高職《航空發(fā)動機試車技術(shù)》課程項目式仿真教學系統(tǒng)設(shè)計

丁哲民 舒毅 都昌兵

[摘要] 為了解決目前職業(yè)院校《航空發(fā)動機試車技術(shù)》教學過程中普遍存在教學內(nèi)容抽象難懂、理論與實踐相割裂、缺失企業(yè)真實工作情境等問題，文章將虛擬現(xiàn)實技術(shù)與項目式教學有機融合，著重從項目教學特點、項目式仿真教學系統(tǒng)設(shè)計原則進行研究，在此基礎(chǔ)上，進行《航空發(fā)動機試車技術(shù)》課程項目式仿真教學系統(tǒng)設(shè)計，以期為項目式仿真教學研究人員提供借鑒。

[關(guān)鍵詞] 試車技術(shù);項目教學;仿真;功能框架;用戶界面

《航空發(fā)動機試車技術(shù)》課程是航空發(fā)動機維修技術(shù)專業(yè)的一門專業(yè)核心課程。該課程主要包含參數(shù)的調(diào)整和試車技術(shù)內(nèi)容，重點培養(yǎng)學生具備發(fā)動機調(diào)整、試車、故障診斷和排除等綜合職業(yè)技能。但受制于航空發(fā)動機試車生產(chǎn)現(xiàn)場的特殊性、安全性，實踐教學經(jīng)費昂貴等因素影響[1]，難以實施突出情境真實性、學生為主體的項目教學方法、理實一體化教學模式，以至于對學生航空發(fā)動機試車綜合職業(yè)技能的培養(yǎng)與企業(yè)需求存在較大差距的問題。鑒于此，采用基于信息化、虛擬現(xiàn)實技術(shù)的虛擬仿真教學方法[2]、以實物設(shè)備為基礎(chǔ)，開展虛擬和現(xiàn)實相結(jié)合的項目式教學，既與理論教學有效融合，又模擬創(chuàng)設(shè)與企業(yè)相似的工作情境，深化校內(nèi)學習與實際工作相融通[3]。

一、項目化教學法的特點

（一）情境真實而具體

項目教學法必須基于真實而具體的情景進行項目設(shè)計，基于此，以貼近航空發(fā)動機試車工作真實情境，學習情景設(shè)計須真實而具體，以工作真實情境為原型，以工學結(jié)合為要領(lǐng)，以航空發(fā)動機試車技術(shù)教學要素為主體，融入工作崗位要素，進行情景設(shè)置，設(shè)置的情境需既能起到引導學生快速進入職業(yè)角色，又能使學生快速明確學習任務，為培養(yǎng)學生職業(yè)素養(yǎng)、職業(yè)情感、職業(yè)技能奠定基礎(chǔ)。

（二）教學內(nèi)容綜合而開放

項目教學內(nèi)容具有高度綜合性，根據(jù)項目要求，以培養(yǎng)復合型技能型人才為目標，以先進技術(shù)、設(shè)備和工藝成果為契機，以工作崗位需求為導向，打破學科體系，對教學內(nèi)容進行跨學科、針對性地重構(gòu)融合，實現(xiàn)知識、能力、情感深度綜合性融合，滿足學生對完成項目所需學習內(nèi)容全面、開放性需求。

（三）學生收獲多面而個性

項目化教學圍繞所有學生優(yōu)勢和特點展開教學，符合高職學生差異性、創(chuàng)造性、無限可能性的發(fā)展規(guī)律，突出以“學生為中心”教育理念，充分發(fā)揮學生的積極主動性，將客觀接受的“學習狀態(tài)”轉(zhuǎn)變?yōu)橹饔^進取的“學習氛圍”，強化每一個學生參與度，使每一個學生都得到個性化發(fā)展。因此，項目教學成果呈現(xiàn)出不唯一，多元化特點，凸顯學生收獲多面而個性需求。

（四）評價方式多樣化

項目教學評價方式的主體可以是教師、學生、甚至是企業(yè)或社會，相應評價方式表現(xiàn)出多樣化[4]：師評、互評、自評、企業(yè)參評等多種協(xié)同評價模式，這種多主體多樣化協(xié)同評價模式，充分發(fā)揮學生的主體能動作用，通過對自己的學習成果作出科學、有效的自我評價和總結(jié)，可以動態(tài)適時檢查自己的學習進展情況，并相應及時進行調(diào)整。同時，也改善了對教學質(zhì)量單方評價的片面性，通過對教學質(zhì)量進行綜合評價，實現(xiàn)了教學內(nèi)容動態(tài)化，滿足了教學內(nèi)容及時更新和完善，促進師資隊伍建設(shè)和教學質(zhì)量的進一步提高，提高社會服務滿意度[5]。

二、項目式仿真教學系統(tǒng)設(shè)計的原則

（一）設(shè)計與工作真實情境逼真的UI界面

以增強系統(tǒng)應用程序的功能以及用戶真實體驗度，強化系統(tǒng)的普遍實用性以及逼真的視覺效果，模擬航空發(fā)動機真實試車操縱臺界面，設(shè)計逼真的系統(tǒng)界面，所設(shè)計的界面不僅需要滿足清晰、簡潔、色調(diào)協(xié)調(diào)，具有極好的視覺效果，還需具備一致、易懂、明確的反饋高效的交互性，而且需能夠滿足項目式教學情景真實性需求，達到將工作崗位內(nèi)容在教學中呈現(xiàn)。

（二）設(shè)計項目式仿真教學系統(tǒng)的完整功能模塊

針對項目式教學內(nèi)容具有綜合而開放的特點，結(jié)合每一個項目的知識目標、能力目標以及情感目標，所開發(fā)的系統(tǒng)功能模塊與所設(shè)計的項目一一對應，涵蓋課程所需教學內(nèi)容。

（三）“由簡入難”的故障模擬

進行項目式仿真教學系統(tǒng)設(shè)計時，需考慮遵循“由淺入難”學習規(guī)律，消除學生畏難心理，營造輕松愉悅學習環(huán)境，以便進行項目系統(tǒng)化組織教學，激發(fā)學生學習興趣，進行“由簡入難，層層遞進”故障模擬，達到“自成體系、學之會用”教學目標。

三、項目式仿真教學系統(tǒng)設(shè)計

（一）用戶界面設(shè)計

1.電源控制和調(diào)節(jié)開關(guān)界面

電源控制和調(diào)節(jié)開關(guān)界面主要作用是實現(xiàn)人機交互的航空發(fā)動機試車相關(guān)控制開關(guān)和調(diào)節(jié)按鈕，具體界面如圖1所示。

（1）電源控制開關(guān)

電源控制開關(guān)主要有總電源（發(fā)動機及臺架設(shè)備、控制操縱臺、調(diào)節(jié)系統(tǒng)的總電源開關(guān)）、控制電源（發(fā)動機直流控制電源開關(guān)）、真空泵（帶信號的真空泵電源開關(guān)）、補給泵（帶信號的補給油泵電源開關(guān)）、補給開關(guān)（帶信號的補給燃油電磁開關(guān)）、加力吹風（帶信號的加力吹風開關(guān)）、應急斷加力（帶信號燈的加力總電源開關(guān)）、起動吹風（帶信號的起動吹風開關(guān)）、起動燃油（帶信號的起動燃油開關(guān)）、起動補油（帶信號的起動燃油開關(guān)）、大流量（帶信號的大流量開關(guān)）、小流量（帶信號的小流量開關(guān)）、整流器（帶信號的整流器電源開關(guān)）、供氮（帶信號的供氮開關(guān)）、空中起動（帶信號的空中起動開關(guān)）、液載90s（帶信號的液壓泵加載開關(guān)，接通液載90s開關(guān)后自動斷開）、液載180s（帶信號的液壓泵加載開關(guān)，接通液載180s開關(guān)后自動斷開）、加力活門（帶信號的加力泵供油電磁活門開關(guān)）、汽化器（帶信號的汽化器電磁活門開關(guān)）、短接JL（帶信號的加力電路連鎖開關(guān)）、短接FM（帶信號的加力吹風連鎖開關(guān)）、手動加力（帶信號的手動加力連鎖開關(guān)）。

（2）調(diào)節(jié)開關(guān)

調(diào)節(jié)開關(guān)主要有左、右液壓泵調(diào)節(jié)（液壓泵加載流量調(diào)節(jié)開關(guān)）、抽真空調(diào)節(jié)（高空修正器真空調(diào)節(jié)開關(guān)）、補給泵調(diào)節(jié)（全加力狀態(tài)補油量調(diào)節(jié)開關(guān)）。

2.控制按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)及信號燈指示界面

起動按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)及信號燈指示界面主要作用是實現(xiàn)人機交互的航空發(fā)動機起動、轉(zhuǎn)換開關(guān)按鈕和相關(guān)信號指示，具體界面如圖2所示。

（1）控制按鈕

控制按鈕主要是指起動按鈕（接通各起動的相應開關(guān)按鈕后，按下起動電鈴及起動按鈕后，發(fā)動機可進行運轉(zhuǎn)或起動）、等效附加電阻按鈕（選擇附加電阻等效1、等效2、等效4、等效8不同組別調(diào)整發(fā)動機的等效起動電源，模擬發(fā)動機在外場起動電源的特性）。

（2）轉(zhuǎn)換開關(guān)

轉(zhuǎn)化開關(guān)主要包括起動轉(zhuǎn)換開關(guān)（控制轉(zhuǎn)換發(fā)動機自動起動或等效起動的電源電路）、油封轉(zhuǎn)換開關(guān)（控制轉(zhuǎn)換發(fā)動機起動、油封、冷運轉(zhuǎn)的電源電路）、補油轉(zhuǎn)換開關(guān)（檢查發(fā)動機起動補油與不補油的起動）、加力吹風轉(zhuǎn)換開關(guān)（接通加力工作時，選擇轉(zhuǎn)換開關(guān)對加力燃燒室吹風的控制）、噴口或燃油延遲時間轉(zhuǎn)換開關(guān)（接通加力時，選擇控制噴口或燃油延時）、噴口轉(zhuǎn)換開關(guān)（發(fā)動機工作時檢查，轉(zhuǎn)換開關(guān)DK、XK、XB檢查凸輪控制發(fā)動機噴口打開、關(guān)閉的協(xié)動轉(zhuǎn)速）、手動噴口轉(zhuǎn)換開關(guān)（控制轉(zhuǎn)換噴口收放）、電機加載轉(zhuǎn)換開關(guān)（發(fā)電機加載負荷開關(guān)）。

（3）信號燈指示

信號燈指示主要包括航空發(fā)動機起動左右點火信號指示、起動相關(guān)、凸輪協(xié)動轉(zhuǎn)速信號指示、噴口狀態(tài)信號指示等。

3.試車主要參數(shù)及功能操作界面

試車主要參數(shù)及功能性檢查界面主要作用是實現(xiàn)航空發(fā)動機試車過程中各試車參數(shù)顯示、航空發(fā)動機試車各功能性檢查，主要囊括三部分：第一部分為發(fā)動機運轉(zhuǎn)、起動及相關(guān)的試車，第二部分為發(fā)動機穩(wěn)態(tài)工作相關(guān)的試車，第三部分為發(fā)動機加、減速性、操縱性及功能性相關(guān)的試車，具體界面如圖3所示。

4.試車動態(tài)及穩(wěn)態(tài)參數(shù)界面

試車主要參數(shù)及功能性檢查界面主要作用是將發(fā)動機推力、T3*溫度、耗油率等重要性能參數(shù)精確顯示出來，且給出是否合格結(jié)論;其也將與航空發(fā)動機試車相關(guān)的重要檢查參數(shù)精確地顯示于界面，作為學習者在試車過程中記錄是否準確的參考標準值。

5.試車參數(shù)曲線歷程界面

試車參數(shù)曲線歷程界面主要作用是實現(xiàn)將航空發(fā)動機試車過程中重要動態(tài)參數(shù)（轉(zhuǎn)速、推力、排氣溫度、加力總管壓力、燃油流量、進氣動壓等參數(shù)在界面上實時顯示）變化以曲線圖形象直觀實時顯示，具體界面如圖5所示。

（二）項目式仿真教學系統(tǒng)功能框架設(shè)計

結(jié)合項目式仿真教學系統(tǒng)設(shè)計的原則，進行項目式仿真教學系統(tǒng)功能框架設(shè)計，具體框架如圖6所示，主要囊括教學內(nèi)容：發(fā)動機試車的工藝流程、工藝分工、試車參數(shù)調(diào)整原理與方法等等，以實現(xiàn)培養(yǎng)學生具備熟知發(fā)動機試車的工藝流程、工藝分工的能力，熟知發(fā)動機試車中各功能性檢查目的及要求，在試車中對超過工藝要求、限制時能及時得到正確處理的能力;具備分析判斷與排除發(fā)動機一般性能故障能力，相應能夠制定排除方案，編寫發(fā)動機試車檢查工作卡的能力。

（三）控制臺故障模擬模塊設(shè)計

結(jié)合“由簡入難”的故障模擬設(shè)計原則以及航空發(fā)動機試車技術(shù)課程教學目標，進行控制臺輸入功能設(shè)計，功能的實現(xiàn)在系統(tǒng)提供的筆記本電腦上操作：即由教師通過筆記本電腦進行模擬“由簡入難”的故障設(shè)置，實現(xiàn)發(fā)動機各種故障的模擬，快速培養(yǎng)學生及時發(fā)現(xiàn)故障、進行故障分析，提出排除故障的處理方法和排除的能力以及培養(yǎng)學生養(yǎng)成主動思考的好習慣和良好的職業(yè)素養(yǎng)。

四、應用實例

“航空發(fā)動機起動”教學項目是“航空發(fā)動機試車技術(shù)”課程抽象性、實踐性較強的項目之一?！昂娇瞻l(fā)動機起動”共安排6學時：知識目標是要求學生掌握掌握發(fā)動機起動操作步驟、參數(shù)的限制，了解發(fā)動機起動性能的調(diào)整，調(diào)整限制及調(diào)整部位;能力目標是培養(yǎng)學生能進行有關(guān)航空發(fā)動機起動的一般性故障分析及排除;情感目標是培養(yǎng)學生養(yǎng)成良好的主動思考習慣以及團隊分工合作意識。

借助本文所設(shè)計的項目式仿真教學系統(tǒng)開展教學。首先，依托電源控制和調(diào)節(jié)開關(guān)界面和控制按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)及信號燈指示界面以及系統(tǒng)功能，要求學生完成項目任務之一：通過親自模擬航空發(fā)動機起動，使學生知道航空發(fā)動機起動所需接通電源開關(guān)以及控制按鈕和掌握航空發(fā)動機起動步驟;其次，依托所有界面以及試車程序，要求學生完成項目任務之二：通過親自模擬航空發(fā)動機起動，觀察、總結(jié)航空發(fā)動機起動的參數(shù)限制;最后，在任務一和任務二的基礎(chǔ)上，依托所有界面以及控制臺故障模擬，要求學生綜合完成項目任務之三：通過親自模擬航空發(fā)動機起動，觀察、發(fā)現(xiàn)航空發(fā)動機起動的一般性故障，并進行分析及排除。

五、結(jié)論

本文采用依托仿真系統(tǒng)為載體進行項目式教學，以創(chuàng)建與企業(yè)真實工作情境逼真的教學環(huán)境，實現(xiàn)了教學手段現(xiàn)代化、教學模式理實一體化，催化理論與實踐有機融合，零對接崗位需求。

參考文獻

[1] 楊訓，雷勇，陳桂英等. 航空發(fā)動機試車計算機輔助試驗系統(tǒng)[J]. 計算機測量與控制，2005（09）：900-902.

[2] 劉亞豐，蘇莉，吳元喜等. 虛擬仿真教學資源建設(shè)原則與標準[J]. 實驗技術(shù)與管理，2017（05）：8-10.

[3] ?徐玉斌，郭艷艷.仿真教學與傳統(tǒng)教學的關(guān)系探析[J].河南教育學院學報（ 自然科學版），2019（28）：72-75

[4]王靜. 中職機電專業(yè)課學習評價的生本思考[J]. 職教論壇，2016（32）：40-41.

[5] 楊 杰 ，張 彪 .雙子葉植物虛擬仿真教學資源的建設(shè)[J].南方論壇，2019（19）：18-22