CN102332219A - 实践互动教学方法的机器汽车驾驶教练的实现方法 - Google Patents

Abstract

将汽车驾驶模拟器提升为能提供驾驶技术互动式数学，集学练于一体的机器驾驶教练系统之实现方法，尤指软件实现法。系统硬件类同汽车驾驶模拟器，软件由互动教学模块、驾驶仿真模块、导航模块和学员数据库等构成。依教学互动方式不同有两种方案：单模式方案下系统由讲授穿插教学游戏然后进入练习与测验模块，依学员参与情况系统给予激励反馈并导向相应流程。全模式方案下系统还有边学边练的互动教学模式：如操作类知识由仿真教学讲授模块演示学员随系统动作分解讲解、提示、乃至无提示作驾驶舱操作跟学，系统据传感反馈给予激励评价；学员结束训练，系统给出训练诊断与建议。学员可遵循系统建议并晋级学习，可因练习勤奋等获荣誉等级实现快乐学习。

Description

实践互动教学方法的机器汽车驾驶教练的实现方法

技术领域

本发明涉及一种驾驶教学系统的实现方法，尤其是结合互动教学理论、多媒体教学软件技术、虚拟驾驶技术等提出一种软件编制方法，使现行主动式汽车驾驶模拟器在现有硬件基础上由汽车驾驶仿真练习器提升为能对驾驶技术按部颁大纲进行全覆盖和标准化教学，且教学方法采用先进的“互动教学”方法，学练一体无缝对接的智能驾驶教学设备或系统---实践互动教学方法的机器汽车驾驶教练(简称机器驾驶教练)。机器驾驶教练依据互动教学策略是否含有驾驶操作的边学边练等教学模式可形成两种技术方案。

机器驾驶教练的教学方式不同于单纯播放教学视频，其“互动”的教学模式克服现行驾驶培训的灌输式教学等缺陷，通过师生互动激发学员的专注性和学习热情，从而实现自主学习、自信学习和快乐学习；其媒介教学确保按交通部教学大纲全覆盖标准化地教学；其晋级学习机制和向学员提供个性化和按遗忘曲线的训练诊断和复习练习任务建议能确保教学目标的掌握不留死角和牢靠；尤其是可提供仿真驾驶教学和驾驶操作动作分解等学习模式的技术方案，更切合驾驶技术实际，学练无缝对接度更高。

机器驾驶教练(尤其是全模式的技术方案)深度应用模拟驾驶技术，从而提供较传统驾驶教学和现行驾驶模拟器更广泛的教学和练习适应性(如可以提供诸如爆胎驾驶等紧急驾驶或行进情境下驾驶的分解合成教学和反复练习，将安全理念或原则变成实在的经验和熟练的技能)。

传统驾驶教学模式下，学员在进行实车训练时要左支右绌地同时应对六大挑战，采用机器驾驶教练充分训练后，学员在实车训练时只需要全力面对“将熟练的驾驶技能应用子真实行车环境”一种挑战。

背景技术

一现行驾驶培训的弊端

目前我国交通肇事死亡率全球居首，其中驾驶员因素和新驾驶员因素又占最大比重。随着我国汽车保有量快速上升，驾驶培训对我国交通安全担负着极大的使命和责任。

现行驾驶培训存在以下的弊端。这些弊端也是本发明试图用技术手段最大程度克服的。

1 教练差异(个体差异和不同时期自体差异)导致的教学弊端：

由于驾驶教练个体差异和自体差异，导致教学存在种种弊端，影响教学内容覆盖的完备性，技术动作讲解的标准化，教学的有效性。具体表现形式与影响参见下表。

教练个体差异与自体差异导致的教学弊端一览表

2 驾校教学管理模式可能带来的弊端

1 教练带学员的小组(班)学习制：教练可能无法关心到每个学员的状况来安排学习

2 学时制的问题

A 生硬学时制：课程到了规定学时自动终止转到下学时内容和教练学习，而不考虑你本学时的内容是否掌握。

B 不同学时不同教练负责，各教练自扫门前雪。教练对学员没有了解无法做到因材施教。

C 教练负责不同学时教学，找他学习时他闹不清该教什么。

以上种种问题影响学员的学习热情和教学有效性。

3 学员个人原因与小组学习方式的矛盾导致的弊端

A 学员因迟到或注意力不集中等原因导致的漏听、部分内容没听懂，难以让教练反复为你讲解：其一是教练带了多个学员，未必会为了一人纠缠不清。其二是教练不是机器，耐心不是无限的。这导致相关学员可能未懂先练，多走弯路。

B 某些学员心理承受力或性格原因，在教练不耐烦的情形下无法专注于学习内容。

4 驾校利益驱动导致的弊端：教练内容最少化、技术学习变味为应试技巧学习

该弊端有两大源头：

其一源自几大矛盾斗争的结果。首先驾校的企业本性必然最求利润最大化。其次，现行教学模式(教练水平参差，小班制，学员相对多，轮流上车实训)，学员学练车轮候时间远大于练习时间。而教练却忙个不停，使教练精力在对每个学员通过考试上用力已经忙不过来。同时，相关部门由于缺乏人手或技术手段，对驾校教学日常监管约等于0，这三种因素作用的结果是驾校的教学内容趋向最少化：在现行驾驶培训实务中交通部规定的驾驶培训教学大纲很多内容在驾校里是不教不练的，驾驶学习变味为驾照考试应试技巧学习。

同时，一些驾校为了压缩用车损耗成本和油耗成本，尽量压缩实车练习时间。驾驶技术是一个完整的技术体系。由于教练内容的完备性的缺失，获得驾驶证的学员只学到一些残缺的片段而已：驾校每年培训出大量马路杀手的现象是毫不奇怪的。

其二源自驾校间价格的恶性竞争。这导致一些驾校采取报低价招收学员，然后在教学中有意压缩教学和练习的内容，最后从学员的补考费或补学补练费中弥补利润缺口的伎俩。该做法恶劣地破坏教学有效性和教学的完备性，令学员充满挫折感，同时浪费了学员的时间精力和金钱。

5 驾驶培训监管部门的指挥棒----驾驶考试无法全覆盖，使监管部门对驾校培训内容趋向最小化的现状处于无能为力的窘境。这一窘境使驾驶教学大纲被事实作废变为常态，让驾驶技术培训变味为驾考应试对付技巧学习班的现状成为常态，与之相对应的就是每年大批马路杀手上路。

6 培训缺乏有效手段，使一些重要的内容只能流于抽象的概念或原则描述，实际效果趋于0。

在传统的驾驶培训中，由于缺乏培训手段，一些与交通安全密切相关的内容却成为培训的短板。例如象爆胎驾驶等，现行的培训方式对这些行进中操作的内容或紧急状况应对的内容，只能做概念和应对原则的教学。这非但记不在，就算记住了在紧急状况也无法形成有效的操作。

7 学员上车面对五大挑战左支右绌

由于理论课取消或低效的填鸭式教学，学员上车时理论考试的那点东西很多已经记不清楚。所以学员上车上路第一要面对驾驶理论基本知识如交通灯、标线意义，会车要点等认识不清带来的困惑的挑战。其次，学员上车要面对驾驶动作要领或技术要领模糊不清的挑战。第三，学员要面对将不太清楚的技术要领应用于陌生的动态行车环境的挑战。第四学员还要面对因缺乏自信导致对教练生气的恐惧的心理压力挑战。第五学员要面对在汽车行进中同时处理以上各种压力的挑战。由于要同时面对五大挑战，学员实训效果大打折扣。

8 学车练车离家或单位远，造成大量时间消耗

见表1

表1 现行驾驶培训实务存在问题概览

从宏观归纳角度和从技术解决的角度、教学参数的角度看，现行驾驶培训的弊端及其解决办法可以总结如表2的8大问题和9大应对措施。见表2

表2 从教学参数看现行驾驶培训的8大弊端以及解决探讨

根据以上表格推演，要解决现行驾驶培训的种种弊端应该采取表格右边的措施，归纳起来就是要1采用制定好的媒介教学确保教学的完备性和标准化；2要运用多媒体技术，确保教学生动；3要采用互动教学模式以实现自主自信快乐学习达到高效学习；4要采用机器代替人类教学，克服人类生理心理缺陷；5实现单人专用型教练和练习器，确保学习热情和获得个性化指导，合理利用个人时间；6采用驾驶仿真技术和设备，实现传统教学无法进行的学习和训练；7该设备个人可以反复学习或练习，确保对技能掌握的熟练；8设备小型化有可能的商业模式吸引社会第三方设立辅助练习中心，实现离家今距练习；9具有全覆盖考核功能和数据库，可以与监管部门联网等。最完美的解决是将这些要求需要集中到一种设备身上。据此，相关背景知识包括驾驶仿真技术与驾驶模拟器、互动教学理论、多媒体教学软件技术等。

二 汽车驾驶仿真技术的结晶：主动式汽车驾驶模拟器

1 汽车驾驶仿真技术与主动式汽车驾驶模拟器

汽车驾驶仿真技术，就是采用计算机仿真技术模拟汽车驾驶的动态过程和视景输出等的技术。可用于驾驶培训和交通研究。

主动式汽车驾驶模拟器一般由硬件和软件两部分组成。其硬件系统一般包括驾驶主要操纵机构及传感器系统、汽车组合开关等、相关板卡及接口等、计算机、显示屏，一般还包括驾驶舱，大型机还包括汽车运动系统等；软件系统包括道路环境的计算机动画实时生成、汽车行驶动态仿真、声响模拟、网络控制、操作平台等。人们通过模拟器的操作部件与虚拟的环境进行互动，从而进行驾驶训练。

驾驶模拟器的基本原理是由传感器将驾驶员的操作信号传递到主控计算机，由主控计算机中的汽车模型软件计算出车辆瞬间的运动位置和姿态，再将车辆运动参数不断地送到计算机图形工作站，由图形软件生成对应的连续变化的道路视景图，并投射到屏幕上；与此同时，模拟汽车噪声，给驾驶员一个接近真实的驾车感觉。

模拟驾驶环境几乎完全“克隆”真实学车环境，却在非行进状态下进行练习，有效缓解学员对汽车的陌生畏惧心理；可反复练习某些技术动作，熟练各种操作。另外，其使用还可以减少教练车环境污染，减少培训的油耗、磨损及教练的指导时间等优点。

2 现行汽车驾驶模拟器的不足：拥强大的平台却只提供汽车仿真练习器功能

汽车驾驶模拟器从其概念和实现原理可以看出，其产生的目地就是为了用于模拟汽车的驾驶状态，在驾驶培训中主要用于替代真车，作为“真车仿真练习器”的角色提供练习。

虽然人们利用计算机的视频播放器，给驾驶模拟器增加了播放驾驶操作教学视频功能，但实践告诉我们，动作类的学习和舞蹈类似，最好的学习方式是边演示，边跟练。光看视频说教难以达到这个要求。而理论学习，光看视频，仍然脱离不了灌输式教学的低效，所以驾驶模拟器在实践中还是主要做为一个汽车仿真练习器。

3 驾驶模拟器教学功能的可开发性

物尽其用，讲求性价比和资源利用水平，是工业技术和工程技术的基本原则。

总所周知：计算机平台具有强大的功能。它完全可以整合汽车驾驶模拟器所具有的汽车模拟操作机构、传感器反馈系统、计算机平台这三类硬件资源，从而在驾驶培训领域达到更高级的应用水平。

三.先进的教学方法论---互动教学

传统教师教学采用的是以教师灌输为主，学员被动学习的教学模式。学员参与性低，学习成效差。与之相对的是强调师生互动的所谓互动教学模式

互动教学是以教师为主导，学生为主体，让学生积极主动地参与教学，通过师生的双边互动等来实现帮助每个学生都能有效学习，每位同学都能获得发展的目的。

互动教学理论认为教学是教师与学生的双边活动，教学过程不仅仅是一个认知的过程，而且也是一个情感交流的过程。学习现场的情境明确为两种：一种是教学内容引发的心理情境，一种是学习者的心理情境。包括企图心和自信心。心理情境大多属于非智力因素。教师应加强引导，通过情境作用于认知，形成“情境----认知---情境----认知”的纵向互动；情境间还产生横向互动，即教材情境和心理情境的互动，增加互动的错综性，就是互动教学的特色所在，它的交错互动提高了情境的能量释放程度。

互动教学理论认为：学生有渴望走向成功的愿望，因此教师要善于抓住积极因素，让学生大胆参与，使学生的整个学习活动充满了喜悦，学习需要得以实现。在整个学习过程中，应始终体现“学生为主体，教师为主导，练习为主线”的教学原则，给学生以充分自主的权利，创造一个良好和谐的学习氛围。

在教学方法上，可采用了三多，四为主。三多即多启发、多直观、多引导实践；。。。四为主就是以学生为主、以参与式摄取为主、以自学为主、以训练为主。

互动教学要避免“授知式”长时间讲解。教师要做到两个绕着转。一是绕着学生转，一个是绕着“活动”转。将教师的主导体现在服务于学生的主体活动中。教学方法应由“讲授”变为”五字教法”。。。。“渗”：策略指导、情景设置、问题设计，进行只是渗透。。。。“评”是必不可少的：通过评价，通过总结归纳学生的表现激励学生。

作为互动教学的导演，老师还要做好几点工作：

1 强化教学目标的吸引力，使学生将教学目标内化为自身目标

2 教师提高自身魅力，形成“晶核”效应。以独到的教法和出众的才能吸引学生，使学生主动配合。

3 强化师生间的沟通反馈协调。教师要调动一切积极因素服务于教学，并及时消除教学隔阂，化消极因素为积极因素。

以上互动教学理论对教师的要求，将是我们对所开发的驾驶教学系统的要求。

四.什么是多媒体教学软件技术

多媒体(互动)教学是指在教学过程中，根据教学目标和教学对象的特点，通过教学设计和互动设计，合理选择现代教学媒体，综合处理和控制文字、图形、图像、声音、视频、动画等多种信息，并使它们建立起逻辑连接，并通过显示设备以的有趣的方式显示出来，同时按需要建立使用者和计算机之间的人机交互操作，完成教学或训练过程。多媒体教学系统的核心是教学软件，多媒体教学软件技术是研究多媒体教学软件的种类特点共性以及编制方法的。多媒体互动教学软件最经典的产品是洪恩--开天辟地系列，上百万国人通过该软件自主学习掌握电脑各种技术。

依据对互动多媒体教学系统的特点，可以划分为以下种类

自主学习型特点：具有完整的知识结构，能反映一定的教学过程和教学策略，提供相应的形成性练习与参考答案供学员进行学习评价

模拟练习型特点：借助计算机仿真技术，再现真实情景，让学员进行模拟操作或练习

训练学习型特点：用“做题---练习答案---反馈”模式强化训练学员某方面的知识和能力

教学游戏型特点：基于学科知识内容，用游戏形式，帮助学员刚好掌握学科知识，激发学习兴趣

此外还有资料工具型、问题求解型、课堂演示型等。

多媒体互动教学软件设计的要求

●正确表达学科知识内容

●反映教学过程和教学策略

●具有友好的人机交互界面

●具有诊断评价和反馈功能

多媒体互动教学软件技术提供了该类软件的编制流程图见图1

多媒体互动教学软件技术为我们提供一个完善的多媒体互动教学软件的编制规则、要求、流程和方法。可以指导我们对驾驶多媒体互动教学软件的开发。

五.艾宾浩斯遗忘曲线及其研究

艾宾浩斯在1879-1880年的记忆实验中创造了无意义音节来进行记忆研究。研究的中心问题之一就是学习后保存两的变化规律。他以自己为实验对象，共做了163次实验，每次实验连续要两次无误的背诵。经过一定时间后再重学一次，达到与第一次学会的同样的标准。实验发现：遗忘的进程是不均衡的，有先快后慢的特点。他用遗忘曲线来表示了这种遗忘的进程，即著名的艾宾浩斯遗忘曲线。

时间间隔	保持的百分比	遗忘的百分比
			20分钟	58％	42％
1小时	44％	56％
			8小时	36％	64％
1天	34％	66％
			2天	28％	72％
6天	25％	75％
			31天	21％	79％

表2艾宾浩斯遗忘曲线遗忘状况统计表(一)骨架支柱的内容不容易遗忘，细微直接容易遗忘：系统学习，建立知识体系

(二)遗忘速度先快后慢见上表

启发：在学习完某项内容后应及时复习，在未等记忆的内容遗忘掉之前就再次复习。这样只需要花费很少的时间就能复习巩同一次。如果等所学的内容全忘了之后才去复习，就等于重新学习一次，此时所花费的时间就比较多，学习的效率就比较低。

(三)有意义能理解的内容不容易遗忘，无意义不理解的内容容易遗忘

启发：在学习时应理解地记忆所要记忆的内容。如果所记的内容没有什么意义，那也可以创造性的赋予其意义。

(四)对有兴趣、爱好和需要的内容不易遗忘

(五)一次记忆同类的内容过多、过久时容易发生遗忘

启发：在学习时要注意不同学科交替学习。因为不同学科的知识由大脑不同的部位主管，所以学科交替学习就可以使大脑的各个部位得到及时修整。

(六)中间材料容易遗忘，开头与结尾的内容容易记忆

1、前摄抑制：前面识记的内容对后面识记的内容有抑制作用；

2、后摄抑制：后面识记的内容可影响前面识记内容的记忆效果。

启发：对所要记忆的内容进行分段来学习，以便增加多个开头与结尾，增强记忆效率。

(七)用脑过度，脑机能下降时，记忆效率低

启发：劳逸结合，不要在疲劳的状态下学习。每学习一定时间后就应当暂停学习。做些有益身心健康的放松活动，增强学习效率。

发明内容

提出解决：在计算机多媒体平台上实现驾驶互动教学，同时兼顾表2的其他要求

根据表2对现行驾驶模式弊端的分析，以及表2中提出的9大解决措施，我们提出的技术方案为：以驾驶模拟器的硬件为主要硬件基础，采用互动教学为方法论，运用多媒体教学软件技术和驾驶仿真技术，开发出兼具互动教学和更深度仿真训练功能的驾驶互动教学软件，形成可以全覆盖标准化教学的，学员可参与教学与系统互动并在互动中得到不断强化的激励，从而实现自主学习、自信学习、快乐学习的全新驾驶教学系统/设备-机器汽车驾驶教练(简称机器驾驶教练)。

在机器驾驶教练的软件中，互动教学模块、驾驶仿真模块，导航模块构成核心的三大模块。互动教学模块是软件的主体；在全模式技术方案中，驾驶仿真模块为互动教学模块中的“仿真教学”部分提供技术后盾。在单模式技术方案中，驾驶仿真模块是仿真练习部分的技术后盾。从系统构成模块关系上看，两种技术方案的区别在于教学模块与驾驶仿真模块是否存在互有部分。

导航模块则对软件使用的便利性以及自主学习的实现具有较大意义。

从硬件上看，机器驾驶教练是台可以反复使用的独训式的教学训练机器，几乎能满足表2改进的9大要求。在该种小型化的设备在出现广泛分布的社会服务提供商后，能改善学员训练离家远的问题。

下面依据互动教学软件设计的步骤，考虑软件的设计问题。

一.确定系统的教学内容和目标：

●教学内容：涵盖教学大纲的所有内容并适当扩展

●教学目标：培养熟练掌握所有相关理论知识点和熟练掌握相关驾驶操作要领，并遍过热练进行相关仿真操作训练，已熟练掌握驾驶操作的实训预备学员或准驾驶员。该类学员面对实训时只面临一个挑战，就是将已熟练掌握的驾驶技能运用于行车环境。

二.系统的软件选型

采用复合自主学习型：即自主学习型下的，反复运用模拟练习型和训练教学型强化形成

学习，局部运用教学游戏型的形式进行加强理解和增加学习趣味性的复合自主学习型

其特征是：具有完整的知识结构，能反映一定的教学过程和教学策略，提供相应的形成性练习与参考答案供学员进行学习评价；在相关环节可以借助计算机仿真技术，再现真实情景，让学员进行模拟操作或练习；在必要环节，能够用“做题---练习答案---反馈”模式强化训练学员某方面的知识和能力；在需要的环节，可以在基于学科知识内容，用游戏形式，帮助学员刚好掌握学科知识，激发学习兴趣。

三.教学策略

采用多媒体互动教学模式进行教学，在教学的过程中突出学员的参与性、自主性，建立有利于启发学员学习动力的师生互动环境和教学情境和学员激励机制

1 针对驾驶教学特点提出3种互动教学模式设计

驾驶是一门实操性很强的技术。依据教学大纲与驾考通常的划分方法，可以把驾驶技术分为理论知识和驾驶操作知识或技能两大类。其中驾驶操作技能还可以细分为基础操作和情境驾驶等。情境驾驶包括场内驾驶、道路驾驶、应急驾驶、特殊气候驾驶、特殊路况驾驶等。对两种不同风格的知识是否采取同样的教学策略，可以区分出两种不同的互动教学方案。

A 理论知识教学采取“讲授-测验-激励反馈”模式

理论学习特点是感官到大脑的学习。其学习目标是通过各种刺激首先对事物建立概念，然后通过概念指导行动。

针对理论学习的特点，结合互动教学的有关原则和交互设计理念，我们提出“讲授-测验-激励反馈模式”作为主要的互动教学模式。在该模式中，首先对知识点进行多媒体教授，然后进行形成性练习或游戏和测验，然后对测验结果给予基于调动非智力因素参与构建学习动力的激励反馈或可爱反馈，并导向相应的进程。在多媒体讲授环节中也可根据需要增加帮助理解的教学游戏环节(参见图7)。这种建立概念再指导行动的学习模式，是人类认知的一般规律，实际上适合一切知识的学习。驾驶技术的课堂学习，是在课堂中对技术要领形成概念，然后将抽象学习中形成的概念指导实际操作训练的行动。在这个过程中，概念形成与动作形成是分开的。传统的课堂学习以及现场的师傅讲授都是这样一种模式。差别是形成概念与落实操作的时间间隔有差距。经验告诉我们：动作或操作学习中，动作概念的形成与动作落实的间隔时间越短，所学动作掌握的程度就越好。当两者实现无缝对接，则达到最佳效果。

B 驾驶基本操作教学采用“动作分解----合成学习模式”

操作/动作学习则与舞蹈学习类似，大脑和肢体配合同时参与则学习效率更高。驾驶的基础操作适合这种模式。

对此，我们利用模拟驾驶技术提出动作学习的“动作分解----合成练习模式”进行教学，实现教学与练习的无缝对接。在该模式中，按先原地驾驶后行进驾驶原则进行学习与练习。同时按认知规律，提出先演示提示下练习到最后实现无提示连贯练习的原则进行学习与练习：首先进行动作演示和要领讲解，然后是学员在系统的分步讲解中跟着进行模拟操作，适当次数的跟随分解操作后，进入系统提示下分解操作练习，适当次数后是系统提示下的连贯练习，然后进入无系统提示的连贯练习。每一个练习过程，都由传感器进行检测是否正确并给予反馈，并导向相应的进程。参见图8、图9

C 情境驾驶教学采用“情境分解合成学习模式”

操作技能中的情境驾驶，其实质是更高级的依据场景变换的基础驾驶操作的组合。在传统驾驶培训中，这部分的学习是在实训中进行的。教练单独跟车指导对学员的帮助较大。但是学员要面对在行进条件下对技术要领把握的挑战；如果学员对要领没有熟练掌握，实际上就要同时面对多重挑战，从而事倍功半。

可在原地静止条件下进行行进状态仿真训练的虚拟技术则在解决上述挑战中显示出优越性：可将行进状态的挑战放在原地静止的状态中仿真练习。

对待这类情境驾驶的学习，我们利用模拟驾驶技术，提出了情境分解合成练习模式。其过程和动作分解合成练习模式类似，只是后者动作的转换是基于前一动作完成进行的，情境分解合成练习模式的动作转换是基于情境单元的转化进行的。见图10、图11

在传统教学中，由于缺乏危险的动态环境的把控手段，一些重要的情境驾驶如爆胎驾驶无法进行真实体验，遑论进行技能的形成性练习了。但是，可在原地静止条件下进行行进仿真训练的虚拟技术，同样为这类危险行进状况下的情境驾驶提供了完美的手段。可惜现行的驾驶模拟器没有突出这一优势。我们提出在机器驾驶教练系统中通过深度开发足够的仿真练习模型实现这一仿真技术的优越性。

以上三种互动教学模式中，后两种(驾驶操作教学模式和情境驾驶教学模式)都涉及了采用了驾驶仿真技术的边学边练的教学模式。在教学策略中，是否采用利用仿真技术的边学边练模式，产生两种不同的互动教学技术方案，包含了以上提出的abc三种互动模式，可称为全模式方案，只含有a互动模式，可称为单模式方案。单一模式对驾驶动作的教学方式就是动作演示讲解，通过测验和题目练习强化记住动作，学是学，练是练，学练区隔较大。两种技术方案的差别可见后文表4。

2 其他互动形式设计 包括课后测验、教学小游戏、尤其是用鼠标实现故障甄别和行动的游戏

在故障辨识教学中，传统教学只能泛泛而谈，媒介教学可以用画面显示，更为直观。而多媒体互动教学则可以通过互动教学设计来强化学员的辨识能力，提高学员参与性。如可以设计为用鼠标实现故障甄别的游戏，在画面拖动鼠标“感觉”画面中部件，鼠标点到的部件系统给出相应的反馈，学员可用鼠标拖动来确定故障部分，找对了系统给予积极评价。

换轮胎这样的活动也可通过类似的游戏设计实现给学员建立概念的目的。

3 根据学员为主体的互动教学原则，采取有益于学员“自主学习”的设计：其前提是对学员使用本设备的动机或需求进行科学简便的分类，针对不同学员的特性提供适合的学习入口选择并导入合理的知识组织结构进行教学。

在该项设计中，可把学员分外临时学员和正式学员，正式学员再分为完整课程学习的晋级学员和随意学员两大类。临时和随意学习涵盖了有一定基础的学员，甚至已经有驾驶证的学员，其使用系统的目的主要是仿真练习和特定科目学习

完整课程晋级学员则指从0开始学习的学员。针对该类学员我们也提供不同的树状结构的知识点组织方式供学员选择，如按驾照考试顺序模式入口、按教学大纲入口、按操作优先方式入口等。学员在逐级学习后最终达到本软件的培训目标：只差实车训练的熟练准驾驶员。

表3 学员需求分析和学习路径安排

■提供晋级式的学习路径：采用SBS模式(STEP BY STEP)级级过关地组织学习过程。在知识点的组织上采用更适合本教学的树形结构(见图2)，并可因此结合学分制来规范过级过程。使学员在SBS的过程中取得完善的知识体系。

●在树形结构原则下，同时提供不同的切入点，代表不同的学车逻辑选择：如

交通部驾驶教学大纲切入点：按大纲进行晋级自助学习

该模式学习逻辑属于概念构建到驾驶操作的过程

以驾驶操作为切入点：从操作入手的晋级学习

其学习逻辑为在驾驶操作中构建概念和体系

●树形结构的学习方式适用性：适合新学员从无到有地建立驾驶技术和技能

■提供菜单式随意学的学习路径：学员可以按自己的需要学习不同的内容，在菜单上选择学习或练习内容

●菜单式随意学的学习路径适应性：适合试学者和有一定基础的学员进行查漏补缺式的学习

●各知识点学习终了可以提供关联知识点的链接，形成网状或复合状的知识路径可能

■在模拟练习的界面，利用超链提供网络结构或复合结构的学习路径

●适合有一定基础的学员或考得驾照后以熟练技术为目的的用户

在临时学习路径下对应的每一个教学/练习结尾，或反馈评价页面中，提供相关性的课程或知识点链接，从而提供一种网状或复合状的知识组织结构(见图3和图4)，使临时学习学员对在所学习或训练的特定科目发现的问题能够方便地进入相应的入口有针对性地提升。

4 形成良好师生互动环境和互动情境的设计：在互动教学中，系统就是老师。在本设计中主要考虑以下问题

建立有益于学员情境认知的设计：主要体现在系统与学员的反馈中的语言风格和行为等，这些来着老师的反馈应该是有益于学员信心建立和增加学员对学习的兴趣和动力。例如在完整课程学员在升级的过程中成功晋级，首先晋级中每一级的名称很有设计空间，可以设计成游戏通关的级别。其次系统在晋级时可以提供几个不同的奖赏供晋级学员选择：一首音乐放松下，或是一盘刺激的教学小游戏？在本设计原则下的设计是可以更丰富多彩的。

增加系统人格魅力的设计：目的是调动学员非智力因素对学习成效的贡献，增加学习的娱乐性趣味性。比如可以考虑在系统中提供不同气质风格的教练类型供学员选择，其气质风格体现于形象、语言、对学员行为的反应上。

四.友好的人机交互界面设计

在本系统中，所谓人机交互界面，由于人是学员，机是机器教练系统本身，其实质很大程度上就是师生交互界面。关于师生互动本系统力图达到的目标在第三点的第3小点已经有所提及。

在师生交互的界面设计中，需要遵循的是简单，可爱，有趣的原则。交互界面的简单带来使用的便捷；而可爱，有趣的界面可调动学员的非智力因素如情感兴趣等，将学习动力最大化。

五.学习评价与诊断设计

评价设计的总体原则-----激励性的评价风格

评价是教师对学员状况的反馈，是互动教学与学员互动的重要环节。评价是对学员具体学习行为的的评定和判断，它可以用于帮助学员激发信心，从学习中得到快乐。依据互动教学塑造师生互动的要求，本模块评价的风格以激励性为主。评价主要放在每个互动行为如练习，测验完成后进行。属于即时评价。在理论知识学习模式下涉及的所谓“可爱反馈”就是这种激励性的即时评价。

诊断

针对学习内容掌握程度的诊断：在理论知识学习里的诊断就是该模式下的测验环节

在完成学习时，诊断模块从学员数据库调集学员的学习数据对学员本次学习掌握情况以及学员数据库以来的掌握情况进行诊断，并提供依据诊断和依据遗忘曲线复练建议。依据遗忘曲线做出的复习建议是与时间相关的，若系统判断下次训练时间与上次训练时间的间隔大于系统诊断建议的间隔，系统会重新提出诊断建议。

六.素材与媒体的选择

采取适合于教材主题，文本，图片、视频、音频、动画等多种形式运用，提高表现内容的可爱性，直观性为目标。

七.深化驾驶模拟模块的开发(含仿真教学模块的技术方案)

在对驾驶动作教学提出了动作分解合成模式和情境分解合成学习模式后，需要驾驶仿真模块依据大纲涉及各种驾驶技术要领建立数量上足够的驾驶动作模型和情境驾驶模型。

八.其他辅助模块

●学员识别模块：指纹识别、IC卡识别模块或用户注册模块，为长期用户跟踪评价及提供学员学习档案服务

●确认训练人本人的监控模块：训练时间对训练者的图片随机采集模块 确保本人训练，为监管当局提供手段

●学员学习档案数据库：记录每次学过的知识点 学练习时间、教学评价，数据库内容不可修改但学员可自己调阅

●教练模型库 服务于提升系统魅力的设计

●学时记录模块：服务于学时制和经营需要

●网络模块：服务于联网需要和网络数据库管理需要；为系统提供联网练车或联网游戏提供服务

●用户使用行为统计分析模块：基于网络应用，服务于产品提升

●信息发布模块：针对场景模型库和汽车数据模型库的信息发布模块

●学分荣誉评级模块：鼓励学员多练习等设置的激励机制，同时为非晋级模式学员换算等级

有益结果

实现汽车仿真器向驾驶机器教练的华丽转变，驾驶机器教练具有以下优势：

■教学好

√学员学习专注度提高(一人一机的独训模式、多媒体表现、互动教学模式)

√教学覆盖：全面覆盖交通部驾驶教学大纲

√教学标准化保障

√扩大了教学的深度和训练的广度(指如爆胎驾驶类的过往无法深入教学和训练的项目)

√教法更科学，三种教学模式符合驾驶技术学习特点(指具有仿真教学的技术方案)

√学练一体，无缝对接

√晋级学习机制，确保掌握后才开始新内容教学

■态度好

√机器教学，永葆耐心，永不咆哮

■学得高兴，学得自信

√激励评价，

√自主学习，合身学习：高效率高把控，充分调动自觉性与自我实现的斗志

■监管简单

√监管部门只需要审核好并指定软件，日常教学监管需要趋于0，系统自动生成学员档案，使学员档案管理不成为空话

√若监管部门与设备联网，可方便查阅到每个学员的学习状况

■应试教育还原为技能学习

■绿色环保 实车训练只需面对一个”行车环境下运用熟练掌握的驾驶技能”的挑战，成功率和效率大增：大大降低实训车辆油耗和车辆磨损

■不增加整体培训成本，长期使用降低成本

√实训教练可通知达到某个实训环节水准的学员参与该实训，以实训小班制节约教练和学员的时间

√配备机器教练除首次配置费用，无人工费用和各种补贴，不会慢待学员、不会坏企业招牌

√驾校可以自配设备，也可与专业的模拟训练机构合作展开机器教练教学

具体实施方式

机器驾驶教练系统的构成

机器汽车驾驶教练系统由多媒体与仿真技术下的驾驶互动教学软件和汽车驾驶模拟器硬件等组成。其硬件系统包括含有驾驶操纵机构、组合开关和传感器等的驾驶舱、计算机、显示屏等，此外为配合监管功能可以增设IC卡读卡器或指纹辨识器以及摄像头等相关设备和接口；软件系统主要分为导航模块、互动教学模块和驾驶仿真模块三大模块，此外还有学员管理模块和学员数据库，以及辅助功能模块包括网络通信模块、后台管理模块等。依据互动教学中是否含有采用仿真技术的边学边练模式可以区分为全模式和单模式两种技术方案(见图5、16和表4)

A 全模式方案的实施方式：

互动教学模块是软件的主体，在含有仿真教学的技术方案中，该模块可以分为；理论教学子模块、理论知识测验练习子模块、仿真驾驶讲授子模块、仿真练习模型库子模块、教学游戏库子模块、激励反馈模型库子模块等六大子模块，互动教学模块通过仿真教学子模块和仿真练习模型库子模块切入虚拟环境。

驾驶仿真模块在软件中的作用是提供虚拟行车环境实现和汽车动态仿真。该模块包括虚拟场景管理平台、包含汽车操纵模型库子模块、汽车动力学模型子模块和汽车运动仿真模型的汽车行驶动态仿真模块、声响模拟库模块、场景模型库等子模块。

驾驶仿真模块为互动教学模块在相关环节服务。其汽车操纵模型库和仿真练习模型库几乎是同一个模块，该模块是互动教学模块与仿真驾驶模块两大模块的交集，也是需要深度开发的子模块；

导航模块由一系列导航页面和页面间的链接组成。其是否简单便利，关系到软件的易用性。同时，导航模块设置的科学与否对学员实现自主学习有重大意义。

学员管理模块则包括用户辨识子模块和学员在学确认子模块，学员数据库等。

学员通过鼠标进入机器驾驶教练的驾驶互动教学模块，可自主进行互动式学习，并得到系统激励反馈实现自主自信快乐学习；在含仿真教学的技术方案下，学员对驾驶操作类的知识可通过操作驾驶舱操纵机构与虚拟环境进行互动，实现动作分解合成的仿真学习和仿真练习。这些操作类的学习练习都可以无压力状况下不断反复直到纯熟为止。学员也可只对某一技术动作直接进入仿真练习功能进行强化性练习。在不含仿真教学的技术方案下，学员除在驾驶学习中没有跟学的优势，其他方面是一样的。

互动教学的实现：六大子模块和三种互动教学模式

六大子模块

作为驾驶机器教练的首要模块---互动教学模块，解决的是驾驶互动教学的问题。包括学科知识教授、教学互动、吸引学员非智力因素参与学习、自信快乐学习等问题。分别由理论教学模块、仿真教学模块、教学游戏库模块、测验练习模块、仿真练习模型库模块和激励反馈库模块六大子模块实现。(见图6)

学科知识的教授依据学科知识的特点由三个子模块实现，分别是理论教学模块、仿真教学模块和辅助的教学游戏库模块。知识教授类模块灵活采用与相关知识点适应的多种媒体来组织教授内容，必要时引入适当的教学小游戏帮助学员参与理解。仿真教学模块则侧重于操作类技能的演示与讲解。并与仿真练习模型库模块结合教学。

教学互动从狭义上讲指对教学成效的检验和教学内容的操练所形成的师生互动。涉及理论类知识的测验练习模块、操作类知识的仿真练习模型库模块、和教学小游戏模块和相应的反馈。

为吸引学员非智力因素参与学习，提高学员学习的关注度，我们设置了教练风格选项和激励反 馈库模块。学员可以选择喜爱的教练风格。教练风格将以教练的卡通形象、对学员行为的反馈风格来体现。

自信学习与快乐学习则结合教练风格，由激励反馈模块实现。在教学互动中，系统对学员的反馈将以激励性的反馈为主，激励性反馈的体现在评价和奖励上，也包括荣誉的给予与剥夺。

从宏观看，教学互动是与所有关联模块交互，即我们提出的与驾驶技术学科特点相适应的三种互动教学模式进行。

互动教学模式a：

●基于概念形成性教学(理论知识)的互动教学模式---【讲授-测验-激励反馈模式】

该模式下的互动教学过程为：(见图7)先是多媒体对知识点的讲授(中间可以嵌入教学游戏等环节)，然后对教学内容进行练习或测验，达标则系统给予奖励性的反馈并晋级到下一环节学习。不达标则给予鼓励反馈后针对练习或测验反映出的弱项提供改正强化练习，并再给予一次练习或测验机会，通过后同样得到奖励反馈并晋级学习。如果仍然无法通过则重修本知识点。本教学模式是个闭环模式，学员必须掌握本知识点内容才有资格晋级学习下一内容。

本模式涉及理论教学模块、教学游戏模块、测验练习库模块、激励反馈库模块

教学互动模式b：

●基于操作知识学习的互动教学模式----【动作分解-合成练习模式】

驾驶操作的学习，采用类似舞蹈学习的动作分解到连贯的学习过程。在此过程中，系统先演示并讲解要领(可在演示讲解过程提供正误动作或流程的图片辨识类的游戏或互动环节，提高学员对正确动作的认识)，然后学员在系统的讲解下操作汽车操纵机构进行仿真练习。从总体上看每一操作动作在演示与讲解完成后将可以进行5个环节的仿真练习，从而确保了学习的充分性。这五个环节分别是系统讲解下的分解练习、系统提示下的分解练习、系统提示下的连贯练习、无系统提示的连贯练习，最后是虚拟环境下的连贯练习，都通过后可以进入下一动作学习。(见图8)

在模拟练习中系统通过传感器反馈判断动作的正误，给予提示反馈，同时系统会有错误动作的图像提供学员比照。动作正确的系统可给予表扬反馈，反之则给予提示并回到前一环节重新学习，在完成系统规定的次数后，系统询问学员是否需要再增加练习？正确完成增加练习后系统进入下一环节练习。每一个模拟练习环节都是上述流程的重复(见图9)。

教学互动模式c：

3 超越传统教学：概念类知识转化为操作经验的方法------【情境分解练习的学习模式】

情境分解练习的学习模式，就是将在行车环境下的特定情境下驾驶技术依据行车情境进行分解并对应操作动作，同时对应地安排视景画面提示和语音提示，建立情境驾驶相关的仿真练习模型库，系统依据情境分解、操作动作分解、画面提示与语音提示等的对应关系演示并讲授驾驶技术，并向学员提供行分解跟随练习到独立练习的学习过程。(见图10)

在该模式的练习片段为：学员进入情境分解状态时，视景显示的是虚拟环境下的行车状态，学员应控制好行车状态；进入情境预备点，系统发出提示，车辆进入特定情境，学员进行相关操作，系统对操作进行评判，错误则给出错误反馈并重新练习；正确则给出激励反馈并比照系统规定练习次数，不够次数继续练习，系统设定次数练完后则系统还会询问是否继续练习。如果练习顺利并完成则进入下一流程学习。

情境分解练习的学习模式同样是遵循系统讲解到伴随讲解进行分解练习，伴随系统提示进行分解练习，伴随提示进行连贯练习，到最后是连贯练习的流程进行。(见图11)

仿真教学和仿真练习的技术后盾----驾驶仿真模块

驾驶仿真模块在系统中为仿真教学的实现提供了技术后盾。仿真驾驶模块在系统中的使命就是提供完备的仿真练习模型库以及虚拟驾驶环境。

驾驶仿真模块由包括汽车动力学模型、大型机的运动仿真模型和汽车操纵模型的汽车行驶仿真模块、虚拟场景管理平台、场景模型库、声音模型库等模块构成。其中仿真练习模型库中涉及两类模型：汽车操作模型和情境驾驶模型。情境驾驶模型涉及汽车操作模型和特定情境，所以牵涉到场景模型与交通环境(机动车，单车行人)模型。所以仿真练习模型库由汽车操纵模型、场景模型库和声音模型和仿真练习相关的导航模块组成。在图中以双点划线连接的模块表示。(见图12)

从图中可见，系统提供通过仿真教学模块进入和导航模块直接进入两种方式进入虚拟驾驶，分别进行仿真教学练习过程或单纯进行仿真练习。

驾驶仿真模块的工作过程如下：在通过仿真教学或导航模块进入仿真单元，系统根据用户的需求从汽车数据模型库中将用于仿真的车辆数据模型调入到动力学模型中，同时选择运行的三维场景，通过虚拟场景管理平台的模型解析模块把它从场景数据库中调入场景管理平台；在仿真过程中，学员通过驾驶舱操纵机构进行模拟驾驶操作，虚拟场景管理平台的人机交互接口将油门、制动、换档和转向等动力学操作信息以及发动机启动、喇叭鸣笛等按钮操作状态送入汽车动力学模型和实时操纵模型中；经过仿真计算后，汽车运动仿真数据被送入虚拟场景管理平台的运动摄像机模块中控制场景内摄像机的运动，同时汽车的行驶姿态还受到地面因素的影响；然后，平台的场景管理控制模块根据此时摄像机的运动状态，通过视景渲染模块将三维场景在显示屏上实时反映出来，模拟视景变化，形成行车体感，并且通过虚拟仪表输出此时的汽车运行参数。另外，为了增强虚拟驾驶的沉浸感，系统还安装有音响系统，根据驾驶人员的操作和汽车运行的状态，从声音模型库中调出相应的声音特效，如汽车的发动机轰鸣声、喇叭鸣笛声、紧急制动等通过声音渲染模块输出。

自主学习的椎手：导航模块合理设置

导航模块由一些列导航页面和链接组成。为提供自主学习环境，本软件编制方法中力求导航设置符合学员需求。依据学员的不同特点，在软件设计中考虑学员的不同特点，为不同类型学员提供适合其水平与需求的学习路径，提高学习成效

学员在开机后首现面对的是学员身份辨识环节，在此我们把学员区分为临时学员和正式学员。所谓临时学员就是偶然使用系统一次的用户，系统不留数据，临时学员可以直接通过点链接过本环节。正式学员指需要学员数据库记录数据和需要系统给予学员学习诊断指导的学员。正式学员首次使用设备以IC卡所存资料或指纹或加上所填表格资料建立学员档案。老的正式学员以后开机辨识身份后系统直接进入数据库中上次训练结束后系统给出的诊断与建议界面，学员可以按建议进入相关环节，也可从该界面链接进入主导航页面自主选择学习科目。正式学员首次完成身份辨识后进入教练选择界面，选择喜欢的教练风格，然后所选择的教练卡通会出来以自己的风格向学员打招呼，然后就进入学习路径选择界面。在学习路径选择上系统给出三类学习路径，分别是晋级学习路径、菜单式随意学路径、直达仿真练习三种路径。页面上有三种路径适应人群的介绍或所选教练卡通的讲解。对于新学员，系统会推荐晋级学习路径，在晋级学习路径下可以有不同风格的晋级路径选择：比如按教学大纲编排的学习路径和以操作学习为主线的学习路径，界面上有相关介绍或教练讲解。进入学习路径学习后就按流程进行。导航模块(主页面)关联模块关系见图13

监管助手和数据库应用基础：学员管理模块和学员数据库

学员管理模块由用户辨识模块和学员在学确认模块构成。

用户辨识模块有两个作用，作用一是确认用户类型。比如IC卡确认是管理员则自动进入后台管理界面。确认是临时用户则直接进入教练选择环节，老正式用户则直接进入学员数据库中前次训练诊断与建议页面；新学员则在学员数据库中建立新用户和档案。作用二是找到用户数据库的地址

学员在学模块由摄像头和摄像采用管理程序组成。其作用是确认学员本人在学，而非他人代替。模块运作机理是在用户辨识后到关机止的过程中随机在几个采样间隔采集训练人的视频图片并压缩存放于学员数据库中供比对甄别。

学员数据库记录学员从用户建立、学习的路径、考评、学习次数、学习诊断和系统建议等一切使用行为和结果，所以学员数据库需要采集学员管理模块数据、采集教学过程数据、采集系统对学员的反馈和诊断数据等。学员数据库作用包括为系统给学员进行的学习诊断提供依据；为学员提供自我管控为目的自身学习数据查询；为驾校和监管方提供详细的学员学习记录；为厂商提供学员使用行为统计分析用于改进产品等。学员管理模块与学员数据库模块在系统的关联见图14

学员可以从导航模块进出数据库查询自己的学习记录和系统诊断建议；管理员可以通过导航模块，也可以经用户辨识进入后台管理模块相关操作后直接查询数据库，管理员还可以从服务器查询数据库。驾校和监管官方等其他不在现场的用户通过网络模块和服务器远程查询学员数据库及其统计分析。

其他模块

后台管理模块：内容包括营业、价格设置、网络设置等

网络模块：服务于联网需要和网络数据库管理需要；为系统提供联网练车或联网游戏提供服务

用户使用行为统计分析模块：基于网络应用，服务于产品提升

信息发布模块：针对场景模型库和汽车数据模型库的信息发布模块

学分荣誉评级模块：鼓励学员多练习等设置的激励机制，同时为非晋级模式学员换算等级系统运行与学员使用过程

1 临时用户

开机，首先面对的是用户辨识页面，页面提供两个选项：临时用户进入、正式用户读卡。点击临时用户进入按钮可进入“教练选择”，选则后进入导航主页面选择教学路径。选择晋级学习路径则从最低级开始开始教学过程；选择菜单式学练中相应模块学习则进入相应模块教学；其中选择仿真练习相应单元则进入相应单元练习。每一学、练习环境结束进入互动环节获得系统反馈评价，然后用户可以选择评价页面提供的重学/重练按钮再来一次，也可按页面提供相关性链接进入相应单元训练，当学员要退出训练，系统依据临时记录给出学习诊断与建议，临时用户退出后，该诊断与建议以及临时记录被清零。

2 老正式用户

通过IC卡确认后，可直达数据库中上次训练的诊断与建议的告之页面，页面与上次不同的是还显示了两次训练的间隔时间，并判断训练间隔是否超过了上次的建议，并计算出新的建议。用户可点击“按建议执行”则到达相应练习或复习页面，完成复习性训练后，如为晋级学习用户：系统自动导入到晋级学习数据库记录的应到达相关单元。相关训练过程完成后系统给予反馈评价，点击再来一遍，或进入新单元学习。当学员完成并退出学习，系统给出诊断和建议，并保留到数据库中。

如为非晋级学习老用户，系统进入菜单式学练项目选择页面，选择菜单式学练中相应模块学习则进入相应模块教学；其中选择仿真练习相应单元则进入相应单元练习。每一学习或练习结束获得系统反馈评价，然后用户可以选择评价页面提供的重学/重练按钮再来一次，也可按页面提供相关性链接进入相应单元训练，当学员要退出训练，系统依据数据库给出学习诊断与建议，该用户退出后，该诊断与建议保存与数据库中

如用户在诊断与建议的告之页面选择“不按建议”按钮，则系统进入到导航主页面，其随后流程与临时用户在相同页面的选择类似，但最后的诊断与建议及整个过程记录被收录在学员数据库中。

3 新正式用户

首次进入，系统将进入学员数据库建立该用户档案：先进入数据库建立用户页面，进行一些操作，然后才进入“教练选择”环节。

在教练选择环节，新用户依据自己喜好选择并给教练穿着后所选教练打招呼。然后进入导航主页进行学习路径选择。有三类选择，分别是晋级学习方式下的两种不同风格的学习路径、菜单式任意学任意练4个选项。假设新正式用户选择了晋级学习方式下的教学大纲晋级学习模式，则首先进入理论学习模块，按讲授-练习-激励反馈的模式进行与系统的互动学习。完成某环节学习并结束本次训练，系统给予激励反馈后进入诊断和建议环节，由于晋级模式是存在清晰的教学路径，系统的诊断与建议一复习建议为主。

当该用户第二次训练，通过用户IC卡确认后，系统显示距上次训练的时间间隔和依据此时间间隔给出新的诊断与建议。如用户选择“按建议办”则进入相应复习环节，完成后系统自动进入晋级学习的新环节，其后完成某环节学习并结束本次训练，系统给予激励反馈后进入诊断和建议环节。

如新正式用户为非晋级模式学员，首次进入，系统将进入学员数据库建立该用户档案：先进入数据库建立用户页面，进行一些操作，然后才进入“教练选择”环节。当该学员选择了某个训练单元，则系统进入该单元学习或练习。结束学习，系统依据数据库记录运算出系统的训练诊断与建议，并记录与数据库中

该用户第二次训练：通过用户确认模块后，进入诊断与建议页面，页面显示两次训练间隔与上次训练结束后的建议日期的差别并运算出新的建议，用户选择按建议执行或不按意见执行，其后续过程和老正式用户相应阶段相同。

见系统总体运行原理见图15

B 单模式的技术方案实施方式：

在单模式的技术方案中，互动教学模块只包含理论教学子模块、理论知识测验练习子模块、教学游戏库子模块、激励反馈模型库模块4大模块。见图17

单模式下的系统全图见图18

该模式下系统运行除表4中与全模式技术方案存在的不同外，其他各方面均与全模式方案类同。

Claims (1)

1.一种将现行主动式汽车驾驶模拟器由主要提供模拟练习的仿真驾驶练习器提升为能提供全覆盖标准化的互动式驾驶教学，具有更广泛教学与练习适应性的、集学练于一体无缝对接的智能化机器驾驶教练系统之实现方法，尤其指软件的实现方法

其特征是

1 机器驾驶教练系统由软件和硬件构成。其硬件构成类似主动式汽车驾驶模拟器的硬件，即包括含有驾驶操纵机构、组合开关和传感器等(的驾驶舱)、相关板卡和接口等、计算机、显示屏等，大型机还包括动感运动机构，此外为配合学员管理功能可以增设IC卡读卡器或指纹辨识器以及摄像头等相关设备和接口。软件的核心模块包括互动教学模块、驾驶仿真模块和导航模块。三者的关系是互动教学模块为主体，驾驶仿真模块为互动教学模块中的仿真教学模块和仿真练习模型库模块提供模拟技术支持，互动教学模块和驾驶仿真模块按是否涉及有驾驶仿真的部分看，二者可存在互有和互无两种关系形，所以本方法下可以形成全模式方案和单一模式两种技术解决方案。二者为互有关系的是全模式方案，其互有部分是互动教学的仿真教学部分。二者关系为互无的是单一模式方案。互动模块则为各模块提供进出通道。此外，软件还可包括学员管理模块和学员数据库、网络通信模块、后台管理模块、信息发布模块等。见图5、15、16、18.

2 采用符合互动教学理论和多媒体教学软件相关原则的方法指导软件编制，编制出的软件的教学过程不是简单的播放教学视频或媒介，而是在教学中学员都参与到就教学内容与系统之间的互动之中，全模式方案下互动主要方式至少包括适应驾驶特点的以下三大互动教学模式即

a 在理论教学过程中，学员至少以“讲授-测验-激励”反馈模式参与和系统之间的教学互动。见图7

b 在基础驾驶操作教学过程中，学员至少以“动作分解---合成”互动模式参与和系统之间的教学互动，在动作分解---合成互动模式系统采取的是仿真技术教学，是一种边学边练的学习方式。见图8、9

c 在情境驾驶学习过程中，学员至少以“情境分解合成练习学习模式”的互动方式参与和系统之间的教学互动。在情境分解合成学习模式中，系统采取的也是仿真技术教学，是在虚拟情境下的跟练学习和操练。见图10、11；

单一模式技术方案中教学主要互动方式只包括模式a.。

3 教学互动形式多样，除特征2提及的互动模式外，还可有但不限于以下模式：教学小游戏，角色扮演，用鼠标寻找故障现象(视频图片)游戏，排出正确动作顺序游戏等

4 教学互动过程中系统对学员给予反馈。系统可以建立基于增强系统人格魅力的教练类型选择和在激励反馈库模块中与之对应的教练反馈库，虚拟教练间以其形象和反馈风格建立其区隔。在本项考虑中，可以学员依据系统介绍选择虚拟教练，也可在新学员首次确认身份时系统做一学员调查，由系统据之指定适合的反馈模式；

5 系统可设有学分与荣誉评价模块，采取双轨制激励模式：学员学习大纲知识点晋级能获得不同学习级别或学分，而练车的勤奋，技术的熟练度等考评参数则可得到额外的奖励积分，奖励积分可以对应特定的荣誉级别。特定学习级别的学员可以获得比如联网练车资格，不同荣誉级别学员可以在联网练习中获得选择车辆款式、颜色的不同特权等激励设计，从而激发学员学习的动力。对于非晋级学习或练习的正式学员，练可以由本模块依据知识逻辑结构和其训练记录计算出相应的学分，结合获得的奖励积分或荣誉级别获得系统激励。

6 仿真练习模型库模块中建立了覆盖教学大纲足够的驾驶操作模型和情境驾驶模型：包括详尽的覆盖教学大纲的驾驶操作模型，尤其是包括详尽的覆盖大纲的虚拟情境驾驶模型，在全模式技术方案，这些完备的建模扩展了系统的教学和练习的适应性

7 进入系统，系统可首先对学员进行区分；系统对不同的类型的学员提供不同的适当的学习练习路径选择；特别是在对新的完整课程学员，系统推荐树状结构的学习流程入口，该流程是晋级学习模式，系统对学员的某个学习流程结果进行评定，并依据该评定结果由系统决定学员是否能进入下一单元或流程学习或是重新本单元学习；

8 系统可设有学员管理模块及配套硬件，此外还可设有“学员本人在学”确认模块并配置相应的摄像头硬件，则用户使用机器驾驶教练的第一步就是面对学员辨识模块，学员可首先被系统区分分为不提供数据库服务和数据库关联服务的临时学员；以及提供数据库机及相关服务的正式学员。临时学员可直接进入导航模块，正式学员可至少分为4种，即新学员-晋级学习模式、新学员-非晋级学习模式、老学员-晋级学习模式、老学员-非晋级学习模式。新学员进入系统第一件事是系统为之建立数据库，然后进入选择教练。老学员则首先面对的可以是上一次培训系统与遗忘曲线综合作用的培训诊断和建议，然后学员选择按系统建议执行进入相应单元或自行选择其他学习或练习内容。对临时学员或其他正式学员，系统可提供菜单式学习或直接进入仿真驾驶练习的选择。通过有关界面提供相关性链接的方式，为通过某个流程学习考核的该类学员提供网状结构或复合结构的学习可能

9 系统可对正式学员提供学员数据库及相关服务，记录学员的培训状况考评结果等。数据库可根据需要采用本地、局域网、网络数据库、服务器等模式进行管理；数据库内容可以查阅不可修改；完成某次培训，系统依据知识逻辑结构和学员数据库记录和本次培训情况，以及遗忘曲线研究成果等对学员下一步学习或复习提出学习诊断和建议，并存入学员档案。学员后续练习必须遵循该建议，否则因系统认为可能遗忘而被系统降级或学分减分

10 其他模块包括系统可设有网络通信模块，以解决网络连接需要和提供不同机器联网练车的需要；系统可设有后台管理模块，提供营业管理、网络设置等功能；系统可设有针对场景模型库和汽车数据模型的信息发布模块，提供相关信息发布功能；系统可设有基于学员数据库记录的用户使用倾向统计分析模块，对厂商优化产品提供依据等。

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