汽車構(gòu)造虛擬仿真實驗教學(xué)中心的建設(shè)與實踐

鮑龍星　孫明　韓麗　左承基

摘 要 介紹了“汽車構(gòu)造”虛擬仿真實驗教學(xué)中心的建設(shè)意義、平臺建設(shè)、管理體系等內(nèi)容，探討了該中心在產(chǎn)學(xué)研合作、自主式實驗教學(xué)體系等方面的特色與創(chuàng)新，以及關(guān)鍵點上的實踐經(jīng)驗。結(jié)果表明，該在汽車構(gòu)造專業(yè)實踐教學(xué)效果和培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)等方面，具有顯著成效。

關(guān)鍵詞 虛擬仿真實驗 教學(xué)中心 建設(shè)實踐

中圖分類號：G712 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2021.01.036

Abstract In view of the construction and practice of the virtual simulation experiment teaching center of automobile structure in Anhui Wonder University of Information Engineering， this paper introduces the construction significance of the center， the construction of the virtual simulation experiment teaching platform， the center management system， etc.， and probes into the characteristics and innovations of the virtual simulation experiment teaching center in the aspects of industry university research cooperation， autonomous experiment teaching system， etc. The teaching center has the construction and practical experience that can be used for reference in the key development nodes. The construction and practical experience show that the virtual simulation experiment teaching center has achieved remarkable results in the practical teaching effect of automobile structure specialty and the cultivation of students' professional quality.

Keywords virtual simulation experiment; teaching center; construction practice

隨著我國教育教學(xué)改革的不斷深化，信息化在培養(yǎng)本科生創(chuàng)新思維和實踐精神方面，具有越來越顯著的作用，其中虛擬仿真實驗教學(xué)已成為實驗實訓(xùn)教學(xué)的一個重要方向。[1-4]

安徽文達信息工程學(xué)院于2017年獲批安徽省教育廳質(zhì)量工程項目-汽車構(gòu)造虛擬仿真實驗教學(xué)中心，組織開展了該虛擬仿真實驗教學(xué)中心的建設(shè)和實踐，已取得了顯著成效。下面介紹其部分建設(shè)成果。

1 意義

汽車工業(yè)是技術(shù)、資金和人力密集型的產(chǎn)業(yè)，其水平代表著整個國家的現(xiàn)代化水平，其中，汽車教育信息化具有重要意義?！捌嚇?gòu)造”是汽車類專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，是以發(fā)動機、自動變速器、汽車底盤等關(guān)鍵汽車總成部件為研究對象，涉及發(fā)動機高速運轉(zhuǎn)、變速器快速轉(zhuǎn)動與換向、復(fù)雜底盤運動學(xué)關(guān)系等實踐教學(xué)內(nèi)容。在傳統(tǒng)實踐教學(xué)模式下，設(shè)備昂貴、步驟復(fù)雜、消耗成本大，有一定危險性，教學(xué)難以收到滿意的效果。而虛擬仿真實驗?zāi)軌蚪鉀Q上述問題，因此，建設(shè)“汽車構(gòu)造”虛擬仿真實驗教學(xué)中心，對培養(yǎng)高素質(zhì)的汽車類本科人才，改善學(xué)生實驗環(huán)境，提升學(xué)生工程實踐能力及科技創(chuàng)新能力，具有重要意義。

2 平臺建設(shè)

汽車構(gòu)造虛擬仿真實驗教學(xué)中心以硬件平臺為基礎(chǔ)，基于Visual Studio、3Ds Max、Solid Works 等開發(fā)平臺和工具，結(jié)合主流專業(yè)仿真軟件，組建的實驗教學(xué)平臺。[5-8]

本文中心由硬件、軟件和環(huán)境組成，硬件包括1臺局域網(wǎng)服務(wù)器、2臺局域網(wǎng)路由器、1臺教師端主機、60臺學(xué)生端輔機等，軟件包括整套教學(xué)管理系統(tǒng)，環(huán)境包括實驗室教室、師生工作桌椅、室內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)等。整個虛擬仿真實驗教學(xué)平臺是由開放式教學(xué)管理系統(tǒng)、共享平臺和汽車發(fā)動機、自動變速器、汽車底盤等仿真模塊組成。

2.1 管理與共享平臺

管理與共享平臺匯集了虛擬仿真實驗資源、電子教材、多媒體課件、精品課程等教學(xué)資源，是訪問虛擬仿真教學(xué)資源的窗口，也是學(xué)生與教師進行交流互動的載體。該平臺包括中心介紹、新聞中心、實驗教學(xué)、測試練習(xí)、成果展示、實踐教學(xué)、在線答疑、資源搜索、規(guī)章制度等欄目，管理系統(tǒng)與共享平臺主界面。

2.2 虛擬仿真實驗平臺

汽車發(fā)動機虛擬仿真實驗?zāi)K包括虛擬發(fā)動機構(gòu)造拆裝和發(fā)動機仿真運行的教學(xué)AR資源，其中，虛擬發(fā)動機拆裝包括三個部分。

第一部分是準(zhǔn)備環(huán)節(jié)，以市面成熟的專業(yè)工具箱為基礎(chǔ)，根據(jù)所要拆卸的發(fā)動機型號和廠家信息，選擇本次拆卸所需要的工具，將它們逐一放入虛擬工具盒里。

第二部分是拆卸實踐環(huán)節(jié)，按照規(guī)范的拆卸順序，從虛擬工具盒提取正確的拆卸工具，指向所要拆卸的零件，將其卸下放到臨時零件托盤內(nèi)。倘若學(xué)生操作有誤，系統(tǒng)會自動給出提示，學(xué)生可以重新操作。這個過程對學(xué)生訓(xùn)練的優(yōu)勢是傳統(tǒng)實踐教學(xué)無法比擬的。

第三部分是裝配實踐環(huán)節(jié)，這是一個與發(fā)動機拆卸相反的過程。必須按照規(guī)范的裝配順序，從虛擬工具盒里提取正確的安裝工具，指向臨時零件托盤內(nèi)里的相應(yīng)零件，將其移到發(fā)動機正確的位置。若學(xué)生操作有誤，系統(tǒng)會自動給出提示。

虛擬發(fā)動機構(gòu)造拆裝過程的每一步，系統(tǒng)都會自動檢測，給出正確信息提示，并記錄分?jǐn)?shù)，以方便考核。

3 特色與成果

本中心目前已經(jīng)構(gòu)建了汽車發(fā)動機、自動變速器、汽車底盤等3 套虛擬仿真系統(tǒng)模塊，可以進行20多項與汽車構(gòu)造相關(guān)的虛擬仿真實驗實訓(xùn)教學(xué)項目。每年為近 300名學(xué)生開設(shè)虛擬仿真實驗實訓(xùn)課程，在大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、產(chǎn)學(xué)研合作辦學(xué)和教學(xué)模式改革等方面，都發(fā)揮了重要作用，特色明顯、成果顯著。

3.1形成科研促進教學(xué)的良性循環(huán)

虛擬仿真實驗教學(xué)中心注重科研成果轉(zhuǎn)化，將科研方法融入實踐教學(xué)，科研反哺教學(xué)。中心正在主持各類虛擬仿真類科研項目數(shù)多項，依托科研項目開發(fā)出數(shù)套虛擬仿真軟件用于實驗教學(xué)。

3.2體現(xiàn)多維度自主式的鮮明特點

中心以增強學(xué)生綜合實踐能力作為出發(fā)點，根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)計劃，可以由淺入深、循序漸進地開設(shè)50余項的課程實驗和專題實驗，包含基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)、專業(yè)技能培訓(xùn)、專業(yè)系統(tǒng)設(shè)計和前沿技術(shù)介紹等。學(xué)生以理實結(jié)合方式，深入直觀地學(xué)習(xí)和理解理論內(nèi)容，擺脫了時間和空間的限制。

3.3強化校企深度合作，開發(fā)優(yōu)質(zhì)虛擬仿真資源

目前已與合肥瑞杰科技股份有限公司、蕪湖安瑞光電股份有限公司等積極開展合作研究，取得了良好的效果。例如，汽車燈具虛擬仿真系統(tǒng)即將與有關(guān)汽車燈具企業(yè)合作，以現(xiàn)代主流汽車燈具為原型，建立三維虛擬汽車燈具，對現(xiàn)代主流汽車燈具進行虛擬仿真實驗教學(xué)。

4 結(jié)束語

“汽車構(gòu)造”虛擬仿真實驗教學(xué)中心現(xiàn)已面向全校開放，并已具備向社會共享虛擬仿真資源能力，目前已經(jīng)取得了良好的實驗教學(xué)效果。該中心通過科學(xué)規(guī)劃和合理配置資源，構(gòu)建了包括虛擬發(fā)動機、虛擬變速器和虛擬汽車底盤等在內(nèi)的大量虛擬仿真資源，解決了“汽車構(gòu)造”專業(yè)課程在實踐教學(xué)方面的難題，在培養(yǎng)本科生的工程實踐能力和科技創(chuàng)新能力等方面，具有顯著成效。

*通訊作者：左承基

參考文獻

[1] 張觀山，宋月鵬，侯加林，施國英.農(nóng)業(yè)機械化及其自動化虛擬仿真實驗教學(xué)中心的建設(shè)與實踐[J].中國多媒體與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)學(xué)報（上旬刊），2020，（06）：130-132+241.

[2] 劉金頌.機械工程專業(yè)虛擬仿真實驗教學(xué)平臺研究與實踐[J].工業(yè)和信息化教育，2020，（05）：90-94.

[3] 曾紅，張德強，黃海龍，高奇.機械工程虛擬仿真實驗中心建設(shè)研究與實踐[J].實驗技術(shù)與管理，2018（01）：241-244.

[4] 武照云，李麗，朱紅瑜，李廣玉，劉保國.機械原理與設(shè)計虛擬仿真實驗教學(xué)平臺的設(shè)計[J].實驗技術(shù)與管理，2017（08）：121-124.

[5] 潘公宇，江浩斌，劉志強，楊曉峰，耿國慶.車輛工程專業(yè)虛擬仿真實驗教學(xué)平臺的設(shè)計[J].實驗技術(shù)與管理，2017，（04）：1-5.

[6] 潘旭東，黃文濤，閆紀(jì)紅，問曉先，李松林，宋寶玉.高端裝備制造虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)發(fā)展[J].實驗室研究與探索，2016（12）：147-150.

[7] 周賢德.探討液壓虛擬仿真實驗教學(xué)模式[J].制造業(yè)自動化，2016，（07）：34-36.

[8] 崔榮臻，秦華，馮欣欣，許鵬.基于虛擬現(xiàn)實的起重機械仿真實驗平臺的設(shè)計[J].價值工程，2016（13）：217-221.