仿真设备在培养高压安全意识中的应用

李西德，周 晶，陈 勇，李 文

（四川化工职业技术学院机械工程系，四川泸州 646005）

0 引言

新能源汽车技术专业是以培养学生在新能源汽车生产、销售及后市场等领域的技术技能人才为目标。鉴于新能源汽车工作电压较高，高压安全问题贯穿于新能源汽车从生产、销售、服务到报废的全过程[1]。如何提高学生的安全规范及标准操作意识是教学的重要内容。然而，在传统教学模式中基本采用“教师演示讲解→学生模仿操作→教师指导纠正”的方式进行，不利于提高学生主观能动性和自我纠错意识，教学效率较低。目前，虚拟仿真技术已广泛应用于汽车类专业教学，如何借助新能源汽车三维仿真平台和VR（Virtual Reality，虚拟现实）虚拟仿真学习平台等现代化仿真教学手段，让传统教学中存在的单一、枯燥的理论知识变得趣味、活跃和生动，让学生在虚拟仿真环境中积极主动的参与到教学的各个环节[2]，以新能源汽车拆装实训课程为例，形成了“三虚一实”分步提高、步步巩固的教学模式。

1 整体设计

《新能源汽车拆装实训》是高职新能源汽车技术专业的专业实训课程，主要学习新能源汽车“三大电”与“三小电”的拆装，同时巩固各部分的基本构造和工作原理。课程整体设计，根据学生的认知规律和意识培养的过程，结合新能源汽车维修岗位工作的安全工作要求，构建基于岗位职责和工作过程的教学内容，形成如下整体教学设计思路如图1 所示。

图1 整体设计框图

整体设计中，将教学过程分为三阶段进行，分别为“课前→课中→课后”三环节；针对每个教学项目实施“三虚一实”的设计，即理论学习（虚）→三维仿真平台学习（虚）→VR 虚拟仿真平台学习（虚）→实车训练（实）。

2 教学实施

根据教学目标、重难点和教学策略制定每一次课的教学实施方案，以纯电动汽车动力系统组成为例，要求学生能认识纯电动汽车动力系统各部分的零部件，掌握各部件间的连接关系。因纯电动汽车工作电压较高，在实车认知和拆装时，要求学生必须具备相应的安全操作规范意识，否则存在一定的触电安全隐患，为此制定以下教学实施方案。

2.1 课前

教师通过学习平台发布，项目的教学内容和根据学情确立的教学重、难点及学习要求，学生利用智慧职教资源库、新能源汽车教学资源库等自学相关内容并完成相关任务。

2.2 课中

在教学过程中项目按照“理论→仿真平台→VR 平台→实车”四步骤进行，每个教学步骤划分成若干个工作任务、资讯、决策、计划、实施、检查、评估的环节[3]。

2.2.1 理论学习

理论学习主要以面授的形式展开，教师言传身教的形式讲解工作技术要领及专业相关知识，对工作过程中可能遇到的高压危险及避免措施实施分析，使学生对工作过程中的安全行为、危险识别等做到心中有数，避免出现高压恐惧和焦虑的心理；同时通过多媒体等平台，运用案例法，强化学生对高压的敬畏意识。

2.2.2 三维仿真平台学习

完成理论学习后进入新能源汽车三维仿真平台进行个体自主学习。三维仿真平台模拟工作场景以真实工作任务为向导，采用多种多媒体表现手法，平台设计有自主学习、在线测试、案例分析等多模块。学生可以通过键盘、鼠标等简单设备了解新能源汽车结构、装配关系、零件细节、工作原理，并跟随平台的文字及语音指导进行虚拟的拆卸、装配等操作，学生可通过操作计算机进行项目的自主仿真训练，当出现不安全操作和违规行为时，三维仿真平台会提示违规的详细内容及正确操作内容，以此巩固理论知识，强化安全操作。在线考核模块要求学生在无系统提示的情况下，一次性完成相关工作任务。

在三维仿真平台学习中，学生可利用平台的提示功能，巩固知识要点和发现自身的薄弱环节，做到“有的放矢”的个性化针对训练，有利用提高学生的自学能力，同时便于教师掌握学习效果。三维仿真平台学习中的场景如图2 所示。

图2 三维仿真平台学习

2.2.3 VR 虚拟仿真平台学习

新能源汽车VR 虚拟仿真平台采用逼真的模拟真实场景，强化学习者“心流”体验，使学生在能够愉快地沉浸在交互的学习环境中，集中精力完成学习任务[4-5]。学生以小组为单位，分别扮演不同角色，身临其境的相关任务，当出现不安全操作和违规行为时，系统发出相应的警告及纠正提示，同时学生也可在小组其他成员的提示中发现其违规行为并实施纠正，有利于学生掌握相关知识要领，增进安全规范意识。

VR 虚拟仿真平台学习使教学内容实现可视化、仿真化、模拟化[6]，在虚拟的工作环境中的模拟操作，在学生操作错误的情况下，也只是给出虚拟环境下的模拟反馈和提醒，保证了学生和设备的安全，避免了实际的触电危险。学生在虚拟实训过程中接受系统和小组成员提供各种提示、反馈，让学生在不断碰壁和警告的环境中，纠正自己的不安全行为，规范操作流程，提高安全意识。VR 虚拟仿真平台学习如图3 所示。

图3 VR 虚拟仿真平台学习

2.2.4 实车训练

学生完成前三步的学习并考核合格后进入实车训练环节，该环节采用“教师演示→学生模仿→教师指导”的教学模式，学生以小组为单位参与其中，每组配备小组安全员，最后由学生在教师和组员的共同监督下完成实训任务，锻炼学生的实际操作能力。

2.3 课后

教师发布的任务，学生根据任务完成课后测试，上传实训操作及讲解视频至视频库，小组之间相互评价并选出优秀视频作为示范分享。后期学生可对照此视频，进一步巩固学习。

3 实施效果

通过三维仿真平台和VR 虚拟仿真学习平台在教学中使用，让学生在虚拟的环境中进行与真实工作岗位类似的场景中进行闯关式的学习[7]，激发了学生的上课热情，提高了课堂参与率；虚拟操作成功后，再到新能源实车进行实际操作，学生已具备相关操作的知识要点和安全规范操作意识，可有效化解教学过程中安全风险，夯实新能源汽车职业岗位技能基础。

4 结束语

通过虚实结合法的教学模式与传统的教学模式相结合，让新能源汽车高压下的教学，实现了理论知识情境化、可视化和趣味化，虚拟环境使操作过程使更加安全、生动和逼真，激发了学生学习的兴趣。通过三维仿真平台的单兵规范训练，到VR 虚拟仿真学习平台的团队训练，再到新能源实车的标准化实际操作，能有序分步提高学生的安全规范操作意识，夯实新能源汽车职业岗位技能基础，化解新能源汽车教学过程中安全风险和教学难点。