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模拟教学软件在《汽车构造》教学中的运用

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  1引言
  《汽车构造》是汽车维修专业及其相关专业重要的专业基础课之一,具有较强的理论性、实践性和应用性。随着教学内容的不断扩展、加深与学时的压缩,为达到更高标准的教学要求,合理地运用三维模型,采用模拟教学软件进行《汽车构造》课堂的教学是非常必要的。如何运用模拟教学手段,提高汽车构造课程的教学效果,已经成了一个新的研究课题。
  2传统《汽车构造》存在的问题
  (1)静态模型缺乏形象性。传统的《汽车构造》课堂教学以教科书为基础,教师主要是通过对电子挂图中的零部件的位置关系、连接关系和运动关系反复讲解来完成教学的。但是静态的,只能反映零部件的一个面,整体效果还要靠教师用形象的语言来表达,不可避免占用了不少时间,教学的效率相对较低。尤其是对于一些结构复杂的总成及部件的运动过程及原理的讲解更是缺少很好的表达方式。
  (2)模型内部结构难以展示。学生对课程内容涉及的大型设备大都没见过,对设备部件内部结构更是无法了解。即使学生到实习车间去参观见习,对设备外观产生感性认识,但内部结构及运行原理只能凭教师口头描述,学生难以明白。近几年,在《汽车构造》的教学中,比较重视常规媒体辅助教学,也尽可能组织学生到训练场进行认识实习,使学生建立感性认识,加深理解方面取得了较好效果,但这些措施不能使学生了解设备内部的解剖结构。
  (3)难于调动学生的积极性。传统的教学模式难以提高学生对课程的兴趣,不利于调动学生学习的积极性,妨碍了学生对知识体系的认识、理解和掌握,这些缺陷是传统的教学模式所无法克服的。
  3基于三维模型的《汽车构造》模拟教学软件的开发
  汽车构造模拟教学软件是将计算机仿真技术和车辆装备相结合,利用先进的虚拟现实软件,为实现对车辆装备总成结构的三维可视化模型展示、工作原理的动画演示等功能,而建立的信息化教学软件系统。这种游戏式的模拟系统既提高了学员的学习兴趣和效率,又缓解了院校教育所需场地资金不足的矛盾。
  3.1模拟教学软件的设计思想
  作者参与研制了汽车构造模拟教学软件,本软件以课程标准为依据,涵盖了汽车构造课程教学内容体系:总成结构-工作原理-拆装-课后辅导答疑。
  以实车为模型,制作大量的可交互的三维实体模型,通过鼠标可以控制模型的旋转、大小、方向,可以更好地突出教学重点和突破教学难点,使抽象、深奥的原理简单化、直观化,缩短客观实物与学生主观认识之间的距离,避免了传统教学费时费力并且教学效果欠佳的缺点。可以更好地激发学生兴趣,集中学生的注意力,自主地选择学习进度和學习节奏,使学生由传统教学的受体变为主体,变被动学为主动学,有利于培养学生的探索钻研精神。
  3.3模拟教学软件主要模块
  在校园网已经普及的今天,针对汽车构造课程空间思维与形象思维的特点,采用Pro/e、3Dmax、Director等软件,开发《汽车构造》模拟教学平台。该系统具有如下模块:
  (1)总成结构模块汽车构造教学的最大特点,就是文字不如挂图,挂图不如模型,模型不如实物。但汽车实物又不能搬到课堂上,而建立庞大的实验场地、购置多种型号的汽车,进行现场教学,在经济上和具体实施上又不可行。因此教学过程中,常常遇到学生不能正确地、快速地想象出实体形象,弄清实体的各种结构,教学效果不明显。在这一模块中,集成了制作好的大量的汽车总成模型,学生可以根据自己掌握的学习情况,不必按照目录的顺序,自主地选择没有掌握的汽车构造模型进行演示,观看模型的组装和拆卸过程,以及工作原理。
  (2)原理演示模块根据教学训练大纲的要求,将教学大纲上的难点、重点,采用仿真交互的形式,逼真展示汽车发动机、传动系、转向系及制动系等零部件的结构及连接关系;利用三维动画分析差速器、涡轮增压器、喷油泵等典型机构的工作原理。
  (3)虚拟拆装模块学生在观看演示之后,能自己在线对模型进行操作,对模型进行拆卸和组装,犹如在现实生活中将汽车零部件拆卸和组装,并随时参照浏览模型演示,以加深对问题的理解。因此,学生在网上对大量的三维模型进行拆装,使学生在自己动手的过程中,头脑里不断积累立体的表象,表象积累多了,空间感性知识增强了,自然就容易想出空间形体的形状,理解了实物构造。
  (4)同步察看以及辅导答疑模块传统的课堂教学教育重视教师的讲授,轻视学生的探索与创新:重视学习的结果,轻视学习的过程;忽视学生主动、积极的思维参与。而在这个模块中,在学生进行练习的同时,教师可以在线对其进行同步察看,并和学生进行交互。学生可以随时将自己的学习体会和问题通过会话框发给教师,教师再将解答发送给学生,实现了教师和学生之间的互相交流与合作,激发学生的学习潜能,使学生成为积极的学习者,成为课堂的主体,而教师成为学生主动构建意义的帮助者、促进者。
  4基于3D模型的模拟教学平台在汽车构造教学中的应用
  4.1生动演示教学模型
  在汽车构造课的教学中,许多结构、工作原理往往作为一个抽象概念来讲授,学生学习时缺乏感性认识,因而枯燥无味,造成对某些知识学习的困难,但结构及工作原理又是所学的重点和难点。三维模型突破了传统教学不能解决的问题,使抽象概念形象化,使枯燥内容生动化,激发学生浓厚的兴趣和想象力,既降低学习难度,又突破了重、难点。
  4.2培养空间想象能力
  讲构造最好的办法就是对着构造讲解,而制作模型和动画演示很大程度上起到替代实物并显示其构造的作用,有“动”有“静”的画面非常适合教学的需要。如在讲解汽车总体结构和装配关系时,学生在屏幕看到拆装汽车的全过程,将在实验室才能演示的场景搬到了课堂。利用画面切换功能,在讲装配关系时交替演示零件之间的装配关系、装置之间的连接、装置在整车上的布置,学生就能很容易地掌握有关的内容。采用这种教学方法,不断充实学生二维和三维之间转换的思维训练,空间构思能力有了明显的提高。
  4.3培养学生创新能力
  汽车构造是车辆工程、交通运输、汽车服务工程等专业的主要技术基础课程,能否掌握好这门课程的知识,对后续其它汽车类专业课程的学习有着直接的影响。三维实体建模,以其生动、直观、变化无穷的表现方式,在辅助机械制图教学中,对培养学生的创造性思维,继而进一步培养其创新能力,都是大有裨益的。
  5结束语
  汽车构造课是一门偏重于结构和工作原理的课程,而基于三维模型的模拟教学软件在汽车构造教学中的运用,使学生的思维过程变得形象化、具体化,操作简单,帮助学生理解,使学生在多方面的创新意识和能力得到了充分的挖掘和发挥。通过近几年的实践,已经取得了较好的教学效果。在今后的教学实践中,我们还要积极探索,提高三维模型制作水平,促进教学方法、教学手段改革,提高教学质量和教学效率。
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