五檔手動(dòng)變速器仿真教學(xué)軟件的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

顧學(xué)梁，劉金旺

（玉溪技師學(xué)院，云南 玉溪 653100）

近年來(lái)，隨著職業(yè)教育汽車維修專業(yè)辦學(xué)規(guī)模的不斷壯大，其教學(xué)成本也隨之不斷上升，這在一定程度上制約了專業(yè)發(fā)展的水平和質(zhì)量.這是因?yàn)?，汽修專業(yè)課教師在進(jìn)行五檔手動(dòng)變速器的理論、實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，為了讓學(xué)生掌握其構(gòu)造、零件名稱、工作原理和學(xué)懂變速器拆裝、修理工藝，需要拆卸變速器，從而造成變速器的損耗，加大了辦學(xué)成本.另外，學(xué)生從認(rèn)識(shí)五檔手動(dòng)變速器到學(xué)會(huì)維修，其周期長(zhǎng)，知識(shí)水平提升慢，這也無(wú)形中提高辦學(xué)成本.目前，在五檔手動(dòng)變速器的教學(xué)中，除了廣泛使用的黑板、PPT、微課、微視頻、實(shí)物教學(xué)手段外，更高效的方法是在仿真技術(shù)基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的教學(xué)軟件，但如果直接從科技公司購(gòu)買，不僅成本高，且使用時(shí)因版權(quán)的限制便利性差，軟件里的教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際需要的教學(xué)內(nèi)容差別大，難以滿足專業(yè)教學(xué)的需要.正因如此，筆者結(jié)合汽修專業(yè)課的教學(xué)實(shí)踐，發(fā)揮專業(yè)優(yōu)勢(shì)，將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)與汽車五檔手動(dòng)變速器教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合，開(kāi)發(fā)出汽車五檔手動(dòng)變速拆裝、原理仿真教學(xué)軟件，應(yīng)用于實(shí)際教學(xué)，滿足專業(yè)教學(xué)需要，為汽修專業(yè)課教師增加了一種立體、逼真的教學(xué)手段，極大的豐富了專業(yè)教師的教學(xué)手段和學(xué)生的學(xué)習(xí)途徑.

1 五檔手動(dòng)變速器仿真教學(xué)軟件的開(kāi)發(fā)要點(diǎn)

仿真軟件由計(jì)算機(jī)生成，可以是現(xiàn)實(shí)世界的再現(xiàn)，亦可以是構(gòu)想中的世界，用戶可借助視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)及觸覺(jué)等多種傳感通道與虛擬世界進(jìn)行自然的交互.它是以仿真的方式給用戶創(chuàng)造一個(gè)實(shí)時(shí)反映實(shí)體對(duì)象變化與相互作用的三維虛擬世界[1].

五檔手動(dòng)變速器仿真教學(xué)軟件是將五檔手動(dòng)變速器的構(gòu)造、工作原理、拆裝過(guò)程進(jìn)行3D 數(shù)字內(nèi)容的模擬開(kāi)發(fā)，借助3D 虛擬環(huán)境模擬五檔手動(dòng)變速器的實(shí)訓(xùn)環(huán)境、條件、流程，使教師和學(xué)生能夠獲得與實(shí)際使用五檔手動(dòng)變速器實(shí)訓(xùn)一樣的逼真體驗(yàn)，教學(xué)效果好，使用成本低.

五檔手動(dòng)變速器仿真教學(xué)軟件的開(kāi)發(fā)要點(diǎn)是在變速器不上試驗(yàn)臺(tái)、不拆開(kāi)的情況下，如何看清變速器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，完成變速器的拆卸、組裝，演示它的各項(xiàng)功能，實(shí)現(xiàn)與實(shí)際變速器相同的結(jié)構(gòu)、性能，這就需要通過(guò)安裝在計(jì)算機(jī)上的仿真軟件與五檔手動(dòng)變速器的結(jié)構(gòu)、功能相結(jié)合來(lái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，滿足五檔手動(dòng)變速器下列幾點(diǎn)仿真功能：

（1）實(shí)現(xiàn)五檔手動(dòng)變速器的作用仿真：通過(guò)仿真教學(xué)軟件的開(kāi)發(fā)能立體逼真演示發(fā)動(dòng)機(jī)輸入轉(zhuǎn)速的變化，切斷發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出動(dòng)力，改變發(fā)動(dòng)機(jī)的輸入轉(zhuǎn)速方向.

（2）實(shí)現(xiàn)五檔手動(dòng)變速器的換檔功能仿真：通過(guò)仿真教學(xué)軟件的開(kāi)發(fā)能立體逼真的演示五個(gè)前進(jìn)檔、一個(gè)倒檔和一個(gè)空檔的換檔過(guò)程.

（3）實(shí)現(xiàn)五檔手動(dòng)變速器的構(gòu)造仿真：通過(guò)仿真教學(xué)軟件的開(kāi)發(fā)能立體逼真的仿真變速器殼體、變速器蓋、換檔桿、變速器操縱機(jī)構(gòu)、齒輪傳動(dòng)軸、齒輪、同步器、軸承、油封、軸套、卡環(huán)、轉(zhuǎn)速表蝸桿蝸輪、端蓋，立體、真實(shí)的將每一個(gè)零件展現(xiàn)和演示出來(lái).

（4）實(shí)現(xiàn)五檔手動(dòng)變速器仿真教學(xué)軟件上的零件拆卸、裝配過(guò)程仿真，利用軟件學(xué)習(xí)變速器的修理工藝，分析變速器故障產(chǎn)生的原因和排除故障的方法.

2 五檔手動(dòng)變速器仿真教學(xué)軟件的開(kāi)發(fā)內(nèi)容

仿真教學(xué)軟件不僅要滿足學(xué)生實(shí)訓(xùn)操作的功能要求，同時(shí)還要具有理論教學(xué)微課、PPT 編輯功能，既要立體、逼真、可視，又要有動(dòng)畫，還要短小和有針對(duì)性.為此，需要從教學(xué)的實(shí)際需要出發(fā)，將汽車五檔手動(dòng)變速器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、性能要求與虛擬仿真技術(shù)結(jié)合，將五檔手動(dòng)變速器仿真教學(xué)軟件的開(kāi)發(fā)分成三大類，分別是拆卸類（按拆卸順序拆分變速器直至成獨(dú)立的零件）、裝配類（按裝配順序組裝變速器的各個(gè)零件，實(shí)現(xiàn)變速器的功能）、工作原理類（實(shí)現(xiàn)五檔手動(dòng)變速器的作用、各檔工作過(guò)程演示），在每一大類中又根據(jù)變速器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分成若干小項(xiàng)目，形成短小的仿真教學(xué)軟件，便于靈活應(yīng)用.

（1）拆卸類項(xiàng)目仿真教學(xué)軟件：由總成部件拆卸、三組件拆卸、上蓋零件拆卸、一、二軸零件拆卸、同步器拆卸、中間軸零件拆卸軟件6 個(gè)小項(xiàng)目構(gòu)成，如圖1 所示.

圖1 拆卸類項(xiàng)目仿真教學(xué)軟件

（2）裝配類項(xiàng)目仿真教學(xué)軟件：由中間軸零件裝配、同步器零件裝配、一、二軸零件裝配、上蓋零件裝配、三組件裝配、總成部件裝配軟件6 個(gè)小項(xiàng)目構(gòu)成，如圖2 所示.

圖2 裝配類項(xiàng)目仿真教學(xué)軟件

（3）工作原理類項(xiàng)目仿真教學(xué)軟件：由一檔傳動(dòng)、二檔傳動(dòng)、三檔傳動(dòng)、四檔傳動(dòng)、五檔傳動(dòng)、倒檔傳動(dòng)、空檔傳動(dòng)軟件7 個(gè)小項(xiàng)目構(gòu)成，如圖3 所示.

圖3 工作原理類項(xiàng)目仿真教學(xué)軟件

以上3 個(gè)仿真軟件形成3 個(gè)大項(xiàng)目，大項(xiàng)目下面由若干個(gè)小項(xiàng)目構(gòu)成的仿真教學(xué)軟件，項(xiàng)目清晰明確，查找方便，點(diǎn)擊快速，軟件有快進(jìn)、快退、暫停功能，便于師生使用.

五檔手動(dòng)變速器仿真教學(xué)軟件開(kāi)發(fā)是從維修企業(yè)、中職教學(xué)的實(shí)際需要出發(fā)，重點(diǎn)放在變速器的構(gòu)造、拆裝工藝、工作原理的開(kāi)發(fā)上.根據(jù)教學(xué)大綱的要求，明確變速器軟件開(kāi)發(fā)的知識(shí)點(diǎn)、技能點(diǎn)、操作要點(diǎn)，形成仿真教學(xué)軟件開(kāi)發(fā)的核心.通過(guò)仿真軟件開(kāi)發(fā)內(nèi)容規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化來(lái)模擬拆裝，訓(xùn)練學(xué)生正確選擇使用工具，嚴(yán)格遵循拆裝工藝，學(xué)習(xí)完成后具有返回操作，重新學(xué)習(xí)的功能.當(dāng)學(xué)生需要學(xué)習(xí)某個(gè)小項(xiàng)目時(shí)，可以快速選擇大項(xiàng)目下的這個(gè)小項(xiàng)目來(lái)進(jìn)行學(xué)習(xí)，方便快捷.理論教學(xué)中仿真教學(xué)軟件能夠演示零部件名稱、結(jié)構(gòu)、位置、工作原理；演示零部件拆裝順序，有單個(gè)零件或連續(xù)播放的暫停功能、快進(jìn)功能；有插入視頻文件、電子教案的插入功能；有變速器理論試題庫(kù)且有隨機(jī)組卷、答題功能.

3 仿真教學(xué)軟件的應(yīng)用

仿真教學(xué)軟件能夠很好的演示五檔手動(dòng)變速器的內(nèi)、外部結(jié)構(gòu)和工作原理，變速器外部采用實(shí)景模式的3D 展示整體結(jié)構(gòu)，內(nèi)部采用透視模式，可直觀模擬變速器換檔桿撥動(dòng)換檔操縱機(jī)構(gòu)，模擬操縱1-2-3-4-5-R-空檔，變速器對(duì)應(yīng)的撥叉、同步器、齒輪、進(jìn)入相應(yīng)的擋位工作的情景，通過(guò)亮光、聲音、文字方式對(duì)動(dòng)力傳動(dòng)路線和工作狀態(tài)下的零部件進(jìn)行提示，便于開(kāi)展教學(xué)，使學(xué)生清晰、準(zhǔn)確、快速掌握相關(guān)知識(shí).

（1）簡(jiǎn)約的登陸方式.專業(yè)課教師對(duì)仿真教學(xué)軟件的開(kāi)發(fā)，不存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)糾紛，登陸簡(jiǎn)便是其最大特點(diǎn)之一，打開(kāi)裝有五檔手動(dòng)變速器仿真教學(xué)軟件的電腦，師生各用一個(gè)密碼便可以進(jìn)入軟件系統(tǒng)，選擇需要的項(xiàng)目打開(kāi)就可以使用.教師既可以將教學(xué)軟件用于學(xué)習(xí)、備課、制作PPT，也可以直接用于講課.學(xué)生進(jìn)入軟件系統(tǒng)可以學(xué)習(xí)手動(dòng)變速器的作用、構(gòu)造、零件名稱、工作原理的理論知識(shí)，掌握基本理論知識(shí)后，進(jìn)行實(shí)訓(xùn)仿真訓(xùn)練，學(xué)生在軟件上訓(xùn)練手動(dòng)變速器的拆卸、組裝；模擬訓(xùn)練熟練后再轉(zhuǎn)移到五檔手動(dòng)變速器設(shè)備上進(jìn)行實(shí)際操作，考核可選擇模擬考或用實(shí)訓(xùn)設(shè)備考核，模擬考核有自動(dòng)記時(shí)、自動(dòng)保存、成績(jī)顯示功能.

（2）仿真教學(xué)軟件的演示功能.演示功能主要用于輔助教學(xué)，項(xiàng)目包括五檔手動(dòng)變速器總成演示、三組件拆裝演示、上蓋零件拆裝演示、一和二軸零件拆裝演示，中間軸零件拆裝演示、同步器拆裝演示，變速器一檔、二檔、三檔、四檔、五檔、倒檔、空檔換擋過(guò)程和傳動(dòng)原理演示，演示能實(shí)現(xiàn)單步、連續(xù)播放和暫停功能.仿真演示具有可視性、動(dòng)畫性、立體性、逼真性、翻轉(zhuǎn)性、趣味性、學(xué)習(xí)方便性的特點(diǎn)，易于學(xué)生對(duì)變速器構(gòu)造、原理的理解和掌握.

（3）仿真教學(xué)軟件是開(kāi)展項(xiàng)目教學(xué)的重要手段.五檔手動(dòng)變速器仿真教學(xué)軟件由三個(gè)大項(xiàng)目組成，即拆卸、裝配、工作原理，每個(gè)大項(xiàng)目下又分成若干個(gè)小項(xiàng)目，它們各自獨(dú)立，便于教師選擇制作課件、開(kāi)展教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)，是教師實(shí)施五檔手動(dòng)變速器項(xiàng)目教學(xué)的重要幫手.

（4）仿真教學(xué)軟件利于理論和實(shí)踐相結(jié)合.仿真教學(xué)軟件能實(shí)現(xiàn)理論和實(shí)踐的緊密結(jié)合，是多媒體技術(shù)更高級(jí)的表達(dá)方式，可以做到實(shí)物做不到的透視性、動(dòng)畫性、趣味性.在理論教學(xué)中既能模擬手動(dòng)變速器的構(gòu)造、工作原理，也可在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中讓學(xué)生在軟件中學(xué)習(xí)五檔手動(dòng)變速器的拆裝過(guò)程，然后過(guò)渡到實(shí)際操作，有利于學(xué)生掌握知識(shí)，真正做到“理實(shí)一體，做學(xué)合一”[2].在實(shí)訓(xùn)中通過(guò)教學(xué)軟件引導(dǎo)學(xué)生掌握變速器工作原理、掌握拆裝技術(shù)，分析故障和排除故障，讓學(xué)生學(xué)一個(gè)項(xiàng)目，會(huì)一個(gè)項(xiàng)目，愛(ài)一個(gè)項(xiàng)目，這不僅降低教學(xué)難度，同時(shí)還提高了教學(xué)效率，降低培養(yǎng)成本，起到事半功倍的作用.

4 仿真教學(xué)軟件開(kāi)發(fā)的意義

（1）五檔手動(dòng)變速器仿真教學(xué)軟件開(kāi)發(fā)人員均是在職一線專業(yè)教師，由于其在日常教學(xué)和技能訓(xùn)練中積累了豐富的專業(yè)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，所以仿真教學(xué)軟件開(kāi)發(fā)內(nèi)容針對(duì)性強(qiáng)，實(shí)踐性和操作性高，且具有逼真、動(dòng)態(tài)、立體的仿真教學(xué)效果，不受任何使用條件的約束、限制，使用方便，有助于信息化條件下“理實(shí)一體化”教學(xué)方法的開(kāi)展，豐富教學(xué)手段，提高教學(xué)效果，減輕學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，縮短學(xué)習(xí)時(shí)間.仿真軟件與學(xué)生實(shí)訓(xùn)相融合，結(jié)合3D 技術(shù)，合理運(yùn)用文字、聲音、圖像等多媒體素材開(kāi)發(fā)的五檔手動(dòng)變速器仿真教學(xué)軟件，給學(xué)生提供生動(dòng)、直觀、可視性的動(dòng)畫學(xué)習(xí)場(chǎng)境，使其更好、更快的理解教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情和動(dòng)手激情.

（2）五檔手動(dòng)變速器仿真教學(xué)軟件的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，能夠引起學(xué)校重視并帶動(dòng)更多的專業(yè)教師關(guān)注、參與仿真軟件與教學(xué)實(shí)踐相結(jié)合的研究，開(kāi)發(fā)出更多、更好的專業(yè)應(yīng)用教學(xué)軟件，進(jìn)而豐富專業(yè)教學(xué)手段，提高各專業(yè)的教學(xué)效率，豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)資源，利于學(xué)生學(xué)得快、學(xué)得好.五檔手動(dòng)變速器仿真教學(xué)軟件的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，可以很直觀的了解變速器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，立體再現(xiàn)其工作過(guò)程、拆裝順序，學(xué)生易學(xué)、易懂，有利于提升教學(xué)效果，提高學(xué)生的動(dòng)手能力，擺脫實(shí)訓(xùn)設(shè)備、場(chǎng)地的制約，有效降低盲目拆卸和裝配帶來(lái)的設(shè)備損壞和損耗，有助于汽修專業(yè)全面實(shí)施理實(shí)一體化教學(xué)，提供強(qiáng)大的虛擬實(shí)訓(xùn)資源，并與實(shí)際五檔手動(dòng)變速器實(shí)訓(xùn)設(shè)備配合，快速、高效的提升教師和學(xué)生的教學(xué)成效.