虚拟化维修车间在汽车故障诊断的实践

　　【摘要】文章分析目前《汽车故障诊断技术》课程教学过程中存在的人均实训配套数普遍不足及学生对整车没有拆解过从而导致对整车结构不甚了解的普遍问题，通过将虚拟仿真游戏融合进传统的汽车故障诊断技术的实操教学环节，进行课程教学实践，探索更灵活有效的教学模式，进而提高学生实操教学效率及激发学生的学习兴趣。

　　【关键词】仿真游戏；汽车维修；教学实践

　　《汽车故障诊断技术》课程在汽车检测与维修技术专业中是一门专业核心课程，此课程不仅是学生所学汽车相关知识、技能综合的运用，并且是学生进入汽车后服务相关职业岗位顶岗实习和就业的直接连接桥梁，此课程学的好与坏将直接影响学生是否愿意从事对这个行业及对这个行业的兴趣，但在实践教学环节中，一直存在人均配套数远远不足及实践造成的教学设备损耗较大的问题，而通过引入“虚拟化维修车间”概念到实践教学环节中，有望解决这一问题，大大提升实践教学效率。

　　1汽车故障诊断技术课程实践中存在的问题

　　《汽车故障诊断技术》课程以典型工作任务为教学内容，以项目化教学方式来进行理论知识的教学，使学生能掌握其相关的知识点和技能。理论实践一体化教学是这门课程教学的典型特点，综合诊断维修能力的培养是它的核心目标。但课程实践中仍然存在以下问题：（1）在教学实施过程中，部分院校使用发动机台架作为教学用具，部分院校使用整车，笔者更倾向于使用整车，因为在实际维修中，维修人员面对的都是整车，而整车相对于实训台架具有更加完整性及真实性，更为主要的是，在实际维修中，拆装其实是一项必不可少的工作，而使用实训台架作为教具的话，此项学习任务就无法完成，导致许多学生在进入工作岗位后无法快速的进行作业。可见整车作为教学用具是必然的选择，但整车在院校中不可能配套到人均1辆，即使一个实践项目配套6套以上也是不现实的，以笔者所在院校为例，一个故障实践项目也仅仅配套2辆整车，这远远不能满足实践教学所需，由此必然导致实践教学效率大大降低，所以基于“虚拟化维修车间”故障诊断实训能力提升的实践教学非常适合在这门课程中进行开展和实验。（2）在实践教学实施中，大部分维修教学案例都是通过人为的设置故障点，让学生进行排故，这种项目化教学方式导致学生在每次排故前，已经具有目标性及方向性，而这在实际维修中并不合理。实际维修中，对于客户车辆的故障问题千奇百怪，且大部分是机械故障，电路故障实际并不多见，同时维修过程中，少不了各种拆装和换新，这也是在实际教学中无法完成的，而“虚拟维修车间”的嵌入，刚好可以弥补此.

　　2“虚拟化维修车间”的引入对课程实践的作用

　　2.1“虚拟化维修车间”——“汽车修理工模拟2018”简要介绍

　　“虚拟化维修车间”的实践教学，笔者主要是通过一款仿真游戏作为介质进行实施。游戏主要通过三种方式来激发玩家的动机：幻想、挑战和好奇心，为了达到“游教互溶”的效果，教学游戏的基本因素应该包括如下5个基本要求[1,2]：（1）交互性：游戏中，首先是模拟维修人员（玩家）收到一份维修报告单，上面简要介绍需维修车辆的里程数、故障现象、车辆型号等。然后玩家根据维修单对汽车进行故障查找，查找到会有提示，确认故障点后，玩家需登录电脑购买相关配件对汽车进行维修，维修后玩家将收到维修费用。（2）娱乐性：游戏中，玩家可以任意的拆装汽车零部件进行认知和故障分析，同时玩家在完成任务工单后将“赚到美元”，试车跑道中也有相关的车道进行游戏，游戏性较强。（3）挑战性：游戏中的任务工单难度是循序渐进的，但玩家必须对整车的系统有个大概了解，同时玩家必须总结上次的维修经验和有耐心的对故障点进行确认，否则不可能拿到下一个任务维修工单。游戏进行非常具有挑战性，需要一个团队共同探讨完成。（4）新奇性：这是一款最新的汽车模拟游戏，也是目前市场上关于维修模拟类型游戏中场景最逼真，最复杂的一款。对于学生的好奇心来说具有极大的驱动作用，通过过关，也是自我能力实现的很好表现。（5）情境性：这款游戏中的布局非常逼真，场地模拟的是4S店的实体维修场地，有维修工具、配件库及商场、整车、举升机、轮胎动平衡仪、胎压表、故障诊断仪、万用表和轮胎拆装机等，同时汽车的各零部件都可以进行模拟拆装，尤其是其发动机/底盘及车身的拆装，非常符合“汽车故障诊断技术”的技能培养，如图1至图9所示。

　　2.2“虚拟化维修车间“在课程实践中的作用

　　“虚拟实训”技术应用在汽车专业课的教学中，将给学生营造了一种“自主学习”的环境，利用虚拟现实技术建立起来的虚拟实训基地，其中的“操作工具设备”“汽车整车零部件”“汽车配件商场”“涂装车间”及“汽车零部件仓库”都可以极其逼真的以虚拟方式呈现，这将让学生完全融入在“汽车维修工”的角色中，使其全身心地投入到理论和实训学习的环境中去，同时实训过程不存在汽车部件折旧和损坏等情况，主要应用价值为：（1）解决交通分院汽车技术设备跟不上市场技术设备的突出矛盾问题及新设备购置的资金问题；（2）解决人均实训设备数不足的矛盾问题；（3）解决实训中的人生及设备安全问题；（4）解决学生在实训课堂过程中拿出手机玩无关“游戏”的突出问题；（5）激发学生的学习兴趣及对于本专业的从业兴趣；（6）此项目的实施可在各种强依赖设备的实训课堂中进行有效推广。

　　3教学创新与实践

　　3.1教学内容

　　一是汽车故障诊断与维修案例的选取与设计，实现传统课程理论教学与虚拟仿真游戏的有机融合，前提是实现教学内容上的紧密联系，这就需要精心选择虚拟仿真游戏案例；二是游戏案例的选取与设计标准既能深刻反映所必须掌握的基本知识/技能及故障诊断思维方式，同时又与4S店的实际维修紧密联系。通过虚拟仿真游戏，让学生能够将所学汽车诊断知识应用到具体的维修实例当中，从而为后续学习、工作、及快速适应实际维修环境打下良好的基础。因此，笔者通过广泛的专业调研与资料整理，收集和选择与本课程相配套的素材，并据此精心设计加工出若干虚拟仿真游戏案例[3-5]，如表1所示。

　　3.2教学方式

　　虚拟仿真游戏教学是一种新型的教学手段，引入这一新型教学手段的目的是为了解决现有的问题（学生教学配套数不足），因此授课时必须立足本课程的专业核心课地位，将传统课堂实践教学方式与虚拟仿真游戏进行有机结合，否则将顾此失彼，分散学生的学习注意力，产生“喧宾夺主”的负面效应[6,7]。笔者针对上述要求进行了精心选择游戏案例，开发了衔接虚拟仿真游戏与本课程的任务工单。借助逼真的维修环境仿真软件“汽车修理工模拟2018”，包括整车拆装（底盘发动机及车身）、汽车配件管理、经典案例口述、互动PK、游戏分享及结果分析等多个环节，可以真实地覆盖游戏教学的全过程。在课堂教学中，利用多媒体条件，首先进行教师为主导的课堂虚拟仿真游戏，主要用于演示虚拟仿真游戏基本操作，深化课程知识体系中的基本知识及技能，使学生获得犹如身临4S店的直观感性认识，激发其课程学习的兴趣和积极性，培养其应用故障诊断知识解决实际维修问题的全方位思维及自主学习能力。

　　3.3考核形式

　　由于在课程实施中融入了“游戏化”的教学思维，在课程考核中，也更加的注重过程考核和任务的完成情况，保障差等生及格，优等生通过自己的努力能取得一个较好的成绩，增加学生的成就感和课程的主动参与程度，从而形成性考核与终结性考核相结合、过程考核与目标考核相结合、理论知识考核与实践能力考核相结合、定性考核与定量考核相结合的四结合考核方式，课程总评的结构如下图10所示，课程总成绩评分记录样表如表2所示。

　　4结束语

　　针对目前汽车故障诊断技术课程在实践环节中人均配套数不足导致教学效率低下的问题，笔者通过在传统课堂实践教学的基础上融入形式更新颖、内容更丰富的虚拟仿真游戏环节，实现了更直观、更趣味性及“更真实”维修案例实操环节，激发了学生的学习乐趣，让课程充满“游戏性”及“挑战性”的创新性教学模式，从而充分发挥本课程“核心”及“综合性”作用，使其成为让学生提前感知汽车维修诊断的流程及配件管理等知识，贴近今后从事的岗位环境。

　　【参考文献】

　　[1]李志伟，樊晓力.基于汽车仿真游戏的“汽车诊断技术”课程教学实践[J].大众科技，2014(12):153-154.

　　[2]魏志民，宋宗贤.虚拟维护训练器在飞机维修课程中的应用实践[J].装备制造技术，2020(1):191-194.

　　[3]谢宝智.虚拟现实技术在《机械装配与维修》课程中的应用[J].软件导刊(教育技术)，2018(3):65-68.

　　[4]廖仲伍.虚拟现实技术在汽车检测与维修专业教学中的应用思考[J].电教科技(教育界)，2019(3):152-153.

　　[5]仲旭，任婷婷，李江霞.应用型本科高校经管类专业实验实践课程考核评价体系构建及应用研究——以虚拟仿真综合实训课程为例[J].教研探索，2020(10):198-199.

　　[6]缪志伟，马栋梁.与虚拟仿真实验相融合的结构力学课程教学创新与实践[J].教育教学论坛，2020(18):384-385.

　　[7]赵飞.基于虚拟现实的机床维修课程项目式教学案例开发[J].现代制造技术与装备，2017(11):178-180.

　　作者：李志伟 白玉娥 单位：浙江工业职业技术学院 上海市嘉定区交通运输管理中心