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車輛工程專業(yè)是培養(yǎng)車輛領域從事產品設計開發(fā)、制造和性能研究的高級工程技術人才，需要深入了解車輛總體構造、各系統(tǒng)和總成的結構和工作原理。車輛結構復雜，類型繁多，各個系統(tǒng)、總成和部件的結構不同，大體包括發(fā)動機、傳動系統(tǒng)、行駛系統(tǒng)、轉向系統(tǒng)、制動系統(tǒng)和車身及儀表等附屬裝置?！败囕v構造”課程是理論課與實驗課分開的，教室里借助多媒體進行理論教學，實驗室里借助教學儀器設備進行實踐教學，這種理論課與實驗課分開的傳統(tǒng)教學方法是孤立的，“車輛構造”的講解是靜態(tài)、動態(tài)分離的，學生參與度和融入度不高，理解不深入，從而不能系統(tǒng)全面地掌握車輛結構和工作原理。虛擬與現(xiàn)實一體化“車輛構造”課程教學通過日益發(fā)展的計算機技術和先進的教學儀器設備，將理論課與實驗課融為一體，優(yōu)勢互補，在靜止、運動狀態(tài)中深入淺出地闡述車輛各系統(tǒng)、總成和部件的基本構造和工作原理，以及整體功能、各系統(tǒng)和組成部件之間結構和功能的內在聯(lián)系，實用性強，有利于學生全面深入地學習車輛基本構造和工作原理。

一、虛擬與現(xiàn)實一體化“車輛構造”課程的組成

虛擬與現(xiàn)實一體化“車輛構造”課程教學不再將理論教學和實驗教學分開，而是將理論課與實驗課融合為一體，一體化主要包括教學硬件和軟件一體化，教學硬件主要包括發(fā)動機實驗臺、底盤綜合實驗臺、計算機和傳感器等硬件設備，其中發(fā)動機實驗臺用來講解發(fā)動機構造和工作原理，主要包括曲柄連桿機構、配氣機構、燃油供給系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、點火系統(tǒng)和起動系統(tǒng)等。底盤綜合實驗臺主要用來講解傳動系統(tǒng)、行駛系統(tǒng)、轉向系統(tǒng)、制動系統(tǒng)構造和工作原理。計算機包括教師機和學生機，教師機、學生機和各類實驗臺均具有無線信號接收與發(fā)射功能。軟件主要是與上述發(fā)動機實驗臺、底盤綜合實驗臺等硬件設備通訊與控制的計算機程序，以及教師機和學生機上安裝的軟件程序，它可以分層、多級、實時、動態(tài)演示實驗臺中發(fā)動機、變速器等各系統(tǒng)總成的結構、工作原理和運行狀態(tài)，并且可以實時控制發(fā)動機、變速器等各種實驗臺的運行。

二、虛擬與現(xiàn)實一體化“車輛構造”課程的應用

在“車輛構造”課程虛擬與現(xiàn)實一體化系統(tǒng)中，教師機的管理層級高，可以實時控制學生機各種功能的開放。首先，當進行“車輛構造”教學時，開放學生機學習功能，此時學生機只能實時動態(tài)顯示教師機的講授內容。例如講解發(fā)動機構造里曲柄連桿機構時，教師機與學生機同時顯示發(fā)動機的整體構造，教師機邊講解邊將發(fā)動機由外部到內部進行逐級分解，讓學生既看到曲柄連桿機構整體構造，又進一步展示了局部細節(jié)構造，如連桿小頭、連桿襯套、活塞銷、活塞的結構、連接關系等，連桿大頭、軸瓦、曲軸結構、連接關系等，多道氣環(huán)、油環(huán)等活塞環(huán)的結構、安裝缺口位置等與發(fā)動機性能密切相關的構造知識。其次，整體構造與局部細節(jié)內容講過以后，將學生機切換為演示功能，此時學生機只能演示實驗臺，不能控制實驗臺。此功能下，學生機上高清顯示與計算機聯(lián)網(wǎng)的實驗臺的三維立體虛擬模型，并且實時顯示實驗臺運行時各總成、部件的運動狀態(tài)和運行參數(shù)等，該三維立體虛擬模型可以進行比例放大與縮小，從而更好地動態(tài)展示車輛運轉時各部件的局部細節(jié)和整體構造。例如切換為發(fā)動機實驗臺演示功能，講解柴油發(fā)動機燃油供給系統(tǒng)的組成，首先可以演示機械控制柴油噴射系統(tǒng)和電控共軌柴油噴射系統(tǒng)的總體構成、各組成部件的結構、供油、噴油過程及其工作原理。當計算機上改變發(fā)動機轉速時，發(fā)動機實驗臺和三維立體模型的轉速實時改變，噴油泵的轉速隨之改變，進行比例放大，發(fā)現(xiàn)噴油泵由發(fā)動機曲軸的定時齒輪驅動。在機械控制柴油噴射系統(tǒng)中，發(fā)動機轉速改變，噴油泵的供油壓力和噴油器的噴油壓力隨之改變，直接影響燃油的噴射和霧化；在電控共軌柴油噴射系統(tǒng)中，發(fā)動機轉速改變，噴油器的噴油壓力不發(fā)生改變，燃油噴射與霧化與發(fā)動機的轉速無關；引發(fā)學生思考兩種柴油噴射系統(tǒng)的構造與性能的異同。最后，將學生機切換為實驗臺順序實驗功能，此時學生機按學號順序控制實驗臺進行實驗，每個學生機上均呈現(xiàn)發(fā)動機實驗臺、底盤綜合實驗臺等三維立體虛擬模型，每一個學生按順序依次單獨進行實驗，發(fā)動機實驗臺和三維立體模型同時執(zhí)行實驗指令，一個學生機實驗時，其他學生機實時演示他的實驗過程，實驗參與度和融入度高。

三、虛擬與現(xiàn)實一體化“車輛構造”課程的主要特點

1.課程教學效果好。它摒棄了傳統(tǒng)“車輛構造”實驗課由于實驗經費和場地限制，只能分組實驗，部分學生參與實驗、部分學生觀望的模式；一體化“車輛構造”課程使每一個學生獨立進行實驗，在靜止、運動狀態(tài)中學習車輛總體構造、各系統(tǒng)和總成的結構和工作原理，深入理解整體構造、具體細節(jié)、各系統(tǒng)和總成的功能等，學生即親臨其境觀摩，又避免出現(xiàn)錯誤操作，教師可以針對每一個學生實驗中出現(xiàn)的問題進行指導。

2.安全性好。它采用計算機實時控制實驗臺，學生坐在控制室即可進行動態(tài)實驗，且實驗時每一個學生按順序單獨進行實驗，教師和其他學生都在計算機上監(jiān)控，當發(fā)生不安全操作時，計算機程序會報警并停止操作。摒棄了傳統(tǒng)“車輛構造”實驗課實行分組實驗，實驗指導教師講解完畢后，幾組學生圍著實驗臺同時進行實驗的模式，杜絕了傳統(tǒng)實驗中指導教師難以觀察到每個學生的實習操作的情況，避免了實驗現(xiàn)場混亂，不安全操作和安全事故的發(fā)生。

3.實驗設備損壞小。車輛的實驗臺和測試儀器相對比較昂貴，傳統(tǒng)實驗中，由于學生錯誤操作，很容易導致實驗臺和測試儀器的損壞，維修困難且費用高。一體化“車輛構造”課程實驗中，學生發(fā)出錯誤操作指令時，計算機程序能夠報警并屏蔽該指令，直到學生修正錯誤指令后才執(zhí)行操作，避免直接實驗臺操作時可能發(fā)生的設備事故和安全事故。

綜上所述，虛擬與現(xiàn)實一體化“車輛構造”課程教學通過先進的計算機技術、傳感器技術和教學儀器設備，將理論課與實驗課融為一體，提高學生學習的參與度、融入度，使學生系統(tǒng)全面地掌握車輛總體構造、各系統(tǒng)和總成的結構和工作原理，將來更好地從事車輛產品設計開發(fā)、制造和性能研究，同時，也需要在今后的實際教學中進一步研究、探討和開發(fā)教學方法，使教學質量進一步提升。