虚拟现实技术在航海类专业课堂教学改革中的应用

胡贤民

(浙江国际海运职业技术学院,浙江 舟山 316100)

虚拟现实技术在航海类专业课堂教学改革中的应用

胡贤民

(浙江国际海运职业技术学院,浙江 舟山 316100)

虚拟现实技术在航海类专业课堂教学中的应用，是一种新型的课堂教学改革尝试，利用虚拟现实的情境设计，通过参与式的课堂教学组织，突出学生的主体地位，并结合过程性学习评价机制，可以促进航海类学生综合素质的养成，不断提高专业人才培养质量。在本校航海专业轮机概论课程教学实践总结的基础上对利用虚拟机舱系统进行参与式课堂教学进行了梳理和探讨，为虚拟机舱系统在专业课堂教学改革中更广泛的推广和应用提供一定的借鉴。

虚拟机舱；航海；课堂；应用

随着现代航运市场的不断发展，对航海类专业人才的培养质量也提出了更高要求，课堂教学是人才培养的核心阵地，根据教育部出台的一系列文件要求，如推进专业教学紧贴技术进步和生产实际，应调整课程结构，更新课程内容，深化多种模式的课程改革[1]。浙江省高校课堂教学创新行动计划(2014—2016年)也提出了要创新课堂教学方式，增强教学互动，建立以学生为学习主体的课堂组织模式。目前国内航海类专业课堂还普遍存在着教学与船舶实际脱节、学生课堂学习参与少等诸多问题，以航海专业轮机概论课程课堂教学创新为例，通过虚拟现实技术在专业课堂教学改革中的应用实践，分别从教学内容设计、课堂教学组织、课程学习评价等多方面进行了研究和探讨，可以为航海类专业课程后续的教学改革提供示范和借鉴。

1 航海专业课堂教学现状

1.1 国外现状

国外的航海教育，校企融合度较高，尤其是欧、美等航海教育发达的国家，如英国的“三明治”培养模式、美国的“一贯制”培养模式等都非常注重航海实践技能的培养，校内专业学习与船上实践训练相互穿插，结合紧密。在专业课堂教学中通常采用小班化的组织形式，能充分运用航海专业实训设施或航海模拟器等进行专业的学做一体教学。

1.2 国内现状

我国的航海教育起步较晚，相对落后于欧、美等发达国家，特别是校企合作方面融合深度不够。目前绝大多数的航海院校人才培养模式多采用先校内专业学习，后半年上船实践，也有个别学校尝试了“三阶段”培养模式，但总体来看，学生在校学习过程中对船舶的了解及职业岗位的认知还非常不足。在专业课堂教学中，教师教学通常是借助教材、PPT、动画或设备现场，由教师主导，向学生进行灌输式教学，存在不足主要体现：1)学生缺乏对船舶的感性认知，抽象介绍很难激发学生的学习兴趣；2)学生在课堂学习中的参与度不够，特别职业类学生强于行动学习能力的特点得不到充分发挥；3)能结合一定的设备现场或运用大型模拟器教学，虽然感性认知增强，但教学时间的安排、设备使用成本及教学过程中的设备安全、人身安全问题日益突现。

1.3 引起思考

综合上述分析比较，我国航海教育在校企深度融合不可能一蹴而就的当下，亟需专业课堂教学实施中解决如下两个问题：1)如何在专业教学实施中，充分运用现代化教学技术，拉近船舶实际与专业课堂的距离，让学生近距离的感知船舶及了解职业岗位；2)如何在教学过程中，改变传统的以教师为主导满堂灌模式，设计出能让学生主动参与的课堂，形成学做一体的教学氛围。

2 船舶机舱虚拟现实技术的教学应用

虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)，又称为虚拟实镜，它是指综合利用计算机系统和各种显示及控制等接口设备，在计算机上生成的可交互的三维环境中提供沉浸感觉的技术[2]。

船舶机舱动力设备繁多，专业性非常强，基于船舶机舱的虚拟现实技术，目前国内开发的主要有大型3D虚拟机舱漫游系统，属于沉浸式虚拟现实类型，另外就是虚拟机舱桌面系统，属于桌面级虚拟现实类型，比较适合专业教学。目前在国家海事局的设备核验要求下，全国很多家航海院校多购置了虚拟机舱桌面系统，但据作者走访了解，真正在航海类专业课堂中开展的教学应用还很少。

我校目前使用的是波兰公司UNITEST 3D虚拟机舱桌面系统，该系统构建了以大型船舶二冲程柴油机为主推进动力装置的完整虚拟机舱，与实船机舱设备有着高度的仿真性，采用全英文操作界面，包括了主机燃、滑油、冷却及各个操作系统；船舶电站及其操作系统；各辅助设备及其操作系统；液压舵机及其操作系统；船舶消防等管系及其操作系统以及船舶驾驶台等，可以让学生在完整的虚拟机舱环境中体验和学习。下面就以我校基于虚拟机舱开展的轮机概论课程教学改革为例进行介绍。

3 基于虚拟机舱的教学情境创设

运用典型工作任务分析方法，首先将基于船舶实际的职业岗位能力进行综合分析，找出典型的工作任务，然后明确学习领域(即课程学习模块)，根据学习领域设计出相应的学习情境(即课堂教学设计)如图1所示，这样，就能够让专业课堂设计的学习内容更贴近船舶工作实际，进而激发学生的学习积极性。

图1 从典型工作任务到专业课堂设计

然后根据课程各学习模块，结合虚拟机舱系统的操作特点，进行教学内容的分解和重构，将课堂设计创设成若干个与各学习内容相对应的虚拟机舱学习情境，如表1所示。

表1 基于虚拟机舱桌面系统的教学情境设计(轮机概论课程)

如上设计，以虚拟机舱操作任务为驱动，让学生成为课堂真正的主体，主动参与操作和讨论，不但改变了以往的被动灌输式教学模式，而且学生的学习兴趣能得到有效激发，很好贯彻了学中做，做中学的教学理念。

4 主动参与式课堂教学组织设计

根据构建主义学习理论, 知识不是通过教师传授得到的, 而是学习者在一定的情境及社会文化背景下, 借助其他人( 包括教师和学习伙伴) 的帮助, 利用必要的学习资料, 通过意义构建的方式而获得[3]。因此要改变传统的课堂教学模式，必须在课堂教学组织方面进行不断创新设计，以能让学生主动参与课堂为设计前提。

4.1 任务导入

教师根据轮机概论课程教学内容将各学习情境设计成任务卡形式，在课前书面下发，内容包括1)专业认知部分：以识图、判断、提问等形式进行交叉设计，将各专业知识点串联在问题中，让学生在课前自学过程中去主动探索，找寻，有效激发学生的求知欲望，培养自主学习能力。2)情境任务部分：情境任务以英文版的设备操作流程呈现，让学生在操作流程的指引下探索完成后续的虚拟机舱情境操作，并创设一定的双语学习氛围。

4.2 小组化团队学习

以目前30人一个教学班为例，课堂环境设置成5人一小组形式，课桌采用六边形大课桌，前置电脑运行虚拟机舱桌面系统。教师设立小组时应遵循如下原则：组长1名，性格应偏外向和自信，能在小组任务探讨中起到带头引领作用；2名组员应为学习型，学习态度踏实、认真，是小组学习的中坚力量；另2名组员可以是内向或偏自卑型，在小组团队帮助下，能参与完成小组任务。从教学实践反馈来看，如此的小组学习形式，学生的参与度较高，课堂的学习氛围也较浓厚，学习小组团队能在学习情境任务的驱动下，在虚拟机舱桌面系统中，通过团队的沟通协作，完成相关操作和专业知识的学习，教师在课堂中只要做好持续的关注和指导即可，小组团队学习时间一般为45分钟左右。

4.3 课堂展示与评价

以小组为单位，上讲台进行虚拟机舱情境的操作展示，每组展示时间一般以5分钟为基准，如空气瓶的补气操作，要求学生通过任务卡的知识点自学并结合虚拟机舱压缩空气系统操作规程学习和演练，在展示时能在规定的时间内正确将机舱中的主空气瓶充满。教师根据教学展示内容设置对应的评分细则，小组互评(50%)和教师评分(50%)相结合形成各小组项目成绩，然后乘以组内自评(小组成员的参与度，百分比)，这样最终形成的分数作为学生课堂的形成性评价成绩。

4.4 总结和激励

根据教学情境内容，在学生展示完毕后，教师对虚拟机舱操作进行相应的示范或总结，并对专业知识点进行综合归纳，进一步明确专业学习目标，教师还可以对各小组学习的表现或项目展示进行综合点评，以达到良好督促或激励作用，时间一般控制在15分钟左右。

5 课程评价机制的改进

课堂教学评价不仅仅起到评价与诊断作用，更是促进教师探索教学规律、改进课堂教学质量的重要途径[4]，而课程学习评价更会对学生学习过程中的学习态度起着重要导向作用。

传统的课堂学习评价机制，是以期未终结性考试成绩为主，结合一定的平时成绩。这种评价方式比较单一和片面，往往会形成学生平时学习很放松，考前临时抱佛脚的应试教育模式，在课程评价方面对学生的自主学习、交流沟通、团队协作等核心能力方面更是缺少科学的评价。

通过基于虚拟机舱操作的参与式课堂教学组织设计，在课程评价方面也进行了相应的改革与创新：

(1)改革以往的终结性评价机制，以过程性评价为主，通过每堂课学习展示形成的过程成绩，累积达成最终的课程成绩，避免一考定终身现象。如轮机概论课程，目前设计有14个虚拟机舱情境操作，通过这些独立的课堂项目情境任务及期末综合的情境项目的完成，学生的形成性课程学习成绩就自然产生，使学生将更多的精力注重于平常的学习，而不是应付最终的期末考试。

(2)改革以往的教师单一评价模式，引入学生小组互评、组内自评等将教师评价与学生评价有机融合，使得评价结果更为客观，学生小组互评和组内自评也是实施小组团队学习管理的重要保障，让学生将学习当成是自已的事来做，也能形成一定的良性竞争学习氛围。

(3)改革以往单一专业知识评价机制，以全方位的综合学习评价为导向，除了专业知识，学习态度，自学能力等内容也纳入了评价范围，可促进学生各方面能力的有效提升，如通过课程任务卡完成评价，促进学生自主学习能力的养成，通过小组团队评价，可引导学生加强团队协作、不断提高交流沟通能力。

6 结 语

通过基于虚拟机舱课堂教学改革与实施，对目前航海专业教学产生了一定积极的影响，归纳如下：

(1)利用虚拟机舱创设的教学情境，使专业课堂紧贴船舶行业实际，不仅有效激发了专业学习兴趣，而且让学生获得了较好的专业认同感。与轮机实训现场或实船教学相比，大大节约了教学成本，在安全方面更是有了充分保障。

(2)参与式小组团队学习过程，使课堂专业学习变得更为活跃、高效，让学生真正成为课堂不可或缺的主角，让教师回归课堂的引导者角色。

(3)科学的课程评价，促使学生的学习能力、交流沟通能力、专业能力等有机融为一体，不断得到训练和提升，从而达到职业教育的真正目标。

综合以上分析，高等职业教育的目标就是培养高质量技术技能型专门人才，人才培养质量的关键落脚点就在课堂。推行虚拟现实技术在航海类专业课堂中的教学应用，是目前开展课堂教学创新改革的有益尝试，最大的优势在于能充分发挥学生的主体参与作用，并形成科学合理的评价机制，值得推广和应用，但不同的专业课程应根据自身特点，具体分析设计，切不可简单盲目的依赖虚拟现实系统，忽略真正的专业实训。专业课堂应根据教学目标，以虚拟现实等多途径科技运用为辅助教学手段，学生参与学习为根本前提，科学合理评价为有效保障，进行综合设计，从而形成真正有效课堂学习。

[1]中华人民共和国教育部.关于深化职业教育教学改革全面提高人才培养质量的若干意见[Z].北京：中华人民共和国教育部，2015.

[2] 党保生.虚拟现实及其发展趋势[J].中国现代教育装备,2007，(4)：94-96.

[3] 林鑫.浅谈中澳高等教育参与式课堂教学[J].中国科教创新导刊,2013，(19)：235-236.

[4] 吴睿.浅谈基于高职课堂教学过程的多元主体教育评价[J].现代企业教育,2013，(16)： 137-137.

Application of Virtual Reality Technology in Classroom Teaching Reform for Navigation Majors

HU Xian-min

(Zhejiang International Maritime College, Zhoushan 316100,China)

Applying virtual reality technology in the classroom teaching for navigation majors is a new kind of classroom teaching reform attempts. By designing virtual reality situation and participatory classroom teaching organization, the students play the dominant roles. The navigation majors’ comprehensive quality can be promoted with the procedural learning evaluation mechanism, which is very helpful for improving the quality of talent cultivation continuously. Based on the experience of applying virtual engine room system in the teaching reform of the course, Introduction of Marine for the navigation majors in Zhejiang International Maritime College, the article discusses the participatory classroom teaching mode, aiming at providing certain references for applying virtual engine room system in specialized courses teaching reform.

virtual engine room; navigation; classroom; participation

2016-12-05

浙江省2015年度高等教育课堂教学改革项目(kg2015940)

胡贤民(1977-)，男，浙江杭州人，讲师，硕士，E-mail：zimchxm@sina.com。

G712

A

10.3969/j.issn.1671-234X.2016.04.010

1671-234X(2016)04-0049-04