中職教育汽車發動機系統個性化學習仿真工具設計

唐林 東北師范大學教育學部/攀枝花學院中國特色社會主義理論教育學院

周東岱 東北師范大學信息科學與技術學院

鐘紹春 鐘永江 東北師范大學理想信息技術學院

● 汽車發動機系統教學中的瓶頸及破解思路

“汽車發動機系統教學”是中等職業教育汽車專業中一門重要課程，對培養汽車維修、保養等方面的專業人才具有重要作用。發動機系統與汽車各個部件的關系密不可分，它在汽車構造中占據很大分量，直接決定汽車以后的動力輸出與平順性。

1.瓶頸

①不能有效激發學習動機。中職生入學時，專業都是自己選擇的，因此他們對專業方面的學習有著濃厚的興趣。但多數教師的教學以考試為目的，違背了培養學生專業實踐技能的要求，不能有效激發學生的學習動機。

②學習差異化與教學統一化相矛盾。職業教育中的課堂多沿用一對多的教學模式，所有的教學行為都是按照班級的整體情況設計的，但學生的理解水平和興趣點不同，知識水平、關注點存在差異，統一化教學使學生不能根據自己興趣、知識水平進行學習。

③教學模式僵化。中職教育不同于一般的初、高中教學，它在完成基本理論課程學習的同時，還應完成專業技術的學習，但現在的中職課堂教學一般遵循傳統課堂講授模式，這已經不能滿足學生的學習需要，對學生職業技能的培養無大益。

2.破解思路

破解瓶頸問題的關鍵是讓學生明確，完成任務首先要清楚應學會什么，然后要研究清楚學會這些內容的最佳方式方法是什么，并能夠自主、個性化地完成任務。它主要有以下三個方面：首先是通過任務驅動中的實際任務使學生產生濃厚的學習興趣，其次讓學生根據自己的需求進行個性化學習，最后改變課堂教學方式，提供學生學習必要的環境和工具。將以上三點有效結合可以滿足學生快速提高知識技能的要求，因此，我們設計了供學生根據自己需求進行學習的個性化學習工具，改變了傳統統一水平的教法，同時也為學生提供能夠自主選擇聽講式、協作探究式及訓練和實踐法三種教學方法，讓學生根據自己的已有水平、興趣愛好和關注點選擇適合的學習方式完成發動機系統相關知識的學習。因篇幅問題，本文著重談論個性化學習工具的設計。

● 汽車發動機個性化學習仿真工具設計

通過對汽車發動機系統知識的梳理，我們發現發動機系統學習的最大難點在于發動機結構復雜，工作過程變化多，將復雜的結構以一定次序組裝起來更加困難，其大的系統結構就有八個，每個大系統又包含了若干個零部件，整個發動機配置完成之后重量可達二三百斤，用實物操作費時費力，如果一直用實物進行學習，學生每天的體力消耗也會減弱其對發動機學習的興趣。鑒于此，我們設計了汽車發動機模擬仿真學習探究工具。

1.工具設計依據

①學科視角依據。發動機系統總體結構穩定，但性能易變，需要學生在學習基礎知識的基礎上，靈活掌握發動機各項性能特點。架構出發動機各項結構的學習工具便于學生觀察學習、加深理解，用該學習工具在進行基礎知識學習的基礎上理解發動機的工作過程、原理以及性能，并通過探究學習提升創新運用能力，符合學科學習規律，滿足學生自主、個性化學習要求。

②學習方式視角依據。首先汽車發動機各項性能不穩定，統一化教學不能使學生充分理解發動機性能特點。其次發動機各個結構穩定，但在學習順序上沒有先后之分，各結構的學習無邏輯關系，整個課程適合自主、探究學習。一節課的學習讓學生經歷發現問題、分析問題、解決問題、應用知識、反思學習的過程，創新能力得到較大提升。

③技術視角依據。常規化教學只能描述工作過程，不能讓學生區分和熟悉每個沖程的過程和特點，而運用三維仿真工具進行發動機系統知識的學習，更加方便，效率更高。

2.功能設計

為使汽車發動機相關知識的學習更加直觀、便于操作，我們運用三維仿真工具設計發動機學習工具，它包括六個部分：單元、工作原理、結構、在線交流、性能參數和常見問題。

其中單元部分是基礎學習部分，包括發動機八個系統結構的單元，每個系統又包含若干零部件，通過單元進入每個系統，通過系統又可以進入零部件的學習，顯示每個系統及零部件在發動機中的位置、外形結構，可以對其進行放大、縮小和旋轉，方便學生觀察學習。每個系統都設置了若干游戲問題，如連連看等，通過對問題的回答來檢驗學生的學習效果。

工作原理具體結構包括二沖程發動機、四沖程發動機和轉子發動機的工作過程和示功圖，以及發動機常用術語。通過三維動畫演示這三種類型發動機的工作過程，方便學生觀察不同發動機的工作過程中每個沖程的運行情況、進排氣情況和做功情況等。比較這三種發動機的工作原理、過程和特性的異同點，能分析每種發動機的優缺點，為以后合理選擇、配置發動機打下基礎。示功圖是學生在學完工作過程之后對工作過程進行抽象思考總結的結構圖，以便加深理解，建立清晰的結構框架。發動機常用術語包括該工具給出部分和學生自己添加進去的部分，方便理解和識記發動機工作過程。

結構是仿真工具設計的重點，不僅包括發動機八個系統的結構模型展示和各系統動畫演示，還包括各系統下各部件工作過程的演示，使學生熟悉各部件工作過程。學生還可模擬實體操作，探究發動機性能特點，可對各結構分解、組合和更換部件，如對發動機維修問題可以模擬維修，該仿真工具能夠智能化地做出相應反應。結構部分在探究學習過程中經常用到，學生可帶著問題運用該仿真工具進行自主探究、歸納學習。在結構中設置了新建和打開窗口，方便學生新建自己的學習庫，以后學習過程中也可以再次打開，復習鞏固。

在線交流包括兩部分：同學記錄簿和個人學習記錄簿。學生在學習過程中遇到問題而無解決思路時，可以翻看同學學習記錄簿，查找其他同學的學習過程、體會和反思，借鑒別人的學習經驗，找到解決問題的出路。同時將自己在學習過程中的體會、反思記錄在個人學習記錄簿上，方便以后對知識的復習和梳理。在線交流不是一個封閉的結構，隨時可以和外界交流聯系。

汽車發動機的性能參數指標主要包括動力性能指標和經濟性能指標，學生在學習時可以自己設置參數，如根據壓力情況設置溫度，總結一定壓力下的溫度范圍，觀察參數在正常和非正常情況下各性能的變化，為以后發動機的配置奠定基礎。常見問題則是學習發動機系統時設置的一些任務驅動，由工具給出、教師添加和學生添加三部分組成，教師教學、學生學習時可以在常見問題的引導下自主選擇，同時，問題的設置可引起學生學習興趣，促使學生更好地學習。

● 應用效果分析

汽車發動機系統仿真工具不僅是為教師設計的教學工具，更多是考慮學生的學習需求，在滿足學生個性化需求的基礎上，為學生提供自主學習的探究工具。

我們選了兩個班進行對照教學，實驗班運用汽車發動機系統仿真工具進行教學，普通班級由同一教師沿用以前的教學方法，針對汽車發動機系統仿真工具的運用和常規教學效果進行對比，同時就學習興趣、專業能力培養以及質量和安全意識對兩班學生進行問卷調查，設計15道選擇題，有效回收率100%。

通過調查可知，汽車發動機系統仿真工具的使用方便了學生的學習，提高了學習效率，使學生維持較高的學習興趣。首先，發動機仿真系統的使用減少了學生體力的消耗，使學習變得簡單易操作，無形中激發了學生的學習興趣。其次，提升了學生解決問題的能力和專業學習的能力，使學生能夠對常見問題進行分析和解決，具備下一階段學習的專業知識和基礎。最后，通過對冷卻系統工作過程的評價與反饋，學生初步建立了質量、安全、環保的意識，理解了現實安裝及維修原理。

● 結語

教學軟件能否有效幫助教師的教及學生的學，關鍵在于其呈現形式、使用方式及動機，同時也與其自身的操作難易程度、知識內容的合理性及精確度等有關。如果教學軟件能夠提升學習興趣、激發創造思維、提供便捷資源，其必將成為課堂教學、學生自學的得力助手。