中心概况

长沙理工大学是一所以工为主,工、理、管、经、文、法、艺等多学科协调发展,以本科教育为主体,具有博士后科研流动站、博士学位授予权和硕士生推免权的多科性大学,是国家“中西部高校基础能力建设工程”高校。经过近60年的建设和发展,学校积淀了以“博学、力行、守正、拓新”为校训和以“铺路石精神”为核心的长理文化。学校本科招生第一批次覆盖全国,毕业生就业率连续多年保持在95%以上。

长沙理工大学汽车与机械工程学院紧紧依托汽车、交通行业,本着信息化与工业化深度融合发展的战略需求,以湖南省汽车工程实验教学中心、机械工程训练中心以及机械工程湖南省大学生创新训练中心三个省级平台为依托,通过和上海景格、上海鹏达等公司合作开发,以及购买相关软件和自主研发,建成了水平较高、特色鲜明的汽车工程虚拟仿真实验教学中心(以下简称“中心”),为学生提供全方位的“虚实结合”的实验教学环境。

长沙理工大学汽车与机械工程学院于2005年开始在汽车服务工程专业采用虚拟现实、人机交互等信息化手段进行实验教学,同时成立了汽车虚拟现实技术研究室,致力于研究汽车虚拟仿真实验教学技术,并开始通过校企合作的方式开展虚拟仿真实验教学资源的研发。2010年学院与上海鹏达合作开发了发动机拆装虚拟仿真实验教学系统,2011年开发了自动变速器拆装虚拟仿真实验教学系统;2012年学院和上海景格合作开发了汽车底盘及电气设备虚拟仿真教学系统,2014年开始开发汽车虚拟博物馆。随着学院车辆工程专业的开办,机电类多学科的发展、对虚拟仿真实验教学的要求不断扩大,为了全面提高学生创新精神和实践能力,共享优质实验教学资源,进一步完善本科实验教学体系,以及满足可持续发展的需要,学院在已有的湖南省汽车工程实验教学中心、机械工程训练中心以及机械工程湖南省大学生创新训练中心三个省级示范中心的基础上,整合了汽车类相关学科专业的虚拟仿真实验教学资源和人力资源,组建了“长沙理工大学汽车工程虚拟仿真实验教学中心”,并于2015年获批成为湖南省虚拟仿真实验教学中心。

中心现有建筑总面积约11648m2,仪器设备与虚拟仿真软件资产总值近4000万元,建立了工程训练、机械基础和汽车工程3个虚拟仿真实验平台,共计11个模块,52项虚拟仿真实验项目,涉及23门理论课。工程训练虚拟仿真实验平台为通识平台,机械基础虚拟仿真实验平台为基础平台,汽车工程虚拟仿真实验平台为专业平台,三个平台层层递进,从而构建三位一体的虚拟仿真实验体系。虚拟仿真实验教学中心对实验教学的课程体系、教学内容、教学方式、实验教学管理等方面进行了系统的改革与建设,取得了很好的成效。学生在开放、自主、交互的虚拟环境中开展高效、安全、经济的实验,达到了真实实验不具备或难以实现的教学效果。尤其对于那些涉及高危、极端环境、不可及、不可逆的操作,以及需要高成本、高消耗的大型或综合性实验项目,中心的虚拟仿真实验教学具有明显的优势,已成为培养学生实践能力和创新能力的重要平台。

图1  汽车工程虚拟仿真实验教学中心平台关系

图2  汽车工程虚拟仿真实验教学中心各平台与模块所对应课程关系

中心每年接纳2500余名本科生进行约24000人时数/年的虚拟仿真实验。学生的工程实践能力得到提升,近五年学生在各种高层次竞赛中获各种奖励104项,包括:大学生创新性实验项目国家级10项,省级18项;挑战杯获国家级8项,省级14项;机械创新设计大赛获省级26项。大学生工程训练综合能力竞赛获得国家级2项,省级26项。

中心设主任1名、副主任2名;下设管理办公室,负责协调中心建设、管理和使用;编配专职人员15人,从事中心教学建设、技术支持和运行维护,编配兼职人员35人,从事虚拟实验资源开发和虚拟仿真实验教学,其中教授8人,具有博士学位教师27人,湖南省青年骨干教师2人,形成了结构层次合理、学术水平高、实践经验丰富的实验教学和管理队伍,构建了制度健全、机制顺畅、运行高效的管理体系。中心充分发挥“工程车辆安全性设计与可靠性技术”湖南省重点实验室、“工程车辆轻量化与可靠性技术”湖南省高校重点实验室和“机械工程”湖南省重点学科的作用,围绕机械和车辆的共性技术,承担了一批国家级和省部级重大科研项目,并将科研成果转化为虚拟仿真教学内容。近五年来,中心教师教学成果突出:出版教材(含专著)28部、发表教改论文49篇、主持了“汽车服务工程”国家级特色专业、“车辆工程”湖南省特色专业、“质量与可靠性工程” 国家级双语教学示范课程、“汽车构造”、“汽车理论”、“汽车电子技术”精品课程等教学项目的建设工作;主持了“回归工程实践的机械类专业工程教育人才培养模式改革与实践”、“学生能力导向的机械类专业工程训练改革与实践”等湖南省教改项目9项。

中心研发了具有扩展性、兼容性的管理和共享平台,建设了自己的网站http://www.csust.edu.cn/ pub/cslg/jgsz/yxsz/qcyjxgcxy/fzsyjxzx/),为学生提供了虚拟实验的平台,包括实验教学、实验平台、资源共享、中心特色、规章制度等栏目。资源共享模块则为学生提供了丰富的电子教案、电子书籍、电子手册、实验教材、视频教学、仪器设备等信息,为学生预习、扩展学习、课件下载等提供了保障;虚拟仿真实验教学资源库包括:汽车虚拟博物馆、虚拟工厂、发动机拆装、发动机原理演示、汽车底盘拆装、自动变速器拆装、汽车电子、汽车车身和汽车零部件先进制造等虚拟仿真实验。采取虚拟-实际相结合的混合实验模式,将虚拟实验、虚拟实习作为教学内容的一部分,有效调动了学生的学习兴趣与积极性,极大提升了教学质量,在突破汽车人才培养中的瓶颈问题、关键问题等方面探索出一种新思路、新方法,为培养适合我们国情的汽车工程新技术人才做出了应有贡献。

汽车工程虚拟仿真实验教学中心按照“能实不虚、虚实结合、虚中有实、实中有虚”的原则进行建设,达到了提高培养学生实践能力的目标。中心将传承长沙理工大学“铺路石”精神为核心的长理文化,结合时代需要和专业特色,与时俱进,努力建设成为国家级虚拟仿真实验教学中心。