刘超平

摘 要：将虚拟仿真技术应用到汽车维修教学工作中，不仅能给教学带来更好的学习体验，而且可以解决技术学校实训设备短缺、设备更新缓慢等现实问题。这有利于实现交互教学，提高教学的有效性，对改变传统的汽车维修专业的教学模式有着很大的帮助。

关键词：汽车维修 虚拟仿真教学 教学设计

一、引言

目前，我国业已成为世界上汽车生产和消费的大国，汽车产业的发展推动着行业经济的发展和科技的进步。“互联网+”和产业转型升级等国家战略的提出和汽车产业的繁荣，也对汽车维修技术人才提出了更高的要求。新时期汽车维修行业需要大批观念新颖，技术进步的专业维修技术人员。因此，技术学校与时俱进不断提高教学质量，才能为社会输出适合本地经济的新型技术技能人才。

随着电控、网络和新能源技术的发展，汽修行业的技术水平发生了较大的变化，因此，汽车维修教学也需要不断调整教学内容，改进教学手段。虚拟现实技术是可以创建一个虚拟世界的电脑应用技术。它利用一些输入输出设备，让使用者与虚拟环境的对象进行交互，实时体验和移动虚拟世界中的物体，让人身临其境。随着三维虚拟技术的不断完善，在汽车维修教学中加入三维虚拟仿真技术的应用，既可以激发学生的学习兴趣，提高学习积极性；又可以让学生在实训过程中身临其境反复操作，不用担心消耗器材成本，是当前理想的教学方式。教学设计是在教学理论与实践之间起着桥梁的作用，决定着教学活动的方向和质量。做好汽车维修虚拟仿真教学设计与策略是实现维修教学实效性的前提和保障。

二、汽车维修学习者的特征与需求

汽车维修技术专业学生较高职和高校学生而言，存在一定的学习惰性和厌学情绪。学习观念淡漠，缺乏自信心和主动性。又学生大多文化基础薄弱，年龄大多15、16岁，学习行为习惯较差。

汽车维修专业学生的学习需求存在于对学习状况的期望与现状之间的差距。通过调研了解到学生对虚拟仿真教学的需求，归纳出以下仿真教学系统需求指标体系：（1）教学内容方面，知识点明确突出，链接的其他学科知识自然而有连续性；（2）教学设计方面，教学目标应清晰准确和规范，符合学生的认知水平；教学策略设计先进应用得当，能发挥教学应用软件的作用；教学交互性好，且操作简便、有趣、效果好；（3）仿真效果方面，模型逼真、只做效果具有吸引力，能激发学生的学习兴趣，促进他们的创新思维；（4）技术应用方面，操作简便、布局合理，容错性强，无“死机”现象，符合视觉心理。

三、汽车维修虚拟仿真教学系统的设计与策略

汽车维修虚拟仿真教学体统的设计包含了开发工具、开发流程以及系统总体框架及其功能等几个主要方面的内容。

1、开发工具

三维虚拟仿真系统的设计师基于C3D-VLE.SDK虚拟仿真引擎技术、使用C++语言和VC6.0进行二次开发。构建汽车维修三维虚拟仿真教学系统结合了OpenGL技术，以实现人机交互的操作界面。

2、开发原则和流程

汽车维修虚拟教学系统的设计遵循兼顾“直观性、交互性和共享性”的三大原则。开发流程主要包括了资料收集、创建3D模型以及交互功能的实现等三个阶段。以齿轮条式转向器教学为例：虚拟教学系统的搭建具体做法：首先使用照相机拍下系统部件照片为建模内容寻找基本素材，丰富虚拟模型资源库。然后，运用三维图形技术，如使用 3Dsmax 三维造型软件，构建高逼真的汽车齿轮齿条式转向器系统各组成部分实体的三维模型，并结合平面图形软件如 Photoshop CS6 制作模型贴图材质。3D模型创建界面和贴图界面分别如下图1，2所示：

根据现实中汽车齿轮齿条式转向器零部件实物制作的齿轮齿条式转向器系统的虚拟三维模型构包括：齿轮，齿条，防尘罩，左右横拉杆，内外球头，压紧装置，控制阀等内容。而教学资源系统设计结构包含三维模型展示、对总成部件的拆卸组装以及相关零配件的分解和组装过程。鼠标可以影响物體的位移和旋转。3D模型创建完成以后需根据实际需求导出模型，为实现下一步的交互功能奠定基础。在汽车维修虚拟教学系统中为了实现交互功能，利用 Visual C++和Open GL 来开发程序。通过鼠标控制来实现交互功能。

在对齿轮齿条式转向器教学过程中，需要对转向器进行多方位的呈现：旋转、平移，以及放大和缩小等在设计中换成了齐次坐标系下的矩阵控制，实现鼠标的交互操作。实际开发的汽车维修虚拟仿真教学系统可以在 Windows 7，windows8 等操作系统环境中运行，也可以在学校机房的系统和校园网中运行。仿真技术在汽车维修虚拟教学平台、3D虚拟学习引擎、网络通信引擎（TCP/IP协议：CST体系结构）、以及实训教育资源库中双向应用，能使学生更好的掌握齿轮齿条式转向器的知识。

3、课程教学设计

开展以学习活动为中心的课程教学设计。具体包括以下几个部分（以齿轮齿条式转向器为例）：

教学任务：通过一系列的教学工具的使用，说出齿轮齿条式转向器的作用、组成、功能和工作原理；会拆装齿轮齿条转向器。

教学活动：首先，教师准备教学材料、资料、课件和工具，然后清点学生人数检查仪表，接着采用情景教学法、互动法、讲授法等方法通过列举汽车转向器的作用和小故事的引领激发学生对汽车转向系的兴趣，进而穿插介绍其构造原理、组成元素、功能等（约20分钟）引导学生去思考问题，从而开始认识转向器。然后实施虚拟仿真教学依据以下步骤操作（1） 在电脑桌面上找到“汽车维修虚拟教学教学系统”（2）双击打开系统（3） 在左栏选择要移动的模型（4）移动观察模型（5）操作组装（尝试不同的组装顺序）写出组合顺序，学生根据所写出的组合顺序，制定出齿轮齿条转向器的拆装等（约45分钟）。之后，运用实物转向器拆装（180分钟）学生分组进行齿轮齿条转向器拆装练习，促其掌握正确拆装步骤，正确选用工具汇报拆装过程、心得，并进行奖励并指定该组汇报人进行汇报。

教学模式：教学实训课程教学先通过上机操作，让学生在虚拟仿真环境中进行学习，当他们有了一定的认知后，再回到实训车间拆装实物。采用这种先虚拟后实操的教学模式，不但能减少零部件的损耗，而且能提高学习效率。

教学资源：汽车维修三维虚拟仿真教学系统，文本、音频或视频动画等基本素材以及理论试题库构成了丰富的虚拟仿真教学资源。

教学评价：每位同学独立操作拆装齿轮齿条式转向器（限时15 分钟）五位同学同时进行，其余同学在旁边观看。采用小组成员自评；（占10%）组间成员互评。（占10%）老师给分评定。（占50%）

四、结束语

随着技术的发展，虚拟仿真教系统的应用将越来越普及。利用三维虚拟仿真技术在汽车维修专业教学中进行应用，这样完全可以提高学生学习的积极性，学习效果自然会好，学生学习主动性得到发挥。同时，教学要围绕技工院校汽车维修专业课程的要求来组织内容，采用自主学习和游戏激趣等策略，才能积极引导学生独立思考齿轮齿条式转向器各组成器件之间的关系和组装结构，掌握相应知识，提高动手能力和安全意识。

参考文献

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