中職教育汽車發(fā)動機系統(tǒng)個性化學習仿真工具設計

唐林 東北師范大學教育學部/攀枝花學院中國特色社會主義理論教育學院

周東岱 東北師范大學信息科學與技術(shù)學院

鐘紹春 鐘永江 東北師范大學理想信息技術(shù)學院

● 汽車發(fā)動機系統(tǒng)教學中的瓶頸及破解思路

“汽車發(fā)動機系統(tǒng)教學”是中等職業(yè)教育汽車專業(yè)中一門重要課程，對培養(yǎng)汽車維修、保養(yǎng)等方面的專業(yè)人才具有重要作用。發(fā)動機系統(tǒng)與汽車各個部件的關(guān)系密不可分，它在汽車構(gòu)造中占據(jù)很大分量，直接決定汽車以后的動力輸出與平順性。

1.瓶頸

①不能有效激發(fā)學習動機。中職生入學時，專業(yè)都是自己選擇的，因此他們對專業(yè)方面的學習有著濃厚的興趣。但多數(shù)教師的教學以考試為目的，違背了培養(yǎng)學生專業(yè)實踐技能的要求，不能有效激發(fā)學生的學習動機。

②學習差異化與教學統(tǒng)一化相矛盾。職業(yè)教育中的課堂多沿用一對多的教學模式，所有的教學行為都是按照班級的整體情況設計的，但學生的理解水平和興趣點不同，知識水平、關(guān)注點存在差異，統(tǒng)一化教學使學生不能根據(jù)自己興趣、知識水平進行學習。

③教學模式僵化。中職教育不同于一般的初、高中教學，它在完成基本理論課程學習的同時，還應完成專業(yè)技術(shù)的學習，但現(xiàn)在的中職課堂教學一般遵循傳統(tǒng)課堂講授模式，這已經(jīng)不能滿足學生的學習需要，對學生職業(yè)技能的培養(yǎng)無大益。

2.破解思路

破解瓶頸問題的關(guān)鍵是讓學生明確，完成任務首先要清楚應學會什么，然后要研究清楚學會這些內(nèi)容的最佳方式方法是什么，并能夠自主、個性化地完成任務。它主要有以下三個方面：首先是通過任務驅(qū)動中的實際任務使學生產(chǎn)生濃厚的學習興趣，其次讓學生根據(jù)自己的需求進行個性化學習，最后改變課堂教學方式，提供學生學習必要的環(huán)境和工具。將以上三點有效結(jié)合可以滿足學生快速提高知識技能的要求，因此，我們設計了供學生根據(jù)自己需求進行學習的個性化學習工具，改變了傳統(tǒng)統(tǒng)一水平的教法，同時也為學生提供能夠自主選擇聽講式、協(xié)作探究式及訓練和實踐法三種教學方法，讓學生根據(jù)自己的已有水平、興趣愛好和關(guān)注點選擇適合的學習方式完成發(fā)動機系統(tǒng)相關(guān)知識的學習。因篇幅問題，本文著重談論個性化學習工具的設計。

● 汽車發(fā)動機個性化學習仿真工具設計

通過對汽車發(fā)動機系統(tǒng)知識的梳理，我們發(fā)現(xiàn)發(fā)動機系統(tǒng)學習的最大難點在于發(fā)動機結(jié)構(gòu)復雜，工作過程變化多，將復雜的結(jié)構(gòu)以一定次序組裝起來更加困難，其大的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)就有八個，每個大系統(tǒng)又包含了若干個零部件，整個發(fā)動機配置完成之后重量可達二三百斤，用實物操作費時費力，如果一直用實物進行學習，學生每天的體力消耗也會減弱其對發(fā)動機學習的興趣。鑒于此，我們設計了汽車發(fā)動機模擬仿真學習探究工具。

1.工具設計依據(jù)

①學科視角依據(jù)。發(fā)動機系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，但性能易變，需要學生在學習基礎(chǔ)知識的基礎(chǔ)上，靈活掌握發(fā)動機各項性能特點。架構(gòu)出發(fā)動機各項結(jié)構(gòu)的學習工具便于學生觀察學習、加深理解，用該學習工具在進行基礎(chǔ)知識學習的基礎(chǔ)上理解發(fā)動機的工作過程、原理以及性能，并通過探究學習提升創(chuàng)新運用能力，符合學科學習規(guī)律，滿足學生自主、個性化學習要求。

②學習方式視角依據(jù)。首先汽車發(fā)動機各項性能不穩(wěn)定，統(tǒng)一化教學不能使學生充分理解發(fā)動機性能特點。其次發(fā)動機各個結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，但在學習順序上沒有先后之分，各結(jié)構(gòu)的學習無邏輯關(guān)系，整個課程適合自主、探究學習。一節(jié)課的學習讓學生經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題、應用知識、反思學習的過程，創(chuàng)新能力得到較大提升。

③技術(shù)視角依據(jù)。常規(guī)化教學只能描述工作過程，不能讓學生區(qū)分和熟悉每個沖程的過程和特點，而運用三維仿真工具進行發(fā)動機系統(tǒng)知識的學習，更加方便，效率更高。

2.功能設計

為使汽車發(fā)動機相關(guān)知識的學習更加直觀、便于操作，我們運用三維仿真工具設計發(fā)動機學習工具，它包括六個部分：單元、工作原理、結(jié)構(gòu)、在線交流、性能參數(shù)和常見問題。

其中單元部分是基礎(chǔ)學習部分，包括發(fā)動機八個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的單元，每個系統(tǒng)又包含若干零部件，通過單元進入每個系統(tǒng)，通過系統(tǒng)又可以進入零部件的學習，顯示每個系統(tǒng)及零部件在發(fā)動機中的位置、外形結(jié)構(gòu)，可以對其進行放大、縮小和旋轉(zhuǎn)，方便學生觀察學習。每個系統(tǒng)都設置了若干游戲問題，如連連看等，通過對問題的回答來檢驗學生的學習效果。

工作原理具體結(jié)構(gòu)包括二沖程發(fā)動機、四沖程發(fā)動機和轉(zhuǎn)子發(fā)動機的工作過程和示功圖，以及發(fā)動機常用術(shù)語。通過三維動畫演示這三種類型發(fā)動機的工作過程，方便學生觀察不同發(fā)動機的工作過程中每個沖程的運行情況、進排氣情況和做功情況等。比較這三種發(fā)動機的工作原理、過程和特性的異同點，能分析每種發(fā)動機的優(yōu)缺點，為以后合理選擇、配置發(fā)動機打下基礎(chǔ)。示功圖是學生在學完工作過程之后對工作過程進行抽象思考總結(jié)的結(jié)構(gòu)圖，以便加深理解，建立清晰的結(jié)構(gòu)框架。發(fā)動機常用術(shù)語包括該工具給出部分和學生自己添加進去的部分，方便理解和識記發(fā)動機工作過程。

結(jié)構(gòu)是仿真工具設計的重點，不僅包括發(fā)動機八個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型展示和各系統(tǒng)動畫演示，還包括各系統(tǒng)下各部件工作過程的演示，使學生熟悉各部件工作過程。學生還可模擬實體操作，探究發(fā)動機性能特點，可對各結(jié)構(gòu)分解、組合和更換部件，如對發(fā)動機維修問題可以模擬維修，該仿真工具能夠智能化地做出相應反應。結(jié)構(gòu)部分在探究學習過程中經(jīng)常用到，學生可帶著問題運用該仿真工具進行自主探究、歸納學習。在結(jié)構(gòu)中設置了新建和打開窗口，方便學生新建自己的學習庫，以后學習過程中也可以再次打開，復習鞏固。

在線交流包括兩部分：同學記錄簿和個人學習記錄簿。學生在學習過程中遇到問題而無解決思路時，可以翻看同學學習記錄簿，查找其他同學的學習過程、體會和反思，借鑒別人的學習經(jīng)驗，找到解決問題的出路。同時將自己在學習過程中的體會、反思記錄在個人學習記錄簿上，方便以后對知識的復習和梳理。在線交流不是一個封閉的結(jié)構(gòu)，隨時可以和外界交流聯(lián)系。

汽車發(fā)動機的性能參數(shù)指標主要包括動力性能指標和經(jīng)濟性能指標，學生在學習時可以自己設置參數(shù)，如根據(jù)壓力情況設置溫度，總結(jié)一定壓力下的溫度范圍，觀察參數(shù)在正常和非正常情況下各性能的變化，為以后發(fā)動機的配置奠定基礎(chǔ)。常見問題則是學習發(fā)動機系統(tǒng)時設置的一些任務驅(qū)動，由工具給出、教師添加和學生添加三部分組成，教師教學、學生學習時可以在常見問題的引導下自主選擇，同時，問題的設置可引起學生學習興趣，促使學生更好地學習。

● 應用效果分析

汽車發(fā)動機系統(tǒng)仿真工具不僅是為教師設計的教學工具，更多是考慮學生的學習需求，在滿足學生個性化需求的基礎(chǔ)上，為學生提供自主學習的探究工具。

我們選了兩個班進行對照教學，實驗班運用汽車發(fā)動機系統(tǒng)仿真工具進行教學，普通班級由同一教師沿用以前的教學方法，針對汽車發(fā)動機系統(tǒng)仿真工具的運用和常規(guī)教學效果進行對比，同時就學習興趣、專業(yè)能力培養(yǎng)以及質(zhì)量和安全意識對兩班學生進行問卷調(diào)查，設計15道選擇題，有效回收率100%。

通過調(diào)查可知，汽車發(fā)動機系統(tǒng)仿真工具的使用方便了學生的學習，提高了學習效率，使學生維持較高的學習興趣。首先，發(fā)動機仿真系統(tǒng)的使用減少了學生體力的消耗，使學習變得簡單易操作，無形中激發(fā)了學生的學習興趣。其次，提升了學生解決問題的能力和專業(yè)學習的能力，使學生能夠?qū)ΤＲ妴栴}進行分析和解決，具備下一階段學習的專業(yè)知識和基礎(chǔ)。最后，通過對冷卻系統(tǒng)工作過程的評價與反饋，學生初步建立了質(zhì)量、安全、環(huán)保的意識，理解了現(xiàn)實安裝及維修原理。

● 結(jié)語

教學軟件能否有效幫助教師的教及學生的學，關(guān)鍵在于其呈現(xiàn)形式、使用方式及動機，同時也與其自身的操作難易程度、知識內(nèi)容的合理性及精確度等有關(guān)。如果教學軟件能夠提升學習興趣、激發(fā)創(chuàng)造思維、提供便捷資源，其必將成為課堂教學、學生自學的得力助手。