VR在汽車檢測與維修專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用

張美吉

摘要：隨著計算機應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，計算機中虛擬現(xiàn)實技術(shù)所展現(xiàn)出的優(yōu)越性被越來越多的企業(yè)和大中專院校重視。特別是應(yīng)用在汽車檢測與維修專業(yè)的教學(xué)過程中。本文將通過分析虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特點和傳統(tǒng)教學(xué)模式的不足來探討虛擬現(xiàn)實技術(shù)在汽車檢測與維修專業(yè)教學(xué)改革中的意義。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實技術(shù) 汽車檢測與維修 教學(xué)

近年來，隨著網(wǎng)絡(luò)、多媒體、人機交互等技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的教學(xué)模式受到越來越大的挑戰(zhàn)。其中，汽車專業(yè)教學(xué)矛盾較為突出。傳統(tǒng)的汽車專業(yè)教學(xué)通常采用以PPT、視頻、音頻等傳統(tǒng)視聽教學(xué)系統(tǒng)的理論教學(xué)和實訓(xùn)車間實際操作的實訓(xùn)教學(xué)。這種教學(xué)模式不僅不能引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時需要大量實訓(xùn)設(shè)備，使學(xué)校面臨較大經(jīng)濟壓力。而利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行汽車教學(xué)，能使學(xué)生成為虛擬環(huán)境中的一員。這樣通過較為真實的感知和操作虛擬軟件中的各種汽車部件，達到身臨其境的感受。

一、虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）

虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統(tǒng)，它利用計算機生成一種模擬環(huán)境，是一種多源信息融合的交互式的三維動態(tài)視景和實體行為的系統(tǒng)仿真，使用戶沉浸到該環(huán)境中，是一門富有挑戰(zhàn)性的交叉技術(shù)前沿學(xué)科和研究領(lǐng)域。于1989年由美國VPL公司創(chuàng)始人拉尼爾提出。從20世紀(jì)90年代起，世界上很多高校對虛擬現(xiàn)實技術(shù)開展了研究。如美國的麻省理工學(xué)院、德國的Ruhr大學(xué)、英國的Linda大學(xué)等都取得了不錯成績。我國對虛擬現(xiàn)實技術(shù)研究較晚，近年來發(fā)展迅速。北京航空航天大學(xué)是國內(nèi)最早研究虛擬現(xiàn)實技術(shù)的機構(gòu)，在大量研究的基礎(chǔ)上開發(fā)出虛擬現(xiàn)實技術(shù)中的視覺接口硬件。在汽車專業(yè)教學(xué)相關(guān)領(lǐng)域，北京科技大學(xué)率先開發(fā)出了純交互式汽車模擬駕駛培訓(xùn)系統(tǒng)，使駕駛員達到了如同真實駕駛一樣身臨其境的感覺，效果突出。綜合看來，虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有三個基本特點，即沉浸性（Immersion）、交互性（Interaction）和構(gòu)想性（imageination）。這些特點使虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育領(lǐng)域擁有極大地潛力，主要體現(xiàn)在五個方面：虛擬課堂、虛擬實訓(xùn)室、虛擬校園、遠(yuǎn)程教育和科學(xué)研究。

二、汽車檢測與維修專業(yè)教學(xué)現(xiàn)狀

目前，各大中專院校汽車專業(yè)教學(xué)普遍教學(xué)過程為：首先用多媒體講解各系統(tǒng)及部件的構(gòu)造演示及工作原理；其次教師在實訓(xùn)室拆裝演練示范給學(xué)生；再次學(xué)生根據(jù)教師操作不斷練習(xí)，教師指導(dǎo)解決學(xué)生練習(xí)過程中出現(xiàn)的問題；最后教師以小組為單位考核評價。這種傳統(tǒng)教學(xué)和考核模式顯然存在較大問題，突出表現(xiàn)在：

（一）教師精力有限，時間有限

在學(xué)生汽車拆裝練習(xí)過程中教師不可能做到對每個學(xué)生進行指導(dǎo)和糾正。勤奮好學(xué)的學(xué)生能夠及時得到教師的指導(dǎo)，對于約束能力較差、學(xué)習(xí)欠主動的學(xué)生很可能就不會或較少受到教師的指導(dǎo)。長此以往，勤奮學(xué)生表現(xiàn)越來越好，懶惰學(xué)生表現(xiàn)越來越差。導(dǎo)致學(xué)生兩級分化嚴(yán)重。

（二）實訓(xùn)設(shè)備損耗較大，易出現(xiàn)意外風(fēng)險

學(xué)生學(xué)完理論課首次拆裝訓(xùn)練時，對部件缺乏系統(tǒng)的認(rèn)知。在拆裝過程中容易出現(xiàn)意外安全風(fēng)險或因操作不熟練造成設(shè)備損壞等狀況。同時，重復(fù)的拆裝也會使設(shè)備零部件過早損耗甚至損壞。

（三）實訓(xùn)設(shè)備陳舊，更新不及時

汽車技術(shù)飛速發(fā)展，院校中新的實訓(xùn)設(shè)備從招標(biāo)到安裝使用往往需要較長的時間。使得設(shè)備安裝使用不久大多已經(jīng)不再是當(dāng)前市面的主流產(chǎn)品。這樣致使學(xué)校培養(yǎng)的學(xué)生與企業(yè)所需的技能人才脫節(jié)。造成學(xué)校培養(yǎng)的學(xué)生技能追趕不上汽車技術(shù)發(fā)展的局面。另一方面，學(xué)校在資金方面也無法滿足實訓(xùn)設(shè)備的快速更新?lián)Q代。

（四）場地、工位受限，一體化教學(xué)實施困難

汽車實訓(xùn)設(shè)備往往較大，移動困難。安裝占用空間大。在有限的實訓(xùn)空間內(nèi)，設(shè)備安裝量受限。造成同一專業(yè)學(xué)生學(xué)完理論課程只能排隊練習(xí)實操的現(xiàn)象。少數(shù)班級甚至出現(xiàn)理論課全部學(xué)完后統(tǒng)一進行實操訓(xùn)練的現(xiàn)象。完全違背了汽修專業(yè)工學(xué)一體化的教學(xué)模式。

三、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在汽修專業(yè)應(yīng)用必要性

（一）激發(fā)學(xué)生興趣，提高教學(xué)質(zhì)量

利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行教學(xué)，擺脫了傳統(tǒng)的教師講解學(xué)生聽記的模式。它能夠模擬真實場景，使學(xué)生在虛擬環(huán)境中進行訓(xùn)練。這樣學(xué)習(xí)就像玩游戲一樣，把原本乏味的教學(xué)和重復(fù)的實訓(xùn)操作變得有趣。有利于激發(fā)學(xué)生強烈的學(xué)習(xí)興趣進而提高教學(xué)質(zhì)量。

（二）促進教學(xué)改革，改變教學(xué)方式

利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)教學(xué)，打破了地域和時空限制。學(xué)生只需一臺簡單的VR設(shè)備就可以隨時隨地的進行專業(yè)學(xué)習(xí)。這不僅突破了傳統(tǒng)教學(xué)的時間和空間限制而且使教師和學(xué)生的身份得以轉(zhuǎn)變。學(xué)生變被動為主動，成為學(xué)習(xí)的真正主導(dǎo)者和參與者。教師只需適當(dāng)啟發(fā)即可達到良好的學(xué)習(xí)效果。真正解放了教師，使教師轉(zhuǎn)變教學(xué)方式，將精力集中在教學(xué)改革上。

（三）降低成本、拓展教學(xué)知識面

虛擬軟件代替大量實訓(xùn)設(shè)備，不僅減少了設(shè)備使用，而且減輕了耗材的使用，降低實訓(xùn)成本。傳統(tǒng)實訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容固定，對某些部件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和原理只能通過PPT形式展示。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以實現(xiàn)動態(tài)展示，使學(xué)生對部件有全方位的認(rèn)識，大大拓展教學(xué)知識面。

（四）操作安全，降低風(fēng)險，提高效率

實訓(xùn)過程中存在安全隱患，一個小的步驟不當(dāng)，都可能發(fā)生危險。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)先在VR設(shè)備上進行模擬操作，等完全熟練后再實際訓(xùn)練。降低了真實操作過程中的錯誤，有效提高實訓(xùn)效率，降低了安全風(fēng)險。有利于培養(yǎng)學(xué)生安全操作的好習(xí)慣。

（五）豐富考核評價方式

傳統(tǒng)實訓(xùn)對學(xué)生的考核評價方式單一。運用虛擬仿真軟件可以實現(xiàn)在軟件上直接考核學(xué)生。而且可以把學(xué)生在虛擬拆裝操作的準(zhǔn)確度和速度作為評價指標(biāo)。系統(tǒng)自動記錄學(xué)生的整個操作過程步驟，做到科學(xué)評價也利于學(xué)生的改錯糾正。

四、結(jié)語

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在汽車檢測與維修專業(yè)教學(xué)過程中體現(xiàn)出的優(yōu)勢明顯。能夠有效緩解教學(xué)設(shè)備緊張局面，盡可能降低學(xué)生在實訓(xùn)過程中的安全隱患，有助于解決汽車維修實訓(xùn)中不可視、不可摸等危險實訓(xùn)課題。激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生想象力和創(chuàng)造力。使教師得到解放，教學(xué)水平得到提高，提升院校的整體教學(xué)水平和質(zhì)量。應(yīng)用前景廣闊。

（作者單位：山東技師學(xué)院）