自動變速器理實一體化虛擬教學系統(tǒng)開發(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)實技術(shù)融合于汽修專業(yè)理實一體化教學系統(tǒng)，為職業(yè)院校提供了新的教學思路。以豐田U340E自動變速器虛擬教學系統(tǒng)為例，闡述了理實一體化虛擬教學系統(tǒng)的功能設(shè)計、系統(tǒng)實現(xiàn)以及系統(tǒng)應(yīng)用。針對教學系統(tǒng)在課前、課中及課后的應(yīng)用進行了詳細闡述。通過教師創(chuàng)設(shè)教學情境，學生能夠在虛擬仿真環(huán)境中進行自主學習，加深了對課程的理解，提高了教學效果。

關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實技術(shù)；虛擬教學系統(tǒng)；自動變速器；理實一體化

DOIDOI：10.11907/rjdk.161939

中圖分類號：TP319

文獻標識碼：A 文章編號文章編號：16727800（2016）011012503

0 引言

隨著市場經(jīng)濟的不斷發(fā)展，4S店數(shù)量和規(guī)模不斷擴大，汽車作為代步工具走入了千家萬戶。汽車保有量的增加，刺激了汽修行業(yè)的發(fā)展，汽車維修工需求量居高不下。如何利用先進的信息技術(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。汽修專業(yè)實踐操作十分重要，但某些客觀原因無法保證一人一個實訓工位，由于學校沒有一個良好的教學系統(tǒng)，導致設(shè)備緊張或閑置過時。部分院校甚至出現(xiàn)設(shè)備操作不當，頻繁發(fā)生教學事故的現(xiàn)象。

為解決上述問題，本文將先進的虛擬現(xiàn)實技術(shù)、理實一體化教學理念融為一體，設(shè)計和開發(fā)了一個虛擬教學系統(tǒng)，逼真呈現(xiàn)完整的汽車實訓過程，將虛擬考核與教學資源相結(jié)合，學習內(nèi)容以趣味性為主，改善了傳統(tǒng)枯燥的學習方式，解決了職業(yè)院校實訓中汽車設(shè)備價格昂貴，部件易于損耗等問題，以提升學校教學質(zhì)量，使職業(yè)院校與企業(yè)實現(xiàn)真正的接軌。

1 系統(tǒng)功能設(shè)計

本教學系統(tǒng)選取豐田U340E汽車自動變速器作為教學內(nèi)容，結(jié)合企業(yè)調(diào)研及相關(guān)教學專家指導，對知識結(jié)構(gòu)進行梳理、選取、整合，將教學內(nèi)容與實際工作緊密結(jié)合，理論知識和操作技能融合于課堂教學。將課程分解為若干個學習情境，采用拋錨式教學策略，分析學生的學習風格、原有知識結(jié)構(gòu)、教學內(nèi)容、教學目標、教學場景，通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)情境重現(xiàn)，實現(xiàn)學生自主探究，獲得操作技能的目標。

從教學設(shè)計角度出發(fā)，遵循情境化學習結(jié)構(gòu)，將教學內(nèi)容按崗位劃分，對學習者、學習內(nèi)容、學習目標、教學媒體進行分析，得出基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的情境化教學模式，將系統(tǒng)劃分為知識鏈接、課外拓展、虛擬實訓、技能考核[1]4大模塊，如圖1所示。

2 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

以理論探索、方法應(yīng)用、歸納總結(jié)為主線進行系統(tǒng)開發(fā)，采用以任務(wù)為驅(qū)動的情境化教學模式，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)為教師和學生建立溝通橋梁。通過前期調(diào)研和專家指導，完成豐田U340E自動變速器的教學設(shè)計。系統(tǒng)研發(fā)階段分為3步：①掃描模型。利用三維掃描儀對豐田U340E自動變速器各個總成部件進行掃描，記錄拆卸順序與注意點，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。其次，利用PhotoShop軟件設(shè)計和處理圖片，構(gòu)建圖片資源庫。利用PPT、Word等辦公軟件設(shè)計開發(fā)教學內(nèi)容，構(gòu)建多媒體教學資源庫。最后，利用處理音視頻的相關(guān)軟件構(gòu)建音視頻教學資源庫；③實現(xiàn)交互。利用Unity3D和C#語言整合模型資源庫、圖片資源庫、多媒體教學資源庫、音視頻教學資源庫等，將各種資源嵌入至虛擬教學系統(tǒng)，實現(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，最終達到教師利用虛擬教學系統(tǒng)指導學生，幫助學生獲得技能的目的[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自動變速器的虛擬教學系統(tǒng)，以虛擬實訓為中心，通過知識鏈接、課外拓展模塊夯實理論知識，提高實踐操作能力，學生不再駐足于理論層面，避免理論與實踐相分離、學校與企業(yè)相脫節(jié)的現(xiàn)象，突破學習時間和空間的限制，結(jié)合豐富的多媒體教學資源和教學情境，解決汽車實訓基地實驗設(shè)備獲取難度大、成本高的問題。同時，規(guī)避操作設(shè)備不當?shù)陌踩[患[3]。系統(tǒng)應(yīng)用過程如圖3所示。

3.1 教學活動

以項目教學為主，系統(tǒng)以項目情境化劃分教學內(nèi)容，應(yīng)用于課前準備、課堂教學、課后復習3個階段，讓學生能夠?qū)χR不斷內(nèi)化。

課前準備階段。教師根據(jù)教學目標、教學計劃、學習風格、知識結(jié)構(gòu)等制訂教學計劃，學生通過虛擬教學軟件對理解性內(nèi)容進行自主學習。同時，虛擬教學系統(tǒng)監(jiān)測學生是否完成導學內(nèi)容，提供難點標記工具，方便討論，為教師判斷學生學習情況提供依據(jù)，適當調(diào)整課堂教學。

課堂教學階段。將虛擬教學軟件貫穿于整個課堂教學。教師利用虛擬教學系統(tǒng)將多媒體教學資源整合講解。由于學習情境是學生進行自主學習的主要場所，因此，在課堂教學過程中教師可以使用教學系統(tǒng)中的模型資源建構(gòu)教學情境，讓學生能夠在特定的學習情境中主動學習，提高分析問題和解決問題的能力[4]。同時，教學系統(tǒng)專門提供基于問題的實踐性學習場景，學生能夠進行自主探究和自主創(chuàng)新學習。教師根據(jù)課前學習情況，對學生進行適當引導，激發(fā)學生的多元智力。

技能訓練是虛擬教學系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，是彌補現(xiàn)代教學資源、教學設(shè)備不足的重要手段。教師利用虛擬教學軟件對學生進行技能訓練時，要理論聯(lián)系實際，將企業(yè)生產(chǎn)情況融于教學過程中，讓學生真正實現(xiàn)以思促學、以知促行，發(fā)掘高級思維能力。

課后復習階段。虛擬教學系統(tǒng)將汽修專業(yè)的整體知識結(jié)構(gòu)分化為項目，將項目教學分化為情境，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)增強學習情境，實現(xiàn)寓教于樂的教學形式。

學生在課前和課中學習的知識更多呈現(xiàn)為零散型結(jié)構(gòu)。因此，虛擬學習地圖是不可或缺的部分，藉此構(gòu)建一個完整的知識體系結(jié)構(gòu)[5]。同時，系統(tǒng)依據(jù)學習路徑，自動推送學習任務(wù)，對原先的知識結(jié)構(gòu)進行拓展，實現(xiàn)一個螺旋式上升的學習過程，進入深入學習階段，固化先驗知識，提升技術(shù)技能。

3.2 考核

課前準備、課堂教學、課后復習是一個由體驗、反思、思考、行動組成的持續(xù)、遞歸的學習周期，虛擬教學系統(tǒng)在學習周期中不斷增加新的學習節(jié)點，創(chuàng)造新的學習路徑。此外，教學系統(tǒng)依據(jù)教師布置的作業(yè)和學生的知識結(jié)構(gòu)，推送學習任務(wù)，對學生進行理論知識和實踐操作技能考核。學生可以將考核作業(yè)提交至系統(tǒng)，教師對作業(yè)進行批改，學生找到自己的盲點誤區(qū)，調(diào)整學習進度。

3.3 教學效果評價

考核完成并不意味著學習的終止，而是下一個學習階段的起點，系統(tǒng)將不斷記錄學習過程及更新學習結(jié)果。師生可對教學及學習效果進行研究，利用知識節(jié)點和學習地圖，進行形成性評價和總結(jié)性評價。可進行組內(nèi)互評和上下級互評，根據(jù)評價考核表，優(yōu)化教學效果，完成一個周期的教學活動。

4 結(jié)語

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)實踐能力強、具有良好職業(yè)道德的高素質(zhì)技能型專門人才，實踐操作是培養(yǎng)技能型人才的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。汽修專業(yè)理實一體化虛擬教學系統(tǒng)正是利用三維技術(shù)和交互技術(shù)實現(xiàn)場景模擬，解決了教學設(shè)備投入不足的缺陷，提高了汽修專業(yè)實訓教學效果。

參考文獻：

[1] 石連栓，孫文苑.基于Virtools的沖孔模拆裝虛擬實驗系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)[J].職教論壇，2014（18）：8385.

[2] 降世婧.基于Virtools的發(fā)動機虛擬裝配仿真軟件的研究與開發(fā)[D].長春：吉林大學，2013.

[3] 張宇.基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究性學習的設(shè)計與開發(fā)[D].武漢：華中師范大學，2009.

[4] 杜軍.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教學中的應(yīng)用[J].山東師范大學學報：自然科學版，2005（6）：103104.

[5] 羅敏杰.中職汽修虛擬仿真實訓教學研究[D].杭州：浙江工業(yè)大學，2011.

（責任編輯：杜能鋼）