丁哲民 舒毅 都昌兵

[摘要] 為了解決目前職業(yè)院校《航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車技術(shù)》教學(xué)過程中普遍存在教學(xué)內(nèi)容抽象難懂、理論與實(shí)踐相割裂、缺失企業(yè)真實(shí)工作情境等問題，文章將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與項(xiàng)目式教學(xué)有機(jī)融合，著重從項(xiàng)目教學(xué)特點(diǎn)、項(xiàng)目式仿真教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則進(jìn)行研究，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行《航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車技術(shù)》課程項(xiàng)目式仿真教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以期為項(xiàng)目式仿真教學(xué)研究人員提供借鑒。

[關(guān)鍵詞] 試車技術(shù);項(xiàng)目教學(xué);仿真;功能框架;用戶界面

《航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車技術(shù)》課程是航空發(fā)動(dòng)機(jī)維修技術(shù)專業(yè)的一門專業(yè)核心課程。該課程主要包含參數(shù)的調(diào)整和試車技術(shù)內(nèi)容，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生具備發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)整、試車、故障診斷和排除等綜合職業(yè)技能。但受制于航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車生產(chǎn)現(xiàn)場的特殊性、安全性，實(shí)踐教學(xué)經(jīng)費(fèi)昂貴等因素影響[1]，難以實(shí)施突出情境真實(shí)性、學(xué)生為主體的項(xiàng)目教學(xué)方法、理實(shí)一體化教學(xué)模式，以至于對學(xué)生航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車綜合職業(yè)技能的培養(yǎng)與企業(yè)需求存在較大差距的問題。鑒于此，采用基于信息化、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的虛擬仿真教學(xué)方法[2]、以實(shí)物設(shè)備為基礎(chǔ)，開展虛擬和現(xiàn)實(shí)相結(jié)合的項(xiàng)目式教學(xué)，既與理論教學(xué)有效融合，又模擬創(chuàng)設(shè)與企業(yè)相似的工作情境，深化校內(nèi)學(xué)習(xí)與實(shí)際工作相融通[3]。

一、項(xiàng)目化教學(xué)法的特點(diǎn)

（一）情境真實(shí)而具體

項(xiàng)目教學(xué)法必須基于真實(shí)而具體的情景進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)，基于此，以貼近航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車工作真實(shí)情境，學(xué)習(xí)情景設(shè)計(jì)須真實(shí)而具體，以工作真實(shí)情境為原型，以工學(xué)結(jié)合為要領(lǐng)，以航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車技術(shù)教學(xué)要素為主體，融入工作崗位要素，進(jìn)行情景設(shè)置，設(shè)置的情境需既能起到引導(dǎo)學(xué)生快速進(jìn)入職業(yè)角色，又能使學(xué)生快速明確學(xué)習(xí)任務(wù)，為培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)素養(yǎng)、職業(yè)情感、職業(yè)技能奠定基礎(chǔ)。

（二）教學(xué)內(nèi)容綜合而開放

項(xiàng)目教學(xué)內(nèi)容具有高度綜合性，根據(jù)項(xiàng)目要求，以培養(yǎng)復(fù)合型技能型人才為目標(biāo)，以先進(jìn)技術(shù)、設(shè)備和工藝成果為契機(jī)，以工作崗位需求為導(dǎo)向，打破學(xué)科體系，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行跨學(xué)科、針對性地重構(gòu)融合，實(shí)現(xiàn)知識(shí)、能力、情感深度綜合性融合，滿足學(xué)生對完成項(xiàng)目所需學(xué)習(xí)內(nèi)容全面、開放性需求。

（三）學(xué)生收獲多面而個(gè)性

項(xiàng)目化教學(xué)圍繞所有學(xué)生優(yōu)勢和特點(diǎn)展開教學(xué)，符合高職學(xué)生差異性、創(chuàng)造性、無限可能性的發(fā)展規(guī)律，突出以“學(xué)生為中心”教育理念，充分發(fā)揮學(xué)生的積極主動(dòng)性，將客觀接受的“學(xué)習(xí)狀態(tài)”轉(zhuǎn)變?yōu)橹饔^進(jìn)取的“學(xué)習(xí)氛圍”，強(qiáng)化每一個(gè)學(xué)生參與度，使每一個(gè)學(xué)生都得到個(gè)性化發(fā)展。因此，項(xiàng)目教學(xué)成果呈現(xiàn)出不唯一，多元化特點(diǎn)，凸顯學(xué)生收獲多面而個(gè)性需求。

（四）評價(jià)方式多樣化

項(xiàng)目教學(xué)評價(jià)方式的主體可以是教師、學(xué)生、甚至是企業(yè)或社會(huì)，相應(yīng)評價(jià)方式表現(xiàn)出多樣化[4]：師評、互評、自評、企業(yè)參評等多種協(xié)同評價(jià)模式，這種多主體多樣化協(xié)同評價(jià)模式，充分發(fā)揮學(xué)生的主體能動(dòng)作用，通過對自己的學(xué)習(xí)成果作出科學(xué)、有效的自我評價(jià)和總結(jié)，可以動(dòng)態(tài)適時(shí)檢查自己的學(xué)習(xí)進(jìn)展情況，并相應(yīng)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。同時(shí)，也改善了對教學(xué)質(zhì)量單方評價(jià)的片面性，通過對教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行綜合評價(jià)，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)內(nèi)容動(dòng)態(tài)化，滿足了教學(xué)內(nèi)容及時(shí)更新和完善，促進(jìn)師資隊(duì)伍建設(shè)和教學(xué)質(zhì)量的進(jìn)一步提高，提高社會(huì)服務(wù)滿意度[5]。

二、項(xiàng)目式仿真教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則

（一）設(shè)計(jì)與工作真實(shí)情境逼真的UI界面

以增強(qiáng)系統(tǒng)應(yīng)用程序的功能以及用戶真實(shí)體驗(yàn)度，強(qiáng)化系統(tǒng)的普遍實(shí)用性以及逼真的視覺效果，模擬航空發(fā)動(dòng)機(jī)真實(shí)試車操縱臺(tái)界面，設(shè)計(jì)逼真的系統(tǒng)界面，所設(shè)計(jì)的界面不僅需要滿足清晰、簡潔、色調(diào)協(xié)調(diào)，具有極好的視覺效果，還需具備一致、易懂、明確的反饋高效的交互性，而且需能夠滿足項(xiàng)目式教學(xué)情景真實(shí)性需求，達(dá)到將工作崗位內(nèi)容在教學(xué)中呈現(xiàn)。

（二）設(shè)計(jì)項(xiàng)目式仿真教學(xué)系統(tǒng)的完整功能模塊

針對項(xiàng)目式教學(xué)內(nèi)容具有綜合而開放的特點(diǎn)，結(jié)合每一個(gè)項(xiàng)目的知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)以及情感目標(biāo)，所開發(fā)的系統(tǒng)功能模塊與所設(shè)計(jì)的項(xiàng)目一一對應(yīng)，涵蓋課程所需教學(xué)內(nèi)容。

（三）“由簡入難”的故障模擬

進(jìn)行項(xiàng)目式仿真教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需考慮遵循“由淺入難”學(xué)習(xí)規(guī)律，消除學(xué)生畏難心理，營造輕松愉悅學(xué)習(xí)環(huán)境，以便進(jìn)行項(xiàng)目系統(tǒng)化組織教學(xué)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)行“由簡入難，層層遞進(jìn)”故障模擬，達(dá)到“自成體系、學(xué)之會(huì)用”教學(xué)目標(biāo)。

三、項(xiàng)目式仿真教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）用戶界面設(shè)計(jì)

1.電源控制和調(diào)節(jié)開關(guān)界面

電源控制和調(diào)節(jié)開關(guān)界面主要作用是實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車相關(guān)控制開關(guān)和調(diào)節(jié)按鈕，具體界面如圖1所示。

（1）電源控制開關(guān)

電源控制開關(guān)主要有總電源（發(fā)動(dòng)機(jī)及臺(tái)架設(shè)備、控制操縱臺(tái)、調(diào)節(jié)系統(tǒng)的總電源開關(guān)）、控制電源（發(fā)動(dòng)機(jī)直流控制電源開關(guān)）、真空泵（帶信號(hào)的真空泵電源開關(guān)）、補(bǔ)給泵（帶信號(hào)的補(bǔ)給油泵電源開關(guān)）、補(bǔ)給開關(guān)（帶信號(hào)的補(bǔ)給燃油電磁開關(guān)）、加力吹風(fēng)（帶信號(hào)的加力吹風(fēng)開關(guān)）、應(yīng)急斷加力（帶信號(hào)燈的加力總電源開關(guān)）、起動(dòng)吹風(fēng)（帶信號(hào)的起動(dòng)吹風(fēng)開關(guān)）、起動(dòng)燃油（帶信號(hào)的起動(dòng)燃油開關(guān)）、起動(dòng)補(bǔ)油（帶信號(hào)的起動(dòng)燃油開關(guān)）、大流量（帶信號(hào)的大流量開關(guān)）、小流量（帶信號(hào)的小流量開關(guān)）、整流器（帶信號(hào)的整流器電源開關(guān)）、供氮（帶信號(hào)的供氮開關(guān)）、空中起動(dòng)（帶信號(hào)的空中起動(dòng)開關(guān)）、液載90s（帶信號(hào)的液壓泵加載開關(guān)，接通液載90s開關(guān)后自動(dòng)斷開）、液載180s（帶信號(hào)的液壓泵加載開關(guān)，接通液載180s開關(guān)后自動(dòng)斷開）、加力活門（帶信號(hào)的加力泵供油電磁活門開關(guān)）、汽化器（帶信號(hào)的汽化器電磁活門開關(guān)）、短接JL（帶信號(hào)的加力電路連鎖開關(guān)）、短接FM（帶信號(hào)的加力吹風(fēng)連鎖開關(guān)）、手動(dòng)加力（帶信號(hào)的手動(dòng)加力連鎖開關(guān)）。

（2）調(diào)節(jié)開關(guān)

調(diào)節(jié)開關(guān)主要有左、右液壓泵調(diào)節(jié)（液壓泵加載流量調(diào)節(jié)開關(guān)）、抽真空調(diào)節(jié)（高空修正器真空調(diào)節(jié)開關(guān)）、補(bǔ)給泵調(diào)節(jié)（全加力狀態(tài)補(bǔ)油量調(diào)節(jié)開關(guān)）。

2.控制按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)及信號(hào)燈指示界面

起動(dòng)按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)及信號(hào)燈指示界面主要作用是實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的航空發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)、轉(zhuǎn)換開關(guān)按鈕和相關(guān)信號(hào)指示，具體界面如圖2所示。

（1）控制按鈕

控制按鈕主要是指起動(dòng)按鈕（接通各起動(dòng)的相應(yīng)開關(guān)按鈕后，按下起動(dòng)電鈴及起動(dòng)按鈕后，發(fā)動(dòng)機(jī)可進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)或起動(dòng)）、等效附加電阻按鈕（選擇附加電阻等效1、等效2、等效4、等效8不同組別調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的等效起動(dòng)電源，模擬發(fā)動(dòng)機(jī)在外場起動(dòng)電源的特性）。

（2）轉(zhuǎn)換開關(guān)

轉(zhuǎn)化開關(guān)主要包括起動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)（控制轉(zhuǎn)換發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)起動(dòng)或等效起動(dòng)的電源電路）、油封轉(zhuǎn)換開關(guān)（控制轉(zhuǎn)換發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)、油封、冷運(yùn)轉(zhuǎn)的電源電路）、補(bǔ)油轉(zhuǎn)換開關(guān)（檢查發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)補(bǔ)油與不補(bǔ)油的起動(dòng)）、加力吹風(fēng)轉(zhuǎn)換開關(guān)（接通加力工作時(shí)，選擇轉(zhuǎn)換開關(guān)對加力燃燒室吹風(fēng)的控制）、噴口或燃油延遲時(shí)間轉(zhuǎn)換開關(guān)（接通加力時(shí)，選擇控制噴口或燃油延時(shí)）、噴口轉(zhuǎn)換開關(guān)（發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)檢查，轉(zhuǎn)換開關(guān)DK、XK、XB檢查凸輪控制發(fā)動(dòng)機(jī)噴口打開、關(guān)閉的協(xié)動(dòng)轉(zhuǎn)速）、手動(dòng)噴口轉(zhuǎn)換開關(guān)（控制轉(zhuǎn)換噴口收放）、電機(jī)加載轉(zhuǎn)換開關(guān)（發(fā)電機(jī)加載負(fù)荷開關(guān)）。

（3）信號(hào)燈指示

信號(hào)燈指示主要包括航空發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)左右點(diǎn)火信號(hào)指示、起動(dòng)相關(guān)、凸輪協(xié)動(dòng)轉(zhuǎn)速信號(hào)指示、噴口狀態(tài)信號(hào)指示等。

3.試車主要參數(shù)及功能操作界面

試車主要參數(shù)及功能性檢查界面主要作用是實(shí)現(xiàn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車過程中各試車參數(shù)顯示、航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車各功能性檢查，主要囊括三部分：第一部分為發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)、起動(dòng)及相關(guān)的試車，第二部分為發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)工作相關(guān)的試車，第三部分為發(fā)動(dòng)機(jī)加、減速性、操縱性及功能性相關(guān)的試車，具體界面如圖3所示。

4.試車動(dòng)態(tài)及穩(wěn)態(tài)參數(shù)界面

試車主要參數(shù)及功能性檢查界面主要作用是將發(fā)動(dòng)機(jī)推力、T3*溫度、耗油率等重要性能參數(shù)精確顯示出來，且給出是否合格結(jié)論;其也將與航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車相關(guān)的重要檢查參數(shù)精確地顯示于界面，作為學(xué)習(xí)者在試車過程中記錄是否準(zhǔn)確的參考標(biāo)準(zhǔn)值。

5.試車參數(shù)曲線歷程界面

試車參數(shù)曲線歷程界面主要作用是實(shí)現(xiàn)將航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車過程中重要?jiǎng)討B(tài)參數(shù)（轉(zhuǎn)速、推力、排氣溫度、加力總管壓力、燃油流量、進(jìn)氣動(dòng)壓等參數(shù)在界面上實(shí)時(shí)顯示）變化以曲線圖形象直觀實(shí)時(shí)顯示，具體界面如圖5所示。

（二）項(xiàng)目式仿真教學(xué)系統(tǒng)功能框架設(shè)計(jì)

結(jié)合項(xiàng)目式仿真教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則，進(jìn)行項(xiàng)目式仿真教學(xué)系統(tǒng)功能框架設(shè)計(jì)，具體框架如圖6所示，主要囊括教學(xué)內(nèi)容：發(fā)動(dòng)機(jī)試車的工藝流程、工藝分工、試車參數(shù)調(diào)整原理與方法等等，以實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生具備熟知發(fā)動(dòng)機(jī)試車的工藝流程、工藝分工的能力，熟知發(fā)動(dòng)機(jī)試車中各功能性檢查目的及要求，在試車中對超過工藝要求、限制時(shí)能及時(shí)得到正確處理的能力;具備分析判斷與排除發(fā)動(dòng)機(jī)一般性能故障能力，相應(yīng)能夠制定排除方案，編寫發(fā)動(dòng)機(jī)試車檢查工作卡的能力。

（三）控制臺(tái)故障模擬模塊設(shè)計(jì)

結(jié)合“由簡入難”的故障模擬設(shè)計(jì)原則以及航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車技術(shù)課程教學(xué)目標(biāo)，進(jìn)行控制臺(tái)輸入功能設(shè)計(jì)，功能的實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)提供的筆記本電腦上操作：即由教師通過筆記本電腦進(jìn)行模擬“由簡入難”的故障設(shè)置，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)各種故障的模擬，快速培養(yǎng)學(xué)生及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障、進(jìn)行故障分析，提出排除故障的處理方法和排除的能力以及培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成主動(dòng)思考的好習(xí)慣和良好的職業(yè)素養(yǎng)。

四、應(yīng)用實(shí)例

“航空發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)”教學(xué)項(xiàng)目是“航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車技術(shù)”課程抽象性、實(shí)踐性較強(qiáng)的項(xiàng)目之一?！昂娇瞻l(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)”共安排6學(xué)時(shí)：知識(shí)目標(biāo)是要求學(xué)生掌握掌握發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)操作步驟、參數(shù)的限制，了解發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)性能的調(diào)整，調(diào)整限制及調(diào)整部位;能力目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生能進(jìn)行有關(guān)航空發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)的一般性故障分析及排除;情感目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成良好的主動(dòng)思考習(xí)慣以及團(tuán)隊(duì)分工合作意識(shí)。

借助本文所設(shè)計(jì)的項(xiàng)目式仿真教學(xué)系統(tǒng)開展教學(xué)。首先，依托電源控制和調(diào)節(jié)開關(guān)界面和控制按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)及信號(hào)燈指示界面以及系統(tǒng)功能，要求學(xué)生完成項(xiàng)目任務(wù)之一：通過親自模擬航空發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)，使學(xué)生知道航空發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)所需接通電源開關(guān)以及控制按鈕和掌握航空發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)步驟;其次，依托所有界面以及試車程序，要求學(xué)生完成項(xiàng)目任務(wù)之二：通過親自模擬航空發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)，觀察、總結(jié)航空發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)的參數(shù)限制;最后，在任務(wù)一和任務(wù)二的基礎(chǔ)上，依托所有界面以及控制臺(tái)故障模擬，要求學(xué)生綜合完成項(xiàng)目任務(wù)之三：通過親自模擬航空發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)，觀察、發(fā)現(xiàn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)的一般性故障，并進(jìn)行分析及排除。

五、結(jié)論

本文采用依托仿真系統(tǒng)為載體進(jìn)行項(xiàng)目式教學(xué)，以創(chuàng)建與企業(yè)真實(shí)工作情境逼真的教學(xué)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)手段現(xiàn)代化、教學(xué)模式理實(shí)一體化，催化理論與實(shí)踐有機(jī)融合，零對接崗位需求。

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