中職學(xué)校新能源汽車專業(yè)實(shí)訓(xùn)虛實(shí)結(jié)合教學(xué)模式的探究

摘 要：本文基于新能源汽車專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)過(guò)程中存在高壓電路產(chǎn)生的高難度、高風(fēng)險(xiǎn)等難題，同時(shí)為有效克服儀器設(shè)備、場(chǎng)地和社會(huì)等因素制約的問(wèn)題，提出將虛擬仿真技術(shù)引入新能源汽車專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)，通過(guò)科學(xué)應(yīng)用設(shè)計(jì)、多元化考核、豐富教學(xué)資源等途徑提高學(xué)生的動(dòng)手操作能力、專業(yè)實(shí)踐能力與人機(jī)協(xié)調(diào)能力，滿足企業(yè)、行業(yè)對(duì)人才的需求。

關(guān)鍵詞：中職 新能源汽車專業(yè) 虛實(shí)結(jié)合 教學(xué)模式

新能源汽車作為我國(guó)未來(lái)重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域，已將新能源汽車發(fā)展視為從汽車大國(guó)到汽車強(qiáng)國(guó)的必由之路。這種不僅融合了新能源、新材料等前沿科技，更深度交叉結(jié)合了互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等變革性技術(shù)的新型汽車，對(duì)維修人才在知識(shí)和技能等方面也提出了更高的要求。在中職新能源汽車專業(yè)的教學(xué)中，面對(duì)技術(shù)更新迅速、實(shí)訓(xùn)設(shè)備昂貴以及學(xué)生學(xué)習(xí)需求多樣化等挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)單一的實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式已難以滿足現(xiàn)狀。因此，探討虛實(shí)結(jié)合的教學(xué)模式顯得尤為重要。該模式旨在融合虛擬仿真技術(shù)與實(shí)際操作，既保留實(shí)訓(xùn)教學(xué)的核心優(yōu)勢(shì)，又融入虛擬現(xiàn)實(shí)的技術(shù)創(chuàng)新，以期提升教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的綜合職業(yè)素養(yǎng)。

1 虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用介紹

虛擬仿真又稱虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)或模擬技術(shù)，就是用一個(gè)虛擬的系統(tǒng)模仿另一個(gè)真實(shí)系統(tǒng)的技術(shù)。涉及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)交互技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能等。 它可以逼真地模擬現(xiàn)實(shí)世界的事物和環(huán)境，人投入這種環(huán)境中，立即有“親臨其境”的感覺(jué)。

虛擬仿真教學(xué)通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件模擬實(shí)際工作環(huán)境和操作流程，為學(xué)生提供互動(dòng)性強(qiáng)、安全性高的低風(fēng)險(xiǎn)學(xué)習(xí)環(huán)境。例如，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）模擬電動(dòng)汽車的電池管理系統(tǒng)，可以幫助學(xué)生直觀地理解和掌握相關(guān)知識(shí)。 實(shí)際操作訓(xùn)練中在虛擬仿真的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際操作訓(xùn)練，進(jìn)一步提升學(xué)生的動(dòng)手能力和實(shí)際工作技能。通過(guò)校內(nèi)外的實(shí)訓(xùn)基地共建，安排學(xué)生進(jìn)行實(shí)際操作，增強(qiáng)其對(duì)虛擬仿真知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用能力。

將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于新能源汽車專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)當(dāng)中，積極探索 “游戲+科學(xué)”的實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式，結(jié)合開(kāi)展混合式教學(xué)，能有效解決新能源汽車專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)因存在高壓電路產(chǎn)生的“高難度、高風(fēng)險(xiǎn)不可及、不可達(dá)、不可逆、不可復(fù)現(xiàn)”的難題，實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)“看得見(jiàn)、進(jìn)得去、能操作、可再現(xiàn)”的目標(biāo)，同時(shí)有效克服儀器設(shè)備、場(chǎng)地和社會(huì)等因素制約，可為學(xué)生創(chuàng)造輕松舒適且有趣味性的學(xué)習(xí)氛圍，有利于提高學(xué)習(xí)興趣，增加學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，同時(shí)推動(dòng)學(xué)生由被動(dòng)學(xué)習(xí)向主動(dòng)學(xué)習(xí)的模式轉(zhuǎn)變，有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)的不足。是改革傳統(tǒng)教學(xué)育人手段，推進(jìn)人才培養(yǎng)模式的迫切需要。

2 新能源汽車實(shí)訓(xùn)教學(xué)現(xiàn)狀

在傳統(tǒng)的新能源汽車維護(hù)技術(shù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，單純地使用新能源汽車檢修相關(guān)設(shè)備完成教學(xué)過(guò)程，由于場(chǎng)地、資金、設(shè)備、安全、時(shí)間等因素影響，大量實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)難以有效實(shí)施，主要存在以下幾方面弊端。

2.1 教學(xué)內(nèi)容抽象，學(xué)生缺少思考能力

新能源汽車動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)構(gòu)造與維修課程是一門比較復(fù)雜的課程，結(jié)合了數(shù)字電子、電機(jī)、電控以及汽車基本檢修等內(nèi)容，本身就具有抽象性。加上中職學(xué)生的文化基礎(chǔ)薄弱，在教學(xué)中如果采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式，即通過(guò)“教師講授——教師示范——學(xué)生練習(xí)”的形式開(kāi)展實(shí)訓(xùn)教學(xué)，學(xué)生對(duì)抽象的理論知識(shí)和工作原理還沒(méi)有理解和吸收就機(jī)械地完成操作練習(xí)，這樣會(huì)造成學(xué)生缺少思考能力。

2.2 實(shí)訓(xùn)工位不足，影響學(xué)生實(shí)訓(xùn)效果

由于新能源汽車實(shí)訓(xùn)設(shè)備價(jià)格偏貴，受到學(xué)校資金的影響，會(huì)出現(xiàn)實(shí)訓(xùn)工位嚴(yán)重不足的現(xiàn)象，因此大多數(shù)院校在平時(shí)實(shí)訓(xùn)中會(huì)采取分組練習(xí)。這就導(dǎo)致有些學(xué)生在分組操作時(shí)只是在旁邊觀看自己的組員操作，自己無(wú)法動(dòng)手，無(wú)法保障每個(gè)學(xué)生都得到訓(xùn)練，從而影響教學(xué)效果和學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。但如果采取單人操作實(shí)訓(xùn)，這不僅浪費(fèi)了學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)間，也削弱了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，增加了教師的工作壓力。

2.3 高壓電危險(xiǎn)系數(shù)高，教師實(shí)訓(xùn)教學(xué)工作壓力大

新能源汽車電機(jī)、電池、轉(zhuǎn)化器等高壓裝置的檢修是在實(shí)訓(xùn)過(guò)程中非常重要的教學(xué)內(nèi)容。但班級(jí)學(xué)生多，實(shí)訓(xùn)設(shè)備少，實(shí)訓(xùn)管理監(jiān)督不到位，有的學(xué)生在面對(duì)新能源汽車高壓安全問(wèn)題時(shí)過(guò)于緊張，在實(shí)踐環(huán)節(jié)表現(xiàn)不佳。也有些學(xué)生對(duì)于新能源汽車上的“電”知識(shí)認(rèn)知不足，新能源汽車上的高壓電未能引起足夠重視，導(dǎo)致在學(xué)習(xí)過(guò)程中安全意識(shí)淡薄，有時(shí)候會(huì)有觸電的危險(xiǎn)，無(wú)法滿足實(shí)訓(xùn)要求。

2.4 實(shí)訓(xùn)設(shè)備損耗大、老舊

在實(shí)訓(xùn)中，有些設(shè)備一個(gè)學(xué)期的使用頻率高達(dá)上百次，比如老師的上課示范，學(xué)生的實(shí)訓(xùn)等，由于每個(gè)學(xué)生的實(shí)訓(xùn)掌握程度不一樣，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)操作失誤情況，造成實(shí)訓(xùn)設(shè)備不可逆的損害，加上設(shè)備比較昂貴，維修成本較高，維修起來(lái)需要費(fèi)時(shí)費(fèi)力。另外，新能源汽車技術(shù)發(fā)展較快，校內(nèi)的實(shí)訓(xùn)設(shè)備跟不上更新的步伐，無(wú)法及時(shí)匹配新的技術(shù)，造成學(xué)生掌握的知識(shí)和技能與企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)需求存在差距，難以勝任相關(guān)崗位。

3 虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于新能源汽車專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)

針對(duì)新能源汽車故障診斷與排除課程實(shí)訓(xùn)過(guò)程中的問(wèn)題，將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于實(shí)訓(xùn)中，營(yíng)造人機(jī)交互式“自主學(xué)習(xí)”的環(huán)境，以“教”為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐浴皩W(xué)”為主，同時(shí)在學(xué)習(xí)方式上有目的地實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的“以教促學(xué)”，向?qū)W習(xí)者通過(guò)自身與信息和環(huán)境的相互交流來(lái)獲取知識(shí)、技能的轉(zhuǎn)變，讓學(xué)生自身了解基本的理念知識(shí)和掌握基礎(chǔ)技術(shù)要領(lǐng)，讓老師從傳統(tǒng)繁重的教學(xué)過(guò)程中得以釋放，學(xué)生進(jìn)而通過(guò)信息化方式養(yǎng)成發(fā)現(xiàn)式、自主式的學(xué)習(xí)風(fēng)格和習(xí)慣，培養(yǎng)提高其高層次的邏輯思維分析、解決問(wèn)題的能力。

3.1 成本低，安全系數(shù)高

利用虛擬仿真技術(shù)實(shí)訓(xùn)，只需要每個(gè)學(xué)生配一臺(tái)計(jì)算機(jī)就行，而且全校不同的專業(yè)都可以共用虛擬仿真系統(tǒng)配置，減少學(xué)校的教學(xué)資金支出，降低了實(shí)訓(xùn)設(shè)備和耗材的成本，并保證了實(shí)訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量。對(duì)于高壓危險(xiǎn)的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，我們就借助仿真系統(tǒng)，在虛擬環(huán)境中模擬操作，實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)“看得見(jiàn)、進(jìn)得去、能操作、可再現(xiàn)”的目標(biāo)。

3.2 開(kāi)展“游戲+科學(xué)”的教學(xué)模式，學(xué)生學(xué)習(xí)更靈活、有趣

虛擬仿真系統(tǒng)配置LED顯示大屏，計(jì)算機(jī)，以及操作手柄，VR眼鏡等。我們迎合學(xué)生喜歡玩游戲的心理，利用虛擬系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)訓(xùn)操作，學(xué)生戴上VR頭盔，握上手柄，進(jìn)入實(shí)訓(xùn)軟件界面，可以直觀地展示解決教學(xué)中部分知識(shí)點(diǎn)的抽象、隱晦等難題，再結(jié)合云課堂，開(kāi)展混合式教學(xué)，學(xué)生課前預(yù)習(xí)，課后復(fù)習(xí)不受時(shí)間空間的限制，課中可以反復(fù)虛擬模擬練習(xí)，既提高學(xué)生興趣，增強(qiáng)理解，又培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的意識(shí)和創(chuàng)新能力。

3.3 新技術(shù)、新項(xiàng)目融入更加便捷，緊跟技術(shù)發(fā)展步伐

學(xué)校通過(guò)安排教師進(jìn)行企業(yè)調(diào)研，組織教師根據(jù)現(xiàn)在新能源汽車維修市場(chǎng)中常見(jiàn)的故障進(jìn)行資源整合，形成可操作的符合企業(yè)用工需求和現(xiàn)階段學(xué)生技術(shù)水平的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，根據(jù)出現(xiàn)的故障現(xiàn)象進(jìn)行分析后模擬進(jìn)行維修。學(xué)生在實(shí)訓(xùn)中既可以緊跟企業(yè)需求，又能反復(fù)練習(xí)不損壞零件。

3.4 考核方式多樣化

虛擬系統(tǒng)可以統(tǒng)計(jì)學(xué)生在練習(xí)以及考核過(guò)程中的情況，及時(shí)跟蹤學(xué)生的進(jìn)度和表現(xiàn)。比如考核正確率以及容易出錯(cuò)的地方，這樣可以更有針對(duì)性地指導(dǎo)，更加能夠反映學(xué)生的真實(shí)水平，進(jìn)一步提升學(xué)校的信息化管理，提高教師教學(xué)管理水平。

4 應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)設(shè)計(jì)

以“新能源汽車動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)構(gòu)造與維修”課程為例。

4.1 課程設(shè)計(jì)與實(shí)施

4.1.1 課程目標(biāo)

培養(yǎng)學(xué)生對(duì)新能源汽車動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)構(gòu)造與維修的基本知識(shí)和操作技能，提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

4.1.2 基本理念

采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法，以實(shí)際案例為基礎(chǔ)，通過(guò)虛擬仿真與實(shí)際操作相結(jié)合的形式，讓學(xué)生在真實(shí)情境中學(xué)習(xí)和實(shí)踐。

4.1.3 教學(xué)內(nèi)容

理論教學(xué)：涵蓋新能源汽車基礎(chǔ)知識(shí)、動(dòng)力電池系統(tǒng)的工作原理及結(jié)構(gòu)、常見(jiàn)故障及其處理措施等。虛擬仿真訓(xùn)練：利用仿真軟件進(jìn)行動(dòng)力電池系統(tǒng)的檢測(cè)與維修訓(xùn)練，包括電池模塊的拆裝、故障診斷與排除等。

4.1.4 實(shí)際操作訓(xùn)練

在校內(nèi)實(shí)訓(xùn)室或企業(yè)實(shí)地進(jìn)行操作訓(xùn)練，完成電池系統(tǒng)的實(shí)際檢測(cè)、維護(hù)和維修。

4.1.5 教學(xué)方法

任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法：設(shè)置具體的學(xué)習(xí)任務(wù)，如電池模塊拆裝、故障排查等，引導(dǎo)學(xué)生逐步完成學(xué)習(xí)目標(biāo)。項(xiàng)目教學(xué)法：結(jié)合實(shí)際案例，設(shè)計(jì)綜合性項(xiàng)目，要求學(xué)生在團(tuán)隊(duì)中合作完成，例如設(shè)計(jì)一個(gè)電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)的改進(jìn)方案。翻轉(zhuǎn)課堂：課前布置學(xué)生觀看在線教程或閱讀相關(guān)資料，課堂上進(jìn)行討論和實(shí)操練習(xí)，課后進(jìn)行總結(jié)和反饋。

4.2 典型任務(wù)分析

面對(duì)新能源汽車“三高三難”的問(wèn)題，對(duì)“新能源汽車動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)構(gòu)造與維修”課程進(jìn)行重新優(yōu)化設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)虛擬仿真教學(xué)資源，以市場(chǎng)常見(jiàn)典型任務(wù)為項(xiàng)目單元，將新能源汽車系統(tǒng)故障中不易理解的復(fù)雜構(gòu)造與機(jī)理，用高清仿真等形式呈現(xiàn)。將維修過(guò)程設(shè)計(jì)進(jìn)虛擬仿真系統(tǒng)，學(xué)生可以進(jìn)入系統(tǒng)反復(fù)練習(xí)。

將課程的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)設(shè)計(jì)為三個(gè)典型任務(wù)：動(dòng)力驅(qū)動(dòng)及電機(jī)故障檢修、動(dòng)力電池及充電系統(tǒng)故障檢修、制動(dòng)及數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)故障檢修。每個(gè)任務(wù)分為幾個(gè)小模塊，對(duì)新能源汽車的整車、電機(jī)、電池系統(tǒng)等創(chuàng)建虛擬的新能源汽車相關(guān)配件，通過(guò)三維制作軟件創(chuàng)建維修車間、維修工具、檢修工具等實(shí)操環(huán)境，根據(jù)課程內(nèi)容查找維修手冊(cè)及電路圖，以交互方式實(shí)現(xiàn)新能源汽車常見(jiàn)故障的拆裝、檢測(cè)與維修。例如任務(wù)一分為兩個(gè)項(xiàng)目，“動(dòng)力系統(tǒng)故障診斷與維修”模塊搭建的場(chǎng)景高壓絕緣故障診斷，以3D動(dòng)畫形式展現(xiàn)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的組成與工作原理。

4.3 虛擬仿真訓(xùn)練

一方面，構(gòu)建新能源汽車系統(tǒng)虛擬模型。利用三維建模技術(shù)，可高度仿真模擬新能源汽車整車及其電源系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、節(jié)能管理系統(tǒng)等，搭建系統(tǒng)的虛擬樣機(jī)。模型包含電/機(jī)械特性參數(shù)，可以進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。另一方面，開(kāi)展虛擬訓(xùn)練。在虛擬樣機(jī)上，學(xué)生可以進(jìn)行新能源汽車的組裝調(diào)試、編程優(yōu)化、故障診斷、性能測(cè)試等操作，培養(yǎng)系統(tǒng)調(diào)試和維修保養(yǎng)能力。

4.4 虛擬現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)

虛擬現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)可以重現(xiàn)實(shí)際工作環(huán)境，包括新能源汽車內(nèi)部各部件的結(jié)構(gòu)、運(yùn)行狀態(tài)等。學(xué)生可以佩戴VR設(shè)備進(jìn)入虛擬的車內(nèi)空間，并操作、維修各部件，從而理解新能源汽車構(gòu)成和運(yùn)作原理。比如，在虛擬現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)中，可以仿真新能源汽車在電機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中的各種變化，使學(xué)生理解其工作原理。

在虛擬現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)中，還可以使用虛擬仿真技術(shù)模擬各種常見(jiàn)故障場(chǎng)景，如電機(jī)發(fā)生故障時(shí)的運(yùn)行異常現(xiàn)象、電池異常時(shí)的報(bào)警信息等。學(xué)生可以在虛擬環(huán)境中對(duì)故障進(jìn)行診斷和排除，并多次重復(fù)練習(xí)，提升操作熟練度，進(jìn)而提高實(shí)際操作能力。與動(dòng)手實(shí)踐相比，虛擬仿真環(huán)境更加安全可控，能夠有效培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐技能和靈活應(yīng)變能力。

5 結(jié)語(yǔ)

中職新能源汽車專業(yè)虛實(shí)結(jié)合教學(xué)模式的實(shí)施，不僅可以有效解決教學(xué)資源不足和實(shí)踐操作風(fēng)險(xiǎn)高的問(wèn)題，還能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高其實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。通過(guò)合理的課程設(shè)計(jì)和科學(xué)的教學(xué)方法，這一模式將對(duì)培養(yǎng)高素質(zhì)、高技能的新能源汽車專業(yè)人才起到積極作用。未來(lái)，隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和教育信息化的進(jìn)一步發(fā)展，該教學(xué)模式將在更大范圍內(nèi)得到推廣應(yīng)用。

基金項(xiàng)目：本文系廣西教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2023年度專項(xiàng)課題《虛擬仿真在中職學(xué)校新能源汽車專業(yè)實(shí)訓(xùn)的應(yīng)用研究——以廣西欽州農(nóng)業(yè)學(xué)校為例》（課題編號(hào)：2023ZJY703）的研究成果。

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