自動(dòng)變速器理實(shí)一體化虛擬教學(xué)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用

張麗媛++石連栓

摘 要：隨著信息技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)融合于汽修專(zhuān)業(yè)理實(shí)一體化教學(xué)系統(tǒng)，為職業(yè)院校提供了新的教學(xué)思路。以豐田U340E自動(dòng)變速器虛擬教學(xué)系統(tǒng)為例，闡述了理實(shí)一體化虛擬教學(xué)系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)以及系統(tǒng)應(yīng)用。針對(duì)教學(xué)系統(tǒng)在課前、課中及課后的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)闡述。通過(guò)教師創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，學(xué)生能夠在虛擬仿真環(huán)境中進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，加深了對(duì)課程的理解，提高了教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；虛擬教學(xué)系統(tǒng)；自動(dòng)變速器；理實(shí)一體化

DOIDOI：10.11907/rjdk.161939

中圖分類(lèi)號(hào)：TP319

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)文章編號(hào)：16727800（2016）011012503

0 引言

隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，4S店數(shù)量和規(guī)模不斷擴(kuò)大，汽車(chē)作為代步工具走入了千家萬(wàn)戶。汽車(chē)保有量的增加，刺激了汽修行業(yè)的發(fā)展，汽車(chē)維修工需求量居高不下。如何利用先進(jìn)的信息技術(shù)培養(yǎng)新型高技能人才是政府和職業(yè)院校密切關(guān)注的課題。汽修專(zhuān)業(yè)實(shí)踐操作十分重要，但某些客觀原因無(wú)法保證一人一個(gè)實(shí)訓(xùn)工位，由于學(xué)校沒(méi)有一個(gè)良好的教學(xué)系統(tǒng)，導(dǎo)致設(shè)備緊張或閑置過(guò)時(shí)。部分院校甚至出現(xiàn)設(shè)備操作不當(dāng)，頻繁發(fā)生教學(xué)事故的現(xiàn)象。

為解決上述問(wèn)題，本文將先進(jìn)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、理實(shí)一體化教學(xué)理念融為一體，設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)了一個(gè)虛擬教學(xué)系統(tǒng)，逼真呈現(xiàn)完整的汽車(chē)實(shí)訓(xùn)過(guò)程，將虛擬考核與教學(xué)資源相結(jié)合，學(xué)習(xí)內(nèi)容以趣味性為主，改善了傳統(tǒng)枯燥的學(xué)習(xí)方式，解決了職業(yè)院校實(shí)訓(xùn)中汽車(chē)設(shè)備價(jià)格昂貴，部件易于損耗等問(wèn)題，以提升學(xué)校教學(xué)質(zhì)量，使職業(yè)院校與企業(yè)實(shí)現(xiàn)真正的接軌。

1 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

本教學(xué)系統(tǒng)選取豐田U340E汽車(chē)自動(dòng)變速器作為教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合企業(yè)調(diào)研及相關(guān)教學(xué)專(zhuān)家指導(dǎo)，對(duì)知識(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行梳理、選取、整合，將教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際工作緊密結(jié)合，理論知識(shí)和操作技能融合于課堂教學(xué)。將課程分解為若干個(gè)學(xué)習(xí)情境，采用拋錨式教學(xué)策略，分析學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)格、原有知識(shí)結(jié)構(gòu)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)場(chǎng)景，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)情境重現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生自主探究，獲得操作技能的目標(biāo)。

從教學(xué)設(shè)計(jì)角度出發(fā)，遵循情境化學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)，將教學(xué)內(nèi)容按崗位劃分，對(duì)學(xué)習(xí)者、學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)目標(biāo)、教學(xué)媒體進(jìn)行分析，得出基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的情境化教學(xué)模式，將系統(tǒng)劃分為知識(shí)鏈接、課外拓展、虛擬實(shí)訓(xùn)、技能考核[1]4大模塊，如圖1所示。

2 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

以理論探索、方法應(yīng)用、歸納總結(jié)為主線進(jìn)行系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，采用以任務(wù)為驅(qū)動(dòng)的情境化教學(xué)模式，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為教師和學(xué)生建立溝通橋梁。通過(guò)前期調(diào)研和專(zhuān)家指導(dǎo)，完成豐田U340E自動(dòng)變速器的教學(xué)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)研發(fā)階段分為3步：①掃描模型。利用三維掃描儀對(duì)豐田U340E自動(dòng)變速器各個(gè)總成部件進(jìn)行掃描，記錄拆卸順序與注意點(diǎn)，拍攝拆裝視頻和照片，方便查閱；②制作資源。首先，利用3DMAX軟件建模，構(gòu)建模型資源庫(kù)。其次，利用PhotoShop軟件設(shè)計(jì)和處理圖片，構(gòu)建圖片資源庫(kù)。利用PPT、Word等辦公軟件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建多媒體教學(xué)資源庫(kù)。最后，利用處理音視頻的相關(guān)軟件構(gòu)建音視頻教學(xué)資源庫(kù)；③實(shí)現(xiàn)交互。利用Unity3D和C#語(yǔ)言整合模型資源庫(kù)、圖片資源庫(kù)、多媒體教學(xué)資源庫(kù)、音視頻教學(xué)資源庫(kù)等，將各種資源嵌入至虛擬教學(xué)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)用戶和各種資源以及資源和資源的交互，構(gòu)成一條完整的技術(shù)路線，最終達(dá)到教師利用虛擬教學(xué)系統(tǒng)指導(dǎo)學(xué)生，幫助學(xué)生獲得技能的目的[2]。系統(tǒng)研發(fā)技術(shù)路線如圖2所示。

3 系統(tǒng)應(yīng)用

基于豐田U340E自動(dòng)變速器的虛擬教學(xué)系統(tǒng)，以虛擬實(shí)訓(xùn)為中心，通過(guò)知識(shí)鏈接、課外拓展模塊夯實(shí)理論知識(shí)，提高實(shí)踐操作能力，學(xué)生不再駐足于理論層面，避免理論與實(shí)踐相分離、學(xué)校與企業(yè)相脫節(jié)的現(xiàn)象，突破學(xué)習(xí)時(shí)間和空間的限制，結(jié)合豐富的多媒體教學(xué)資源和教學(xué)情境，解決汽車(chē)實(shí)訓(xùn)基地實(shí)驗(yàn)設(shè)備獲取難度大、成本高的問(wèn)題。同時(shí)，規(guī)避操作設(shè)備不當(dāng)?shù)陌踩[患[3]。系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程如圖3所示。

3.1 教學(xué)活動(dòng)

以項(xiàng)目教學(xué)為主，系統(tǒng)以項(xiàng)目情境化劃分教學(xué)內(nèi)容，應(yīng)用于課前準(zhǔn)備、課堂教學(xué)、課后復(fù)習(xí)3個(gè)階段，讓學(xué)生能夠?qū)χR(shí)不斷內(nèi)化。

課前準(zhǔn)備階段。教師根據(jù)教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)計(jì)劃、學(xué)習(xí)風(fēng)格、知識(shí)結(jié)構(gòu)等制訂教學(xué)計(jì)劃，學(xué)生通過(guò)虛擬教學(xué)軟件對(duì)理解性內(nèi)容進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。同時(shí)，虛擬教學(xué)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)學(xué)生是否完成導(dǎo)學(xué)內(nèi)容，提供難點(diǎn)標(biāo)記工具，方便討論，為教師判斷學(xué)生學(xué)習(xí)情況提供依據(jù)，適當(dāng)調(diào)整課堂教學(xué)。

課堂教學(xué)階段。將虛擬教學(xué)軟件貫穿于整個(gè)課堂教學(xué)。教師利用虛擬教學(xué)系統(tǒng)將多媒體教學(xué)資源整合講解。由于學(xué)習(xí)情境是學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)的主要場(chǎng)所，因此，在課堂教學(xué)過(guò)程中教師可以使用教學(xué)系統(tǒng)中的模型資源建構(gòu)教學(xué)情境，讓學(xué)生能夠在特定的學(xué)習(xí)情境中主動(dòng)學(xué)習(xí)，提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力[4]。同時(shí)，教學(xué)系統(tǒng)專(zhuān)門(mén)提供基于問(wèn)題的實(shí)踐性學(xué)習(xí)場(chǎng)景，學(xué)生能夠進(jìn)行自主探究和自主創(chuàng)新學(xué)習(xí)。教師根據(jù)課前學(xué)習(xí)情況，對(duì)學(xué)生進(jìn)行適當(dāng)引導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生的多元智力。

技能訓(xùn)練是虛擬教學(xué)系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，是彌補(bǔ)現(xiàn)代教學(xué)資源、教學(xué)設(shè)備不足的重要手段。教師利用虛擬教學(xué)軟件對(duì)學(xué)生進(jìn)行技能訓(xùn)練時(shí)，要理論聯(lián)系實(shí)際，將企業(yè)生產(chǎn)情況融于教學(xué)過(guò)程中，讓學(xué)生真正實(shí)現(xiàn)以思促學(xué)、以知促行，發(fā)掘高級(jí)思維能力。

課后復(fù)習(xí)階段。虛擬教學(xué)系統(tǒng)將汽修專(zhuān)業(yè)的整體知識(shí)結(jié)構(gòu)分化為項(xiàng)目，將項(xiàng)目教學(xué)分化為情境，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)增強(qiáng)學(xué)習(xí)情境，實(shí)現(xiàn)寓教于樂(lè)的教學(xué)形式。

學(xué)生在課前和課中學(xué)習(xí)的知識(shí)更多呈現(xiàn)為零散型結(jié)構(gòu)。因此，虛擬學(xué)習(xí)地圖是不可或缺的部分，藉此構(gòu)建一個(gè)完整的知識(shí)體系結(jié)構(gòu)[5]。同時(shí)，系統(tǒng)依據(jù)學(xué)習(xí)路徑，自動(dòng)推送學(xué)習(xí)任務(wù)，對(duì)原先的知識(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行拓展，實(shí)現(xiàn)一個(gè)螺旋式上升的學(xué)習(xí)過(guò)程，進(jìn)入深入學(xué)習(xí)階段，固化先驗(yàn)知識(shí)，提升技術(shù)技能。

3.2 考核

課前準(zhǔn)備、課堂教學(xué)、課后復(fù)習(xí)是一個(gè)由體驗(yàn)、反思、思考、行動(dòng)組成的持續(xù)、遞歸的學(xué)習(xí)周期，虛擬教學(xué)系統(tǒng)在學(xué)習(xí)周期中不斷增加新的學(xué)習(xí)節(jié)點(diǎn)，創(chuàng)造新的學(xué)習(xí)路徑。此外，教學(xué)系統(tǒng)依據(jù)教師布置的作業(yè)和學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)，推送學(xué)習(xí)任務(wù)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行理論知識(shí)和實(shí)踐操作技能考核。學(xué)生可以將考核作業(yè)提交至系統(tǒng)，教師對(duì)作業(yè)進(jìn)行批改，學(xué)生找到自己的盲點(diǎn)誤區(qū)，調(diào)整學(xué)習(xí)進(jìn)度。

3.3 教學(xué)效果評(píng)價(jià)

考核完成并不意味著學(xué)習(xí)的終止，而是下一個(gè)學(xué)習(xí)階段的起點(diǎn)，系統(tǒng)將不斷記錄學(xué)習(xí)過(guò)程及更新學(xué)習(xí)結(jié)果。師生可對(duì)教學(xué)及學(xué)習(xí)效果進(jìn)行研究，利用知識(shí)節(jié)點(diǎn)和學(xué)習(xí)地圖，進(jìn)行形成性評(píng)價(jià)和總結(jié)性評(píng)價(jià)?？蛇M(jìn)行組內(nèi)互評(píng)和上下級(jí)互評(píng)，根據(jù)評(píng)價(jià)考核表，優(yōu)化教學(xué)效果，完成一個(gè)周期的教學(xué)活動(dòng)。

4 結(jié)語(yǔ)

職業(yè)教育的根本任務(wù)是面向生產(chǎn)、建設(shè)、管理，培養(yǎng)實(shí)踐能力強(qiáng)、具有良好職業(yè)道德的高素質(zhì)技能型專(zhuān)門(mén)人才，實(shí)踐操作是培養(yǎng)技能型人才的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。汽修專(zhuān)業(yè)理實(shí)一體化虛擬教學(xué)系統(tǒng)正是利用三維技術(shù)和交互技術(shù)實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景模擬，解決了教學(xué)設(shè)備投入不足的缺陷，提高了汽修專(zhuān)業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

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（責(zé)任編輯：杜能鋼）