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職業院校在進行汽車知識與技能教育中，故障診斷與維修是最重要的內容。目前職業教育，尤其是中等職業教育中學生進行故障診斷的機會少，即便有機會，設備損害嚴重的情況比比皆是，使得如何發展這一能力、如何將這一邏輯思維轉變為直觀體驗成為難題。基于此，筆者及研究團隊開發了汽車故障與維修多媒體系統軟件，并對其開發背景、設計思路、教學目標、設計亮點、實際運用等進行詳實的敘述，以期對廣大職業院校實踐教學產生借鑒作用。

一、軟件的開發背景與設計思路

1.開發背景。

有關調查顯示，在汽車發動機故障診斷與維修的常規教學過程中，中職學校學生對復雜的發動機內部結構、組成、工作原理難以產生形象的理解，且一個教學班的學生往往多達40多人，實訓設備也難以滿足日常教學需求。而沒有任何操作基礎或操作基礎不扎實的學生，對設備的損壞率往往較高，學校每年投入維護費高達十數萬元。換句話說，一方面學生基本知識較弱，接受新事物的能力不高，在三年的學習時間里要對汽車發動機故障維修相關內容完全掌握并能熟練運用于各種工作場景，具有很大的難度；另一方面，教師用傳統的教學方式進行日常教學也遇到了種種困難。因此，筆者及其研究團隊開發的教學軟件解決了因設備不足及設備損壞的問題，規范了學生操作規程，也解決了教師課堂教學的問題，將設備損壞降至最低。

2.設計思路。

信息技術的發展使得汽車職業教育乃至所有教育均不再是簡單的理論授受過程，而變為一種融現場操作、經驗積累、技能技術提高的復雜過程。因此，書本式的純理論教學已無法滿足市場對汽修專業培養人才的要求，而實訓設備又需要大量的經費和場地，如何解決這一問題？基于此，筆者及其研究團隊開發了一整套多媒體教學軟件，按照學校、用人企業、軟件公司聯合開發的模式，利用計算機匯編語言、3D動畫虛擬現實等技術，對汽車各零部件進行三維模擬，以專業基本技能訓練為核心，遵循整體設計、分項實施、標準規范的思路，開發出“動靜結合、難易交替、具體真實、生動有趣”的多媒體教學軟件。在應用過程中，這一系統可以實現裝配仿真、運動仿真，同時依據實際情形進行故障設置與排除。此外，該系統還設有獨特的考試管理系統，模擬實際場景進行實訓考核。這一仿真多媒體教學系統還收集了大量的汽車故障信息，將復雜的發動機內部結構、組成、工作原理及故障診斷與排除通過大量的3D仿真技術制作而成，使學生在故障診斷與排除課程學習中更為直觀地了解故障所在，突破了常規教學中學生依靠邏輯思維進行的學習及無法查視的視覺限制。本軟件采用的3D技術展現在學生面前，解決了學生學習的頸瓶，從而激發學生們的學習興趣。這一軟件的通用性也很強，無論是初學者還是具備一定專業基礎知識的學生，都可以通過本教學軟件完成對發動機的故障診斷與維修的自主學習。總之，它解決了在實際教學中出現的由于學生的不規范操作造成的實訓設施、設備損壞的困境。

二、軟件實現的目標

1.目標之一：故障診斷。

汽車發動機故障診斷與維修多媒體教學軟件模擬了大量真實的發動機在實際工況中出現的故障現象及故障癥狀，同時匯集了大量的教學輔助資源素材。例如，汽車發動機電路工作原理圖、汽車仿真儀表臺、汽車仿真點火開關、汽車仿真油門控制踏板、汽車發動機故障診斷解碼儀、萬用表等，使學生能在虛擬的平臺上模擬真實的發動機故障診斷與排除。學生只要通過打開點火鑰匙開關，啟動發動機，就能觀察發動機運行的工作情況，自主判斷此時發動機是否在故障狀態下進行工作。假設發動機在工作中出現故障，該軟件故障窗口就能顯示出發動機運行狀態的故障文字描述，同時點亮仿真汽車儀表臺內的發動機故障指示燈。學生可以根據以上兩項故障提示現象，使用仿真輔助教材進行下一步的學習。在使用故障診斷儀讀取故障碼的過程中，如點火開關未關閉，就無法連接診斷端子，同時軟件的操作提示窗口會顯示文字提示。只有在關閉點火開關的前提下才能連接診斷端子，檢測設備方可正常使用。通過這種方式培養學生的操作規范意識，保護設施設備的安全。學生根據檢測儀讀取故障碼，在發動機仿真電路圖上找到相應的具體位置，利用萬用表進一步檢測判斷，當學生在虛擬平臺上查找到故障原因后，可以點擊故障排除導航鍵進行故障驗證，此時窗口會顯示所有的發動機常見故障原因，學生只需找到與他所判斷描述一致的故障文字方框內打勾即可，如果學生判斷的故障點與教師設置不一致時，故障指示窗口的警示再現。如正確，再次啟動發動機驗證時，故障窗口的文字提示就會消失，同時發動機故障指示燈將熄滅，此時項目內容完成。

2.目標之二：原理介紹。

為了讓學生更好地掌握發動機的工作原理，在這一部分采用了動畫、圖片、聲音、文字描述、人機互動等多種方式將枯燥的發動機工作原理直觀展現在學生面前，突破了常規教學當中的視覺及邏輯思維的限制，如將“看不見、摸不著”的電路運行原理直觀地展現在學生面前，大大提高了學生的學習積極性。

3.目標之三：基本結構。

這一部分通過3D仿真技術將整個汽車發動機的結構立體地呈現在學生們面前，使學生能從多角度更直觀、更全面地觀察發動機每一個零部件的結構特點及安裝部位。同時在每一個零部件上都有相應的文字標注，當移動鼠標單擊任意一個文字標注時都能將該零部件進行局部放大，360°地全面觀察該零部件的結構特點。

4.目標之四：總體安裝。

學生通過本軟件學習完成模擬的發動機故障診斷與排除后，準備進入到下一步的實車故障診斷排除之前，需掌握一些基礎的發動機拆裝規范要求。這一部分是按照汽車發動機的規范拆裝要求進行設計，將復雜的發動機由最基礎的單一零部件一步步地組裝成一個完整的發動機總體，每裝配一步時都會顯示出相應的注意事項及規范要求，有利于培養學生的操作規范意識。

5.目標之五：在線考核。

這一部分的設計能夠滿足全班學生同時操作，同時考核。教師一人就能完成現場考核及掌握學生學習情況，彌補了常規教學中因設施、設備不足帶來的不便，特別是節省了學生在實訓中等待設備的使用而浪費的課堂時間，從而提高了學習效率。

三、軟件的亮點與創新（軟件的創新與效果）

本仿真教學軟件緊緊圍繞汽車維修故障診斷的兩個本質特征———交互性和專業性，采用基于虛擬現實技術構建的三維世界，與二維的課程教學相比情境更逼真、吸引力更強。讓學生置身于一個更加真實的情境中，去獲取知識、培養能力、發展智力。筆者認為，其至少有如下幾個亮點與創新之處：1.通過軟件的使用，降低了因學生違規操作設備儀器的消耗損壞，提高了學生的規范操作意識。2.軟件采用360°全方位的展示發動機各零配件結構特點的方式，使學生更直觀、更全面了解發動機的結構特點。3.軟件與實際崗位緊密結合，學習完成后，能成為一名合格的發動機維修技術人員，更適應汽車維修人員崗位的要求。

四、軟件的內容與結構

本文中提及的仿真教學軟件可重復操作，有利于幫助學生加強記憶、克服遺忘，同時又具有一定的觀賞性，對初學者能起到一定的引導學習能力；也解決了教師在教學過程中對知識難點、重點的把握與分析，使知識點變為更直觀的教學方式，體現了技術性與藝術性的結合教學。它運行穩定，使用簡捷、技術含量高、靈活運用，界面布局合理、清晰美觀。視覺效果好，將理論知識融入了發動機基本構造及組成、工作原理、總體安裝、故障維修、在線考核等五大功能，學習項目一目了然。本教學軟件包含了大量的圖片、文字、音樂、視頻、動畫等信息。通過360°的3D動態圖片，增強學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情境設定創設了一個自主性強、探究性強的學習情境，更能激發學生們活躍的擴散思維與主動的學習熱情。這一軟件系統地將發動機的結構、工作原理、故障現象及對故障排除維修作業等教學模塊融于一體，對發動機進行真實故障的檢測，實現了對普通實訓的擴充及提升，彌補了常規教學中理論知識過于抽象空洞，強調讓學生在教學過程中有更多的參與，使學生都能“在做中學、在學中做”，更能體現人、機直接對話的教學過程，知識點更易掌握，記憶更為猶新，學生從原來的被動學習變為主動學習，不僅有利于幫助學生形成新的認知結構，更培養了學生的探索創造能力。體現了多媒體教學的直觀性、動態性與交互性的優勢，在邏輯思維的基礎上加入了更為直觀的感性認知。軟件的信息量大、容量大，節約了時間和空間，提高了教學效率。此外，更具有可重復使用的特點，有利于克服學生在學習中易遺忘、學習成績難突破等特點，強調實際維修作業當中的規范要求及安全標準，讓學生養成規范的行為習慣。汽車發動機故障診斷與維修多媒體教學軟件在當前職業教育領域中的應用仍處于探索階段，并未在全國范圍內普及開來。從某種程度上說，該技術只處于初步的研究階段，其實際應用還存在著很多尚未解決的理論問題和技術障礙。但是，筆者相信，應用仿真軟件模擬教學，使多媒體教學軟件從科學研究走向實際的教育應用，并發揮其教育價值是現實需要和未來趨勢。因此，開發更為貼近現實、更為實用的多媒體教學軟件是職業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：深圳市第二職業技術學校