车辆工程虚拟仿真实验教学体系与平台的构建
郭世永，吴飞龙
（青岛理工大学 机械与汽车工程学院，山东 青岛）
摘 要： 针对车辆工程专业培养方案要求，积极响应工业4.0可持续发展和高校新工科建设的战略引领，我校着力构建纯电动车动力系统及控制虚拟现实教学实验平台，提高我校学生创新精神和实践能力，培养一批符合新工科建设的创新能力、实践能力、适应能力的综合性人才。
关键词： 车辆工程；实验教学；虚拟现实
一 引言
在面向工业4.0可持续发展和高校新工科的战略引领下，虚拟现实技术作为新的发展方向颇受关注，虚拟现实技术是仿真技术的一个重要方向。通过建设基于虚拟现实技术的共享优质教学实验资源，提高高校学生创新精神和实践能力，使学生在开放、自主、交互的虚拟环境中开展高效、安全且经济的实验，进而达到真实实验不具备或难以实现的教学效果，培养了学生的“工程意识和系统集成”的思想。对应车辆工程专业认证的新工科的要求，为我校车辆工程相近专业1500名本科生开设虚拟现实教学实验。对现有教与学的学习模式进行更新补充，对教与学工程应用环境模式进行变革完善。
二 车辆工程虚拟仿真实验教学体系内涵
（一）基本概况
青岛理工大学有专门的大型汽车教学实验楼，为车辆工程实验室提供了广阔的虚拟现实实验平台场地，校方与国泰安联合共建虚拟现实产学研协同创新车辆工程虚拟仿真教学实验台，通过联合挂牌的方式，引入国内外领先的VR技术、方案以及管理和教学内容，共享双方的VR课件、师资等资源。
(2)实行橙色预警机制，执行标准到位：①基层队组在生产组织过程中，达到预警范围而没有处理时，专业科室在日常检查时要书面通知整改，不做考核；②因队组管理不善或科室超前管理不到位而产生影响的，对科队两级进行责任追究。
田塍上，《星火》的老师提着相机，不断地往后退，准备给笔会挑选一个绝佳的拍摄角度，突然，一条黑色的狗，好奇地钻进了画面。
在1804年《法国民法典》中，授权与委任契约是一回事，被界定为委任人向受委任人授予以其名义并为其利益而为某事的权力的行为(第1984条)；该契约非为要式契约，可通过信件、口头和默示的方式缔结(第1985条)；然后还就概括委任契约的内容与限度、受委任人之行为的法律效果立即而直接地对委任人发生、受委任人就超越委任范围的行为承担责任，以及本人在未作出委任或者受委任人超越委任限度行事时的追认做了若干具体规定。所有的这些规则显然忠实地遵循了罗马法传统，并对1865年旧《意大利民法典》和现今依然有效的1889年《西班牙民法典》产生了深远影响。1811年《奥地利普通民法典》的相关规则与此并无重大差异。
平台具有一支专业的人才团队，该团队教学能力强，学术科研实力过硬，实验技术水平高。其中，实验项目建设骨干教师10人，教授6人，副教授3人，讲师1人，研究生6人以及多名企业技术人员和校内外兼职人员。
本项目拟借助国泰安的虚拟现实平台系统，开展汽车、汽服等产品的设计、装配、评审、体验等教学工作。将传统教学模式与VR技术相结合，让教师在授课过程中，通过VR影像展现，同时配合PPT课件、Flash 动画等配套教学资源进行知识授课，将课堂的作用发挥到最大。内容包含新能源汽车动力总成VR实训系统、新能源汽车动力电池及电池管理VR实训系统。以真实汽车为原型1：1建模，使得汽车动力总成及相关的结构清晰地展示在学生面前。不仅提高了学生的学习兴趣，而且降低了学校的实训耗材。该平台在教学和科研方面均具有广阔的应用前景。
我校与国泰安通力合作，再与国内一些知名高校共同搭建新车辆工程虚拟仿真教学实验台，建立一套分模块的仿真分析软件，极力保证虚拟实验项目的可靠性与先进性，也借此锻炼一下学生的动手能力。利用建立的分析软件进行一些复杂的工程问题，并同时对其进行优化处理；青岛理工大学后期会专门在平台网站上开设服务于学生和教师相关实验项目开发的窗口，同时聘请虚拟仿真平台这方面的软件开发人才，为教师和学生以最快速度将科研成果转化为虚拟仿真实验项目提供有力保障。理工大学会实时根据国泰安企业产品研发的情况，进行一系列工程化专业软件开发，从而能保证虚拟实验项目与工程实践的无缝对接，对于锻炼学生的实战能力具有重要作用[2]。
我校着力打造“高阶性”“创新性”“挑战度”的金品课程，努力培养一批批创新型车辆专业人才，培养创新型专业人才需要从最根本的教育上进行改革，目前，虚拟仿真“金课”作为一种新的教育生产力，是推进“智能+教育”的创新一招，因此虚拟仿真教学体系需要更完善的实践教学体系及先进的虚拟实验教学平台。目前实体实验总是受场地、成本、安全等外在因素以及技术不够完善等内在因素的制约，而虚拟仿真实验平台本着从实验本身出发，基本解决了实体实验的不足，打造开放型、网络化、多层次、综合性平台，着力解决目前青理工学子身上所存在的实践能力薄弱、创新意识缺乏等突出问题，及时跟随理工大学目前所实行内涵式发展的步伐，也缓解了我校目前师资工程能力薄弱、缺乏实践锻炼的突出问题。该平台真正意义上实现了教学资源最大化利用，也极大地推动了青理工人才培养的改革与创新。
平台与国泰安通力合作，力求构建一个全新的综合性虚拟仿真教学体系。该体系包括新能源汽车虚拟仿真实验、汽车性能虚拟仿真实验、汽车构造原理及虚拟仿真、汽车电子控制虚拟仿真以及汽车制造技术虚拟仿真实验这5大虚拟仿真实验教学平台，主要服务于我校“车辆工程”“机械工程”“交通运输工程”及其相关专业。
（二）建设理念
8月31日，第十三届全国人大常委会第五次会议以157票赞成，2票反对，11票弃权，表决通过了关于修改个人所得税法的决定。
（三）中心特色
青理工积极响应国家高校新工科建设的战略引领，从学校自身实际出发，结合了学校办学特色，制定了一种“理论到结构，设计到创新”贯穿始终的主干课程实验教学体系，先进行理论的初步学习，从而对结构有个初步的认识，再结合虚拟仿真软件对结构与工作原理有个强化的综合性理解与掌握以及拓展，既形象又生动，后期再进行提高与创新的过程，按照“拓宽基础、分块学习、强化训练、突破创新”的思路来设计虚拟仿真实验，从而构建符合我校自身特点的专业主干课程实验教学体系，使学生既能接触到先进的实体实验，又能在虚拟仿真环境下开展自主性、探索性和研究性学习，同时也可以培养教师和学生的创新意识，提高他们学术水平和工程实践能力[1]。
为了破解高校实验实训教学老大难问题，使原来“做不到”“做不好”“做不了”“做不上”的实验实训教学成为可能，我校积极打造虚拟仿真教学“金课”。
本研究只涉及了佳木斯大学第三附属医院就诊脑瘫儿童的父母，且样本量偏小，没有区分城市和农村患儿，没有进行脑瘫分类调查，不具有普遍性。下一步的研究要扩大样本量，弥补本次研究的不足。
（四）创新举措
第五，提高闽商个人素质，提升闽商团队的整体形象。关键在于提升闽商个人的素质和打造闽商团队的品牌，而核心则是要增加文化内涵，在商务活动中展现闽商文化的内涵和魅力，取得社会广泛认同。要使闽商都认识到个人素质与团队形象息息相关，而团队形象又与闽商长远利益息息相关，必需秉持高度的责任感与使命感，在自我教育、自我规范中增强个人参与团队形象建设的主动性，在提高闽商文化质量的基础上，给全世界以崭新的闽商形象，以“强”、“大”的阵容逐浪商海，增强闽商团队的综合竞争力。要由注重产品行销向注重品牌的塑造转型，把经营重心由产品行销、资本运营，拓展到品牌运营，打造出21世纪具有闽商印记的驰名海内外的商帮品牌。
三 虚拟平台仿真教学设计
学生不仅可以应用建立的平台直接进行相关实验，而且还可以根据各模块的仿真平台的特点，去认真领悟各模块的精髓，开阔自己的视野，更好地全面提升自己。该平台通过虚拟仿真技术开启了全程信息化自主交流、探索式的学习模式，培养本科生自我学习的能力的同时又提升了教师科研水平，使得学习变得轻松而又不乏生动，从而拓展实践领域，又能使实验的进行变得清洁安全，也降低了运行成本。
图1 虚拟仿真实验教学平台设计框架
课程是人才培养的核心要素，现在解决教育问题当务之急是解决课程问题。该平台以最生动，最具体形象的方式向你展示汽车各模块的汽车虚拟仿真试验。为此青理工打算创建5个虚拟仿真实验教学平台，如图1所示。
VR虚拟现实技术应用于教育本身营造了一种“自主学习”的氛围，它开发了一种新的教育模式，使未来教育的发展有了一个质的飞跃，它一改传统的一味的“灌输式”的教育方式转换为学习者亲自通过虚拟平台的辅助与大量信息相互交流来汲取知识、技能的新型学习方式。虚拟学习环境虚拟现实技术能够为学生提供生动、逼真的学习环境，可以根据随时生成新的设备。教学内容可以不断更新，使实践训练及时跟上技术的发展。利用虚拟现实系统，学生足不出户便可以做各种电动汽车教学实验，获得与真实实验一样的体会。
为此学校需要开发一套基于虚拟现实技术的电动汽车“三电系统”分模块的仿真分析软件；为虚拟现实实验中心建设奠定基础。
（一）新能源汽车虚拟仿真实验平台
在国家提出“节能减排”口号的大背景下，新能源汽车会成为未来汽车企业关注的焦点，谁能率先攻克新能源汽车的关键技术，谁就能占得先机。新能源新就新在能源，新在技术，新在结构上，所以只有在能源、技术、结构上有所突破，有所创新，才能解决新能源汽车的技术瓶颈。借助平台的力量，使我们的思维更发散，理念更新颖，对新能源汽车有一个更深层次的理解，从而推动新能源汽车的发展。
（二）汽车性能虚拟仿真实验平台
汽车性能通俗地讲，就是去衡量汽车好坏的指标，作为车辆相关专业学生，更需要去深刻认识和理解汽车的性能，好的设计开发首先得从汽车性能的研究入手。实车试验第一成本高，第二做一些极限工况时存在一定的危险性，这些构成了教学的种种限制。汽车有好多性能评价指标，包括经济性、动力性、平顺性等，因此，我们得从这些指标入手。一般就宏观而言，汽车结构参数最能影响汽车的性能，传统的实验只能大体看到汽车的结构，不能直接分析出这些结构是如何具体影响汽车的性能，而虚拟仿真平台就完全解决了诸如此类的问题，它能很直观地分析出汽车结构参数的改变对汽车性能的影响，为我们进行性能与结构参数的优化省去了很多不必要的麻烦。它多样化的呈现方式能很大程度上激发学生的学习兴趣，也锻炼了学生的实验操作能力，相应地也提升了一些工程实践能力。
（三）汽车构造原理及虚拟仿真平台
该平台分为发动机构造原理及拆装、汽车底盘构造原理及拆装两大模块。目前我们一般采用实体拆装教学模式，该模式不仅所需要零部件的教具和仪器设备较多，而且模式有点枯燥单一，限制了学生的兴趣，不能定向地发展学生的特长。虚拟仿真实验教学平台能弥补实体实验教学的不足，一方面使学生自由、方便地实现实验操作，让学生能够从不同角度反复观察和拆装，从而了解并掌握部件的结构；另一方面透明化的处理使学生能清晰地观察到内部部件的运动、润滑液的流动、燃烧的过程等，从而更深刻地理解课上所学，调动学生学习的积极性。
（四）汽车电子控制虚拟仿真平台
汽车电子及其控制能决定现代汽车所处的水平，其扮演着至关重要的角色。实体实验只能让学生去观察某些现象和结果，并不能让学生对其控制过程和理论有一个深刻理解。一般学校做实验都有时间限制的实验时间，实验装置也有限，这样部分同学就不能实际接触到每个仪器的操作。该平台通过虚实结合，从直观上诱导学生深入地认识了解并掌握电子控制及相关技术。汽车的电子控制是汽车的核心技术，掌握了电控就掌握了汽车的命脉。汽车电子控制虚拟仿真平台能解决实车试验难以完成的基础性实验项目，通过电控虚拟仿真平台，你能了解电控方面最前沿的技术，对青理工乃至所有大学生来说都是一个极大的挑战，也是一个绝佳的机遇。只要你好好利用该平台，你就能在电控领域有所成就，甚至干出一番新天地。
（五）汽车制造技术虚拟仿真实验平台
当今汽车制造技术的发展将实现制造过程的计算机辅助设计、工艺计划、控制和管理，并采用自动化的生产系统，以使产品质量达到高度的一致性[3]。这其中主要涵盖主要零部件的制造技术和车身制造装配等。通过虚拟仿真教学，能使学生充分了解和掌握汽车制造的各种加工工艺以及新技术、新工艺，让学生毕业后能在自己的工作岗位上快速上手。
四 项目建设内容和实施路径
（1）理工大学与国泰安联合共建虚拟现实产学研协同创新车辆工程虚拟仿真教学实验平台，通过联合挂牌的方式，引入国内外领先的VR技术、方案以及管理和教学内容，共享双方的VR课件、师资等资源。
（2）理工大学与国泰安合作共同开发汽车VR智慧课堂软件，以《新能源汽车驱动与控制系统》《电动汽车设计》为架构，前台通过文字和VR模型、动画、特效等相关结合，用于展示学生不易理解的结构及相关原理。同时搭建课程VRppt编辑器，教师可以通过VRppt随意编辑文字、本地视频、图片及 flash资源。真正实现课堂的VR资源的课堂化。
五 结束语
虚拟仿真实验教学体系平台的构建为车辆工程相关专业人才的培养提供了新的模式和理念，能有效解决青理工目前工科学生实践能力与创新意识薄弱的突出问题，实现理论教学与工程实践训练的深度融合。提高了在校大学生创新精神和实践能力，为未来推动社会经济、科学的发展培养一批符合新工科建设的创新能力、实践能力、适应能力的综合性人才。
参考文献
[1] 孙杰,孙爱娟.虚拟仿真资源在汽车专业教学中的运用[J].中国教学信息化,2014(11):39-40.
[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,2017,36(06):114-117.
[3] 张立新,张继平,林总君.数控车削加工虚拟仿真教学平台研究[J].实验科学,2012,15(2):148-150,154.
[4] 李月虹.论汽车电子专业课程体系建设[J].教育现代化,2016,3(07):113-114+123.
[5] 陈莉莉.大学生汽车文化节[J].教育现代化,2016,3(18):163-164+176.
本文引用格式： 郭世永,等.车辆工程虚拟仿真实验教学体系与平台的构建[J]. 教育现代化,2019,6(30):129-131.
doi： 10.16541/j.cnki.2095-8420.2019.30.058
基金项目：
项目名称： 纯电动车动力系统及控制虚拟现实教学实验平台构建与应用，项目类型：实践条件和实践基地建设项目，申请时间：2018年年12月26日。
作者简介 ：郭世永，男，汉族，天津，博士，教授，研究方向:汽车碰撞安全，损伤生物力学。吴飞龙，男，汉族，江苏如皋，研究生在读，研究方向：汽车电子控制与电动汽车技术。
标签：车辆工程论文; 实验教学论文; 虚拟现实论文; 青岛理工大学机械与汽车工程学院论文;