汽車發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷與維修多媒體教學(xué)軟件開發(fā)研究

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職業(yè)院校在進(jìn)行汽車知識(shí)與技能教育中，故障診斷與維修是最重要的內(nèi)容。目前職業(yè)教育，尤其是中等職業(yè)教育中學(xué)生進(jìn)行故障診斷的機(jī)會(huì)少，即便有機(jī)會(huì)，設(shè)備損害嚴(yán)重的情況比比皆是，使得如何發(fā)展這一能力、如何將這一邏輯思維轉(zhuǎn)變?yōu)橹庇^體驗(yàn)成為難題。基于此，筆者及研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了汽車故障與維修多媒體系統(tǒng)軟件，并對(duì)其開發(fā)背景、設(shè)計(jì)思路、教學(xué)目標(biāo)、設(shè)計(jì)亮點(diǎn)、實(shí)際運(yùn)用等進(jìn)行詳實(shí)的敘述，以期對(duì)廣大職業(yè)院校實(shí)踐教學(xué)產(chǎn)生借鑒作用。

一、軟件的開發(fā)背景與設(shè)計(jì)思路

1.開發(fā)背景。

有關(guān)調(diào)查顯示，在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷與維修的常規(guī)教學(xué)過程中，中職學(xué)校學(xué)生對(duì)復(fù)雜的發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)、組成、工作原理難以產(chǎn)生形象的理解，且一個(gè)教學(xué)班的學(xué)生往往多達(dá)40多人，實(shí)訓(xùn)設(shè)備也難以滿足日常教學(xué)需求。而沒有任何操作基礎(chǔ)或操作基礎(chǔ)不扎實(shí)的學(xué)生，對(duì)設(shè)備的損壞率往往較高，學(xué)校每年投入維護(hù)費(fèi)高達(dá)十?dāng)?shù)萬元。換句話說，一方面學(xué)生基本知識(shí)較弱，接受新事物的能力不高，在三年的學(xué)習(xí)時(shí)間里要對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)故障維修相關(guān)內(nèi)容完全掌握并能熟練運(yùn)用于各種工作場景，具有很大的難度；另一方面，教師用傳統(tǒng)的教學(xué)方式進(jìn)行日常教學(xué)也遇到了種種困難。因此，筆者及其研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的教學(xué)軟件解決了因設(shè)備不足及設(shè)備損壞的問題，規(guī)范了學(xué)生操作規(guī)程，也解決了教師課堂教學(xué)的問題，將設(shè)備損壞降至最低。

2.設(shè)計(jì)思路。

信息技術(shù)的發(fā)展使得汽車職業(yè)教育乃至所有教育均不再是簡單的理論授受過程，而變?yōu)橐环N融現(xiàn)場操作、經(jīng)驗(yàn)積累、技能技術(shù)提高的復(fù)雜過程。因此，書本式的純理論教學(xué)已無法滿足市場對(duì)汽修專業(yè)培養(yǎng)人才的要求，而實(shí)訓(xùn)設(shè)備又需要大量的經(jīng)費(fèi)和場地，如何解決這一問題？基于此，筆者及其研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一整套多媒體教學(xué)軟件，按照學(xué)校、用人企業(yè)、軟件公司聯(lián)合開發(fā)的模式，利用計(jì)算機(jī)匯編語言、3D動(dòng)畫虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)，對(duì)汽車各零部件進(jìn)行三維模擬，以專業(yè)基本技能訓(xùn)練為核心，遵循整體設(shè)計(jì)、分項(xiàng)實(shí)施、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的思路，開發(fā)出“動(dòng)靜結(jié)合、難易交替、具體真實(shí)、生動(dòng)有趣”的多媒體教學(xué)軟件。在應(yīng)用過程中，這一系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)裝配仿真、運(yùn)動(dòng)仿真，同時(shí)依據(jù)實(shí)際情形進(jìn)行故障設(shè)置與排除。此外，該系統(tǒng)還設(shè)有獨(dú)特的考試管理系統(tǒng)，模擬實(shí)際場景進(jìn)行實(shí)訓(xùn)考核。這一仿真多媒體教學(xué)系統(tǒng)還收集了大量的汽車故障信息，將復(fù)雜的發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)、組成、工作原理及故障診斷與排除通過大量的3D仿真技術(shù)制作而成，使學(xué)生在故障診斷與排除課程學(xué)習(xí)中更為直觀地了解故障所在，突破了常規(guī)教學(xué)中學(xué)生依靠邏輯思維進(jìn)行的學(xué)習(xí)及無法查視的視覺限制。本軟件采用的3D技術(shù)展現(xiàn)在學(xué)生面前，解決了學(xué)生學(xué)習(xí)的頸瓶，從而激發(fā)學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣。這一軟件的通用性也很強(qiáng)，無論是初學(xué)者還是具備一定專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)生，都可以通過本教學(xué)軟件完成對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的故障診斷與維修的自主學(xué)習(xí)。總之，它解決了在實(shí)際教學(xué)中出現(xiàn)的由于學(xué)生的不規(guī)范操作造成的實(shí)訓(xùn)設(shè)施、設(shè)備損壞的困境。

二、軟件實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)

1.目標(biāo)之一：故障診斷。

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷與維修多媒體教學(xué)軟件模擬了大量真實(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)在實(shí)際工況中出現(xiàn)的故障現(xiàn)象及故障癥狀，同時(shí)匯集了大量的教學(xué)輔助資源素材。例如，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電路工作原理圖、汽車仿真儀表臺(tái)、汽車仿真點(diǎn)火開關(guān)、汽車仿真油門控制踏板、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷解碼儀、萬用表等，使學(xué)生能在虛擬的平臺(tái)上模擬真實(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷與排除。學(xué)生只要通過打開點(diǎn)火鑰匙開關(guān)，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，就能觀察發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的工作情況，自主判斷此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)是否在故障狀態(tài)下進(jìn)行工作。假設(shè)發(fā)動(dòng)機(jī)在工作中出現(xiàn)故障，該軟件故障窗口就能顯示出發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的故障文字描述，同時(shí)點(diǎn)亮仿真汽車儀表臺(tái)內(nèi)的發(fā)動(dòng)機(jī)故障指示燈。學(xué)生可以根據(jù)以上兩項(xiàng)故障提示現(xiàn)象，使用仿真輔助教材進(jìn)行下一步的學(xué)習(xí)。在使用故障診斷儀讀取故障碼的過程中，如點(diǎn)火開關(guān)未關(guān)閉，就無法連接診斷端子，同時(shí)軟件的操作提示窗口會(huì)顯示文字提示。只有在關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān)的前提下才能連接診斷端子，檢測設(shè)備方可正常使用。通過這種方式培養(yǎng)學(xué)生的操作規(guī)范意識(shí)，保護(hù)設(shè)施設(shè)備的安全。學(xué)生根據(jù)檢測儀讀取故障碼，在發(fā)動(dòng)機(jī)仿真電路圖上找到相應(yīng)的具體位置，利用萬用表進(jìn)一步檢測判斷，當(dāng)學(xué)生在虛擬平臺(tái)上查找到故障原因后，可以點(diǎn)擊故障排除導(dǎo)航鍵進(jìn)行故障驗(yàn)證，此時(shí)窗口會(huì)顯示所有的發(fā)動(dòng)機(jī)常見故障原因，學(xué)生只需找到與他所判斷描述一致的故障文字方框內(nèi)打勾即可，如果學(xué)生判斷的故障點(diǎn)與教師設(shè)置不一致時(shí)，故障指示窗口的警示再現(xiàn)。如正確，再次啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)驗(yàn)證時(shí)，故障窗口的文字提示就會(huì)消失，同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)故障指示燈將熄滅，此時(shí)項(xiàng)目內(nèi)容完成。

2.目標(biāo)之二：原理介紹。

為了讓學(xué)生更好地掌握發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理，在這一部分采用了動(dòng)畫、圖片、聲音、文字描述、人機(jī)互動(dòng)等多種方式將枯燥的發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理直觀展現(xiàn)在學(xué)生面前，突破了常規(guī)教學(xué)當(dāng)中的視覺及邏輯思維的限制，如將“看不見、摸不著”的電路運(yùn)行原理直觀地展現(xiàn)在學(xué)生面前，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

3.目標(biāo)之三：基本結(jié)構(gòu)。

這一部分通過3D仿真技術(shù)將整個(gè)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)立體地呈現(xiàn)在學(xué)生們面前，使學(xué)生能從多角度更直觀、更全面地觀察發(fā)動(dòng)機(jī)每一個(gè)零部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及安裝部位。同時(shí)在每一個(gè)零部件上都有相應(yīng)的文字標(biāo)注，當(dāng)移動(dòng)鼠標(biāo)單擊任意一個(gè)文字標(biāo)注時(shí)都能將該零部件進(jìn)行局部放大，360°地全面觀察該零部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

4.目標(biāo)之四：總體安裝。

學(xué)生通過本軟件學(xué)習(xí)完成模擬的發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷與排除后，準(zhǔn)備進(jìn)入到下一步的實(shí)車故障診斷排除之前，需掌握一些基礎(chǔ)的發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝規(guī)范要求。這一部分是按照汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的規(guī)范拆裝要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，將復(fù)雜的發(fā)動(dòng)機(jī)由最基礎(chǔ)的單一零部件一步步地組裝成一個(gè)完整的發(fā)動(dòng)機(jī)總體，每裝配一步時(shí)都會(huì)顯示出相應(yīng)的注意事項(xiàng)及規(guī)范要求，有利于培養(yǎng)學(xué)生的操作規(guī)范意識(shí)。

5.目標(biāo)之五：在線考核。

這一部分的設(shè)計(jì)能夠滿足全班學(xué)生同時(shí)操作，同時(shí)考核。教師一人就能完成現(xiàn)場考核及掌握學(xué)生學(xué)習(xí)情況，彌補(bǔ)了常規(guī)教學(xué)中因設(shè)施、設(shè)備不足帶來的不便，特別是節(jié)省了學(xué)生在實(shí)訓(xùn)中等待設(shè)備的使用而浪費(fèi)的課堂時(shí)間，從而提高了學(xué)習(xí)效率。

三、軟件的亮點(diǎn)與創(chuàng)新（軟件的創(chuàng)新與效果）

本仿真教學(xué)軟件緊緊圍繞汽車維修故障診斷的兩個(gè)本質(zhì)特征———交互性和專業(yè)性，采用基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建的三維世界，與二維的課程教學(xué)相比情境更逼真、吸引力更強(qiáng)。讓學(xué)生置身于一個(gè)更加真實(shí)的情境中，去獲取知識(shí)、培養(yǎng)能力、發(fā)展智力。筆者認(rèn)為，其至少有如下幾個(gè)亮點(diǎn)與創(chuàng)新之處：1.通過軟件的使用，降低了因?qū)W生違規(guī)操作設(shè)備儀器的消耗損壞，提高了學(xué)生的規(guī)范操作意識(shí)。2.軟件采用360°全方位的展示發(fā)動(dòng)機(jī)各零配件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的方式，使學(xué)生更直觀、更全面了解發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。3.軟件與實(shí)際崗位緊密結(jié)合，學(xué)習(xí)完成后，能成為一名合格的發(fā)動(dòng)機(jī)維修技術(shù)人員，更適應(yīng)汽車維修人員崗位的要求。

四、軟件的內(nèi)容與結(jié)構(gòu)

本文中提及的仿真教學(xué)軟件可重復(fù)操作，有利于幫助學(xué)生加強(qiáng)記憶、克服遺忘，同時(shí)又具有一定的觀賞性，對(duì)初學(xué)者能起到一定的引導(dǎo)學(xué)習(xí)能力；也解決了教師在教學(xué)過程中對(duì)知識(shí)難點(diǎn)、重點(diǎn)的把握與分析，使知識(shí)點(diǎn)變?yōu)楦庇^的教學(xué)方式，體現(xiàn)了技術(shù)性與藝術(shù)性的結(jié)合教學(xué)。它運(yùn)行穩(wěn)定，使用簡捷、技術(shù)含量高、靈活運(yùn)用，界面布局合理、清晰美觀。視覺效果好，將理論知識(shí)融入了發(fā)動(dòng)機(jī)基本構(gòu)造及組成、工作原理、總體安裝、故障維修、在線考核等五大功能，學(xué)習(xí)項(xiàng)目一目了然。本教學(xué)軟件包含了大量的圖片、文字、音樂、視頻、動(dòng)畫等信息。通過360°的3D動(dòng)態(tài)圖片，增強(qiáng)學(xué)生在課堂上的直面感知，通過直觀的軟件演示、模擬仿真的故障任務(wù)情境設(shè)定創(chuàng)設(shè)了一個(gè)自主性強(qiáng)、探究性強(qiáng)的學(xué)習(xí)情境，更能激發(fā)學(xué)生們活躍的擴(kuò)散思維與主動(dòng)的學(xué)習(xí)熱情。這一軟件系統(tǒng)地將發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理、故障現(xiàn)象及對(duì)故障排除維修作業(yè)等教學(xué)模塊融于一體，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行真實(shí)故障的檢測，實(shí)現(xiàn)了對(duì)普通實(shí)訓(xùn)的擴(kuò)充及提升，彌補(bǔ)了常規(guī)教學(xué)中理論知識(shí)過于抽象空洞，強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生在教學(xué)過程中有更多的參與，使學(xué)生都能“在做中學(xué)、在學(xué)中做”，更能體現(xiàn)人、機(jī)直接對(duì)話的教學(xué)過程，知識(shí)點(diǎn)更易掌握，記憶更為猶新，學(xué)生從原來的被動(dòng)學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，不僅有利于幫助學(xué)生形成新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，更培養(yǎng)了學(xué)生的探索創(chuàng)造能力。體現(xiàn)了多媒體教學(xué)的直觀性、動(dòng)態(tài)性與交互性的優(yōu)勢(shì)，在邏輯思維的基礎(chǔ)上加入了更為直觀的感性認(rèn)知。軟件的信息量大、容量大，節(jié)約了時(shí)間和空間，提高了教學(xué)效率。此外，更具有可重復(fù)使用的特點(diǎn)，有利于克服學(xué)生在學(xué)習(xí)中易遺忘、學(xué)習(xí)成績難突破等特點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)實(shí)際維修作業(yè)當(dāng)中的規(guī)范要求及安全標(biāo)準(zhǔn)，讓學(xué)生養(yǎng)成規(guī)范的行為習(xí)慣。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷與維修多媒體教學(xué)軟件在當(dāng)前職業(yè)教育領(lǐng)域中的應(yīng)用仍處于探索階段，并未在全國范圍內(nèi)普及開來。從某種程度上說，該技術(shù)只處于初步的研究階段，其實(shí)際應(yīng)用還存在著很多尚未解決的理論問題和技術(shù)障礙。但是，筆者相信，應(yīng)用仿真軟件模擬教學(xué)，使多媒體教學(xué)軟件從科學(xué)研究走向?qū)嶋H的教育應(yīng)用，并發(fā)揮其教育價(jià)值是現(xiàn)實(shí)需要和未來趨勢(shì)。因此，開發(fā)更為貼近現(xiàn)實(shí)、更為實(shí)用的多媒體教學(xué)軟件是職業(yè)教育人乃至所有教育人努力的方向。

作者：朱方聞 鄒勝聰 馮艷妮 單位：深圳市第二職業(yè)技術(shù)學(xué)校