信息化技术在四冲程柴油机工作原理教学中的应用

　　【摘 要】随着科学技术的发展，信息化技术在教学中的应用越来越广泛；探索信息化技术在四冲程柴油机工作原理教学中的应用，使教学单元设计获得良好的效果。 　　【关键词】信息化技术 四冲程柴油机 工作原理 　　【中图分类号】 G 【文献标识码】A 　　【文章编号】0450-9889（2014）08C-0190-03 　　在发动机课程中，信息化技术渗透到了整体发动机介绍、曲柄连杆机构、配气机构、供油系统、润滑系统、冷却系统等各个章节的教学中，以辅助教学，提高学生的学习兴趣，提高教学效果和效率。信息化技术在教学中的应用主要特点体现在适合教师教授和学生学习的特殊性，而如何设计制作更好适合教师教授和学生学习的信息化教学单元是设计者思考的重点。在这方面，笔者以“四冲程柴油机工作原理”教学单元的信息化技术应用为例进行了初步的研究探索。 　　一、教学单元的教学内容和目标分析 　　（一）“四冲程柴油机工作原理”教学内容 　　1.介绍四冲程柴油机的关键组成部件，解释其功能作用。 　　2.介绍四冲程柴油机工作原理――四行程柴油机的运转是按进气冲程、压缩冲程、作功冲程和排气冲程的顺序不断循环反复的。 　　3.重点解释在各个冲程中，各个关键部件之间的配合运动。 　　4.细致介绍纯空气、混合气、废气在四冲程柴油机中的温度压力变化和演变过程。 　　5.阐释四冲程柴油机是燃烧柴油的化学能转变成曲轴转动的机械动能的机器。 　　（二）“四冲程柴油机工作原理”教学目标 　　1.专业能力目标：熟悉掌握组成柴油机工作循环的四个冲程的工作原理。 　　2.方法能力目标：形成通过看PPT、图片、视频和教学动画，能自行分析柴油机四个冲程的工作原理的能力。 　　3.社会能力目标：养成团队合作精神。 　　二、教学单元的教学重点和难点分析 　　（一）“四冲程柴油机工作原理”教学重点 　　教学内容“四冲程柴油机工作原理”主要讲授整体的四冲程柴油机的基本组成和工作原理。四冲程柴油机工作原理是指四行程柴油机的工作循环是按进气冲程、压缩冲程、作功冲程和排气冲程的顺序循环工作的。 　　此内容是工程机械发动机系统检修课程后续内容“柴油机各个系统（曲柄连杆机构、配气机构、供油系统、冷却系统、润滑系统、起动系统）的结构组成、功能作用、工作原理、零件材料分析”的基础。此内容也是发动机电控系统检修课程讲述进气系统检修、排气系统检修、供油系统检修的基础。 所以四冲程柴油机工作原理是工程机械发动机系统检修课程和发动机电控系统检修课程的教学重点，为这两门课程的教学奠基。 　　此内容在课程内是有承上启下的作用。上节内容讲解了工程机械发动机的类型，这些类型包括二冲程柴油机、四冲程汽油机、四冲程柴油机、转子发动机等。本节内容就是讲解在工程机械中最广泛的类型――四冲程柴油机，介绍其关键零部件和工作原理。本节结束时，设计有思考题，借此思考题可以引入预习下节内容，让学生顺着思路继续探索研究四冲程柴油机的内部结构组成，从而顺利引导进入课程的后续内容“四冲程柴油机的各个系统组成”。 　　（二）“四冲程柴油机工作原理”教学难点 　　1.柴油机的一些零部件的内部结构复杂，内外有很多层结构组成，实物展示方法无法透视展示物体的内部结构，学生难以用直观的方式理解零件的内部结构。 　　2.在重点内容四冲程柴油机工作原理中，同时运动的零件比较多，而每个零件的运动轨迹各有特点，但在教学中却很难展现柴油机各个运动部件的联动、移动、配合运动现象，以及随之变化的温度压力情况，以帮助学生记忆和理解四冲程柴油机工作原理。 　　3.在传统教学中很难展现纯空气与雾化柴油的混合过程、由纯空气演变成混合气的过程、由混合气演变成废气的过程。学生在接受和理解过程中常常需要想象，而对于高职的学生而言，这是难点。 　　三、教学的对象与信息化技术的要求 　　“四冲程柴油机工作原理”是在一体化教室“柴油发动机实训室”内进行，使用课时3个，教学对象是2012级工程机械班，共46人。这些学生具有以下特点，需要信息化技术相配合： 　　学生喜欢有任务，有目标，也喜欢流行的PK形式，所以设计了一个“零部件在我心中”的PK比赛，让学生通过比赛的形式，巩固对每个零件的位置、外形、功能作用、组成等重要信息的认识。 　　学生的团队精神不是很成熟，个性要强，宜在课堂中安排一些以团队合作为基础的项目，让学生分小组完成，培养其团队合作精神，加强其沟通能力。 　　学生空间思维能力欠佳，不利于三维成像的想象。这就要求在教学中安排多段的视频和教学动画，以帮助学生形成立体的真实感觉，帮助理解和记忆相关内容。 　　因为柴油机主要关键部件中的曲轴、连杆、活塞三者的运动轨迹属于曲柄连杆机构运动，所以需要学生有高中物理知识作为基础，要求可以理解曲柄连杆机构才能顺利进行本节内容的教学。 　　四、信息化技术手段解决重点、难点问题的优势 　　在学生讨论疑问“四冲程柴油机的内部零件有哪些，如何工作的”时，用三维动画通过其透视功能显示内部的四冲程柴油机结构和运动，以提示学生。这样不但可以增强学生的立体真实感觉，易理解零部件的运动过程，还能够增加学生学习兴趣。 　　在重点知识点，采用PPT形式教学可以帮助记忆图片和相关文章内容。 　　在零件实物无法展示的内部结构，使用教学动画可以屏蔽一些零部件，可以透视展示物体的内部结构，帮助学生理解其结构。 　　在需要展现柴油机各个运动部件的联动、移动、配合运动现象，以及随之变化的温度压力情况时，采用动画进行教学。运用动画的暂停、播放功能，在动画运动的任意时刻进行暂停和播放，这样有利于教师对某一运动时刻进行详细讲解，解析分析活塞的移动、运动部件（活塞、连杆、曲轴、正时齿轮、凸轮、挺柱、推杆、摇臂、气门等）的联动、活塞与气门的配合运动。 　　在展现纯空气与雾化柴油的混合过程、由纯空气演变成混合气的过程、由混合气演变成废气的过程时，采用教学动画进行教学。教学动画可以模拟仿真重现纯空气与雾化柴油的混合过程，可以模拟仿真重现由纯空气演变成混合气的过程、可以模拟仿真重现由混合气演变成废气的过程。这样有利于学生理解和记忆此项内容。 　　五、信息化技术手段在“四冲程柴油机工作原理”教学中的具体应用 　　在环节1“复习上节内容并引出本节内容”时，采用PPT辅助形式。上节内容讲解了工程机械发动机的类型，这些类型包括二冲程柴油机、四冲程汽油机、四冲程柴油机、转子发动机等。本节内容就是讲解其中在工程机械中应该最广泛的类型――四冲程柴油机，介绍其关键零部件和工作原理。 　　在环节2“介绍在现场设备（实物）中属于四冲程柴油机的类型柴油机实物”时，让学生分组观察柴油机实物，这样有利于学生直观感觉柴油机实物，了解柴油机外形。 　　在环节3利用悬置问题：“四冲程柴油机”的内部零件有哪些，如何工作的？引导学生观察四冲程柴油机实物，思考问题，分小组讨论，由组长利用手工绘图配合解说，回答问题。并播放三维动画“四冲程柴油机模型（船用）1”和“四冲程柴油机模型（车用）2”，其透视功能可以显示内部的四冲程柴油机结构和运动，可以给予学生一定的提示。 　　在环节4总结、解答“四冲程柴油机如何工作”，引出四冲程柴油机工作原理时，播放视频“四冲程柴油机工作原理”展示内部零件的结构和运动。这样有利于学生听课、思考，作笔记。 　　在重点环节5介绍四冲程柴油机的关键组成部件时，利用零件实物展示和教学动画的“总舞台”和教学动画的分场景1“四冲程柴油机关键部件”展示，总舞台中安排有一个“解剖的四冲程柴油机内部动画”片段。这样有利于学生初次感觉，比较直观了解柴油机内部情况，吸引学生深入探索后续教学内容。四冲程柴油机关键部件都显示于同一张图片中，两旁标注各个部件的名称。这样有利于学生利用印象记忆法，熟记四冲程柴油机关键部件，便于后续内容“四冲程柴油机运动传递路线”的开展。每个零部件的名称处都存放链接，点击后，能跳出显示相应的零部件的真实图片，这样有利于学生联系实物与图形的关系，零部件的真实图片旁还注解其零部件的功能作用或组成等重要信息，以便于学生理解和记忆零部件。 　　在环节6开展“零部件在我心中”PK赛时，利用零件实物或动画进行提问，进行抢答PK。这样有利于学生巩固对每个零件的位置、外形、功能作用、组成等重要信息的认识。 　　在重点环节7讲解“四冲程柴油运动传递路线”，重点分析活塞的移动、运动部件（活塞、连杆、曲轴、正时齿轮、凸轮、挺柱、推杆、摇臂、气门等）的联动、活塞与气门的配合运动时，利用动画展示分场景2“四冲程柴油机运动传递路线”，详细展示活塞的移动、运动部件（活塞、连杆、曲轴、正时齿轮、凸轮、挺柱、推杆、摇臂、气门等）的联动、活塞与气门的配合运动。这样有利于学生从感性认识到理论认识，提升对四冲程柴油机的各个运动部件的认识和理解，逐步引导学生深入探索后续教学内容。分场景中安排有按钮“暂停”“播放”，在动画运动的任意时刻都可以通过其实现暂停和播放功能。这样有利于教师对某一运动时刻进行详细讲解，解析分析活塞的移动、运动部件（活塞、连杆、曲轴、正时齿轮、凸轮、挺柱、推杆、摇臂、气门等）的联动、活塞与气门的配合运动。 　　在重点环节8讲解“四冲程柴油机单个工作循环由进气行程、压缩行程、作功行程和排气行程组成”，重点分析四个冲程的工作原理时，利用动画展示分场景3“柴油机四个冲程工作分析”，详细展示四冲程柴油机单个工作循环由进气行程、压缩行程、作功行程和排气行程组成。左图表示结构和运动变化，是感性直观认识；右图是理性的总结，与后续内容“配气相位”相呼应，有利于学生理解后续内容。分场景中安排有按钮“暂停”“播放”，在动画运动的任意时刻都可以通过其实现暂停和播放功能。这样有利于教师对某一运动时刻进行详细讲解，解析进气行程、压缩行程、作功行程和排气行程等四个冲程的工作原理。 　　在重点环节9讲解“四冲程柴油机工作循环与温度、压力、配气相位的关系”，重点分析各个工况下温度、压力、配气相位瞬时状态时，利用动画展示分场景4“柴油机四个冲程工况分析”，详细展示四冲程柴油机工作循环与温度、压力、配气相位的关系。右图与后续内容“配气相位”有联系。配气相位是发动机的重要参数，其装配和调整是后续的重点教学内容。分场景中安排有按钮“暂停”“播放”，在动画运动的任意时刻都可以通过其实现暂停和播放功能。这样有利于教师对某一运动时刻进行详细讲解，解析各个工况下温度、压力、配气相位瞬时状态。 　　在练习环节10时，利用工作页让学生巩固四冲程柴油机工作原理的所有知识点。 　　图1 教学过程流程图 　　在小结环节时，利用动画展示分场景5“小结：能量转化”。分场景5中安排有汽车的模型、“四冲程柴油机工作循环动画”，这样有利于学生生动形象地理解发动机就是一个能量转化机器，有利于充分理解：车辆（柴油机）是燃烧了新鲜空气和柴油变成废气，柴油的化学能转化成曲轴转动的机械动能，最终驱动车轮，使车辆往前行驶。 　　在本节内容结束时，利用PPT展示思考题，以此预习下次课内容。 　　六、信息化技术在“四冲程柴油机工作原理”教学中应用的特色与亮点 　　利用教学动画的优势展示四冲程柴油的运动部件的联动、移动、配合运动过程，避免了静态的画面的简单解释，这样有利于学生更加直观理解活塞的移动、运动部件（活塞、连杆、曲轴、正时齿轮、凸轮、挺柱、推杆、摇臂、气门等）的联动、活塞与气门的配合运动等细节。 　　利用教学动画的优势展现纯空气与雾化柴油的混合过程、由纯空气演变成混合气的过程、由混合气演变成废气的过程。 　　在一些动画页面上采用左、右图（或者左中右图）的设计，左图为感性认识；右图是对左图进行理论化表述。这样有利于学生从感性认识到理论认识，提升对四冲程柴油的各个运动部件的认识和理解，逐步引导学生深入探索后续教学内容。 　　内容的形式是采用行动导向模式，是以四冲程柴油机“关键部件介绍→运动传递路→四冲程的工作、工况分析→总结”为教师讲授主线，以展开“零部件在我心中”PK赛、工作页、思考题三项评价性测评活动为学生学习的主线，最终使学生熟悉掌握柴油机工作循环的四个冲程的工作原理，养成团队合作精神，形成通过看PPT、图片、视频和教学动画，能自行分析柴油机四个冲程的工作原理的能力。 　　总之，四冲程柴油机工作原理教学单元的设计采用图片、PPT、视频、教学动画进行辅助教学，特别是将教学动画“四冲程柴油机工作原理”应用于教学中，教学效果的提高应该很明显，学生的学习兴趣也应该得到提高，同时也会提高教学效果和效率。 　　【参考文献】 　　[1]杨定国.柴油机拆装多媒体CAI课件设计与开发[D].大连：大连理工大学，2005 　　[2]俞文苗.柴油机拆装仿真系统[D].武汉：华中科技大学，2007 　　【作者简介】冯春林，柳州职业技术学院汽车工程系讲师。