張剛,李福海,蔣德志
(1.大連海事大學,遼寧 大連 116026;2.青島遠洋船員職業(yè)學院,山東 青島 266071)
基于VR技術(shù)的機艙資源管理課程混合式教學設計
張剛1,2,李福海2,蔣德志2
(1.大連海事大學,遼寧 大連 116026;2.青島遠洋船員職業(yè)學院,山東 青島 266071)
通過分析“機艙資源管理(ERM)”課程建設和教學現(xiàn)狀,得出使用傳統(tǒng)教學模式實施“機艙資源管理”課程教學的主要難題,探討“機艙資源管理”混合式教學模式的設計及應用,將基于虛擬現(xiàn)實(VR)技術(shù)的可遠程交互式機艙資源管理模擬器合理應用到在線實訓中,并對該模式教學效果進行評價分析。
虛擬現(xiàn)實(VR)技術(shù);混合式教學;機艙資源管理
STCW公約馬尼拉修正案將機艙資源管理列入STCW規(guī)則的A部分,作為遠洋船舶機艙操作和管理級船員的適任強制性要求。[1]目前,各航海院校和培訓機構(gòu)在研究國際公約和海事局大綱的基礎上也開展了“機艙資源管理”課程的教學培訓工作。但是,“機艙資源管理”是根據(jù)STCW公約馬尼拉修正案新增的一門課程,屬于管理學范疇,沒有現(xiàn)成的經(jīng)驗可資借鑒。各航海院校和培訓機構(gòu)仍舊采用傳統(tǒng)的課堂面對面教學模式,并存在教學時間緊迫、缺乏實船環(huán)境、教學組織困難以及成本較大等問題,對于沒有實船工作認知的在校生而言,更是覺得課程學習內(nèi)容“虛的多、實的少,看不見、摸不著”,教學效果不理想。本研究對“機艙資源管理”課程建設和教學現(xiàn)狀進行深入分析,并開展“機艙資源管理”課程混合式教學設計。依據(jù)課程訓練內(nèi)容及混合式教學模式需求,開發(fā)基于虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality,VR)技術(shù)的可遠程交互式機艙資源管理模擬器,應用到混合式教學實踐中。
“機艙資源管理”課程是輪機工程技術(shù)專業(yè)的核心課程,也是國際公約強制要求的遠洋船員崗位適任評估課程。國內(nèi)對機艙資源管理的研究比較晚,只局限于對機艙資源管理的初步認識。詹玉龍等[2]闡述了ERM對航運安全管理的作用及ERM的必要性和實用性,呼吁加強產(chǎn)學研合作;蔣德志等[3]在理念上對船員進行教育,再通過模擬器強化訓練來改變不良行為;蔣德志等[4]強調(diào)人力資源管理是機艙資源管理的重要方面,探討通過模擬器來提高船員的組織領導能力、團隊意識及交流溝通能力;邢輝等[5]梳理了STCW公約馬尼拉修正案關(guān)于機艙資源管理的要求,闡述了培訓課程的設置,強調(diào)了人為因素、團隊意識、領導與決策等內(nèi)容的培訓。
目前,各航海院校和培訓機構(gòu)在研究國際公約和海事局大綱的基礎上也開展了“機艙資源管理”課程的教學與培訓。但調(diào)研發(fā)現(xiàn),對“機艙資源管理”的教學培訓仍舊采用傳統(tǒng)的課堂面對面教學模式。為了使學生在有限的課時內(nèi)快速理解機艙資源管理的理論知識和實操內(nèi)容,只能以教師為中心進行“滿堂灌”,對學員的操作過程進行框定。這樣既增加了教師的負擔,也失去了培養(yǎng)學生自主創(chuàng)新的機會。實踐證明,“機艙資源管理”課程性質(zhì)和內(nèi)容決定了采用傳統(tǒng)的教學模式主要存在三大難題:第一,機艙資源管理側(cè)重于遠洋船舶機艙人力資源的管理,理論性強,內(nèi)容抽象、枯燥,概念不好界定;第二,該課程理論聯(lián)系實際,實訓課占有很大分量,而在國家海事局規(guī)定的培訓時間內(nèi)實施教和學的任務重、時間緊;第三,實船設備昂貴,培訓成本高,操作過程存在較高安全風險,容易引起誤報警等,致使很難實現(xiàn)該項目在實船環(huán)境下的實訓,即使依靠傳統(tǒng)輪機模擬器也無法全部實現(xiàn),僅用傳統(tǒng)教學方法和資源已經(jīng)無法滿足培訓的需求。
(一)“機艙資源管理”課程混合式教學的提出
“機艙資源管理”課程主要培養(yǎng)輪機管理人員的領導力和決策力、有效溝通能力、高效的輪機部團隊以及保持良好的機艙情境意識。為了克服以上傳統(tǒng)教學模式的不足,我們采用以任務驅(qū)動為主,利用依據(jù)課程訓練項目開發(fā)的基于VR技術(shù)模擬器等信息化資源,借助學院網(wǎng)絡數(shù)字化學習平臺,實施混合式教學,把線下傳統(tǒng)的面對面課堂教學和線上靈活的網(wǎng)絡教學優(yōu)勢結(jié)合起來,既發(fā)揮教師引導、啟發(fā)、監(jiān)控教學過程的主導作用,又充分體現(xiàn)學生作為學習過程主體的主動性與創(chuàng)造性[6]。依據(jù)高職教育教學規(guī)律以及混合式教學模式需求,將教學過程主要分為課前自學—認知實踐、課堂導學—系統(tǒng)內(nèi)化、課后提升—鞏固拓展以及綜合測評四個環(huán)節(jié),在虛擬現(xiàn)實環(huán)境下,實現(xiàn)課堂翻轉(zhuǎn),線上線下、職場化融合[7]。
(二)“機艙資源管理”課程混合式教學中引入VR技術(shù)
目前,各航海類院校主要依靠實物仿真輪機模擬器來開展“機艙資源管理”課程實訓教學和培訓。實物仿真輪機模擬器的主要功能是輪機設備的操作訓練,雖基本具備STCW公約中關(guān)于資源管理所要求的團隊協(xié)作訓練、情景意識訓練、決策能力訓練、執(zhí)行應變部署的能力訓練等功能,卻很難實現(xiàn)學生的在線操作訓練,無法滿足混合式教學模式的線上模擬訓練需求,這也是“機艙資源管理”課程實施混合式教學存在的最大難題。為此,我們依據(jù)“機艙資源管理”課程的訓練項目,結(jié)合目前航運市場主流船舶機型,開發(fā)出基于VR(Virtual Reality,虛擬現(xiàn)實)技術(shù)的可遠程交互式機艙資源管理模擬器,以此作為“機艙資源管理”課程在線模擬實訓資源,突破了該課程實施混合式教學模式的瓶頸。
(三)可遠程交互式機艙資源管理模擬器的開發(fā)和應用
可遠程交互式機艙資源管理模擬器是一種高度集成化處理后的具有綜合系統(tǒng)操作的大型軟件系統(tǒng),采用目前微軟開發(fā)平臺Visual Studio、3DMAX、ORGE或UNITY 3D開發(fā),軟件界面友好,二維三維兼?zhèn)?,高清逼真,美觀生動,人機交互性強,升級方便,充分考慮了教練員、學生、培訓、評估等多種實際需要。它是根據(jù)STCW公約規(guī)定的“適任評估項目”和“能進行持續(xù)熟練程度演示”的要求及現(xiàn)代輪機工程發(fā)展趨勢所設計研制的、以單機單槳船為母型船的大型輪機模擬訓練設備;是以高效訓練、實船體驗、高清三維畫質(zhì)為宗旨,采用虛擬仿真技術(shù),具有虛擬實船概念的國內(nèi)領先的機艙資源管理模擬訓練系統(tǒng),可以進行持續(xù)7*24小時全景值班、機艙環(huán)境高度逼真的虛擬實訓機艙。根據(jù)實際船舶設備資料和實際考察,結(jié)合“機艙資源管理”課程的教學和培訓項目,利用Converse3D虛擬現(xiàn)實軟件設計具有逼真的機艙設備三維模型的機艙資源管理模擬器。整個模擬器系統(tǒng)采用B/S、C/S兩種方式構(gòu)架設計,利用ActiveX技術(shù)和visual C#技術(shù)實現(xiàn)虛擬漫游技術(shù)和遠程IE實時交互等功能??傮w研究方案如圖1所示。
圖1 模擬器數(shù)據(jù)架構(gòu)
(1)采集機艙中的設備的實體數(shù)據(jù)(如發(fā)電機的實際尺寸等),利用建模工具Converse 3D及其二次開發(fā)工具包,建立虛擬環(huán)境中的機艙設備的三維模型。
(2)結(jié)合機艙資源管理培訓的實際,應用Converse3D中的ActiveX控件,嵌入visual C#等語言,以實現(xiàn)機艙資源培訓項目功能上的仿真,設計機艙資源管理模擬器。
(3)應用Converse3D的三維網(wǎng)絡展示平臺及虛擬社區(qū)等功能,嵌入visualC#等語言,以實現(xiàn)基于IE網(wǎng)頁的多人在線角色扮演互動交流系統(tǒng),最終達到設計可遠程交互式機艙資源管理模擬器的目的。
(4)該系統(tǒng)應用于輪機長、大管輪以及三管輪的“機艙資源管理”培訓與評估,輪機工程技術(shù)以及船舶電子電氣技術(shù)專業(yè)的理論教學和實操訓練,師資培訓及碩士研究生教育。整個系統(tǒng)包含60余個仿真訓練模型,包括主機模型、發(fā)電柴油機及發(fā)電機模型、分油機模型、鍋爐模型、造水機模型、槳模型、空壓機模型、系統(tǒng)管網(wǎng)模型等,保證了仿真數(shù)據(jù)的真實性和準確性??朔藗鹘y(tǒng)輪機模擬器在使用過程中存在的培訓效率低、系統(tǒng)抽象、實船感差、同時可培訓的人數(shù)受限制等不足,單機版可在不占用較大的訓練場地的情況下,使更多學員得到更多的操作機會,在使用三維模擬器之前充分了解各系統(tǒng)的基本原理和操作步驟,可以有效縮短培訓時間,三維和二維的綜合應用可成倍地增強培訓效果,節(jié)約教學成本。
基于VR技術(shù)的“機艙資源管理”混合式教學模式,通過合理借鑒“四段式”混合式教學模式(美國愛荷華州區(qū)域社區(qū)學院的兩位學者對混合學習提出了“四段混合教學模式”,見表1),實施網(wǎng)絡教學和課堂教學雙輪齊驅(qū)。學生可充分利用在線課程中豐富的、碎片化的教學資源,對機艙資源管理理論知識從項目到知識點,化整為零,各個擊破;還可在線上、線下利用基于VR技術(shù)的虛擬仿真模擬器,對機艙設備的布局和操作進行熟悉,很大程度上彌補了對實船工作認知的缺乏;與任課老師進行線上互動,接受個性化教學服務。在課堂教學中,側(cè)重于對課程重點、難點知識的講解和師生之間的溝通互動,教師根據(jù)教學重難點、學生在線反饋等進行教學設計,先學后教,以學定教。如此一來,既克服了傳統(tǒng)教學模式所產(chǎn)生的問題,也培養(yǎng)了學生的自主學習和創(chuàng)新能力,同時潛移默化地引導學生培養(yǎng)混合式學習習慣,為其他課程改革打下基礎。
表1 四段式混合式教學模式
(一)確定教學目標
根據(jù)輪機工程技術(shù)專業(yè)崗位職業(yè)能力、素質(zhì)要求,確定了知識、技能以及素養(yǎng)三位一體教學目標。以“機艙資源管理”課程項目三之任務二“離港備車時輪機長與輪機員之間的協(xié)調(diào)與配合”為例,確定本任務單元的教學目標(見表2)。
(二)明確重點難點
根據(jù)“機艙資源管理”課程標準、教學目標以及學生已經(jīng)掌握的理論知識和技能,結(jié)合遠洋船舶機艙的實際工作,確定課程各任務單元教學重點和難點。以“機艙資源管理”課程項目三之任務二“離港備車時輪機長與輪機員之間的協(xié)調(diào)與配合”為例,任務學習重點是正確制訂任務的實施計劃流程、輪機部團隊的有效溝通和配合,難點是安全規(guī)范地操作輪機模擬器實施備車任務。
表2 項目三之任務二單元教學目標
(三)分析學習特征
本課授課對象為輪機工程技術(shù)專業(yè)三年級學生。他們之前已經(jīng)完成了輪機工程技術(shù)專業(yè)相關(guān)理論知識的學習,了解船舶機艙設備的正確操作方法;“90后”的大學生課上學習氣氛活躍,形象思維能力強,信息化素質(zhì)較高,樂于使用網(wǎng)絡教學平臺、QQ及微信學習群、虛擬現(xiàn)實軟件等信息化手段開展自主式學習。但他們?nèi)狈嵈榫痴J知以及自覺分析問題、解決問題的能力,拓寬學習知識的自覺性尚不夠,這對學習本課內(nèi)容形成一定障礙。
(四)設計教學過程
根據(jù)職業(yè)教育的教學規(guī)律和教學對象的特點,依托基于VR技術(shù)的可遠程交互式機艙資源管理模擬器和全任務輪機模擬器等研究成果,借助學院數(shù)字化網(wǎng)絡學習平臺,將傳統(tǒng)的課堂教學優(yōu)化為從課前自學延伸至課上導學,并拓展至課后提升,其混合式教學設計框架如圖2所示。采用任務驅(qū)動和情境創(chuàng)設相結(jié)合的教學法,以實船工作視頻、遠程交互式和全任務實物仿真模擬器來創(chuàng)設任務情境、項目引入、知識點認知實踐、教師示范講解、導學演練、綜合測評等環(huán)節(jié),引導學生以自主、合作、探究的方法來學習并掌握機艙資源管理知識和技能。在做中教,做中學,有效地突出教學重點,化解教學難點,培養(yǎng)輪機部團隊的通信與溝通、協(xié)調(diào)與配合以及保持良好情境意識的技能和素養(yǎng),以滿足公約、法規(guī)的要求。
圖2 機艙資源管理混合式教學設計框架圖
(五)實施教學過程
根據(jù)學生認識規(guī)律和職業(yè)學習特點,將整個導學過程實施劃分為:課前自學—認知實踐、課堂導學—系統(tǒng)內(nèi)化、課后拓展—鞏固提升、綜合測評四個教學環(huán)節(jié)。以“機艙資源管理”課程項目三之任務二“離港備車時輪機長與輪機員之間的協(xié)調(diào)與配合”為例,依據(jù)任務單元的導學案來組織教學活動。
1.課前自學
根據(jù)學生的認知規(guī)律和職業(yè)學習特點,將課前自學分為任務推送、情境創(chuàng)設、學習知識、組建團隊、制訂計劃、探索演練等六個自學環(huán)節(jié),由理論到實踐,層層遞進。
(1)任務推送。教師課前依據(jù)任務單元教學內(nèi)容,編寫導學任務單和資料包,課前一周通過班級課程QQ、微信學習群以及數(shù)字化學習平臺發(fā)送預習任務信息,確保學生在網(wǎng)絡環(huán)境下能及時接收。學生按照任務信息鏈接登錄數(shù)字化學習平臺,下載預習任務單,明確自學環(huán)節(jié)的預習任務和流程。
(2)情境創(chuàng)設。為了讓學生在學習“離港備車任務離港備車時輪機長與輪機員之間的協(xié)調(diào)與配合”相關(guān)知識點之前,產(chǎn)生實船離港備車情境意識,需要學生點擊情境創(chuàng)設視頻鏈接,觀看教師預制的實船離港備車,明確接下來所學知識點的使用出處和場景,使學生的學習動機更具目的性和實用性。同時,該情境將貫穿于整個任務單元教學始終。
(3)學習知識。學生帶著離港備車的任務情境,登錄數(shù)字化學習平臺,以任務單所列問題為導向,任務為驅(qū)動力,學習微課、視頻講解等學習資源,然后在線完成知識點的預習測試。
(4)組建團隊。本任務單元主要培養(yǎng)團隊的協(xié)調(diào)與配合能力,所以學生要在測試結(jié)束后,按照實船機艙人員編制,自由組建輪機部團隊,根據(jù)所學知識進行角色分配并記錄到任務單中,使整個演練過程和實船對接,培養(yǎng)團隊協(xié)作理念。
(5)制訂計劃。各團隊根據(jù)平臺上所學知識,討論、歸納及制訂離港備車計劃流程并上傳作業(yè)。培養(yǎng)團隊協(xié)作、溝通交流能力,突出了教學重點。
(6)探索演練。各團隊依據(jù)制訂的任務實施計劃,借助于基于VR技術(shù)的交互式資源管理模擬器進行離港備車的團隊協(xié)調(diào)配合探索性演練。同時對制訂的計劃進行實踐驗證和修改,體現(xiàn)“做中學”,在玩游戲過程中培養(yǎng)學生自主探索及模擬器操作能力。
教師在課前自學階段,監(jiān)控學生的學習進度和演練情況。依托平臺引導學生并進行互動答疑。對提交的作業(yè)和測試成績進行批改分析并進行課堂教學設計,教師的引導為學生自主探究問題創(chuàng)造條件[8],體現(xiàn)“做中教”。
2.課堂導學
根據(jù)教學分析,將3課時(共計150分鐘)課堂導學環(huán)節(jié)分為預習匯報、精講示范、模擬訓練、實戰(zhàn)點評四個階段。
(1)預習匯報。該環(huán)節(jié)用時約35分鐘,匯報展示預習成果,激發(fā)學習興趣。各團隊推選代表解讀本隊制訂的離港備車任務實施計劃,內(nèi)部成員補充。其他團隊進行互評,提出疑問、評價意見。通過解讀、自評、互評環(huán)節(jié),培養(yǎng)有效溝通、團隊配合能力。計劃解讀完畢后,各團隊借助模擬器進行離港備車任務的演示,展示最終預習成果,激發(fā)學生興趣和成就感。教師結(jié)合學生的預習情況,確定課堂精講、示范內(nèi)容,先學后教,以學定教。
(2)精講示范。該環(huán)節(jié)用時約40分鐘,精講重點、難點,示范重要操作。為了讓學生有更加清晰的思路,以實船離港備車正確流程為主線,對離港備車的重要知識點進行細致講解,包括任務實施計劃的編制、有效溝通以及保持高效的輪機部團隊等理論知識點。同時對離港備車過程中用到模擬器的一些重要的操作進行講解示范,包括主機的遙控和機旁操作、發(fā)電機的遙控和機旁的操作、電站的并電解列以及負載轉(zhuǎn)移操作等。
(3)情境演練。該環(huán)節(jié)用時約40分鐘,借助實物仿真模擬器進行模擬操練。各團隊結(jié)合教師精講示范內(nèi)容,及時討論、完善離港備車實施計劃。然后,依據(jù)確定的實施計劃,借助實物仿真模擬器進行實船離港備車模擬訓練,教師進行互動引導和答疑示范。
(4)實戰(zhàn)點評。該環(huán)節(jié)用時約35分鐘,按照海事局標準實戰(zhàn)演練,專、兼職教師總結(jié)點評。各團隊綜合利用所學知識和模擬器操作技能,借助實物仿真輪機模擬系統(tǒng),獨立實施實船離港備車任務。教師和企業(yè)一線兼職教師從學校和企業(yè)雙角度總結(jié)評價學生的學習成果。引導學生梳理任務對應知識的結(jié)構(gòu),形成體系并內(nèi)化,也讓學習成果同時滿足校企雙方要求,實現(xiàn)最終職場化的教學目標。
3.課后拓展
課后,任務驅(qū)動學生按時登錄數(shù)字化平臺,完成檢測知識點闖關(guān)式游戲。通過游戲闖關(guān)軟件,可很好地將學生再度吸引到數(shù)字化平臺上學習、內(nèi)化知識點,也讓學生隨時隨地在玩游戲的過程中完成知識的鞏固。游戲結(jié)束后,進入課程討論區(qū),用機艙資源管理的知識對教師發(fā)布的海事案例進行討論分析并提交分析結(jié)論,讓學生靈活使用和拓展機艙資源管理知識,達到知識拓展和提升的效果。
4.綜合測評
本課采用以過程性評價為主、終結(jié)性評價為輔的360度綜合測評方式。過程性評價指標貫穿于課前、課中以及課后整個教學過程始終,重點監(jiān)控評價學生在混合式教學(尤其是課前自學和課后拓展提升)過程中的參與關(guān)注度和學習成效,占整個測評成績的60%;終結(jié)性評價將嚴格按照海事局評估題卡、標準以及流程進行,占整個測評成績的40%。整個綜合測評比較準確、規(guī)范地反映了學生學習狀況。
(1)過程性評價
過程性評價指標包括課前自學階段的預習測試、在線知識點的學習進度、團隊計劃的制訂、預習成果匯報情況等,課中導學階段的學生出勤、課堂表現(xiàn)、實戰(zhàn)操演、實操記錄簿的填寫等,課后拓展階段的評價指標為知識點闖關(guān)成績和案例分析情況等。
(2)終結(jié)性評價
按照國家海事局對該項目的評估要求及流程模擬評估現(xiàn)場,學生借助全任務輪機模擬器,在模擬實船環(huán)境下實施遠洋船舶離港備車時輪機長與輪機員的協(xié)調(diào)與配合任務。教師和企業(yè)一線兼職教師按照海事局的評估標準對學生的演練提出評價和改進意見,督促和引導學生在該項目的學習實訓能更好地滿足國際公約和海事局的適任評估要求,提高學生的統(tǒng)考通過率和崗位適任能力。
目前,基于VR技術(shù)的機艙資源管理混合式教學實踐已初見成效,不論是基于VR技術(shù)的在線數(shù)字化學習平臺還是在面授教學的課堂上,學生的參與熱情都很高漲。課程教學成效不僅僅使學生在該課程學習成績得到很大提高,更重要的是教師的角色從單純的知識傳授者向知識的導學者發(fā)生實質(zhì)轉(zhuǎn)變;學生學到的不再是條條框框的書本知識,而是在高逼真的崗位虛擬環(huán)境中,通過所在團隊的協(xié)調(diào)與配合去分析和解決實際問題,從而獲得實際有用的知識和技能。通過訪談學院教學質(zhì)管部門相關(guān)負責人員,并對教務處要求學生階段性在線教學評價的數(shù)據(jù)進行分析,從而了解了學生在新教學模式下學習質(zhì)量的滿意度:學生對基于VR技術(shù)的混合式教學的綜合評價比傳統(tǒng)面授課程的綜合評價要高,新的課程教學模式在體現(xiàn)現(xiàn)代教育理念、用信息技術(shù)手段和方法組織教學、激勵引導以及啟發(fā)學生的學習興趣和創(chuàng)新思維、豐富教學信息量以及提高學習效率方面均得到較高的評價。
綜上,基于VR技術(shù)的混合式教學模式克服了傳統(tǒng)教學難題,為學生創(chuàng)設了在線學習中的實船任務情境,教學過程凸顯趣味性、互動性、情境真實性,充分激發(fā)學生的自主學習能力、團隊協(xié)作能力和拓展創(chuàng)新能力,體現(xiàn)“做中學、做中教”,提高學習效果。同時,將VR技術(shù)合理應用到混合式教學中,在創(chuàng)造高逼真的崗位情境的同時,大大降低了教學成本,實現(xiàn)了資源、空間及時間的三大融合,為學生營造了靈活、寬松、活躍、逼真的學習氛圍與情景,培養(yǎng)學生善學、樂學、活學,體現(xiàn)以“學生為中心”教育理念。但如何將混合式教學效果最大化,同時又兼顧每一位學生的能力和素養(yǎng)的培養(yǎng),還需要優(yōu)化課程綜合測評方式,監(jiān)控學生課前自學、課堂導學以及課后拓展的參與程度,也需要提高一線教師合理使用信息化技術(shù)的能力,避免產(chǎn)生“為技術(shù)而技術(shù)”的現(xiàn)象。
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2016-11-03 基金項目:中國交通教育研究會2016—2018年度教育科學研究課題“機艙資源管理”課程混合式教學模式改革(交教研1602-186);中國遠洋運輸(集團) 總公司科研立項“可遠程交互式機艙資源管理模擬器”(2012-1-H-004)
張剛(1980-),男,講師,輪機長,主要從事現(xiàn)代輪機管理技術(shù)教學與研究。
U676.2
A①
1006-8724(2017)02-0065-06