虚拟仿真技术在“汽车制造技术”课程中的应用
摘 要：虚拟仿真技术具有真实性、多感知性、自主性和交互性等特点，在诸多领域得到了广泛的应用。由于虚拟仿真技术能够立体形象及高度还原现实场景，将它应用于制造类课程教学过程中，能更好地突出理论结合实践的课程特点及要求，丰富教学资源，提升学习沉浸感，不断提高学生的实践与创新能力。
关键词：虚拟仿真;汽车制造;课程教学
1 传统“汽车制造技术”教学现状
“汽车制造技术”在车辆工程系的专业课程中占据非常重要的位置，内容包括汽车及其零部件的制造工艺流程、机械加工和装配方面等内容。该门课程的主要目的是让学生通过学习了解现代化汽车制造过程，把学生培养成面向汽车制造过程中整车装配与零部生产和管理的新型人才。“汽车制造技术”是车辆工程专业的必修课程，在课程培养方案中占据重要一环。对于车辆工程的大部分学生而言，毕业之后就是到汽车整车厂或其子公司从事技术和管理工作，因为他们在工程项目实践中需要详细了解汽车生产制造的工艺流程，并且熟练掌握零件机械加工工艺整体规程及基本知识，能够根据实际需求具备初步设计工艺规程的初步能力[1-2]。因此“汽车制造技术”的教学质量在很大程度上影响着学生的就业以及在从业领域的发展，是保障学生学有所成的一把利剑。
目前，根据上海理工大学车辆工程专业的最新培养方案规定，“汽车制造技术”课程根据实际教学任务需求总共安排48个学时，学分总数为3个学分。根据任课教师在教学过程中遇到的各种突出问题，以及学生通过课堂反馈的问题，在现行教学方式依然存在很多难啃的“硬骨头”。
首先，“汽车制造技术”这门课具有自身的特点，例如所覆盖的知识点众多，结构具有多样性，原理十分复杂，知识点之间的联系不够紧密，实践条件要求较高，课堂缺少相关实物模块展示等。由于以上诸多问题，就对老师在课程讲解过程中提出了一些挑战，如果不能合理安排课程内容把控课堂节奏，就很容易使学生逐渐产生疲劳或厌倦情绪。其次，由于课程的学时限制，就使得任课教师为了完成教学任务，不得不把课堂内容安排得非常紧凑，这也导致老师产生比较大的教学压力，所以在课堂上只能通过填鸭式的教学模式把知识硬生生地塞给学生，也无暇顾及学生是否真正对所学知识有所领悟。
其次，由于传统教学模式的上课场地受到限制导致理论教学与学生实践不同步。造成学生在进行实践操作时不能联想到课堂上老师传授的知识，学生虽有实物操作但仍难以理解某些结构组成的原理，导致教学和实践不能连贯，无法达到学以致用相辅相成的效果。这种以教师为中心的传统教学模式在多数情况下难以实质性的提高教学质量。因此，必须将实践操作环节融入教学模式中去，这种教学方式具有非常强的应用性和实践性。车辆工程专业的学生不能局限于学习该课堂内容的基础知识，必须通过动手实践加深理解，才能开拓创新。因此，虚拟仿真技术融合进入课程授课为教学改革提供了新的发展方向，具有很强现实意义。
2 虚拟仿真技术与传统课程教学结合
一般认为虚拟仿真是一种模拟技术即对现实世界真实系统的模拟，具体涵盖视觉生理学、计算机图形学、视觉心理学、仿真技术、人工智能技术语音识别与合成技术、软件工程、人机接口技术、微电子技术、多媒体技术及网络技术等多种高新技术[3]。由于虚拟仿真技术具有沉浸性、多感知性、自主性和交互性的显著特点，在很多领域得到了广泛的应用。在教育领域，虚拟仿真技术可以将二维知识和图片三维立体化，建造出自主感知的教学模式，改善刻板的教育方式，增强实践教育手段，极大地提升教学质量。
实现虚拟仿真与传统教学相结合，可以对车辆工程专业的建设发展、课程体系重塑、教学内容重构和课堂教学改革都将起到很好的推动作用。目前，根据虚拟仿真技术和传统教学模式相结合的方式，可将其可以划分为以下四类：桌面式、分布式、增强式、和沉浸式虚拟等虚拟仿真系统[4]。在具体实施过程中，授课教师可以通过制作虚拟仿真的课件，或者利用虚拟仿真技术开发相关教学软件。因为虚拟技术具有沉浸式特点，可以使学生能够有身处生产现场的感觉，将学生从课堂上的观看者转变为生产现场的探索者，这样可以极大的提高学生的学习热情，激发学生的主观能动性，提高学生的自主创新能力[1]。
3 虛拟仿真技术在汽车制造技术教学中的应用
上海理工大学已经建立一个国家级虚拟仿真实验教学中心，利用现有的虚拟仿真平台，能够利用虚拟仿真技术模拟“汽车制造技术”课程的某些制造工艺，以及机床切削加工过程的虚拟仿真，实现真正将虚拟仿真技术应用到该课程的教学中。根据课程设计及工程实际进程，将课程划分为不同的模块，针对不同模块再具体利用虚拟仿真技术，如对机床加工过程进行模拟仿真，模拟现实机床的装夹过程，切削过程，以及上料、下料等，可以高度还原实际的操作场景，让学生学习到更多工程知识的细节。实现实践中间过程的可视化，提升整体形象感，提升学生实践学习的兴趣，进一步促进学生主动感知实践的意义和开展实践内容。
积极依托学校虚拟仿真实验室，在教学中逐步结合实验平台开发虚拟仿真软件与教学课件，积极开展实质性工作。以实际的车间为例进行虚拟仿真，通过对虚拟车间的设计，模拟整个车间的布置、物料运动、操作仿真和人机交互等。让学生看到从物料运输到零件加工成型的全过程，对整个工艺流程有清晰直观的认知，且可以通过人机交互让学生自己操作机床空转、进给、切削等过程。这样使得学生不仅只是旁观者更是参与者，使得学习更加生动有趣，避免了现场操作可能会带来的诸多危险因素，最大限度的保障了学生的人身安全。不仅如此，学生可以通过该虚拟仿真教学平台自主学习、熟练使用及掌握同一类实践项目的设计思想、操作流程及数据处理等内容，进而达到举一反三，融会贯通的目的。由此可见，虚拟仿真实验平台的规划、开发、管理，对于学生的认知起到积极推动作用，激发了学生的创新潜能。
4 在教学改革过程中会面临的问题
虚拟现实技术的确实能在很大程度上提升教学质量，但同时存在着一些不可忽视的问题。实现虚拟仿真與传统教学的完美结合，需要完整且无漏洞的虚拟仿真软件，以及诸多硬件的支持。所以想要达到较好的效果就需要投入大量资金，就不可避免地会占用学校资源，让部分学校原本就不充足的教育资源“雪上加霜”。假如强制推行下去，容易造成粗制滥造浪费资源的现象，同时耗费师生精力。
将虚拟仿真技术应用于教学，对于虚拟现实技术产品的开发无论是从时间还是资金上都需要大量投入，这对于独立承担教学任务的老师是一个巨大的挑战，且要求老师能够熟练掌握授课、自学自讲、教学实践这三者之间相互关系，使它们之间能够环环相扣、相辅相成。但对于面临着巨大教学任务量的老师把庞杂的问题结合起来并推陈出新是十分困难的。就目前的状况来看，虚拟仿真技术广泛应用于教学过程仍然需要更多教育者的努力与探索，同时更加注重教师团队建设，共同开发制作虚拟技术相关教学资源。
5 结语
虚拟仿真技术是可以实现人体和模拟环境交互的新型科技，把不可感知的抽象空间转化为立体可见的三维空间仿真模型，使人身临其境，极大增强了体验感，大大提升了学生的学习兴趣。因此，高校需要深入研究虚拟仿真技术的应用，并且熟练掌握虚拟仿真技术与传统教学的结合，培养高技术、有创新精神的人才。但由于教师的精力有限，不同学校又面临虚拟仿真技术应用中的实际问题，虚拟仿真技术依然具有较大发展空间，必将给制造类课程教学带来更大的实际价值。
[参考文献]
[1]邹全乐，张天诚，刘莹.基于虚拟仿真技术的安全评价教学改革途径[J].高教学刊，2020（29）：114-117.
[2]周萍，孙跃东，郑岳久，刘银华.“汽车制造技术”课程考核评价的研究与实践[J].高教学刊，2018（2）：59-61.
[3]王婷，齐庆会，岳川云.虚拟仿真技术在土木工程测量教学中的应用[J].高教学刊，2020（27）：112-115.
[4]肖田园，韩向利，张林鍹.虚拟制造内涵及应用研究[J].机械仿真学报，2001（1）：118-123.
（编辑 姚 鑫）
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