胡士華 萬里榮 楊婧 覃莉莉
摘 要:電力機車由于價格貴、結(jié)構復雜、技術保密等原因使得該課程實踐環(huán)節(jié)開展效率低下且效果不如意。利用VR技術學習電力機車走行部可以提供更加真實、直觀的學習體驗,幫助學習者更好地理解和掌握電力機車走行部的知識和技能。這種基于虛擬仿真的學習方法不僅可以節(jié)省培訓成本,還可以提高學習效果和效率,本文以電力機車總體及走行部課程為例介紹了虛擬現(xiàn)實技術結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂的教學設計及實施方法,希望可以為同類課程提供一些思路。
關鍵詞:電力機車 VR技術 翻轉(zhuǎn)課堂 教學設計
1 引言
目前各大院校多采用以教師為中心的教學模式,通常強調(diào)老師在課堂上的權威地位和知識傳授的一種方法。教師是教學的主導者,擁有絕對的話語權和決策權,通常扮演著知識的傳輸者和學生的引導者角色,在課堂上直接傳授知識,這種教學方式下,學生處于被動接受知識的狀態(tài),注重的是記憶與熟悉,而非理解與應用,學生主要通過聽講、背誦、記筆記等方式獲取知識。另外傳統(tǒng)教學方式傾向于線性的教學過程,即按照預定的教學大綱和教材內(nèi)容,逐步有條不紊地進行教學。這種方式忽視了學生個體差異和多樣化的學習需求。
隨著教育理念的不斷發(fā)展和教育技術的應用,越來越多的教育者開始關注學生的主動性、創(chuàng)造性和批判性思維,推崇以學生為中心的教學方式,為此電力機車總體及走行部課程開展了基于虛擬現(xiàn)實技術的翻轉(zhuǎn)課堂改革。
2 電力機車總體及走行部課程現(xiàn)狀
2.1 實訓設備缺乏,實訓難以展開
電力機車結(jié)構復雜,價格高昂、集成度高且部分技術涉秘等原因使得一般院校難以使用真實的、先進的電力機車作為教學設備,即使校方重視獲得真實設備,一般也是退役或者即將退役的型號,難以跟上現(xiàn)代化,且數(shù)量會很少,這使得相關實訓課程難以有效的展開,大多同學都是在等待中浪費了時間;此外安全問題也使得大多鐵路局不會接納大批量的在校生去現(xiàn)場學習,這都使得電力機車總統(tǒng)及走行部課程實訓難以有效展開。
2.2 課程內(nèi)容復雜,學生基礎不一
電力機車總體及走行部課程是一門理論與實訓并存的課程,學習該課程需要具備一定的電力學、電子學和機械工程等基礎知識。這些知識包括電路理論、電動機原理、傳感器技術、控制系統(tǒng)等,另外還涉及到眾多復雜的技術系統(tǒng),如牽引變流器、牽引電機、制動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向架等。學習過程中需要深入了解這些技術系統(tǒng)的工作原理、調(diào)試方法以及故障排除等,對于沒有相關背景的學生來說,可能需要花費更多時間和精力去理解和掌握,對于沒有相關背景的學生來說,可能需要更多的時間和努力去理解和掌握相關內(nèi)容。而高職院校同學大多理論基礎相對較差,且存在少部分文科同學,基礎不一使得課程學習變得更難。
3 虛擬技術及翻轉(zhuǎn)課堂的內(nèi)涵
3.1 虛擬技現(xiàn)實術的內(nèi)涵
虛擬現(xiàn)實技術(VR)是一種通過計算機生成的模擬環(huán)境,使用戶可以身臨其境地感受并與這個虛擬環(huán)境進行互動的技術。它是一種通過利用計算機圖形和傳感器等技術來模擬現(xiàn)實世界的感官體驗的技術。
虛擬現(xiàn)實技術的內(nèi)涵包括以下幾個方面:
(1)感官體驗:虛擬現(xiàn)實技術通過使用頭戴式顯示器、手柄、手套等設備,以及音頻、觸覺等技術,能夠為用戶提供身臨其境的視聽、觸覺、甚至嗅覺等感官體驗,使用戶感覺好像真的置身于虛擬環(huán)境中。
(2)交互性:虛擬現(xiàn)實技術提供了交互性的體驗,用戶可以通過手柄、手勢識別、語音識別等方式與虛擬環(huán)境進行互動。這種交互性使用戶能夠在虛擬環(huán)境中進行操作、探索和與虛擬對象進行互動,增強了用戶的參與感和沉浸感。
(3)虛擬環(huán)境的創(chuàng)建:虛擬現(xiàn)實技術需要通過計算機圖形技術來創(chuàng)建虛擬環(huán)境。計算機圖形技術包括三維建模、渲染、動畫等技術,通過這些技術可以在計算機中構建出逼真的虛擬世界。
(4)應用領域:虛擬現(xiàn)實技術的應用領域十分廣泛,包括娛樂、游戲、教育、醫(yī)療、建筑設計、工業(yè)制造等各個領域。在娛樂方面,虛擬現(xiàn)實技術可以提供沉浸式的游戲體驗;在教育方面,它可以為學生提供具有互動性和視覺沖擊力的學習環(huán)境;在醫(yī)療方面,虛擬現(xiàn)實技術可以用于手術模擬、康復訓練等方面。
虛擬現(xiàn)實技術通過模擬感官體驗和交互性,為用戶提供了一種身臨其境的體驗,使用戶能夠與虛擬環(huán)境進行互動,并在各個領域發(fā)揮重要作用。
3.2 翻轉(zhuǎn)課堂的內(nèi)涵
翻轉(zhuǎn)課堂是一種教學方法,其核心思想是將傳統(tǒng)的課堂教學過程中的知識傳授和講解環(huán)節(jié)與學生的自主學習、合作學習環(huán)節(jié)交換位置。在翻轉(zhuǎn)課堂中,教師會事先錄制講解視頻或提供學習材料,學生在課前學習并做好預習準備工作。而在課堂上,教師則引導學生進行深入討論、解答疑惑、開展合作學習等互動活動。
翻轉(zhuǎn)課堂的內(nèi)涵具有以下幾個方面:
(1)學生主體性:翻轉(zhuǎn)課堂注重發(fā)揮學生的主體性,讓學生在課前通過自主學習獲取基礎知識,培養(yǎng)他們的主動學習能力和自我組織能力。
(2)合作學習:翻轉(zhuǎn)課堂強調(diào)學生之間的合作學習,通過在課堂上展開團隊合作、小組討論等形式,促進學生之間的互動和合作,培養(yǎng)學生的合作精神和團隊合作能力。
(3)深度思考:翻轉(zhuǎn)課堂鼓勵學生在課前自主學習的基礎上,在課堂上進行深度思考和探究,培養(yǎng)學生的批判性思維和創(chuàng)新能力。
(4)個性化學習:翻轉(zhuǎn)課堂可以根據(jù)學生的不同需求和學習進展,提供個性化的學習資源和指導,幫助學生更好地發(fā)展自己的潛能。
翻轉(zhuǎn)課堂的內(nèi)涵是通過顛覆傳統(tǒng)課堂的教學模式,在學生主體性、合作學習、深度思考和個性化學習等方面進行創(chuàng)新,旨在提高學生的學習效果和學習動力。
4 基于虛擬技術(VR)的翻轉(zhuǎn)課堂模式的設計
翻轉(zhuǎn)課堂是一種以學生為中心的教學模式,其中學生在課前通過預習的方式獲得基礎知識,然后在課堂上進行深入學習和實踐。虛擬現(xiàn)實技術(VR)作為一種創(chuàng)新的教育工具,可以為翻轉(zhuǎn)課堂提供更加沉浸式的學習體驗和互動性。在設計基于虛擬現(xiàn)實技術的翻轉(zhuǎn)課堂教學時,需要對課程內(nèi)容和學生需求進行綜合考慮。以下是一些設計原則和教學策略,可用于提供課后反饋:
(1)多樣化的VR學習資源包:利用VR技術提供多種多樣的學習資源,如模擬實驗、場景演示、專家講解等,以滿足學生不同的學習需求和學習風格。
(2)個性化學習體驗:VR技術可以根據(jù)學生的學習進度和興趣提供個性化的學習體驗,如智能導航、自適應學習路徑等。通過分析學生在虛擬環(huán)境中的行為和反應,可以為他們提供有針對性的反饋和指導。
(3)學習成績追蹤和評估:利用VR技術可以對學生的學習過程進行記錄和分析,包括學習時間、完成任務的準確性、學習資源的使用情況等。這些數(shù)據(jù)可以用于評估學生的學習成績和反饋給學生及家長。
(4)社交互動與合作學習:在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中,學生可以與其他學生、教師或?qū)<疫M行實時互動和合作學習。這種互動可以幫助學生在課后反饋中進行知識分享、思想碰撞和問題解決,加深對所學內(nèi)容的理解和應用能力。
總之,基于虛擬現(xiàn)實技術的翻轉(zhuǎn)課堂教學設計課后反饋需要關注學生的學習需求和個性化。通過提供多樣化的學習資源、個性化的學習體驗、學習成績追蹤和評估以及社交互動與合作學習等策略,可以幫助學生更好地理解和應用所學知識,教學設計見圖1。
5 翻轉(zhuǎn)課堂教學實施與評價
5.1 教學實施
電力機車走行部是電力機車的核心部件之一,本文選擇以“電力機車走行部檢查”內(nèi)容為例,分析教學實施過程。
5.1.1 課前基礎學習
教師利用線上平臺發(fā)布學習資源包,主要包含:
通過學習發(fā)布的設備操作說明,會基本的VR設備操作,知道各按鈕功能;
通過學習電力機車走行部基本構造視頻,知道走行部的基本構造,知道走行部在牽引、制動時的受力傳遞過程,電力機車走行部實訓指導書;
通過電力機車走行部實訓指導書,知道各檢查要點及要求,例如檢查走行路線見圖2。
通過讓學生觀看課題組成員自制的走行部檢查視頻。更深一步了解走行部檢查的順序及各項注意事項,對接鐵路作業(yè)。
5.1.2 課中VR深度學習
通過使用VR設備可以為學習電力機車走行部提供更加直觀、實際的學習體驗。首先,通過VR技術,學習者可以身臨其境地感受電力機車走行部的運行機制。通過虛擬仿真場景,學生者可以親身體驗電力機車走行部的各種部件,包過前后端部、左右兩側(cè),從而更好地理解電力機車走行部的結(jié)構和功能。學生還可以通過手柄、頭盔等設備與虛擬場景進行互動,VR技術還可以實時反饋學習者的操作情況,幫助他們糾正錯誤、提升技能。此外可以利用VR技術還可以進行故障診斷訓練。在虛擬環(huán)境中,學習者可以接觸到各種走行部的故障情況,并學習如何通過分析、判斷和修復來解決問題。這種虛擬維修訓練可以有效提升學習者的實際操作能力和應急處理能力,更加貼切的對接鐵路。
5.1.3 課后反饋提升
通過電力機車走行部結(jié)構內(nèi)容做成樹狀圖,通過線上平臺發(fā)送給學生,便于學生加強復習,再依據(jù)所學內(nèi)容讓學生自己總結(jié)出思維導圖或者樹狀圖,隨后針對本次課學習內(nèi)容,設置習題題庫用來檢測學習效果,依據(jù)效果總結(jié)出針對于下一次的更適應學生的教學設計。
5.2 評價機制
基于虛擬技術(VR)的翻轉(zhuǎn)課堂模式是一種創(chuàng)新的教學方法,它將傳統(tǒng)的課堂教學過程中的知識傳授與學生互動相結(jié)合。在這種模式下,學生課前在線上進行基礎學習,通過課中虛擬現(xiàn)實技術進行深度學習,并課堂上與教師和其他學生進行互動、討論和實踐,課后參與總結(jié)反思?;谔摂M技術的翻轉(zhuǎn)課堂模式在提高學生參與度、個性化學習、拓展學習空間、提升實踐能力等方面具有顯著優(yōu)勢。學生的參與度非常高,故其評價機制應包含多個方面,多個節(jié)點,涉及課前自主、課中VR使用效果、課后題庫練習等方面。
6 結(jié)語
虛擬現(xiàn)實技術為翻轉(zhuǎn)課堂教學提供了全新的可能性。通過設計精美的虛擬現(xiàn)實場景,結(jié)合個性化學習和互動合作機會,可以提高學生的學習積極性和主動性,促進他們的深度學習和創(chuàng)造力發(fā)展。尤其對于鐵道機車領域?qū)W科中,可以低成本,高安全深入學習課程,為機務段等單位培養(yǎng)更合格的人才,然而,虛擬現(xiàn)實技術仍然處于不斷發(fā)展和完善的階段,教師需要持續(xù)關注最新技術和研究成果,不斷優(yōu)化教學設計和實施方式,以提升翻轉(zhuǎn)課堂的效果。
基金項目:2022廣西高校中青年教師科研基礎能力提升項目(2022KY1408);
名師工作室項目:覃莉莉機車裝備大師工作室(2022-DS005);
2021年柳州鐵道職業(yè)技術教改項目(2021-JGA04)。
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