仿真設(shè)備在培養(yǎng)高壓安全意識(shí)中的應(yīng)用

李西德，周 晶，陳 勇，李 文

（四川化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系，四川瀘州 646005）

0 引言

新能源汽車技術(shù)專業(yè)是以培養(yǎng)學(xué)生在新能源汽車生產(chǎn)、銷售及后市場等領(lǐng)域的技術(shù)技能人才為目標(biāo)。鑒于新能源汽車工作電壓較高，高壓安全問題貫穿于新能源汽車從生產(chǎn)、銷售、服務(wù)到報(bào)廢的全過程[1]。如何提高學(xué)生的安全規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)操作意識(shí)是教學(xué)的重要內(nèi)容。然而，在傳統(tǒng)教學(xué)模式中基本采用“教師演示講解→學(xué)生模仿操作→教師指導(dǎo)糾正”的方式進(jìn)行，不利于提高學(xué)生主觀能動(dòng)性和自我糾錯(cuò)意識(shí)，教學(xué)效率較低。目前，虛擬仿真技術(shù)已廣泛應(yīng)用于汽車類專業(yè)教學(xué)，如何借助新能源汽車三維仿真平臺(tái)和VR（Virtual Reality，虛擬現(xiàn)實(shí)）虛擬仿真學(xué)習(xí)平臺(tái)等現(xiàn)代化仿真教學(xué)手段，讓傳統(tǒng)教學(xué)中存在的單一、枯燥的理論知識(shí)變得趣味、活躍和生動(dòng)，讓學(xué)生在虛擬仿真環(huán)境中積極主動(dòng)的參與到教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)[2]，以新能源汽車拆裝實(shí)訓(xùn)課程為例，形成了“三虛一實(shí)”分步提高、步步鞏固的教學(xué)模式。

1 整體設(shè)計(jì)

《新能源汽車拆裝實(shí)訓(xùn)》是高職新能源汽車技術(shù)專業(yè)的專業(yè)實(shí)訓(xùn)課程，主要學(xué)習(xí)新能源汽車“三大電”與“三小電”的拆裝，同時(shí)鞏固各部分的基本構(gòu)造和工作原理。課程整體設(shè)計(jì)，根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律和意識(shí)培養(yǎng)的過程，結(jié)合新能源汽車維修崗位工作的安全工作要求，構(gòu)建基于崗位職責(zé)和工作過程的教學(xué)內(nèi)容，形成如下整體教學(xué)設(shè)計(jì)思路如圖1 所示。

圖1 整體設(shè)計(jì)框圖

整體設(shè)計(jì)中，將教學(xué)過程分為三階段進(jìn)行，分別為“課前→課中→課后”三環(huán)節(jié)；針對每個(gè)教學(xué)項(xiàng)目實(shí)施“三虛一實(shí)”的設(shè)計(jì)，即理論學(xué)習(xí)（虛）→三維仿真平臺(tái)學(xué)習(xí)（虛）→VR 虛擬仿真平臺(tái)學(xué)習(xí)（虛）→實(shí)車訓(xùn)練（實(shí)）。

2 教學(xué)實(shí)施

根據(jù)教學(xué)目標(biāo)、重難點(diǎn)和教學(xué)策略制定每一次課的教學(xué)實(shí)施方案，以純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)組成為例，要求學(xué)生能認(rèn)識(shí)純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)各部分的零部件，掌握各部件間的連接關(guān)系。因純電動(dòng)汽車工作電壓較高，在實(shí)車認(rèn)知和拆裝時(shí)，要求學(xué)生必須具備相應(yīng)的安全操作規(guī)范意識(shí)，否則存在一定的觸電安全隱患，為此制定以下教學(xué)實(shí)施方案。

2.1 課前

教師通過學(xué)習(xí)平臺(tái)發(fā)布，項(xiàng)目的教學(xué)內(nèi)容和根據(jù)學(xué)情確立的教學(xué)重、難點(diǎn)及學(xué)習(xí)要求，學(xué)生利用智慧職教資源庫、新能源汽車教學(xué)資源庫等自學(xué)相關(guān)內(nèi)容并完成相關(guān)任務(wù)。

2.2 課中

在教學(xué)過程中項(xiàng)目按照“理論→仿真平臺(tái)→VR 平臺(tái)→實(shí)車”四步驟進(jìn)行，每個(gè)教學(xué)步驟劃分成若干個(gè)工作任務(wù)、資訊、決策、計(jì)劃、實(shí)施、檢查、評(píng)估的環(huán)節(jié)[3]。

2.2.1 理論學(xué)習(xí)

理論學(xué)習(xí)主要以面授的形式展開，教師言傳身教的形式講解工作技術(shù)要領(lǐng)及專業(yè)相關(guān)知識(shí)，對工作過程中可能遇到的高壓危險(xiǎn)及避免措施實(shí)施分析，使學(xué)生對工作過程中的安全行為、危險(xiǎn)識(shí)別等做到心中有數(shù)，避免出現(xiàn)高壓恐懼和焦慮的心理；同時(shí)通過多媒體等平臺(tái)，運(yùn)用案例法，強(qiáng)化學(xué)生對高壓的敬畏意識(shí)。

2.2.2 三維仿真平臺(tái)學(xué)習(xí)

完成理論學(xué)習(xí)后進(jìn)入新能源汽車三維仿真平臺(tái)進(jìn)行個(gè)體自主學(xué)習(xí)。三維仿真平臺(tái)模擬工作場景以真實(shí)工作任務(wù)為向?qū)В捎枚喾N多媒體表現(xiàn)手法，平臺(tái)設(shè)計(jì)有自主學(xué)習(xí)、在線測試、案例分析等多模塊。學(xué)生可以通過鍵盤、鼠標(biāo)等簡單設(shè)備了解新能源汽車結(jié)構(gòu)、裝配關(guān)系、零件細(xì)節(jié)、工作原理，并跟隨平臺(tái)的文字及語音指導(dǎo)進(jìn)行虛擬的拆卸、裝配等操作，學(xué)生可通過操作計(jì)算機(jī)進(jìn)行項(xiàng)目的自主仿真訓(xùn)練，當(dāng)出現(xiàn)不安全操作和違規(guī)行為時(shí)，三維仿真平臺(tái)會(huì)提示違規(guī)的詳細(xì)內(nèi)容及正確操作內(nèi)容，以此鞏固理論知識(shí)，強(qiáng)化安全操作。在線考核模塊要求學(xué)生在無系統(tǒng)提示的情況下，一次性完成相關(guān)工作任務(wù)。

在三維仿真平臺(tái)學(xué)習(xí)中，學(xué)生可利用平臺(tái)的提示功能，鞏固知識(shí)要點(diǎn)和發(fā)現(xiàn)自身的薄弱環(huán)節(jié)，做到“有的放矢”的個(gè)性化針對訓(xùn)練，有利用提高學(xué)生的自學(xué)能力，同時(shí)便于教師掌握學(xué)習(xí)效果。三維仿真平臺(tái)學(xué)習(xí)中的場景如圖2 所示。

圖2 三維仿真平臺(tái)學(xué)習(xí)

2.2.3 VR 虛擬仿真平臺(tái)學(xué)習(xí)

新能源汽車VR 虛擬仿真平臺(tái)采用逼真的模擬真實(shí)場景，強(qiáng)化學(xué)習(xí)者“心流”體驗(yàn)，使學(xué)生在能夠愉快地沉浸在交互的學(xué)習(xí)環(huán)境中，集中精力完成學(xué)習(xí)任務(wù)[4-5]。學(xué)生以小組為單位，分別扮演不同角色，身臨其境的相關(guān)任務(wù)，當(dāng)出現(xiàn)不安全操作和違規(guī)行為時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的警告及糾正提示，同時(shí)學(xué)生也可在小組其他成員的提示中發(fā)現(xiàn)其違規(guī)行為并實(shí)施糾正，有利于學(xué)生掌握相關(guān)知識(shí)要領(lǐng)，增進(jìn)安全規(guī)范意識(shí)。

VR 虛擬仿真平臺(tái)學(xué)習(xí)使教學(xué)內(nèi)容實(shí)現(xiàn)可視化、仿真化、模擬化[6]，在虛擬的工作環(huán)境中的模擬操作，在學(xué)生操作錯(cuò)誤的情況下，也只是給出虛擬環(huán)境下的模擬反饋和提醒，保證了學(xué)生和設(shè)備的安全，避免了實(shí)際的觸電危險(xiǎn)。學(xué)生在虛擬實(shí)訓(xùn)過程中接受系統(tǒng)和小組成員提供各種提示、反饋，讓學(xué)生在不斷碰壁和警告的環(huán)境中，糾正自己的不安全行為，規(guī)范操作流程，提高安全意識(shí)。VR 虛擬仿真平臺(tái)學(xué)習(xí)如圖3 所示。

圖3 VR 虛擬仿真平臺(tái)學(xué)習(xí)

2.2.4 實(shí)車訓(xùn)練

學(xué)生完成前三步的學(xué)習(xí)并考核合格后進(jìn)入實(shí)車訓(xùn)練環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)采用“教師演示→學(xué)生模仿→教師指導(dǎo)”的教學(xué)模式，學(xué)生以小組為單位參與其中，每組配備小組安全員，最后由學(xué)生在教師和組員的共同監(jiān)督下完成實(shí)訓(xùn)任務(wù)，鍛煉學(xué)生的實(shí)際操作能力。

2.3 課后

教師發(fā)布的任務(wù)，學(xué)生根據(jù)任務(wù)完成課后測試，上傳實(shí)訓(xùn)操作及講解視頻至視頻庫，小組之間相互評(píng)價(jià)并選出優(yōu)秀視頻作為示范分享。后期學(xué)生可對照此視頻，進(jìn)一步鞏固學(xué)習(xí)。

3 實(shí)施效果

通過三維仿真平臺(tái)和VR 虛擬仿真學(xué)習(xí)平臺(tái)在教學(xué)中使用，讓學(xué)生在虛擬的環(huán)境中進(jìn)行與真實(shí)工作崗位類似的場景中進(jìn)行闖關(guān)式的學(xué)習(xí)[7]，激發(fā)了學(xué)生的上課熱情，提高了課堂參與率；虛擬操作成功后，再到新能源實(shí)車進(jìn)行實(shí)際操作，學(xué)生已具備相關(guān)操作的知識(shí)要點(diǎn)和安全規(guī)范操作意識(shí)，可有效化解教學(xué)過程中安全風(fēng)險(xiǎn)，夯實(shí)新能源汽車職業(yè)崗位技能基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語

通過虛實(shí)結(jié)合法的教學(xué)模式與傳統(tǒng)的教學(xué)模式相結(jié)合，讓新能源汽車高壓下的教學(xué)，實(shí)現(xiàn)了理論知識(shí)情境化、可視化和趣味化，虛擬環(huán)境使操作過程使更加安全、生動(dòng)和逼真，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。通過三維仿真平臺(tái)的單兵規(guī)范訓(xùn)練，到VR 虛擬仿真學(xué)習(xí)平臺(tái)的團(tuán)隊(duì)訓(xùn)練，再到新能源實(shí)車的標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)際操作，能有序分步提高學(xué)生的安全規(guī)范操作意識(shí)，夯實(shí)新能源汽車職業(yè)崗位技能基礎(chǔ)，化解新能源汽車教學(xué)過程中安全風(fēng)險(xiǎn)和教學(xué)難點(diǎn)。