五档手动变速器仿真教学软件的开发与应用

顾学梁，刘金旺

（玉溪技师学院，云南 玉溪 653100）

近年来，随着职业教育汽车维修专业办学规模的不断壮大，其教学成本也随之不断上升，这在一定程度上制约了专业发展的水平和质量.这是因为，汽修专业课教师在进行五档手动变速器的理论、实训教学中，为了让学生掌握其构造、零件名称、工作原理和学懂变速器拆装、修理工艺，需要拆卸变速器，从而造成变速器的损耗，加大了办学成本.另外，学生从认识五档手动变速器到学会维修，其周期长，知识水平提升慢，这也无形中提高办学成本.目前，在五档手动变速器的教学中，除了广泛使用的黑板、PPT、微课、微视频、实物教学手段外，更高效的方法是在仿真技术基础上开发的教学软件，但如果直接从科技公司购买，不仅成本高，且使用时因版权的限制便利性差，软件里的教学内容与实际需要的教学内容差别大，难以满足专业教学的需要.正因如此，笔者结合汽修专业课的教学实践，发挥专业优势，将计算机仿真技术与汽车五档手动变速器教学内容相结合，开发出汽车五档手动变速拆装、原理仿真教学软件，应用于实际教学，满足专业教学需要，为汽修专业课教师增加了一种立体、逼真的教学手段，极大的丰富了专业教师的教学手段和学生的学习途径.

1 五档手动变速器仿真教学软件的开发要点

仿真软件由计算机生成，可以是现实世界的再现，亦可以是构想中的世界，用户可借助视觉、听觉及触觉等多种传感通道与虚拟世界进行自然的交互.它是以仿真的方式给用户创造一个实时反映实体对象变化与相互作用的三维虚拟世界[1].

五档手动变速器仿真教学软件是将五档手动变速器的构造、工作原理、拆装过程进行3D 数字内容的模拟开发，借助3D 虚拟环境模拟五档手动变速器的实训环境、条件、流程，使教师和学生能够获得与实际使用五档手动变速器实训一样的逼真体验，教学效果好，使用成本低.

五档手动变速器仿真教学软件的开发要点是在变速器不上试验台、不拆开的情况下，如何看清变速器的内部结构，完成变速器的拆卸、组装，演示它的各项功能，实现与实际变速器相同的结构、性能，这就需要通过安装在计算机上的仿真软件与五档手动变速器的结构、功能相结合来进行开发，满足五档手动变速器下列几点仿真功能：

（1）实现五档手动变速器的作用仿真：通过仿真教学软件的开发能立体逼真演示发动机输入转速的变化，切断发动机的输出动力，改变发动机的输入转速方向.

（2）实现五档手动变速器的换档功能仿真：通过仿真教学软件的开发能立体逼真的演示五个前进档、一个倒档和一个空档的换档过程.

（3）实现五档手动变速器的构造仿真：通过仿真教学软件的开发能立体逼真的仿真变速器壳体、变速器盖、换档杆、变速器操纵机构、齿轮传动轴、齿轮、同步器、轴承、油封、轴套、卡环、转速表蜗杆蜗轮、端盖，立体、真实的将每一个零件展现和演示出来.

（4）实现五档手动变速器仿真教学软件上的零件拆卸、装配过程仿真，利用软件学习变速器的修理工艺，分析变速器故障产生的原因和排除故障的方法.

2 五档手动变速器仿真教学软件的开发内容

仿真教学软件不仅要满足学生实训操作的功能要求，同时还要具有理论教学微课、PPT 编辑功能，既要立体、逼真、可视，又要有动画，还要短小和有针对性.为此，需要从教学的实际需要出发，将汽车五档手动变速器的结构特点、性能要求与虚拟仿真技术结合，将五档手动变速器仿真教学软件的开发分成三大类，分别是拆卸类（按拆卸顺序拆分变速器直至成独立的零件）、装配类（按装配顺序组装变速器的各个零件，实现变速器的功能）、工作原理类（实现五档手动变速器的作用、各档工作过程演示），在每一大类中又根据变速器的结构特点，分成若干小项目，形成短小的仿真教学软件，便于灵活应用.

（1）拆卸类项目仿真教学软件：由总成部件拆卸、三组件拆卸、上盖零件拆卸、一、二轴零件拆卸、同步器拆卸、中间轴零件拆卸软件6 个小项目构成，如图1 所示.

图1 拆卸类项目仿真教学软件

（2）装配类项目仿真教学软件：由中间轴零件装配、同步器零件装配、一、二轴零件装配、上盖零件装配、三组件装配、总成部件装配软件6 个小项目构成，如图2 所示.

图2 装配类项目仿真教学软件

（3）工作原理类项目仿真教学软件：由一档传动、二档传动、三档传动、四档传动、五档传动、倒档传动、空档传动软件7 个小项目构成，如图3 所示.

图3 工作原理类项目仿真教学软件

以上3 个仿真软件形成3 个大项目，大项目下面由若干个小项目构成的仿真教学软件，项目清晰明确，查找方便，点击快速，软件有快进、快退、暂停功能，便于师生使用.

五档手动变速器仿真教学软件开发是从维修企业、中职教学的实际需要出发，重点放在变速器的构造、拆装工艺、工作原理的开发上.根据教学大纲的要求，明确变速器软件开发的知识点、技能点、操作要点，形成仿真教学软件开发的核心.通过仿真软件开发内容规范化、标准化来模拟拆装，训练学生正确选择使用工具，严格遵循拆装工艺，学习完成后具有返回操作，重新学习的功能.当学生需要学习某个小项目时，可以快速选择大项目下的这个小项目来进行学习，方便快捷.理论教学中仿真教学软件能够演示零部件名称、结构、位置、工作原理；演示零部件拆装顺序，有单个零件或连续播放的暂停功能、快进功能；有插入视频文件、电子教案的插入功能；有变速器理论试题库且有随机组卷、答题功能.

3 仿真教学软件的应用

仿真教学软件能够很好的演示五档手动变速器的内、外部结构和工作原理，变速器外部采用实景模式的3D 展示整体结构，内部采用透视模式，可直观模拟变速器换档杆拨动换档操纵机构，模拟操纵1-2-3-4-5-R-空档，变速器对应的拨叉、同步器、齿轮、进入相应的挡位工作的情景，通过亮光、声音、文字方式对动力传动路线和工作状态下的零部件进行提示，便于开展教学，使学生清晰、准确、快速掌握相关知识.

（1）简约的登陆方式.专业课教师对仿真教学软件的开发，不存在知识产权纠纷，登陆简便是其最大特点之一，打开装有五档手动变速器仿真教学软件的电脑，师生各用一个密码便可以进入软件系统，选择需要的项目打开就可以使用.教师既可以将教学软件用于学习、备课、制作PPT，也可以直接用于讲课.学生进入软件系统可以学习手动变速器的作用、构造、零件名称、工作原理的理论知识，掌握基本理论知识后，进行实训仿真训练，学生在软件上训练手动变速器的拆卸、组装；模拟训练熟练后再转移到五档手动变速器设备上进行实际操作，考核可选择模拟考或用实训设备考核，模拟考核有自动记时、自动保存、成绩显示功能.

（2）仿真教学软件的演示功能.演示功能主要用于辅助教学，项目包括五档手动变速器总成演示、三组件拆装演示、上盖零件拆装演示、一和二轴零件拆装演示，中间轴零件拆装演示、同步器拆装演示，变速器一档、二档、三档、四档、五档、倒档、空档换挡过程和传动原理演示，演示能实现单步、连续播放和暂停功能.仿真演示具有可视性、动画性、立体性、逼真性、翻转性、趣味性、学习方便性的特点，易于学生对变速器构造、原理的理解和掌握.

（3）仿真教学软件是开展项目教学的重要手段.五档手动变速器仿真教学软件由三个大项目组成，即拆卸、装配、工作原理，每个大项目下又分成若干个小项目，它们各自独立，便于教师选择制作课件、开展教学和学生学习，是教师实施五档手动变速器项目教学的重要帮手.

（4）仿真教学软件利于理论和实践相结合.仿真教学软件能实现理论和实践的紧密结合，是多媒体技术更高级的表达方式，可以做到实物做不到的透视性、动画性、趣味性.在理论教学中既能模拟手动变速器的构造、工作原理，也可在实训教学中让学生在软件中学习五档手动变速器的拆装过程，然后过渡到实际操作，有利于学生掌握知识，真正做到“理实一体，做学合一”[2].在实训中通过教学软件引导学生掌握变速器工作原理、掌握拆装技术，分析故障和排除故障，让学生学一个项目，会一个项目，爱一个项目，这不仅降低教学难度，同时还提高了教学效率，降低培养成本，起到事半功倍的作用.

4 仿真教学软件开发的意义

（1）五档手动变速器仿真教学软件开发人员均是在职一线专业教师，由于其在日常教学和技能训练中积累了丰富的专业教学经验，所以仿真教学软件开发内容针对性强，实践性和操作性高，且具有逼真、动态、立体的仿真教学效果，不受任何使用条件的约束、限制，使用方便，有助于信息化条件下“理实一体化”教学方法的开展，丰富教学手段，提高教学效果，减轻学生的学习负担，缩短学习时间.仿真软件与学生实训相融合，结合3D 技术，合理运用文字、声音、图像等多媒体素材开发的五档手动变速器仿真教学软件，给学生提供生动、直观、可视性的动画学习场境，使其更好、更快的理解教学内容，激发学习热情和动手激情.

（2）五档手动变速器仿真教学软件的开发应用，能够引起学校重视并带动更多的专业教师关注、参与仿真软件与教学实践相结合的研究，开发出更多、更好的专业应用教学软件，进而丰富专业教学手段，提高各专业的教学效率，丰富学生的学习资源，利于学生学得快、学得好.五档手动变速器仿真教学软件的开发应用，可以很直观的了解变速器的内部结构，立体再现其工作过程、拆装顺序，学生易学、易懂，有利于提升教学效果，提高学生的动手能力，摆脱实训设备、场地的制约，有效降低盲目拆卸和装配带来的设备损坏和损耗，有助于汽修专业全面实施理实一体化教学，提供强大的虚拟实训资源，并与实际五档手动变速器实训设备配合，快速、高效的提升教师和学生的教学成效.