基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)《船舶管理》課程自主學(xué)習(xí)項(xiàng)目設(shè)計(jì)

白繼平

(浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院　海運(yùn)學(xué)院，杭州　311112)

基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)《船舶管理》課程自主學(xué)習(xí)項(xiàng)目設(shè)計(jì)

白繼平

(浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院海運(yùn)學(xué)院，杭州311112)

摘要:利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)虛擬船舶機(jī)艙場景，可以在機(jī)械設(shè)備上設(shè)置交換功能或者故障點(diǎn)，將《船舶管理》課程內(nèi)容分解成對(duì)應(yīng)的學(xué)習(xí)任務(wù)，這些學(xué)習(xí)任務(wù)適合學(xué)生自主學(xué)習(xí)且便于在虛擬場景中完成。學(xué)生在虛擬的環(huán)境中可以完成機(jī)艙值班、機(jī)械操作和應(yīng)變部署等任務(wù)?；谔摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)的自主學(xué)習(xí)項(xiàng)目可以有效地調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，更好的適應(yīng)職業(yè)發(fā)展和社會(huì)需求。

關(guān)鍵詞:虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；船舶管理；自主學(xué)習(xí)；項(xiàng)目設(shè)計(jì)

0引言

虛擬現(xiàn)實(shí)是指用計(jì)算機(jī)生成的一種特殊環(huán)境，人可以通過使用各種特殊裝置將自己“投射”到這個(gè)環(huán)境中，并操作、控制環(huán)境，實(shí)現(xiàn)特殊的目的。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(VRT)是用計(jì)算機(jī)生成逼真的三維視、聽、嗅覺等感覺，使人作為參與者通過適當(dāng)裝置，自然地對(duì)虛擬世界進(jìn)行體驗(yàn)和交互作用，該技術(shù)涉及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)交互技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能等領(lǐng)域[1]。

利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)現(xiàn)代化船舶機(jī)艙場景進(jìn)行虛擬，學(xué)生可以在這個(gè)場景中漫游，熟悉機(jī)艙內(nèi)各種機(jī)電設(shè)備、管路系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的分布情況，可以對(duì)主推進(jìn)動(dòng)力裝置、船舶輔助機(jī)械和配電系統(tǒng)進(jìn)行虛擬操作，對(duì)機(jī)艙出現(xiàn)的應(yīng)急突發(fā)事件進(jìn)行應(yīng)變部署演練，以增強(qiáng)學(xué)生感性認(rèn)識(shí)，調(diào)動(dòng)學(xué)生課堂學(xué)習(xí)興趣[2-4]。利用VRML語言，可以將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開發(fā)的教學(xué)項(xiàng)目發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)上，便于學(xué)生利用手機(jī)終端進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。

采用VRT開發(fā)的自主學(xué)習(xí)項(xiàng)目，可以基于機(jī)艙實(shí)景，將輪機(jī)工程技術(shù)專業(yè)核心課程的教學(xué)項(xiàng)目預(yù)制于該環(huán)境中，學(xué)生在虛擬機(jī)艙中自主探索、完成工作任務(wù)、積累經(jīng)驗(yàn)，這樣可以有效調(diào)動(dòng)學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的積極性，提高教學(xué)效率，節(jié)約辦學(xué)成本，延長實(shí)訓(xùn)設(shè)備無故障使用壽命[5-8]。

1課程特點(diǎn)

航海類專業(yè)課程開發(fā)受到國際海事組織相關(guān)公約的限制，課程要兼顧中華人民共和國海船船員適任考試課程大綱的要求[9]。

輪機(jī)工程技術(shù)專業(yè)《船舶管理》課程主要內(nèi)容如圖1所示，主要涉及國際公約、國內(nèi)法規(guī)、人員管理、機(jī)電設(shè)備操作與管理、應(yīng)變部署、修船管理和機(jī)艙資源管理。課程內(nèi)容相對(duì)獨(dú)立，知識(shí)點(diǎn)連貫性較差，動(dòng)手操作性偏弱。傳統(tǒng)授課以講授為主，課程的考核主要采用無紙化上機(jī)考試形式，題型主要以單選題為主。在校期間，學(xué)生主要以理論知識(shí)學(xué)習(xí)為主；與技能訓(xùn)練分段或分離的教學(xué)模式，前期學(xué)習(xí)大量的理論課程，后期或直到畢業(yè)之前才有機(jī)會(huì)接觸實(shí)踐或參加校外實(shí)習(xí)。

圖1　課程內(nèi)容組成

船舶機(jī)艙實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)中，與《船舶管理》課程相關(guān)的工作任務(wù)如圖2所示。為了增強(qiáng)課程內(nèi)容的針對(duì)性和可操作性，需要對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容與船舶機(jī)艙生產(chǎn)實(shí)際工作進(jìn)行有機(jī)組合，優(yōu)化課程教學(xué)項(xiàng)目，培養(yǎng)學(xué)生機(jī)艙資源管理能力、值班能力、修船管理能力、船舶防污染能力、船舶安全營運(yùn)管理能力和綜合應(yīng)變反應(yīng)能力。同時(shí)，兼顧學(xué)生情感意識(shí)的培養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)、堅(jiān)定的服從意識(shí)和良好的職業(yè)道德品質(zhì)。

圖2　機(jī)艙工作任務(wù)分解

2課程自主學(xué)習(xí)項(xiàng)目開發(fā)

課程自主學(xué)習(xí)項(xiàng)目的開發(fā)應(yīng)該以學(xué)生為中心，培養(yǎng)學(xué)生能夠?qū)崿F(xiàn)自我規(guī)劃、自我管理、自我調(diào)節(jié)、自我檢測、自我反饋和自我評(píng)價(jià)[10-11]。

2.1自主學(xué)習(xí)項(xiàng)目設(shè)計(jì)

輪機(jī)工程技術(shù)專業(yè)學(xué)生生源主要是普通高中畢業(yè)生，通過前期的問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在自主學(xué)習(xí)方面存在一些問題，如學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)與學(xué)習(xí)目標(biāo)模糊，缺少科學(xué)的學(xué)習(xí)方法，缺乏學(xué)習(xí)的自主管理能力等。《船舶管理》課程自主學(xué)習(xí)項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)，兼顧項(xiàng)目的學(xué)習(xí)目標(biāo)、重點(diǎn)，監(jiān)控學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

(1)確立學(xué)習(xí)目標(biāo)

項(xiàng)目的學(xué)習(xí)目標(biāo)包括能力目標(biāo)、知識(shí)目標(biāo)和情意目標(biāo)三部分組成。能力目標(biāo)明確了通過項(xiàng)目訓(xùn)練，學(xué)生可以掌握的技能，知識(shí)目標(biāo)明確了通過項(xiàng)目學(xué)習(xí)能夠掌握的知識(shí)點(diǎn)，情意目標(biāo)明確了學(xué)生應(yīng)該具備的道德品質(zhì)。

(2)建立學(xué)習(xí)重點(diǎn)

《船舶管理》課程是專業(yè)核心課程之一，也是船員適任考試課程之一。課程學(xué)習(xí)重點(diǎn)主要集中在知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)，所以學(xué)習(xí)項(xiàng)目主要設(shè)計(jì)了相關(guān)知識(shí)、知識(shí)鏈接和拓展提高三個(gè)環(huán)節(jié)。相關(guān)知識(shí)主要為任務(wù)實(shí)施做理論鋪墊，知識(shí)鏈接主要為了滿足學(xué)生考證需求，對(duì)“相關(guān)知識(shí)”進(jìn)行補(bǔ)充，拓展提高主要介紹課程領(lǐng)域新動(dòng)態(tài)、新技術(shù)和新知識(shí)及難度較大的內(nèi)容。

(3)監(jiān)控學(xué)習(xí)過程

考慮到高職學(xué)生的學(xué)習(xí)意愿具有很強(qiáng)的被動(dòng)性，自主學(xué)習(xí)項(xiàng)目設(shè)置了四個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)學(xué)生整個(gè)自主學(xué)習(xí)過程進(jìn)行指導(dǎo)和監(jiān)控，即任務(wù)介紹、任務(wù)解析、任務(wù)實(shí)施和任務(wù)小結(jié)。其中任務(wù)介紹主要描述工作任務(wù)的環(huán)境和工作任務(wù)的目的；任務(wù)解析主要介紹完成任務(wù)的思路、技能點(diǎn)和知識(shí)點(diǎn),引領(lǐng)學(xué)生對(duì)工作任務(wù)進(jìn)行分析，有針對(duì)性地提出解決問題的方法和技巧，并根據(jù)任務(wù)分析理清解決問題的思路；任務(wù)實(shí)施介紹任務(wù)完成的具體步驟，體現(xiàn)“做中學(xué)”的理念；任務(wù)小結(jié)介紹任務(wù)中重要思想、方法、知識(shí)點(diǎn)等。

(4)評(píng)估學(xué)習(xí)效果

技能是學(xué)生自己練會(huì)的，自主學(xué)習(xí)項(xiàng)目只是給出了一個(gè)引導(dǎo)，領(lǐng)學(xué)生入門，更多的時(shí)間和內(nèi)容是學(xué)生自己完成的。通過課后自測或相關(guān)訓(xùn)練，評(píng)估學(xué)生自主學(xué)習(xí)的效果。評(píng)估的形式包括學(xué)生互評(píng)和老師點(diǎn)評(píng)。

2.2虛擬項(xiàng)目功能開發(fā)

為了打造學(xué)生喜歡的課堂，課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)一直在努力探索理實(shí)一體化教學(xué)模式，將課堂搬到實(shí)訓(xùn)室，并且取得了良好的效果。但是，教學(xué)實(shí)施過程中，仍然存在三個(gè)問題：

一是實(shí)訓(xùn)室設(shè)備陳舊，部分設(shè)備零部件缺失現(xiàn)象嚴(yán)重，設(shè)備更新受到多方面因素制約，與行業(yè)發(fā)展脫節(jié)；

二是實(shí)訓(xùn)室場地狹小，現(xiàn)場授課時(shí)，存在安全隱患；

三是為了保證課堂教學(xué)效果，任課教師配備數(shù)量增加，重復(fù)勞動(dòng)，增加教學(xué)成本。

基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以構(gòu)建虛擬場景，給學(xué)生創(chuàng)造實(shí)船機(jī)艙場景，交互性強(qiáng)，對(duì)于缺乏實(shí)船工作經(jīng)歷的學(xué)生非常直觀，利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)[12-13]?！洞肮芾怼氛n程涵蓋了機(jī)艙資源管理、船舶結(jié)構(gòu)認(rèn)知、船舶適航性控制、輪機(jī)值班、機(jī)艙突發(fā)情況綜合應(yīng)變等內(nèi)容。采用VRT開發(fā)教學(xué)項(xiàng)目，學(xué)生置身于虛擬的機(jī)艙環(huán)境中，能夠?qū)Υ敖Y(jié)構(gòu)形成認(rèn)知，對(duì)船舶適航性形成感知，通過多種傳感器與多維化信息的環(huán)境發(fā)生交互作用，學(xué)生能進(jìn)行必要的交互性操作，能開展機(jī)艙值班活動(dòng)，能應(yīng)對(duì)機(jī)艙突發(fā)狀況(火災(zāi)、浸水、失電等)。

(1)機(jī)艙虛擬漫游

以現(xiàn)代化的集裝箱船機(jī)艙為母版，對(duì)機(jī)艙內(nèi)各層甲板設(shè)備布置情況進(jìn)行虛擬重構(gòu)?；谔摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)的仿真界面非常逼真，學(xué)生在虛擬機(jī)艙內(nèi)漫游時(shí)可以真切地了解機(jī)艙部分船體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，機(jī)艙內(nèi)機(jī)械設(shè)備的布置情況，甚至可以對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行虛擬操作，如圖3。

(A)機(jī)旁視景

(b)集控室視景

(2)值班虛擬操作

對(duì)主推進(jìn)動(dòng)力裝置、發(fā)電副機(jī)及各種輔助設(shè)備設(shè)置交互功能，學(xué)生可以對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行虛擬操作，如圖4，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)艙航行值班功能，或者錨泊值班功能。另外，學(xué)生也可以對(duì)特定設(shè)備進(jìn)行機(jī)旁操作，或者對(duì)設(shè)備進(jìn)行故障診斷與排除，這樣既可以加強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，又可以有效提升學(xué)生的動(dòng)手能力。

(a) 空氣瓶控制站

(b) 發(fā)電副機(jī)旁控制

(3)特定場景虛擬

船舶航行中會(huì)有一些突發(fā)事件發(fā)生，如火災(zāi)、碰撞、溢油事故等，通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以將這些場景再現(xiàn)，以訓(xùn)練學(xué)生應(yīng)對(duì)類似突發(fā)事件的應(yīng)變能力。另外，也可以虛擬港口國監(jiān)督檢查場景、駕機(jī)聯(lián)系場景，訓(xùn)練學(xué)生與外界溝通的能力。

(4)虛擬考評(píng)功能

為了評(píng)估學(xué)生自主學(xué)習(xí)的效果，可以在虛擬現(xiàn)實(shí)場景中增設(shè)考評(píng)功能，即在相應(yīng)的操作項(xiàng)目中預(yù)設(shè)故障點(diǎn)，或者是機(jī)械設(shè)備的操作規(guī)范，要求考評(píng)模塊能夠記錄學(xué)成操作的基本流程，能夠具備自動(dòng)評(píng)分考評(píng)功能，以達(dá)到規(guī)范學(xué)生基本操作的目的。

3課程自主學(xué)習(xí)項(xiàng)目設(shè)置

項(xiàng)目教學(xué)法是一種以學(xué)生為本的教學(xué)法，打破了傳統(tǒng)的“以課堂為中心、以教材為中心”的教學(xué)模式，轉(zhuǎn)變?yōu)橐怨ぷ魅蝿?wù)為中心組織課程內(nèi)容，讓學(xué)生在完成具體項(xiàng)目的過程中來構(gòu)建理論知識(shí)，并發(fā)展職業(yè)能力。在教學(xué)活動(dòng)中，教師將需要解決的問題或需要完成的任務(wù)以項(xiàng)目的形式交給學(xué)生，在教師的指導(dǎo)下，由學(xué)生以小組工作方式，按照實(shí)際工作的完整程序，共同制定計(jì)劃，共同或分工完成整個(gè)項(xiàng)目[14-15]。

(a)火災(zāi)現(xiàn)場(b) 水噴淋防護(hù)現(xiàn)場(c) 機(jī)艙進(jìn)水現(xiàn)場

圖5應(yīng)變部署現(xiàn)場視景

3.1課程自主學(xué)習(xí)項(xiàng)目設(shè)計(jì)

根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)和船舶機(jī)艙實(shí)際生產(chǎn)需求，優(yōu)化成六個(gè)學(xué)習(xí)項(xiàng)目，并細(xì)化為19個(gè)學(xué)習(xí)任務(wù)，如圖6。通過法規(guī)解讀項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，學(xué)生能掌握國際公約對(duì)海員在管理、防污染、安全和個(gè)人權(quán)益保障方面的基本要求，能夠有效履行國際公約，用國際公約維護(hù)個(gè)人權(quán)益；通過值班管理項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠?qū)C(jī)艙值班人員和機(jī)械設(shè)備進(jìn)行有效管理，能夠?qū)Υ斑M(jìn)行適航性控制，能夠針對(duì)不同事件進(jìn)行應(yīng)變部署；通過營運(yùn)安全管理項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠掌握船舶檢驗(yàn)的相關(guān)知識(shí)，能夠應(yīng)對(duì)船舶安全檢查和港口國監(jiān)督；通過油料備件管理項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠?qū)Υ萌剂虾蛡浼M(jìn)行有效管理；通過修船管理項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠組織修船，能夠?qū)啓C(jī)塢修工程進(jìn)行監(jiān)督與驗(yàn)收，能夠進(jìn)行交船試驗(yàn)；通過機(jī)艙資源管理項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，能夠預(yù)防人為失誤，能夠?qū)C(jī)艙常見風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估與決策，能夠組建高效輪機(jī)團(tuán)隊(duì)。

圖6　自主學(xué)習(xí)項(xiàng)目設(shè)計(jì)

3.2課程自主學(xué)習(xí)項(xiàng)目實(shí)施

構(gòu)建合適的自主學(xué)習(xí)實(shí)施方案，不僅可以激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī)，更重要的是有利于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。結(jié)合本課程特點(diǎn)，特制定了以下課程自主學(xué)習(xí)項(xiàng)目實(shí)施方案。

(1)創(chuàng)設(shè)情境

由于全日制學(xué)生缺少實(shí)船工作經(jīng)歷，不清楚項(xiàng)目任務(wù)開展的順序流程，無法準(zhǔn)確構(gòu)建船舶實(shí)際工作場景。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，創(chuàng)設(shè)機(jī)艙工作場景，可以確保自主學(xué)習(xí)項(xiàng)目的順利實(shí)施。

(2)設(shè)定學(xué)習(xí)目標(biāo)

根據(jù)自主學(xué)習(xí)項(xiàng)目的特點(diǎn)，為學(xué)生設(shè)定學(xué)習(xí)目標(biāo)，包括能力目標(biāo)、知識(shí)目標(biāo)和情意目標(biāo)，幫助學(xué)生對(duì)自主學(xué)習(xí)項(xiàng)目有一個(gè)整體的認(rèn)識(shí)，明確自主學(xué)習(xí)的方向。

(3)學(xué)生自主學(xué)習(xí)

這個(gè)環(huán)節(jié)分成三個(gè)階段，即個(gè)人學(xué)習(xí)與提問階段、分組討論交流階段和小組演示階段，整個(gè)環(huán)節(jié)中教師要注意不能使這個(gè)過程處于無序狀態(tài)，必要時(shí)要給予示范。

(4)傳授恰當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)方法

教師可以根據(jù)學(xué)生自身特點(diǎn)，幫助學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)策略和協(xié)作學(xué)習(xí)策略設(shè)計(jì)，這樣可以培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力[16-17]。

4總結(jié)

隨著科技的發(fā)展，新設(shè)備、新技術(shù)在船上更新的速度越來越快，學(xué)生在學(xué)校學(xué)習(xí)的知識(shí)是有限的，大多數(shù)學(xué)生是走上社會(huì)后通過各種途徑繼續(xù)學(xué)習(xí)。學(xué)生要善于發(fā)現(xiàn)新的信息、獲取新的知識(shí)，這主要取決于他們自身科學(xué)的學(xué)習(xí)方法、自主學(xué)習(xí)習(xí)慣和較強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力。

本文以《船舶管理》課程為例，從以下幾個(gè)方面論述了VRT在輪機(jī)工程技術(shù)專業(yè)課程自主學(xué)習(xí)項(xiàng)目開發(fā)中的應(yīng)用。

(1)根據(jù)輪機(jī)工程技術(shù)專業(yè)學(xué)生的現(xiàn)狀，結(jié)合專業(yè)課程的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)自主學(xué)習(xí)項(xiàng)目。

(2)利用VRT虛擬船舶機(jī)艙實(shí)景，為課程自主學(xué)習(xí)項(xiàng)目實(shí)施虛擬場景。學(xué)生在虛擬的工作場景下可以開展虛擬值班，或者在特定場景下部署應(yīng)急工作任務(wù)；有些工作任務(wù)可以設(shè)置交互功能，增加學(xué)生的真實(shí)感受，增強(qiáng)自主學(xué)習(xí)效果。

(3)課程自主學(xué)習(xí)項(xiàng)目的設(shè)置是基于中華人民共和國海船船員適任考試課程大綱的要求和船舶實(shí)際工作需要，項(xiàng)目學(xué)習(xí)目標(biāo)明確，學(xué)習(xí)任務(wù)清晰；學(xué)生是課堂的主角，還課堂給學(xué)生，學(xué)生能夠積極參與課堂教學(xué)。

(4)課程部分知識(shí)點(diǎn)，可以錄制成微課形式，便于學(xué)生利用手機(jī)終端在線學(xué)習(xí)，并構(gòu)建虛擬交流平臺(tái)，與學(xué)生隨時(shí)互動(dòng)。

《船舶管理》課程自主學(xué)習(xí)項(xiàng)目的開發(fā)尚處于研究階段，課程在建設(shè)過程中取得的經(jīng)驗(yàn)可以在輪機(jī)工程技術(shù)專業(yè)其他專業(yè)核心課程中推廣應(yīng)用，對(duì)涉海類專業(yè)課程建設(shè)也有借鑒意義。

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The Autonomous Learning Project Design of the Ship Management

Course Based on Virtual Reality Technology

BAI Ji-ping

(Zhejiang Institute of Communications, Hangzhou 311112,China)

Abstract:As one of the core courses of Marine Engineering Technology Major, Ship Management Course covers a wide range of practical knowledge. However, due to students’ lack of real onboard experience, they have difficulty in imagining course-related work scenarios. Therefore, by means of virtualizing the ship’s engine room through virtual reality technology, setting up switching functions or fault points, teachers can divide the course content into corresponding tasks which are suitable for students’ autonomous learning and practicing in a virtual environment. They are able to complete a variety of tasks such as engine room watching, mechanical operation, emergency arrangement, etc. The autonomous learning project based on virtual reality technology can effectively arouse students’ self-learning interest and improve their self-study ability in order to help them better adapt to the career development and meet the needs of the society.

Key words:virtual reality technology, ship management, autonomous learning, project design

文章編號(hào)：1671-234X(2015)01-0051-06

中圖分類號(hào):G642.0?

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A doi：10.3969/j.issn.1671-234X.2015.01.0012