中等职业学校新能源汽车专业“理虚实”一体化教学模式探讨

冯雪 关志伟 丁栋厚

[摘           要]  自2016年开始，我国的新能源汽车产销规模已超过50万辆，保有量已超过100万辆，新能源汽车产量连续两年居于世界首位，我国新能源汽车核心技术水平不断提升，产业规模不断扩大，政策支持及发展体系也不断完善。职业学校肩负着培养新能源汽车技术技能人才的社会责任，但由于新能源汽车专业的发展在职业院校起步较晚，且新能源汽车技术本身涉及的学科领域众多，故职业院校在开设新能源汽车专业时面临诸多难题和困惑。“理虚实”一体化教学作为一种新型教学模式，对推动中等职业学校课程教学模式改革和提升信息化教学质量起到重要的引导和示范作用。通过融合虚拟现实技术对传统教学手段进行改进，结合目前我国中等职业学校新能源汽车专业建设情况，制定并实施“理虚实”教学模式，改变传统教学中以教师教为主导的教学手段，形成以学生学为主体的新型教学模式。主要研究新能源汽车专业“理虚实”一体化教学模式的实践应用，体现了现代教育技术的作用，增强了课程教学的效果，并在可能的情况下向其他专业实施与推广。

[关    键   词]  新能源汽车专业;“理虚实”一体化;教学模式

[中图分类号]  G712                   [文献标志码]  A                    [文章编号]  2096-0603（2020）07-0122-03

中等职业学校新能源汽车专业的设置与发展在传统教学手段的引导下逐渐显现出诸多问题。在我国新能源汽车快速发展的新形势下，职业学校纷纷开设新能源汽车专业建设。“理虚实”一体化教学作为一种新型的现代化信息教学手段，对解决目前新能源汽车专业建设与发展存在的问题提供了科学可靠的实施方案。“理虚实”一体化教学手段利用计算机仿真技术生成三维立体模拟环境，将人的行为转变为相关数据，对用户的输入做出实时响应，是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的仿真系统，学生可以在沉浸式的环境中进行学习和交互操作。由于新能源汽车在检测和维修过程中存在高压触电的风险，因此利用VR虚拟教学可有效降低初学者的触电风险，同时提高中等职业学校学生学习的兴趣，有利于中等职业学校培养企业需求的高技能人才。

一、“理虚实”一体化教学的科学内涵

目前，我国中等职业学校专业课的教学存在理论教学与实践技能相脱节的情况，学生实践技能的学习与企业对人才需求的实际要求有所不符。采用“理虚实”一体化的教学理念，把理论知识通过计算机软件的形式清晰全面地展示出来，给学生创造一种沉浸式的学习环境，让学生通过三维立体画面学习新能源汽车的基本结构及原理，VR技术提供的虚拟场景可以让学生在佩戴眼镜后进行与实际场景一样的实操训练，学生通过手柄操作将虚拟场景与现实场景相联系，实现人机交互。新能源汽车的VR实训场景能够近乎完美地解决真实实训车间中存在的诸多问题，VR教学系统对理论知识进行视觉和触觉上的全部展示，将新能源汽车结构认知的学习模块进行沉浸式的直接表达，学生通过这种虚拟的学习方式能对理论知识进行细致理解，显著提升学习效率。在工作原理、性能测试和技能训练学习模块中，学生利用VR技术的虚拟操作对实际工作过程进行模拟学习，每一个环节的学习都能使学生从理论知识到实际操作过程实现无缝对接，并大大提升学习效率和实训效果。“理虚实”一体化的新型教学手段更容易激发学生的学习兴趣，丰富课堂内容，提升教学质量。

二、中职学校新能源汽车专业发展现状

根据教育部课题“新能源汽车行业人才需求与职业院校专业设置指导报告”研究成果，目前教育部高职专业目录中有新能源汽车相关专业两个，分别是装备制造大类中的“新能源汽车技术”和交通运输大类中的“新能源汽车维修技术”。到2019年6月18日，教育部颁布《中等职业学校专业目录》，在46个新增专业中包括新能源汽车维修和新能源汽车装调与检修两个专业，2019年以前新能源汽车在我国大力发展，中等职业学校纷纷开设新能源汽车相关专业，培养相关新能源汽车技术技能人才。由于新能源汽车在职业学校发展的时间较短，起步较晚，所以各中等职业学校在开设新能源汽车专业时面临如下现状。

（一）人才培养难以满足企业需求

职业学校新能源汽车专业课程体系建设困难，实训设备选购与课程对接困难，核心技术资料匮乏，新能源汽车技术路线众多，导致实训项目的内容难以与课程进行良好对接，在实际教学中缺乏相应的技术资料。新能源汽车动力电池包带有高压带电部件，学生在实际实训操作中有高压触电的风险。为了避免相应危险的发生，很多职业院校在新能源汽车实训环节中省略了诸多操作，导致学生学习的知识不透彻，人才的培养难以满足企业的真正需求。

（二）教材匮乏，师资匮乏

目前，市面上的新能源汽车教材虽种类繁多，但可供职业学校采用的教材却很少，已出版的教材与实际工作过程难以有效对接，多数职业学校使用自己编写的教学内容和实训工作页，导致学生使用的理论教材不够完善。中等职业学校绝大多数新能源汽车专业教师是从传统汽车专业或电器类专业转岗而来，对新能源汽车的教学没有科学细致地系统化学习，理论课程和实训课程的教学也都处于摸索阶段，职业学校新能源汽车专业课教师的数量严重匮乏、质量不高。

（三）课程设置不合理

新能源汽车技术种类多样，有纯电动、插电式混合动力和燃料电池等，涉及的专业知识面较广，是一门多学科交叉的新型学科。在新能源汽车专业课程学习中，需要运用到传统汽车维修技术、车辆工程学、电工学基础和汽车电子技术等，课程的开设对学科基础知识的掌握要求比较高。目前大多数职业学校的新能源汽车技术专业只是在传统汽车教学的基础上增加了新能源汽车方向的有关课程，而对于新能源汽车动力电池技术、电机及控制系统、新能源汽车检修等知识的学习不够深入，课程设置与新能源汽車人才需求严重脱节，学生很难适应企业的岗位需求，新能源汽车检修操作人员动手能力较差，难以培养出复合型人才。

（四）教学内容抽象，学习效果较差

新能源汽车的工作原理涉及电机运转过程、电流流向等抽象内容，传统教学只能抽象地讲解，职业学校的学生在有限时间内难以理解和接受。由于新能源汽车的某些零部件不能进行实际拆卸，学生在学习和观察时只能通过文字描述和立体想象，不利于零件的结构认知和工作原理的学习，导致理论课的学习效果较差，给人才培养带来极大困难。

三、“理虚实”一体化教学实施策略

“理虚实”一体化教学是目前中等职业学校较为科学和先进的教学模式，它将理论学习、虚拟操作和实训教学有机结合，为中等职业学校培养新能源汽车技术技能人才提供了一条科学有效的教学途径。

理论学习以传统教学为主，利用多媒体信息技术讲授新能源汽车基本理论知识;虚拟教学将利用VR技术，采取“以学生为主体，以教师为主导”的学习方式来实现理论学习和实践操作的无缝对接。

虚拟教学通过佩戴VR设备为学生呈现沉浸式的教学环境，在虚拟场景中学生可以更清晰、更直观地进行新能源汽车结构认知、工作原理的学习、整车拆装的实训操作，相对于实际整车操作避免了高压触电危险，解决了设备不足和耗材较高等难题。

实训教学通过设备配置、任务工单和工作区域等教学安排进行相关学习，在已知的可控风险下进行实车学习和拆装操作。

“理虚实”一体化教室的建设原则要严格按照教学流程进行，将教师工作区、多媒体教学区、学生讨论区、虚拟学习区和实车操作区进行合理安排，“理虚实”一体化教室功能分区如图1所示。

上图所示，在“理虚实”一体化学习区域中，VR教学区将承担所有的虚拟教学环节，虚拟教学分为“学”“练”“考”三大模块。学习模块主要针对新能源汽车结构认知与安全使用部分，通过VR虚拟技术将虚拟汽车进行爆炸式展开，汽车的所有零部件将被拆分和旋转观察，学生可近距离、多角度对汽车结构进行认知学习。练习模块中包括电池及管理系统拆装与检测、电机及传动系统拆装与检测、辅助系统拆装与修复和整车控制系统检测与修复四门课程的学习。由于虚拟教学具有反复操作、无高压触电危险等优点，在练习模块可以进行“基于工作过程的教学方法”，以学生学习为主体，提高学生的学习兴趣并节省教学设备。考试模块将对之前的学习内容进行自动测试，学生在登录个人系统后会弹出开始考试页面，在考试进行中系统会进行自动判断计分，考试操作过程中若发生触犯用电安全规则等问题，系统将会自动结束考试，警告学生操作失误，这将提高学生的注意力和警惕性，为后期的车间实践操作奠定基础。

四、“理虚实”一体化教学应用分析

“理虚实”一体化教学过程中虚拟教学成为整个教学的难点，因此，在新能源汽车实际教学中，以虚拟仿真实验软件为工具完成理论课程的巩固与提升，再通过真实的线下实车操作，整个过程诠释了理论结合虚拟仿真实验和实车操作的“理虚实”一体化教学思路。本教学模式不仅节省了大量教学成本，还可以随时随地进行操作练习，打破了传统实训教学对于固定场地的限制。

本次教学研究通过对实际教学情况考察并结合学生实验教学后的问卷调查结果，对“理虚实”一体化教学模式进行分析研究。此次实验调查，针对忻州市高级技工学校和天津市机电工艺学院部分学生进行“理虚实”一体化实验教学，在发出的调查问卷中收集有效问卷102份，并提取相关数据进行总结和分析，统计结果如下图所示：在针对“理虚实”一体化教学是否适用于中职学校这一问题，实验后的统计结果如图2所示，60.78%的学生认为此教学方法适用中职学校，12.75%的学生认为此教学方法非常好，4.9%的学生认为不适用，在后期的跟踪调查中发现学生认为“理虚实”一体化教学不适用的原因仅仅是对VR教学的陌生和不了解。

本论文通过对“理虚实”一体化教学在中等职业学校新能源汽车专业教学实验应用的探讨，研究“理虚实”一体化教学的可行性和现实意义，通过对调查问卷进行分析，得出“理虚实”一体化教学对激发学生的学习兴趣、提高操作安全性和提升学生的学习效率等方面有显著成效的结论。本次研究将进一步推进现代信息教育技术在教育领域的应用。

五、结束语

在中等职业学校新能源汽车专业采用“理虚实”一体化教学是一次很好的尝试，在VR+教育的概念越来越深入人心的大环境下，VR提供的沉浸式场景教学能让学生在虚拟环境中进行实操练习，这种虚拟教学系统能够近乎完美地解决真车实训中存在的诸多问题。虚拟教学能规避风险，教师也不会担心学生发生触电危险，可放手让学生独立进行实训操作。“理虚实”一体化教学涉及多感官反馈，能極大提高学生的学习兴趣，符合中等职业学校学生的实际情况，解决了学生初学时面对冰冷的机器提不起兴趣和针对复杂操作的恐惧等难题，系统中包含听觉、视觉和触觉等多感官因素，有利于进行以学生为主体的教学模式。“理虚实”一体化教学也受设备资金、师资队伍和学生水平等诸多方面因素的影响，大部分学校真正的“理虚实”一体化教学模式并没有开始实施。

“理虚实”一体化教学模式发展空间巨大，希望未来有更好的技术和更优的政策共同助力“理虚实”一体化教学模式进一步发展。

参考文献：

[1]姜大源.职业教育学研究新论[M].教育科学出版社，2007.

[2]丁栋厚，申荣卫.VR技术在新能源汽车职业教育专业课中的应用[J].现代职业教育，2018，7（18）.

[3]申荣卫，台晓红，黄玮，等.基于工作过程的“教学做”一体化课程开发与实践[J].职业教育研究，2012（12）：79-80.

◎编辑 尹 军