陳曉鵬,張 霞,潘 達
(長沙職業(yè)技術(shù)學院,湖南 長沙 410217)
隨著人工智能技術(shù)日新月異,MR技術(shù)備受關注,MR技術(shù)是一種全新數(shù)字全息影像學技術(shù),以虛實融合、實時交互、三維場景等為主要特征的獨特優(yōu)勢在教育領域展現(xiàn)巨大的應用潛力,有可能將在教育領域帶來突破性革新,但目前MR技術(shù)在教育領域上的應用才剛起步,在高職教育領域的應用研究與實踐也剛起步。
上海影創(chuàng)信息科技有限公司是一家專業(yè)從事混合現(xiàn)實MR智能眼鏡整體軟硬件開發(fā)的高科技企業(yè),已經(jīng)著手為高職教育行業(yè)打造具有科幻感的全息教學體驗,其MR產(chǎn)品和技術(shù)已進入多所高職院校,打造了基于MR技術(shù)的全息實訓室,說明MR為教育帶來全新的可能。本文以新能源汽車技術(shù)專業(yè)《動力電池及管理系統(tǒng)檢修》專業(yè)課程為例,研究與探索MR技術(shù)在課程教學中的應用。
《動力電池及管理系統(tǒng)檢修》為新能源汽車技術(shù)專業(yè)基礎課程,主要內(nèi)容涉及高壓作業(yè)安全防護、動力電池維護保養(yǎng)、動力電池拆卸與安裝、動力電池結(jié)構(gòu)原理的講解、動力電池管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、原理、功能的講解,動力電池及管理系統(tǒng)故障檢測、維修技能的學習。課程實施過程中需要使用純電動汽車及其動力電池部件,但是由于校內(nèi)實訓車輛數(shù)量有限,學生的有效實操效果難以得到保證;動力電池為一個整體,學生不能直觀看到動力電池內(nèi)部的結(jié)構(gòu);動力電池具有高壓危險,學生實操過程需要進行引導,以避免高壓操作危險。為有效解決上述問題,本文開展基于MR技術(shù)在《動力電池及管理系統(tǒng)檢修》課程應用研究[1]。
《動力電池及管理系統(tǒng)檢修》是高職院校新能源汽車技術(shù)專業(yè)的實操性較強的專業(yè)課程,服務于新能源汽車售后服務企業(yè)的動力電池維護保養(yǎng)、檢查、拆卸、拆解、檢測、元件更換、安裝等生產(chǎn)環(huán)節(jié),是培養(yǎng)學生新能源汽車機電維修崗職業(yè)能力的重要專業(yè)課程。
在《動力電池及管理系統(tǒng)檢修》教學過程中,如果使用傳統(tǒng)的教學方法,如對照一個動力電池實物或動力電池及管理系統(tǒng)臺架講解動力電池組成部件,學生興趣度不高、理解也較為困難,原因是動力電池為一個整體封裝部件,很多部件學生不能直接看到,從而導致部分學生不能夠理解動力電池及管理系統(tǒng)的組成,嚴重的影響的教學效果。由此可見,為了達到《動力電池及管理系統(tǒng)檢修》專業(yè)課程的教學目標,傳統(tǒng)的教學環(huán)境和設施已經(jīng)無法滿足要求。
MR技術(shù)可以為學生提供直觀三維立體體驗,將虛擬的動力電池及管理系統(tǒng)部件模型、動畫、視頻以三維立體方式呈現(xiàn)在學生眼前,學生通過基于MR技術(shù)的課程平臺、資源進行動力電池檢查、拆卸、拆解、檢測、元件更換、安裝等虛擬操作,改變《動力電池及管理系統(tǒng)檢修》課程傳統(tǒng)教學方式課堂的缺點,強調(diào)教學過程中的實時的感受性、實踐的交互性、情境共享性,能夠有效地提高學生課堂參與的積極性,具體的實現(xiàn)路徑如圖1所示[2]。
圖1 實現(xiàn)路徑
通過基于崗位工作任務的課程內(nèi)容的構(gòu)建,建設基于MR技術(shù)的課程資源,課堂教學中學生佩戴MR眼鏡,通過MR全息成像技術(shù),能夠使動力電池結(jié)構(gòu)、工作原理、維修過程三維立體地呈現(xiàn)在師生的面前,并通過邊虛擬操作、邊引導學生在實物上實踐操作,真正實現(xiàn)虛實結(jié)合,為理論教學與實踐教學提供強有力支撐。
《動力電池及管理系統(tǒng)檢修》課程注重理實一體,實用性強且貼合企業(yè)崗位工作實踐,主要講授動力電池及管理系統(tǒng)維護保養(yǎng),動力電池檢查、拆卸、拆解、檢測維修、安裝以及不同車型的動力電池常見問題的檢測維修與故障排除。通過此課程學習,使學生能夠熟悉純電動汽車動力電池及管理系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理,掌握動力電池及管理系統(tǒng)檢修的基本操作技能,為后續(xù)整車故障診斷與排除打下堅實基礎[3]。
根據(jù)《動力電池及管理系統(tǒng)檢修》課程教學需要,利用MR技術(shù)呈現(xiàn)動力電池及管理系統(tǒng)維護保養(yǎng)過程,呈現(xiàn)動力電池及管理系統(tǒng)三維立體結(jié)構(gòu),呈現(xiàn)動力電池及管理系統(tǒng)工作過程中能量流動、信號控制等內(nèi)容,呈現(xiàn)動力電池拆卸、拆解、檢修等工作過程。在教學過程中,具體內(nèi)容如下表1所示[4]。
表1 教學內(nèi)容
信息化的教學手段能夠支撐課堂教學的開展,但是課程教學是否有效取決于課堂教學設計,基于MR技術(shù)構(gòu)建的《動力電池及管理系統(tǒng)檢修》課程資源需要根據(jù)課程特點,進行合理設計才能夠起到良好效果,以動力電池拆卸舉例進行說明[5-7]。
教師在職教云平臺發(fā)布課前預習內(nèi)容,學生在職教云平臺查看任務書、信息頁、工作頁等內(nèi)容,通過微課學習,自主探究動力電池拆卸的相關內(nèi)容,預習結(jié)束后,學生在職教云平臺與教師進行互動交流,討論學習過程中存在的問題,并完成課前預習的測試。通過測試結(jié)果,教師掌握學生對動力電池拆卸的流程有了解,但思路不甚清晰。針對動力電池固定螺栓,工具選擇不熟悉,工作使用操作規(guī)范性不強,且高壓作業(yè)安全防護意識薄弱。因此,在課中實施階段針對這部分內(nèi)容利用MR技術(shù)提供三維立體的動力電池拆卸體驗,將安全防護、車輛舉升、冷卻液釋放、工具選擇、工具使用等操作流程以三維立體的方式呈現(xiàn)給學生,提高了學生學習的興趣和知識掌握程度。
課中開展了“引出任務—虛擬操作—制定方案—錘煉技能—質(zhì)量評價”五個教學環(huán)節(jié)的實施,技能學習過程采用“虛擬仿真+實車操作”方式開展。
3.2.1 引出任務
教師通過動力電池內(nèi)部存在故障的案例,引出動力電池拆卸實操任務,組織學生對動力電池拆卸流程與注意事項進行討論,教師進行總結(jié)??偨Y(jié)時,通過播放不規(guī)范使用動力電池舉升設備導致事故視頻,警示學生工具、設備使用規(guī)范性,要求學生在實操過程中做到安全生產(chǎn)意識謹記于心。
3.2.2 虛擬操作
雖然學生對動力拆卸的流程有一定的了解,但是學生此前課程從未進行此方面實踐操作,因此,引導學生佩戴MR眼鏡,在虛擬世界中模擬實訓車輛動力電池進行拆卸,由于MR技術(shù)能夠提供三維立體化逼真體驗,使學生能夠360°觀察操作過程,并作詳細記錄。
3.2.3 制定方案
通過課前學習、課中虛擬操作,學生熟練掌握了動力電池拆卸的流程與注意事項,為了避免學生在實踐操作過程中思路不清晰,拆卸步驟未按照要求進行,遺忘關鍵注意事項等,要求學生小組制定動力電池拆卸工作方案,提交教師審查合格后,方可進行實踐操作。
3.2.4 錘煉技能
MR技術(shù)能夠同時看到真實世界對象和虛擬世界對象,能夠?qū)崿F(xiàn)真實世界與虛擬世界的交互且提供反饋,通過結(jié)合使用MR眼鏡與實訓車輛,以虛擬操作逐步引導學生實踐操作。通過MR平臺生成電子工單記錄,同時對于學生錯誤操作,能夠及時進行警示,可有效減少安全隱患。
3.2.5 質(zhì)量評價
對于學生的學習效果,評價活動可在MR平臺上進行,通過MR平臺監(jiān)測與記錄實操學習過程,進行數(shù)據(jù)采集與分析,了解學生學習特點、學習過程、學習效果。
學校實訓場地全天對學生開放,受到課堂時間與實訓條件的限制,部分學生實操環(huán)節(jié)掌握情況不好,可以通過課后拓展互動,借助MR平臺,多次通過虛擬與現(xiàn)實交互的方式多次鍛煉技能。
(1)MR技術(shù)融入課堂,使學生更換直觀的觀察動力電池拆卸整個過程,打造沉浸式體驗課堂,有效提高學生技能掌握的效率。
(2)MR 技術(shù)讓學生在虛擬世界的空間里學習探索,實踐操作環(huán)節(jié)滿足了學生的好奇心,通過虛擬世界與現(xiàn)實世界的交互,極大地激發(fā)了學生的學習興趣,提高了學生實踐技能學習的效果。
(3)MR技術(shù)平臺可以動態(tài)監(jiān)視和實時記錄實操和學習過程,通過收集和分析數(shù)據(jù),準確獲取學生的學習效果,發(fā)現(xiàn)實操過程中存在的問題,促進了教師課程教學的改革。
雖然MR技術(shù)在《動力電池及管理系統(tǒng)檢修》課程教學中提高了教學效果,但是仍存在以下方面的問題:
(1)MR技術(shù)非常先進,平臺功能較強,但是在高職教育領域應用較少,特別是新能源汽車實踐教學應用方面,盡管MR技術(shù)平臺企業(yè)開發(fā)了一些支持新能源汽車教學的課程資源,但是該資源與院校實訓條件匹配度不高,且目前學校教師開發(fā)基于MR技術(shù)的課程資源的能力缺乏,導致MR技術(shù)推廣存在問題。
(2)由于MR技術(shù)在新能源汽車專業(yè)課程教學的應用尚處于探索階段,如何有效使用MR技術(shù)開展課堂教學提高實踐教學效果,尚且沒有成熟的案例與方法可以借鑒。