王瑩

摘 要：中職汽車專業(yè)實訓(xùn)教學(xué)面臨著實訓(xùn)普及率低的痛點，不利學(xué)生技能的培養(yǎng)，建立虛擬仿真實訓(xùn)平臺，引進基于3D/VR/AR技術(shù)的實訓(xùn)教學(xué)資源，開展虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)，利用仿真技術(shù)加強汽車專業(yè)技能實訓(xùn)教學(xué)，推動信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合，有利于提高實訓(xùn)普及率，有利于解決“三高三難”，推動汽車專業(yè)教學(xué)變革創(chuàng)新。我校是汽車專業(yè)群大力推進虛擬仿真實訓(xùn)基地建設(shè)，在VR技術(shù)應(yīng)用方面積累了一些的經(jīng)驗，對虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)應(yīng)用進行了一些思考，提出了改進的建議。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真 中職教育 汽車專業(yè)

中職汽車專業(yè)引入虛擬仿真實訓(xùn)資源，既是改革傳統(tǒng)教學(xué)育人手段，推進人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新的迫切需要，也是強化理論教學(xué)和實訓(xùn)教學(xué)相融合的教育教學(xué)活動，有效彌補職業(yè)教育實訓(xùn)中看不到、進不去、成本高、危險性大等特殊困難的重要措施。汽車專業(yè)群是中職教育的大類專業(yè)，在專業(yè)技能實訓(xùn)方面引入虛擬仿真資源在將一定程度上改善汽車實訓(xùn)的普及率，通過虛擬仿真，把學(xué)生引入到生動、直觀的教學(xué)環(huán)境中，提高了學(xué)生的積極性，有利于提高學(xué)生的技能水平。

1 汽車專業(yè)實訓(xùn)設(shè)備跟不上教育教學(xué)改革的需求

由于實訓(xùn)設(shè)備跟不上教學(xué)的需求，學(xué)生動手實訓(xùn)時間少，技能訓(xùn)練水平跟不上崗位需求。實訓(xùn)設(shè)備跟不上教學(xué)需求主要矛盾是汽車專業(yè)學(xué)生人數(shù)多，實訓(xùn)設(shè)備臺套少。汽車專業(yè)在很多工科類院校里是大專業(yè)，學(xué)生人數(shù)眾多，開設(shè)校汽車運用與維修專業(yè)的職業(yè)學(xué)校，該專業(yè)每年招生少則100人，多則上1000人。大部分院校的設(shè)備配套是跟不上的，包括實訓(xùn)設(shè)備的場地小開設(shè)的實訓(xùn)室有限、設(shè)備的種類少開設(shè)的實訓(xùn)項目不多、設(shè)備的數(shù)量數(shù)少不能分組操作。

這個客觀存在的矛盾造成了學(xué)生在學(xué)習技能時人均訓(xùn)練時間不足，技能水平難以達到崗位要求，因此，要提高職業(yè)技能教育質(zhì)量，必須要先想方設(shè)法解決這個矛盾。

同時，隨著新能源汽車類課程的開設(shè)，高壓安全防護成為教學(xué)中需要認真對待的現(xiàn)實問題，特別是初學(xué)者的作業(yè)安全防護、作業(yè)技能不規(guī)范、不熟悉，實訓(xùn)教學(xué)過程存在一定要安全隱患。

虛擬仿真技術(shù)的出現(xiàn)，在汽車實訓(xùn)教學(xué)上的使用，是技能教學(xué)和實操訓(xùn)練的有效彌補。科學(xué)、合理的使用，有可能成為解決實訓(xùn)教學(xué)中“高投入、高損耗、高風險、難實施、難觀摩、難再現(xiàn)”三高三難? 的問題，提高汽車專業(yè)實訓(xùn)教學(xué)的質(zhì)量。

2 虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

我國虛擬仿真技術(shù)的起步較晚，但是發(fā)展較為迅速，早期的虛擬仿真技術(shù)主要用于軍事和科研領(lǐng)域。2010前后部分企業(yè)研發(fā)了基于二維平面的汽車虛擬仿真實訓(xùn)平臺，并投入實訓(xùn)教學(xué)應(yīng)用當中，2016年虛擬現(xiàn)實（VR技術(shù)）正式推出，2016年被定義為VR技術(shù)發(fā)展的元年，VR技術(shù)的發(fā)展進入產(chǎn)業(yè)階段，隨后出現(xiàn)的增強現(xiàn)實（AR技術(shù)）、混合現(xiàn)實（MR技術(shù)）。VR技術(shù)、AR技術(shù)、MR技術(shù)都屬于把虛擬世界直接凝實為人類感知的技術(shù)。

虛擬現(xiàn)實發(fā)展至今已有突破性的進展，且各行各業(yè)都開始投入運用VR技術(shù)。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)在醫(yī)學(xué)、藝術(shù)、教育及工業(yè)制造管理等多個相關(guān)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

目前，VR技術(shù)廣泛應(yīng)用于教育領(lǐng)域，新能源汽車VR技術(shù)更是重要的組成部分，VR設(shè)備相對成熟穩(wěn)定，教學(xué)資源不斷的豐富，在汽車構(gòu)造認識、汽車發(fā)動機拆裝、汽車維護作業(yè)、新能源汽車構(gòu)造認知、新能源汽車拆裝作業(yè)、新能源汽車“三電”系統(tǒng)認知與維護等實訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容上均達到了較好的使用效果，初步具備了實訓(xùn)教學(xué)的使用價值。

3 虛擬仿真技術(shù)在汽車專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用

虛擬方向仿真技術(shù)在汽車專業(yè)教學(xué)的應(yīng)用方面，主要應(yīng)用于以下幾個方面：

3.1 VR虛擬仿真體驗教學(xué)

VR虛擬仿真體驗教學(xué)主要以對汽車結(jié)構(gòu)的觀察、體驗為主，解決了觀察難、有危險等情況下的教學(xué)。主要針對設(shè)備原理、運動機構(gòu)等方面的知識的探索和學(xué)習。例如新能源汽車高壓電系統(tǒng)的教學(xué)，因為涉及到高壓電，對于初學(xué)的學(xué)生來說，在車輛上進行拆裝認知有一定的安全風險，因此可以通過VR虛擬仿真技術(shù)進行體驗。

3.2 VR虛擬仿真教學(xué)課程

基于VR技術(shù)開發(fā)相關(guān)汽車專業(yè)課程，用于實訓(xùn)教學(xué)。新能源汽車專業(yè)目前的主要課程有《新能源汽車構(gòu)造》、《新能源汽車電機拆裝與檢測》、《新能源汽車維護與保養(yǎng)》、《新能源汽車電池拆裝與檢測》、《新能源汽車底盤構(gòu)造》、《新能源汽車控制系統(tǒng)檢測》等的實訓(xùn)教學(xué)資源。使用VR技術(shù)可以讓學(xué)生對虛擬現(xiàn)實中的設(shè)備進行操作。對于汽車零部件的裝配類課程，如車輛部件拆裝等，運用虛擬外部設(shè)備，在虛擬現(xiàn)實的裝配環(huán)境中，通過人機交互，用操作手柄完成各種操作，實現(xiàn)對各類零部件的系列化操作，完成裝配。在這種裝配環(huán)境中，解決了學(xué)生在學(xué)習中造成零部件、工具意外破損的問題，同時操作的安全性有了保證。

學(xué)生通過自由探索學(xué)習汽車的內(nèi)部構(gòu)造，真實中的許多部件是不可進入的，其運動也是不可顯視的，而用VR技術(shù)來虛擬這些部件的工作，其真實感十分好，效果非常逼真。

VR課程的實訓(xùn)教學(xué)，VR設(shè)備少的情況下可以采用分組教學(xué)進行，以小組自由探索、討論、共同學(xué)習的方式完成老師指定的學(xué)習任務(wù)。VR設(shè)備足夠的情況下，可以按人手一臺設(shè)備開展實訓(xùn)，有效提高學(xué)生實訓(xùn)的普及率。

3.3 VR虛擬仿真實驗臺

主要針對需要反復(fù)訓(xùn)練、需要交互性、材料費用比較高的場景教學(xué)，可以提供更真實、更細節(jié)的臨場體驗，如新能源汽車模擬駕駛操作、高壓電系統(tǒng)上、下電作業(yè)等。在這種形式下，VR資源一般不適合課堂內(nèi)全體學(xué)生同時使用。

新能源汽車拆裝作業(yè)、新能源汽車“三電”系統(tǒng)認知與維護等實訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容上均達到了較好的使用效果。

虛擬實驗臺實訓(xùn)項目的開發(fā)，嚴格按照操作規(guī)程進行。因為學(xué)生進實驗臺上進行實訓(xùn)的時候必須基于操作規(guī)程進行，有效的強化了學(xué)生的作業(yè)的規(guī)范性問題。實驗臺基于操作規(guī)程，開發(fā)操作考核系統(tǒng)，可以對學(xué)生的操作情況進行自動考核評價，在學(xué)生完成作業(yè)后生成考核成績，并匯總到教師系統(tǒng)便于老師對學(xué)生學(xué)習情況的了解。

3.4 課程資源的建設(shè)和開發(fā)

建設(shè)課程資源開發(fā)中心，為學(xué)校后續(xù)開展的虛擬仿真項目提供設(shè)計、開發(fā)、調(diào)試等技術(shù)支持，服務(wù)專業(yè)教學(xué)課程體系更新，教學(xué)資源更新，教學(xué)模式更新。引入企業(yè)資源，進行校企合作，技術(shù)交流，提高學(xué)生專業(yè)技術(shù)水平和虛擬技術(shù)創(chuàng)新水平。

4 基于虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)的實訓(xùn)室（配置）建設(shè)應(yīng)用

虛擬仿真應(yīng)用場景的不同，虛擬仿真實訓(xùn)室的設(shè)備配置差異較大，高職學(xué)院側(cè)重于資源的開發(fā)，中職學(xué)校則側(cè)重于實訓(xùn)教學(xué)的應(yīng)用，因此。中職學(xué)校汽車專業(yè)的虛擬仿真實訓(xùn)室配置傾向于將虛擬仿真軟硬件資源打造成學(xué)生的實訓(xùn)工位，提高學(xué)生實訓(xùn)的普及率，解決實訓(xùn)中的“三高三難”問題。

基于這樣的建設(shè)思路，硬件主要配置教師端設(shè)備+學(xué)生端設(shè)備，學(xué)生端設(shè)備根據(jù)人數(shù)的需求建設(shè)40臺—50臺，保障一個教學(xué)班級人手一臺。硬件設(shè)備可以是圖形工作站+VR頭盔，也可是全息3D工作站。

軟件及教學(xué)資源的配置是虛擬仿真實訓(xùn)室建設(shè)的關(guān)鍵，軟件資源必須實現(xiàn)以下的功能：

1、實訓(xùn)教學(xué)資源實訓(xùn)項目要與實際教學(xué)項目對應(yīng)；

2、實訓(xùn)教學(xué)資源作業(yè)步驟和相關(guān)參數(shù)必須符合汽車維修作業(yè)規(guī)范，從工具的選擇、參數(shù)查閱設(shè)定到基本動作要領(lǐng)能達到參考車型的維修手冊實現(xiàn)；

3、教師端安裝有教學(xué)管理平臺，通過平臺，教師能實現(xiàn)實訓(xùn)教學(xué)的便捷管理，如實訓(xùn)任務(wù)的發(fā)布、學(xué)生端的作業(yè)進程、作業(yè)評價；

4、實訓(xùn)教學(xué)數(shù)據(jù)的匯總。學(xué)生在虛擬設(shè)備上的操作自動生成相關(guān)數(shù)據(jù)，便于教師立進行實訓(xùn)數(shù)據(jù)的處理，并借助數(shù)據(jù)處理軟件進行剖析，有效應(yīng)用于操作考評。

5 基于虛擬仿真技術(shù)的汽車專業(yè)實訓(xùn)課程體系與教學(xué)模式創(chuàng)新

汽車專業(yè)課程體系的建設(shè)路徑如下：首先對本專業(yè)的崗位人才需求進行調(diào)研分析，在此基礎(chǔ)上提煉形成專業(yè)核心能力，確定人才培養(yǎng)目標，進而構(gòu)建有效的實訓(xùn)課程體系、創(chuàng)新實訓(xùn)教學(xué)模式，在課程開發(fā)的過程中，確定虛擬仿真實訓(xùn)平臺，開展虛擬仿真實訓(xùn)室的建設(shè)，通過校企合作等方式開發(fā)虛擬仿真實訓(xùn)項目，編制實訓(xùn)教學(xué)資料，培培師資，形成虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)體系。通過教學(xué)分析評價、問卷調(diào)查研究等方式評估虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)的效果。

根據(jù)虛擬仿真技術(shù)的特點，基于人才培養(yǎng)目標，開發(fā)虛擬仿真實訓(xùn)課程，選定虛擬仿真教學(xué)平臺，開展實訓(xùn)室建設(shè)，制作虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)資源，提高教師虛擬仿真教學(xué)能力，在“能實不虛”的原則下，構(gòu)建“虛實結(jié)合、層次遞進”的實訓(xùn)教學(xué)體系，創(chuàng)新實訓(xùn)教學(xué)模式。校內(nèi)實訓(xùn)平臺可以實現(xiàn)專項技能點實訓(xùn)、課程綜合性實訓(xùn)、專業(yè)綜合性實訓(xùn)以及校企合作實訓(xùn)。同時，充分利用省級及國家級虛擬仿真實訓(xùn)資源，開展創(chuàng)新、興趣學(xué)習和實訓(xùn)，促進學(xué)生的個性發(fā)展需要。

實訓(xùn)教學(xué)分層次開展，依次為體驗實訓(xùn)、認知實訓(xùn)、應(yīng)用實訓(xùn)與探索實訓(xùn)，實訓(xùn)教學(xué)服務(wù)于汽車類專業(yè)課程體系，包含專業(yè)平臺課程群（汽車發(fā)動機課程、汽車底盤課程）、專業(yè)方向課程群（新能源汽車三電課程、汽車車身修復(fù)課程、汽車故障診斷與維修課程）等。虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)按“先易后難、逐層推進”的方式進行，按照體驗、認知、應(yīng)用與探索的順序展教學(xué)，使學(xué)生容易接受。

6 虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)的考核模式

虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)的考核方式要結(jié)合傳統(tǒng)課堂的管理，引入智能化考評平臺，優(yōu)化考核模式，既能強化課堂的紀律管理，又能快速的了解記錄學(xué)生的操作情況。

6.1 常規(guī)課堂管理

結(jié)合學(xué)校常規(guī)教學(xué)管理規(guī)定，加強對學(xué)生的出勤、6S、儀表儀容、課堂紀律、課堂表現(xiàn)等和管理，在日常行為的管理中滲透職業(yè)素養(yǎng)教育和思政教育，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，并記錄為學(xué)生的平時表現(xiàn)成績，按一定的權(quán)重綜合到最終成績。

6.2 虛擬實訓(xùn)教學(xué)的實施與考核

虛擬仿真實訓(xùn)是一種新的實訓(xùn)教學(xué)方式，可以引入信息化管理的手段，融入智能化管理，在教學(xué)過程監(jiān)督、結(jié)果評價方面形成有效的管理體系，提高課堂的管理效率。打造有高效的課堂管理平臺，實現(xiàn)實訓(xùn)作業(yè)數(shù)據(jù)的有效分類、匯總、引用，形成實訓(xùn)大數(shù)據(jù)平臺，有效快捷的助力教師課堂數(shù)據(jù)的管理。教師基于教學(xué)管理平臺開展汽車專業(yè)虛擬仿真實訓(xùn)活動，借助平臺的智能化管理，對學(xué)生的實操效果進行自動評分，提高作業(yè)評價的規(guī)范性和課堂的管理效率。

7 虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)有待解決以下問題

7.1 師資匱乏，必須要培養(yǎng)出一批熟悉虛擬教學(xué)模式的老師

虛擬實訓(xùn)教學(xué)注重學(xué)生自主探究學(xué)習，和傳統(tǒng)教學(xué)不同，虛擬仿真教學(xué)在某種意義上弱化了老師的作用，在教學(xué)過程中，老師的主導(dǎo)者變成了課堂的組織者、引導(dǎo)者。在課堂教學(xué)過程中，教師教學(xué)活動的積極主動性可能會缺少，出現(xiàn)對學(xué)生的學(xué)習過程監(jiān)督管理不到位的情況，而且教學(xué)活動的開展由軟件系統(tǒng)引導(dǎo)，教師缺少主動干預(yù)和與學(xué)習者的互動，造成教師的主導(dǎo)性弱化。虛擬仿真教學(xué)的教師需要調(diào)整教學(xué)方式，熟悉虛擬仿真教學(xué)項目的內(nèi)容，準確把握教學(xué)管理節(jié)點，結(jié)合實訓(xùn)管理平臺，適時開展理論教學(xué)、任務(wù)發(fā)布、過程監(jiān)管、結(jié)果收集、效果評價等活動，開創(chuàng)虛擬仿真教學(xué)的新模式。因此，需要培養(yǎng)一批熟悉虛擬教學(xué)模式和評價模式的老師，加強材和VR實訓(xùn)教學(xué)項目應(yīng)用的培訓(xùn)，開發(fā)配套的實訓(xùn)方案和引導(dǎo)工單，提高教學(xué)質(zhì)量和效果。

7.2 虛擬仿真教學(xué)軟件要求較高，作業(yè)流程規(guī)范性和兼容性涵待解決

目前，虛擬仿真教學(xué)軟件待問題還比較多，如教學(xué)資源模型陳舊、操作步驟過于簡單，仿真效果與實際場景偏差大等，其中作業(yè)流程不規(guī)范和各個開發(fā)廠商資源不能兼容兩個問題尤其突出。

1.虛擬仿真實訓(xùn)項目在開發(fā)時必須參照相關(guān)技術(shù)規(guī)范標準，規(guī)范作業(yè)標準和流程。在汽車維修作業(yè)方面，汽車維修手冊是重要的作業(yè)規(guī)范文件，在作業(yè)流程和作業(yè)標準方面都有明確的規(guī)定，是工藝正確和作業(yè)安全的重要保障，虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)項目必須嚴格參照維修手冊進行開發(fā)，才能實現(xiàn)虛擬仿真操作與真實操作的一致性和正確性。

2.各個廠商在開發(fā)虛擬仿真實訓(xùn)資源時，須考慮資源的兼容性，確保各自優(yōu)質(zhì)資源互通使用。資源的兼容包括軟件與硬件的兼容及資源在各管理平臺的通用。

7.3 虛擬實訓(xùn)注重于操作步驟的推演，與實際操作存在一定的偏差，需要在真實環(huán)境的教學(xué)中糾偏

和傳統(tǒng)教學(xué)比較，虛擬仿真教學(xué)活動雖然讓學(xué)習者的主動性和自主性大幅提高，但是學(xué)習者的自主學(xué)習往往缺乏目的性，比較隨意，同時由于用虛擬仿真代替了傳統(tǒng)實訓(xùn)，也大大降低了學(xué)習者的動手實訓(xùn)能力，如果缺乏教師的管理和指導(dǎo)，可能就不能完全達到理論和實訓(xùn)教學(xué)目標。虛擬實訓(xùn)作為技能訓(xùn)練的輔助手段和補充，對于初學(xué)者來是很適用的實訓(xùn)學(xué)習方式，但隨著專業(yè)技能學(xué)習的深入，虛擬仿真學(xué)習過程中的無質(zhì)感和作業(yè)細節(jié)偏差的特點越顯突出，必須在真實的實訓(xùn)設(shè)備上進行訓(xùn)練才能真正的提高。

8 結(jié)束語

傳統(tǒng)實訓(xùn)教學(xué)方式比較枯燥乏味，汽車專業(yè)知識相對學(xué)生的基礎(chǔ)來說相對較難，學(xué)生學(xué)習比較吃力。通過信息技術(shù)、智能技術(shù)與實驗教學(xué)的深度融合破解了職業(yè)學(xué)校實驗、實習、實訓(xùn)中的老大難問題， 解決了原先“做不到”“做不好”“做不了”“做不上”的問題，使用虛擬仿真系統(tǒng)開展實訓(xùn)教學(xué)后，大大提升了學(xué)生的學(xué)習興趣，特別是形象化的VR圖像有利于學(xué)生的理解。

基金項目：教育部高等學(xué)?？茖W(xué)研究發(fā)展中心《虛擬仿真技術(shù)在職業(yè)教育教學(xué)中的創(chuàng)新應(yīng)用》專項課題（課題編號ZJXF2022315）。

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