虚实结合的精准教学模式在“船舶通信导航设备”实训课程中的应用研究

李冰蟾 吴 俊 宗许宁 赵立山

(1.江苏海事职业技术学院 轮机电气与智能工程学院 江苏南京 211170；2.南京财经大学 信息工程学院 江苏南京 210023)

“船舶通信导航设备”实训课程是海船电子电气员考证科目之一，该课程以船舶通信导航设备的维护管理为主线，主要培养学生对船舶通导设备的操作，维护、以及故障检修等实训技能。传统的“船舶通信导航设备”实训教学使用真机设备进行实操训练，设备投入成本较高，容易磨损消耗，对设备的维护要求高。对于某些复杂设备，不便于用真机设备进行实操训练；而对于某些危险性系数较高的操作训练，由于操作不当可能会引起安全问题。随着行业技术的不断进步，企业对人才要求的不断提高，根据目前行业标准与岗位需求，如何改善高校的实操环境，提高学生动手能力与实操技能成为当前实训教学的重点问题[1-2]。而随着智能时代的到来，学生作为个体的教育接受者，已经逐渐不能满足于统一、同质的课堂教育。

2019 年2 月，中共中央办公厅、国务院办公厅印发了《加快推进教育现代化实施方案（2018—2022 年）》一文，提出要推进虚拟仿真实验教学，利用现代信息化手段服务教育教学全过程；国务院“职教二十条”提出职业教育要适应“互联网+职业教育”的发展需求，运用现代信息技术改进教学方法，推进虚拟仿真等技术在教学中的应用；中共中央、国务院在《中国教育现代化2035》中强调“因材施教”“知行合一”，指出要加快“信息化教育时代变革”，提出利用现代教育技术，实现规模化教育与个性化培养的有机结合，推动人才培养模式的改革，[3]。“互联网+”教育的时代背景下，虚拟现实技术由于其交互性和沉浸性，开始逐步走入课堂，在VR 教育理念推广的过程中，VR 实训成为VR 技术推广的先行者，各国都在研究VR 技术与教育教学的结合，尤其在实验实训这方面。国内外利用VR 技术，构建虚拟操作环节，虚实结合的实训教学模式在教育教学中已经得到了广泛的应用[4-6]。而随着课程形态、教学方式不断地推陈出新，“一刀切”培养共性化人才的传统教育模式已无法满足时代的需求。随着互联网、虚拟现实、全息投影、人工智能、数据挖掘等信息技术的快速发展，信息技术走进课堂并与教育深度融合，获得更好的教学效果；同时，深度分析学生在学习过程中产生的行为数据，以学生为中心实施个性化精准教学，能进一步提升教学效果[7-8]。

一、虚实结合的精准教学模式改革目标

实现《船舶通信导航设备》课程实训教学模式的创新改革要实现的主要目标如下：

（一）突破环境、硬件限制，建立基于虚拟现实技术的虚实结合现代化实训教学方式

利用VR 技术可以突破环境、硬件限制，模拟出真实环境，让学生产生身临其境的体验，激发学生兴趣，提高实训效果。充分应用现代技术手段，实现虚拟现实与真机设备实训教学的结合，“以虚代实”“以虚补实”，建立虚实结合的实训教学方式，能显著提高实训效果。

（二）强调个体差异性，实现个性化实训教学

传统的实训教学模式没有区分度，所有的学生实操训练的项目内容一样，不能开展个性化实训教学。而智能时代的教学注重个体差异性，强调个性化的精准教学，基于人工智能技术，研究虚实环境下的学生学习行为，开展精准教学[9]。

（三）推动实训教学模式改革，真正将“以教师为中心”转变为“以学生为中心”

而通过人工智能与教学的融合，对学生开展个性化教学，能提高学生兴趣，培养自主学习能力，从教师主导课堂切实转变为“以学生为中心”。

二、虚实结合的精准教学模式设计

(一)构建虚实结合的实训模式

针对“船舶通信导航设备”实训课程的教学现状，结合《STCW 马尼拉公约》最新修正案中对海船电子电气员做出的新规定，特别是规定中关于船舶通导部分的技能要求，依据行业企业人才需求，我们利用PLC、VR 等技术构建教、学、做一体化项目训练环境，提出了一种虚实结合的“船舶通信导航设备”课程实训教学模式，满足海船电子电气员的技能训练要求，提高学生实操动手能力。

实训教学包括以下三种方式：基于PLC 的排故实操训练，基于VR 的故障检修训练和真机实操。“船舶通信导航设备”实训课程在开展教学时，做到“虚实结合”[10]，对于普通实训项目做到“能实就实”，利用实训室的驾控台真实设备进行实操训练，如船舶通信导航设备的基本操作等；对于某些故障检修类实训项目，则通过在设备上设置故障点，结合PLC 完成实操训练，如设备电源的检修、信号线的连接等；对于某些难以实际开展的实训项目，则利用虚拟现实技术构建虚拟场景与设备器件的方式来完成，如设备内部模块故障的检修等。本实训教学模式实现了虚拟仿真操作和实际操作虚实结合，相互补充，扬长避短。

实训教学模式如图1 所示：

图1 虚实结合的实训教学模式

（二）构建基于个体差异性的精准教学模式

在学习过程中，学生的综合素质有所差别、接受能力也各不相同，为了给不同的学生提供更为适合的精准教学方案，需要了解学生的学习数据。对虚实结合的“船舶通信导航设备”实训课程，构建基于用户行为数据分析的精准教学模式如图2所示。

在学生的实操训练过程中，采集学生过程行为数据，如学生的操作时长、提示使用次数、任务完成度、仿真训练鼠标轨迹与停留点击、VR 环境下的眼动数据等，对学生的学习过程数据进行数据挖掘，挖掘分析包括预测、聚类、文本挖掘、关系挖掘、模型发现等[11]，结合人工智能技术进行个体分析，对学习者的知识点、实操技能点掌握状况进行实时监控和诊断，从而了解学生的学习进度与掌握程度，把握学生的学习情况，建立个性化的学习者模型，学习者模型包括学生的学情数据、偏好兴趣、强项弱项等信息，并生成雷达图分析报告，帮助学生查漏补缺。

不同学习者模型之间存在差异性，这种差异性会导致教学目标的差异性，而分层的教学目标又进一步体现在学习进程和任务难度的差异性安排上。以基于用户行为数据的学生学习过程分析为基础，以个性化的学习者模型为对象，提出一种包含课前预习与学生分组、课中基于学习者模型的实训任务与进程分配与差异化指导、课后匹配学习者模型的习题、学习资料与任务的差异化推送等环节的教学流程。其中课前环节主要是通过与学生认知水平匹配的预习活动让学生掌握任务相关的基础知识，并基于预习内容的完成程度、知识技能的薄弱环节设置差异化的学习目标，并根据学习和模型进行分组，为课中小组实操任务做好准备。课中环节主要是基于差异化的学习目标，根据学习者模型进行不同小组实操任务安排与进度安排，并进行各小组的差异化指导。课后环节则是让学生利用线上课程平台开展自主练习。基于学习者模型，平台会给不同的学生推送差异化的学习资源与任务、习题等，进一步促进技能点的掌握。通过以上教学过程，实现因学定教，个性化精准教学。

图2 基于用户行为数据分析的精准教学模式

三、结束语

构建符合现代信息技术发展要求的虚实结合现代信息化学习环境，结合人工智能开展符合学生个性的精准教学，实现一种以“自主、探索”为特征的符合学生个性差异性的教学方式，发挥了学生的学习主体性，改变了传统的“教师为中心、学生共性化培养”的教学模式，真正做到因材施教，使学生的创新精神与实践能力的培养落到实处，有助于推动“船舶通信导航设备”实训课程的教学模式改革，并为其他课程改革提供理论依据与实践指导。