基于虚拟仿真技术的行动导向教学法在中职汽车故障诊断与检测课程中的应用

邓永龙

[摘           要]  分析了中职汽车故障诊断与检测课程实施中存在的问题，利用基于技术整合的资源观，研究基于虚拟仿真技术的行动导向教学法在经验应用、策略创新及人文层面的整合。以“中职汽车故障诊断与检测课程凸轮轴位置传感器的故障诊断与检测”为例，通过整合营造新型教学环境、实现新的教学方式、变革传统的教学结构，使得学生获取技能、知识的方式更灵活，学习效率更高，进而提升职业教育教学的质量。

[关    键   词]  虚拟仿真技术;行动导向教学法;汽车故障诊断与检测课程

[中图分类号]  G712                 [文献标志码]  A              [文章编号]  2096-0603（2021）18-0124-04

汽车故障诊断与检测是中等职业学校汽车运用与维修专业的核心课程之一，其功能是使学生掌握汽车故障诊断与检测方面必要的基础理论知识和基本技能。课程内容的选取紧紧围绕完成汽车故障诊断与检测所需的职业能力培养，以汽车运用与维修专业中的汽车故障诊断与检测相关工作任务为依据，属于典型的项目课程。

在以往的教学实践中，一般是先讲理论基础知识，而后进行实操练习。这种教学方式在实行中主要存在以下问题：（1）尽管教师尝试采用任务驱动法将理论和实操融合，然而较多学生对于理论知识的学习缺乏兴趣，很难理解所学的理论知识有何用、如何用，在实操训练中仍然无从下手，理论和实操难以融合，两者之间产生脱节。（2）实操训练之前，学生应当熟悉维修手册，梳理出科学系统的排故思路，而教师难以考量每位学生是否已经达成这一目标，若部分学生在未弄清楚排故步骤的情况下进行实操训练，实操训练过程可能困难重重。（3）实训车辆有限，若让学生轮流练习，学习效率必然低下，若采用小组合作学习，教师的关注度有限，无暇对出现问题的学生一一指导，教学效果必然下降。（4）本课程学习内容具有一定的难度，学生对于实操过程中的要点及注意事项并不清楚，若直接实车操作，存在一定的安全风险。

一、基于虚拟仿真的行动导向教学法

（一）虚拟仿真及其优点

虚拟仿真技术是基于传感技术、计算机图形学、人工智能、人工交互技术等发展起来的一种集成技术。这种技术是凭借计算机软硬件技术构建，能够逼真地模仿现实世界的虚拟环境以及相关设备，然后学生通过必要的设备与虚拟世界中的对象进行默契的交互作用，从而产生沉浸式的体验，充分调动学生的各种感官去学习有关的知识，有效地激发学生的学习热情，化抽象为形象，培养学生的实践能力和创新能力，提高汽车故障诊断与检测课程的教学质量。

虚拟仿真技术的优点主要有：（1）汽车虚拟仿真技术按照汽车零件的真实尺寸进行三维实体模型的创建，通过分层建模技术，汽车零部件可以全方位完整清晰地展示出来，抽象的电路则更加直观。（2）学生操作虚拟仿真技术的过程全程可记录，便于数据分析。（3）本课程实践教学中，汽油、电等存在一定的危险性，在实操之前，先进行仿真虚拟实训，有利于降低安全风险。

（二）行动导向教学法及其优点

行动导向的学习是教育学的一种新范式。这里所谓的“行动”，指的是“为某种目的而活动”，其教育学的意义在于，是“目标指向、内部结构明确且产生具体结果的活动”。行动导向遵循资讯、计划、决策、实施、检查、评价这一完整的过程序列。

行动导向教学法的优点主要有：（1）学生是学习过程的中心，教师是学习过程的组织者和协调人，学生更容易构建属于自己的经验和知识体系。（2）完整的行动模式能使学生以小组或团队的工作方式，根据工作和学习的步骤，确保项目或任务在实施過程中，学生能对所获取的知识独立地进行加工或者处置。（3）有利于培养学生的专业能力、方法能力、社会能力整合后形成的行动能力。

（三）基于虚拟仿真技术的行动导向教学法

虚拟仿真可以根据需求重现或者构建实训教学环境，同时将理论和实操通过虚拟实操来衔接，秉承培养学生能力为主的教学思想，激发学生的主观能动性，引导学生自主学习、合作学习，并通过师生间、生生间的交流，形成师生互动、生生互助的学习氛围。

基于虚拟仿真的行动导向教学法的优势在于：（1）运用仿真技术衔接理论和实操，使得整个教学过程循序渐进、环环相扣。（2）虚拟实操这一环节既加深了学生对理论知识的理解，也为后续实训操作做铺垫。（3）借助虚拟仿真技术快速简便、随时记录、反复使用的优势，学生分组协作完成虚拟排故流程，教师点拨指导完善操作流程，逐一解决虚拟实操中的问题，确保在实操训练开始之前梳理清楚排故的思路和操作步骤。（4）提高学生学习的趣味性及教学效率，调动学生的感知器官，形成乐学氛围。（5）通过虚拟实操，师生共同归纳操作流程，提高实操训练的效率、准确率和安全性。

二、基于虚拟仿真的行动导向教学课堂模式的构建

（一）典型的行动导向教学模式分析

20世纪70年代，伴随着项目教学法在德国职业教育领域特别是在教育企业里的出现，行动导向教学法在德国职业教育界逐渐传播开来。20世纪80年代以来，行动导向教学作为一种新的教学范式，在德国职业教育领域乃至整个教育界炙手可热，为现代职业教育教学过程的发展奠定了基础。21世纪初，在我国探索和建立具有职业教育特色的课程和教学体系的改革中，行动导向教学获得了职业教育战线理论工作者、管理者和师生的认同。

职业教育的行动导向教学，就是始终围绕职业行动能力的培养，以基于职业工作过程的行动为指向的教学，其基本含义是：学生是学习过程的中心，教师是学习过程的组织者与协调人，遵循“资讯、计划、决策、实施、检查、评价”这一完整的“行动”过程序列。

（二）基于虚拟仿真的行动导向教学模式的构建

以人本主义与建构主义的理论为基础，模拟企业生产的目标导向，重视学习过程中的质量控制和评估，让虚拟仿真技术融入行动导向教学法的过程，使其成为促进学生自主学习的认知工具和丰富教学环境的创设工具，这有利于强化从以教师为中心的传统教学结构向以学生为中心的现代学习结构的变革，有利于培养和提高学生的创新精神、信息素养及解决问题的能力。

三、基于虚拟仿真的行动导向教学法在汽车故障诊断与检测课程中的应用

为了进一步探究基于虚拟仿真的行动导向教学法在具体教学情境中的实施步骤，笔者根据上述构建的教学模式，以汽车故障诊断与检测课程中的典型教学任务——“凸轮轴位置传感器的故障诊断与排除”为例，进行了教学实践研究。凸轮轴位置传感器的电路及元器件检测流程与其他电路及元器件检测有相通之处，选用本课题对于其他故障的诊断与排除有直接的借鉴意义。

（一）项目名称

凸轮轴位置传感器的故障诊断与排除。

（二）学习目标

（三）任务分解

（四）教学准备

教师在上课之前，布置好上课环境设备，提前设置好虚拟仿真软件故障，做好学生分工，准备诊断仪、示波器、车辆及其他所需工量具。笔者所设计的工作页及评价表如下图所示：

工作项目：凸轮轴位置传感器故障诊断与排除

班级：      第   组  小组成员：

【任务一】认识凸轮轴位置传感器电路

●查阅维修手册

1.此电路图在维修手册第   页，图示代号为   。

2.进气凸轮轴位置传感器的代号是   。

3.排气凸轮轴的1、2、3的针脚定义分别是什么？

【任务二】检测凸轮轴位置传感器电路

【任务三】修复凸轮轴位置传感器电路

●更换凸轮轴位置传感器

请根据维修手册工艺流程，修复凸轮轴位置传感器元器件或者相关线路故障。

●复检故障现象

1.确认安全，启动发动机

2.读取故障码及数据流

3.确认故障排除，恢复并整理现场

凸轮轴位置传感器故障诊断与排除工作页

《凸轮轴位置传感器故障诊断与排除》评价表

（五）教学设计

四、基于虚拟仿真的行动导向教学法在汽车故障诊斷与检测课程中的应用效果分析

（一）有效地衔接了理论与实践

传统课程中，学生并未完全掌握相关知识，在任务实施过程中，出现无从下手的现象。利用仿真教学软件，可以模拟汽车运行故障，并进行理论讲解，之后学生可以进行仿真模拟操作、反复练习。在虚拟仿真中，可以给学生一定的纠错空间，学生能在虚拟仿真平台上对关键技术要点进行反复练习，从而提高任务实施的效果。

（二）降低了任务实施的危险性

汽车故障诊断与检测任务实施过程中，电路及油路带来的危险性较大，任务实施之前先进行虚拟仿真的操作，当有危险操作时，仿真技术及时警告提醒，教师根据学生的虚拟仿真软件的反馈数据，针对性地提醒学生在实操过程中的注意事项，有利于降低任务实施过程中的危险性，确保任务实施过程中的操作安全、准确。

（三）提升了教学效果

在本课程的教学中，利用仿真技术进行故障模拟，让学生利用软件中的模拟检测工具进行故障排除，创设与企业一样的实训条件，学生很容易进入岗位角色。教师利用仿真教学软件中的考核程序对学生进行模拟评价，既准确、快速，又能做到及时反馈，针对系统反馈的操作注意点及时指导学生改进。仿真技术的故障模拟、诊断功能等对于学生后续实车操作具有指导意义，有利于提升整体的教学效果。

五、总结和评价

虚拟仿真技术作为信息化手段的一种，其在教学中的重要性与必要性显而易见。虚拟仿真技术所能带来的沉浸式体验，深受学生的喜爱，成长于信息化时代的学生乐于接受新的教学模式。基于虚拟仿真技术的行动导向教学法，构建了“理论+虚拟+实践”深度融合的教学模式，促进了理论与实际的有机结合，提高了学生综合运用所学理论知识分析和解决实际问题的能力。

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编辑 司 楠