１专业实验教学面临的问题
１．１实验设备数量不足
在我国目前众多高校的工科专业中，由于经费有限，往往存在实验所需设备种类与数量不足的现象。因此，在较多的专业实验教学中仍普遍采用教师教、学生学的传统教学模式，多以演示教学为主，学生实际动手操作的机会少，直接影响实验教学质量；在教学过程中学生缺乏学习积极性和主动性，实验教学没有达到培养和锻炼学生的实践动手能力和创新能力的目的。
１．２实验教学学时不足
当前，高等院校受制于总的教学学时限制，用于实验教学的学时与学生实践动手能力培养存在一定的差距；在培养方案规定的实验教学学时内，学生动手能力的培养得不到有效的保证，更谈不上创新能力的培养。
１．３实验设备先进性不足
进入２１世纪，科学技术发展速度越来越快，知识更新周期变得更短。高校实验教学设备的更新速度跟不上技术的发展速度，实验设备与当前最新技术存在差距。把虚拟技术引入实验教学中，能有效缓解专业实验教学面临的问题。本文探讨在汽车类专业实验教学中应用虚拟技术，改善实验教学的教学环境，提高教学质量，以适应当今高校改革和发展的需要。
２在实验教学中应用虚拟技术的必要性
２．１人才培养与教学改革的需要
随着各行业对人才质量的要求不断提高和教育改革的发展，实验教学早已成为高校各专业教学改革的重点。实验教学在整个教学过程中所占的比例大大增加，在实验教学的过程中，则会产生大量设备、工具、零件和材料的损耗，随着实验设备的使用率提高，设备故障率也提高了，导致实验成本增加，如果先进行虚拟实验，再进行实物训练，这样既能达到实验目的，又能节省成本，实验设备使用寿命也能大大增长。
２．２实验教学设备保障的需要
随着新技术的发展，设备的更新换代快，需要投入大量资金用于购买新设备，来保证培养的人才适应时代发展的需要。资金需求多，实验室建设周期长等原因又制约了实验教学改革的发展。采用虚拟技术，在原有硬件设备的基础上，建立虚拟实验室，采用虚拟技术模拟实验设备，可以很好地解决实验室经费不足和实验设备不足的问题。在实验教学的过程中，有的实验对设备本身会具有一定的破坏性，这给设备的使用、管理带来了很多问题。如果类似的实验只是老师进行演示，学生没有亲自动手实验的机会，学生对实验内容的掌握会受到很大影响。针对这种难题，将虚拟技术的引进是一个非常理想的方法和手段。通过多年的探索实践，在汽车类实验教学过程中，充分利用多媒体教学手段和虚拟技术搭建现代教育技术平台，对激发学生的学习热情、培养学生的创新能力和自学能力、提高教学质量，具有十分重要的意义。
３虚拟技术在实验教学中的应用
３．１“汽车构造”实验教学中的应用
“汽车构造”课程是汽车类专业的专业基础课，对后续专业课程的学习具有非常重要的作用。在“汽车构造”的实验教学中根据其教学的特点，利用Ｐｒｏ／Ｅ软件建立汽车总成零件的三维实体模型，仿真展示其工作原理，使学生在理解和掌握结构、工作原理的基础上进行拆装调试训练。图１是用Ｐｒｏ／Ｅ软件建立的汽车球笼式万向节总成分解图。在计算机上进行模拟拆装可以避免由于学生对结构的不熟悉而造成对零部件的损坏，同时由于虚拟拆装对时间和场地没有限制，可以使学生能得到充分的训练。
３．２“汽车电器与电子设备”实验教学中的应用
“汽车电器与电子设备”课程的教学大多通过讲授、实验、实训等方式进行，但是由于学校的实验教学资源有限，使学生对所学内容缺乏直观和感性的认识，教学质量受到影响。在教学中以虚拟测试替代实物测试，原理的动画模拟替代了枯燥的讲授，用计算机仿真汽车电器与电子设备系统故障排除训练过程代替实际训练过程，突破了传统教学方法的限制，不仅能够达到良好的教学效果，还降低教学运行费用。图３为发动机控制模块虚拟电路测试。
３．３虚拟汽车服务工作环境和工作过程
汽车类专业课程如汽车营销与企业管理、汽车保险与理赔等课程具有很强的实践性和实用性，为提高学生的工程实践能力，在虚拟网络中模拟设计汽车服务企业的一些真实工作场景。如在汽车销售的虚拟场景中使学生能够体验到汽车销售整个流程，体会到在销售过程中的一些沟通方式和方法；在汽车维修保养的虚拟场景中，学生可以体验到维修保养的工作环境，工作流程和管理模式。通过此类训练，有效提高了学生的就业竞争力。
３．４基于虚拟技术的网络化整车电控实验室
（１）虚拟实验室是运用虚拟技术、网络技术、多媒体技术组建的，由虚拟现实技术生成的一类适于进行虚拟实验的实验系统，包括相应实验室环境、有关的实验仪器设备、实验对象以及实验信息资源等。虚拟实验室融合了远程多媒体教学和远程互动操作的特点，通过计算机、控制软件、传感器和信号采集、硬件接口模块等构成，完成对被测信号的采集、传送、显示输出结果；软件是完成大部分实验过程的核心，虚拟技术在教学领域的应用和发展极大地丰富了现有教育体系中教与学的表现形式。
（２）构建虚拟实验室是将虚拟技术引入汽车专业实验教学的关键步骤，目前笔者所在学校在原有实验室的基础上，有效地整合了实验室资源，创建了虚实融合的网络化整车电控实验室，为学生提供了更多综合性、设计性的实验。网络化整车电控实验室主要由汽车教学整车、测试台、远程控制台、数据采集服务器、带触摸屏平板电视，多媒体教学系统、３０台计算机等构成，集教学实训、数据测量、智能考核等功能于一体，可用于汽车结构认识、工作原理演示、实时数据测量、故障检测维修以及在线实际操作、考核，在此实验室可完成汽车整车所有实践性教学工作，还能满足行业培训、社会培训的需要。
（３）通过软件开发，在计算机中利用虚拟仪器（包括检测仪、示波器和万用表等），对整车电控系统进行检测。多媒体教学系统中由三维全景动画、三维解剖动画、部件结构名称、电路接线图动画、标准波形图动画、实景教学视频等部分组成，包括拆卸、组装、部件测试与故障诊断分析实景视频，与电信号屏幕测试装置、汽车整车等硬件交互、虚实融合、构成理实一体化的完整教学实训系统。通过全仿真与半仿真的结合、模拟软件与汽车实物总成的结合、单台设备与互联网络的结合、实际操作与模拟工位的结合，构建了一个汽车虚实融合的协同工作环境。
４实物测试与虚拟测试
与实物测试相比，计算机虚拟测试具有一定的优势，如虚拟测试不会损坏元器件、受外界环境条件影响较小、可以减少设备使用、器材配置与消耗等。但是虚拟技术有一定的局限性。如在实际实验时，尽管整车线路连接正确，但有可能存在接触不良或其它原因，随时会出现各种可能的异常现象和故障，这些现象和故障在虚拟实验中不会出现。虚拟环境与真实环境存在一定的差别，使得在虚拟实验中学生的临场应变处理问题的能力得不到有效锻炼。因此，学生在虚拟环境中得到足够的训练后，应安排适当的实物训练。在汽车类专业实验教学中应用网络和虚拟技术，构建虚实融合的专业实验室，弥补了传统实验教学中的不足，取得了良好的教学效果。随着虚拟技术在实验教学中的广泛应用，对深化高等学校教学改革，改善实验环境，提高实验教学质量，增强学生工程实践能力，培养具有创新意识的人才具有重要的意义。
作者：白玉 宋喜星 单位：常州工学院 机械与车辆工程学院 湖北省教育信息化发展中心
