职教云结合虚拟仿真在船体结构教学中的应用.pdf

第 11 卷 第 3 期Vol.11,No.3CBZYJY2023 年 5 月收稿日期：2022-05-22基金项目：江西省高等学校教学改革研究省级课题（JXJG-20-49-12）作者简介：郭明慧（1989），女，山东济宁人，工程师，硕士，研究方向：职业教育、船舶与海洋工程结构物设计制造。The Application of Vocational Education Cloud Combined with VirtualSimulation in the Teaching of Hull Structure职教云结合虚拟仿真在船体结构教学中的应用摘要：船体结构传统教学过程中存在场景进不去、结构看不见、模型不真实等突出问题，影响教学效果。虚拟仿真技术改善了传统教学的不足，但同时虚拟仿真系统教学会给学生带来眼睛疲劳、眩晕、恶心等不适症状，影响学习效果。因此提出基于职教云平台开展线上线下混合式的船体结构虚拟仿真教学模式，精准把控课程教学的重难点，借助 3D 投影大屏、桌面版、VR 眼镜等媒介，实施以行动导向教学法为指导的线下课堂教学，有效提升虚拟仿真教学成效。关键词：船体结构；职教云；虚拟仿真中图分类号：G712文献标识码：A文章编号：2095-5928（2023）03-20-03九江职业技术学院，江西 九江 332007郭明慧，孙超，江帆GUO Minghui,SUN Chao,JIANG FanJiujiang Vocational and Technical College,Jiujiang 332007,ChinaAbstract:There are prominent problems in the traditional teaching of hull structure,such as the inability toenter the scene,the inability to see the structure,and the unrealistic models,which affect the teaching effectiveness.Virtual simulation technology has improved the shortcomings of traditional teaching,but at the same time,virtualsimulation system teaching can bring discomfort symptoms to students,such as eye fatigue,dizziness,and nausea,affecting learning effectiveness.Therefore,a hybrid online and offline virtual simulation teaching mode for hullstructure based on vocational education cloud platform has been proposed,which accurately controls the key anddifficult points of course teaching.With the help of 3D projection screens,desktop versions,VR glasses and othermedia,offline classroom teaching guided by action oriented teaching methods is implemented,effectively improvingthe effectiveness of virtual simulation teaching.Key words:hull structure;vocational education cloud;virtual simulationDOI:10.16850/ki.21-1590/g4.2023.03.007船体结构课程是船舶工程技术专业的核心课程，在学生整个专业课程的学习过程中起着非常重要的作用。传统课程教学中的课程资源仅限课件、教案、视频等二维资源和部分三维动画，而船体结构尺寸大、重量大、建造难度高、安全标准高，导致船体结构课程教学中存在场景进不去、结构看不见、施工难体验、模型不真实等突出问题，课堂教学效果不理想，难以激发学生的学习兴趣。借助虚拟仿真技术，为学生营造“沉浸、交互、感知、智能”的学习体验，可有效提升学生学习成效。各高职院校相继建设虚拟仿真实训基地，积极推进虚拟仿真技术在教学中的应用，在取得一定成效的同时也暴露出一些问题1。1 虚拟仿真教学存在的问题分析首先，受场地及设备限制，虚拟仿真教学只能在课中进行。已建成的虚拟仿真实训室多以穿船 舶 职 业 教 育SHIPBUILDING VOCATIONAL EDUCATION教 学 改 革Teaching Reform20第 11 卷 第 3 期Vol.11,No.3CBZYJY2023 年 5 月戴设备为主，可以为学生提供较好的沉浸式体验，部分课程引入交互式虚拟仿真系统，实现工作情境中的多人协同训练，对培养学生的技能、素养都有显著成效。受到场地及设备限制，学生只能在课中参与虚拟仿真学习，缺乏课前预习、课后巩固等环节，不利于自主学习。其次，过度依赖 VR 体验，诱发 3D 眩晕等身心不适症状遥 部分学生存在不同程度的 3D 眩晕症状，严重影响学生的学习成效。3D 眩晕症无法避免，但可以通过降低感官冲击、缩短使用时间等举措减缓其不良影响。2 解决虚拟仿真教学问题的措施2.1 实施以行动导向教学法为指导的教学设计在课程设计中，以“行动导向驱动”为指导思想，充分发挥学生的主体作用和教师的主导作用。将两课时的虚拟仿真教学任务设计成若干个相互关联的子任务。每个子任务包括课前准备、下达任务、完成任务、展示学习成果四个完善的行动导向教学步骤，可保障整个课程在教师的主导下，充分发挥学生的主体作用，使其能够在“娱乐”中学习理论知识、掌握技术技能、培养职业素养。严格控制子任务的时长在 1525 分钟之间，既可通过缩短单次虚拟设备使用时间的方式降低学生的身心不适症状，又可增强教师对学生学习状态的掌控性，充分发挥虚拟仿真的优势，同时又有效地降低了虚拟仿真教学的负面影响。2.2 优化虚拟仿真资源与企业共同建立了船厂漫游、船型漫游、船体典型分段结构认知等丰富的虚拟仿真资源，依托船舶虚拟仿真教室软硬件设备，学生通过手机、电脑桌面、Web 端、3D 投影大屏、VR 头盔等媒介实现沉浸式、探索式、交互式学习。其中，3D 投影大屏、电脑桌面、VR 头盔等媒介是课中开展鲜活的虚拟仿真教学的“尖刀利刃”，起到攻坚克难的功效。手机端、Web 端则是课前、课后开展虚拟仿真教学的主阵地。3D 投影大屏、电脑桌面、VR 头盔等媒介设备是目前高职院校虚拟仿真教学的主要设备，能够为学生提供更优秀的沉浸式学习体验。虚拟仿真教学过于依赖此类仿真度高的虚拟仿真设备，也是诱发学生 3D 眩晕等身心不适症状的主要原因。手机端、Web 端虚拟仿真设备灵活性高，学生可通过自己的手机、电脑等设备登录仿真系统学习，不受时间、地点限制。教师通过学生登录账号信息实时掌握学生学习状态，针对学生的知识掌握情况及时更新课堂教学设计，为开展更高效的课堂教学提供依据。2.3 开展基于职教云的线上线下混合教学教师在职教云上安排了课前预习、课中教学、课后拓展三个环节2。课前预习阶段教师安排虚拟仿真预习课件、虚拟仿真资源、测验题、投票、问卷调查等环节，掌握学生课前学习的整体情况，为后续课中教学提供依据。课前观看的虚拟仿真资源课中不会重复观看，减少了课中使用虚拟仿真系统的时间。课中教学阶段教师安排虚拟仿真教学课件、问题讨论、头脑风暴、小组PK 等环节，强化重难点的学习，同时提高学生自主学习能力和团队协作能力。课后进行拓展评价环节，拓宽学生的知识面，加深学生对知识的理解。评价采用多方评价的方式，有组内自评、组间互评、教师参评。课后通过学生的课前预习情况、课堂表现、互动参与等情况进行全面考核。教师可以在职教云平台上对所有学生的学习情况进行量化统计，非常清晰地掌握学生的学习动态。开展线上线下混合式教学与手机端、Web端虚拟仿真教学资源相辅相成，共同提升虚拟仿真教学成效。虚拟仿真资源将均匀分布在课前、课中、课后三个环节，避免了全部集中在课中学习，导致学生使用时间过长出现不适3。3 基于职教云的虚拟仿真课件开发在实际教学过程中，PPT 课件有着较大的辅助作用。在 PPT 课件中配合图片、视频、动画等资源可以让学生更容易地理解知识点。但对于船体结构这种对三维空间思维能力要求较高的课程来说，传统的 PPT 课件无法达到理想的教学效果。因此针对在船体结构教学中存在的船厂环境难认知、船体结构难理解、三维空间难感知等突出问题，与企业合作开发船厂漫游、船型漫游、教 学 改 革Teaching Reform职教云结合虚拟仿真在船体结构教学中的应用21第 11 卷 第 3 期Vol.11,No.3CBZYJY2023 年 5 月参考文献院1 刘树峰,张广玲,李光提,等.汽车类专业虚拟仿真教学系统3D眩晕症问题研究J.汽车实用技术,2022,47(2):140-143.2 王蓉,韦庆敏,覃利琴,等.基于虚拟仿真技术的线上线下混合式教学模式在无机化学实验中的应用J.化工设计通讯,2021,47(11):112-113.3 陈梅,刘江越,李自臣.基于“智慧职教云”的混合式教学探索J.黑龙江科学,2019,10(1):25-27.4 董桂伟,赵国群,郑超,等.基于雨课堂的虚拟仿真实验教学模式设计与实践J.实验室研究与探索,2021,40(10):215-218.5 杨春,杜以宽,李文漫,等.雨课堂结合虚拟仿真技术在“功能解剖学”教学中的应用J.科技风,2021(32):134-136.6 杨卓懿,宋磊.基于优慕课平台的工科专业课程混合式教学改革J.教育教学论坛,2019(52):116-117.责任编辑：宋艳华船舶职业教育船体结构认知等新型虚拟仿真教学资源，融入原有的动画、视频、图片等课程资源，形成交互式虚拟仿真课件。船体结构虚拟仿真教学课前预习课件的开发，主要考虑课程的基础知识点，结合教材与虚拟仿真教学资源等内容制作而成的。在开发虚拟仿真课件的同时，增加很多二维码虚拟仿真资源，学生通过扫描二维码提前熟悉课上内容，此外还有相关的音视频文件和参考资料共同上传至职教云平台，供学生进行课前预习。学生在课前通过职教云平台观看虚拟仿真资源，时间相对更自由，不受课堂时间的限制，有利于减少课堂长时间集中使用虚拟仿真系统产生的眼睛疲劳、眩晕、恶心等不适症状。船体结构虚拟仿真教学课中学习阶段的虚拟仿真课件开发主要从增加师生互动和学生自主学习的角度出发4，整合 VR 资源、动画、全景图片、视频等丰富的教学内容，制作个性化教学VR PPT。学生通过 VR 头显设备，可以实现逼真的虚拟现实效果和沉浸式学习，结合 3D 投影技术或裸眼 3D 技术直接将 VR 效果在大屏幕上呈现，在课堂上实现直观而准确的观察。4 应用成效首先，实现了师生实时互动。船体结构理论教学内容较枯燥，三维结构将集 VR 资源、动画、全景图片、视频等为一体的虚拟仿真课件融入课堂，并利用虚拟仿真软件进行实景漫游，可以更好地展示船体结构的空间位置关系，使船体结构理论知识更形象化、具体化和可视化，从而提高学生的学习兴趣，使学生在课堂中可以自主学习，对理解船舶三维空间结构的相关理论知识起到了很大的促进作用。教师课前利用职教云发布课前预习资料，并根据预习的数据在课堂上有对针对性地进行讲解。课堂上教师和学生可以通过随机提问、讨论、头脑风暴、测验、答疑等实时互动。课后发布相关的复习作业与拓展资料，供学生课后自主学习5。根据职教云平台反馈结果可以了解学生的自主学习情况。其次，通过船舶虚拟仿真教室考核系统，实施教师评价、组间评价、职教云平台评价等多元评价方式，对学生虚拟仿真操作过程、职教云平台参与度、线下课堂表现、团队协作等多方面进行全方位考核，有效促进了学生综合素质的全面发展6。最后，通过职教云平台学生课前课后可随时观看虚拟仿真资源，时间自由且不受课堂时间的限制，课中通过职教云平台设置线上讨论、头脑风暴、小组 PK、项目考核等环节，手机、电脑、投影大屏和 VR 头盔等多种设备交叉使用，任务设置难度适中，均可减少课堂集中使用虚拟仿真系统的时间，从而避免学生产生眼睛疲劳、眩晕、恶心等不适症状。5 结语基于职教云的虚拟仿真教学模式以学生为中心，将提高学生自主学习能力作为培养目标，充分调动学生积极性，进而最大化地提升学生的学习效率和教学效果。此种教学模式给学生带来灵活的学习时间和空间，既弥补了传统教学方法的不足，又改善了长时间单独使用虚拟仿真系统教学给学生带来的眼睛疲劳、眩晕、恶心等不适症状。基于职教云的虚拟仿真教学模式对于其他课程的教学改革也具有一定的参考价值。教 学 改 革Teaching Reform22