基于虛擬仿真技術(shù)的中職汽車專業(yè)課智慧環(huán)境教學(xué)策略研究

楊亞威　劉穎琳　廖淳　冶志軒　劉楊

摘 要：為推進(jìn)職教數(shù)字化發(fā)展，充分發(fā)揮虛擬仿真技術(shù)在中職智慧教學(xué)環(huán)境中的作用，本文基于目前中職汽車專業(yè)課教學(xué)中存在的難實踐問題，從真實的教學(xué)實踐出發(fā)，結(jié)合汽車專業(yè)課程內(nèi)容，在課程設(shè)計、課程實施、課程評價三個維度進(jìn)行策略研究分析，以期對教育研究者和教師提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真 中職汽車專業(yè)課 智慧教學(xué)環(huán)境 教學(xué)策略

Research on Teaching Strategies of Intelligent Environment of Mid-career Automotive Professional Course Based on Virtual Simulation Technology

Yang Yawei Liu Yinglin Liao Chun Ye Zhixuan Liu Yang

Abstract：In order to promote the digital development of vocational education and give full play to the role of virtual simulation technology in the middle vocational intelligent teaching environment， this paper conducts strategic research and analysis in the three dimensions of curriculum design， course implementation and course evaluation based on the difficult practical problems existing in the teaching of secondary vocational automotive professional courses， starting from real teaching practice and combining the content of automotive professional courses， in order to provide certain references for education researchers and teachers.

Key words：virtual simulation， vocational automotive professional course， smart teaching environment， teaching strategy

1 引言

黨的二十大首次將“推進(jìn)教育數(shù)字化”寫進(jìn)黨代會報告[1]，“推動教育實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型”成為當(dāng)前教育改革發(fā)展的首要任務(wù)。2022年1月12日，國務(wù)院印發(fā)《“十四五”數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》強(qiáng)調(diào)，深入推進(jìn)智慧教育，推進(jìn)教育新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，構(gòu)建高質(zhì)量教育支持體系。[2]預(yù)示著我國智慧教育進(jìn)一步從點到面縱深推進(jìn)。智能技術(shù)日益支撐智慧教育環(huán)境構(gòu)建，為教育高質(zhì)量發(fā)展提供了創(chuàng)新動能?！秶衣殬I(yè)教育改革實施方案》中也點明“運用現(xiàn)代信息技術(shù)改進(jìn)教學(xué)方式方法”，可見信息技術(shù)支撐下的教學(xué)策略變革是實現(xiàn)職業(yè)教育改革的必行之路。

中職汽車專業(yè)課基于實車實訓(xùn)，設(shè)備價格高，更新?lián)Q代快，維護(hù)管理成本高，專業(yè)課實訓(xùn)條件若是不足，會導(dǎo)致課程開展片面，學(xué)生積極性欠佳，教學(xué)效果不理想等問題。虛擬仿真技術(shù)利用計算機(jī)模擬真實設(shè)備或場景，與少量的實訓(xùn)設(shè)備搭配，即可實現(xiàn)1+1>2的教學(xué)效果，提高“做”的質(zhì)量。依托于智慧教學(xué)環(huán)境下的虛擬仿真技術(shù)，不僅能改變傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式，也能拓展教學(xué)活動和教學(xué)方法，通過豐富的網(wǎng)絡(luò)資源延伸擴(kuò)展教學(xué)空間，創(chuàng)造虛實結(jié)合的實訓(xùn)實驗環(huán)境，彌補(bǔ)教學(xué)資源的短板，發(fā)揮智慧教學(xué)的長處。

2 基于虛擬仿真技術(shù)的智慧教學(xué)環(huán)境概述

2.1 基于虛擬仿真技術(shù)的智慧教學(xué)環(huán)境概念

虛擬仿真是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機(jī)系統(tǒng)。使用者借助必要的設(shè)備自然地與虛擬環(huán)境中的對象進(jìn)行交互作用、相互影響，從而產(chǎn)生親臨真實環(huán)境的感受和體驗。[3]基于虛擬仿真技術(shù)的智慧教學(xué)環(huán)境是在智慧教學(xué)環(huán)境中有機(jī)融入虛擬仿真技術(shù)，與實訓(xùn)設(shè)備結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生對專業(yè)知識和技能進(jìn)行探究實踐，并同步更新反饋虛擬仿真的操作結(jié)果到教師端，標(biāo)準(zhǔn)、客觀、量化地進(jìn)行評價，以培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)知識和技能為目標(biāo)，以信息技術(shù)為高效協(xié)同助力，以改革學(xué)與教方式為根本途徑的新型教學(xué)環(huán)境。

2.2 基于虛擬仿真技術(shù)的智慧教學(xué)環(huán)境在中職的應(yīng)用現(xiàn)狀分析

中職專業(yè)課虛擬仿真的相關(guān)研究近年來日益增加，董昱深入研究了在中職電工專業(yè)課上運用多種虛擬仿真技術(shù)的可行性，并對實施軟件進(jìn)行了詳細(xì)探究。吳曉兵等人通過將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用到中職化工專業(yè)必修課 “甲醇生產(chǎn)工藝”中，取得了良好的效果。李萬熙對中職汽車傳統(tǒng)的理論課程和實訓(xùn)課程中加入虛擬仿真教學(xué)軟件的可行性與優(yōu)勢進(jìn)行了論證。周宜興等人構(gòu)建的“理虛實一體化”教學(xué)模式，則為虛擬仿真在實際教學(xué)的應(yīng)用，開拓了多平臺發(fā)展的融合性思路和校企合作的新模式?？梢?，虛擬仿真技術(shù)已運用于中職專業(yè)課中，并取得了良好的效果，在一定程度上，提升了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題及解決問題的能力。

3 中職汽車專業(yè)課教學(xué)現(xiàn)狀

中職汽車專業(yè)課實訓(xùn)設(shè)備型號多、種類多、成本投入大、場地要求高、維護(hù)成本高。實訓(xùn)設(shè)備雖然能解決實際檢修的操作問題，但隱藏在車輛內(nèi)部的配合關(guān)系和工作原理無法在工況下呈現(xiàn)，難以深入探究其知識核心。設(shè)備故障、日常維護(hù)保養(yǎng)工作量大，很多實訓(xùn)室都或多或少存在“有設(shè)備但不可用”的尷尬境界。導(dǎo)致實訓(xùn)次數(shù)少，無法幫助學(xué)生建立穩(wěn)定清晰的動覺，對技術(shù)技能掌握不通透。如果采用線上線下的混合教學(xué)模式，中職生自學(xué)能力較弱，難以有效掌握基本理論知識，網(wǎng)絡(luò)上的建模動畫資源雖然高效有趣，但學(xué)生若只是停留在“看”和“淺試”的層面，不去深入理解和思考，很快便會遺忘相關(guān)知識內(nèi)容。

4 基于虛擬仿真技術(shù)的中職汽車專業(yè)課智慧環(huán)境教學(xué)策略

教育部印發(fā)的《教育信息化2.0行動計劃》指出，積極開展智慧教育創(chuàng)新研究和示范，推動新技術(shù)支持下教育模式變革和生態(tài)重構(gòu)，智慧教學(xué)成為重要的教學(xué)形式，并引領(lǐng)新教育范式的出現(xiàn)。[4]學(xué)生個性化數(shù)據(jù)的獲取和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，使“以教為中心”向“以學(xué)為中心”的過度具備了更多的實施條件。借助智慧教學(xué)環(huán)境和信息化設(shè)備提升中職專業(yè)課教學(xué)質(zhì)量，成為中職教師的重中之重。本文將基于智慧環(huán)境下的虛擬仿真技術(shù)，針對中職汽車專業(yè)課從教學(xué)設(shè)計、教學(xué)實施、教學(xué)評價三個維度提出對應(yīng)策略。

4.1 智慧環(huán)境教學(xué)設(shè)計策略

隨著新課改的逐步推進(jìn)，教學(xué)設(shè)計的重心逐漸由“以教為主”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙詫W(xué)為主”，智慧環(huán)境教學(xué)設(shè)計要充分利用信息化手段和設(shè)備，通過虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用，在促進(jìn)中職學(xué)生掌握知識和技能的同時，潛移默化中鍛煉學(xué)生對智慧設(shè)備的熟悉程度和積極應(yīng)用理念。在教學(xué)設(shè)計中應(yīng)當(dāng)突出基于虛擬仿真的相關(guān)探究實踐，以智慧教學(xué)手段促進(jìn)教學(xué)目標(biāo)達(dá)成，提高教學(xué)效果。

（1）“提素增質(zhì)”提高教師信息化素養(yǎng)

《教育信息化2.0行動計劃》提出推動信息化應(yīng)用水平和師生信息素養(yǎng)普遍提高的要求。在智慧環(huán)境下，教師的信息化素養(yǎng)水平?jīng)Q定了信息化教育目標(biāo)實現(xiàn)的下限，是教師能力素養(yǎng)的實際體現(xiàn)。目前信息化手段在實際生活工作中日益普及，各行各業(yè)也在進(jìn)行信息化更迭，中職汽車專業(yè)課教師主要是傳授學(xué)生未來工作崗位的工作知識與技能，在信息化的實現(xiàn)上有著天然的相似性，應(yīng)該順應(yīng)時代的發(fā)展趨勢，不斷學(xué)習(xí)、不斷探索、不斷嘗試新的信息化教學(xué)手段，并及時反思診斷，提高信息化素養(yǎng)，在教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生借助信息化手段達(dá)成教學(xué)目標(biāo)，成為學(xué)生專業(yè)知識、信息技能的雙導(dǎo)師。例如在學(xué)習(xí)發(fā)動機(jī)構(gòu)造展示燃燒室結(jié)構(gòu)時，教師可通過軟件熟練演示3D建模結(jié)構(gòu)，變抽象為直觀，化不可見為可見，充分展現(xiàn)結(jié)構(gòu)原理、嚴(yán)謹(jǐn)配合以及工學(xué)之美。

（2）“虛實結(jié)合”更新智慧教學(xué)環(huán)境質(zhì)量

智慧教學(xué)環(huán)境是普通信息化學(xué)習(xí)環(huán)境的高端形態(tài)，其可以提供合適的學(xué)習(xí)資源與便利的互動工具、自動記錄學(xué)習(xí)過程和評測學(xué)習(xí)成果，以促進(jìn)學(xué)習(xí)者有效學(xué)習(xí)。在基于虛擬仿真技術(shù)的智慧教學(xué)環(huán)境中，既包含以虛擬仿真為基礎(chǔ)的線上學(xué)習(xí)設(shè)備，也具有傳統(tǒng)實訓(xùn)設(shè)備，軟硬結(jié)合，共建良好智慧教學(xué)的互動環(huán)境。其中還應(yīng)有成套的錄像設(shè)備系統(tǒng)，為后續(xù)的評價環(huán)節(jié)，提供數(shù)據(jù)支撐。例如在中職純電動汽車?yán)鋮s系統(tǒng)課程所用到的智慧教學(xué)環(huán)境包括安裝虛擬仿真軟件的平板電腦和實訓(xùn)設(shè)備，學(xué)生在設(shè)備上進(jìn)行輪轉(zhuǎn)，節(jié)約了實訓(xùn)資源和實訓(xùn)場地。教師可以在系統(tǒng)中隨時了解學(xué)生的行為、仿真實訓(xùn)成績和集中錯誤點，及時給與糾正和反饋，同時也能積累教學(xué)數(shù)據(jù)，為教學(xué)診斷和改進(jìn)積累資源。

（3）“鹽溶于水”巧妙融入思政元素

《國家職業(yè)教育改革實施方案》中強(qiáng)調(diào)“使各類課程與思想政治理論課同向同行，努力實現(xiàn)職業(yè)技能和職業(yè)精神培養(yǎng)高度融合”，應(yīng)當(dāng)借助智慧教學(xué)環(huán)境的信息化特點在專業(yè)課程中落實課程思政主線，在每一節(jié)課堂上實現(xiàn)課程思政落地，在每一個關(guān)鍵知識點中貫徹課程思政理念，積極研究課程思政改革。課程思政需要寓價值觀引導(dǎo)于知識傳授和能力培養(yǎng)之中，將思政元素像“鹽融于水”一樣融入專業(yè)教學(xué)，潛移默化地發(fā)揮專業(yè)教學(xué)的隱性育人作用。[5]專業(yè)課中的課程思政可以在基于虛擬仿真的教學(xué)環(huán)境中利用聲、光、色豐富課程思政的內(nèi)容，但同時也要注意不能過于突出課程思政，要巧妙融入其中。例如由于汽車驅(qū)動冷卻系統(tǒng)的循環(huán)結(jié)構(gòu)難以實物化展示，可通過學(xué)生課堂3D建模實操幫助學(xué)生更好理解整個冷卻循環(huán)結(jié)構(gòu)。讓學(xué)生感受零件3D模型之間精密的相互配合結(jié)構(gòu)，既能體會到一絲不茍的大國工匠精神，也能體驗到課堂教法創(chuàng)新帶來的高效與趣味，感受到推陳出新、追求卓越的價值理念。

4.2 智慧環(huán)境教學(xué)實施策略

教學(xué)實施是實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的重點階段，承接教學(xué)設(shè)計的落地工作，再精彩的教學(xué)設(shè)計也需要實施在課堂之中。教學(xué)設(shè)計可能是細(xì)致而完美的，但在教學(xué)實施過程中依然可能會遇到各種問題和突發(fā)情況，尤其是在基于虛擬仿真的智慧教學(xué)環(huán)境下進(jìn)行教學(xué)實施，由于涉及了更多的軟硬件設(shè)備和教學(xué)元素，需要更具有策略性。為了將教學(xué)設(shè)計統(tǒng)籌和規(guī)劃的內(nèi)容落到實處，筆者將從以下幾點來論述基于虛擬仿真的智慧環(huán)境教學(xué)設(shè)計策略。

（1）“未雨綢繆”充分準(zhǔn)備實施內(nèi)容

高效且充分的課前準(zhǔn)備能讓教師對于課堂教學(xué)的目標(biāo)更清晰，流程更熟練，對于課堂中的設(shè)備、教具、學(xué)具的使用更加自如，對教學(xué)時間的調(diào)控更加合理緊湊，避免冗長的無效教學(xué)時間，采用教法時更從容淡定，預(yù)留精力面對課堂上可能出現(xiàn)的各種狀況。除了標(biāo)準(zhǔn)的查閱資料、課程預(yù)演、回顧內(nèi)容、提煉總結(jié)意外，對于有虛擬仿真設(shè)備的智慧環(huán)境教學(xué)實施準(zhǔn)備工作，教師還要做到熟悉檢查設(shè)備、仿真數(shù)據(jù)庫、制作微課視頻和摸底練習(xí)題，讓學(xué)生線上學(xué)習(xí)微課并完成相關(guān)練習(xí)，并帶著思考進(jìn)入課堂。統(tǒng)計學(xué)生的預(yù)習(xí)數(shù)據(jù)，為課堂教學(xué)提供依據(jù)。教師應(yīng)特別關(guān)注在預(yù)習(xí)過程中存在問題的同學(xué)和內(nèi)容，并仔細(xì)分析開放性問題的答案，做到因材施教。

（2）“開而弗達(dá)”正確進(jìn)行知識引導(dǎo)

“開而弗達(dá)”出自《禮記·學(xué)記》意為對于知識的傳授要以啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生的方式而非全部講解。為了真正實現(xiàn)從傳統(tǒng)的以教師為中心向以學(xué)生為中心的轉(zhuǎn)變，教師應(yīng)正確引導(dǎo)學(xué)生探究學(xué)習(xí)過程，進(jìn)而攻克教學(xué)難點，完成知識的初步建構(gòu)。引導(dǎo)中要注意“不評判不打斷”原則，以啟發(fā)式的提問和建設(shè)性的建議為切入點，幫助學(xué)習(xí)者更快進(jìn)行學(xué)習(xí)內(nèi)容的精準(zhǔn)定位。[6]這里尤其要注意的是，在使用虛擬仿真技術(shù)展示汽車部件結(jié)構(gòu)時，虛擬仿真技術(shù)實現(xiàn)操作部件旋轉(zhuǎn)、放大、分解、剖視等功能是一柄雙刃劍，實踐中可以極高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，但在更多選擇的條件下也容易讓學(xué)生思維發(fā)散。實訓(xùn)部分更要小心安全問題，學(xué)生在智慧環(huán)境中探究實踐時，不可讓學(xué)生放之任之，完全讓其自己學(xué)習(xí)，教師要全程保持對學(xué)生的引導(dǎo)、關(guān)注和幫助，為學(xué)生導(dǎo)好航、把好舵、服好務(wù)。

（3）“引人入勝”重視情境導(dǎo)入

情境導(dǎo)入是根據(jù)學(xué)習(xí)目標(biāo)和學(xué)情分析，創(chuàng)建適當(dāng)?shù)膯栴}情境，將項目任務(wù)需求進(jìn)行演繹的過程，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲，精致真實的情境導(dǎo)入可以迅速讓學(xué)習(xí)者和教學(xué)者進(jìn)入狀態(tài)?；谔摂M仿真的智慧環(huán)境教學(xué)實踐中可利用信息化手段，創(chuàng)建更加豐富多彩的情境，從而讓學(xué)生的積極性大幅提高。要注意情境導(dǎo)入注重簡潔干練，不能耗費大量的時間，不要過于花哨，要與教學(xué)目標(biāo)一致。建議盡可能從實際生活出發(fā)，將生活導(dǎo)入智慧環(huán)境，在智慧環(huán)境中解決生活問題。例如在純電動汽車?yán)鋮s系統(tǒng)檢查課程的開頭播放冷卻失效造成的自燃場景，使學(xué)生充分了解到冷卻系統(tǒng)維保不當(dāng)?shù)膰?yán)重后果，以加強(qiáng)安全意識，使學(xué)生意識到這些知識、技能的重要性，興趣高漲，積極主動投入探究實踐中。

4.3 智慧環(huán)境教學(xué)評價策略

教學(xué)評價是為了改進(jìn)教育教學(xué)能力、提高課堂教學(xué)質(zhì)量、推動教學(xué)改革，而對課堂教學(xué)活動的設(shè)計、過程、結(jié)果或潛在可能性所作的價值判斷。當(dāng)前傳統(tǒng)的課堂難以高效完成多元化評價目標(biāo)和對實踐結(jié)果進(jìn)行定量分析。而在基于虛擬仿真的智慧教學(xué)環(huán)境下，依托于信息化手段的加持，評價方式變得多樣有趣，評價過程變得高效快捷，評價結(jié)果變得量化客觀。

（1）“面面俱到”促進(jìn)踐行多元評價

多元評價主要體現(xiàn)在主體多元、形式多元、內(nèi)容多元、標(biāo)準(zhǔn)多元。在基于虛擬仿真的智慧教學(xué)環(huán)境中，多元的評價模式可以實現(xiàn)更標(biāo)準(zhǔn)、更高效，評價的模式也不再受限于時間和空間，能夠更好地踐行多元評價。及時地反饋創(chuàng)新性教學(xué)評價的相關(guān)信息，使教師和相關(guān)管理人員及時發(fā)現(xiàn)自身在教學(xué)或教學(xué)管理中的問題，更好地進(jìn)行改正和完善，進(jìn)一步確保整個多元評價的有效性。例如在純電動車電機(jī)減速器拆裝操作結(jié)束后依次由自我總結(jié)、生生互評、教師點評展開，首先學(xué)生以組為單位，討論本次課程拆裝過程中的收獲和問題，之后完成小組之間的互評工作，最后教師點評。整個過程在一體機(jī)上實現(xiàn)，包括展示上傳的活頁工作冊、調(diào)用現(xiàn)場錄像等。同學(xué)和教師的觀察變得有跡可循，智慧教學(xué)平臺統(tǒng)計的數(shù)據(jù)可以用作評價和分析，并能直觀對比企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)對學(xué)生在每一個階段的點對點的精準(zhǔn)評價，記錄實施過程中的錯誤點，課后還可以線上進(jìn)行回顧，鞏固知識、提升技能。

（2）“善假于物”巧妙使用信息化手段

基于虛擬仿真的智慧教學(xué)環(huán)境可以給予教學(xué)評價更高效的反饋，評價客觀、細(xì)致。課前的預(yù)習(xí)內(nèi)容反饋可以提供診斷性評價，幫助教師提高教學(xué)針對性；虛擬仿真軟件和線上活頁工作手冊可以及時反饋每一個動作節(jié)點的完成進(jìn)度，匯總錯誤點并以圖表形式展現(xiàn)，便于教師及時獲取、處理相關(guān)數(shù)據(jù)，隨時進(jìn)行過程性評價；課后可以對學(xué)生進(jìn)行問卷調(diào)查收集學(xué)生的對課堂效果的學(xué)習(xí)反饋，以及利用智慧課堂的全程錄制視頻分析師生的互動方式和教師的課堂教學(xué)模式，為教學(xué)診斷提供依據(jù)。

（3）“聚沙成塔”促成數(shù)據(jù)積點成面

整個智慧教學(xué)環(huán)境下的數(shù)據(jù)分析具有連貫性、關(guān)聯(lián)性、精準(zhǔn)性的特征，通過這樣的大數(shù)據(jù)收集、分析、預(yù)測教師和學(xué)生的相關(guān)數(shù)據(jù)，持續(xù)地尋因、改進(jìn)、調(diào)整、優(yōu)化，助力教學(xué)策略的數(shù)據(jù)化治理。

5 結(jié)束語

依托于信息化技術(shù)和教育理念的結(jié)合，基于虛擬仿真技術(shù)的智慧環(huán)境教學(xué)策略在中職汽車專業(yè)課上的應(yīng)用為教育發(fā)展帶來了嶄新的視角和機(jī)遇。該教學(xué)策略對教學(xué)設(shè)計、教學(xué)實施以及教學(xué)評價提出了進(jìn)一步的建議和要求，當(dāng)前一些證書以及比賽也會在考核中加入虛擬仿真系統(tǒng)的操作實訓(xùn)考核，在更廣泛的使用前提下，該教學(xué)策略的實踐也將為崗課賽證融通打下基礎(chǔ)，提高中職汽車專業(yè)的教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量，為社會培養(yǎng)更多具備專業(yè)技能的實用性人才。

本文系廣州市教育科學(xué)規(guī)劃課題2022年萌芽課題（課題編號：202215248“智慧教學(xué)環(huán)境下中職專業(yè)課的教學(xué)策略研究”）成果。

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