互動視頻用于《汽車機械基礎》課程中的理論探究

摘 要：高職院校《汽車機械基礎》課程教學內容理論性強、知識抽象，同時存在實訓資源匱乏和學生參與度不高等問題。為此，以建構主義、認知負荷與情境學習理論為理論依據，討論互動視頻在該課程中的效能及匹配機制，并在此基礎上構建“非線性敘事-職業決策-虛實協同”的三位一體化教學模型。發現互動視頻的多分支劇情、動態可視化及虛擬試錯機制能夠把抽象的理論知識轉化成虛擬場景下的實踐操作過程，進而大幅降低了學生的認知負荷。后又從“知識錨點優先、科學反饋分層、職業情境融入”三方面展開論述了該課程中互動視頻的設計原則，為實現高職機械類課程由知識傳遞到能力生成轉變提供了理論依據。

關鍵詞：高職教育 《汽車機械基礎》 互動視頻

《汽車機械基礎》是高職院校培養學生機械技能的關鍵課程，在智能制造背景下變得更為重要。課程要求學生具備一定的三維空間想象能力和數學基礎，但高職學生普遍缺乏相關能力，同時實驗設備不足也影響了學生對知識的理解，而傳統教學方法很難提高學生學習興趣，進而影響了工程思維和創新意識的培養，以及學生對知識的實際應用[1]。

為解決上述問題，研究提出將互動視頻引入《汽車機械基礎》課程教學實踐當中。互動視頻是整合了非線性敘事、多分支決策和沉浸式的教育技術，在教學視頻中可以設計出具有啟發性的試錯環節，并基于此提供虛擬的職業場景供學生使用，從而降低學生的認知負荷、提高學生的學習興趣。

目前互動視頻這一技術的應用已在醫療、新聞、計算機、語言等多個學科領域開展了相關研究，但在《汽車機械基礎》及相關領域的研究較少。因此，文章基于《汽車機械基礎》課程構建“非線性敘事-職業決策-虛實協同”理論模型，對互動視頻在知識內化、技能遷移和職業素養培育方面發揮作用的機理展開系統闡述，從而為相關課程在高職教育的數字化轉型過程中提供新的視角。

1 互動視頻的教學效能機制分析

互動視頻的教學效能在多種教育學理論的基礎上形成，即基于非線性的故事敘述和人機交互機制可重塑學習者的認知路徑，從而提高課程教學效果。

1.1 互動視頻的概念與特征

互動視頻是一種在傳統視頻基礎上結合交互技術的一種媒體形式，它允許觀眾通過主動選擇（如點擊、滑動、選項決策等）影響視頻的劇情走向、角色行為或敘事節奏。在互動視頻中，觀眾不再只是單方面接受視頻信息，而是通過交互行為成為故事的“共同創作者”。而互動視頻本身也具有多分支劇情、多結局或動態調整等豐富內容，其核心在于打破傳統視頻的線性觀看模式，并賦予觀眾參與感和控制權，具有互動性、沉浸式等優點，常見于影視、游戲、教育、廣告等領域[2]。

1.2 互動視頻的教育理論支撐分析

首先，以建構主義理論為基礎的、具有多個分支和試錯反饋機制的互動視頻具有較高的教學效能。建構主義是一種關于知識本質和學習過程的理論。其核心觀點認為：知識不是被動接收的，而是學習者通過與環境、經驗和社會互動的主動建構過程形成的，并且強調學習者的主體性、經驗的動態性以及社會文化背景對認知發展的影響[3]。而互動視頻的特征正符合建構主義的核心觀點。例如在互動視頻中創建虛擬齒輪傳動分析場景，學生自由選擇傳動比參數，選錯參數可能會觸發齒輪斷裂動畫，促使學生探究原因并做出正確判斷。這種“選擇-結果-反思”的循環符合建構主義體驗式學習法。

其次，認知負荷理論為互動視頻中的內容設置提供了一定參考。該理論強調人類工作記憶容量的有限性對學習效率的影響，當人的工作記憶在同一時間內需要處理的信息超出某一閾值時，學習效果就會顯著下降。因此，在教學設計階段可通過分塊呈現信息、減少冗余、激活先驗知識來降低外在和內在負荷，同時引導學習者通過變式練習、自我解釋等方法增加相關認知負荷，促進長期記憶中的知識整合[4]。以“鉸鏈四桿機構運動分析”內容為例，可按“自由度計算→運動軌跡模擬→動力學參數推導”的過程進行拆分播放，從而減少短期認知負荷，提高知識內化效率。

最后，情境學習理論進一步提升了互動視頻的職業場景適用度，該理論認為應該把知識融入真實的工作環境中去[5]。而互動視頻可以運用虛擬角色的敘事方式和任務驅動的教學方法，將學習和將來會面臨的工作情境聯系在一起，使學生在任務引導下完成知識的學習。

互動視頻教學效能得益于其非線性交互和教育理論的契合。它以建構主義為核心，通過分支選擇和反饋，形成“實踐-反思”循環，主動構建知識；利用認知負荷理論優化信息處理，通過模塊化、可視化和參數交互降低復雜概念的認知難度；基于情境學習理論創建虛擬職業場景，將抽象知識轉化為實踐技能。這種技術與教育原理的融合，重塑了認知范式，激活了高階思維，推動教育從單向傳遞向交互共創轉變。

2 互動視頻與《汽車機械基礎》課程適配性分析

該課程在傳統的教學模式中有三方面的困難：一是抽象知識和空間認知障礙顯著；二是實訓資源與理論驗證脫節；三是學習動機與工程思維培養不足。

針對以上問題，互動視頻采用動態可視化技術、非線性敘事和職業情境敘事等方法，實現個性化適配。動態可視化技術可以打破抽象知識壁壘，例如學生在“齒輪傳動比計算”視頻中選擇相關參數，然后觀察后續視頻中齒輪轉動狀況和傳動比的變化曲線，從而理解公式的物理意義。非線性敘事提供了虛擬試錯機制，增加了以往實驗所不具備的反復試錯、及時反饋等功能，如“軸系結構設計”環節，假如學生沒有考慮到聯軸器錯誤裝配會導致軸系不對稱的后果，則可以通過多次調試、動態模擬得到正確結果。職業情境敘事可以強化工程思維，比如學生扮演虛擬機械工程師，在產品設計中權衡效率、成本與可靠性，錯誤選擇會導致設備卡死、資金不足、產能較低等動畫產生，從而讓學生進入沉浸式學習狀態。

可見，互動視頻可以從“知識-能力-情感”三個維度與《汽車機械基礎》課程進行適配。知識維度以動態分步演示和參數反饋等形式降低認知負荷；能力維度以虛擬操作代替真機操作提升學生實踐能力；情感維度則利用不同結局（如“卓越工程師”稱號或“設計失敗”結果）使得學生學習更有代入感。

3 互動視頻的理論模型構建

為了更好地將互動視頻應用到課程教學中，研究構建了“非線性敘事-職業決策-虛實協同”三位一體的理論模型，三者的有機耦合可重構該課程的學習路徑。

非線性敘事是模型的主要框架，用開放性的問題情境取代封閉式的問題陳述。例如在“齒輪傳動系統設計”模塊中，學生可選擇優化傳動比或調整齒輪模數兩種決策路徑，進而得到不同過程和結局。這種多路徑教學模擬了機械問題的多解性，并以游戲化形式激發學生探知欲，進而讓學生在不斷地試錯過程中，加深對機械原理的理解。

職業決策是能力培養的關鍵。互動視頻通過三個層級的任務——技術決策（參數的選擇）、倫理決策（材料環保性）和經濟決策（生產成本）模擬真實工作場景。例如，在“軸系結構優化”視頻中，學生需權衡成本與性能，在預算內選擇材料、確定結構。這種設計可提高學生解決多約束問題的能力，并提升工程倫理意識與職業素養。

虛實協同是學習閉環的保障機制，即線上的虛擬試錯和線下的實物驗證兩者的映射。以“齒輪裝配”為例，學生在虛擬場景中因忽略公差配合導致齒輪裝配失敗后，需要線下測出齒輪公差并對虛擬組裝的過程再次驗證，這不僅解決了理論與實操脫節的問題，還通過“虛擬試錯-知識修正-實物驗證”的循環，促進學生從被動學習到主動構建能力的轉變。

該模型的效能體現在三個方面：知識內化機制通過試錯反饋循環（選擇→結果→反思→重構）驅動深層理解；能力生成機制依托分層任務（基礎參數選擇→高級系統優化）實現技能螺旋上升；情感驅動機制借助職業角色扮演與成就系統（如“創新積分”評級）增強學習沉浸感。

4 互動視頻的設計原則與應用挑戰

高職《汽車機械基礎》課程利用互動視頻進行教學的過程中應有科學的設計原則來進行保障，并且其本身開發與應用也面臨著一些挑戰。

4.1 設計原則

設計原則應以課程目標為導向，同時要平衡學科邏輯與學生體驗。具體原則如下。

4.1.1 知識錨點導向原則

這一原則強調要以核心知識點為敘事主線，確保互動分支與教學目標一致。以“鉸鏈四桿機構類型判斷”為例，“桿長條件”的判斷和“機架的選擇”應作為關鍵節點，錯誤的判斷和選擇會觸發類型判斷錯誤的動畫。

4.1.2 科學分層反饋原則

該原則強調反饋機制不僅是簡單的對錯判斷，而是通過參數分析與邏輯推導提高學習效果。例如，學生在齒輪模數的選擇過程中出錯，除了展示齒輪損壞的結果外，還需要展示公式推導過程，這樣才能幫助學生建立起參數選擇和力學性能之間關聯。

4.1.3 虛實協同閉環原則

即要求虛擬場景與現實實驗相對應，確保線上任務與教材知識點匹配，線下實操能復現虛擬任務以驗證理論。

4.1.4 職業倫理嵌入原則

高職教育強調知識與技能的應用，因此脫離不了職業規范。通過分支劇情嵌入安全規范及責任要求，從而潛移默化地培養學生的職業素養。

4.2 應用挑戰

以上原則可以提供互動視頻的基本設計思路，但實踐時仍需克服一些問題。首先需解決敘事邏輯與學科嚴肅性的矛盾，過分考慮游戲性和趣味性可能會出現技術失真的問題，需建立“學科專家+教育技術團隊”的審核機制；其次要控制認知負荷，互動分支應由少至多，避免信息過載；最后，需開發新的評價體系，并使評價標準與職業技能等級對接，促進產教融合。

5 互動視頻未來發展方向

互動視頻的應用要通過技術升級、理論提升及產業結合多方位立體推進。在技術層面，智能化與沉浸式體驗的融合將成為關鍵。基于AI算法的動態敘事生成技術能夠結合學生具體學習行為數據生成合適的學習資源，從而實現學生的個性化學習[6]；理論層面需打破單一學科限制，建立多元化驗證和評價機制。認知神經學科可與互動視頻的設計相結合，例如通過對比學生在不同故障排查路徑中的前額葉皮層活躍度，驗證多分支決策對工程思維的激活效能，進而優化節點密度以匹配學生注意力分配規律。同時還要更新評價體系，創建一套基于過程性數據的評價工具，比如通過交互日志形成“決策樹圖譜”，結合修正頻次與路徑邏輯計算“系統性思維指數”，使能力評價對接產業需求；應用拓展層面，產教融合是互動視頻在職業教育中大規模應用的支撐。深化校企合作，確保教學內容與行業技術同步。依托政策和資源整合，推動互動視頻資源納入國家專業教學資源庫，并提升教師自主開發能力，形成“技術-理論-產業”循環驅動的教育生態。

6 結論

互動視頻以其非線性敘事結構和沉浸式交互體驗，有效重構了知識傳遞路徑，能夠將抽象機械原理轉化為具象認知場景。學生在多分支決策中既能通過虛擬試錯機制降低認知負荷，又能通過參數化反饋深化對復雜工作原理的理解，從而在反復實踐中形成工程思維與職業判斷力。研究構建的“非線性敘事-職業決策-虛實協同”理論模型，通過模擬真實職業場景中的技術倫理決策鏈，不僅強化了知識遷移能力，更培養了學生的工程倫理意識與職業素養。未來需進一步推動智能化技術與教學場景的深度融合，構建產教聯動的資源生態，使互動視頻從教學工具革新轉向職業教育范式的系統性升級，為培養復合型技術人才提供新的路徑。

參考文獻：

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[6]趙家興，宋軒.生成式AI賦能新聞傳播：研究現狀、實踐范式與未來挑戰[J].北方傳媒研究，2025（02）：3-7.