基于虚拟现实技术《船舶管理》课程自主学习项目设计

2015-02-19白继平

浙江交通职业技术学院学报 2015年1期

关键词：项目设计虚拟现实技术自主学习

白继平

(浙江交通职业技术学院　海运学院，杭州　311112)

基于虚拟现实技术《船舶管理》课程自主学习项目设计

白继平

(浙江交通职业技术学院海运学院，杭州311112)

摘要:利用虚拟现实技术虚拟船舶机舱场景，可以在机械设备上设置交换功能或者故障点，将《船舶管理》课程内容分解成对应的学习任务，这些学习任务适合学生自主学习且便于在虚拟场景中完成。学生在虚拟的环境中可以完成机舱值班、机械操作和应变部署等任务。基于虚拟现实技术的自主学习项目可以有效地调动学生自主学习兴趣，培养学生的自主学习能力，更好的适应职业发展和社会需求。

关键词:虚拟现实技术；船舶管理；自主学习；项目设计

0引言

虚拟现实是指用计算机生成的一种特殊环境，人可以通过使用各种特殊装置将自己“投射”到这个环境中，并操作、控制环境，实现特殊的目的。虚拟现实技术(VRT)是用计算机生成逼真的三维视、听、嗅觉等感觉，使人作为参与者通过适当装置，自然地对虚拟世界进行体验和交互作用，该技术涉及计算机图形学、人机交互技术、传感技术、人工智能等领域[1]。

利用虚拟现实技术对现代化船舶机舱场景进行虚拟，学生可以在这个场景中漫游，熟悉机舱内各种机电设备、管路系统和控制系统的分布情况，可以对主推进动力装置、船舶辅助机械和配电系统进行虚拟操作，对机舱出现的应急突发事件进行应变部署演练，以增强学生感性认识，调动学生课堂学习兴趣[2-4]。利用VRML语言，可以将虚拟现实技术开发的教学项目发布到网络上，便于学生利用手机终端进行自主学习，培养学生自主学习能力。

采用VRT开发的自主学习项目，可以基于机舱实景，将轮机工程技术专业核心课程的教学项目预制于该环境中，学生在虚拟机舱中自主探索、完成工作任务、积累经验，这样可以有效调动学生课堂学习的积极性，提高教学效率，节约办学成本，延长实训设备无故障使用寿命[5-8]。

1课程特点

航海类专业课程开发受到国际海事组织相关公约的限制，课程要兼顾中华人民共和国海船船员适任考试课程大纲的要求[9]。

轮机工程技术专业《船舶管理》课程主要内容如图1所示，主要涉及国际公约、国内法规、人员管理、机电设备操作与管理、应变部署、修船管理和机舱资源管理。课程内容相对独立，知识点连贯性较差，动手操作性偏弱。传统授课以讲授为主，课程的考核主要采用无纸化上机考试形式，题型主要以单选题为主。在校期间，学生主要以理论知识学习为主；与技能训练分段或分离的教学模式，前期学习大量的理论课程，后期或直到毕业之前才有机会接触实践或参加校外实习。

图1　课程内容组成

船舶机舱实际生产作业中，与《船舶管理》课程相关的工作任务如图2所示。为了增强课程内容的针对性和可操作性，需要对课程教学内容与船舶机舱生产实际工作进行有机组合，优化课程教学项目，培养学生机舱资源管理能力、值班能力、修船管理能力、船舶防污染能力、船舶安全营运管理能力和综合应变反应能力。同时，兼顾学生情感意识的培养，培养学生团队合作意识、坚定的服从意识和良好的职业道德品质。

图2　机舱工作任务分解

2课程自主学习项目开发

课程自主学习项目的开发应该以学生为中心，培养学生能够实现自我规划、自我管理、自我调节、自我检测、自我反馈和自我评价[10-11]。

2.1自主学习项目设计

轮机工程技术专业学生生源主要是普通高中毕业生，通过前期的问卷调查发现，学生在自主学习方面存在一些问题，如学习动机与学习目标模糊，缺少科学的学习方法，缺乏学习的自主管理能力等。《船舶管理》课程自主学习项目设计时，兼顾项目的学习目标、重点，监控学生的学习过程，评价学生的学习效果。

(1)确立学习目标

项目的学习目标包括能力目标、知识目标和情意目标三部分组成。能力目标明确了通过项目训练，学生可以掌握的技能，知识目标明确了通过项目学习能够掌握的知识点，情意目标明确了学生应该具备的道德品质。

(2)建立学习重点

《船舶管理》课程是专业核心课程之一，也是船员适任考试课程之一。课程学习重点主要集中在知识点学习，所以学习项目主要设计了相关知识、知识链接和拓展提高三个环节。相关知识主要为任务实施做理论铺垫，知识链接主要为了满足学生考证需求，对“相关知识”进行补充，拓展提高主要介绍课程领域新动态、新技术和新知识及难度较大的内容。

(3)监控学习过程

考虑到高职学生的学习意愿具有很强的被动性，自主学习项目设置了四个环节对学生整个自主学习过程进行指导和监控，即任务介绍、任务解析、任务实施和任务小结。其中任务介绍主要描述工作任务的环境和工作任务的目的；任务解析主要介绍完成任务的思路、技能点和知识点,引领学生对工作任务进行分析，有针对性地提出解决问题的方法和技巧，并根据任务分析理清解决问题的思路；任务实施介绍任务完成的具体步骤，体现“做中学”的理念；任务小结介绍任务中重要思想、方法、知识点等。

(4)评估学习效果

技能是学生自己练会的，自主学习项目只是给出了一个引导，领学生入门，更多的时间和内容是学生自己完成的。通过课后自测或相关训练，评估学生自主学习的效果。评估的形式包括学生互评和老师点评。

2.2虚拟项目功能开发

为了打造学生喜欢的课堂，课程教学团队一直在努力探索理实一体化教学模式，将课堂搬到实训室，并且取得了良好的效果。但是，教学实施过程中，仍然存在三个问题：

一是实训室设备陈旧，部分设备零部件缺失现象严重，设备更新受到多方面因素制约，与行业发展脱节；

二是实训室场地狭小，现场授课时，存在安全隐患；

三是为了保证课堂教学效果，任课教师配备数量增加，重复劳动，增加教学成本。

基于虚拟现实技术可以构建虚拟场景，给学生创造实船机舱场景，交互性强，对于缺乏实船工作经历的学生非常直观，利于学生自主学习能力的培养[12-13]。《船舶管理》课程涵盖了机舱资源管理、船舶结构认知、船舶适航性控制、轮机值班、机舱突发情况综合应变等内容。采用VRT开发教学项目，学生置身于虚拟的机舱环境中，能够对船舶结构形成认知，对船舶适航性形成感知，通过多种传感器与多维化信息的环境发生交互作用，学生能进行必要的交互性操作，能开展机舱值班活动，能应对机舱突发状况(火灾、浸水、失电等)。

(1)机舱虚拟漫游

以现代化的集装箱船机舱为母版，对机舱内各层甲板设备布置情况进行虚拟重构。基于虚拟现实技术的仿真界面非常逼真，学生在虚拟机舱内漫游时可以真切地了解机舱部分船体结构特点，机舱内机械设备的布置情况，甚至可以对机械设备进行虚拟操作，如图3。

(A)机旁视景

(b)集控室视景

(2)值班虚拟操作

对主推进动力装置、发电副机及各种辅助设备设置交互功能，学生可以对这些设备进行虚拟操作，如图4，从而实现机舱航行值班功能，或者锚泊值班功能。另外，学生也可以对特定设备进行机旁操作，或者对设备进行故障诊断与排除，这样既可以加强学生自主学习能力的培养，又可以有效提升学生的动手能力。

(a) 空气瓶控制站

(b) 发电副机旁控制

(3)特定场景虚拟

船舶航行中会有一些突发事件发生，如火灾、碰撞、溢油事故等，通过虚拟现实技术可以将这些场景再现，以训练学生应对类似突发事件的应变能力。另外，也可以虚拟港口国监督检查场景、驾机联系场景，训练学生与外界沟通的能力。

(4)虚拟考评功能

为了评估学生自主学习的效果，可以在虚拟现实场景中增设考评功能，即在相应的操作项目中预设故障点，或者是机械设备的操作规范，要求考评模块能够记录学成操作的基本流程，能够具备自动评分考评功能，以达到规范学生基本操作的目的。

3课程自主学习项目设置

项目教学法是一种以学生为本的教学法，打破了传统的“以课堂为中心、以教材为中心”的教学模式，转变为以工作任务为中心组织课程内容，让学生在完成具体项目的过程中来构建理论知识，并发展职业能力。在教学活动中，教师将需要解决的问题或需要完成的任务以项目的形式交给学生，在教师的指导下，由学生以小组工作方式，按照实际工作的完整程序，共同制定计划，共同或分工完成整个项目[14-15]。

(a)火灾现场(b) 水喷淋防护现场(c) 机舱进水现场

图5应变部署现场视景

3.1课程自主学习项目设计

根据课程标准和船舶机舱实际生产需求，优化成六个学习项目，并细化为19个学习任务，如图6。通过法规解读项目的学习，学生能掌握国际公约对海员在管理、防污染、安全和个人权益保障方面的基本要求，能够有效履行国际公约，用国际公约维护个人权益；通过值班管理项目的学习，学生能够对机舱值班人员和机械设备进行有效管理，能够对船舶进行适航性控制，能够针对不同事件进行应变部署；通过营运安全管理项目的学习，学生能够掌握船舶检验的相关知识，能够应对船舶安全检查和港口国监督；通过油料备件管理项目的学习，学生能够对船用燃料和备件进行有效管理；通过修船管理项目的学习，学生能够组织修船，能够对轮机坞修工程进行监督与验收，能够进行交船试验；通过机舱资源管理项目的学习，能够预防人为失误，能够对机舱常见风险进行评估与决策，能够组建高效轮机团队。

图6　自主学习项目设计

3.2课程自主学习项目实施

构建合适的自主学习实施方案，不仅可以激发学生主动学习的动机，更重要的是有利于培养学生自主学习能力。结合本课程特点，特制定了以下课程自主学习项目实施方案。

(1)创设情境

由于全日制学生缺少实船工作经历，不清楚项目任务开展的顺序流程，无法准确构建船舶实际工作场景。利用虚拟现实技术，创设机舱工作场景，可以确保自主学习项目的顺利实施。

(2)设定学习目标

根据自主学习项目的特点，为学生设定学习目标，包括能力目标、知识目标和情意目标，帮助学生对自主学习项目有一个整体的认识，明确自主学习的方向。

(3)学生自主学习

这个环节分成三个阶段，即个人学习与提问阶段、分组讨论交流阶段和小组演示阶段，整个环节中教师要注意不能使这个过程处于无序状态，必要时要给予示范。

(4)传授恰当的学习方法

教师可以根据学生自身特点，帮助学生进行自主学习策略和协作学习策略设计，这样可以培养学生自主学习兴趣，提高学生自主学习能力[16-17]。

4总结

随着科技的发展，新设备、新技术在船上更新的速度越来越快，学生在学校学习的知识是有限的，大多数学生是走上社会后通过各种途径继续学习。学生要善于发现新的信息、获取新的知识，这主要取决于他们自身科学的学习方法、自主学习习惯和较强的学习能力。

本文以《船舶管理》课程为例，从以下几个方面论述了VRT在轮机工程技术专业课程自主学习项目开发中的应用。

(1)根据轮机工程技术专业学生的现状，结合专业课程的特点，设计自主学习项目。

(2)利用VRT虚拟船舶机舱实景，为课程自主学习项目实施虚拟场景。学生在虚拟的工作场景下可以开展虚拟值班，或者在特定场景下部署应急工作任务；有些工作任务可以设置交互功能，增加学生的真实感受，增强自主学习效果。

(3)课程自主学习项目的设置是基于中华人民共和国海船船员适任考试课程大纲的要求和船舶实际工作需要，项目学习目标明确，学习任务清晰；学生是课堂的主角，还课堂给学生，学生能够积极参与课堂教学。

(4)课程部分知识点，可以录制成微课形式，便于学生利用手机终端在线学习，并构建虚拟交流平台，与学生随时互动。

《船舶管理》课程自主学习项目的开发尚处于研究阶段，课程在建设过程中取得的经验可以在轮机工程技术专业其他专业核心课程中推广应用，对涉海类专业课程建设也有借鉴意义。

参考文献：

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The Autonomous Learning Project Design of the Ship Management

Course Based on Virtual Reality Technology

BAI Ji-ping

(Zhejiang Institute of Communications, Hangzhou 311112,China)

Abstract:As one of the core courses of Marine Engineering Technology Major, Ship Management Course covers a wide range of practical knowledge. However, due to students’ lack of real onboard experience, they have difficulty in imagining course-related work scenarios. Therefore, by means of virtualizing the ship’s engine room through virtual reality technology, setting up switching functions or fault points, teachers can divide the course content into corresponding tasks which are suitable for students’ autonomous learning and practicing in a virtual environment. They are able to complete a variety of tasks such as engine room watching, mechanical operation, emergency arrangement, etc. The autonomous learning project based on virtual reality technology can effectively arouse students’ self-learning interest and improve their self-study ability in order to help them better adapt to the career development and meet the needs of the society.

Key words:virtual reality technology, ship management, autonomous learning, project design