應用型本科院校汽車構造課程虛擬仿真教學系統(tǒng)設計

業(yè)紅玲 王琳

摘 要：針對應用型本科院校對人才培養(yǎng)的要求，結合汽車構造教學中的不足，利用虛擬仿真技術設計汽車構造課程教學系統(tǒng)，為學生提供課堂教學資源，發(fā)揮學生的學習主動性，有效地提高課堂教學質(zhì)量。

關鍵詞：《汽車構造》 虛擬仿真 教學系統(tǒng)

中圖分類號：G6 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2018）01（c）-0240-02

近年來中國汽車產(chǎn)銷量實現(xiàn)大幅度增長，成為全球汽車行業(yè)的主要增長點。在汽車工業(yè)快速發(fā)展及汽車產(chǎn)品自主研發(fā)能力快速提升的同時，市場對汽車專業(yè)人才的需求也不斷增長，一些汽車類專業(yè)如車輛工程、汽車服務工程、交通運輸?shù)认嗬^在各類高校開設。

應用型本科院校是以“實基礎、適口徑、重應用、強素質(zhì)”[1]為目標，重點在于“應用”，將堅實的理論應用于實踐，加強實踐技能的訓練，培養(yǎng)面向社會、地方的高層次應用型人才，滿足社會實際發(fā)展的需要。如各類汽車專業(yè)必開的一門專業(yè)基礎課《汽車構造》。

《汽車構造》是一門理論較為復雜、實踐性很強的課程，通常以汽車總體結構的四大組成部分為主線，讓學生掌握汽車部分的結構特性、組成和工作原理，同時使學生具有一定的分析研究能力和汽車拆裝的動手能力。它是學生接觸的第一門與汽車專業(yè)緊密相關的專業(yè)基礎課，是銜接基礎課程和專業(yè)課程的紐帶，在整個汽車類專業(yè)人才培養(yǎng)方案和課程體系中占有舉足輕重的地位[2]。

然而，在傳統(tǒng)的教學中，《汽車構造》課程的教學現(xiàn)狀如下：（1）課時少，內(nèi)容多?！镀嚇嬙臁氛n程最大的特點就是內(nèi)容廣泛、信息量大，同時還涉及了國內(nèi)外汽車上的一些新工藝、新結構和新技術。（2）教學效果差，教學效率低。在汽車結構中有許多結構復雜的零部件，由于教學資源缺乏，很難直觀地體現(xiàn)汽車零部件的構造、外形、裝配和運動方式。（3）理實難以融合，實踐教學效果不明顯?！镀嚇嬙臁氛n程的實踐教學環(huán)節(jié)由于受場地、師資、時間、環(huán)境、設備等限制，大部分學生處于盲目拆裝，很難與課堂內(nèi)容聯(lián)系在一起，導致實踐教學效果不明顯，達不到培養(yǎng)學生掌握分析汽車各個總成、零部件的結構特點和工作原理基本方法的目的。

綜上所述，在《汽車構造》教學中，為提供大量實踐性和操作性的現(xiàn)場教學情境，幫助學生克服空間想象的障礙，激發(fā)學生的學習興趣，結合計算機技術、虛擬現(xiàn)實技術、人機交互技術、多媒體技術，建立適用于應用型本科高校的《汽車構造》課程虛擬仿真教學系統(tǒng)，以培養(yǎng)出面向工作環(huán)境實操能力和適應能力較強的技術技能應用型人才。

該系統(tǒng)設計分為：總體方案設計、三維交互模型制作、軟件設計和系統(tǒng)調(diào)試等四個階段。

1 系統(tǒng)總體方案設計

針對傳統(tǒng)課堂教學的不足及技能實踐方式受場地、時間、環(huán)境、師資、設備等限制，且有些汽車總成比較笨重的缺陷，本仿真教學系統(tǒng)以普通計算機為操作平臺，以虛擬現(xiàn)實為技術核心，針對大眾1.8T帕薩特轎車實現(xiàn)每個零部件三維交互顯示，即可通過鼠標操作仿真零部件進行放大、縮小、旋轉、移動等，也可實現(xiàn)帕薩特轎車重要總成的裝配、拆解過程；學生通過觀看動畫演示了解汽車零部件的結構、組成、形態(tài)和工作原理，了解汽車總成的裝配與拆解作業(yè)的方法、步驟，即該仿真教學系統(tǒng)能真實地反應汽車零部件的結構、組成、形態(tài)、工作原理以及裝配過程。因此，以“Pro/E建模-3ds Max渲染-Cult 3D交互-VC++系統(tǒng)集成”作為該仿真教學系統(tǒng)總體設計方案，系統(tǒng)總體方案設計流程如圖1所示。

2 三維交互模型制作

該虛擬仿真教學系統(tǒng)三維交互模型制作首先是利用游標卡尺等工具測繪大眾1.8T帕薩特轎車所有零部件，運用Pro/E按實際零部件大小、形狀、結構進行三維建模，并通過3ds MAX對模型進行了修改、渲染、貼圖、分解、組合、切割等處理，再利用人機交互軟件Cult3D對所有零部件進行交互處理并顯示。

3 軟件設計

3.1 軟件系統(tǒng)框架設計

根據(jù)教學系統(tǒng)功能設計要求和面向對象的程序設計基本思想，可將軟件系統(tǒng)分為4個子系統(tǒng)，即帕薩特轎車仿真訓練子系統(tǒng)、三維交互模型和拆裝模型庫、電子圖冊、維護保養(yǎng)，仿真教學系統(tǒng)組成如圖2所示。

3.2 軟件功能設計

根據(jù)汽車構造課程教學要求，帕薩特轎車仿真訓練子系統(tǒng)又分為發(fā)動機、底盤和汽車電氣三個模塊，每個模塊包括以下3個主要功能：汽車零件庫的調(diào)用與三維交互顯示即根據(jù)教學需要，可以調(diào)用全車仿真零部件，可以對任意一個零部件進行任意旋轉、移動、縮放等三維交互顯示；這是本系統(tǒng)的重要功能之一；工作原理演示即通過三維仿真動畫和平面動畫相結合，對一些重要總成及零部件的工作原理進行演示；拆裝訓練模型庫的調(diào)用與仿真即調(diào)用全車拆裝訓練仿真模型庫，對帕薩特轎車的重要總成進行虛擬拆裝模擬訓練，這也是本系統(tǒng)的重要功能之一。

4 系統(tǒng)調(diào)試

系統(tǒng)調(diào)試方法采用黑盒調(diào)試方法，使用手工調(diào)試該系統(tǒng)軟件進行調(diào)試。結合被調(diào)試軟件的自身特點，調(diào)試內(nèi)容包括不同Windows平臺調(diào)試、系統(tǒng)功能實現(xiàn)調(diào)試、安裝性調(diào)試、人機交互界面調(diào)試和邊界調(diào)試等。此系統(tǒng)集成后分別在Windows XP、Windows 7和Windows 2003等操縱系統(tǒng)平臺上進行調(diào)試，先后出現(xiàn)該系統(tǒng)的一些三維仿真模型在系統(tǒng)調(diào)用時出現(xiàn)丟失，不能顯示，有一些AVI格式視頻文件不能播放，復雜三維交互模型加載時間較長等問題，需要經(jīng)過反復調(diào)試。通過軟件調(diào)試實現(xiàn)了該系統(tǒng)零件庫的調(diào)用與三維交互顯示、拆裝訓練模型庫的調(diào)用與仿真、零部件工作原理演示、維護保養(yǎng)以及新型汽油車電子圖冊的翻閱等功能。

隨著汽車技術的發(fā)展，此教學系統(tǒng)還可結合新技術、新工藝和新結構不斷更新，為汽車構造課程現(xiàn)代化教學提供有力的資源，同時通過該系統(tǒng)提供實踐性教學化靜態(tài)為動態(tài)、抽象為具體、復雜為簡單，使學生真正掌握課程知識，提高學生學習的主動性，為后續(xù)專業(yè)課學習打下堅實基礎，培養(yǎng)出社會需要的高層次應用技能型人才。

參考文獻

[1] 董毅.構建應用型人才培養(yǎng)質(zhì)量標準體系的探索[J].合肥學院學報：自然科學版，2013（2）：57-61.

[2] 張為春.《汽車構造》課程教學改革[J].科技信息， 2010（29）：601.