自動變速器理實一體化虛擬教學系統開發及應用

張麗媛++石連栓

摘 要：隨著信息技術的發展，虛擬現實技術融合于汽修專業理實一體化教學系統，為職業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為例，闡述了理實一體化虛擬教學系統的功能設計、系統實現以及系統應用。針對教學系統在課前、課中及課后的應用進行了詳細闡述。通過教師創設教學情境，學生能夠在虛擬仿真環境中進行自主學習，加深了對課程的理解，提高了教學效果。

關鍵詞關鍵詞：虛擬現實技術；虛擬教學系統；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

隨著市場經濟的不斷發展，4S店數量和規模不斷擴大，汽車作為代步工具走入了千家萬戶。汽車保有量的增加，刺激了汽修行業的發展，汽車維修工需求量居高不下。如何利用先進的信息技術培養新型高技能人才是政府和職業院校密切關注的課題。汽修專業實踐操作十分重要，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，導致設備緊張或閑置過時。部分院校甚至出現設備操作不當，頻繁發生教學事故的現象。

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

1 系統功能設計

本教學系統選取豐田U340E汽車自動變速器作為教學內容，結合企業調研及相關教學專家指導，對知識結構進行梳理、選取、整合，將教學內容與實際工作緊密結合，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、原有知識結構、教學內容、教學目標、教學場景，通過虛擬現實技術實現情境重現，實現學生自主探究，獲得操作技能的目標。

從教學設計角度出發，遵循情境化學習結構，將教學內容按崗位劃分，對學習者、學習內容、學習目標、教學媒體進行分析，得出基于虛擬現實技術的情境化教學模式，將系統劃分為知識鏈接、課外拓展、虛擬實訓、技能考核[1]4大模塊，如圖1所示。

2 系統功能實現

以理論探索、方法應用、歸納總結為主線進行系統開發，采用以任務為驅動的情境化教學模式，利用虛擬現實技術為教師和學生建立溝通橋梁。通過前期調研和專家指導，完成豐田U340E自動變速器的教學設計。系統研發階段分為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，構建模型資源庫。其次，利用PhotoShop軟件設計和處理圖片，構建圖片資源庫。利用PPT、Word等辦公軟件設計開發教學內容，構建多媒體教學資源庫。最后，利用處理音視頻的相關軟件構建音視頻教學資源庫；③實現交互。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，實現用戶和各種資源以及資源和資源的交互，構成一條完整的技術路線，最終達到教師利用虛擬教學系統指導學生，幫助學生獲得技能的目的[2]。系統研發技術路線如圖2所示。

3 系統應用

基于豐田U340E自動變速器的虛擬教學系統，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、學校與企業相脫節的現象，突破學習時間和空間的限制，結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備獲取難度大、成本高的問題。同時，規避操作設備不當的安全隱患[3]。系統應用過程如圖3所示。

3.1 教學活動

以項目教學為主，系統以項目情境化劃分教學內容，應用于課前準備、課堂教學、課后復習3個階段，讓學生能夠對知識不斷內化。

課前準備階段。教師根據教學目標、教學計劃、學習風格、知識結構等制訂教學計劃，學生通過虛擬教學軟件對理解性內容進行自主學習。同時，虛擬教學系統監測學生是否完成導學內容，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，適當調整課堂教學。

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中的模型資源建構教學情境，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新學習。教師根據課前學習情況，對學生進行適當引導，激發學生的多元智力。

技能訓練是虛擬教學系統的重要環節，是彌補現代教學資源、教學設備不足的重要手段。教師利用虛擬教學軟件對學生進行技能訓練時，要理論聯系實際，將企業生產情況融于教學過程中，讓學生真正實現以思促學、以知促行，發掘高級思維能力。

課后復習階段。虛擬教學系統將汽修專業的整體知識結構分化為項目，將項目教學分化為情境，利用虛擬現實技術增強學習情境，實現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為零散型結構。因此，虛擬學習地圖是不可或缺的部分，藉此構建一個完整的知識體系結構[5]。同時，系統依據學習路徑，自動推送學習任務，對原先的知識結構進行拓展，實現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、遞歸的學習周期，虛擬教學系統在學習周期中不斷增加新的學習節點，創造新的學習路徑。此外，教學系統依據教師布置的作業和學生的知識結構，推送學習任務，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提交至系統，教師對作業進行批改，學生找到自己的盲點誤區，調整學習進度。

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，系統將不斷記錄學習過程及更新學習結果。師生可對教學及學習效果進行研究，利用知識節點和學習地圖，進行形成性評價和總結性評價。可進行組內互評和上下級互評，根據評價考核表，優化教學效果，完成一個周期的教學活動。

4 結語

職業教育的根本任務是面向生產、建設、管理，培養實踐能力強、具有良好職業道德的高素質技能型專門人才，實踐操作是培養技能型人才的關鍵環節。汽修專業理實一體化虛擬教學系統正是利用三維技術和交互技術實現場景模擬，解決了教學設備投入不足的缺陷，提高了汽修專業實訓教學效果。

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的設計與開發[J].職教論壇，2014（18）：8385.

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

[3] 張宇.基于虛擬現實技術的研究性學習的設計與開發[D].武漢：華中師范大學，2009.

[4] 杜軍.虛擬現實技術在教學中的應用[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：浙江工業大學，2011.

（責任編輯：杜能鋼）