《车辆工程专业传统与模拟仿真实验教学整合与优化》-教育论文，教育技术装备论文-论文范文参考-科学狗论文网

标题

车辆工程专业传统与模拟仿真实验教学整合与优化

范文

摘? 要为培养学生的工程实践能力，车辆工程专业课程有较多实验教学模块，但受实验设备和场地等部分条件限制，传统实验教学很难达到实验所需。随着虚拟仿真技术的发展，车辆工程专业在传统+模拟仿真实验教学方面进行整合与优化，研究传统与虚拟仿真整合的实验教学策略，解决传统实验教学中出现的一些问题。

关键词车辆工程;虚拟仿真;实验教学;汽车理论;工程教育

中图分类号：G642? ? 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2020）16-0119-04

1 引言

在国家大力发展应用型人才的背景下，已经有学者意识到车辆工程专业改革的必要性，也从工程教育等方面提出改革新思路，但是由于受到现存实验教学体系的限制，并没有改变车辆工程专业学生实践能力不足的现状。面对车辆工程专业传统的实验教学模式比较单一，操作的步骤比较刻板，实验时间长且效率较低，设备投入较多且较为陈旧等问题，部分高校开展传统教学与虚拟仿真教学，并与车辆工程专业的实验、实践教学相结合，以提高学生的实践操作能力和创造力。在此基础上，本文对车辆工程专业的传统与虚拟仿真实验教学模式进行研究，并提出整合优化的策略。

2 车辆工程专业传统实验教学存在的问题

教学方法上? 传统的车辆工程专业实验教学方法比较单一，仅仅是按照书本上的一些实验进行操作，且受到教学时间和空间上的限制，学校的实验室不能够对学生全天候开放，在教学过程中常常采取教师演示和讲解为主的方式，受实验课时制约，学生亲自动手实践较少且效率较低。尤其是汽车理论课程相关的实验，所需设备较昂贵，学生对涉及的动力性实验、操纵稳定性实验等所需的传感器、相关测试设备等的安装、使用几乎不了解，实验过程仅仅是跟着车跑一趟，而且学生没有一个平台可以了解实验的内容、实验过程中可能出现的问题等，不利于学生实践操作能力的提升。如果部分采取传统实验教学，部分采用驾驶模拟器进行虚拟仿真实验，两者相结合，能使学生较好地理解实验内容，提取实验数据。

教学内容上? 很多实验都是演示实验，并不能培养学生的调试和解决问题的能力，且多数实验是在教师的指导下进行，学生本身很少有自己的思考，较难做到验证性及设计性等综合性实验，导致无法做到举一反三。此外，受到实验设备、实验场地等条件的限制，车辆工程专业的很多实验无法正常开展，比如汽车理论课程的动力性实验、操纵稳定性实验（包括稳态回转实验、DLC双移线实验等）等一些需要专门采集数据设备、专门实验场地的实验，建设汽车理论性能实验场的价格十分昂贵，让每个高校都建立专门的实验场显然不够现实。虽然现在部分高校采取和汽车性能试验机构或汽修厂合作的方式进行教学，但是实验效果并不是很好，且实验准备时间较长，依然不能较好完成一些特定的实验项目并提取实验数据进行分析。

教学评价上? 车辆工程专业传统的实验教学对学生的考核方式较为单一，由于是班级授课，学生较多，难以保证每位学生都有实践动手机会，这就导致难以根据每位学生在实验过程中的表现来进行考核，其后的实验报告撰写内容往往也以识记的内容为主，存在较大的抄袭空间，无法客观真实地反映一个学生的实验操作能力并做到客观评价，缺少针对性的问题发现，不利于后续学生综合应用能力的提高。

3 车辆工程专业虚拟仿真实验教学模式简介

教学模式理念? 響应国家的号召，为了实现产业转型升级，高校应培养大批的应用型人才，这就需要教学上对实验实践教学更为侧重，构建有利于培养应用型人才的实验教学模式。目前，通过在传统实验教学上建设开放型、多层次、综合性的车辆工程专业虚拟仿真实验教学模式，弥补很多受场地、设备等限制的车辆实验项目，以提高车辆工程专业学生实践动手能力及加强相关实验数据采集、整理，并对实验项目进行分析、评价。传统实验教学与虚拟仿真实验教学能有效缓解高校教学内涵与产业发展不协调、设备更新不及时等的矛盾，是车辆工程专业教学改革、培养应用型人才的必然趋势。

教学模式特色

1）坚持车辆工程教育专业认证的理念。虚拟仿真实验教学模式建立了虚实高度融合、覆盖车辆工程专业主干课程的全新的实验教学体系，在深入分析虚拟仿真实验对车辆工程专业的基础课程与专业课程的作用的前提下，根据“夯实基础、加强专业素质教育、提高创新能力”的思路来设计相关的虚拟仿真实验，使得学生不仅可以接触到实践实验，也能在虚拟仿真的教学情境中进行探索性和创新性的学习，在实验教学过程中也可以提升理论水平以及工程实践能力。

2）搭建科研成果迅速转化为虚拟实验教学的通道。车辆工程专业的虚拟仿真实验教学过程中，能够将教师的科研成果迅速转化为虚拟实验教学资源，进而进一步优化成“线上+线下”的教学模式，打造成精品MOOC。有机结合工程实践的项目，设立专门的工程化软件，方便教师和学生可以及时将科研成果转化为虚拟仿真实验教学资源，不仅保证了虚拟仿真实验项目的先进性，也可以很好地锻炼车辆工程专业学生的工程“实战”能力。

3）提供新能源汽车的虚拟仿真实验平台。面对新能源汽车的技术层面要求较高，特别是动力电池、电子控制等核心技术大量缺乏专业创新型人才的现状，虚拟仿真实验平台充分吸收“新能源汽车优势学科”等科研成果，并及时将其转化为驱动电机虚拟设计与优化、制动能量回收虚拟测试等实验工程项目，构建系统化的新能源汽车虚拟仿真实验平台，有利于为新能源汽车产业提供专业创新型的人才。

教学模式创新

1）开发理念创新。车辆工程专业虚拟仿真实验教学采取校企紧密合作、虚实高度融合的教学模式，利于开设验证性与设计性等综合实验项目。坚持“夯实基础理论、培养工程实践能力”的理念，以提高学生的综合应用能力为目的，通过加强校企合作，建立校内外培养工程实践能力的联合机制，以实现理论教学和工程实践训练的高度融合。

2）运行机制创新。通过构建科研成果及时转化和校企联合等激励机制、校内外共享机制等，不仅增强了虚拟仿真实验教学持续创新的动力，也有效提升了资源共享的成效。

4 车辆工程专业虚拟仿真实验教学整合与优化

在对部分已经开展车辆工程专业模拟仿真实验教学的内容进行研究和分析后，下面主要是对其进行整合，并提出一些优化策略，分别对汽车结构拆装、汽车理论性能测试、新能源汽车和汽车制造四个方面的虚拟仿真实验教学进行说明，其中主要对前两个虚拟仿真实验教学进行详细分析。

汽车结构拆装虚拟仿真实验? 在汽车的构造、发动机原理等一些车辆工程专业课程中，包含汽车结构拆装实验，以方便学生了解汽车构造原理、各零部件的功能和其运动方式。但是，传统的汽车结构拆装实验需要将实体汽车进行拆分，以让学生了解零部件的构造，然而在这样的情况下汽车无法运行。因此，在传统实验中无法将汽车零部件的构造与运行状态同时展现出来，这就导致教学的成本很高，资源消耗很大，且学生多，课时有限，效率较低，难以顾及每一位学生。构建虚拟仿真实验教学平台后，利用虚拟显示技术可以构造一个可以部分甚至完全代替真实实验操作的模拟实验环境，使学生更加自由地进行实验操作。在实验过程中，学生可从不同的视角进行观察和拆装各种汽车虚拟装配，深入了解汽车零部件构造和装配原理，很好地弥补传统实验的不足之处。而且采取透明化的处理方式，也可以让学生清晰地看到汽车内部零部件的运动状态，有利于激发学生的学习热情。汽车构造拆装虚拟仿真实验操作系统主要有三个大的实验子板块，具体的虚拟仿真实验操作体系如图1所示。

采取图1所示汽车结构虚拟仿真实验教学模式，可以充分利用虚拟仿真技术帮助车辆工程专业学生认识和了解汽车的构造，了解发动机、离合器等零部件的构成以及装配关系，让他们在沉浸式虚拟实验环境下实现自主学习汽车各零部件的拆装，这就很好地解决了传统实验中无法同时演示汽车构造和运行状态的问题。在采取虚拟仿真实验教学后，再结合采用传统的实车拆装实验，使学生快速掌握车辆架构及其拆装要点。

汽车性能测试虚拟仿真实验? 汽车试验学、汽车理论等一些车辆工程专业课程中包含汽车性能测试实验。汽车性能是车辆工程专业学生必须深刻认识并理解的专业内容，也是汽车设计开发的重要因素之一。在传统的实验课程教学中，由于实车实验成本高，且存在一定的危险性等因素的限制，学生常常不被允许接触实验设备，不利于培养实验技能。此外，传统的实车实验并不能很直观地分析影响汽车性能的因素，使得学生不能进一步了解汽车的性能和汽车相关结构参数之间的关系。如汽车操纵稳定性实验，由于受场地等限制，很难进行道路场地试验，而构建的汽车性能测试虚拟仿真实验，能采用驾驶模拟器进行仿真实验。驾驶模拟器示意图如图2所示。

在驾驶模拟器上可以设置国标实验工况，选取驾驶员按实验要求进行实验，驾驶模拟器数据采集系统能够实现对驾驶员转向操纵和汽车运动响应的运动采集，根据国标数据处理方法对实验数据进行处理，按照评价指标对汽车的操纵稳定性进行评价。驾驶模拟器上的虚拟仿真实验不存在安全问题，不受场地限制，工况任意设置，学生能较好提取数据，分析、评价车辆性能。具体的驾驶模拟器仿真实验操作如图3所示。

通过虚实结合的方式，让学生在学习汽车理论知识的同时，从实践的角度了解汽车性能的影响因素，很好地激发他们的专业兴趣，有利于他们掌握实验技能，提高实践和应用能力。汽车性能测试虚拟仿真实验主要分为两个大的实验子板块，具体的虚拟仿真实验操作体系如图4所示。

采取图4所示的汽车性能测试虚拟仿真实验教学模式，可以充分利用虚拟仿真技术让学生对汽车性能测试技术有更深的了解，利用虚实结合的方式，使他们将汽车理论与实验相结合，有利于加深他们对汽车实验学等专业课程知识的理解，解决传统实车实验无法直观分析影响汽车性能因素的问题。当然，在采取虚拟仿真实验的同时，还能结合进行简单的对场地要求不太高的传统实车试验（如汽车动力性、制动性实验），进行数据比对，加大学生对汽车性能的理解，并利用数据对汽车性能进行分析、评价，进而提出改良方案。

新能源汽车虚拟仿真实验? 随着汽车产业的发展，新能源汽车已经成为世界汽车产业发展的必然趋势，也是解决全球石油能源危机以及大气污染等问题的必然选择。就我国而言，发展新能源汽车产业是提高我国汽车产业竞争力、改善我国大气环境、保障国家能源安全的重要选择。由于新能源汽车采用350 V以上的高电压电源，进行實车测试实验时往往存在高压电安全问题。通过新能源汽车虚拟仿真实验教学，在保证安全的前提下，帮助车辆工程专业的学生学习并掌握新能源汽车的电池、电控等一些关键部位的构造原理、车身设计以及性能测试等基础理论知识和实践操作，再由实验教师进行实车检测实验讲解，能使学生较好地掌握新能源汽车架构及其检测要点。

汽车制造虚拟仿真实验? 目前，汽车制造技术不断发展，未来将有望实现制造过程的计算机辅助设计、控制和管理等，并使用全新的自动化生产系统，以确保汽车的生产质量能够达到高度的一致性，比如主要零部件的制造过程、车身设计制造装配等。通过设置虚拟仿真实验项目，让学生了解并掌握车身焊接技术，以及一些典型零部件的制造技术和工艺等，使他们能够在毕业后迅速地融入工作实践中去。

其他汽车虚拟仿真实验? 此外，部分高校还开展了汽车模拟驾驶虚拟仿真实验、汽车电子和测试技术虚拟仿真实验等。车辆工程专业的学生在学习汽车理论的同时，也要学会知识的运用，而汽车驾驶是其实验教学的重要内容之一。传统的汽车驾驶教学不仅要有特定的实验场地、专业的教学人员，也要有大量的资源支持，所耗费的成本很高，但是可重复性并不高，大多数学生在完成实验时往往仅仅是走马观花，并不思索所学的理论知识。构建的汽车模拟驾驶虚拟仿真实验教学系统，不仅使得可操作性增强、实验成本降低，也可以让学生在进行实验的同时静下心来思考相关的理论知识，增强对理论知识的理解。

汽车电子和测试技术是现代汽车不可缺少的部分，传统的实车实验虽然可以让学生看到一些现象，但是无法直接将技术和理论联系起来。此外，受到实验时间以及设备等因素的限制，并不能保证每个学生都可以真正接触到仪器进行实验操作。在汽车电子和测试技术虚拟仿真实验教学过程中，通过虚实结合技术，可以让学生对测试信号和电子控制技术等有更深入的认识，也解决了分析实验数据所需的信号采集等基础实验内容操作的问题。

5 结语

为了引导车辆工程专业学生提高实践应用及创新能力，强化他们的工程技能，部分高校在顺应工程教育改革的趋势下已经开展了虚拟仿真实验教学活动，并有效地降低了实验教学的成本，提高了车辆工程专业学生的实践能力。本文主要对已经开展的虚拟仿真实验教学体系进行整合优化，提出一些策略，希望可以对车辆工程专业的虚拟仿真实验教学提供新的思考。

参考文献

[1]喻曹丰，陈清华，汪选要，等.虚拟仿真实验模块在车辆工程专业实验教学中的应用[J].教育教学论坛，2019（17）：276-278.

[2]江浩斌，潘公宇，杨晓峰，等.车辆工程虚拟仿真实验教学体系与平台的构建[J].实验室研究与探索，2017（6）： 114-117，146.

[3]佘翊妮，沈季胜，王磊.车辆工程专业虚拟仿真实验教学的探索与实践[J].江西电力职业技术学院学报，2018（2）：37-38.

[4]靳华伟，关维娟，陈清华.车辆工程专业虚拟仿真实验教学的探索：以安徽理工大学为例[J].煤炭高等教育， 2019（1）：117-120.

作者：李伟豪，肇庆学院（526061）。

随便看

科学优质学术资源、百科知识分享平台，免费提供知识科普、生活经验分享、中外学术论文、各类范文、学术文献、教学资料、学术期刊、会议、报纸、杂志、工具书等各类资源检索、在线阅读和软件app下载服务。