仿真軟件在中職《汽車(chē)機(jī)械基礎(chǔ)》教學(xué)中的應(yīng)用探討

杭州市交通職業(yè)高級(jí)中學(xué) 曾 龍，陳寧潔

1 中職《汽車(chē)機(jī)械基礎(chǔ)》的教學(xué)現(xiàn)狀分析

（1）教材分析。中職《汽車(chē)機(jī)械基礎(chǔ)》（第二版）由機(jī)械工業(yè)出版社出版，屬于國(guó)家汽車(chē)運(yùn)用與維修專(zhuān)業(yè)的課程改革成果教材，采用項(xiàng)目教學(xué)法，重視教學(xué)理論與實(shí)踐一體，可操作性強(qiáng)，尤其是機(jī)械傳動(dòng)部分的結(jié)構(gòu)原理，如雨刮器中的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、發(fā)動(dòng)機(jī)中的配氣機(jī)構(gòu)、汽車(chē)剎車(chē)系統(tǒng)等章節(jié)講解透徹。教材從項(xiàng)目四到項(xiàng)目七部分內(nèi)容以學(xué)生動(dòng)手操作為主，實(shí)際教學(xué)中存在耗費(fèi)材料、耗費(fèi)時(shí)間、實(shí)踐操作類(lèi)型單一等缺點(diǎn)。

（2）學(xué)習(xí)難點(diǎn)。中職學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)不夠明確，學(xué)習(xí)基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，缺乏學(xué)習(xí)興趣，接受能力較弱，遇到難懂、難學(xué)和深?yuàn)W的知識(shí)點(diǎn)很容易出現(xiàn)厭學(xué)、畏學(xué)的情緒。學(xué)生在學(xué)習(xí)本課程的過(guò)程中會(huì)遇到如下知識(shí)難點(diǎn)：補(bǔ)畫(huà)三視圖、機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、零件材料名稱(chēng)、液壓傳動(dòng)路線(xiàn)分析等，尤其是機(jī)械傳動(dòng)部分中的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)判別、凸輪機(jī)構(gòu)、帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)等，學(xué)生在參加中職會(huì)考和中高職考試時(shí)會(huì)碰到相應(yīng)考題，而這些知識(shí)點(diǎn)學(xué)生掌握得非常薄弱。

（3）教學(xué)中存在的問(wèn)題。課程改革初期，教師根據(jù)教材的編寫(xiě)要求，采用理論與實(shí)訓(xùn)相結(jié)合的教學(xué)方式，發(fā)現(xiàn)有些教學(xué)內(nèi)容如判別鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)、鏈傳動(dòng)和帶傳動(dòng)等存在教學(xué)場(chǎng)地需求緊張的問(wèn)題，學(xué)校也根據(jù)課程需求安排整周小班化實(shí)訓(xùn)，但會(huì)出現(xiàn)各班教學(xué)進(jìn)度不一且實(shí)訓(xùn)方式單一的問(wèn)題，導(dǎo)致教學(xué)效果不理想。教師為解決這一問(wèn)題，往往采用公式法、灌輸式教學(xué)等比較機(jī)械的教學(xué)手段，讓學(xué)生死記硬背相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，達(dá)到考試速成的目的。

2 仿真軟件的特點(diǎn)和教學(xué)應(yīng)用情境分析

2.1 利用仿真軟件教學(xué)的特點(diǎn)

（1）仿真軟件簡(jiǎn)介。仿真軟件是計(jì)算機(jī)開(kāi)發(fā)者專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)出來(lái)進(jìn)行仿真的一款計(jì)算機(jī)軟件。它的誕生、應(yīng)用與發(fā)展和計(jì)算機(jī)、云計(jì)算、人工智能、數(shù)字建模等互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相輔相成。目前比較流行的是虛擬現(xiàn)實(shí)仿真軟件，本文運(yùn)用的仿真軟件全稱(chēng)為機(jī)械零件實(shí)驗(yàn)仿真，由西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械零件實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)，專(zhuān)為機(jī)械零件課程開(kāi)發(fā)的教學(xué)軟件，其最大特色是應(yīng)用虛擬技術(shù)模仿機(jī)械傳動(dòng)路線(xiàn)，模擬機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

（2）仿真軟件教學(xué)特點(diǎn)。教學(xué)中，仿真軟件具有生動(dòng)、形象的交互式原理動(dòng)畫(huà)，能夠詳盡、逼真地展示實(shí)物模型，清晰地表述機(jī)械結(jié)構(gòu)、機(jī)械傳動(dòng)路線(xiàn)。利用仿真軟件教學(xué)，學(xué)生可以在其創(chuàng)建的情境、會(huì)話(huà)與協(xié)作等學(xué)習(xí)環(huán)境中，利用電腦模擬實(shí)訓(xùn)操作，完成對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)。在教學(xué)中，教師利用仿真軟件變身為學(xué)生主動(dòng)獲取信息的幫助者、促進(jìn)者，而不是以往的知識(shí)傳授者、灌輸者；學(xué)生通過(guò)仿真軟件轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⑻幚淼闹饕袚?dān)者、知識(shí)的主動(dòng)學(xué)習(xí)者，而不是傳統(tǒng)教學(xué)中的次要參與者和被動(dòng)學(xué)習(xí)者。利用仿真軟件教學(xué)有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)操能力。

2.2 仿真軟件在中職《汽車(chē)機(jī)械基礎(chǔ)》教學(xué)中的應(yīng)用情境

根據(jù)多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，筆者發(fā)現(xiàn)在中職《汽車(chē)機(jī)械基礎(chǔ)》教學(xué)中采用傳統(tǒng)教學(xué)方法難以破解某些知識(shí)點(diǎn)，如判別鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)、帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)等。鑒于學(xué)生學(xué)情分析、教學(xué)場(chǎng)地有限等原因，筆者認(rèn)為仿真軟件可以很好地平衡教學(xué)所需，以輔助理論學(xué)習(xí)。通過(guò)仿真軟件，可以避免實(shí)際操作中的重復(fù)制作，可以節(jié)約時(shí)間和資源，可以更好地引導(dǎo)學(xué)生發(fā)揮其積極性和主動(dòng)性，還能為后續(xù)的知識(shí)點(diǎn)檢測(cè)尤其是會(huì)考和高職考打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

仿真軟件在教學(xué)中的具體應(yīng)用如圖1所示。首先，仿真軟件可以模擬三視圖形成的動(dòng)畫(huà)過(guò)程，幫助學(xué)生建立空間感；其次，仿真軟件可以幫助學(xué)生建立汽車(chē)常用零件模型，以此來(lái)識(shí)別零件圖；仿真軟件可以仿真機(jī)械傳動(dòng)過(guò)程，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)、帶傳動(dòng)、凸輪傳動(dòng)等知識(shí)；最后可以仿真汽車(chē)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作過(guò)程等。

圖1 仿真軟件在教學(xué)中的具體應(yīng)用

3 仿真軟件在中職《汽車(chē)機(jī)械基礎(chǔ)》教學(xué)中的實(shí)踐

3.1 仿真軟件的應(yīng)用策略

筆者根據(jù)仿真軟件特征，以判別鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)為例，模擬教學(xué)環(huán)境。首先采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)法，整合教學(xué)圖片、動(dòng)畫(huà)資源、情景視頻，搭建學(xué)習(xí)網(wǎng)站，然后實(shí)施合作探究，利用仿真軟件分組模擬、操作討論。教學(xué)中，學(xué)生利用仿真軟件創(chuàng)建可觀察、可操作的虛擬環(huán)境，隨機(jī)輸入桿長(zhǎng)，通過(guò)小組交流討論找到判別鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)類(lèi)型的要點(diǎn)，最后運(yùn)用關(guān)鍵因素比較法得到判別方法，完成課堂知識(shí)難點(diǎn)的學(xué)習(xí)，有效地解決了《汽車(chē)機(jī)械基礎(chǔ)》傳統(tǒng)教學(xué)中的難題。利用仿真軟件教學(xué)流程如圖2所示。

圖2 利用仿真軟件教學(xué)流程

3.2 仿真軟件的教學(xué)實(shí)踐過(guò)程

下面以判別鉸鏈四桿為例，簡(jiǎn)述教學(xué)實(shí)踐過(guò)程。大致分為情境創(chuàng)建、仿真試驗(yàn)和探究歸納三個(gè)階段。

（1）情境創(chuàng)建。創(chuàng)建汽車(chē)雨刮器工作過(guò)程，讓學(xué)生感受真實(shí)情境，以該機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)規(guī)律引發(fā)思考，提出學(xué)習(xí)任務(wù)一，如鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的組成，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的桿件運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)等，讓學(xué)生觀察、討論，借助教材完成任務(wù)一。

（2）仿真試驗(yàn)。通過(guò)任務(wù)一，學(xué)生得知鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)是由機(jī)架、連架桿和連桿組成，而連架桿分為曲柄和搖桿兩種。教師演示模具，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)該模具在探究時(shí)只能改變機(jī)架位置而不能改變桿長(zhǎng)，導(dǎo)致無(wú)法得出完整的結(jié)論。學(xué)生分組合作，打開(kāi)仿真軟件代替模具，隨機(jī)輸入桿長(zhǎng)和改變機(jī)架位置，得到無(wú)限種運(yùn)動(dòng)形式，然后學(xué)生討論探究發(fā)現(xiàn)判別鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的方法，具體分為兩個(gè)環(huán)節(jié)：“獨(dú)具慧眼”和“敢想敢做”。

圖3 仿真軟件軟件界面（截屏）

在“獨(dú)具慧眼”環(huán)節(jié)中，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用仿真軟件，隨機(jī)輸入數(shù)據(jù)，反復(fù)試驗(yàn)直到成功，如圖3所示，同時(shí)記錄各種類(lèi)型鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)，運(yùn)用仿真試驗(yàn)對(duì)比法，分別對(duì)比各組內(nèi)的機(jī)構(gòu)動(dòng)畫(huà)，分析異同點(diǎn)，找出判別鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵要素——桿長(zhǎng)，從而完成任務(wù)二。

在“敢想敢做”環(huán)節(jié)中，繼續(xù)沿用任務(wù)二中的桿長(zhǎng)，引導(dǎo)學(xué)生在相同數(shù)據(jù)的前提下，隨意變動(dòng)機(jī)架，然后進(jìn)行仿真，發(fā)現(xiàn)機(jī)構(gòu)具有不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，小組討論得出判別鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵要素——機(jī)架的位置。

（3）探究歸納。仿真試驗(yàn)過(guò)程讓學(xué)生積累了大量的判別素材，引導(dǎo)學(xué)生尋找各種機(jī)構(gòu)類(lèi)型的共同點(diǎn)，如找到雙曲柄機(jī)構(gòu)的仿真數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)桿長(zhǎng)關(guān)系為“最長(zhǎng)桿+最短桿≤其余兩桿之和且機(jī)架為最短桿”；找到曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的仿真數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)桿長(zhǎng)關(guān)系為“最長(zhǎng)桿+最短桿≤其余兩桿之和且機(jī)架為連架桿”；找到雙搖桿機(jī)構(gòu)的仿真數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)桿長(zhǎng)關(guān)系為“最長(zhǎng)桿+最短桿≤其余兩桿之和且機(jī)架為連桿，或最長(zhǎng)桿+最短桿＞其余兩桿之和”。

3.3 仿真軟件的實(shí)時(shí)測(cè)評(píng)

應(yīng)用仿真軟件教學(xué)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)有著重要的導(dǎo)向和激勵(lì)作用。首先，學(xué)生登陸學(xué)習(xí)網(wǎng)站，進(jìn)入學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)系統(tǒng)，選擇正確的選項(xiàng)，若成績(jī)不理想，還可以重復(fù)測(cè)驗(yàn)，以達(dá)到鞏固基礎(chǔ)知識(shí)的目的。其次，軟件提供兩組鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)，學(xué)生計(jì)算分析其類(lèi)型，并利用仿真軟件驗(yàn)證自評(píng)，最后，學(xué)生選擇由4根桿件組成的雨刮器簡(jiǎn)易模型來(lái)計(jì)算，把理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐。

3.4 應(yīng)用仿真軟件教學(xué)的注意事項(xiàng)

在應(yīng)用仿真軟件教學(xué)中，要注意以下事項(xiàng)。

（1）注重教師引導(dǎo)，分層次小組合作。對(duì)于自主學(xué)習(xí)能力不強(qiáng)、觀察能力弱的學(xué)生，教師要加強(qiáng)溝通引導(dǎo)，及時(shí)答疑。另外，要根據(jù)學(xué)生層次進(jìn)行分組，學(xué)習(xí)能力強(qiáng)和弱的搭配，教師要鼓勵(lì)小組成員間互相幫助，通過(guò)分層次小組學(xué)習(xí)、教師及時(shí)引導(dǎo)和互聯(lián)網(wǎng)學(xué)習(xí)平臺(tái)等多種方式提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率。

（2）探究教學(xué)新模式，鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)新。教師要勇于探究教學(xué)新模式，并鼓勵(lì)學(xué)生多創(chuàng)新。在探究與創(chuàng)新過(guò)程中，教師與學(xué)生應(yīng)不斷探索、創(chuàng)新、嘗試、應(yīng)用、歸納、改善和提升，才能漸入佳境，尋找到更好的方法途徑。仿真軟件試驗(yàn)過(guò)程中只有多次嘗試，多思考，才能找到規(guī)律。

（3）落實(shí)監(jiān)督措施，提升教學(xué)質(zhì)量。筆者在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，部分教師和學(xué)生對(duì)電腦操作課程不太重視，學(xué)生偷懶，教師也聽(tīng)之任之，讓學(xué)生存僥幸心理，不積極參與課堂操作，課堂教學(xué)質(zhì)量低下。為了保證教學(xué)質(zhì)量，教師要嚴(yán)格落實(shí)監(jiān)督措施，加強(qiáng)課堂監(jiān)管，把課堂教學(xué)任務(wù)與學(xué)生興趣愛(ài)好結(jié)合起來(lái)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的課堂積極性，讓每一位學(xué)生都能真正參與到教學(xué)中來(lái)，提高教學(xué)質(zhì)量。

4 仿真軟件教學(xué)的成效分析

（1）學(xué)習(xí)積極性高。應(yīng)用仿真軟件教學(xué)，學(xué)生在電腦上模擬操作機(jī)械傳動(dòng)過(guò)程，完成學(xué)習(xí)任務(wù)，改變了傳統(tǒng)教學(xué)方法，提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性與參與度，最終可以實(shí)現(xiàn)100%的學(xué)生參與學(xué)習(xí)，并且學(xué)生的自助探究和合作意識(shí)也明顯增強(qiáng)。

（2）學(xué)習(xí)效果好。筆者采用平行班教學(xué)比較，發(fā)現(xiàn)采用仿真實(shí)驗(yàn)法教學(xué)的班級(jí)，測(cè)試成績(jī)要好，其中A班采用傳統(tǒng)教授法、B班采用模型制作法、C班采用仿真實(shí)驗(yàn)法，課堂測(cè)試知識(shí)點(diǎn)的正確率如下：A班在60%左右，B班在70%左右，C班達(dá)95%。

5 仿真軟件教學(xué)的不足與完善建議

5.1 仿真軟件的不足

（1）仿真軟件操作缺乏親自制圖、拆裝的親身感知，對(duì)學(xué)生空間思維的形成幫助有限。

（2）培養(yǎng)學(xué)生臨場(chǎng)應(yīng)變能力有限。學(xué)生實(shí)際繪圖和拆裝時(shí)，有時(shí)需要靈活運(yùn)用工具和方法，而仿真軟件是經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)好的，操作模式固定，不利于培養(yǎng)學(xué)生的臨場(chǎng)應(yīng)變能力。

5.2 仿真軟件的完善建議

（1）中職教學(xué)應(yīng)加大對(duì)仿真軟件的應(yīng)用研究。虛擬仿真技術(shù)發(fā)展日趨成熟，應(yīng)不斷加強(qiáng)仿真軟件在教學(xué)中的應(yīng)用，采取仿真和實(shí)踐相結(jié)合的方式來(lái)教學(xué)，讓課程仿真效果與理論教學(xué)更加匹配。

（2）集中科研力量對(duì)仿真軟件進(jìn)行研發(fā)。由于受軟件開(kāi)發(fā)速度限制，中職《汽車(chē)機(jī)械基礎(chǔ)》課程還有很多內(nèi)容沒(méi)有仿真教學(xué)程序，應(yīng)該繼續(xù)研發(fā)仿真軟件，開(kāi)發(fā)出更多的仿真程序，讓課程仿真效果與理論教學(xué)相輔相成、相互促進(jìn)。

（3）加強(qiáng)引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用仿真軟件。教師應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)鼓勵(lì)學(xué)生接受信息化的教學(xué)手段，學(xué)會(huì)運(yùn)用各種仿真軟件，切實(shí)把理論和實(shí)踐結(jié)合起來(lái)，提升學(xué)習(xí)能力，進(jìn)而達(dá)到提高學(xué)習(xí)效率的目的。