劉 輝

（安徽開放大學(xué)，信息與建筑工程學(xué)院，安徽 合肥 230022）

2013年安徽開放大學(xué)（原安徽廣播電視大學(xué)）在“安徽省高等教育振興計(jì)劃”中，承擔(dān)了“成人高等教育遠(yuǎn)程化教學(xué)模式改革與信息化建設(shè)”項(xiàng)目，研究開發(fā)了安徽繼續(xù)教育在線平臺(tái)[1]。平臺(tái)主要為成人提供網(wǎng)上學(xué)習(xí)的教學(xué)資源與教學(xué)支持服務(wù)，截至2020年底，平臺(tái)入駐高校及教育機(jī)構(gòu)百多所，累計(jì)參加線上學(xué)習(xí)的學(xué)生人數(shù)約45萬人，總訪問量高達(dá)2.3億人次。特別在疫情防控期間，平臺(tái)為省內(nèi)近8萬名學(xué)習(xí)者提供在線學(xué)習(xí)支持服務(wù)，獲得很高的社會(huì)贊譽(yù)。

一、開設(shè)虛擬實(shí)驗(yàn)的必要性

基于安徽繼續(xù)教育在線平臺(tái)，我校實(shí)施了成人高等學(xué)歷繼續(xù)教育改革工作，并于2019年秋季開設(shè)了汽車檢測(cè)與維修技術(shù)專業(yè)。該專業(yè)教學(xué)計(jì)劃中包含四個(gè)模塊，分別是公共基礎(chǔ)課、職業(yè)能力課、職業(yè)拓展課及通識(shí)課[2]，學(xué)習(xí)者可以通過網(wǎng)絡(luò)完成課程學(xué)習(xí)和考核。與傳統(tǒng)教育相比，網(wǎng)絡(luò)教育中實(shí)踐環(huán)節(jié)一直是個(gè)短板，而基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的課程虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虬牙碚撝R(shí)與實(shí)踐相融合，給學(xué)生提供實(shí)踐操作平臺(tái)，幫助他們提高實(shí)踐能力，通過計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程操作虛擬實(shí)驗(yàn)的方式，完成課程實(shí)踐環(huán)節(jié)學(xué)習(xí)與考核，達(dá)到對(duì)課程內(nèi)容加深理解的效果。在汽車檢測(cè)與維修技術(shù)專業(yè)中，對(duì)于一些實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，例如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造與維修，平臺(tái)就提供了虛擬實(shí)驗(yàn)，方便學(xué)習(xí)者上機(jī)操作練習(xí)，這樣就很好地解決了汽車專業(yè)的實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)與考核問題[3]。

虛擬實(shí)驗(yàn)是借助于計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)組建的虛擬平臺(tái)，可不受時(shí)間和空間的限制在任一臺(tái)電腦端訪問和操作，很好地適應(yīng)了開放大學(xué)學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，很好地解決了他們的工學(xué)矛盾，同時(shí)也有效解決了我校辦學(xué)上的壓力。另外虛擬實(shí)驗(yàn)也是“互聯(lián)網(wǎng)+教育”背景下，課程教學(xué)模式改革的很好體現(xiàn)[4]。目前虛擬實(shí)驗(yàn)應(yīng)用大多在普通高校，事實(shí)上考慮成人學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，探索適應(yīng)成人在線學(xué)習(xí)的虛擬實(shí)驗(yàn)更有必要。筆者結(jié)合汽車發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造與維修課程的特點(diǎn)，以汽車發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架實(shí)驗(yàn)為例，基于在線平臺(tái)，探究滿足成人在線學(xué)習(xí)虛擬實(shí)驗(yàn)的策略，并進(jìn)行了教學(xué)反思。

二、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源

結(jié)合我校辦學(xué)特色與招生專業(yè)特點(diǎn)，我們一方面積極與技術(shù)企業(yè)溝通，提出需求；另一方面充分整合學(xué)校信息化實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，在充分調(diào)研論證的基礎(chǔ)上引進(jìn)了一套開放式虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理平臺(tái)，平臺(tái)包含機(jī)電類、計(jì)算機(jī)類和建筑類近20門課程的虛擬實(shí)驗(yàn)資源。平臺(tái)不僅可以實(shí)現(xiàn)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的建設(shè)、管理、發(fā)布、應(yīng)用，還能夠?qū)崿F(xiàn)學(xué)科及專業(yè)間虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的開放共享。學(xué)習(xí)者登錄安徽繼續(xù)教育在線平臺(tái)后，可直接點(diǎn)擊相應(yīng)課程的虛擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行學(xué)習(xí)，完成實(shí)驗(yàn)操作，獲取實(shí)驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)[5]。

以汽車發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造與維修課程為例，網(wǎng)上教學(xué)是通過“模塊設(shè)計(jì)、任務(wù)驅(qū)動(dòng)、內(nèi)容安排、綜合評(píng)價(jià)”方式來實(shí)現(xiàn)的[6]。首先，課程責(zé)任教師通過安徽繼續(xù)教育在線平臺(tái)進(jìn)行在線教學(xué)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)分為五個(gè)模塊，模塊一為機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)故障診斷與維修，模塊二為燃油供給系統(tǒng)故障診斷與維修，模塊三為潤(rùn)滑冷卻系統(tǒng)故障診斷與維修，模塊四為發(fā)動(dòng)機(jī)常見故障診斷與維修，模塊五為課程虛擬實(shí)驗(yàn)。其次，學(xué)習(xí)者登錄安徽繼續(xù)教育在線平臺(tái)完成相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)與測(cè)試，包括視頻資源學(xué)習(xí)、查閱輔導(dǎo)材料、理解重難點(diǎn)和完成四次在線作業(yè)這幾個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)踐環(huán)節(jié)體現(xiàn)在課程教學(xué)設(shè)計(jì)模塊五中，這個(gè)模塊的教學(xué)與考核正是利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)的。

在開放式虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理平臺(tái)，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造與維修課程包括六個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)，分別是發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)、發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理及AR拆裝實(shí)驗(yàn)、發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)迫振動(dòng)實(shí)驗(yàn)、發(fā)動(dòng)機(jī)組成原理、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷特性實(shí)驗(yàn)和發(fā)動(dòng)機(jī)速度特性實(shí)驗(yàn)。筆者以汽車發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)為例，分析虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作流程并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論。

三、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)虛擬實(shí)驗(yàn)

（一）教學(xué)設(shè)計(jì)

首先，課程責(zé)任教師通過開放式虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理平臺(tái)選擇相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容并在安徽繼續(xù)教育在線平臺(tái)進(jìn)行引用。其次，責(zé)任教師在平臺(tái)上設(shè)定實(shí)驗(yàn)考核環(huán)節(jié)，考核分兩部分，第一部分是學(xué)生網(wǎng)上視頻學(xué)習(xí)、重難點(diǎn)知識(shí)理解和完成在線作業(yè)，這部分內(nèi)容占總成績(jī)的70%；第二部分是完成實(shí)驗(yàn)步驟并提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，這部分內(nèi)容占總成績(jī)的30%。最后，責(zé)任教師與選修該門課程的分校溝通，告知已經(jīng)完成課程在線教學(xué)設(shè)計(jì)，可以通知學(xué)生參加網(wǎng)上學(xué)習(xí)。

（二）實(shí)驗(yàn)流程

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架虛擬實(shí)驗(yàn)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、測(cè)量與控制系統(tǒng)、相關(guān)的輔助系統(tǒng)構(gòu)成，目的是為了展示汽車發(fā)動(dòng)機(jī)速度特性和負(fù)荷特性[7]。實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生能夠讀取發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出數(shù)值；通過測(cè)量控制系統(tǒng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)施加相應(yīng)的負(fù)荷，包括交變應(yīng)力、交變熱負(fù)荷等；模擬發(fā)動(dòng)機(jī)在實(shí)際狀況下可能遇到的情況，對(duì)采集到的示功圖進(jìn)行分析，從而檢驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性[8]。

實(shí)驗(yàn)流程包括：

第一：分別打開進(jìn)、回水閥和進(jìn)、回油閥，如圖1所示；

圖1 打開進(jìn)、回水閥和進(jìn)、回油閥

第二：打開發(fā)動(dòng)機(jī)溫度控制水路，如圖2所示；

圖2 打開發(fā)動(dòng)機(jī)溫度控制水路

第三：加上強(qiáng)電；

第四：打開弱電；

第五：?jiǎn)?dòng)控制柜總電源（UPS）；

第六：?jiǎn)?dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度控制電源；

第七：?jiǎn)?dòng)控制柜油耗儀電源，啟動(dòng)油耗儀供油泵和發(fā)動(dòng)機(jī)泵，如圖3所示；

圖3 啟動(dòng)油耗儀供油泵和發(fā)動(dòng)機(jī)泵

第八：觀察發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)，如圖4所示；

圖4 發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)

第九：消除急停控制后進(jìn)行變頻柜上電操作，進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)控制系統(tǒng)進(jìn)行臺(tái)架實(shí)驗(yàn)，如圖5所示，保存實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并及時(shí)導(dǎo)出，如圖6所示；

圖5 發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)控制系統(tǒng)

第十：進(jìn)行變頻柜下電操作，關(guān)閉供油泵、發(fā)動(dòng)機(jī)泵以及油耗儀；

第十一：關(guān)閉溫控裝置、水路裝置，關(guān)閉總電源；

第十二：關(guān)閉進(jìn)、回水閥和進(jìn)、回油閥。

發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架虛擬實(shí)驗(yàn)展現(xiàn)了整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架系統(tǒng)的組成和實(shí)驗(yàn)流程，可以采集發(fā)動(dòng)機(jī)的示功圖、也可以用于發(fā)動(dòng)機(jī)速度特性試驗(yàn)和負(fù)荷特性試驗(yàn)[9]。實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生通過點(diǎn)擊鼠標(biāo)和輸入按鍵，對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。通過觀察儀表得到發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)的轉(zhuǎn)速、機(jī)油的壓力以及水溫參數(shù)等，能夠監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)的顯示、記錄和分析功能。在上機(jī)實(shí)驗(yàn)中如果遇到疑惑可以在平臺(tái)上給老師留言，也可以點(diǎn)擊操作演示說明反復(fù)進(jìn)行查看。當(dāng)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)后，生成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告后點(diǎn)擊提交，即完成了此次實(shí)驗(yàn)的全過程。

（三）實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過調(diào)查得知，2019春至2020年秋季四個(gè)學(xué)期全省選修汽車發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造與維修課程的學(xué)生，分布在省內(nèi)合肥、安慶、蚌埠等11個(gè)教學(xué)點(diǎn)。學(xué)生經(jīng)過網(wǎng)上學(xué)習(xí)后，在課程虛擬實(shí)驗(yàn)考核環(huán)節(jié)，達(dá)到了預(yù)期效果，結(jié)果如表1所示。

表1 課程選修及成績(jī)統(tǒng)計(jì)表

從表中可以看出，2019春學(xué)生實(shí)驗(yàn)完成率為81%、實(shí)驗(yàn)及格率為61%，2020秋學(xué)生實(shí)驗(yàn)完成率為97%、實(shí)驗(yàn)及格率為91%。由此可知，無論是學(xué)生還是輔導(dǎo)教師對(duì)于虛擬實(shí)驗(yàn)從開始陌生到逐漸熟悉掌握，有理由相信今后虛擬實(shí)驗(yàn)一定能夠?yàn)槔碚撝R(shí)學(xué)習(xí)提供良好的實(shí)踐平臺(tái)。

四、虛擬實(shí)驗(yàn)應(yīng)用思考

基于安徽繼續(xù)教育在線平臺(tái)的課程虛擬實(shí)驗(yàn)，打通了成人學(xué)生理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐環(huán)節(jié)脫節(jié)的壁壘，滿足了他們的學(xué)習(xí)需求，提升了學(xué)習(xí)效果，打造了繼續(xù)教育新模式。當(dāng)然虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)應(yīng)用時(shí)間短，學(xué)生使用過程和教師指導(dǎo)環(huán)節(jié)不可避免都存在不少問題，需要逐步探索和改進(jìn)。

（一）提升虛擬實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)，加大培訓(xùn)力度，保障教學(xué)支持服務(wù)

計(jì)算機(jī)仿真虛擬實(shí)驗(yàn)剛剛起步，各教學(xué)點(diǎn)還沒有充分認(rèn)識(shí)到它的重要意義，對(duì)實(shí)驗(yàn)過程的管理還不到位，教師和輔導(dǎo)員在指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)、上機(jī)實(shí)驗(yàn)和完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告等方面存在很多困難，因此省校要采取多種方式對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行培訓(xùn)，使分校教師和輔導(dǎo)員能夠認(rèn)識(shí)到開展網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)的意義，熟練掌握實(shí)驗(yàn)方法，從而為學(xué)生做好支持服務(wù)工作，使虛擬實(shí)驗(yàn)不流于形式，不僅僅為了滿足考試。針對(duì)課程虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)人員緊缺的現(xiàn)狀，學(xué)校應(yīng)注重隊(duì)伍的培養(yǎng)，從而為虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)服務(wù)提供保障。

（二）充分依靠教學(xué)團(tuán)隊(duì)，及時(shí)答疑解惑，打造師生交流新生態(tài)

開放大學(xué)是系統(tǒng)辦學(xué)，離不開以省校責(zé)任教師為主，分校教師及輔導(dǎo)員為輔的課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)團(tuán)隊(duì)模式。學(xué)生分布在全省各地，在虛擬實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)與操作過程中會(huì)有很多疑問，例如不知道從哪里登陸平臺(tái)，登陸平臺(tái)后如何操作，等等。課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)團(tuán)隊(duì)需要充分發(fā)揮作用，及時(shí)解答學(xué)生的疑惑，幫助他們熟悉虛擬實(shí)驗(yàn)的操作過程，掌握實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，最終完成實(shí)驗(yàn)考核。在此過程中學(xué)生不僅完成了學(xué)習(xí)任務(wù)，也體會(huì)到教師的關(guān)愛，形成了良好的師生交流生態(tài)。分校教師將了解到的學(xué)生對(duì)課程虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)使用的建議，可及時(shí)反饋給省校責(zé)任教師，省校責(zé)任教師匯集信息，及時(shí)對(duì)教學(xué)支持服務(wù)做出調(diào)整，以達(dá)到教學(xué)相長(zhǎng)的效果。

（三）緊密結(jié)合產(chǎn)業(yè)發(fā)展，合理設(shè)置實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，不斷完善平臺(tái)功能

目前汽車產(chǎn)業(yè)日新月異，虛擬實(shí)驗(yàn)合作方需要結(jié)合目前電動(dòng)汽車和新能源汽車發(fā)展?fàn)顩r，合理設(shè)置實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，如增加BMS充電效率實(shí)驗(yàn)、鋰電池充放電實(shí)驗(yàn)和諧波分析實(shí)驗(yàn)等，來滿足學(xué)生學(xué)習(xí)需求[10]。根據(jù)學(xué)生和教師在虛擬實(shí)驗(yàn)使用過程中產(chǎn)生的各種疑問，平臺(tái)設(shè)計(jì)方應(yīng)在課程虛擬實(shí)驗(yàn)界面有關(guān)幫助提示模塊合理添加視頻講解，如高清實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)場(chǎng)錄像視頻，以加深學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解并準(zhǔn)確把握實(shí)驗(yàn)操作步驟。

（四）認(rèn)真梳理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，挖掘思政元素，培育學(xué)生工匠精神

在課程虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中，實(shí)驗(yàn)思政也是非常重要的組成部分，在現(xiàn)有資源的基礎(chǔ)上，課程責(zé)任教師需要認(rèn)真梳理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容挖掘思政元素，結(jié)合自身的實(shí)驗(yàn)教學(xué)情況，把思政元素融入到課程實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中，調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的滿意度。例如可以在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架實(shí)驗(yàn)中，告知學(xué)生我國(guó)已經(jīng)成功研制出世界首款熱效率破50%的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，在熱效率降低油耗和排放方面達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平[11]。實(shí)驗(yàn)思政的融入培育了學(xué)生的大國(guó)工匠精神，激發(fā)他們的愛國(guó)情懷，促進(jìn)其網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)操作技能，不斷提升專業(yè)技術(shù)水平，為祖國(guó)汽車工業(yè)發(fā)展貢獻(xiàn)更多的智慧和力量。