汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

摘要 結(jié)合“新工科”建設(shè)和“雙碳”目標(biāo)背景，文章圍繞汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐開展相關(guān)研究工作。該系統(tǒng)包含發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷特性實(shí)驗(yàn)、速度特性實(shí)驗(yàn)及尾氣雙怠速測(cè)量實(shí)驗(yàn)等模塊，覆蓋多種發(fā)動(dòng)機(jī)工況分析，旨在提升學(xué)生理論與實(shí)踐結(jié)合的能力、工程思維和創(chuàng)新意識(shí)。實(shí)踐結(jié)果表明，系統(tǒng)在提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生學(xué)習(xí)效果方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，但也存在虛擬與現(xiàn)實(shí)結(jié)合不足、學(xué)生實(shí)際操作能力欠缺等問題。為此，文章提出了虛實(shí)結(jié)合、交互性優(yōu)化及平臺(tái)持續(xù)改進(jìn)的建議，為虛擬仿真技術(shù)在工程教育中的推廣應(yīng)用提供了參考，為能源動(dòng)力類專業(yè)人才培養(yǎng)提供了創(chuàng)新實(shí)踐方案。

關(guān)鍵詞 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)；性能實(shí)驗(yàn)；虛擬仿真；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；教學(xué)實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2025.07.026

新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革在“新工科”建設(shè)和“雙碳”目標(biāo)的雙重驅(qū)動(dòng)下加速演進(jìn)，對(duì)能源動(dòng)力領(lǐng)域創(chuàng)新人才能力的培養(yǎng)提出了更高的要求，對(duì)高校工程教育的改革與發(fā)展提出了新的挑戰(zhàn)[1]。現(xiàn)代工程教育強(qiáng)調(diào)“產(chǎn)學(xué)研結(jié)合”和“工程實(shí)踐”，尤其在能源動(dòng)力類專業(yè)中，學(xué)生不僅需要掌握系統(tǒng)的專業(yè)理論知識(shí)，還要具備較強(qiáng)的實(shí)踐動(dòng)手能力。在此背景下，工程教育強(qiáng)調(diào)通過實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作技能和工程思維，促進(jìn)學(xué)生更好地將理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和解決實(shí)際工程問題的能力。

實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)作為能源動(dòng)力類專業(yè)人才培養(yǎng)體系的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力、科研創(chuàng)新意識(shí)和科學(xué)探索精神的基本途徑。然而，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)模式往往受限于設(shè)備、場(chǎng)地以及時(shí)間的限制，如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能實(shí)驗(yàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)及測(cè)試設(shè)備昂貴，實(shí)驗(yàn)設(shè)施的建設(shè)和維護(hù)成本高；實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)量有限且班級(jí)人數(shù)較多，難以實(shí)現(xiàn)多次、系統(tǒng)性的實(shí)踐；實(shí)驗(yàn)過程涉及高溫、高壓等危險(xiǎn)因素，學(xué)生在操作過程中容易遇到安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，基于參觀式學(xué)習(xí)、簡(jiǎn)化模型演示、實(shí)際操作等形式的實(shí)體實(shí)驗(yàn)已經(jīng)無法滿足人才實(shí)踐能力培養(yǎng)的需求，亟須對(duì)當(dāng)前傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行改革研究[2]。

1 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為一種創(chuàng)新的教育模式，近年來逐漸在各類工程教育中得到廣泛應(yīng)用[3]。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能等先進(jìn)技術(shù)，將虛擬的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景、逼真的實(shí)驗(yàn)對(duì)象、規(guī)范的操作流程以及靈活的師生互動(dòng)等多個(gè)環(huán)節(jié)有機(jī)整合，構(gòu)建數(shù)字化、系統(tǒng)化的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)安全、開發(fā)、高效的實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的[4]。相比于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①低成本：虛擬仿真實(shí)驗(yàn)不需要昂貴的實(shí)驗(yàn)設(shè)備、耗材，也不涉及高昂的維護(hù)費(fèi)用，因此能夠顯著降低教學(xué)成本，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)更加普及和可持續(xù)[5]。②操作安全：虛擬仿真可以模擬出復(fù)雜和危險(xiǎn)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，學(xué)生可以在完全安全的環(huán)境下進(jìn)行操作，避免了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的事故。③靈活高效：虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)軌螂S時(shí)隨地進(jìn)行，學(xué)生可以根據(jù)需要重復(fù)實(shí)驗(yàn)，提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。④多場(chǎng)景模擬：以汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能實(shí)驗(yàn)為例，虛擬仿真可以涵蓋多種發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，包括不同工況下的動(dòng)力輸出、油耗、排放等參數(shù)的變化，學(xué)生能夠更加全面地理解發(fā)動(dòng)機(jī)的性能特征[6]。

鑒于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)在經(jīng)濟(jì)性、安全可靠性以及靈活高效等方面的優(yōu)勢(shì)，湖南大學(xué)機(jī)械工程國家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心結(jié)合“熱動(dòng)力設(shè)備排放污染及控制”“能源動(dòng)力裝置”“內(nèi)燃機(jī)學(xué)”等課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)需求，開發(fā)了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，打破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中時(shí)間、空間、設(shè)備等限制，通過可視化、交互式的學(xué)習(xí)平臺(tái)為學(xué)生提供生動(dòng)、形象的實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)，不僅有利于加深學(xué)生對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的理解，還能提升學(xué)生的工程實(shí)踐能力和解決實(shí)際問題的能力。本文將圍繞汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，從系統(tǒng)設(shè)計(jì)、教學(xué)實(shí)踐、教學(xué)反思等方面進(jìn)行研究與探索，為推動(dòng)虛擬仿真技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用提供參考。

2 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 教學(xué)目標(biāo)

2.1.1 知識(shí)目標(biāo)

能夠讓學(xué)生掌握汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的基本理論，理解功率、扭矩、燃油經(jīng)濟(jì)性、排放等關(guān)鍵性能指標(biāo)的定義及其物理意義；熟悉汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能測(cè)試的測(cè)量原理及其在實(shí)際工況下的應(yīng)用；理解虛擬仿真平臺(tái)的結(jié)構(gòu)與工作流程，學(xué)習(xí)虛擬仿真技術(shù)在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能研究中的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用場(chǎng)景。

2.1.2 技能目標(biāo)

學(xué)生通過汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練，能夠獨(dú)立操作虛擬仿真平臺(tái)，完成汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能數(shù)據(jù)的仿真與分析；具備處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力，能夠?qū)?shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行合理的解釋與評(píng)價(jià)，并能提出改進(jìn)意見；通過仿真實(shí)驗(yàn)，分析并解決發(fā)動(dòng)機(jī)性能優(yōu)化中的具體問題。

2.1.3 綜合目標(biāo)

培養(yǎng)學(xué)生將理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合的能力，通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、執(zhí)行和分析，提升實(shí)際操作能力；鼓勵(lì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中提出創(chuàng)新性的改進(jìn)建議，為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能優(yōu)化提供新思路；通過分組實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力與溝通表達(dá)能力。

2.2 技術(shù)要求

本系統(tǒng)是針對(duì)能源與動(dòng)力工程、車輛工程等相關(guān)專業(yè)配套開發(fā)的可在線開展的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，課程模擬真實(shí)實(shí)驗(yàn)中用到的器材和設(shè)備，提供與真實(shí)實(shí)驗(yàn)相似的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。為保證系統(tǒng)的擴(kuò)展性，采用國際領(lǐng)先的Unity3D 引擎開發(fā)而成，可支持同時(shí)在線人數(shù)500 人以上。系統(tǒng)提供快捷視窗欄，便于學(xué)生快速切換到對(duì)應(yīng)視角進(jìn)行操作或觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。系統(tǒng)交互性良好，學(xué)生使用鼠標(biāo)和鍵盤即可完成實(shí)驗(yàn)操作。

2.3 實(shí)驗(yàn)?zāi)K

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)可完成的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包括發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷特性實(shí)驗(yàn)、發(fā)動(dòng)機(jī)速度特性實(shí)驗(yàn)以及汽車尾氣雙怠速測(cè)量實(shí)驗(yàn)。

2.3.1 發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷特性實(shí)驗(yàn)

發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷特性實(shí)驗(yàn)是在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速一定的條件下，測(cè)量不同節(jié)氣門或油門開度下的功率、燃油消耗量（單位時(shí)間）、燃油消耗率（單位功率）等，并繪制燃油消耗量和燃油消耗率隨功率變化的曲線。發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷特性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是以真實(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷特性實(shí)驗(yàn)臺(tái)為藍(lán)本，依據(jù)完整的設(shè)計(jì)圖紙和現(xiàn)實(shí)實(shí)景，利用三維數(shù)字化建模技術(shù)建立的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷特性實(shí)驗(yàn)臺(tái)全景數(shù)字模型，構(gòu)建與真實(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷特性實(shí)驗(yàn)臺(tái)一致的虛擬環(huán)境（如圖1 所示），使學(xué)生能夠掌握發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷特性實(shí)驗(yàn)的基本方法與技能，加深對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗量、燃油消耗率、有效功率等相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的理解。

2.3.2 發(fā)動(dòng)機(jī)速度特性實(shí)驗(yàn)

發(fā)動(dòng)機(jī)速度特性是指當(dāng)燃料供給調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)位置固定不變時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)（扭矩、功率、燃油消耗率等）隨轉(zhuǎn)速改變而變化的特性，此特性可以通過發(fā)動(dòng)機(jī)在試驗(yàn)臺(tái)上（例如測(cè)功器試驗(yàn)臺(tái)）進(jìn)行試驗(yàn)而求得。發(fā)動(dòng)機(jī)速度特性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)通過構(gòu)建測(cè)功器、工控機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、水溫儀、油溫儀、油門執(zhí)行儀等設(shè)備的數(shù)字模型，調(diào)用發(fā)動(dòng)機(jī)性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫并基于相關(guān)公式計(jì)算得到燃油消耗率和功率等性能指標(biāo)，從而獲得不同油門開度下發(fā)動(dòng)機(jī)速度的特性曲線，本實(shí)驗(yàn)?zāi)K可完成汽油機(jī)和柴油機(jī)速度特性實(shí)驗(yàn)。學(xué)生通過完成發(fā)動(dòng)機(jī)速度特性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，熟悉了解實(shí)驗(yàn)相關(guān)設(shè)備的名稱、作用機(jī)工作原理等基本知識(shí)，掌握發(fā)動(dòng)機(jī)速度特性的實(shí)驗(yàn)方法并進(jìn)一步理解發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)隨轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律。

2.3.3 汽車尾氣雙怠速測(cè)量實(shí)驗(yàn)

汽車尾氣雙怠速測(cè)量實(shí)驗(yàn)是在怠速工況和高怠速工況下測(cè)量汽車尾氣排放污染物的數(shù)值，具體實(shí)驗(yàn)步驟為：首先，怠速工況下測(cè)量汽車尾氣排放污染物數(shù)值；隨后，將汽車轉(zhuǎn)速提高至70%額定轉(zhuǎn)速，待轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后（30～60 秒），減速至高怠速狀態(tài)，再次測(cè)量汽車尾氣排放污染物數(shù)值，即可完成測(cè)量實(shí)驗(yàn)。汽車尾氣測(cè)量虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可實(shí)現(xiàn)普通工況、怠速工況以及雙怠速工況下的汽車尾氣排放污染物測(cè)量，學(xué)生通過完成汽車尾氣雙怠速測(cè)量虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，可熟悉雙怠速實(shí)驗(yàn)條件及方法，了解不同轉(zhuǎn)速工況對(duì)尾氣排放污染物濃度影響的規(guī)律。

2.4 實(shí)驗(yàn)流程

在開展汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能虛擬仿真實(shí)驗(yàn)前，學(xué)生須完成相應(yīng)課程的理論學(xué)習(xí)，了解發(fā)動(dòng)機(jī)主要性能參數(shù)以及性能實(shí)驗(yàn)的主要原理，并完成相應(yīng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的預(yù)習(xí)報(bào)告。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能虛擬仿真平臺(tái)安裝在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)每臺(tái)單機(jī)電腦上，學(xué)生選擇相應(yīng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的執(zhí)行文件并輸入注冊(cè)碼信息即可進(jìn)入虛擬仿真系統(tǒng)。另外，在進(jìn)行汽油機(jī)和柴油機(jī)性能特性實(shí)驗(yàn)切換時(shí)，需要更換性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫。進(jìn)入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)后，學(xué)生可通過手動(dòng)漫游熟悉認(rèn)知實(shí)驗(yàn)環(huán)境和臺(tái)架設(shè)備；然后按照提示進(jìn)行實(shí)驗(yàn)具體操作（如啟動(dòng)測(cè)功器、調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、調(diào)整扭矩、安裝高壓點(diǎn)火線、操作排氣分析儀等）；重復(fù)前述操作，獲得不同工況下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并記錄，繪制相應(yīng)的特性曲線并生成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能虛擬仿真實(shí)驗(yàn)流程圖2 所示。

3 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐

為了實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新能力強(qiáng)的復(fù)合型人才培養(yǎng)目標(biāo)，優(yōu)化課程設(shè)置、調(diào)整教學(xué)課時(shí)是高校教學(xué)改革的必然趨勢(shì)。隨著教育教學(xué)改革的深入，湖南大學(xué)對(duì)能源與動(dòng)力工程專業(yè)的培養(yǎng)方案進(jìn)行了較大的調(diào)整，導(dǎo)致汽車發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)課時(shí)減少，傳統(tǒng)的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能實(shí)驗(yàn)無法在縮減后的課時(shí)條件下完成。采用汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，不僅可以大大減少實(shí)驗(yàn)前臺(tái)架準(zhǔn)備工作，同時(shí)還能縮短發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩等調(diào)節(jié)時(shí)間，能夠在較短的實(shí)驗(yàn)課時(shí)條件下讓學(xué)生掌握發(fā)動(dòng)機(jī)性能實(shí)驗(yàn)的相關(guān)方法和技能。下面以“熱動(dòng)力設(shè)備排放污染及控制”課程相應(yīng)的“汽車尾氣雙怠速測(cè)量實(shí)驗(yàn)”為例，介紹汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用。

學(xué)生進(jìn)入“汽車尾氣雙怠速測(cè)量實(shí)驗(yàn)”模塊后（圖3，p86），可以通過鼠標(biāo)和鍵盤上的“←”“↑”“→”“↓”控制實(shí)驗(yàn)設(shè)備（如引擎蓋、舉升器、取樣探頭等）以及車輛的行進(jìn)與退后；根據(jù)系統(tǒng)提示，相繼完成開啟引擎蓋、安裝轉(zhuǎn)速傳感器、測(cè)量油溫和水溫以及取樣探頭拍照等步驟；完成怠速工況的操作后，將汽車轉(zhuǎn)速提高至70%額定轉(zhuǎn)速，待轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后（30～60 秒），減速至高怠速狀態(tài)，即可得到高怠速和怠速工況下汽車尾氣排放物的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)過程中的提示完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)試運(yùn)行時(shí)，考慮到學(xué)生學(xué)習(xí)任務(wù)重，課程組開發(fā)了實(shí)驗(yàn)報(bào)告自動(dòng)生成客戶端，學(xué)生在完成虛擬仿真實(shí)驗(yàn)后可一鍵自動(dòng)生成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。但是，在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)有部分學(xué)生因?yàn)榭勺詣?dòng)生成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，使得其在實(shí)驗(yàn)過程中操作不規(guī)范且不認(rèn)真閱讀系統(tǒng)提示，導(dǎo)致對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟及原理的理解與認(rèn)知不足。為此，課程組取消了實(shí)驗(yàn)報(bào)告自動(dòng)生成功能并要求學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)操作過程及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)線下完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)步驟以及數(shù)據(jù)分析與處理。一方面，可以督促學(xué)生認(rèn)真對(duì)待實(shí)驗(yàn)操作過程，詳細(xì)了解實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)；另一方面，針對(duì)數(shù)據(jù)分析與處理，學(xué)生需要結(jié)合理論課程并查找相關(guān)文獻(xiàn)資料，這樣可以進(jìn)一步鞏固所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)。

4 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)教學(xué)的價(jià)值與反思

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)打破了時(shí)間和空間的限制，減少了實(shí)驗(yàn)設(shè)備與耗材的支出成本，降低了實(shí)驗(yàn)過程的危險(xiǎn)性，可視化的動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)環(huán)境有助于學(xué)生對(duì)抽象理論知識(shí)的理解，通過視覺與聽覺等多種感官的結(jié)合提高學(xué)生的參與度和學(xué)習(xí)興趣，有利于提升實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量，為創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。但是，在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐過程中存在一些問題，比如虛擬仿真實(shí)驗(yàn)難以完全替代真實(shí)實(shí)驗(yàn)的觸覺與感知體驗(yàn)，影響學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的實(shí)際操作能力；過度依賴虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可能導(dǎo)致學(xué)生忽視真實(shí)實(shí)驗(yàn)的重要性，缺乏動(dòng)手能力；虛擬仿真實(shí)驗(yàn)需要高質(zhì)量的硬件和穩(wěn)定的軟件平臺(tái)，定期維護(hù)和設(shè)備更新的挑戰(zhàn)較大；學(xué)生參照系統(tǒng)提示進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，師生互動(dòng)頻次降低。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)體現(xiàn)了數(shù)字化與智能化教育的方向，符合現(xiàn)代教學(xué)發(fā)展的需求。為了推動(dòng)虛擬仿真技術(shù)在實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)中的廣泛應(yīng)用，還需要將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，取長補(bǔ)短，以彌補(bǔ)單一模式的不足，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果；注重虛擬仿真實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的科學(xué)性和互動(dòng)性設(shè)計(jì)，增強(qiáng)學(xué)生的參與感和學(xué)習(xí)效果。

5 結(jié)語

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)作為現(xiàn)代教育技術(shù)與工程教育相結(jié)合的重要形式，通過數(shù)字化、智能化的實(shí)驗(yàn)方式，為學(xué)生提供了安全、高效、靈活的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，顯著提升了教學(xué)質(zhì)量和效果，具有顯著的優(yōu)勢(shì)和廣闊的發(fā)展前景。本文圍繞汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，詳細(xì)介紹了該系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)的教學(xué)目的、技術(shù)要求、實(shí)驗(yàn)?zāi)K以及實(shí)驗(yàn)流程，并對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐過程中發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行反思，在推動(dòng)虛擬仿真技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用時(shí)需要堅(jiān)持虛實(shí)結(jié)合，以虛補(bǔ)實(shí)，提升實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的交互性和學(xué)生的參與感。為了提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)仍需不斷改進(jìn)和創(chuàng)新，為能源動(dòng)力類特別是汽車工程領(lǐng)域的創(chuàng)新人才培養(yǎng)提供有力支撐。

*通信作者：鄂加強(qiáng)

基金項(xiàng)目：2024 年教育部實(shí)驗(yàn)教學(xué)和教學(xué)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)研究項(xiàng)目“面向能源動(dòng)力專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的‘三鏈融合’貫通式實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)體系研究”（SYJX2024-145）；2023年湖南省學(xué)位與研究生教學(xué)改革研究“碳中和背景下強(qiáng)化部屬高校能源動(dòng)力類研究生科研創(chuàng)新與實(shí)踐能力培養(yǎng)的實(shí)踐與探索”（2023JGYB082）。

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