虚实结合技术在汽车变速箱拆装实践中的应用研究
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作者:靳红玲 陈雨 张军昌 侯俊才 陈军
摘要：针对汽车变速箱拆装实习传统教学模式的局限性，对课程的教学方式和手段进行了改革，在建立的变速箱虚拟拆装实验平台的基础上，提出了基于虚实结合的实践教学模式。实践表明，汽车变速箱拆装虚实结合的教学模式能激发学生的学习兴趣和提高学生学习的主动性，有利于提高课程的教学效果和教学质量。
关键词：变速箱拆装;虚实结合;实践教学
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）39-0143-02
汽车手动变速箱拆装实习是车辆拆装实习的一项重要内容，是车辆工程、农业机械化工程和汽车运用工程等相关专业本科生基本的校内实践环节。该实践环节是在《汽车理论》、《汽车构造》课程教学完成后开展的综合性集中实训内容，其主要目的是让学生掌握手动变速器的工作原理，以便日后能适应技术科研类工作岗位的要求，同时激发学生独立思考和解决问题的潜能，培养学生的团队协作能力和实际动手能力[1]。
一、开展虚实结合实践教学模式的必要性
手动变速箱作为汽车动力机械的核心部件，由于结构复杂，教学设备昂贵，拆装过程烦琐，使实际拆装操作难度较大，但现阶段手动变速箱拆装实习基本沿用传统的以教师为主的教学模式，存在一定的局限性[2-4]。通过虚实结合的教学模式，学生在实际动手操作前，先进行虚拟拆装学习和考核，对变速箱总成、零部件等有整体的认知，加深学生对变速箱工作原理、过程等的理解，不仅让学生作为变速箱拆装实践的主体，同时降低了零件丢失或损坏的概率，延长了实验设备的寿命，保证了教学质量。
二、手动变速箱拆装虚实结合实践教学模式实施方案
虚实结合实践教学模式主要包括以虚拟仿真系统为实践环境的虚拟操作和以真实实验设备为实践环境的真实操作。根据实践的性质和内容不同，虚实结合实践教学可分为虚实分段、虚实交替、虚实融合三种形式[5]。考虑到手动变速箱拆装的复杂性和教学设备的高成本，本实验采用“分散学习+集中学习”两段式虚实结合的教学形式，即先网上分散进行虚拟样机仿真拆装学习和考核，只有虚拟拆装考核合格后，方可进行实物拆装实习，按照熟悉、掌握、运用的步骤，循序渐进、逐步提高。
1.手动变速箱虚拟拆装仿真实验。该虚拟仿真包括手动变速箱虚拟拆装实验和教学管理两个平台：（1）手动变速箱虚拟拆装实验平台。该平台主要针对虚拟样机，模拟实际换档工作过程，激发学生对手动变速箱工作原理和零部件装配关系的探究;在虚拟拆卸实验和安装实验学习过程中，进行有提示拆装实验，同时对选用工具和拆装顺序的正确性进行判断和纠错，最终完成拆装实验。在此操作过程中，学生可以多角度观察变速箱整体的动态模拟，也可以选择特定部件进行局部动态观察，使学生对变速箱的构造及零部件间的装配关系有感性认知。（2）教学管理平台。在虚拟仿真实验中实例操作学习的基础上，通过后台管理端以拆卸考核、安装考核和理论知识三个模块对学生进行考核并打分，并以这三部分的考核成绩为组成部分，自动生成实验报告，反馈学生对三个部分的学习效果，评估每个学生独立完成拆装实习的能力和对机械变速箱相关理论知识的掌握程度，最终给出能否进入实物拆装实习的结论。
2.任务驱动的机械变速箱实物拆装实验。在实物拆装阶段，为了让学生成为实践环节的主体，培养学生发现问题、思考问题、解决问题的能力，采用了任务驱动的手动变速箱拆装实习教学方式。（1）分组。为了解决实验设备不足的问题，并为每位学生创造参与实践的机会，课程组将为期两周的课程班（60人左右）实习分为四个实习组（每组15人左右），各组轮流进行发动机拆装实习、手动变速器拆装实习和自动变速器拆装实习，其中手动变速器拆装实习周期为2.5天，一次一个实习组参与，自由组合为3人左右的5個实习小组，保证每位同学均可参与变速箱的整个拆装过程中。（2）任务。为提高学生学习的主动性和发挥团体合作意识，课程组在开始拆装实习前，针对变速箱构造和原理等相关知识提出5个任务，例如绘制该手动变速箱的工作原理简图，分析同步器的工作原理等，每组负责一个任务，老师引导学生对任务进行分析、讨论，找到解决问题和完成任务的方法，从而在这个过程中掌握教学内容，实现“自主、探索、合作”的自主学习方式。（3）答辩。手动变速箱拆装实习答辩分为预答辩和总答辩，并以此对学生实物拆装实习进行考核评分。预答辩要求学生在拆卸过程中重点完成各实习小组负责的任务，并在拆装现场通过黑板绘制草图对实物进行汇报答辩和讨论，指导教师针对答辩过程进行补充，同时针对手动变速器设计的巧妙之处和工作原理提出问题，让学生思考和讨论，锻炼学生的创新能力。总答辩是在机械变速箱安装完成后，每个实习小组将5个任务以PPT的形式进行最终答辩。通过任务驱动的拆卸、预答辩、安装和总答辩的拆装实习过程，可以培养学生的积极主动性，激发学习热情，锻炼学生的团队协作意识和工程项目意识，培养学生的创新应用能力。
三、机械变速箱拆装虚实结合实践教学模式的初步成效
虚实结合的教学模式在变速箱拆装实践环节应用后取得了良好的效果。
对两个班的58名学生进行调查，虚实结合的实践教学模式几乎得到所有学生的认可，将虚拟现实技术应用于变速箱拆装实习更易于使学生在自由时间主动学习和巩固理论知识。这种教学模式可以充分调动学生的积极性与学习热情。在实际拆装中，基于3人实习小组和任务驱动的教学模式，培养了学生较强的团队协作能力和实际动手能力，突出了学生的主体地位。
四、结语
汽车手动变速箱拆装是本科汽车类专业的一门重要实践环节，通过拆装实验增强学生对汽车结构的认识是该实习的核心要素。虚实结合的实践教学模式深受学生欢迎，虚拟拆装平台打破了设备和场地的制约，真实拆装环境培养了学生的团队合作意识，提高了学生的动手能力，激发了学生的积极性与创新意识，达到了汽车卓越工程师的课程教学培养目标，有效提高了教学质量和学生的工程素质。同时，教师可以对学生进行全面评价，综合考虑学生在虚拟仿真环节与真实环境中的表现，这种评价更具有客观性。 參考文献：
[1]魏晓旭，田哲文.PBL教学方法在汽车拆装实训中的应用探索[J].黑龙江教育：理论与实践，2016，（4）：72-73.
[2]吴海荣，包春江，陈峥峰，等.高校《汽车拆装实习》课程教学改革与实践[J].装备制造技术，2010，（6）：205-207.
[3]杨建军，董大伟，孙仁云，等.基于工程应用型人才培养的汽车拆装课程研究[J].实验技术与管理，2016，（2）：192-194.
[4]朱文华，蔡宝，石坤举，等.虚实结合的减速器拆装的研究[J].实验室研究与探索，2017，（11）：98-102.
[5]魏晓旭，田哲文.汽车发动机拆装实践虚实结合教学模式探索[J].大学教育，2018，（7）：96-98.
Application of Virtual Reality Technology in Practical Course of Gearbox Assembly and Disassembly
JIN Hong-ling，CHEN Yu，ZHANG Jun-chang，HOU Jun-cai，CHEN Jun
（College of Mechanical and Electronic Engineering，Northwest A&F University，Yangling，Shaanxi 712100，China）
Abstract：Traditional teaching methods and means has bad effect in experiment course of Assembly and Disassembly of automobile gearbox，so virtual reality technology was put forward in practical course based on the establishment of virtual experimental system platform for gearbox.a practical teaching mode based on virtual reality is proposed.It proves that this novel teaching model can stimulate students' learning interest，and improve students' initiative，help to improve teaching effectiveness and teaching quality.
Key words：gearbox assembly and disassembly;virtual reality;practical teaching
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