摘 要：根據(jù)中國目前的教學(xué)情況分析， 課程教學(xué)方式普遍比較單調(diào)， 導(dǎo)致學(xué)生本身的學(xué)習(xí)興趣較低，學(xué)習(xí)枯燥，缺乏趣味性，且因教學(xué)環(huán)境所限制，課后難以解決難題，學(xué)習(xí)效率低下。內(nèi)燃機車JZ-7型制動機作用閥虛擬仿真培訓(xùn)系統(tǒng)包含三維實體建模、二維平面動畫、結(jié)合三維仿真動畫，利用多媒體、教學(xué)資源以及虛實結(jié)合等現(xiàn)代化教學(xué)手法， 提高學(xué)生的認知能力，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。將傳統(tǒng)的課堂轉(zhuǎn)化為線上、線下相結(jié)合的方式， 及時解決學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中遇到的困難。

關(guān)鍵詞：內(nèi)燃機車；JZ-7型制動機作用閥；虛擬仿真；教學(xué)模式

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.12.204

0 引言

傳統(tǒng)的教學(xué)模式是一種以老師為中心、書本為中心和課堂為中心的教學(xué)模式，大多數(shù)采用講授式。以書本為中心有一定的局限性，同時因為機械類課程復(fù)雜難懂，在進行知識傳授時難以喚起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也難以啟發(fā)學(xué)生的思維和想象。隨著時代的進步，教學(xué)模式已經(jīng)逐步利用手機、電腦等科技產(chǎn)品，教學(xué)條件的科學(xué)含量越來越高，結(jié)合虛擬現(xiàn)實、多媒體、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，充分利用可提供的教學(xué)條件設(shè)計教學(xué)模式。在這一條件下，教學(xué)模式的創(chuàng)新顯得尤為重要，而信息化教學(xué)模式作為教學(xué)模式的“新一代”，對現(xiàn)如今的教學(xué)模式產(chǎn)生具有很大的影響。

作者針對信息化教學(xué)模式，將內(nèi)燃機車JZ-7型制動機作用閥的相關(guān)知識作為基礎(chǔ)，采用虛擬仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)，設(shè)計開發(fā)內(nèi)燃機車JZ-7型制動機作用閥虛擬仿真培訓(xùn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)在保證知識的準確性的情況下，能夠適應(yīng)信息化教學(xué)模式的要求，引入虛擬仿真技術(shù)使學(xué)生在虛擬環(huán)境中快速地了解并且掌握關(guān)于內(nèi)燃機車JZ-7型制動機作用閥的相關(guān)知識。用三維交互的方式直觀地了解內(nèi)燃機車JZ-7型制動機作用閥的空間結(jié)構(gòu)構(gòu)造，利用二維平面動畫展現(xiàn)其的工作原理，利用三維動畫了解其在檢修過程中的工藝流程。該系統(tǒng)為學(xué)生提供了一個可視化的多媒體信息平臺，既可以打破時間和空間的限制，讓學(xué)生可以隨時隨地進行學(xué)習(xí)，又可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。本文以下部分將詳細介紹傳統(tǒng)教學(xué)模式的弊端，教學(xué)模式進行創(chuàng)新的意義以及該系統(tǒng)在創(chuàng)新型教學(xué)模式中的應(yīng)用。

1 傳統(tǒng)教學(xué)模式的弊端

傳統(tǒng)教學(xué)模式陳舊，課堂形式單一，理論與實踐結(jié)合較少，內(nèi)容枯燥，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣較少，課堂效果顯微。隨著時代的不斷發(fā)展，教學(xué)的理論知識和實踐能力有了更高的教學(xué)要求，但是現(xiàn)階段的教學(xué)模式仍采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法，理論與實踐結(jié)合不緊密，無法滿足教學(xué)過程中理論性、應(yīng)用性、實踐性緊密結(jié)合的要求。因此，以下列舉出傳統(tǒng)教學(xué)的主要弊端。

（1）傳統(tǒng)教學(xué)方式單一。如今，傳統(tǒng)的課堂中一般采用的教學(xué)模式是教師講授，學(xué)生聽講，使得教學(xué)上的教與學(xué)出現(xiàn)明顯的分離狀態(tài)。尤其是在機械科類的專業(yè)課程中，通常教師在教學(xué)過程中容易形成依賴PPT和照本宣科解讀教材的授課方式，但是機械課程的知識點較難理解并且復(fù)雜。如果學(xué)生基礎(chǔ)較為薄弱，容易使學(xué)生失去學(xué)習(xí)興趣，從而感覺課程枯燥無味，也容易導(dǎo)致得課堂上氣氛沉悶，教學(xué)效果較差，學(xué)生掌握知識點達不到要求。且隨著時代的發(fā)展，科技產(chǎn)品越來越普及，大多數(shù)青少年對于電子科技產(chǎn)品擁有一定的依賴性，導(dǎo)致學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)的過程中，因為玩手機，沒有參與課堂的學(xué)習(xí)，從而出現(xiàn)課堂上教師在進行講授，而學(xué)生無心聽講的現(xiàn)象。

（2）實踐課程較少。在傳統(tǒng)的教學(xué)過程中，我們相對更注重理論知識方面的授課和學(xué)習(xí)，反而對于教學(xué)實踐活動較少。在教學(xué)實踐活動中，或因為設(shè)備不足，或因為設(shè)備配置不夠，或因為考核模式較松，造成學(xué)生沒辦法進行實踐，導(dǎo)致學(xué)生的實踐能力較差。大多數(shù)學(xué)校沒有足夠的場地及資源為學(xué)生建立一個可以充分進行現(xiàn)場實踐，因此在出現(xiàn)實踐教學(xué)過程中，更多是通過多媒體圖片或視頻展示的方式來完成，學(xué)生無法對知識點進行充分的理解和掌握，容易造成理論與實踐的脫節(jié)，學(xué)生所學(xué)的理論知識得不到及時的應(yīng)用和鞏固，造成教學(xué)的實踐應(yīng)用性較差。

（3）考核模式陳舊。一般教學(xué)考核模式多數(shù)是以傳統(tǒng)的試卷問答模式考核，考試形式單調(diào)，考試內(nèi)容大多偏于理論方面，考實踐能力較少，且隨著電子科技產(chǎn)品的普及，學(xué)生容易使用其進行作弊。以上幾種原因造成了許多學(xué)生對考試敷衍了事，而且對考試保持一種不上心的態(tài)度，因此這種考核形式不僅不能真實反映出學(xué)生的實際水平，還導(dǎo)致了學(xué)生不重視在平時課堂上的學(xué)習(xí)。這種考核制度對于教學(xué)和應(yīng)用有很大的弊端，一方面理論知識點不扎實，另一方面實踐能力較差。

（4）課后難以解決難題。 傳統(tǒng)的教學(xué)模式大多數(shù)是以課堂教學(xué)為主體，學(xué)生于課堂上進行學(xué)習(xí)，而課后要將課堂所學(xué)知識進行鞏固，只能依靠書本、筆記進行復(fù)習(xí)。如在復(fù)習(xí)過程中遇到知識點忘記，理論知識理解不了等難題，只能求助于老師和同學(xué)，但因為時間和地域上的限制，沒有辦法及時得到有效的解決方式，從而喪失了學(xué)習(xí)的熱情。機械科類本身知識點難理解且復(fù)雜，復(fù)習(xí)難度大，需要課后進行大量的復(fù)習(xí)以及練習(xí)才能充分掌握知識，但在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，課后的復(fù)習(xí)以及練習(xí)只能依靠書本和筆記，學(xué)生遇到難題時無人能及時進行解答，這種現(xiàn)象導(dǎo)致大量的學(xué)生無法及時掌握好相關(guān)的專業(yè)知識。

2 教學(xué)模式創(chuàng)新的意義

第一、內(nèi)燃機車JZ-7型制動機作用閥虛擬仿真培訓(xùn)系統(tǒng)是一種創(chuàng)新型教學(xué)培訓(xùn)系統(tǒng)，包含三維實體建模、二維工作原理、結(jié)合三維仿真動畫，利用多媒體、教學(xué)資源以及虛實結(jié)合等現(xiàn)代化教學(xué)手法，同時該系統(tǒng)擁有交互功能，還采用線上、線下相結(jié)合的方式，教師在教學(xué)過程中可以采用這種創(chuàng)新型的教學(xué)方法培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力。學(xué)習(xí)者對于新教學(xué)模式的新鮮感也會提高本身的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動力。

第二、創(chuàng)新型教學(xué)模式主要是以學(xué)生自我學(xué)習(xí)為主，教師為輔，讓學(xué)生主動學(xué)習(xí)。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中遇到困惑時，教師可根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗對學(xué)生進行學(xué)習(xí)上指導(dǎo)，幫助學(xué)生解除學(xué)習(xí)疑惑，達到一個指明作用。這樣的創(chuàng)新教學(xué)模式不僅提高課堂上學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新自主學(xué)習(xí)能力，而且營造一個良好的學(xué)習(xí)氛圍，讓學(xué)生主動學(xué)習(xí)課程內(nèi)容，更加直觀了解和掌握專業(yè)知識。

第三、課室中有些設(shè)備過于老舊或難以拆除，更多需要學(xué)生去想象，沒有能直觀了解內(nèi)燃機車JZ-7型制動機作用閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)的那種真實感。學(xué)習(xí)工作原理和拆解過程時，沒有能直觀地觀察到內(nèi)燃機車JZ-7型制動機作用閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)在工作過程中的氣體流向和零部件的狀態(tài)，該系統(tǒng)可以充分地解決此類問題。創(chuàng)新教學(xué)模式使得教學(xué)變得更加靈活多變，學(xué)生在課堂中更多是主動思考和學(xué)習(xí)，增強了學(xué)生的主動性以及學(xué)生理論知識與實踐的融合。

第四、創(chuàng)新型教學(xué)模式給學(xué)生提供一個系統(tǒng)或者教學(xué)平臺，學(xué)生可以打破時間和地域上的限制，隨時隨地對課堂所教學(xué)的知識進行復(fù)習(xí)和鞏固，同時提供練習(xí)題幫助學(xué)生進行練習(xí)，有效的解決在復(fù)習(xí)過程中遇到的難題，提高學(xué)生的認知能力，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。將傳統(tǒng)的課堂轉(zhuǎn)化為線上、線下相結(jié)合的方式， 及時解決學(xué)生在課后復(fù)習(xí)過程中遇到的困難。

第五、隨著手機、電腦等科技產(chǎn)品的普及，當代學(xué)生對其有一定的依賴性，創(chuàng)新型教學(xué)模式可以利用電腦、手機等科技產(chǎn)品，結(jié)合虛擬現(xiàn)實、多媒體、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，充分利用可提供的教學(xué)條件設(shè)計教學(xué)模式。利用科技產(chǎn)品以及多種信息化手段，可以降低學(xué)習(xí)的枯燥，從而提高學(xué)生對于學(xué)習(xí)的積極性。

3 系統(tǒng)在創(chuàng)新的教學(xué)模式上的應(yīng)用

3.1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)對教學(xué)的影響

（1）虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教學(xué)中的作用。虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)中可以營造“自主學(xué)習(xí)”的環(huán)境，改變傳統(tǒng)的教育教學(xué)模式，使學(xué)習(xí)者通過與信息環(huán)境互動，達到學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)知識、掌握技能的目的。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以實現(xiàn)多人異地同時教學(xué)，且借由構(gòu)建信息教學(xué)平臺可使教學(xué)內(nèi)容在平臺中完整保留并具有一致性、協(xié)調(diào)性；為學(xué)習(xí)者提供“自主學(xué)習(xí)”的客觀條件。在虛擬環(huán)境中學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)者必須與信息環(huán)境互動才能使教學(xué)內(nèi)容發(fā)生改變，從根本上解決傳統(tǒng)教學(xué)中學(xué)習(xí)者在課堂上無法集中精力學(xué)習(xí)的問題，提高學(xué)習(xí)效率。

（2）虛擬現(xiàn)實技術(shù)對教學(xué)的積極影響。虛擬現(xiàn)實技術(shù)與教育教學(xué)相結(jié)合，藉由虛擬現(xiàn)實技術(shù)的三大特征即沉浸性、交互性、構(gòu)想性，可以改變目前教育教學(xué)中的弊端，開發(fā)一套嶄新的教育教學(xué)模式。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以通過信息教學(xué)平臺實時保存教學(xué)內(nèi)容，為學(xué)習(xí)者營造“自主學(xué)習(xí)”的條件。同樣的教學(xué)內(nèi)容，在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中很難為學(xué)習(xí)者重復(fù)再現(xiàn)；而在與虛擬現(xiàn)實技術(shù)結(jié)合的新教學(xué)模式中，學(xué)習(xí)者可以無數(shù)次重復(fù)相同的教學(xué)內(nèi)容，直到學(xué)習(xí)者真正掌握該教學(xué)內(nèi)容中的知識與技能，從而將傳統(tǒng)的“以教促學(xué)”改為學(xué)習(xí)者“由行而學(xué)”。

由于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的交互性，使得學(xué)習(xí)者在應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)學(xué)習(xí)時必須與虛擬現(xiàn)實信息教學(xué)平臺相互作用才能推動教學(xué)內(nèi)容前進，杜絕學(xué)習(xí)者渾水摸魚的可能，并且虛擬現(xiàn)實與現(xiàn)實環(huán)境的高度相似，使教學(xué)內(nèi)容更生動形象，加強學(xué)習(xí)者對教學(xué)內(nèi)容的理解，提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效率。

3.2 系統(tǒng)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)的結(jié)合

本系統(tǒng)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)結(jié)合，用unity將內(nèi)燃機車JZ-7型制動機作用閥的結(jié)構(gòu)、工作原理及檢修工藝流程虛擬現(xiàn)實化，再通過HTC-VR輸出教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)習(xí)者即使在沒有實物的情況下也可以通過生動逼真的虛擬教學(xué)平臺了解并掌握JZ-7型制動機作用閥相關(guān)知識。

3.3 系統(tǒng)在新教學(xué)模式下的作用

系統(tǒng)運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)能生動逼真地表現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容，營造一個不斷發(fā)展進步的教學(xué)環(huán)境，提高學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)掌握知識、技能的效率，提高教學(xué)質(zhì)量。虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以實現(xiàn)多人異地同時教學(xué)，借由構(gòu)建信息教學(xué)平臺可使教學(xué)內(nèi)容在平臺中完整保留并具有一致性、協(xié)調(diào)性。

與傳統(tǒng)教學(xué)模式相比，系統(tǒng)打破時間和空間的限制。通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，系統(tǒng)可以將實物虛化，虛物實化；結(jié)合虛擬現(xiàn)實、多媒體、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，可以在系統(tǒng)中實現(xiàn)傳統(tǒng)教學(xué)模式中無法展現(xiàn)的教學(xué)過程。系統(tǒng)可以將JZ-7型制動機作用閥模型虛擬化，使學(xué)習(xí)者可以直觀地觀察作用閥的結(jié)構(gòu)特點。見圖2。

系統(tǒng)還可以構(gòu)建虛擬實訓(xùn)室，讓學(xué)習(xí)者身臨工作車間，體驗完整的作業(yè)流程。見圖3。

在虛擬課堂中，學(xué)習(xí)者通過與虛擬信息的人機互動，從視覺、聽覺、觸覺等接受外界反應(yīng)，開展“自主學(xué)習(xí)”。在系統(tǒng)中還可以讓學(xué)習(xí)者以團隊的形式進行學(xué)習(xí)，在團隊成員中共享學(xué)習(xí)成果，提高學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)效率。在系統(tǒng)中。學(xué)習(xí)者還可以反復(fù)學(xué)習(xí)相同課程，按照學(xué)習(xí)者自己的學(xué)習(xí)方式和學(xué)習(xí)速度進行學(xué)習(xí)，開展探索性學(xué)習(xí)，有助于提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)習(xí)者的創(chuàng)造性思維。

系統(tǒng)還可以利用二維動畫，向?qū)W習(xí)者展示相關(guān)閥體的工作原理。見圖4。

（下轉(zhuǎn)第235頁）

（上接第232頁）

在觀看二維動畫的過程中，學(xué)習(xí)者可以直觀的看到閥體在各種工作過程中氣體的走向，以及各個零件的運動過程。充分解決了部分學(xué)習(xí)者想象能力和理解能力不足而帶來的學(xué)習(xí)困擾。在系統(tǒng)中。學(xué)習(xí)者可以反復(fù)回來觀看二維動畫，同時解決了課后復(fù)習(xí)的難題。

系統(tǒng)同時具備了模擬實驗的功能，讓學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)將閥體組裝后進行模擬測試實驗的過程。如圖5。

由于系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)信息教學(xué)平臺，結(jié)合計算機多媒體技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以創(chuàng)建課程所需的虛擬情景，讓學(xué)習(xí)者進行虛擬實驗、虛擬操作等，全方位、多角度地展示教學(xué)內(nèi)容。系統(tǒng)虛擬實驗設(shè)備、實訓(xùn)場景以及操作過程，在虛擬場景中完成大多數(shù)課程，節(jié)約了大量實驗設(shè)備費用，避免實訓(xùn)設(shè)備的損耗，有效節(jié)約教學(xué)成本。

4 結(jié)語

內(nèi)燃機車JZ-7型制動機作用閥虛擬仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，綜合二維動畫、三維建模、三維動畫、虛擬仿真、多媒體技術(shù)，通過直觀強烈的三維視覺和動畫效果，采用線上、線下相結(jié)合的方式，對JZ-7型制動機作用閥結(jié)構(gòu)構(gòu)造、工作原理以及檢修拆卸過程進行虛擬仿真。該系統(tǒng)為創(chuàng)新型教學(xué)模式中的一大助力，有助于學(xué)生快速掌握知識重點，提高學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效率。創(chuàng)新型教學(xué)模式不僅僅用于學(xué)校給學(xué)生進行授課，也有助于學(xué)生的學(xué)習(xí)，還可以在企業(yè)中用于給新員工進行培訓(xùn)，其能夠讓學(xué)習(xí)人員充分的了解所學(xué)的知識或者技能，從根本上解決傳統(tǒng)教學(xué)中學(xué)生在課堂上無法集中精力學(xué)習(xí)的問題，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效率。

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作者簡介：袁泉（1979-），男，湖南株洲人，本科，講師，研究方向：車輛制動、機車制動、車輛空調(diào)。