闖關(guān)式發(fā)動機修理在線教學(xué)系統(tǒng)方案設(shè)計

孫志丹 冉東岳 馬冬冬 王斌 宋勝利

摘要：文章介紹的系統(tǒng)是將發(fā)動機修理相關(guān)知識和技能以闖關(guān)進階的方式進行教學(xué)的在線系統(tǒng)，主要講解系統(tǒng)的功能、評價體系和系統(tǒng)架構(gòu)。

關(guān)鍵詞：闖關(guān)式教學(xué);發(fā)動機修理;在線系統(tǒng)

中圖分類號：G642.41? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）52-0223-03

一、引言

發(fā)動機修理是一項煩瑣且復(fù)雜的工作，也是教學(xué)的一個難點，如果按部就班地教學(xué)，學(xué)生不容易記住和掌握修理知識。闖關(guān)式發(fā)動機修理在線教學(xué)系統(tǒng)將發(fā)動機修理所需的知識、技巧和方法融入在一起，并結(jié)合游戲元素，采用闖關(guān)晉級等手段，從而激發(fā)學(xué)生的興趣，達(dá)到寓教于樂的效果。

二、系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)包括三大模塊，若干子模塊，功能如圖1所示：

用戶管理模塊中，除了【登錄注冊】、【修改密碼】、【刪除用戶】等基本功能外，重點是可以對用戶（訓(xùn)練人員）的等級進行管理，訓(xùn)練人員的等級包括技工、技師、高級技師三級，其中技工包括初級、中級、高級三個層次。新用戶注冊后，默認(rèn)等級為初級技工，經(jīng)過【維修闖關(guān)】后可以晉級，也可以在【等級管理】模塊中進行配置。

題庫管理主要實現(xiàn)題庫的上傳、編輯與生成功能。此外，個人闖關(guān)評測或多人比賽后，可以在線評分。

個人評測是從發(fā)動機的基本原理、故障診斷與排除等角度對學(xué)生的知識水平和能力進行測評，測評或闖關(guān)通過后，用戶可以升級，相應(yīng)的等級可以提高。

三、系統(tǒng)架構(gòu)

（一）架構(gòu)方式

系統(tǒng)采用BS架構(gòu)，即服務(wù)器（Server）/瀏覽器（Browser）架構(gòu)方式，同時充分發(fā)揮客戶端的CPU、內(nèi)存等硬件資源。系統(tǒng)部署圖如圖2所示：

圖2中，系統(tǒng)主要包括服務(wù)端與客戶端兩大部分，中間采用以太網(wǎng)相連。其中服務(wù)端包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、Tomcat服務(wù)器和Web Service服務(wù)器，分別用于存放管理數(shù)據(jù)、對外提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和Web Service服務(wù)。客戶端可以有多種形式，包括筆記本電腦、臺式機、手機等。

（二）技術(shù)架構(gòu)

系統(tǒng)采用SSM軟件技術(shù)架構(gòu)，即Spring+Spring MVC+MyBatis方式，分別實現(xiàn)業(yè)務(wù)層邏輯處理、表示層控制和持久化管理等功能，如圖3所示。

從圖3可以看出，數(shù)據(jù)庫處理層用于對數(shù)據(jù)進行管理，并持久化到數(shù)據(jù)庫，同時為業(yè)務(wù)邏輯層和Web Service服務(wù)層提供數(shù)據(jù)接口?？蛻魧油ㄟ^表示層將請求發(fā)送到控制層，再由控制層轉(zhuǎn)交給業(yè)務(wù)邏輯層，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)從客戶到數(shù)據(jù)庫的連接。同時Web Service服務(wù)層作為公共服務(wù)，可以為各層提供公共服務(wù)。

（三）關(guān)鍵技術(shù)

根據(jù)圖3描述，本系統(tǒng)采用分層結(jié)構(gòu)處理方式，不同層次采用不同的技術(shù)，各層關(guān)鍵技術(shù)如表1所示。

四、闖關(guān)設(shè)計

維修闖關(guān)是系統(tǒng)的核心功能之一，闖關(guān)之前首先需要建立題庫和評價體系，然后由自測人員進行闖關(guān)訓(xùn)練。

（一）建立題庫

題庫重點從工程裝備內(nèi)燃機、底盤的日常保養(yǎng)、維護、故障診斷與排除出發(fā)，著重對應(yīng)試者故障診斷排除知識問答、理論知識、虛擬操作進行考查，從而多角度評價其水平。

題庫分為六大類，分別為發(fā)動機基本組成、結(jié)構(gòu)原理、維護調(diào)整及保養(yǎng)、部件拆裝、初級故障排除、綜合故障排除。重點考察內(nèi)容如下：

1.發(fā)動機基本組成。柴油機四大系、汽油機五大系分別是什么？兩大機構(gòu)分別是什么？各組成結(jié)構(gòu)名稱是什么？能夠識別主要零部件。

2.結(jié)構(gòu)原理。柴油機四大系、汽油機五大系、兩大機構(gòu)的工作原理是什么？如柴油機PT噴油器、PT泵的工作原理和特點是什么？汽油機冷卻系的工作原理與工作過程分別是什么？[6]

3.維護調(diào)整及保養(yǎng)。發(fā)動機的維護調(diào)整是對發(fā)動機進行保養(yǎng)優(yōu)化的重要工作之一，如氣門間隙調(diào)整、噴油正時調(diào)整如何實現(xiàn)？

4.部件拆裝。發(fā)動機的部件如何拆卸和安裝，拆裝過程的注意事項是什么？[7]

5.故障排除。具備初級故障排除和綜合故障排除能力，如內(nèi)燃機敲缸、拉缸響的原因是什么？發(fā)動機溫度過高或過低的原因是什么？如何排除等。

（二）評價體系

1.評價過程。評價是考核的一個重要手段，也是是否過關(guān)的重要依據(jù)，同時能夠全面了解學(xué)生是否掌握所學(xué)知識。評價過程包括具體內(nèi)容考核、歸一化處理、權(quán)重分配等主要環(huán)節(jié)，如圖4所示。

圖4中，通過基本理論、維護調(diào)整、故障排除的所花時間、完成數(shù)量等指標(biāo)數(shù)據(jù)來對結(jié)果進行評價。但是各種考核的所需時間不一樣，完成數(shù)量的含金量也不相同，因此需要進行歸一化和權(quán)重分配處理。

歸一化就是將各項指標(biāo)除以基準(zhǔn)值，從而得到該指標(biāo)所獲得的成績。權(quán)重分配由完成工作的復(fù)雜決定，難度越大，權(quán)重越高，反之權(quán)重越低。

2.評價運算。評價總成績的公式為：

式（5）可以看出，矩陣左側(cè)為權(quán)重值，右側(cè)為單次成績除以基準(zhǔn)值，因此當(dāng)需要增加對應(yīng)試者進行考核時，僅需在矩陣中增加對應(yīng)的維度即可。所以虛擬操作、理論考核可以在式（5）中直接合并，如式（6）所示：

3.闖關(guān)流程。每個應(yīng)試人為5個等級，分別為初級技工、中級技工、高級技工、技師、高級技師。初次注冊人員為初級技工，計算成績符合上述公式后，可以逐步升級。闖關(guān)過程流程圖如下：

圖5中，首先按照前述內(nèi)容建立題庫和評價體系。應(yīng)試者登錄系統(tǒng)后，根據(jù)權(quán)限和實際情況可以調(diào)整自己等級，如果需要調(diào)整，待審批完成后以新等級進行測試。闖關(guān)開始前，由系統(tǒng)自動生成測試人對應(yīng)等級的題庫，并由應(yīng)試者抽選題目。待考核完成后，系統(tǒng)給出評價結(jié)果，結(jié)果合格后闖關(guān)成功，否則闖關(guān)失敗。

五、總結(jié)

本文首先介紹了闖關(guān)式發(fā)動機修理教學(xué)系統(tǒng)的基本功能，然后說明系統(tǒng)的架構(gòu)方式，包括系統(tǒng)架構(gòu)、技術(shù)架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)，最后講解系統(tǒng)的核心功能，即闖關(guān)設(shè)計，包括題庫管理、評價運算和評價流程。

本系統(tǒng)既可以作為教學(xué)系統(tǒng)供學(xué)生學(xué)習(xí)、檢測使用，也可以為學(xué)生之間的比賽提供參考。隨著題庫內(nèi)容的增加，系統(tǒng)還可以為工程裝備底盤、內(nèi)燃機等課程教學(xué)服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]https：//blog.csdn.net/wqq/article/details/79032062

[2]https：//blog.csdn.net/wisdom1201/article/details/79121773

[3]https：//blog.csdn.net/u012410733/article/details/76732339

[4]https：//baike.baidu.com/item/freemarker/9489366？fr=aladdin

[5]https：//unity3d.com/

[6]姬慧勇，等.工程裝備內(nèi)燃機[M].國防工業(yè)出版社，2016.

[7]陳德陽，劉浩.汽車發(fā)動機構(gòu)造與拆裝[M].人民交通出版社股份有限公司，2017.