汽車發(fā)動機拆裝實踐虛實結(jié)合教學(xué)模式探索

魏曉旭 田哲文

[摘 要]針對汽車發(fā)動機拆裝實踐傳統(tǒng)教學(xué)模式的局限性，提出基于虛擬結(jié)合的實踐教學(xué)模式并闡述其發(fā)展必要性，針對非汽車專業(yè)學(xué)生開展基于時間碎片式的虛實結(jié)合發(fā)動機拆裝競賽策略。具體實施方案采用先進行桌面三維動畫虛擬仿真拆裝，再進行真實環(huán)境實際拆裝的“兩段式”虛實結(jié)合教學(xué)形式，二者同中有異，循序漸進、逐步提高。實踐表明，汽車發(fā)動機拆裝虛實結(jié)合的教學(xué)模式能夠提高學(xué)生對發(fā)動機構(gòu)造及原理學(xué)習(xí)的興趣，豐富實踐教學(xué)形式，降低實驗設(shè)備損耗，避免由于實驗設(shè)備匱乏影響教學(xué)效果。

[關(guān)鍵詞]虛實結(jié)合；發(fā)動機拆裝；實踐教學(xué)；教學(xué)模式

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2018）07-0096-03

隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)信息化技術(shù)的快速發(fā)展，虛擬仿真實驗技術(shù)日趨成熟與完善，越來越多的虛擬仿真資源被應(yīng)用于教學(xué)活動中。為推進各高校實驗教學(xué)信息化建設(shè)和創(chuàng)新實驗教學(xué)模式，2013年教育部啟動國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)工作，以提高高等院校學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力[1]，2017年在高校實驗教學(xué)改革和實驗教學(xué)項目信息化建設(shè)的基礎(chǔ)上，開展示范性虛擬仿真實驗教學(xué)項目建設(shè)工作。

汽車發(fā)動機拆裝是車輛工程、能源與動力工程和汽車服務(wù)工程等相關(guān)專業(yè)本科生重要的校內(nèi)實踐環(huán)節(jié)。該實踐環(huán)節(jié)在汽車構(gòu)造課程和汽車理論課程課堂教學(xué)完成后進行或是與課堂教學(xué)同步進行，其主要目的是使學(xué)生鞏固和加深課堂所學(xué)知識，對發(fā)動機構(gòu)造有感性認識，激發(fā)學(xué)生獨立思考和處理問題的潛能，突出“學(xué)生為主體，教師為輔助”，以培養(yǎng)學(xué)生團隊協(xié)作能力和實際動手的能力[2]。

一、開展虛實結(jié)合實踐教學(xué)模式的必要性

汽車發(fā)動機拆裝實踐現(xiàn)階段還是基本沿用傳統(tǒng)教學(xué)模式，受制于教學(xué)設(shè)備昂貴、教學(xué)設(shè)備不足等因素影響，這種教學(xué)模式存在一定的局限性，不利于學(xué)生長足發(fā)展[3][4][5]。

為防止學(xué)生盲目拆裝，以及由于操作不規(guī)范而造成實驗設(shè)備損耗率較高這種情況的發(fā)生，教師會先將拆裝過程進行理論分步講解，然后要求學(xué)生按照指導(dǎo)書操作，完成拆裝過程。這個過程會導(dǎo)致學(xué)生只知其然，而不知其所以然，無法調(diào)動學(xué)生的積極性，不利于培養(yǎng)學(xué)生的獨立思考能力。通過虛實結(jié)合的教學(xué)模式，學(xué)生在實際動手操作前，可以先進行虛擬拆裝，對發(fā)動機總成、系統(tǒng)、零件有整體的認知，這能讓學(xué)生作為發(fā)動機拆裝實踐的主體[6]，同時降低了零件丟失或損壞的幾率，提高了實驗設(shè)備的壽命，保證了教學(xué)質(zhì)量[7][8][9]。

發(fā)動機真實拆裝選用上汽通用五菱1.2L排量發(fā)動機，虛擬拆裝平臺則選用AJR發(fā)動機，二者既存在相同點，又存在差異，虛實結(jié)合的教學(xué)模式有利于開闊學(xué)生的視野，讓學(xué)生了解不同種類的發(fā)動機，激發(fā)他們自主探究的潛能。

由于近年來高校不斷擴招，導(dǎo)致實驗設(shè)備相對匱乏，發(fā)動機拆裝實踐一般為8～10個學(xué)生共用一套翻轉(zhuǎn)臺架設(shè)備[10]。盡管每組的學(xué)生都會被安排不同的工作崗位，如拍照、記錄、準備工具、實際操作等，且采用輪崗制，也只能保證部分學(xué)生能夠有機會參與實際動手拆裝。虛實結(jié)合的教學(xué)模式打破了傳統(tǒng)單一的實踐教學(xué)形式，其通過計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、三維動畫技術(shù)，生動直觀的表現(xiàn)形式，將汽車發(fā)動機展現(xiàn)在每位學(xué)生面前，讓學(xué)生通過簡單操作，掌握發(fā)動機的拆裝過程，認知發(fā)動機結(jié)構(gòu)，思考發(fā)動機各系統(tǒng)的工作過程。發(fā)動機虛擬拆裝平臺不受實踐場地的制約，學(xué)生可以在宿舍、自習(xí)教室等場所操作，這可以形成良好的學(xué)習(xí)氛圍，豐富學(xué)生課下學(xué)習(xí)資源。

二、發(fā)動機拆裝虛實結(jié)合實踐教學(xué)模式實施方案

虛實結(jié)合實踐教學(xué)模式主要包括以虛擬仿真系統(tǒng)為實踐環(huán)境的虛擬操作和以真實實驗設(shè)備為實踐環(huán)境的真實操作。根據(jù)實踐的性質(zhì)和內(nèi)容不同，虛實結(jié)合實踐教學(xué)可分為虛實分段、虛實交替、虛實融合等三種形式。本文采用“兩段式”虛實分段的教學(xué)形式，即先進行桌面三維動畫仿真拆裝，再進行真實環(huán)境實際拆裝，按照熟悉、掌握、運用的步驟，循序漸進、逐步提高，具體實施方案如圖1所示。

（一）汽車發(fā)動機拆裝虛擬仿真環(huán)境

該虛擬仿真平臺由發(fā)動機組成認知模塊、發(fā)動機虛擬拆裝練習(xí)模塊、發(fā)動機虛擬拆裝考試模塊三部分組成。

發(fā)動機組成認知模塊通過動畫和視頻形式詳細且全面地講解發(fā)動機工作原理、各系統(tǒng)組成及零部件功能與位置，生動形象地展示發(fā)動機拆裝工具的使用方法及注意事項，有利于幫助學(xué)生復(fù)習(xí)與鞏固課堂所學(xué)理論知識，同時為發(fā)動機拆裝奠定基礎(chǔ)。

發(fā)動機虛擬拆裝練習(xí)模塊和考試模塊均由六部分組成——三拆三裝：外圍部件拆卸、配氣機構(gòu)及氣缸蓋拆卸、活塞連桿組拆卸、活塞連桿組安裝、配氣機構(gòu)及氣缸蓋安裝、外圍機構(gòu)安裝。二者差別在于，虛擬拆裝練習(xí)模塊會用操作提示框提示學(xué)生當前步驟需要操作的零部件名稱、所需拆裝工具、標準步驟視頻及操作信息提醒。以拆卸節(jié)氣門體側(cè)發(fā)動機蓋板支架為例，如圖2所示，學(xué)生需要找到蓋板支架所在位置，然后根據(jù)緊固件的類型及型號，進入工具臺選擇相應(yīng)的拆裝工具（如套筒、扳手等），虛擬平臺會判斷零部件是否選擇正確，工具是否合理。相對于練習(xí)模塊，考試模塊難度相對比較大，作為課下復(fù)習(xí)和興趣挑戰(zhàn)開放，學(xué)生只需完成發(fā)動機虛擬拆裝練習(xí)模塊中的六個部分即可進入真實拆裝環(huán)節(jié)。

（二）汽車發(fā)動機拆裝真實操作環(huán)境

發(fā)動機拆裝真實操作對象為上汽通用五菱的汽油機，通過對發(fā)動機實物的觀察、拆卸、安裝和思考，學(xué)生能充分認識發(fā)動機的構(gòu)造組成，詳細了解往復(fù)活塞式汽油發(fā)動機的工作機理，曲柄連桿機構(gòu)運動過程，熟悉發(fā)動機各個主要組成部件的基本功用及其在結(jié)構(gòu)上的相互聯(lián)系。

發(fā)動機拆裝實際操作過程由發(fā)動機電控系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、進排氣系統(tǒng)、點火系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、配氣機構(gòu)、曲柄連桿機構(gòu)的拆卸和發(fā)動機整體裝配八個子項目組成，區(qū)別于虛擬拆裝平臺整體概括的認知，能讓學(xué)生細致深入地了解發(fā)動機構(gòu)造，體會潤滑系統(tǒng)油道的真實存在。

（三）時間碎片式發(fā)動機拆裝競賽虛實結(jié)合策略

“兩段式”虛實分段的教學(xué)形式主要是針對汽車相關(guān)專業(yè)學(xué)生在培養(yǎng)計劃內(nèi)的實踐環(huán)節(jié)，對于發(fā)動機感興趣的學(xué)生則采用時間碎片式虛實結(jié)合的競賽策略，以拓展和豐富學(xué)生的業(yè)余生活。

1.時間碎片式發(fā)動機虛擬拆裝練習(xí)環(huán)節(jié)

發(fā)動機虛擬拆裝平臺為C/S架構(gòu)，服務(wù)器端24小時開放，學(xué)生可以在校園網(wǎng)接入的任何時間、任何地點登入學(xué)生端平臺進行發(fā)動機虛擬拆裝競賽練習(xí)，也可以提前進入競賽模式熟悉操作過程。發(fā)動機虛擬拆裝平臺教師端能夠?qū)崟r查詢學(xué)生的練習(xí)情況，了解學(xué)生的參與情況和知識掌握程度，及時調(diào)整競賽環(huán)節(jié)的內(nèi)容安排等。通過對參賽選手的拆裝練習(xí)數(shù)據(jù)進行詳細分析，進行首輪淘汰，篩選出一定比例的選手參加發(fā)動機虛擬拆裝集中競賽環(huán)節(jié)。

2.發(fā)動機虛擬拆裝集中競賽環(huán)節(jié)

發(fā)動機虛擬拆裝集中競賽環(huán)節(jié)安排在統(tǒng)一管理的機房內(nèi)，排除因計算機配置、互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)速等客觀因素差異影響選手的參賽成績。競賽模式采用小組三名學(xué)生累加計分，在制定時間內(nèi)，參賽隊員每人輪流完成發(fā)動機虛擬拆裝子項目：兩個指定項目，一個隨機項目。團隊協(xié)作的競賽模式，不僅能考驗學(xué)生的個人素質(zhì)，還能考驗團隊的整體時間規(guī)劃和作戰(zhàn)能力：是將時間分配到指定項目多一些，盡可能保證確定項目的分數(shù)，還是顧全整體平均分配三個項目的時間，利用隨機項目的分數(shù)彌補。一個簡單的發(fā)動機虛擬拆裝競賽，可以讓學(xué)生了解團隊協(xié)作的重要性，學(xué)會團隊間的溝通合作，服從團隊內(nèi)部的決定，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)知識的同時深刻體會團隊精神的精髓。

3.發(fā)動機實物拆裝競賽環(huán)節(jié)

根據(jù)發(fā)動機虛擬拆裝集中競賽環(huán)節(jié)的成績篩選若干組進行發(fā)動機實物拆裝，競賽模式同樣采用三名學(xué)生一組完成競賽，以準備率為主要衡量指標，競賽用時為次要指標。與發(fā)動機虛擬拆裝競賽不同的是其需要三名選手同時參與，分工不同，共同操作完成競賽，非輪流操作。同樣是團隊協(xié)作的競賽模式，這種模式側(cè)重學(xué)生多人合作，各司其職的能力素質(zhì)培養(yǎng)。

三、發(fā)動機拆裝虛實結(jié)合實踐教學(xué)模式的初步成效

虛實結(jié)合的教學(xué)模式在發(fā)動機拆裝實踐環(huán)節(jié)應(yīng)用后取得了良好的效果。

隨機對兩個班的75名學(xué)生做調(diào)查，虛實結(jié)合的實踐教學(xué)模式得到幾乎所有學(xué)生的認可，學(xué)生表示完成發(fā)動機虛擬拆裝猶如在玩一款小游戲，可以在放松的同時學(xué)習(xí)和鞏固理論知識。這種教學(xué)模式可以充分調(diào)動學(xué)生的積極性與學(xué)習(xí)熱情，學(xué)生普遍反映虛實結(jié)合的競賽形式比較新穎，第一次可以在寢室，在自習(xí)教室操作專業(yè)課程軟件。在實際拆裝中，學(xué)生幾乎是獨立完成，與虛擬平臺的學(xué)習(xí)過程進行對比，學(xué)生更側(cè)重于發(fā)現(xiàn)問題，思考分析，最終解決問題，成為實踐環(huán)節(jié)的主體。學(xué)生對新形式的發(fā)動機拆裝競賽接受度與參與度較高。

實踐教學(xué)在整個工程教育中具有重要意義，很多現(xiàn)代教學(xué)方法被用于發(fā)動機拆裝實踐環(huán)節(jié)，如基于行為導(dǎo)向教學(xué)法、基于工作過程的教學(xué)模式、以問題為導(dǎo)向的教學(xué)方法等，以此發(fā)揮學(xué)生的主體作用，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，但這些不利于降低儀器設(shè)備的經(jīng)費投入。虛實結(jié)合的實踐教學(xué)模式有助于減少實驗儀器設(shè)備的消耗，并且增大了操作實驗儀器設(shè)備的安全可靠性。

通過虛實結(jié)合的實踐教學(xué)模式，教師可以對學(xué)生進行全面的評價，綜合考慮學(xué)生在虛擬仿真環(huán)節(jié)與真實環(huán)境中的表現(xiàn)，這種評價更具有客觀性。虛實結(jié)合實踐教學(xué)模式有助于加強教學(xué)團隊隊伍建設(shè)，加大對現(xiàn)代教育技術(shù)的投入，使廣大專業(yè)教師了解虛擬現(xiàn)實技術(shù)，運用和開發(fā)本課程的仿真系統(tǒng)，掌握虛實結(jié)合實踐教學(xué)的規(guī)律。

四、結(jié)語

汽車發(fā)動機拆裝虛實結(jié)合教學(xué)模式的實踐，提高了學(xué)生對發(fā)動機構(gòu)造及原理的學(xué)習(xí)興趣，豐富了實踐教學(xué)形式，降低了實驗設(shè)備損耗，避免由于實驗設(shè)備匱乏影響教學(xué)效果。虛實結(jié)合的實踐教學(xué)模式深受學(xué)生歡迎，虛擬拆裝平臺打破了設(shè)備和場地的制約，真實拆裝環(huán)境培養(yǎng)了學(xué)生的團隊合作意識，提高了學(xué)生的動手能力，激發(fā)了學(xué)生的積極性與創(chuàng)新意識，為汽車專業(yè)其他實踐如變速器、制動器、驅(qū)動橋等的探索奠定了基礎(chǔ)。在后續(xù)研究探索中，擬嘗試利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)代替桌面式虛擬拆裝平臺，更真實地讓學(xué)生體現(xiàn)虛擬拆裝，加強信息技術(shù)與高等教育實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的深度融合，提高教學(xué)質(zhì)量和效果，強化實踐育人的重要意義。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 關(guān)于開展國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)工作的通知[EB/OL].[2013-8-13]. http：//www.moe.gov.cn/s78/A08/A08_gggs/A08_sjhj/201308/t20130821_156121.html.

[2] 魏曉旭，田哲文.PBL教學(xué)方法在汽車拆裝實訓(xùn)中的應(yīng)用探索[J].黑龍江教育（理論與實踐），2016（4）：72-73.

[3] 梁焰賢.基于行為導(dǎo)向教學(xué)法在《汽車發(fā)動機拆裝》課程教學(xué)實踐的思考[J].廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2015（1）：91-95.

[4] 張朝杰.基于工作過程的《發(fā)動機拆裝與檢修》教學(xué)模式研究[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2012（9）：167.

[5] 朱建能，周繼偉，吳正洪，等.基于嚴謹規(guī)范、多層次施教的發(fā)動機拆裝教學(xué)實踐[J].讀寫算：教育教學(xué)研究，2012（16）：277-279.

[6] 盛蘇英.開放式虛實結(jié)合實驗教學(xué)探索與實踐[J].實驗科學(xué)與技術(shù)，2014（1）：98-101.

[7] 李金華，姚芳萍.虛實結(jié)合的數(shù)控機床實驗教學(xué)模式探索與實踐[J].實驗室科學(xué)，2015（4）：65-67.

[8] 楊建良.電類基礎(chǔ)課程實驗教學(xué)“虛實結(jié)合”模式的構(gòu)建[J].實驗室研究與探索，2014（7）：101-104.

[9] 徐加放，王志遠，高永海，等.虛實結(jié)合的海洋油氣工程實踐教學(xué)平臺的構(gòu)建[J].實驗技術(shù)與管理，2015（12）：112-115.

[10] 李榮，臧杰，楊兆，等.面向“卓越工程師”培養(yǎng)的發(fā)動機拆裝虛擬教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計[J].中國冶金教育，2013（4）：14-16.

[責(zé)任編輯：陳 明]