模擬教學(xué)軟件在《汽車構(gòu)造》教學(xué)中的運(yùn)用

曹永晟 張杰

1引言

《汽車構(gòu)造》是汽車維修專業(yè)及其相關(guān)專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課之一，具有較強(qiáng)的理論性、實(shí)踐性和應(yīng)用性。隨著教學(xué)內(nèi)容的不斷擴(kuò)展、加深與學(xué)時(shí)的壓縮，為達(dá)到更高標(biāo)準(zhǔn)的教學(xué)要求，合理地運(yùn)用三維模型，采用模擬教學(xué)軟件進(jìn)行《汽車構(gòu)造》課堂的教學(xué)是非常必要的。如何運(yùn)用模擬教學(xué)手段，提高汽車構(gòu)造課程的教學(xué)效果，已經(jīng)成了一個(gè)新的研究課題。

2傳統(tǒng)《汽車構(gòu)造》存在的問(wèn)題

（1）靜態(tài)模型缺乏形象性。傳統(tǒng)的《汽車構(gòu)造》課堂教學(xué)以教科書為基礎(chǔ)，教師主要是通過(guò)對(duì)電子掛圖中的零部件的位置關(guān)系、連接關(guān)系和運(yùn)動(dòng)關(guān)系反復(fù)講解來(lái)完成教學(xué)的。但是靜態(tài)的，只能反映零部件的一個(gè)面，整體效果還要靠教師用形象的語(yǔ)言來(lái)表達(dá)，不可避免占用了不少時(shí)間，教學(xué)的效率相對(duì)較低。尤其是對(duì)于一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的總成及部件的運(yùn)動(dòng)過(guò)程及原理的講解更是缺少很好的表達(dá)方式。

（2）模型內(nèi)部結(jié)構(gòu)難以展示。學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容涉及的大型設(shè)備大都沒(méi)見(jiàn)過(guò)，對(duì)設(shè)備部件內(nèi)部結(jié)構(gòu)更是無(wú)法了解。即使學(xué)生到實(shí)習(xí)車間去參觀見(jiàn)習(xí)，對(duì)設(shè)備外觀產(chǎn)生感性認(rèn)識(shí)，但內(nèi)部結(jié)構(gòu)及運(yùn)行原理只能憑教師口頭描述，學(xué)生難以明白。近幾年，在《汽車構(gòu)造》的教學(xué)中，比較重視常規(guī)媒體輔助教學(xué)，也盡可能組織學(xué)生到訓(xùn)練場(chǎng)進(jìn)行認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)，使學(xué)生建立感性認(rèn)識(shí)，加深理解方面取得了較好效果，但這些措施不能使學(xué)生了解設(shè)備內(nèi)部的解剖結(jié)構(gòu)。

（3）難于調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。傳統(tǒng)的教學(xué)模式難以提高學(xué)生對(duì)課程的興趣，不利于調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，妨礙了學(xué)生對(duì)知識(shí)體系的認(rèn)識(shí)、理解和掌握，這些缺陷是傳統(tǒng)的教學(xué)模式所無(wú)法克服的。

3基于三維模型的《汽車構(gòu)造》模擬教學(xué)軟件的開發(fā)

汽車構(gòu)造模擬教學(xué)軟件是將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)和車輛裝備相結(jié)合，利用先進(jìn)的虛擬現(xiàn)實(shí)軟件，為實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛裝備總成結(jié)構(gòu)的三維可視化模型展示、工作原理的動(dòng)畫演示等功能，而建立的信息化教學(xué)軟件系統(tǒng)。這種游戲式的模擬系統(tǒng)既提高了學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣和效率，又緩解了院校教育所需場(chǎng)地資金不足的矛盾。

3.1模擬教學(xué)軟件的設(shè)計(jì)思想

作者參與研制了汽車構(gòu)造模擬教學(xué)軟件，本軟件以課程標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，涵蓋了汽車構(gòu)造課程教學(xué)內(nèi)容體系：總成結(jié)構(gòu)-工作原理-拆裝-課后輔導(dǎo)答疑。

以實(shí)車為模型，制作大量的可交互的三維實(shí)體模型，通過(guò)鼠標(biāo)可以控制模型的旋轉(zhuǎn)、大小、方向，可以更好地突出教學(xué)重點(diǎn)和突破教學(xué)難點(diǎn)，使抽象、深?yuàn)W的原理簡(jiǎn)單化、直觀化，縮短客觀實(shí)物與學(xué)生主觀認(rèn)識(shí)之間的距離，避免了傳統(tǒng)教學(xué)費(fèi)時(shí)費(fèi)力并且教學(xué)效果欠佳的缺點(diǎn)。可以更好地激發(fā)學(xué)生興趣，集中學(xué)生的注意力，自主地選擇學(xué)習(xí)進(jìn)度和學(xué)習(xí)節(jié)奏，使學(xué)生由傳統(tǒng)教學(xué)的受體變?yōu)橹黧w，變被動(dòng)學(xué)為主動(dòng)學(xué)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的探索鉆研精神。

3.3模擬教學(xué)軟件主要模塊

在校園網(wǎng)已經(jīng)普及的今天，針對(duì)汽車構(gòu)造課程空間思維與形象思維的特點(diǎn)，采用Pro/e、3Dmax、Director等軟件，開發(fā)《汽車構(gòu)造》模擬教學(xué)平臺(tái)。該系統(tǒng)具有如下模塊：

（1）總成結(jié)構(gòu)模塊汽車構(gòu)造教學(xué)的最大特點(diǎn)，就是文字不如掛圖，掛圖不如模型，模型不如實(shí)物。但汽車實(shí)物又不能搬到課堂上，而建立龐大的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地、購(gòu)置多種型號(hào)的汽車，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)，在經(jīng)濟(jì)上和具體實(shí)施上又不可行。因此教學(xué)過(guò)程中，常常遇到學(xué)生不能正確地、快速地想象出實(shí)體形象，弄清實(shí)體的各種結(jié)構(gòu)，教學(xué)效果不明顯。在這一模塊中，集成了制作好的大量的汽車總成模型，學(xué)生可以根據(jù)自己掌握的學(xué)習(xí)情況，不必按照目錄的順序，自主地選擇沒(méi)有掌握的汽車構(gòu)造模型進(jìn)行演示，觀看模型的組裝和拆卸過(guò)程，以及工作原理。

（2）原理演示模塊根據(jù)教學(xué)訓(xùn)練大綱的要求，將教學(xué)大綱上的難點(diǎn)、重點(diǎn)，采用仿真交互的形式，逼真展示汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系、轉(zhuǎn)向系及制動(dòng)系等零部件的結(jié)構(gòu)及連接關(guān)系;利用三維動(dòng)畫分析差速器、渦輪增壓器、噴油泵等典型機(jī)構(gòu)的工作原理。

（3）虛擬拆裝模塊學(xué)生在觀看演示之后，能自己在線對(duì)模型進(jìn)行操作，對(duì)模型進(jìn)行拆卸和組裝，猶如在現(xiàn)實(shí)生活中將汽車零部件拆卸和組裝，并隨時(shí)參照瀏覽模型演示，以加深對(duì)問(wèn)題的理解。因此，學(xué)生在網(wǎng)上對(duì)大量的三維模型進(jìn)行拆裝，使學(xué)生在自己動(dòng)手的過(guò)程中，頭腦里不斷積累立體的表象，表象積累多了，空間感性知識(shí)增強(qiáng)了，自然就容易想出空間形體的形狀，理解了實(shí)物構(gòu)造。

（4）同步察看以及輔導(dǎo)答疑模塊傳統(tǒng)的課堂教學(xué)教育重視教師的講授，輕視學(xué)生的探索與創(chuàng)新：重視學(xué)習(xí)的結(jié)果，輕視學(xué)習(xí)的過(guò)程;忽視學(xué)生主動(dòng)、積極的思維參與。而在這個(gè)模塊中，在學(xué)生進(jìn)行練習(xí)的同時(shí)，教師可以在線對(duì)其進(jìn)行同步察看，并和學(xué)生進(jìn)行交互。學(xué)生可以隨時(shí)將自己的學(xué)習(xí)體會(huì)和問(wèn)題通過(guò)會(huì)話框發(fā)給教師，教師再將解答發(fā)送給學(xué)生，實(shí)現(xiàn)了教師和學(xué)生之間的互相交流與合作，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能，使學(xué)生成為積極的學(xué)習(xí)者，成為課堂的主體，而教師成為學(xué)生主動(dòng)構(gòu)建意義的幫助者、促進(jìn)者。

4基于3D模型的模擬教學(xué)平臺(tái)在汽車構(gòu)造教學(xué)中的應(yīng)用

4.1生動(dòng)演示教學(xué)模型

在汽車構(gòu)造課的教學(xué)中，許多結(jié)構(gòu)、工作原理往往作為一個(gè)抽象概念來(lái)講授，學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)缺乏感性認(rèn)識(shí)，因而枯燥無(wú)味，造成對(duì)某些知識(shí)學(xué)習(xí)的困難，但結(jié)構(gòu)及工作原理又是所學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。三維模型突破了傳統(tǒng)教學(xué)不能解決的問(wèn)題，使抽象概念形象化，使枯燥內(nèi)容生動(dòng)化，激發(fā)學(xué)生濃厚的興趣和想象力，既降低學(xué)習(xí)難度，又突破了重、難點(diǎn)。

4.2培養(yǎng)空間想象能力

講構(gòu)造最好的辦法就是對(duì)著構(gòu)造講解，而制作模型和動(dòng)畫演示很大程度上起到替代實(shí)物并顯示其構(gòu)造的作用，有“動(dòng)”有“靜”的畫面非常適合教學(xué)的需要。如在講解汽車總體結(jié)構(gòu)和裝配關(guān)系時(shí)，學(xué)生在屏幕看到拆裝汽車的全過(guò)程，將在實(shí)驗(yàn)室才能演示的場(chǎng)景搬到了課堂。利用畫面切換功能，在講裝配關(guān)系時(shí)交替演示零件之間的裝配關(guān)系、裝置之間的連接、裝置在整車上的布置，學(xué)生就能很容易地掌握有關(guān)的內(nèi)容。采用這種教學(xué)方法，不斷充實(shí)學(xué)生二維和三維之間轉(zhuǎn)換的思維訓(xùn)練，空間構(gòu)思能力有了明顯的提高。

4.3培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力

汽車構(gòu)造是車輛工程、交通運(yùn)輸、汽車服務(wù)工程等專業(yè)的主要技術(shù)基礎(chǔ)課程，能否掌握好這門課程的知識(shí)，對(duì)后續(xù)其它汽車類專業(yè)課程的學(xué)習(xí)有著直接的影響。三維實(shí)體建模，以其生動(dòng)、直觀、變化無(wú)窮的表現(xiàn)方式，在輔助機(jī)械制圖教學(xué)中，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，繼而進(jìn)一步培養(yǎng)其創(chuàng)新能力，都是大有裨益的。

5結(jié)束語(yǔ)

汽車構(gòu)造課是一門偏重于結(jié)構(gòu)和工作原理的課程，而基于三維模型的模擬教學(xué)軟件在汽車構(gòu)造教學(xué)中的運(yùn)用，使學(xué)生的思維過(guò)程變得形象化、具體化，操作簡(jiǎn)單，幫助學(xué)生理解，使學(xué)生在多方面的創(chuàng)新意識(shí)和能力得到了充分的挖掘和發(fā)揮。通過(guò)近幾年的實(shí)踐，已經(jīng)取得了較好的教學(xué)效果。在今后的教學(xué)實(shí)踐中，我們還要積極探索，提高三維模型制作水平，促進(jìn)教學(xué)方法、教學(xué)手段改革，提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率。