应用型本科院校汽车构造课程虚拟仿真教学系统设计

业红玲 王琳

摘 要：针对应用型本科院校对人才培养的要求，结合汽车构造教学中的不足，利用虚拟仿真技术设计汽车构造课程教学系统，为学生提供课堂教学资源，发挥学生的学习主动性，有效地提高课堂教学质量。

关键词：《汽车构造》 虚拟仿真 教学系统

中图分类号：G6 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2018）01（c）-0240-02

近年来中国汽车产销量实现大幅度增长，成为全球汽车行业的主要增长点。在汽车工业快速发展及汽车产品自主研发能力快速提升的同时，市场对汽车专业人才的需求也不断增长，一些汽车类专业如车辆工程、汽车服务工程、交通运输等相继在各类高校开设。

应用型本科院校是以“实基础、适口径、重应用、强素质”[1]为目标，重点在于“应用”，将坚实的理论应用于实践，加强实践技能的训练，培养面向社会、地方的高层次应用型人才，满足社会实际发展的需要。如各类汽车专业必开的一门专业基础课《汽车构造》。

《汽车构造》是一门理论较为复杂、实践性很强的课程，通常以汽车总体结构的四大组成部分为主线，让学生掌握汽车部分的结构特性、组成和工作原理，同时使学生具有一定的分析研究能力和汽车拆装的动手能力。它是学生接触的第一门与汽车专业紧密相关的专业基础课，是衔接基础课程和专业课程的纽带，在整个汽车类专业人才培养方案和课程体系中占有举足轻重的地位[2]。

然而，在传统的教学中，《汽车构造》课程的教学现状如下：（1）课时少，内容多。《汽车构造》课程最大的特点就是内容广泛、信息量大，同时还涉及了国内外汽车上的一些新工艺、新结构和新技术。（2）教学效果差，教学效率低。在汽车结构中有许多结构复杂的零部件，由于教学资源缺乏，很难直观地体现汽车零部件的构造、外形、装配和运动方式。（3）理实难以融合，实践教学效果不明显。《汽车构造》课程的实践教学环节由于受场地、师资、时间、环境、设备等限制，大部分学生处于盲目拆装，很难与课堂内容联系在一起，导致实践教学效果不明显，达不到培养学生掌握分析汽车各个总成、零部件的结构特点和工作原理基本方法的目的。

综上所述，在《汽车构造》教学中，为提供大量实践性和操作性的现场教学情境，帮助学生克服空间想象的障碍，激发学生的学习兴趣，结合计算机技术、虚拟现实技术、人机交互技术、多媒体技术，建立适用于应用型本科高校的《汽车构造》课程虚拟仿真教学系统，以培养出面向工作环境实操能力和适应能力较强的技术技能应用型人才。

该系统设计分为：总体方案设计、三维交互模型制作、软件设计和系统调试等四个阶段。

1 系统总体方案设计

针对传统课堂教学的不足及技能实践方式受场地、时间、环境、师资、设备等限制，且有些汽车总成比较笨重的缺陷，本仿真教学系统以普通计算机为操作平台，以虚拟现实为技术核心，针对大众1.8T帕萨特轿车实现每个零部件三维交互显示，即可通过鼠标操作仿真零部件进行放大、缩小、旋转、移动等，也可实现帕萨特轿车重要总成的装配、拆解过程；学生通过观看动画演示了解汽车零部件的结构、组成、形态和工作原理，了解汽车总成的装配与拆解作业的方法、步骤，即该仿真教学系统能真实地反应汽车零部件的结构、组成、形态、工作原理以及装配过程。因此，以“Pro/E建模-3ds Max渲染-Cult 3D交互-VC++系统集成”作为该仿真教学系统总体设计方案，系统总体方案设计流程如图1所示。

2 三维交互模型制作

该虚拟仿真教学系统三维交互模型制作首先是利用游标卡尺等工具测绘大众1.8T帕萨特轿车所有零部件，运用Pro/E按实际零部件大小、形状、结构进行三维建模，并通过3ds MAX对模型进行了修改、渲染、贴图、分解、组合、切割等处理，再利用人机交互软件Cult3D对所有零部件进行交互处理并显示。

3 软件设计

3.1 软件系统框架设计

根据教学系统功能设计要求和面向对象的程序设计基本思想，可将软件系统分为4个子系统，即帕萨特轿车仿真训练子系统、三维交互模型和拆装模型库、电子图册、维护保养，仿真教学系统组成如图2所示。

3.2 软件功能设计

根据汽车构造课程教学要求，帕萨特轿车仿真训练子系统又分为发动机、底盘和汽车电气三个模块，每个模块包括以下3个主要功能：汽车零件库的调用与三维交互显示即根据教学需要，可以调用全车仿真零部件，可以对任意一个零部件进行任意旋转、移动、缩放等三维交互显示；这是本系统的重要功能之一；工作原理演示即通过三维仿真动画和平面动画相结合，对一些重要总成及零部件的工作原理进行演示；拆装训练模型库的调用与仿真即调用全车拆装训练仿真模型库，对帕萨特轿车的重要总成进行虚拟拆装模拟训练，这也是本系统的重要功能之一。

4 系统调试

系统调试方法采用黑盒调试方法，使用手工调试该系统软件进行调试。结合被调试软件的自身特点，调试内容包括不同Windows平台调试、系统功能实现调试、安装性调试、人机交互界面调试和边界调试等。此系统集成后分别在Windows XP、Windows 7和Windows 2003等操纵系统平台上进行调试，先后出现该系统的一些三维仿真模型在系统调用时出现丢失，不能显示，有一些AVI格式视频文件不能播放，复杂三维交互模型加载时间较长等问题，需要经过反复调试。通过软件调试实现了该系统零件庫的调用与三维交互显示、拆装训练模型库的调用与仿真、零部件工作原理演示、维护保养以及新型汽油车电子图册的翻阅等功能。

随着汽车技术的发展，此教学系统还可结合新技术、新工艺和新结构不断更新，为汽车构造课程现代化教学提供有力的资源，同时通过该系统提供实践性教学化静态为动态、抽象为具体、复杂为简单，使学生真正掌握课程知识，提高学生学习的主动性，为后续专业课学习打下坚实基础，培养出社会需要的高层次应用技能型人才。

参考文献

[1] 董毅.构建应用型人才培养质量标准体系的探索[J].合肥学院学报：自然科学版，2013（2）：57-61.

[2] 张为春.《汽车构造》课程教学改革[J].科技信息， 2010（29）：601.