虚拟仿真技术在特种车辆底盘教学中的应用

姚春江 阳能军 周永涛 幕边好

摘要：立足特种车辆底盘教学现状，贴近部队实战，加快培养新型军事人才培养，将现代教育技术手段融入课程教学。本文首先剖析特种车辆底盘教学条件滞后、教学手段和方法与实战存在差距、实践教学条件开设困难等问题。然后结合课程特色，将虚拟仿真技术融入到课程教学中，探讨了在原理结构理论教学、维修训练实践教学及训练考核中的应用，解决了课程教学中存在的不足，为课程教学改革开辟了一条新思路。

关键词：虚拟仿真；特种车辆底盘；教学

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）22-0178-03

近年来，部队武器装备现代化、智能化程度越来越高，随着部队任务使命的多元化发展、部队实战化训练的不断加强，对部队高素质人才的要求越来越高。时代发展要求部队院校能够加快培养现代化、信息化、智能化条件下的新型军事人才。培养能打仗、打胜仗的军事人才已成为部队院校的当务之急。特种车辆底盘是武器装备的运输平台，其性能决定作战效能的发挥，是部队武器装备的重要组成部分。虚拟仿真技术作为现代化教学的重要手段，是部队院校教育的有力支撑。世界发达国家非常重视虚拟仿真技术的教学技术研究，积累了丰富的经验与技术。美军使用计算机模拟装备对实装系统进行复制，使学员可以在虚拟仿真环境中对装备进行认知、操作、维修训练工作；美军对飞行员培养过程中采用浸入式模拟驾驶方式，打破时间和空间限制；美军建成了潜艇和水面舰艇驾驶训练模拟设备，可以模拟在低能见度等复杂环境的训练。

虚拟仿真技术为部队院校教学的教学手段开辟了一条新方法。为此，本文结合特种车辆底盘教学的现实情况，首先分析课程教学现状及存在的问题，然后具体研究虚报仿真技术在物特种车辆底盘教学中的具体应用。

一、当前特种车辆底盘教学存在的不足

（一）教学装备的发展严重滞后于部队特种车辆底盘技术的发展

近年来，随着强军目标的不断推进，部队装备更新换代不断加速，新型武器装备不断列装。特种车辆底盘作为装备的运载平台，其大型化、信息化、智能化程度越来越高。而军队院校随着改革的不断深入，承担的教学层次越来越多，教学任务日益加重。但是特种车辆底盘的实践教学条件无论在数量上还是在质量上，都存在着明显的滞后。一些新型系统、总成，信息化、智能化设备没有实物，仅由教员进行演示教学，很难让学员吃透重点、难点。能够开出的实践性教学环节，由于设备台套数不足，不能让每一名学员独自动手操作，学习效果不太理想。同时，开出的实践性环节由于设备老旧，与部队新型特种车辆底盘存在较大的技术差异，使教学针对性较差。因此，运用信息化技术、虚拟仿真技术，可以仿真特种车辆的工作原理、结构与维修实践，能够有效解决特种车辆底盘教学装备滞后问题。

（二）教学手段与方法与部队实战化存在一定差距

随着我军改革强军的步伐不断推进，大量新型装备服役，部队使命任务不断调整和扩展，在这种环境下，部队急需适应部队发展的新型军事人才。但是，军队院校在特种车辆底盘教学过程中仍存在着在课堂上讲原理、讲结构，轻实践的现象，课堂的效率比较低，学员不能全面深入理解装备结构、工作原理。虽然对特种车辆底盘的课程教学进行了深入研究，仍与部队装备的快速发展、部队对人才的需要存在一定的差距。近年来，军队院校实现了本科教育与首次任职相接合，这更加要求军校刚毕业的学员能够尽快独当一面，能够承担起针对性极强的装备操作、维护等工作，满足首次任职的需求。特种车辆底盘存在实践环节不足、教学装备不全等问题，导致学员没有充分的机会开展特种车辆底盘操作、使用、维护和维修实践，较难适应首次任职的需求。

（三）实践教学受到时间、空间和装备的限制，开设困难，成本昂贵

军队院校对实践教学环节，尤其是实装实训教学的要求越来越高，特種车辆底盘是武器装备的重要组成部分，因装备管理的相关要求，一些实践教学内容无法正常开展，以致难以保证良好的教学效果。同时，因教学在时间和空间上的限制，一些教学活动无法在短时间内完成。如发动机的拆装、液力机械传动箱的分解再装，整个过程可能需要数小时，甚至几天时间才能完成。另一方面，课程教学过程中很难深入到系统、总成的内部结构，尤其是运动状态下的内部结构，如液力变矩器的组成与工作原理。因此，受空域、场地、成本等限制，传统的课堂教学难以把抽象的知识具体化，很难让学员深入理解。运用虚拟仿真技术可以仿真特种车辆底盘结构、工作原理，可以引领学员的视角进入装备的内部，提高教学的针对性。

二、虚拟仿真技术在特种车辆底盘课堂教学中的应用

虚拟仿真技术是用计算机和专用设备等工具，模拟现实世界的物体、系统运行规律、环境的技术，具有多感知、临境感，交互性、自主性等特点。因此，虚拟仿真技术能够在特种车辆底盘教学中构建一个有效的教学环境，可贯穿课程教学的始终。

（一）虚拟仿真技术在特种车辆底盘结构原理教学中的应用

特种车辆底盘课程知识涉及机械、液压、电器等各学科和知识，知识内容多，涉及内部结构抽象的工作原理，学员不容易理解，课程知识的重点、难点，学员不容易掌握。同时特种车辆底盘课程要求学员对底盘、总成、零部件的结构、装配关系要有深入的认识，传统教学方式是进行实装参观，学员通常是走马观花，看不透，看不全，也学不深，在进行零部件讲解过程中，也不能把体积大、重量重的零部件搬到课堂，学员学不透。因此，以课堂理论教学为基础，结合虚拟仿真技术，可以为课堂教学提供图文并茂、平面三维结合、形声兼备、丰富多彩的多种感官综合的教学资源，将难以理解的总成结构运用三维空间方式展现给学员，将特种车辆底盘的仿真实体真实地搬到课堂上，让学员360°全方位对特种车辆进行深入学习，从整体到局部，从外部到内部进行深入的认知，彻底地学懂、学透。同时，将复杂的工作原理形象化、简单化，让学员从思维、行为上积极参与到课堂教学活动中，既可以让学员深刻掌握理解课程的知识要点，又可以提高学员主动探索的积极性。液力机械传动箱是特种车辆的重要组成部件，集成了液力变矩器、液力缓行器、离合器、变速器等总成，采用传统的平面图纸教学方式，学员的空间想象能力难以理解结构及其相互关系，运用虚拟仿真技术，可以直观展示液力机械传动箱各零部件的总成关系（如图1所示），各零部件的结构，学员容易理解，兴趣高。

差速器是特种车辆底盘驱动桥中非常重要的零部件，其工作原理涉及差速器壳体、行星齿轮、半轴齿轮的结构关系，工作原理理解困难，多媒体与板书教学方式，学员难以理解，兴趣不高。运用虚拟仿真技术，可以在三维空间内仿真各零部件的运行状态（如图2所示），学员可以很直观地认识到不同转向时的运行关系，从而加深理解差速器的工作原理。因此，将虚拟仿真技术运用到特种车辆底盘课堂教学中，可以加深学员对特种车辆底盘结构的认识，对总成与零部件工作原理的理解。

（二）虚拟仿真技术在特种车辆底盘维修训练教学中的应用

1.虚拟仿真技术在特种车辆底盘拆装实践教学中的应用。特种车辆底盘分解拆装实践教学是特种车辆底盘课程实践的重要组成部分，也是相关专业学员专业实习、第一任职的重要组成部分。特种车辆底盘分解拆装实践教学也是认识学习特种车辆底盘总成的结构特点、工作原理和功能的重要途径之一。但是通常因总成与工具数量、实践场地、教学时间、教学成本、安全因素等客观条件的限制，分解再装的教学实践通常不易展开或不能完全展开，不能达到学习应该达到的效果。运用虚拟仿真技术，构建特种车辆虚拟拆装系统，实现每一名学员对应一台设备进行拆装教学，既可以提高教学的针对性，还可以拆装一些实装无法完成的教学内容。如可以对驱动桥进行精细的分解拆装（如图3所示），而这个实装教学中由于时间、场地问题是无法实现的。

2.虚拟仿真技术在特种车辆底盘维修保养训练中的应用。维修保养训练是部队相关专业装备训练和第一任职非常重要的训练内容，也是需要在真实环境中才能达到教学效果的。传统教学方式采用理论讲解、实装简单演示的方式，内容枯燥，相当一部分内容讲解、理解不到位，学员兴趣不高，也难以达到教学目标。虚拟仿真技术可以模拟维修保养的方式与方法，学员可以全程演示、操作维修保养过程，提高了兴趣和积极性。同时，维修保养训练可以在现场指导初装训练。如液力机械传动箱的保养，通常2—3年保养一次，部队许多技术人员对其保养也掌握不清楚。通过虚拟仿真技术可以清楚演示和训练操作过程（如图4所示），提高训练的效果。

3.虚拟仿真技术在特种车辆底盘训练考核中的应用。虚拟仿真技术的趣味性、真实性、沉浸性等特点，使学员能够自主地投入到虚拟仿真环境中进行深入的学习，可以自主控制学习的进度、方式，也可与系统进行交互学习或者协作学习。教员可以通过后台制定学习计划，全面掌握学员的学习效果（如图5所示），并可以根据学员的学习效果，有针对性地调整、替换或者重新设计一些教学考核训练内容，提高教学的针对性和有效性。

三、总结

将虚拟仿真技术引入到特種车辆底盘的教学过程中是现代技术发展的一种趋势。它可以使特种车辆底盘的教学活动具有交互性、自主性、多感性，解决了特种车辆底盘在教学过程中存在的诸多问题，促进了教学方式方法的改变，提高了教学质量和学员的能力，是部队院校课程教学必需的。

参考文献：

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