仿真設備在培養高壓安全意識中的應用

李西德，周 晶，陳 勇，李 文

（四川化工職業技術學院機械工程系，四川瀘州 646005）

0 引言

新能源汽車技術專業是以培養學生在新能源汽車生產、銷售及后市場等領域的技術技能人才為目標。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、銷售、服務到報廢的全過程[1]。如何提高學生的安全規范及標準操作意識是教學的重要內容。然而，在傳統教學模式中基本采用“教師演示講解→學生模仿操作→教師指導糾正”的方式進行，不利于提高學生主觀能動性和自我糾錯意識，教學效率較低。目前，虛擬仿真技術已廣泛應用于汽車類專業教學，如何借助新能源汽車三維仿真平臺和VR（Virtual Reality，虛擬現實）虛擬仿真學習平臺等現代化仿真教學手段，讓傳統教學中存在的單一、枯燥的理論知識變得趣味、活躍和生動，讓學生在虛擬仿真環境中積極主動的參與到教學的各個環節[2]，以新能源汽車拆裝實訓課程為例，形成了“三虛一實”分步提高、步步鞏固的教學模式。

1 整體設計

《新能源汽車拆裝實訓》是高職新能源汽車技術專業的專業實訓課程，主要學習新能源汽車“三大電”與“三小電”的拆裝，同時鞏固各部分的基本構造和工作原理。課程整體設計，根據學生的認知規律和意識培養的過程，結合新能源汽車維修崗位工作的安全工作要求，構建基于崗位職責和工作過程的教學內容，形成如下整體教學設計思路如圖1 所示。

圖1 整體設計框圖

整體設計中，將教學過程分為三階段進行，分別為“課前→課中→課后”三環節；針對每個教學項目實施“三虛一實”的設計，即理論學習（虛）→三維仿真平臺學習（虛）→VR 虛擬仿真平臺學習（虛）→實車訓練（實）。

2 教學實施

根據教學目標、重難點和教學策略制定每一次課的教學實施方案，以純電動汽車動力系統組成為例，要求學生能認識純電動汽車動力系統各部分的零部件，掌握各部件間的連接關系。因純電動汽車工作電壓較高，在實車認知和拆裝時，要求學生必須具備相應的安全操作規范意識，否則存在一定的觸電安全隱患，為此制定以下教學實施方案。

2.1 課前

教師通過學習平臺發布，項目的教學內容和根據學情確立的教學重、難點及學習要求，學生利用智慧職教資源庫、新能源汽車教學資源庫等自學相關內容并完成相關任務。

2.2 課中

在教學過程中項目按照“理論→仿真平臺→VR 平臺→實車”四步驟進行，每個教學步驟劃分成若干個工作任務、資訊、決策、計劃、實施、檢查、評估的環節[3]。

2.2.1 理論學習

理論學習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要領及專業相關知識，對工作過程中可能遇到的高壓危險及避免措施實施分析，使學生對工作過程中的安全行為、危險識別等做到心中有數，避免出現高壓恐懼和焦慮的心理；同時通過多媒體等平臺，運用案例法，強化學生對高壓的敬畏意識。

2.2.2 三維仿真平臺學習

完成理論學習后進入新能源汽車三維仿真平臺進行個體自主學習。三維仿真平臺模擬工作場景以真實工作任務為向導，采用多種多媒體表現手法，平臺設計有自主學習、在線測試、案例分析等多模塊。學生可以通過鍵盤、鼠標等簡單設備了解新能源汽車結構、裝配關系、零件細節、工作原理，并跟隨平臺的文字及語音指導進行虛擬的拆卸、裝配等操作，學生可通過操作計算機進行項目的自主仿真訓練，當出現不安全操作和違規行為時，三維仿真平臺會提示違規的詳細內容及正確操作內容，以此鞏固理論知識，強化安全操作。在線考核模塊要求學生在無系統提示的情況下，一次性完成相關工作任務。

在三維仿真平臺學習中，學生可利用平臺的提示功能，鞏固知識要點和發現自身的薄弱環節，做到“有的放矢”的個性化針對訓練，有利用提高學生的自學能力，同時便于教師掌握學習效果。三維仿真平臺學習中的場景如圖2 所示。

圖2 三維仿真平臺學習

2.2.3 VR 虛擬仿真平臺學習

新能源汽車VR 虛擬仿真平臺采用逼真的模擬真實場景，強化學習者“心流”體驗，使學生在能夠愉快地沉浸在交互的學習環境中，集中精力完成學習任務[4-5]。學生以小組為單位，分別扮演不同角色，身臨其境的相關任務，當出現不安全操作和違規行為時，系統發出相應的警告及糾正提示，同時學生也可在小組其他成員的提示中發現其違規行為并實施糾正，有利于學生掌握相關知識要領，增進安全規范意識。

VR 虛擬仿真平臺學習使教學內容實現可視化、仿真化、模擬化[6]，在虛擬的工作環境中的模擬操作，在學生操作錯誤的情況下，也只是給出虛擬環境下的模擬反饋和提醒，保證了學生和設備的安全，避免了實際的觸電危險。學生在虛擬實訓過程中接受系統和小組成員提供各種提示、反饋，讓學生在不斷碰壁和警告的環境中，糾正自己的不安全行為，規范操作流程，提高安全意識。VR 虛擬仿真平臺學習如圖3 所示。

圖3 VR 虛擬仿真平臺學習

2.2.4 實車訓練

學生完成前三步的學習并考核合格后進入實車訓練環節，該環節采用“教師演示→學生模仿→教師指導”的教學模式，學生以小組為單位參與其中，每組配備小組安全員，最后由學生在教師和組員的共同監督下完成實訓任務，鍛煉學生的實際操作能力。

2.3 課后

教師發布的任務，學生根據任務完成課后測試，上傳實訓操作及講解視頻至視頻庫，小組之間相互評價并選出優秀視頻作為示范分享。后期學生可對照此視頻，進一步鞏固學習。

3 實施效果

通過三維仿真平臺和VR 虛擬仿真學習平臺在教學中使用，讓學生在虛擬的環境中進行與真實工作崗位類似的場景中進行闖關式的學習[7]，激發了學生的上課熱情，提高了課堂參與率；虛擬操作成功后，再到新能源實車進行實際操作，學生已具備相關操作的知識要點和安全規范操作意識，可有效化解教學過程中安全風險，夯實新能源汽車職業崗位技能基礎。

4 結束語

通過虛實結合法的教學模式與傳統的教學模式相結合，讓新能源汽車高壓下的教學，實現了理論知識情境化、可視化和趣味化，虛擬環境使操作過程使更加安全、生動和逼真，激發了學生學習的興趣。通過三維仿真平臺的單兵規范訓練，到VR 虛擬仿真學習平臺的團隊訓練，再到新能源實車的標準化實際操作，能有序分步提高學生的安全規范操作意識，夯實新能源汽車職業崗位技能基礎，化解新能源汽車教學過程中安全風險和教學難點。