基于“理-虚-实一体化”的高职汽车类专业教学模式研究

丁伟、信轲、何宇漾

（江苏信息职业技术学院汽车与智能交通学院，无锡 214153）

0 引言

随着汽车产业的转型升级，汽车行业汽车制造、销售和售后服务已逐步向数字化转型，汽车专业教学模式也面临着改革与创新的压力。智能化、电动化和网联化的转型将不断驱动高职汽车类专业教学手段和教学载体的变革，高职院校汽车类专业教学模式亟待升级。

1 高职汽车类专业教学现状

1.1 教学硬件设备不足

理实一体化教学模式是指将理论教学与实践教学有机地结合起来，使学生在学习过程中能够将所学的理论知识应用到实践操作中，从而提高学生的实践能力和综合素质[1]。该教学模式下，理论知识依靠教师讲解，实践环节依托教师示范，学生的学习是直接从理论过渡到实践中，中间不再设置有其他环节，在实际操作过程中，有可能出现理论知识与实践操作脱节的现象。

对于汽车专业来说，实践的载体主要是整车或者实训平台，这就要求学校投入更多的教学资源，包括场地、车辆和耗材等。特别是在汽车转型升级下，为了匹配汽车智能化技术，院校需要投入更多的实训设备，有限的资金投入导致实训设备台套数普遍较少[2]。由于班级人数较多，教师示范过程难以确保所有学生能够清晰观看和掌握，教学设备数量也限制了每个小组人数较多，实训操作不能有效覆盖到每位学生，教师也无法监控全过程，存在一定的安全隐患，难以满足传统的理实一体化教学。

1.2 教学数字化资源不够

数字化资源是提升新能源汽车教学的质量。通过数字化的教学资源，学生可以更加直观地理解复杂的理论知识，教师也可以更加方便地进行课堂教学的组织与开展。数字化资源还可以拓宽学生的知识面，让学生了解最新的技术发展动态，从而培养学生的创新精神和实践能力。

在汽车电动化背景下，新能源汽车和智能网联汽车动力电池高达几百伏，学生实操过程中对于汽车高压部件的操作存在一定的复杂性和危险性，对于学生来说操作起来存在一定的困难，教师必须在实操前让学生掌握汽车高压上电和下电流程[3]。汽车安全用电知识相对抽象、不够直观，采用传统的教师示范、学生围观的方式，需要大量的时间进行组织教学，且学生实操前不能身临其境体验实训流程，不利于汽车高压电下的实训教学开展。

1.3 教学对象缺乏兴趣

传统的教学方法注重理论知识和实践技能的传授，但是传递知识和技能的形式相对单一，这种传递方式无法最大程度提高学生的学习兴趣和学习效果。随着现代教育技术的发展，网络、手机、平板等设备已经成为人们生活中不可或缺的一部分。面对计算机硬件和软件技术、传感技术、人工智能等众多学科在内的新兴技术，交互性和实时性较好的信息化技术和资源亟待引入课堂教学[4]，能够增强学生好奇心、激发学生学习兴趣的实践教学模式有待创新。学生可以利用这些设备轻松获取大量信息，满足了他们的求知欲。各种在线教育和网络课程的兴起为学生提供了丰富的学习资源和学习方式。相比之下，传统教学方式显然无法满足学生对个性化、多样化学习的需求。

2 “理-虚-实一体化”教学模式构建

2.1 “理-虚-实一体化”教学理念

“理-虚-实一体化”是指将理论知识、虚拟仿真和实践技能贯穿于整个人才培养过程中，形成一个完整的教育体系，使学生在学习完理论知识后，不直接过渡到实践教学，而是通过虚拟仿真教学，进一步巩固理论知识。学生在虚拟仿真中反复练习，深入理解和掌握知识点，提前将实践环节的任务在虚拟仿真平台中进行演练，为实践环节的操作奠定良好的基础。

“理-虚-实一体化”教学理念是适应时代发展需求的教育创新。该理念是基于认知心理学、教育心理学、系统科学等多学科理论的研究成果[5]，强调学生的认知过程是一个从感性认识到理性认识，再到实践运用的过程。在教学过程中，理论知识是基础，虚拟实践是桥梁，实践操作是目的。虚拟仿真环节可以促进学生从理论到实践的转化认识，有效提高教学质量。

2.2 “理-虚-实一体化”教学模式构建

2.2.1 “理-虚-实一体化”教学模式

本文以江苏信息职业技术学院新能源汽车专业群核心课《纯电动汽车构造与检修》课程为例，实践探索构建“理-虚-实一体化”教学模式。课程主要包括动力电池放电过程控制故障诊断、电驱动系统故障检修、充电系统故障检修、整车控制系统故障检修等内容。课程教学目标要求学生掌握高压系统的原理和检修，并进一步熟练掌握使用万用表、绝缘电阻测试仪、示波器、解码仪等常用诊断设备，能够独立进行纯电动汽车的诊断数据分析，确定故障诊断策略，能够对简单的故障进行检测和排除。该课程涉及到电动汽车高压系统检修，部分部件还位于电动汽车动力电池内部，其维修涉及到动力电池的拆装，在实训教学中，对安全性提出了更高的要求。

如图1 所示，为了有效解决该难题，在传统理实一体化教学基础上，从理论环节到实操环节中增加仿真教学环节，从而构建《纯电动汽车构造与检修》“理-虚-实一体化”教学模式。在教学过程中，采用“理-虚-实一体化”教学模式，秉持OBE 成果导向的教育理念，反向设计，正向实施，围绕电动汽车故障排除这一目标，课中通过引入-探究-仿真-排故-评价-拓展的流程，同步实施“三阶段六步骤”，突出教学重点，强化落实。在实操前的仿真演练环节，借“虚”讲“理”，即借助虚拟仿真平台将抽象的纯电动高压电控制理论知识形象客观地展示出来，由“虚”务“实”，让学生在虚拟环境下反复练习高压安全断电以及部件拆装，准确掌握纯电动汽车动力电池拆和安装流程，通过模拟真实环境中的操作，增强对相关设备和工具的使用熟练度，为真实车辆检修实操奠定了良好的基础。

图1 《纯电动汽车构造与检修》“理-虚-实一体化”教学模式

2.2.2 虚拟仿真教学环节实现方式

在“理-虚-实一体化”教学模式中，增加的虚拟仿真教学环节主要通过引入电动汽车虚拟仿真实训平台实现（图2）。该虚拟仿真平台是利用虚拟仿真技术，结合理实一体化教学模式，采用1 ∶1 的模型比例，力求还原真实的新能源汽车模型，让学生能够在360°全沉浸式虚拟实操环境中进行实际操作，提高操作熟练度，对部件模块进行分区域虚拟仿真教学实训，保障学生能够系统地、清晰地学习汽车专业相关知识，掌握操作流程。电动汽车虚拟仿真平台包含了比亚迪、吉利、特斯拉和大众等常见车型，教师可以根据学校现有车辆进行选择，平台分为教师端和学生端，在教师端，教师可以进入演示模式，实现结构原理故障诊断、拆装检测、维护保养等教学演示，还可以进行任务布置与发布、成绩查看与统计等功能，充分满足教学对“虚拟仿真”环节的需求。

图2 电动汽车虚拟仿真实训平台

电动汽车虚拟仿真平台在教师端设置了仿真任务的发布与考核功能（图3），仿真任务可以选择练习模式或者考核模式。学生在完成仿真任务过程中，可以直接在平台中查阅车辆维修手册、电路图等维修资料，对故障进行仿真检修，平台将根据每个任务步骤自动打分，自动完成任务评价。

图3 任务发布与考核

3 “理-虚-实一体化”教学实践

理-虚-实一体化将虚拟仿真和实践技能融入学习过程中，为学生提供实际经验积累的机会。借助虚拟模拟技术，学生在模拟环境中实施操作，从而规避实际操作中可能存在的危险与风险。通过实践技巧训练，学生能够在真实场景中进行操作，进而获取实践经历并提升技能水平。

将“理虚实一体化”的教学模式应用在《纯电动汽车构造与检修》课程教学中，通过对学生安全意识、理论测试、实操能力、职业素养和综合表现等五个维度进行观测，对比引入虚拟仿真平台前后学习效果。实践表明，通过电动汽车虚拟仿真实训平台，在课堂教学中有效解决了传统教学中“抽象知识看不见、实训不安全损耗高、实操错误难统计”等问题，优化了因设备和场地缺乏无法完成多人次的教学任务，在学生进行实际车辆操作之前，应确保学生处于完全安全的环境中感知潜在的危险，从而避免对实训设备的破坏和人员伤害的风险。这不仅能让学生获得更丰富的感官刺激，还能加强他们的安全意识和对待工作的细致严谨态度，使学生在重难点知识的学习上学得顺利、学得有趣、学得高效，与未使用仿真平台前，学生在安全意识、理论测试、实操能力、职业素养以及综合表现方面学习效果显著提升，助力教学三维目标顺利达成，取得了良好的教学效果（图4）。

图4 “理-虚-实一体化”教学模式下学生学习效果

4 结束语

针对汽车产业转型升级给高职汽车类专业带来的新变化，本文在在传统理论实践相结合的教学模式基础上，本文提出了“理-虚-实一体化”的创新教学模式。通过新能源汽车技术专业《纯电动汽车构造与检修》课程探索实践。实践结果表明，该教学模式能够让学生在安全意识、理论测试、实操能力、职业素养以及综合表现方面学习效果显著提升，使课堂教学三维目标顺利达成，从而提高了课程的教学质量和教学效果，为高职汽车类专业高技术技能人才的培养提供了有益的探索。