“互联网+”背景下开展虚拟现实和混合形态的教学设计与实施研究——以《特斯拉高压绝缘故障诊断检修》学习任务为例

宫英伟，张利，高燕

“互联网+”背景下开展虚拟现实和混合形态的教学设计与实施研究——以《特斯拉高压绝缘故障诊断检修》学习任务为例

宫英伟，张利，高燕

（北京交通运输职业学院，北京 102618）

“互联网+”背景下探索开展虚拟现实和混合形态的教学改革，文章以《特斯拉高压绝缘故障诊断检修》学习任务为例，基于教学内容的分析、学习者学情的分析、学习目标的分析、重点难点解决方法的分析、教学环境及资源的设计准备、教学流程和教学评价的设计进行教学整体设计，并运用虚拟仿真和信息化教学资源，开展以“4步1法12环”教学流程为主线的混合式线上线下教学的组织实施与研究。根据平台数据分析学习效果，并对教学整体设计进行了反思改进，提出了特色创新以及不足改进。

“互联网+”；虚拟现实；混合形态；新能源汽车

前言

《教育信息化2.0行动计划》《国家职业教育改革实施方案》等政策提出要积极推进“互联网+教育”，运用现代信息技术手段深化教学改革，坚持信息技术与教育教学深度融合的核心理念，加快实现教育现代化。

1 “互联网+”背景下的教学整体设计

1.1 教学内容的分析

《新能源汽车动力系统故障诊断检修》课程采用模块化教学模式，以工作岗位能力需求为导向，以典型工作任务为依据，设计了任务驱动的教学思路，共分为4个模块。本次课教学内容是《新能源汽车动力系统故障诊断检修》课程模块三中的任务3-1，共计4个课时。本次教学内容源于《特斯拉电动汽车维修故障案例库》，引入特斯拉企业真实工作任务和生产案例，属于高频工作任务，主要学习目标是掌握特斯拉高压绝缘故障诊断检修流程和分析方法，按照企业规范利用专用工具完成高压绝缘故障诊断检修。对接1+X证书“新能源汽车动力驱动电机电池技术（高级）”模块的能力要求和特斯拉银级技师的培训要求。

本次课程的学习任务为“特斯拉高压绝缘故障诊断检修”，主要内容包括：特斯拉高压系统的结构布局、高压绝缘系统控制原理及策略、高压绝缘系统故障原因分析、高压绝缘系统故障诊断思路和排除方法、高压绝缘系统故障机理。

1.2 学习者学情分析

1.2.1知识基础

通过学习通发布课前测试题判断学习者对绝缘和绝缘电阻的基础知识掌握情况，统计结果如图1所示。

图1 知识能力

结论：学习者已掌握绝缘和绝缘电阻的概念。

1.2.2能力基础

通过测试题考察学习者识读电路图和计算电阻的能力，通过虚拟仿真软件考察学习者对高压断电标准化操作掌握情况，统计结果如图2所示。

结论：学习者整体具备了识读电路图和计算电阻的能力，80%学习者能规范完成高压断电标准化操作；基本能够完成高压绝缘的检测，但正确率有待提高。

1.2.3认知与实践能力

学习者已经学习了特斯拉低压供电异常和充电异常故障诊断检修任务，通过上个任务的职业行动过程效果分析，如图3所示：

图3 认识与实践能力

100%学习者完成了模块二的学习，部分学习者在析机理等薄弱环节有很大提升空间。100%学习者有高压安全防护、部件基本检测、使用维修软件读取故障信息的实践经验，但软件使用效率还待提升。

1.2.4学习特点

授课对象是特斯拉订单班大二的学生，全班24人，全部是男生，性格比较外向，和老师沟通比较顺利，敢于说出自己的想法，疫情期间居家自主学习能力欠缺，喜欢操作信息化软件等新鲜事物，注重个人体验，但缺少深度思考，专注力和创新能力还有待提高，如图4所示。

图4 学习特点

结论：需提升学习者自主学习能力，培养深度思考的习惯，加强新能源汽车的故障诊断思维的培养，提升专注力和创新能力。

1.3 学习目标的分析

1.3.1知识目标

（1）能绘制特斯拉高压系统的结构布局；

（2）难点1：能解释特斯拉高压绝缘监控原理及策略；

（3）重点1：能说出特斯拉高压绝缘故障诊断检修的流程和分析方法；

（4）能写出特斯拉高压绝缘故障机理。

1.3.2能力目标

（1）能运用仿真软件，使用TOOLBOX解码器和特斯拉云诊断GARAGE系统进行故障信息的读取，确认高压绝缘故障现象；

（2）难点2：能根据特斯拉高压绝缘监控原理，借助特斯拉云诊断GARAGE系统、维修手册等，分析高压绝缘故障产生的可能原因；

（3）能根据故障原因，制定高压绝缘故障检修方案；

（4）重点2：能根据检修方案，依据厂家技术标准，运用虚拟仿真软件，正确使用专用工具诊断与排除高压绝缘故障，提高故障诊断逻辑思维能力。

1.3.3素质目标

（1）通过读取故障码和数据流、查阅维修手册等资料，具备信息检索和数据分析的素养；

（2）通过分组讨论分析故障原因和制定检修高压绝缘故障方案，具备团队合作能力、分析问题和解决问题的能力，提高逻辑思维能力；

（3）通过对绝缘故障检测，具备牢固的安全和责任意识，做到持证上岗，严格遵照企业高压安全操作的注意事项进行操作；

（4）通过为客户诊断与排除高压绝缘故障，具备精益求精的工作作风和严谨求实的劳动态度，在检修工作中坚守岗位，对客户负责，增强职业荣誉感。

1.4 教学重点难点的解决方法分析

重点1：通过小组讨论绘制故障树、腾讯会议分享故障树、企业导师点评的方法帮助学习者分析绝缘故障产生的可能原因。

重点2：通过企业导师规范操作视频、教师安全提示和借助特斯拉故障诊断虚拟仿真软件实操模拟，帮助学习者完成高压绝缘故障诊断与排除。

难点1：借助《绝缘监控部件》交互小游戏、《绝缘监控原理及策略》二维动画、教师讲解、随堂测试题帮助学习者掌握特斯拉Model S高压绝缘的监控原理及策略，使难理解的理论知识轻松易懂，突出并解决教学难点。

难点2：通过新能源汽车虚拟仿真软件模拟故障诊断检修、学习地图、制定计划、教师讲解，帮助学习者了解特斯拉Model S绝缘故障诊断检修的流程和分析方法。

1.5 教学环境及资源的设计准备

1.5.1教学环境设计

教师在特斯拉底盘控制检测区实训室直播上课，用到的区域和设备有：信息化培训教室和动力系统检测区，特斯拉ModelS整车、诊断信息平台、新能源专用诊断维修工具总成套装1套、高压防护套装1套、常用工具车和工具箱等。同时需要学习通平台、腾讯会议、虚拟仿真教学软件、小游戏、动画等。

学习者居家上课，电脑或手机能够上网，保证环境安静。

1.5.2教学文件资源准备

《高压绝缘，高压上电异常》活页式工作页；

《高压绝缘，高压上电异常》活页式工作手册；

《新能源汽车原理与检修》教材。

1.5.3“互联网+”信息化资源设计

（1）《特斯拉故障诊断虚拟仿真软件》：网络和单机版，实现高压绝缘故障诊断检修的实训与考核，解决重点。教师可实时查询学习者的考核结果及错误信息。

（2）第一视角眼镜：借助第一视角直播教学，使学习者更直观地观看教师示范，提高学习效果。

（3）学习通：发布课前、课中和课后的资料、任务、测试题等，实现教和学全过程信息采集，为教师提供教学研究大数据。

（4）腾讯会议：通过视频会议实现师生互动、生生互动。

（5）《特斯拉电动汽车维修故障案例库》：查找特斯拉电动汽车高压绝缘故障案例，引出企业真实工作任务。

（6）二维动画：《绝缘和绝缘电阻的概念》《特斯拉高压绝缘监控原理及策略》，解决重难点。

（7）交互小游戏——《高压绝缘监控回路》：使学习者认知高压绝缘监控的部件及安装位置，激发学习兴趣。

（8）视频：《特斯拉高压绝缘故障案例》视频、《其他品牌电动汽车绝缘监控原理与策略》故障案例视频。

（9）《特斯拉维修手册及电路图》。

1.6 教学流程设计

校企共设“4步1法12环”教学流程，如图5所示。以企业诊断新工艺4步工作流程为导向：线上故障预诊→人工智能故障分析→云平台诊断排故→大数据诊断报告，通过任务驱动法，将工作流程转化为符合教学规律、学生认知的12个教学环节，包括：“学新知-引案例-验症状-预诊断-收信息-找原因-定计划-做诊断-析机理-排故障-评结果-拓视野”。

图5 “4步1法12环”教学流程

本课程组建校内教师+企业导师师资队伍，采用理实一体化教学手段，配合信息化资源，设计线上线下混合式教学活动，各环节根据任务性质的不同设计教学活动，如图6所示。如线上--教师讲授、企业导师点评示范、学生实践；线下--收集信息、任务拓展等，并将思政教育贯穿始终，融入疫情防控、职业道德和劳动教育，力促学生达到德技并修、知行合一的目标。

图6 线上线下混合式教学活动

1.7 教学评价的设计

图7 职业行动过程评价

如图7所示，依据岗位标准，对接知识、能力、素质教学目标，校企共同确定12环节的职业行动过程能力考核要素。借助学习通和特斯拉故障诊断虚拟仿真软件全过程捕捉学生学习数据，即时掌握学生情况，将隐形核心素养显性化，形成职业行动过程效果分析图，调整教学策略，突破教学重难点，实现知识、技能和素养的同步提升，达到教学目标。

2 虚拟现实和混合形态教学的具体组织与实施

实施12环教学流程，贯穿课前、课中、课后。

2.1 学新知

教师利用学习通推送资源《绝缘和绝缘电阻的概念》二维动画及测试题。虚拟仿真软件发布《电路图基本识读和电阻计算》简答题以及“高压断电标准化操作”任务，引导学生独立自主回顾“绝缘和绝缘电阻的概念、电路图基本识读和电阻计算、高压断电标准化操作流程”等知识，学生通过观看二维动画以及查阅资料预习新知“特斯拉Model S绝缘监控原理及策略”，并绘制思维导图，上传语音讲解。

2.2 引案例

教师提出问题，并借助腾讯会议，播放“特斯拉Model S高压绝缘”的故障案例视频，学习通下发活页式工作页，并完成评价。学生带着问题观看故障案例视频，思考、回答问题，明确工作任务，并填写工作页。在本环节中引入接车时的疫情防护知识和防护技能。

2.3 验症状

教师运用腾讯会议引导学生借助虚拟仿真软件模拟验证高压绝缘故障现象。通过虚拟仿真软件操作记录和工作页填写情况，归纳总结学生验证现象存在的问题，给予反馈。学生运用虚拟仿真软件实操验证整车故障现象，确认仪表显示、整车状态，填写工作页。此环节利于增强学生的体验感，培养严谨求实的劳动态度，激发学习兴趣。

2.4 预诊断

学生运用虚拟仿真软件读取整车故障码和数据流，根据维修手册标准，对异常数据进行分析。做好高压安全防护和断电流程和车辆基本检查操作，并填写工作页，完成预诊断。通过虚拟仿真软件读取故障码和数据流，完成预诊断，培养信息检索和数据分析的素养。教师观察各组学习情况，针对学生出现的问题如“读取整车故障码和数据流”、“车辆检查”等进行示范操作和指导。

2.5 收信息

教师引导学生查阅工作手册，收集高压绝缘监控部件及安装位置信息，并在虚拟仿真软件上发布《高压绝缘监控部件》交互小游戏任务。同时播放二维动画，配合引导式讲解和随堂测试，利用思维导图帮助学生掌握讲解特斯拉Model S绝缘监控原理及策略，突破难点。在讲解中根据技术的原理特点，强调创新重要性，培育学生的创新意识。

2.6 找原因

教师采用小组合作、绘制故障树等，引导学生分析故障原因，确定故障范围，培养团队协作、分析和解决问题能力。学生借助腾讯进行小组讨论，共同画出故障树，上传作品至学习通，并分享故障树，倾听企业导师点评，以及补充完善故障树，共同讨论确定最有可能的故障范围，完善工作页和评价环节。

2.7 定计划

教师利用腾讯会议讲解绝缘故障检修流程，进行提问、答疑互动。并借助虚拟仿真软件演示：查阅维修手册后，在实车上找到某一高压部件插件端子，进行某单一部件绝缘电阻模拟检测示范。通过小组讨论、企业导师点评活动引导学生制定完善检修方案，完成评价，使学生掌握故障检修流程和分析方法，培养团队合作、专注力。

2.8 做诊断

教师组织学生自主练习，腾讯会议直播企业导师标准示范操作，提问、互动，强调安全意识和责任，做到持证上岗。引导学生运用虚拟仿真软件故障诊断实操，分析检测数据，确定故障点，掌握重点。同时教师在特斯拉理实一体化实训中心采用直播方式对学生示范操作，讲解重难点和安全注意事项，培养安全、规范、精益求精的工匠精神和严谨求实的劳动态度。

2.9 析机理

教师借助腾讯会议引导小组讨论，写出分析故障机理，上传至学习通。引导学生展示讨论结果。教师讲解绝缘故障产生的机理，提问、答疑互动，并完成评价反馈。学生分析故障机理，培养逻辑思维和探究精神。

2.10 排故障

教师引导学生借助仿真软件排除绝缘故障、进行竣工检查和5s管理。引导学生通过腾讯会议进行角色扮演，按照企业标准完成车辆交付，完成评价反馈。本环节重在学生培养规范操作的习惯，对工作负责的责任心和服务意识。

2.11 评结果

教师通过学习通下发诊断报告，引导学生梳理诊断思路，编写诊断报告。与其他同学分享经验。发布学习通作业，引导学生通过思维导图软件总结并展示本次课程所学知识点。教师进行点评，并通过思维图梳理整个知识框架。借助思维导图软件梳理本次工作任务的知识体系，增强记忆，培育学生的学习能力和信息素养。

教师汇总评价表，形成职业行动过程效果分析图，分析学习目标达成情况，作为下一任务教学策略调整依据。

2.12 拓视野

教师学习通发布“电动汽车绝缘监控原理与策略、绝缘故障诊断检修的流程和分析方法”作业，引导学生巩固难点知识，并完善预习时的思维导图。借助平台发布活页式工作手册--《其他品牌电动汽车绝缘监控原理与策略》资料和故障案例视频，引导学生讨论“如何诊断其他品牌电动汽车绝缘故障”，上交计划至学习通作业，进行拓展学习。启发学生灵活运用课堂所学，培养举一反三、开拓创新思维能力。

3 学生学习效果分析

3.1 学生积极互动参与，形成可视化成果，获得良好学习体验

如图8所示，学习通发布的活动显示学生参与度达100%。作业提交达100%。在找原因和定计划环节中采用小组合作的学习方法，通过小组网上讨论的记录和成果显示学生的团队合作意识得到提升。可视化成果有故障树、检修方案、诊断报告、思维导图等。与常规教学相比，学生在课前和课后学习成效显著提高，自主学习能力得到了加强。

有个别学生存在家中无网络信号，他们能克服很大困难，寻找到网络信号相对稳定的场所坚持线上学习，充分体现了疫情期间学生共克时艰的学习态度。

图8 学生学习成果

3.2 依据教学目标评价数据，学生学习目标已达成

借助学习通和虚拟仿真软件全过程采集，通过对各环节的评价形成本次学习任务的职业行动过程分析效果图，如图9所示。

授课过程中采用全过程考核评价，课前、课中、课后测评显示100%的同学已达标（60分），实现了知识、技能、素质教学目标。

3.3 经过职业行动效果分析，学生整体及个体薄弱项已提升

较上次学习任务职业行动过程效果对比，整体在《析机理》和《引案例》环节有所提升。部分学生在收信息、做诊断、排故障重点环节有明显薄弱，存在原理理解不到位、诊断思路不清晰、方法运用不准确、调试检测不规范等问题。教师推送有针对性的信息化课程资源，及时示范操作；学生强化了自我仿真训练，故障检测和排除能力有了很大提高。

4 教学设计反思改进

4.1 特色创新

4.1.1校企开发全国首套特斯拉虚拟仿真软件，破解线上教学实训难题

校企开发《特斯拉故障诊断虚拟仿真软件》是全国首套以特斯拉电动汽车为原型、集三维动画和人机交互于一体的虚拟仿真教学软件，嵌入维修诊断系统，将维修诊断场景通过仿真呈现。此软件可进行常见故障诊断维修的虚拟仿真操作，其故障诊断排除过程源自企业真实故障诊断维修流程。教师可在教师终端上设置故障，即时查看学生实训考评结果；学生可运用此软件查看电子维修手册，验证车辆故障现象，诊断故障，找出故障点，更换或维修故障零件，排除故障。

学生返校后运用此软件，还可增加实车操作安全性，同时可用于院校和企业培训，可借鉴推广。

4.1.2校企共设“4步1法12环”教学流程，实现德技并修精准培养

采用特斯拉订单人才培养，依据企业诊断新工艺，创设“4步1法12环”教学流程，校企开发教学资源，企业导师深入课堂，实现精准培养，培养故障诊断的逻辑思维和规范的检修方法。同时将课程思政贯穿始终，加强学生安全、规范、服务意识，培育精益求精的工匠精神和严谨求实的劳动态度。此流程经实际教学实施和效果分析，在疫情期间线上教学取得了很好的效果，可借鉴推广。

教学内容引入了特斯拉真实故障案例，对接了“1+X”证书和特斯拉银级证书考核要求，融入了电池及管理系统、电机控制、整车控制新技术要素，体现了新能源汽车维修诊断的新工艺要求。

4.1.3校企优化职业行动过程评价，全面提升学生职业行动能力

对接知识、能力、素质目标，与特斯拉共同设置了职业行动过程能力考核要素，借助学习通和虚拟仿真软件全过程采集数据，形成课前、课中、课后全过程职业行动过程评价，实现学生即时监测，评估教学目标达成情况。通过分析职业行动过程效果图分析整体及个体薄弱项，进行教学诊改，开展个性化辅导，从而全面提升了学生职业行动能力。

4.2 不足及改进

4.2.1更好适应新技术、新工艺、新规范创新迭代，不断丰富软件资源

伴随新技术、新工艺、新规范的创新迭代，校企合作会不断深化，软件资源会不断增加新模块、新数据，使软件资源库更新升级，满足新时期学校教学、企业培训的需要。

4.2.2《特斯拉故障诊断虚拟仿真软件》仍存在提档升级空间

应对疫情，《特斯拉故障诊断虚拟仿真软件》满足了仿真实训的需要，学生获得了良好的学习体验，也收获了较好的学习效果，但在体现学生非专业能力素养等方面还有很大提升空间。下一步将持续开展与企业的合作，共同研究，持续改进。

Teaching Design and Implementation Research Carried out Concerning Virtual Realityand Mixed Forms under the Background of "Internet Plus"—Taking the Learning Task ofas an Example

GONG Yingwei, ZHANG Li, GAO Yan

( Beijing Vocational Transportation College, Beijing 102618 )

Exploring the teaching reform combining virtual reality with mixed form under the background of "Internet Plus", taking the learning task ofas an example in this paper, based on the analysis of teaching content, the analysis of learner's learning situation, the analysis of learning objectives, the analysis of key difficult solutions, the design of teaching environment and resources, teaching process and teaching evaluation to design courses on a whole, and virtual simulation and information-based teaching resources will be used, with "4-step; 1- method; 12- ring" teaching process as the main line, to carry out the implementation and research of the organization of mixed online and offline teaching. According to the platform data analysis of learning effect, and reflect the overall design of teaching how to improve, the characteristics innovation and inadequate improvement will be put forward.

"Internet Plus"; Virtual reality; Mixed form; New energy vehicle

B

1671-7988(2021)22-162-06

G420

B

1671-7988(2021)22-162-06

CLC NO.: G420

宫英伟（1986—），女，硕士研究生，副教授，就职于北京交通运输职业学院，主要研究方向为职业教育教学、信息化教学、新能源汽车。

2020年双特高背景下高职院校信息化课堂革命与院校治理实践研究（编号：BJY2020C22，主持人：姚立泽）；基于故障分析法的纯电动汽车充电系统故障诊断研究（编号：BJY2020B07，主持人：张利）。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.022.042