信息化技术在高职汽车类专业教学中的应用

王康俊，杨 腾

(山西水利职业技术学院，山西 运城 044000)

0 引言

以山西水利职业技术学院新能源汽车检测与维修技术专业教学为研究对象，该专业人才培养目标是为新能源汽车制造、售后服务行业培养具备扎实理论知识和实践技能的应用型技术技能型人才。在校期间实践技能的掌握程度直接影响学生能否顺利步入工作岗位，因此如何在现有教学条件下提升实践教学效果和质量变得至关重要。本文将分析信息化手段尤其是虚拟现实技术在实训教学环节中的应用实施及对课堂效果的提升和经验总结。

1 专业教学分析

山西水利职业技术学院新能源汽车检测与维修技术专业自成立以来，连续两年共招生200余人，对两年来专业教学过程实施情况及不足分析总结如下。

1.1 师资分析

目前学院配备专职专业教师4名，只有1名为车辆工程专业，其余教师均为相近专业转行教师。新能源汽车作为新兴的综合性产业，不仅要求教师具备传统的机械车辆理论基础知识，而且对电工电子、通讯、电池、控制学等学科要有认识和了解，因此对教师提出了更高的要求，教师都是通过自学或参加专业培训的方式来提高自身在新能源汽车专业方面的认知和水平，目前可基本满足于理论教学。而实践技能的提升渠道及条件则相对缺乏，实训教师的数量及实际操作能力已然成为短板，潜在影响学生技能培养。

1.2 学情分析

对学生在课堂活动中的表现等情况进行分析，第一学年在汽车机械基础、新能源汽车概论、新能源汽车结构与原理等基础课程中初始学习兴趣浓厚，课堂氛围相对活跃，随着课堂教学的不断深入，学生逐步脱离课堂，参与度明显下降，教学质量很难保证。第二学年专业核心课程新能源汽车驱动电机技术、动力电池管理及维护技术、纯电动汽车故障与诊断教学中，学生对于理论知识的探索和需求的主动性直线下滑，分析原因是理论知识苦涩难于理解、高职学生的理论学习能力相对薄弱。相反，高职学生对于实践教学环节更容易产生持久的兴趣和学习动力，通常表现为积极踊跃进行实操练习，通过自身努力及团队合作完成任务后具有获得感和成就感，特别是在未知领域则会表现出强烈的求知和探索欲望。通常情况下学生会结合任务实施过程及经验发现自身理论知识的欠缺，从而激发学习动力。

1.3 教学资源分析

教学资源方面主要分为软资源和实训资源两大类，软资源包括教师的教学课件、动画及微课等，软资源可以满足日常理论教学需求。实训资源配置一方面受限于场地，另一方面受限于高昂的设备费用，而且设备的更新换代周期日益缩短，主要配置了电机拆卸台架、高压安全管理实验台、比亚迪E5纯电动汽车动力驱动系统联调台架各一套，实训室占地面积不足100 m2，只能满足教学演示需求[1]。

1.4 教学现状分析

基于以上师资、学情、教学资源配置等现状，目前仍达不到理实一体化教学模式，并且在专业实践教学环节凸显出一系列问题。1)设备数量与学生比很低，45名学生的班级只有一套实训设备，每项任务最多需要3名同学配合完成，即15个小组轮流进行实践操作将会消耗大量的时间，导致整个学期所能完成的任务很少；2)未配置实训指导教师，新能源汽车实操任务相比于传统汽车危险系数高，实训教师需全程指导和监督，避免安全事故发生，目前仅依靠一名教师管理和指导实践环节，效率不高；3)在教学演示环节，受场地和设备数量限制，学生不能够清晰获取教师的讲解和实操技能，导致同样的案例需教师重复数次，无形中增加了教师的劳动强度；4)实训设备技术状况落后于行业发展，导致学生在校内所学所见无法直接应用于工作中，达不到从学校到工作岗位的无缝衔接。

综合上述现实情况，学院目前教学方式及达成的效果距离人才培养目标仍有较大差距，新能源及汽修专业实训课程教学过程中需要提高学生的学习兴趣，培养学生自主学习的习惯，强化学生技能操作能力，达到专业人才培养方案的目标，同时又要降低教师的工作负荷，减少安全隐患，提高课堂的整体效率。因此，引入先进的信息化教学手段刻不容缓。本文借鉴汽车研发过程中最常用到的三维模型及虚拟仿真技术，探索将其运用至实践教学环节来改善课堂效果，弥补实训资源不足带来的问题，从而使学生掌握更多的实操技能。

2 虚拟仿真技术教学实践

虚拟仿真技术自20世纪80年代发展至今，凭借其实时的三维空间表现能力及人机交互的操作便携性等特点应被广泛应用于汽车研发、制造、服务等领域[2]。在高职汽修专业教学中也逐步出现了虚拟仿真的运用案例[3]，根据新能源汽修专业课程体系及培养需求，以纯电动汽车动力系统故障诊断课程为载体，申请某公司开发的云立方虚拟实训软件为工具，将其运用至实践课教学环节进行教学改革研究[4]。

2.1 实施过程

该虚拟实训平台中配置了纯电动汽车动力系统虚拟故障诊断车(比亚迪E5)，适用于新能源汽车故障诊断实训教学，可对纯电动汽车动力电池管理系统、交流充电系统、高压互锁、CAN通讯、驱动电机旋转变压器、主接触器等进行故障设置，并匹配了诊断流程、电路图及维修手册等学习资料。基于虚拟实训平台，教师可开展教学演示、任务管理及成绩查看，学生主要完成教师发布的练习及考核任务，同时可以查看已完成任务的得分及扣分项目。

在教学实践过程中，将虚拟实训平台软件安装至学校公共机房电脑上，可以保证学生每人一台电脑。首先由教师利用20 min在虚拟实训平台中教学演示中讲解纯电动汽车故障诊断任务实施流程(图1)：1)准备工作；2)部件位置；3)结构认知；4)电路图分析；5)诊断流程；6)收尾工作。

图1 维修工单

其次，教师在任务管理中，选择故障现象或故障点发布练习任务并设定时长30 min，由学生在各自电脑上进行故障诊断及排除练习，在练习任务中，学生可根据诊断需求切换视角，快速定位至零件视角、常用视角及驾驶室视角等。同时配备故障诊断仪(图2)、万用表及示波器等设备，学生可参考维修手册及诊断流程按照维修工单完成故障诊断与排除。

图2 虚拟故障诊断界面

遇到困惑时可请教教师或点击软件中的提示按钮辅助其完成整个任务；学生练习完成后由教师发布考核任务并设定时长30 min，在考核任务中学生将不能参考诊断流程，须按照维修工单完成任务并提交；最后教师利用10 min时间总结学生在考核任务中的得分情况，重点强调易错环节。整个教学实施过程既涵盖了理论知识的讲解，又将课堂主体转移至学生，让学生充分参与到课堂活动当中，实现了学生“学、练、考”与教师“教、评”的有机结合，同时学生可利用课后时间在虚拟实训平台中进行练习和巩固，为学生获取知识和技能提供更多便捷性[5]。

2.2 效果分析

1)利用虚拟实训平台能将纯电动汽车动力系统故障诊断场景仿真与还原，学生在平台中运用维修工具及设备，按照规范的诊断流程实施任务，弥补了实训设备配备不足的现状，解决了以往10多名学生面对一台实训设备的窘境。使学生真正变成实践课堂的主角，有效提高了学生的课堂参与度。

2)虚拟实训平台具备立体三维视图效果，学生可任意切换至车辆各个视角，有助于查找零部件的安装位置，同时通过操纵点火开关、制动及加速踏板，学生可模拟启动和驾驶车辆，正是由于虚拟现实技术最突出的交互性特点，使学生能沉浸在模拟的汽修环境中，增加了学生身临其境的感受，从而激发学生的学习兴趣，进而提升获取知识和技能的主动性。

3)分析纯电动汽车动力系统故障诊断的特点，在不破坏原车线束的情况下实际故障设置点以保险、继电器为主，故障相对单调，而利用虚拟实训平台不仅可以扩大故障设置范围，包括保险、继电器、线路及元器件，例如，单体电池欠压导致车辆无法高压上电的故障，而且故障设置便捷，不会对车辆造成影响。通过设置多样化的故障点使学生体验不同的故障现象，从而增加学生对不同故障的认知、积累丰富的诊断经验。

4)学生在进行新能源汽车故障诊断排查实操时，往往会出现因操作不当、工具设备使用错误引发的安全事故及车辆受损。而在虚拟实训平台中可以有效规避此类现象发生，如学生未按规范操作，系统将会给出错误警告和提示。对于同一个故障，学生可反复多次进行操作和练习，以提升操作熟练性。同时配置了诊断流程、电路图及维修手册(图3)可供学生参考，从而提高学生操作的安全性和效率。

图3 维修手册

5)在评价反馈方面，学生提交任务后虚拟实训平台均可根据学生的操作情况及工单记录自动进行评分，并以报告的方式展现。学生可查阅得分并发现自身操作不当的具体项目，以便后续加强练习，如存在困惑问题可随时通过虚拟平台信息系统向教师请教，课后也可通过回看平台上保留的操作视频再次温故知新；虚拟平台可对学生的操作步骤进行记录分析并反馈至学生，每个任务结束后给出得分，教师根据报表得分可直观分析学生对任务的掌握情况，反思教学设计中重难点布置的合理性，为后续的教学研究提供数据支持。授课班级成绩统计(表1)，学生个人任务成绩统计(表2)。

表1 班级成绩统计

表2 任务成绩统计(个人)

6)将虚拟实训平台应用于专业课程实训教学中，经对比平台购置费用明显低于实训车辆及设备费用且无需投入实训耗材，不仅能节约学院的经费支出，而且减少了因车型更新换代技术落后导致的二次费用投入，在平台中进行车型升级即可[6]。

3 结语

学院在现有师资力量、设备经费、实训条件及教学现状的基础上，防止人才培养与社会行业需求相脱节，随着信息化技术和网络通讯技术的快速发展，将虚拟现实技术运用至新能源汽修专业课程实训教学，正是推进职业院校“三教”改革的重要路径之一，以专业人才培养目标为主线，旨在提升人才培养质量、为社会输入技术技能型人才。通过实践研究，切身体会到学生的变化：1)学生由厌学弃学到如今的自主学习；2)教学模式的改革，由教师讲授演示转变为学生自主实操；3)教材的变化，由课本变为维修手册、工单、实车电路图等；4)技能提升，在没有竞赛车辆的条件下指导学生获得山西省十五届职业院校技能竞赛新能源汽车技术与服务赛项团体三等奖两项。

总之，虚拟实训平台的运用不仅改善了学生课堂参与度、丰富学生职业场景体验感受、提升学生职业技能，而且能降低学院开支、保证实训教学活动的安全性及课堂效率，可以有效缩短教学时间并提高教学效率。促进教师更直观、清晰地操作示范，辅助学生模拟操作降低实操失误率，方便学生复盘操作流程，极大地提升课堂效率。同时又能协助教师对每个学生形成过程性评价，实时监控学生在各学习阶段的情况。未来学院将继续探索，依据人才培养方案、课程标准将现有课程内容和信息化教学手段有机融合，打造效率更高的课堂，推广虚拟仿真技术在汽车拆装、结构认知等课程中的应用，不断拓展和改革教学模式，寻求有效提升学生实践操作能力及教学质量的方法路径，为新能源汽车行业培养后备人才。

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