虛擬現實技術在汽車類專業教學中的應用研究

摘要：隨著科學技術的發展，虛擬現實技術在各個領域逐漸推廣和使用。虛擬現實技術可同時發揮計算機技術、仿真技術、電子信息技術的優勢，將虛擬和現實相結合，使人們可以在虛擬空間真實感受到真實環境。將虛擬現實技術應用于汽車類專業教學，可有效解決傳統教學模式下實踐性不足、教學資源緊缺的不足，最終促進教學質量的提高。

關鍵詞：汽車類專業教學;虛擬現實技術;教學環境

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）27-0105-02

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

汽車類專業教學最注重的是將學習的理論知識與實踐教學環節相結合，因此汽車類教學安排的實踐環節課時較多，但是在學生進行實踐教學的過程中發現，實踐教學環境的教學成本較高，教學設備具有一定的損耗率，學生在不能熟練操作設備的情況下還有一定的危險系數。汽車類專業屬于理工學科的范疇，教學重點在于讓學生在教師的引導下探究汽車的零部件結構和零部件組合運行的工作原理，如果沒有足夠的實驗設備，則不能實現預期的教學目標，虛擬現實技術可以在保證教學質量的前提下降低教學成本，還能在教學環節實現以學生為教學主體的目的，因此虛擬現實技術在汽車類專業教學中進行應用是行業發展的必然趨勢。

1 虛擬現實和汽車類專業教學

虛擬現實技術是讓使用者在虛擬空間中感受到真實，通過多技術的結合，使用者可同時接受到來自視覺、聽覺、觸覺等多方面刺激，從而做到虛擬中的真實。虛擬現實技術的本質是一種高科技的人機互動接口，它與一般的人機互動方式不同，傳統的人機互動內容較為枯燥且動作生硬，而虛擬現實技術較為人性化，人性化表現體現在三點：第一點是虛擬現實技術的多感知性，傳統的計算機技術一般只給用戶帶來了視覺感知，虛擬現實技術則可以為用戶帶來觸覺感知、運動感知以及聽覺感知，先進的虛擬現實技術甚至可以為用戶帶來味覺感知和嗅覺感知。第二點是虛擬世界的沉浸感，虛擬現實技術的創新目標是讓用戶在虛擬世界中有近似真實世界的感受，從而全身心地沉浸到虛擬世界中。第三點是虛擬現實技術的實時性，例如用戶在操作推動虛擬世界物體時，虛擬世界的物體會隨著用戶的推動而發生符合物理規律的平移或者翻轉。

虛擬現實技術與傳統教育領域結合后，很好地彌補了很多專業教學的不足。一方面虛擬現實教學彌補教學條件上的不足，通過虛擬現實技術可在不損耗場地、設備以及其他資源的基礎上實現實踐教學，學生可在教室中就完成實驗操作、實踐學習等，使教學對教學資源的需求降低，有助于教學活動的展開和推進。另一方面則是虛擬教學打破了傳統理論授課和實踐教學分離的格局，學生可在實踐體驗的同時學習理論知識，在逼真的環境中完成動腦、動手環節。

現階段虛擬現實技術在汽車類專業教學中的應用主要有以下幾種形式：首先，汽車駕駛教學中的應用，通過虛擬現實可模擬車內環境和路面環境，讓學生在教室中完成駕駛學習與訓練，同時還可體驗不同路況下的駕駛特點并且沒有傳統駕駛教學時的操作風險，安全性、可靠性、便利性均較高。其次，在汽車構造教學中的應用，通過虛擬現實技術可構造出逼真的汽車模型，同時這種模型還支持放大與縮小要求，便于學生從各個角度觀察汽車各部件特點，有助于學生快速了解汽車構造，縮短教學周期。同時虛擬現實技術在汽車檢修教學中也有所應用，通過虛擬現實技術構建各類故障模型，學生可在教學中實際感受故障發生原因、故障表現以及檢修方法，相較于傳統的檢修教學，虛擬現實下的檢修教學更具可操作性。此外，虛擬現實技術在汽車裝配、汽車檢測、車內環境藝術設計等教學中也有所應用。綜合來說，虛擬現實技術彌補了傳統汽車類專業教學成本、可操作性、實踐性的劣勢，使汽車類專業教學效率更高，更具實踐特征。

2 虛擬現實技術在汽車類專業教學中應用的意義

2.1 汽車類專業教學的現狀以及教學問題

汽車類專業涉及的范疇較廣，學生需要學習汽車理論、發動機原理、汽車基本構造、汽車維修技術、汽車新能源技術等，汽車制造維修行業融合了信息技術、機械技術、化工技術、電子技術等相關的技術，這些技術都屬于理工科類，因此實踐型教學有一定的危險系數，而且汽車類專業教學需要的實驗設備成本較高，很多開設汽車類專業的學校都不能滿足學生的實踐需求，一般的院校都會選擇在實踐教學中展示汽車的靜態構造，安排的動態實踐課時較少，這就導致該專業的學生很少有親自實踐理論知識的機會，教學可操作性差、對實體模型的依賴性強，需要大量的資源作支撐，很難大范圍提升學生的實際操作能力。

通過對相關院校汽車類專業的教學情況進行分析，可總結出現階段汽車類教學主要存在五點問題。第一個問題在于進行理論性知識實踐的教學成本高，作為我國的重點發展行業，汽車行業的各項技術在不斷地進行創新，汽車的電子控制系統和發動機的更新速度很快，并且這些汽車基本設備的單價很高，學校想要跟上汽車行業發展的速度，就需要不斷地更新教學設備，學校一般很難承受這么高昂的實驗設備費用，因此學校只能在自己的能力范圍購人新的實驗設備，這就導致學生不能體驗到最新的汽車制造維修技術，每屆學生的專業學習內容跟不上汽車行業發展的速度。第二點在于汽車類專業教學被安全系數要求和實踐場地所限制，這就導致學生不能體驗一些特殊課程的實驗環節，例如汽車碰撞實驗和汽車操縱穩定性試驗。第三個問題在于汽車相關的部件設備實驗損耗率較大，學生的實際操作經驗不足，在自主實驗環節出現誤操作的可能性較大，這不僅有可能會傷害到學生的人身安全，還容易使實驗設備出現損害性故障，在汽車構造實驗課程中，需要學生親手拆裝發動機，這樣的反復操作會過度損耗發動機部件，從而增加后期的設備維護費用。第四個問題是汽車類專業的教學系統結構單一，通常是向學生進行靜態演示，這種單一的教學方式使得師生之間缺乏互動，學生也不能很好地將理論知識帶到實際操作中。第五個問題是實驗室的工位不能滿足學生數量的需求，雖然各個高校一直都在加大設備資金投入，但是供不應求的情況還是存在，大部分實驗課會讓學生自己結成小組，然后小組合作進行實驗，學生小組中會出現一些學生參與程度較低的現象，并且實驗課程的指導教師沒有那么多精力來對每一個同學提供技術指導，這會導致拉開了學生之間的技術水平差距。

2.2 虛擬現實技術在汽車類專業教學中應用的優勢

首先應用虛擬現實技術可以有效降低教學成本，在實踐教學環節可以保證每一位同學都參與進來，并且通過虛擬現實技術的教學訓練之后，再讓學生進行發動機拆裝的實際操作可以有效降低誤操作的概率，從而降低實驗設備的維修費用。其次，使用該技術還可以提升教學靈活度，通過虛擬現實技術，可以讓學生體驗到最新的汽車技術，并且可以增加相應的新型實驗項目。將該技術應用到汽車類專業教學的實踐環節還能調節實驗課程師資不足的問題，提升了實驗教學的時間和場地的靈活度。從學生的角度來看，虛擬現實技術可以有效提升學生的學習興趣，讓學生始終處于學習的主動地位。

3 虛擬現實技術在汽車類專業教學中的應用

3.1 汽車構造教學

通過虛擬現實技術構建虛擬實驗場景，在汽車拆裝實踐教學，虛擬場景包括所需的工具車，系統會向學生講解此項實驗的具體操作內容以及工具車中各類工具的適用場景，學生可以在虛擬世界中將發動機的拆裝臺架進行各類翻轉操作，并且學生可以根據自己的學習需求來更換不同的虛擬實驗內容，而系統會將學生在虛擬世界的操作情況進行記錄，這樣便于指導教師針對記錄結果進行專業指導，讓學生及時認識到自己在實驗過程的誤操作，從而加以改正。

3.2 汽車操作理論教學

汽車類專業有些理論知識的實踐課程多通過實車演示來完成，如：汽車制動性、動力性能、操縱穩定性、通過性以及汽車行駛過程的平順性，學生只能通過獲取實車演示信息數據來進行理論知識的學習，使用虛擬現實技術則可以讓學生更加直觀地對實驗進行分析，使學生不僅能獲取數據還能形成真實體驗，提高操作理論教學的實踐性和可操作性。

3.3 通過虛擬現實技術進行虛擬排障檢測和虛擬汽車維修實驗

在汽車排障檢測的實驗環節，一些故障不能多次設置，否則會導致汽車的零件被損壞，但是通過虛擬現實技術可以實現重復設置汽車故障，這樣可以使學生對汽車進行綜合排障檢測，并且可以使用虛擬世界中的工具箱來進行故障維修。通過虛擬現實技術可以設置100多種汽車故障，例如發動機進氣溫度太高、冷卻液出現異常溫度或者凸輪軸位置的傳感器出現線路故障等，學生可以自行選擇各種故障模擬訓練，然后再虛擬車間中對查出的故障進行維修，在虛擬車間中，學生可以通過升起虛擬汽車舉升機來架起車身，然后通過汽車底盤的視角來分析故障，學生主要通過鼠標來實現人與計算機的信息交互，由此來達到虛擬排障、維修的目的。

3.4 遠程教學

汽車類專業有很多課程需要學生深入到汽車工廠、行車道路等環境中進行觀摩與學習，組織學生到教室外環境進行學習涉及諸多問題，如學生的安全問題、成本問題等。通過虛擬現實技術可將工、道路等特定場景轉移到教室中，讓學生在教室中就完成特定的學習內容，教學的成本大大降低。同時學生在虛擬現實環境中不用擔心錯誤操作造成的損失和社會危害，學生能夠放心大膽地進行嘗試，教學的安全性也較高。

4 結語

虛擬現實技術在汽車類專業教學中的應用解決了大部分高校在實踐教學課程中出現的難題，完善了實踐教學內容，降低了實踐教學成本投入，保證了實踐教學課程的安全系數，提升了學生的學習興趣，并且有效地提升了教學質量。應用虛擬現實技術是汽車類專業教學的必然發展趨勢，虛擬現實技術是多種現代技術融合的產物，它為汽車類教學提供了創新渠道，為汽車行業的發展提供了高質量的專業人才，這對推動整個汽車行業的發展有一定的現實意義。

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【通聯編輯：代影】

作者簡介：朱孟偉（1983-），男，山東臨沂人，柳州城市職業學院講師，碩士，研究方向：三維動畫與游戲制作、VR虛擬現實技術。