自动变速器理实一体化虚拟教学系统开发及应用

张丽媛++石连栓

摘 要：随着信息技术的发展，虚拟现实技术融合于汽修专业理实一体化教学系统，为职业院校提供了新的教学思路。以丰田U340E自动变速器虚拟教学系统为例，阐述了理实一体化虚拟教学系统的功能设计、系统实现以及系统应用。针对教学系统在课前、课中及课后的应用进行了详细阐述。通过教师创设教学情境，学生能够在虚拟仿真环境中进行自主学习，加深了对课程的理解，提高了教学效果。

关键词关键词：虚拟现实技术；虚拟教学系统；自动变速器；理实一体化

DOIDOI：10.11907/rjdk.161939

中图分类号：TP319

文献标识码：A 文章编号文章编号：16727800（2016）011012503

0 引言

随着市场经济的不断发展，4S店数量和规模不断扩大，汽车作为代步工具走入了千家万户。汽车保有量的增加，刺激了汽修行业的发展，汽车维修工需求量居高不下。如何利用先进的信息技术培养新型高技能人才是政府和职业院校密切关注的课题。汽修专业实践操作十分重要，但某些客观原因无法保证一人一个实训工位，由于学校没有一个良好的教学系统，导致设备紧张或闲置过时。部分院校甚至出现设备操作不当，频繁发生教学事故的现象。

为解决上述问题，本文将先进的虚拟现实技术、理实一体化教学理念融为一体，设计和开发了一个虚拟教学系统，逼真呈现完整的汽车实训过程，将虚拟考核与教学资源相结合，学习内容以趣味性为主，改善了传统枯燥的学习方式，解决了职业院校实训中汽车设备价格昂贵，部件易于损耗等问题，以提升学校教学质量，使职业院校与企业实现真正的接轨。

1 系统功能设计

本教学系统选取丰田U340E汽车自动变速器作为教学内容，结合企业调研及相关教学专家指导，对知识结构进行梳理、选取、整合，将教学内容与实际工作紧密结合，理论知识和操作技能融合于课堂教学。将课程分解为若干个学习情境，采用抛锚式教学策略，分析学生的学习风格、原有知识结构、教学内容、教学目标、教学场景，通过虚拟现实技术实现情境重现，实现学生自主探究，获得操作技能的目标。

从教学设计角度出发，遵循情境化学习结构，将教学内容按岗位划分，对学习者、学习内容、学习目标、教学媒体进行分析，得出基于虚拟现实技术的情境化教学模式，将系统划分为知识链接、课外拓展、虚拟实训、技能考核[1]4大模块，如图1所示。

2 系统功能实现

以理论探索、方法应用、归纳总结为主线进行系统开发，采用以任务为驱动的情境化教学模式，利用虚拟现实技术为教师和学生建立沟通桥梁。通过前期调研和专家指导，完成丰田U340E自动变速器的教学设计。系统研发阶段分为3步：①扫描模型。利用三维扫描仪对丰田U340E自动变速器各个总成部件进行扫描，记录拆卸顺序与注意点，拍摄拆装视频和照片，方便查阅；②制作资源。首先，利用3DMAX软件建模，构建模型资源库。其次，利用PhotoShop软件设计和处理图片，构建图片资源库。利用PPT、Word等办公软件设计开发教学内容，构建多媒体教学资源库。最后，利用处理音视频的相关软件构建音视频教学资源库；③实现交互。利用Unity3D和C#语言整合模型资源库、图片资源库、多媒体教学资源库、音视频教学资源库等，将各种资源嵌入至虚拟教学系统，实现用户和各种资源以及资源和资源的交互，构成一条完整的技术路线，最终达到教师利用虚拟教学系统指导学生，帮助学生获得技能的目的[2]。系统研发技术路线如图2所示。

3 系统应用

基于丰田U340E自动变速器的虚拟教学系统，以虚拟实训为中心，通过知识链接、课外拓展模块夯实理论知识，提高实践操作能力，学生不再驻足于理论层面，避免理论与实践相分离、学校与企业相脱节的现象，突破学习时间和空间的限制，结合丰富的多媒体教学资源和教学情境，解决汽车实训基地实验设备获取难度大、成本高的问题。同时，规避操作设备不当的安全隐患[3]。系统应用过程如图3所示。

3.1 教学活动

以项目教学为主，系统以项目情境化划分教学内容，应用于课前准备、课堂教学、课后复习3个阶段，让学生能够对知识不断内化。

课前准备阶段。教师根据教学目标、教学计划、学习风格、知识结构等制订教学计划，学生通过虚拟教学软件对理解性内容进行自主学习。同时，虚拟教学系统监测学生是否完成导学内容，提供难点标记工具，方便讨论，为教师判断学生学习情况提供依据，适当调整课堂教学。

课堂教学阶段。将虚拟教学软件贯穿于整个课堂教学。教师利用虚拟教学系统将多媒体教学资源整合讲解。由于学习情境是学生进行自主学习的主要场所，因此，在课堂教学过程中教师可以使用教学系统中的模型资源建构教学情境，让学生能够在特定的学习情境中主动学习，提高分析问题和解决问题的能力[4]。同时，教学系统专门提供基于问题的实践性学习场景，学生能够进行自主探究和自主创新学习。教师根据课前学习情况，对学生进行适当引导，激发学生的多元智力。

技能训练是虚拟教学系统的重要环节，是弥补现代教学资源、教学设备不足的重要手段。教师利用虚拟教学软件对学生进行技能训练时，要理论联系实际，将企业生产情况融于教学过程中，让学生真正实现以思促学、以知促行，发掘高级思维能力。

课后复习阶段。虚拟教学系统将汽修专业的整体知识结构分化为项目，将项目教学分化为情境，利用虚拟现实技术增强学习情境，实现寓教于乐的教学形式。

学生在课前和课中学习的知识更多呈现为零散型结构。因此，虚拟学习地图是不可或缺的部分，藉此构建一个完整的知识体系结构[5]。同时，系统依据学习路径，自动推送学习任务，对原先的知识结构进行拓展，实现一个螺旋式上升的学习过程，进入深入学习阶段，固化先验知识，提升技术技能。

3.2 考核

课前准备、课堂教学、课后复习是一个由体验、反思、思考、行动组成的持续、递归的学习周期，虚拟教学系统在学习周期中不断增加新的学习节点，创造新的学习路径。此外，教学系统依据教师布置的作业和学生的知识结构，推送学习任务，对学生进行理论知识和实践操作技能考核。学生可以将考核作业提交至系统，教师对作业进行批改，学生找到自己的盲点误区，调整学习进度。

3.3 教学效果评价

考核完成并不意味着学习的终止，而是下一个学习阶段的起点，系统将不断记录学习过程及更新学习结果。师生可对教学及学习效果进行研究，利用知识节点和学习地图，进行形成性评价和总结性评价。可进行组内互评和上下级互评，根据评价考核表，优化教学效果，完成一个周期的教学活动。

4 结语

职业教育的根本任务是面向生产、建设、管理，培养实践能力强、具有良好职业道德的高素质技能型专门人才，实践操作是培养技能型人才的关键环节。汽修专业理实一体化虚拟教学系统正是利用三维技术和交互技术实现场景模拟，解决了教学设备投入不足的缺陷，提高了汽修专业实训教学效果。

参考文献：

[1] 石连栓，孙文苑.基于Virtools的冲孔模拆装虚拟实验系统的设计与开发[J].职教论坛，2014（18）：8385.

[2] 降世婧.基于Virtools的发动机虚拟装配仿真软件的研究与开发[D].长春：吉林大学，2013.

[3] 张宇.基于虚拟现实技术的研究性学习的设计与开发[D].武汉：华中师范大学，2009.

[4] 杜军.虚拟现实技术在教学中的应用[J].山东师范大学学报：自然科学版，2005（6）：103104.

[5] 罗敏杰.中职汽修虚拟仿真实训教学研究[D].杭州：浙江工业大学，2011.

（责任编辑：杜能钢）