仿真技術在汽車維修實訓教學中的應用

劉良和

(安徽冶金科技職業(yè)學院, 安徽 馬鞍山 243011)

隨著我國汽車工業(yè)迅速發(fā)展，汽車保有量急速上升，汽車維修技能型人才的社會需求逐年增加。社會對汽車維修從業(yè)人員的大量需求助推了職業(yè)院校汽車檢測與維修專業(yè)的發(fā)展,在很多職業(yè)院校的汽車檢測與維修專業(yè)的教學當中, 將汽車維修虛擬仿真技術應用于其中，取得了良好的教學效果。本文結合安徽冶金科技職業(yè)學院與上海宇龍軟件工程有限公司聯(lián)合開發(fā)的《汽車維修專項技能仿真實訓軟件》的實踐教學案例，探討仿真技術在汽車維修教學中的應用。

一、汽車維修仿真軟件簡介

以安徽冶金科技職業(yè)學院與上海宇龍軟件工程有限公司聯(lián)合開發(fā)的《汽車維修專項技能仿真實訓軟件》為例，具體功能上的特點為：實物模型詳盡、逼真；交互式原理動畫生動、形象，提供汽車各機構和系統(tǒng)的原理演示動畫；三維運動仿真清晰、直觀，可以查看到原本無法看到的系統(tǒng)運行時的內部狀態(tài)和原理；系統(tǒng)電路圖詳細、實時；故障設置與檢測獨具特色，學生需要按照相應的檢測流程進行診斷，并根據(jù)模擬故障現(xiàn)象查出原因，最終排除設置故障；軟件還模擬了包括電腦診斷儀、氣缸壓力表、機油壓力表和萬用表等多種測量工具，并且檢測工具完全參照真實工具的操作方式和數(shù)據(jù)[1]。零部件裝配功能流程完整，軟件技能模塊中為學生提供汽車零部件的拆卸和裝配仿真模擬，設計了零部件的拆卸和裝配操作流程。為構建汽車維修作業(yè)典型工作情境，仿真軟件將待裝配的零件模型有序擺放在零件擺放區(qū)，有助于學生養(yǎng)成良好的職業(yè)習慣。

二、《汽車維修專項技能仿真實訓軟件》在汽車維修教學中的應用

《汽車維修專項技能仿真實訓軟件》就是采取人機交互的方式，通過計算機技術模擬真實情境，把汽車各總成部件的構成原理、拆卸和分解過程、零件檢驗、裝配調整步驟、檢測試驗等以三維動畫的形式展現(xiàn)。學生可以在計算機上學習汽車構造總成、機構工作原理，模擬汽車維修典型工作任務中總成、組件的拆解安裝、汽車系統(tǒng)維護和修理，以及故障排除的操作，從而掌握汽車維修作業(yè)的實際操作方法、步驟和規(guī)范[1]。

(一)汽車維修教學創(chuàng)新離不開仿真技術應用

首先，從汽車維修類專業(yè)人才培養(yǎng)目標來看，汽車檢測與故障診斷排除是核心技能，汽車構造是學生深入學習專業(yè)知識和技能的基礎。掌握汽車維修技能，解決汽車故障診斷與汽車維修實際問題，學生必須有扎實的基本理論和過硬的專業(yè)技能，必須熟練掌握汽車整車與汽車各總成構造與基本原理，圖文并茂的虛擬仿真軟件必然是一種不可缺少的教學資源，也是信息化教學的手段。大量的實踐證明，虛擬仿真軟件在汽車維修教學中起到了激發(fā)學生學習興趣、提高教學效果的作用。對于初學者來說汽車有幾分神秘，尤其是汽車結構與基本原理，許多學生覺得難以理解。如果這種狀態(tài)在短期內沒有改觀，學生的積極性和興趣勢必會下降，很大程度地影響到教學效果。其次，從近年汽車維修技能大賽比賽內容設置來看，整個大賽由理論考試、汽車仿真、實踐維修排故操作三塊構成，汽車仿真技能已是作為一個參賽選手必備的能力構成部分。再次，從汽車維修工種職業(yè)技能鑒定看，部分地區(qū)在進行汽車維修工種技能鑒定考核中，在理論考試中增加汽車維修專項技能仿真內容。基于此，為了適應不斷變化的考核方式和內容，職業(yè)院校陸續(xù)使用仿真實訓教學考核軟件，多方位地進行模擬訓練和模塊化教學。最后，實習教學也離不開軟件仿真，由于汽車類型多，汽車整車以及主要總成價格高且數(shù)量有限，不可能為每幾名學生提供一輛車或一臺發(fā)動機，因此在有限的真車操作之余在軟件上仿真是一種必然。

(二)汽車維修實訓教學效果體現(xiàn)在仿真技術應用

汽車維修仿真技術的應用，縮短了汽車維修人員技能的培養(yǎng)時間。按照傳統(tǒng)實訓模式進行的汽車維修專項技能實踐教學，對教學條件中的實訓設備要求種類多、數(shù)量多，實踐教學場所面積大，實踐教學教師數(shù)量多，教學訓練時間長。即便如此，學生的汽車維修實踐的機會還是很少，使培養(yǎng)周期變得很長。在汽車維修實踐教學過程中，汽車總成拆卸與裝配消耗過多的時間，很多教學內容不能在特定的時間內完成，影響了教學進度，也影響知識、技能的連貫性。學生要完成指定維修項目任務，必需熟練掌握汽車各總成部件的拆裝規(guī)范，掌握規(guī)范的分解、裝配與調整方法。汽車維修專項技能仿真軟件就可以用來訓練學生的汽車拆裝規(guī)范，尤其是拓寬對汽車總成拆裝順序、技術要求、工具選擇使用；汽車維修專項技能仿真軟件練習，同時再結合一定的真實維修實際操作，這樣，可以通過很少的實踐給學生糾正在汽車維修作業(yè)中機構總成拆裝、汽車故障診斷與排除中出現(xiàn)的問題。汽車維修實訓教學中仿真技術的應用，節(jié)省了訓練器材和場地等的經費投入，大幅度減少了教師的工作量，大大縮短了培養(yǎng)周期，具有很高的經濟效益和社會效益。

緩解教學資金投入的不足。利用仿真軟件可以彌補汽車整車、總成教學資源的不足，充分利用現(xiàn)有資源，為學校節(jié)約大量的教學經費和設備投資費。汽車維修實踐教學設備投入量是很大的，如果要使每個學生有充足的實習時間，可能要購置多車型車、多車型總成，這些都要花去大量的經費，這對一般的職業(yè)院校財力來說顯然是難以承受的，并且這些設備在學生的拆裝過程中很容易出現(xiàn)問題，無法完整地恢復，減少設備的利用次數(shù)。如建立一個滿足60人實習的汽車維修拆裝實習場地，每實習崗位安排6名學生，就需要10部整車。這需要大量的設備投資費。而若采用汽車維修仿真軟件進行汽車維修工種實訓教學，60臺套計算機就滿足了教學需要。且由于是一人一機，可以保證每個學生有充足的時間來動手練習，提高實訓效果。而且汽車機構總成的拆裝、汽車典型故障診斷與除排在軟件上可以無限次地進行，短時間內可以讓學生達到熟練的層次并且沒有實際材料的消耗，仿真練習結束后再配合一兩次實際操作，極大地提升學生汽車維修專項技能。

激發(fā)學生積極主動學習。汽車維修仿真軟件的詳盡逼真的實物模型、生動形象的原理動畫，激發(fā)學生積極主動學習，培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識。對于高等職業(yè)院校的學生來講，學生基礎知識掌握相對薄弱，而汽車維修專業(yè)核心課程的學習又要求學生具有豐富的空間思維能力，實際的教學過程相對乏味枯燥，這樣很容易讓學生產生厭學情緒，教學效果不理想；而汽車維修仿真軟件以其和實際汽車及總成部件相似的可感知性和相同情境的可感知性，充分激發(fā)了學生的學習興趣。同時，汽車維修仿真軟件可根據(jù)學生技能的形成規(guī)律設計訓練過程，學生可以得到及時強化和實際生產中不能得到的直觀感受，從而較快地提高操作技能，激發(fā)自信心；汽車維修仿真軟件專項技能訓練一定程度上培養(yǎng)學生刻苦鉆研和創(chuàng)新精神，形成良好的團隊學習氛圍；汽車維修仿真軟件教學中學生出錯可以及時糾錯，既提升了能力，同時也可以避免實際生產中出錯帶來的安全問題，使學生崗位技能全面提升[3]?？傊谄嚲S修仿真軟件教學中，可設計出實際汽車拆裝、調整中可能發(fā)生的變化，讓學生全面把握汽車及總成拆裝技術規(guī)范，排查故障的思路和檢測設備的應用方法，從而加深認識達到傳統(tǒng)課堂教學中無法達到的效果。

實踐教學質量大大提升。汽車維修專項技能仿真軟件有效整合理論與實踐一體教學資源，極大程度地實現(xiàn)理實一體化教學。汽車維修類專業(yè)核心課程中，汽車構造以及故障診斷與排除等課程是非常抽象的，注重的是實踐性。比如汽車零件的拆裝過程，用傳統(tǒng)的課堂講授教學方法，很多學生很難理解；但如果利用仿真軟件一邊演示一邊教學，通過汽車整車以及總成的三維動畫演示，學生就很容易理解總成以及零件的部位，機構與機構之間的位置關系、運動關系，而且能自己親手操作來加深認識，理論和實踐相互滲透交叉，實現(xiàn)同步教學，使抽象內容形象化，能夠大大提升教學質量。

(三)仿真軟件在汽車維修教學的應用方法

首先，教學方法要豐富多彩。職業(yè)院校的學生基礎知識不是很牢固，學習缺乏興趣，因此，在教學中必須采取多樣化的教學方法、教學手段激發(fā)學生學習興趣，提升學生學習知識和技能的效率。作為汽車維修專業(yè)教師，應具有非常高的理論教學水平和教學能力，同時還要具有非常強的汽車維修職業(yè)能力，能較為嫻熟地運用行動導向的教學方法，利用汽車維修仿真軟件在課堂教學中真正體現(xiàn)以學生為主體，突出顯示學生動手用腦的活動，化學生被動學習為主動學習[2]。在教學過程中，采取任務驅動方法，引導學生查閱咨詢，設計方法、實施操作；同時對學生遇到的問題進行講解并示范操作，對學生完成的操作予以及時點評。教學設計中，對課程中知識點的講解盡可能深入淺出，符合學生學習規(guī)律，便于學生掌握；仿真軟件操部分應接近汽車維修作業(yè)典型工作任務， 提升學生操作技能。

其次，仿真技術要運用恰當、科學。汽車維修專業(yè)教師應重視汽車維修專項技能仿真在教學中的科學應用方法，擺正汽車維修專項技能仿真在汽車維修實踐教學中的位置，合理使用汽車維修專項技能仿真軟件，恰當?shù)匦拚處熢诮虒W中從頭講到尾的常規(guī)教學模式，同時教師也要堅持在教學中的引導作用，將傳統(tǒng)教學模式和創(chuàng)新教學方法科學結合，真正發(fā)揮其在教學中的作用。教師在汽車維修、排除故障課堂教學中引導學生學習資訊，重點解決汽車總成部件拆裝安全規(guī)范，汽車故障排除的診斷思路，并著重強調汽車故障原因分析判斷與處理，學生借助汽車維修仿真系統(tǒng)反復練習操作，完成不同機構、系統(tǒng)、不同車型的安全技術操作規(guī)范。在練習時，學生根據(jù)任務完成操作項目，練習前教師應在汽車維修仿真系統(tǒng)中進行操作演示和講解，安排學生完成任務設計，并在學生練習時進行巡回指導，個別講解和實施過程評價。學生應用汽車維修仿真軟件進行汽車總成、部件拆裝與故障診斷與排除反復練習操作，能一定程度上掌握汽車維修專項技能，同時也培養(yǎng)了學生分析和解決汽車維修實際問題的能力。

再次，教學環(huán)節(jié)設計要合理有序，汽車維修綜合技能螺旋提升。教學中，根據(jù)“必須夠用、突出技能”的思想，將教學環(huán)節(jié)劃分為兩大模塊，分別為知識模塊和技能模塊。知識模塊講述汽車構造、機構工作原理以及各總成組成和功能，學生必須熟練掌握、靈活應用，為技能學習夯實基礎。技能模塊部分，先利用集合了多車型的零部件的拆卸和裝配功能、故障診斷與排除功能的《汽車維修專項技能仿真實訓軟件》，教學中教師利用軟件演示告訴學生怎么做，布置實操項目讓學生自己做，教師檢查點評學生做得怎么樣。在利用汽車維修仿真軟件的一體化教學實施中，必須構建以過程考核與結果考核并重的考核評價體系。教學評價將很好地觸發(fā)學生學習的能動性，在汽車維修仿真教學中，過程評價必須做到如下幾點：(1)合理且有一定的彈性，如一些仿真操作中學生實施方案的可行性討論，實操過程中拆裝順序以及故障原因排除流程等，注重操作規(guī)范和習慣培養(yǎng)；(2)結果考核評價尤為重要，對在仿真實訓教學中學生的互動踴躍程度，表現(xiàn)出的團隊協(xié)作意識和良好個人品質要及時鼓勵、認可；(3)增加自評與互評，對學生在仿真教學實施中技能操作情況及結果的評價，可以讓學生自我評價，同時也可以安排不同組別互評，適當?shù)剞D換教學評價的主客體關系，激發(fā)學生學習動力，滿足他們的成就感?？茖W合理安排教學內容，輔以科學的評價，循序漸進提高學生汽車維修綜合技能。

三、汽車維修仿真軟件的負面影響及應對措施

汽車維修仿真在汽車維修實訓教學中恰當應用，解決部分職業(yè)技術院校作為教學用汽車數(shù)量少，學生數(shù)量多的矛盾。但是從多年的實際教學發(fā)現(xiàn)，盡管虛擬仿真軟件更新升級快，生命力強大，但終究不能完全代替汽車維修中真車的實踐練習，尤其是真車拆裝與故障診斷與排除綜合技能訓練[4]。

職業(yè)院校對學生的培養(yǎng)目標具有高度職業(yè)性，培養(yǎng)過程從汽車維修工作崗位典型工作任務出發(fā)，保證學生掌握夠用基本知識，注重學生掌握必備的操作技能；對于汽車檢測與維修類專業(yè)，應用性技術比較強，在教學過程中適度合理借助虛擬仿真，會起到錦上添花的功效，但虛擬仿真終究代替不了真車實習訓練，必要時，還要一定程度地消除過分依賴虛擬仿真所產生的操作習慣的影響。汽車維修仿真軟件模擬的維修作業(yè)，與實際汽車維修中真實情境還是存在區(qū)別的，絕不能替代真車實際操作。使用工具的力度手感無法感知，汽車零部件的質感重量不夠實際，故障的現(xiàn)象模擬不夠真實，對汽車總成裝配、調整的結果無法進行直觀檢驗等，而所有這些恰恰是技能訓練的重要要求，因此，授課教師必須加以重視?？梢栽趯W生進行初期訓練前，先進行汽車維修作業(yè)真實工量具的正確選擇、使用的訓練，使其對汽車維修中工量具的正確運用有扎實的能力基礎；汽車拆解與故障診斷與排除采用任務驅動教學，教師分配任務并分析問題分布實施演示，引導學生明確任務設計實施方案，進行仿真操作，輔助以真車練習?？傊?，應盡最大可能彌補應用汽車維修仿真系統(tǒng)進行教學的缺陷。

過多依賴虛擬仿真進行汽車維修技能訓練，會使學生對PC機、鼠標產生粘性，熱衷于汽車總成部件的模擬拆裝與故障診斷與排除，而疏于汽車總成部件的模擬拆裝及故障診斷與排除的實際操作，甚至會讓部分學生滋生自我滿足感，甚至不愿意參加真實環(huán)境的汽車維修實操，僅僅為排除幾個軟件設置的故障而沾沾自喜，從而放松學習，嚴重影響教學質量和浪費教學資源。這就要求教師在創(chuàng)新教學方法同時提高管理能力，科學安排仿真訓練的時間，科學調整真實情境訓練和仿真軟件訓練時間比例，在汽車維修專項技能實訓中穿插進行。此外，教師要強調真實情境操作與仿真操作有不一樣的地方，使學生對軟件仿真有科學準確的認知，引起對汽車維修真實情境操作足夠重視。

四、結語

隨著虛擬仿真技術的快速發(fā)展，仿真效果與實際汽車維修拆裝、調整、故障排除以及作業(yè)環(huán)境已相差很小，具有很高的仿真模擬效果。虛擬仿真在我國的職業(yè)院校已得到廣泛的應用，有效地克服教學器材少、實操作業(yè)破壞性大等弊端，同時解決了教學經費不足的現(xiàn)實問題，提高了教學水平和教學效果[5]。但是軟件仿真和汽車維修實際操作之間始終還有差距存在，二者不能混為一談，更不能相互替代，只有在實際教學中科學、合理、有效地利用仿真軟件才能更好地為教學服務；只有在教學過程中積極思考仿真軟件在應用中產生的問題，主動采取應對措施，并將仿真訓練與實踐操作訓練有機結合，才能發(fā)揮仿真教學的最佳效果，收到事半功倍的效果。