中职教育汽车发动机系统个性化学习仿真工具设计

唐林 东北师范大学教育学部/攀枝花学院中国特色社会主义理论教育学院

周东岱 东北师范大学信息科学与技术学院

钟绍春 钟永江 东北师范大学理想信息技术学院

● 汽车发动机系统教学中的瓶颈及破解思路

“汽车发动机系统教学”是中等职业教育汽车专业中一门重要课程，对培养汽车维修、保养等方面的专业人才具有重要作用。发动机系统与汽车各个部件的关系密不可分，它在汽车构造中占据很大分量，直接决定汽车以后的动力输出与平顺性。

1.瓶颈

①不能有效激发学习动机。中职生入学时，专业都是自己选择的，因此他们对专业方面的学习有着浓厚的兴趣。但多数教师的教学以考试为目的，违背了培养学生专业实践技能的要求，不能有效激发学生的学习动机。

②学习差异化与教学统一化相矛盾。职业教育中的课堂多沿用一对多的教学模式，所有的教学行为都是按照班级的整体情况设计的，但学生的理解水平和兴趣点不同，知识水平、关注点存在差异，统一化教学使学生不能根据自己兴趣、知识水平进行学习。

③教学模式僵化。中职教育不同于一般的初、高中教学，它在完成基本理论课程学习的同时，还应完成专业技术的学习，但现在的中职课堂教学一般遵循传统课堂讲授模式，这已经不能满足学生的学习需要，对学生职业技能的培养无大益。

2.破解思路

破解瓶颈问题的关键是让学生明确，完成任务首先要清楚应学会什么，然后要研究清楚学会这些内容的最佳方式方法是什么，并能够自主、个性化地完成任务。它主要有以下三个方面：首先是通过任务驱动中的实际任务使学生产生浓厚的学习兴趣，其次让学生根据自己的需求进行个性化学习，最后改变课堂教学方式，提供学生学习必要的环境和工具。将以上三点有效结合可以满足学生快速提高知识技能的要求，因此，我们设计了供学生根据自己需求进行学习的个性化学习工具，改变了传统统一水平的教法，同时也为学生提供能够自主选择听讲式、协作探究式及训练和实践法三种教学方法，让学生根据自己的已有水平、兴趣爱好和关注点选择适合的学习方式完成发动机系统相关知识的学习。因篇幅问题，本文着重谈论个性化学习工具的设计。

● 汽车发动机个性化学习仿真工具设计

通过对汽车发动机系统知识的梳理，我们发现发动机系统学习的最大难点在于发动机结构复杂，工作过程变化多，将复杂的结构以一定次序组装起来更加困难，其大的系统结构就有八个，每个大系统又包含了若干个零部件，整个发动机配置完成之后重量可达二三百斤，用实物操作费时费力，如果一直用实物进行学习，学生每天的体力消耗也会减弱其对发动机学习的兴趣。鉴于此，我们设计了汽车发动机模拟仿真学习探究工具。

1.工具设计依据

①学科视角依据。发动机系统总体结构稳定，但性能易变，需要学生在学习基础知识的基础上，灵活掌握发动机各项性能特点。架构出发动机各项结构的学习工具便于学生观察学习、加深理解，用该学习工具在进行基础知识学习的基础上理解发动机的工作过程、原理以及性能，并通过探究学习提升创新运用能力，符合学科学习规律，满足学生自主、个性化学习要求。

②学习方式视角依据。首先汽车发动机各项性能不稳定，统一化教学不能使学生充分理解发动机性能特点。其次发动机各个结构稳定，但在学习顺序上没有先后之分，各结构的学习无逻辑关系，整个课程适合自主、探究学习。一节课的学习让学生经历发现问题、分析问题、解决问题、应用知识、反思学习的过程，创新能力得到较大提升。

③技术视角依据。常规化教学只能描述工作过程，不能让学生区分和熟悉每个冲程的过程和特点，而运用三维仿真工具进行发动机系统知识的学习，更加方便，效率更高。

2.功能设计

为使汽车发动机相关知识的学习更加直观、便于操作，我们运用三维仿真工具设计发动机学习工具，它包括六个部分：单元、工作原理、结构、在线交流、性能参数和常见问题。

其中单元部分是基础学习部分，包括发动机八个系统结构的单元，每个系统又包含若干零部件，通过单元进入每个系统，通过系统又可以进入零部件的学习，显示每个系统及零部件在发动机中的位置、外形结构，可以对其进行放大、缩小和旋转，方便学生观察学习。每个系统都设置了若干游戏问题，如连连看等，通过对问题的回答来检验学生的学习效果。

工作原理具体结构包括二冲程发动机、四冲程发动机和转子发动机的工作过程和示功图，以及发动机常用术语。通过三维动画演示这三种类型发动机的工作过程，方便学生观察不同发动机的工作过程中每个冲程的运行情况、进排气情况和做功情况等。比较这三种发动机的工作原理、过程和特性的异同点，能分析每种发动机的优缺点，为以后合理选择、配置发动机打下基础。示功图是学生在学完工作过程之后对工作过程进行抽象思考总结的结构图，以便加深理解，建立清晰的结构框架。发动机常用术语包括该工具给出部分和学生自己添加进去的部分，方便理解和识记发动机工作过程。

结构是仿真工具设计的重点，不仅包括发动机八个系统的结构模型展示和各系统动画演示，还包括各系统下各部件工作过程的演示，使学生熟悉各部件工作过程。学生还可模拟实体操作，探究发动机性能特点，可对各结构分解、组合和更换部件，如对发动机维修问题可以模拟维修，该仿真工具能够智能化地做出相应反应。结构部分在探究学习过程中经常用到，学生可带着问题运用该仿真工具进行自主探究、归纳学习。在结构中设置了新建和打开窗口，方便学生新建自己的学习库，以后学习过程中也可以再次打开，复习巩固。

在线交流包括两部分：同学记录簿和个人学习记录簿。学生在学习过程中遇到问题而无解决思路时，可以翻看同学学习记录簿，查找其他同学的学习过程、体会和反思，借鉴别人的学习经验，找到解决问题的出路。同时将自己在学习过程中的体会、反思记录在个人学习记录簿上，方便以后对知识的复习和梳理。在线交流不是一个封闭的结构，随时可以和外界交流联系。

汽车发动机的性能参数指标主要包括动力性能指标和经济性能指标，学生在学习时可以自己设置参数，如根据压力情况设置温度，总结一定压力下的温度范围，观察参数在正常和非正常情况下各性能的变化，为以后发动机的配置奠定基础。常见问题则是学习发动机系统时设置的一些任务驱动，由工具给出、教师添加和学生添加三部分组成，教师教学、学生学习时可以在常见问题的引导下自主选择，同时，问题的设置可引起学生学习兴趣，促使学生更好地学习。

● 应用效果分析

汽车发动机系统仿真工具不仅是为教师设计的教学工具，更多是考虑学生的学习需求，在满足学生个性化需求的基础上，为学生提供自主学习的探究工具。

我们选了两个班进行对照教学，实验班运用汽车发动机系统仿真工具进行教学，普通班级由同一教师沿用以前的教学方法，针对汽车发动机系统仿真工具的运用和常规教学效果进行对比，同时就学习兴趣、专业能力培养以及质量和安全意识对两班学生进行问卷调查，设计15道选择题，有效回收率100%。

通过调查可知，汽车发动机系统仿真工具的使用方便了学生的学习，提高了学习效率，使学生维持较高的学习兴趣。首先，发动机仿真系统的使用减少了学生体力的消耗，使学习变得简单易操作，无形中激发了学生的学习兴趣。其次，提升了学生解决问题的能力和专业学习的能力，使学生能够对常见问题进行分析和解决，具备下一阶段学习的专业知识和基础。最后，通过对冷却系统工作过程的评价与反馈，学生初步建立了质量、安全、环保的意识，理解了现实安装及维修原理。

● 结语

教学软件能否有效帮助教师的教及学生的学，关键在于其呈现形式、使用方式及动机，同时也与其自身的操作难易程度、知识内容的合理性及精确度等有关。如果教学软件能够提升学习兴趣、激发创造思维、提供便捷资源，其必将成为课堂教学、学生自学的得力助手。