李冰蟾 吳 俊 宗許寧 趙立山

(1.江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院 輪機(jī)電氣與智能工程學(xué)院 江蘇南京 211170；2.南京財(cái)經(jīng)大學(xué) 信息工程學(xué)院 江蘇南京 210023)

“船舶通信導(dǎo)航設(shè)備”實(shí)訓(xùn)課程是海船電子電氣員考證科目之一，該課程以船舶通信導(dǎo)航設(shè)備的維護(hù)管理為主線，主要培養(yǎng)學(xué)生對(duì)船舶通導(dǎo)設(shè)備的操作，維護(hù)、以及故障檢修等實(shí)訓(xùn)技能。傳統(tǒng)的“船舶通信導(dǎo)航設(shè)備”實(shí)訓(xùn)教學(xué)使用真機(jī)設(shè)備進(jìn)行實(shí)操訓(xùn)練，設(shè)備投入成本較高，容易磨損消耗，對(duì)設(shè)備的維護(hù)要求高。對(duì)于某些復(fù)雜設(shè)備，不便于用真機(jī)設(shè)備進(jìn)行實(shí)操訓(xùn)練；而對(duì)于某些危險(xiǎn)性系數(shù)較高的操作訓(xùn)練，由于操作不當(dāng)可能會(huì)引起安全問(wèn)題。隨著行業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，企業(yè)對(duì)人才要求的不斷提高，根據(jù)目前行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與崗位需求，如何改善高校的實(shí)操環(huán)境，提高學(xué)生動(dòng)手能力與實(shí)操技能成為當(dāng)前實(shí)訓(xùn)教學(xué)的重點(diǎn)問(wèn)題[1-2]。而隨著智能時(shí)代的到來(lái)，學(xué)生作為個(gè)體的教育接受者，已經(jīng)逐漸不能滿足于統(tǒng)一、同質(zhì)的課堂教育。

2019 年2 月，中共中央辦公廳、國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)了《加快推進(jìn)教育現(xiàn)代化實(shí)施方案（2018—2022 年）》一文，提出要推進(jìn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，利用現(xiàn)代信息化手段服務(wù)教育教學(xué)全過(guò)程；國(guó)務(wù)院“職教二十條”提出職業(yè)教育要適應(yīng)“互聯(lián)網(wǎng)+職業(yè)教育”的發(fā)展需求，運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)改進(jìn)教學(xué)方法，推進(jìn)虛擬仿真等技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用；中共中央、國(guó)務(wù)院在《中國(guó)教育現(xiàn)代化2035》中強(qiáng)調(diào)“因材施教”“知行合一”，指出要加快“信息化教育時(shí)代變革”，提出利用現(xiàn)代教育技術(shù)，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；逃c個(gè)性化培養(yǎng)的有機(jī)結(jié)合，推動(dòng)人才培養(yǎng)模式的改革，[3]。“互聯(lián)網(wǎng)+”教育的時(shí)代背景下，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)由于其交互性和沉浸性，開(kāi)始逐步走入課堂，在VR 教育理念推廣的過(guò)程中，VR 實(shí)訓(xùn)成為VR 技術(shù)推廣的先行者，各國(guó)都在研究VR 技術(shù)與教育教學(xué)的結(jié)合，尤其在實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)這方面。國(guó)內(nèi)外利用VR 技術(shù)，構(gòu)建虛擬操作環(huán)節(jié)，虛實(shí)結(jié)合的實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式在教育教學(xué)中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用[4-6]。而隨著課程形態(tài)、教學(xué)方式不斷地推陳出新，“一刀切”培養(yǎng)共性化人才的傳統(tǒng)教育模式已無(wú)法滿足時(shí)代的需求。隨著互聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)、全息投影、人工智能、數(shù)據(jù)挖掘等信息技術(shù)的快速發(fā)展，信息技術(shù)走進(jìn)課堂并與教育深度融合，獲得更好的教學(xué)效果；同時(shí)，深度分析學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中產(chǎn)生的行為數(shù)據(jù)，以學(xué)生為中心實(shí)施個(gè)性化精準(zhǔn)教學(xué)，能進(jìn)一步提升教學(xué)效果[7-8]。

一、虛實(shí)結(jié)合的精準(zhǔn)教學(xué)模式改革目標(biāo)

實(shí)現(xiàn)《船舶通信導(dǎo)航設(shè)備》課程實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式的創(chuàng)新改革要實(shí)現(xiàn)的主要目標(biāo)如下：

（一）突破環(huán)境、硬件限制，建立基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的虛實(shí)結(jié)合現(xiàn)代化實(shí)訓(xùn)教學(xué)方式

利用VR 技術(shù)可以突破環(huán)境、硬件限制，模擬出真實(shí)環(huán)境，讓學(xué)生產(chǎn)生身臨其境的體驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生興趣，提高實(shí)訓(xùn)效果。充分應(yīng)用現(xiàn)代技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)與真機(jī)設(shè)備實(shí)訓(xùn)教學(xué)的結(jié)合，“以虛代實(shí)”“以虛補(bǔ)實(shí)”，建立虛實(shí)結(jié)合的實(shí)訓(xùn)教學(xué)方式，能顯著提高實(shí)訓(xùn)效果。

（二）強(qiáng)調(diào)個(gè)體差異性，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化實(shí)訓(xùn)教學(xué)

傳統(tǒng)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式?jīng)]有區(qū)分度，所有的學(xué)生實(shí)操訓(xùn)練的項(xiàng)目?jī)?nèi)容一樣，不能開(kāi)展個(gè)性化實(shí)訓(xùn)教學(xué)。而智能時(shí)代的教學(xué)注重個(gè)體差異性，強(qiáng)調(diào)個(gè)性化的精準(zhǔn)教學(xué)，基于人工智能技術(shù)，研究虛實(shí)環(huán)境下的學(xué)生學(xué)習(xí)行為，開(kāi)展精準(zhǔn)教學(xué)[9]。

（三）推動(dòng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式改革，真正將“以教師為中心”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙詫W(xué)生為中心”

而通過(guò)人工智能與教學(xué)的融合，對(duì)學(xué)生開(kāi)展個(gè)性化教學(xué)，能提高學(xué)生興趣，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力，從教師主導(dǎo)課堂切實(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙詫W(xué)生為中心”。

二、虛實(shí)結(jié)合的精準(zhǔn)教學(xué)模式設(shè)計(jì)

(一)構(gòu)建虛實(shí)結(jié)合的實(shí)訓(xùn)模式

針對(duì)“船舶通信導(dǎo)航設(shè)備”實(shí)訓(xùn)課程的教學(xué)現(xiàn)狀，結(jié)合《STCW 馬尼拉公約》最新修正案中對(duì)海船電子電氣員做出的新規(guī)定，特別是規(guī)定中關(guān)于船舶通導(dǎo)部分的技能要求，依據(jù)行業(yè)企業(yè)人才需求，我們利用PLC、VR 等技術(shù)構(gòu)建教、學(xué)、做一體化項(xiàng)目訓(xùn)練環(huán)境，提出了一種虛實(shí)結(jié)合的“船舶通信導(dǎo)航設(shè)備”課程實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式，滿足海船電子電氣員的技能訓(xùn)練要求，提高學(xué)生實(shí)操動(dòng)手能力。

實(shí)訓(xùn)教學(xué)包括以下三種方式：基于PLC 的排故實(shí)操訓(xùn)練，基于VR 的故障檢修訓(xùn)練和真機(jī)實(shí)操?！按巴ㄐ艑?dǎo)航設(shè)備”實(shí)訓(xùn)課程在開(kāi)展教學(xué)時(shí)，做到“虛實(shí)結(jié)合”[10]，對(duì)于普通實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目做到“能實(shí)就實(shí)”，利用實(shí)訓(xùn)室的駕控臺(tái)真實(shí)設(shè)備進(jìn)行實(shí)操訓(xùn)練，如船舶通信導(dǎo)航設(shè)備的基本操作等；對(duì)于某些故障檢修類(lèi)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，則通過(guò)在設(shè)備上設(shè)置故障點(diǎn)，結(jié)合PLC 完成實(shí)操訓(xùn)練，如設(shè)備電源的檢修、信號(hào)線的連接等；對(duì)于某些難以實(shí)際開(kāi)展的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，則利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建虛擬場(chǎng)景與設(shè)備器件的方式來(lái)完成，如設(shè)備內(nèi)部模塊故障的檢修等。本實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式實(shí)現(xiàn)了虛擬仿真操作和實(shí)際操作虛實(shí)結(jié)合，相互補(bǔ)充，揚(yáng)長(zhǎng)避短。

實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式如圖1 所示：

圖1 虛實(shí)結(jié)合的實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式

（二）構(gòu)建基于個(gè)體差異性的精準(zhǔn)教學(xué)模式

在學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生的綜合素質(zhì)有所差別、接受能力也各不相同，為了給不同的學(xué)生提供更為適合的精準(zhǔn)教學(xué)方案，需要了解學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)。對(duì)虛實(shí)結(jié)合的“船舶通信導(dǎo)航設(shè)備”實(shí)訓(xùn)課程，構(gòu)建基于用戶(hù)行為數(shù)據(jù)分析的精準(zhǔn)教學(xué)模式如圖2所示。

在學(xué)生的實(shí)操訓(xùn)練過(guò)程中，采集學(xué)生過(guò)程行為數(shù)據(jù)，如學(xué)生的操作時(shí)長(zhǎng)、提示使用次數(shù)、任務(wù)完成度、仿真訓(xùn)練鼠標(biāo)軌跡與停留點(diǎn)擊、VR 環(huán)境下的眼動(dòng)數(shù)據(jù)等，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，挖掘分析包括預(yù)測(cè)、聚類(lèi)、文本挖掘、關(guān)系挖掘、模型發(fā)現(xiàn)等[11]，結(jié)合人工智能技術(shù)進(jìn)行個(gè)體分析，對(duì)學(xué)習(xí)者的知識(shí)點(diǎn)、實(shí)操技能點(diǎn)掌握狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和診斷，從而了解學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度與掌握程度，把握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，建立個(gè)性化的學(xué)習(xí)者模型，學(xué)習(xí)者模型包括學(xué)生的學(xué)情數(shù)據(jù)、偏好興趣、強(qiáng)項(xiàng)弱項(xiàng)等信息，并生成雷達(dá)圖分析報(bào)告，幫助學(xué)生查漏補(bǔ)缺。

不同學(xué)習(xí)者模型之間存在差異性，這種差異性會(huì)導(dǎo)致教學(xué)目標(biāo)的差異性，而分層的教學(xué)目標(biāo)又進(jìn)一步體現(xiàn)在學(xué)習(xí)進(jìn)程和任務(wù)難度的差異性安排上。以基于用戶(hù)行為數(shù)據(jù)的學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程分析為基礎(chǔ)，以個(gè)性化的學(xué)習(xí)者模型為對(duì)象，提出一種包含課前預(yù)習(xí)與學(xué)生分組、課中基于學(xué)習(xí)者模型的實(shí)訓(xùn)任務(wù)與進(jìn)程分配與差異化指導(dǎo)、課后匹配學(xué)習(xí)者模型的習(xí)題、學(xué)習(xí)資料與任務(wù)的差異化推送等環(huán)節(jié)的教學(xué)流程。其中課前環(huán)節(jié)主要是通過(guò)與學(xué)生認(rèn)知水平匹配的預(yù)習(xí)活動(dòng)讓學(xué)生掌握任務(wù)相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)，并基于預(yù)習(xí)內(nèi)容的完成程度、知識(shí)技能的薄弱環(huán)節(jié)設(shè)置差異化的學(xué)習(xí)目標(biāo)，并根據(jù)學(xué)習(xí)和模型進(jìn)行分組，為課中小組實(shí)操任務(wù)做好準(zhǔn)備。課中環(huán)節(jié)主要是基于差異化的學(xué)習(xí)目標(biāo)，根據(jù)學(xué)習(xí)者模型進(jìn)行不同小組實(shí)操任務(wù)安排與進(jìn)度安排，并進(jìn)行各小組的差異化指導(dǎo)。課后環(huán)節(jié)則是讓學(xué)生利用線上課程平臺(tái)開(kāi)展自主練習(xí)。基于學(xué)習(xí)者模型，平臺(tái)會(huì)給不同的學(xué)生推送差異化的學(xué)習(xí)資源與任務(wù)、習(xí)題等，進(jìn)一步促進(jìn)技能點(diǎn)的掌握。通過(guò)以上教學(xué)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)因?qū)W定教，個(gè)性化精準(zhǔn)教學(xué)。

圖2 基于用戶(hù)行為數(shù)據(jù)分析的精準(zhǔn)教學(xué)模式

三、結(jié)束語(yǔ)

構(gòu)建符合現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展要求的虛實(shí)結(jié)合現(xiàn)代信息化學(xué)習(xí)環(huán)境，結(jié)合人工智能開(kāi)展符合學(xué)生個(gè)性的精準(zhǔn)教學(xué)，實(shí)現(xiàn)一種以“自主、探索”為特征的符合學(xué)生個(gè)性差異性的教學(xué)方式，發(fā)揮了學(xué)生的學(xué)習(xí)主體性，改變了傳統(tǒng)的“教師為中心、學(xué)生共性化培養(yǎng)”的教學(xué)模式，真正做到因材施教，使學(xué)生的創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力的培養(yǎng)落到實(shí)處，有助于推動(dòng)“船舶通信導(dǎo)航設(shè)備”實(shí)訓(xùn)課程的教學(xué)模式改革，并為其他課程改革提供理論依據(jù)與實(shí)踐指導(dǎo)。