán)節(jié)由于設(shè)備老舊，與部隊(duì)新型特種車輛底盤存在較大的技術(shù)差異，使教學(xué)針對性較差。因此，運(yùn)用信息化技術(shù)、虛擬仿真技術(shù)，可以仿真特種車輛的工作原理、結(jié)構(gòu)與維修實(shí)踐，能夠有效解決特種車輛底盤教學(xué)裝備滯后問題。

（二）教學(xué)手段與方法與部隊(duì)實(shí)戰(zhàn)化存在一定差距

隨著我軍改革強(qiáng)軍的步伐不斷推進(jìn)，大量新型裝備服役，部隊(duì)使命任務(wù)不斷調(diào)整和擴(kuò)展，在這種環(huán)境下，部隊(duì)急需適應(yīng)部隊(duì)發(fā)展的新型軍事人才。但是，軍隊(duì)院校在特種車輛底盤教學(xué)過程中仍存在著在課堂上講原理、講結(jié)構(gòu)，輕實(shí)踐的現(xiàn)象，課堂的效率比較低，學(xué)員不能全面深入理解裝備結(jié)構(gòu)、工作原理。雖然對特種車輛底盤的課程教學(xué)進(jìn)行了深入研究，仍與部隊(duì)裝備的快速發(fā)展、部隊(duì)對人才的需要存在一定的差距。近年來，軍隊(duì)院校實(shí)現(xiàn)了本科教育與首次任職相接合，這更加要求軍校剛畢業(yè)的學(xué)員能夠盡快獨(dú)當(dāng)一面，能夠承擔(dān)起針對性極強(qiáng)的裝備操作、維護(hù)等工作，滿足首次任職的需求。特種車輛底盤存在實(shí)踐環(huán)節(jié)不足、教學(xué)裝備不全等問題，導(dǎo)致學(xué)員沒有充分的機(jī)會開展特種車輛底盤操作、使用、維護(hù)和維修實(shí)踐，較難適應(yīng)首次任職的需求。

（三）實(shí)踐教學(xué)受到時間、空間和裝備的限制，開設(shè)困難，成本昂貴

軍隊(duì)院校對實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，尤其是實(shí)裝實(shí)訓(xùn)教學(xué)的要求越來越高，特種車輛底盤是武器裝備的重要組成部分，因裝備管理的相關(guān)要求，一些實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容無法正常開展，以致難以保證良好的教學(xué)效果。同時，因教學(xué)在時間和空間上的限制，一些教學(xué)活動無法在短時間內(nèi)完成。如發(fā)動機(jī)的拆裝、液力機(jī)械傳動箱的分解再裝，整個過程可能需要數(shù)小時，甚至幾天時間才能完成。另一方面，課程教學(xué)過程中很難深入到系統(tǒng)、總成的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，尤其是運(yùn)動狀態(tài)下的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如液力變矩器的組成與工作原理。因此，受空域、場地、成本等限制，傳統(tǒng)的課堂教學(xué)難以把抽象的知識具體化，很難讓學(xué)員深入理解。運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)可以仿真特種車輛底盤結(jié)構(gòu)、工作原理，可以引領(lǐng)學(xué)員的視角進(jìn)入裝備的內(nèi)部，提高教學(xué)的針對性。

二、虛擬仿真技術(shù)在特種車輛底盤課堂教學(xué)中的應(yīng)用

虛擬仿真技術(shù)是用計(jì)算機(jī)和專用設(shè)備等工具，模擬現(xiàn)實(shí)世界的物體、系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)律、環(huán)境的技術(shù)，具有多感知、臨境感，交互性、自主性等特點(diǎn)。因此，虛擬仿真技術(shù)能夠在特種車輛底盤教學(xué)中構(gòu)建一個有效的教學(xué)環(huán)境，可貫穿課程教學(xué)的始終。

（一）虛擬仿真技術(shù)在特種車輛底盤結(jié)構(gòu)原理教學(xué)中的應(yīng)用

特種車輛底盤課程知識涉及機(jī)械、液壓、電器等各學(xué)科和知識，知識內(nèi)容多，涉及內(nèi)部結(jié)構(gòu)抽象的工作原理，學(xué)員不容易理解，課程知識的重點(diǎn)、難點(diǎn)，學(xué)員不容易掌握。同時特種車輛底盤課程要求學(xué)員對底盤、總成、零部件的結(jié)構(gòu)、裝配關(guān)系要有深入的認(rèn)識，傳統(tǒng)教學(xué)方式是進(jìn)行實(shí)裝參觀，學(xué)員通常是走馬觀花，看不透，看不全，也學(xué)不深，在進(jìn)行零部件講解過程中，也不能把體積大、重量重的零部件搬到課堂，學(xué)員學(xué)不透。因此，以課堂理論教學(xué)為基礎(chǔ)，結(jié)合虛擬仿真技術(shù)，可以為課堂教學(xué)提供圖文并茂、平面三維結(jié)合、形聲兼?zhèn)?、豐富多彩的多種感官綜合的教學(xué)資源，將難以理解的總成結(jié)構(gòu)運(yùn)用三維空間方式展現(xiàn)給學(xué)員，將特種車輛底盤的仿真實(shí)體真實(shí)地搬到課堂上，讓學(xué)員360°全方位對特種車輛進(jìn)行深入學(xué)習(xí)，從整體到局部，從外部到內(nèi)部進(jìn)行深入的認(rèn)知，徹底地學(xué)懂、學(xué)透。同時，將復(fù)雜的工作原理形象化、簡單化，讓學(xué)員從思維、行為上積極參與到課堂教學(xué)活動中，既可以讓學(xué)員深刻掌握理解課程的知識要點(diǎn)，又可以提高學(xué)員主動探索的積極性。液力機(jī)械傳動箱是特種車輛的重要組成部件，集成了液力變矩器、液力緩行器、離合器、變速器等總成，采用傳統(tǒng)的平面圖紙教學(xué)方式，學(xué)員的空間想象能力難以理解結(jié)構(gòu)及其相互關(guān)系，運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)，可以直觀展示液力機(jī)械傳動箱各零部件的總成關(guān)系（如圖1所示），各零部件的結(jié)構(gòu)，學(xué)員容易理解，興趣高。

差速器是特種車輛底盤驅(qū)動橋中非常重要的零部件，其工作原理涉及差速器殼體、行星齒輪、半軸齒輪的結(jié)構(gòu)關(guān)系，工作原理理解困難，多媒體與板書教學(xué)方式，學(xué)員難以理解，興趣不高。運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)，可以在三維空間內(nèi)仿真各零部件的運(yùn)行狀態(tài)（如圖2所示），學(xué)員可以很直觀地認(rèn)識到不同轉(zhuǎn)向時的運(yùn)行關(guān)系，從而加深理解差速器的工作原理。因此，將虛擬仿真技術(shù)運(yùn)用到特種車輛底盤課堂教學(xué)中，可以加深學(xué)員對特種車輛底盤結(jié)構(gòu)的認(rèn)識，對總成與零部件工作原理的理解。

（二）虛擬仿真技術(shù)在特種車輛底盤維修訓(xùn)練教學(xué)中的應(yīng)用

1.虛擬仿真技術(shù)在特種車輛底盤拆裝實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用。特種車輛底盤分解拆裝實(shí)踐教學(xué)是特種車輛底盤課程實(shí)踐的重要組成部分，也是相關(guān)專業(yè)學(xué)員專業(yè)實(shí)習(xí)、第一任職的重要組成部分。特種車輛底盤分解拆裝實(shí)踐教學(xué)也是認(rèn)識學(xué)習(xí)特種車輛底盤總成的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理和功能的重要途徑之一。但是通常因總成與工具數(shù)量、實(shí)踐場地、教學(xué)時間、教學(xué)成本、安全因素等客觀條件的限制，分解再裝的教學(xué)實(shí)踐通常不易展開或不能完全展開，不能達(dá)到學(xué)習(xí)應(yīng)該達(dá)到的效果。運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)，構(gòu)建特種車輛虛擬拆裝系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)每一名學(xué)員對應(yīng)一臺設(shè)備進(jìn)行拆裝教學(xué)，既可以提高教學(xué)的針對性，還可以拆裝一些實(shí)裝無法完成的教學(xué)內(nèi)容。如可以對驅(qū)動橋進(jìn)行精細(xì)的分解拆裝（如圖3所示），而這個實(shí)裝教學(xué)中由于時間、場地問題是無法實(shí)現(xiàn)的。

2.虛擬仿真技術(shù)在特種車輛底盤維修保養(yǎng)訓(xùn)練中的應(yīng)用。維修保養(yǎng)訓(xùn)練是部隊(duì)相關(guān)專業(yè)裝備訓(xùn)練和第一任職非常重要的訓(xùn)練內(nèi)容，也是需要在真實(shí)環(huán)境中才能達(dá)到教學(xué)效果的。傳統(tǒng)教學(xué)方式采用理論講解、實(shí)裝簡單演示的方式，內(nèi)容枯燥，相當(dāng)一部分內(nèi)容講解、理解不到位，學(xué)員興趣不高，也難以達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。虛擬仿真技術(shù)可以模擬維修保養(yǎng)的方式與方法，學(xué)員可以全程演示、操作維修保養(yǎng)過程，提高了興趣和積極性。同時，維修保養(yǎng)訓(xùn)練可以在現(xiàn)場指導(dǎo)初裝訓(xùn)練。如液力機(jī)械傳動箱的保養(yǎng)，通常2—3年保養(yǎng)一次，部隊(duì)許多技術(shù)人員對其保養(yǎng)也掌握不清楚。通過虛擬仿真技術(shù)可以清楚演示和訓(xùn)練操作過程（如圖4所示），提高訓(xùn)練的效果。

3.虛擬仿真技術(shù)在特種車輛底盤訓(xùn)練考核中的應(yīng)用。虛擬仿真技術(shù)的趣味性、真實(shí)性、沉浸性等特點(diǎn)，使學(xué)員能夠自主地投入到虛擬仿真環(huán)境中進(jìn)行深入的學(xué)習(xí)，可以自主控制學(xué)習(xí)的進(jìn)度、方式，也可與系統(tǒng)進(jìn)行交互學(xué)習(xí)或者協(xié)作學(xué)習(xí)。教員可以通過后臺制定學(xué)習(xí)計(jì)劃，全面掌握學(xué)員的學(xué)習(xí)效果（如圖5所示），并可以根據(jù)學(xué)員的學(xué)習(xí)效果，有針對性地調(diào)整、替換或者重新設(shè)計(jì)一些教學(xué)考核訓(xùn)練內(nèi)容，提高教學(xué)的針對性和有效性。

三、總結(jié)

將虛擬仿真技術(shù)引入到特種車輛底盤的教學(xué)過程中是現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展的一種趨勢。它可以使特種車輛底盤的教學(xué)活動具有交互性、自主性、多感性，解決了特種車輛底盤在教學(xué)過程中存在的諸多問題，促進(jìn)了教學(xué)方式方法的改變，提高了教學(xué)質(zhì)量和學(xué)員的能力，是部隊(duì)院校課程教學(xué)必需的。

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