基于VR技術的汽車拆裝實訓課教學改革研究

譚正生 曾斌 袁光亮 馮仕福

摘要：汽車拆裝實訓課程是高職學校汽車維修專業學生必不可少的一門實訓課程，由于學校受場地、設備儀器等有限的制約，設備儀器使用壽命有限，實訓材料耗費大，教學運行成本較高，且實訓教學過程中缺乏體驗感和存在安全風險。因此，本文對如何將VR 技術應用到在汽車拆裝實訓課的教學改革中進行了探索研究，該技術的引入可彌補傳統實訓教學中存在的短板，豐富了實訓教學內容，使學生能夠身臨其境地學習，調動其的學習興趣，更加積極主動地開展實訓學習，提高該課程的教學效果。

關鍵詞：VR技術;汽車拆裝;實訓教學;改革

中圖分類號：G642.0? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）15-0232-02

0? 引言

隨著科學技術的發展，尤其是信息和電子技術等先進技術的快速發展，VR 技術就是其中之一，它在醫療、游戲、商業等領域廣泛運用，近年也開始被引入到了教育領域中。在汽車拆裝實訓課的教學改革中引入VR技術，可大大降低學校的教學運行成本，有效降低實訓過程中安全風險，增加學生的體驗感，更有助于提高學生學習興趣，激發學生的創新思維能力和動手操作能力，提升實訓教學的效果。

1? VR 技術概述

VR 技術，也稱為虛擬仿真技術[1]，這一項技術最初在美國被提出，并開展了大量的研究，隨后世界上很多國家也開展了該項技術的研究，并成功應用到了商業、游戲等多個領域。近年VR 技術在我國得到了飛速的發展，并在很多領域中得到了實踐運用，而教育領域便是其中之一。由于VR 技術具有沉浸感、交互性、想象力等特點，近年來我國一些高校將其運用在教學和科學研究中[2-4]。將VR 技術引入到理論和實踐性都較強的汽車拆裝實訓課教學中，可有效的解決傳統教學存在資源有限、安全風險等諸多問題，實現教學質量的提升。

2? 汽車拆裝實訓課特點及現狀

2.1 汽車拆裝實訓課特點

汽車拆裝實訓課是高職學校汽修類專業學生必修的一門實訓課程，其教學宗旨在于培養有一定理論知識基礎，較強實踐動手操作能力，能解決實際生產過程中問題的技能人才。學生在實訓教學前首先應掌握基本的汽車理論知識，但汽車是一種由發動機驅動，具有4個或多個輪胎的非軌道車輛，結構和系統復雜。加之廠家和品牌眾多，且更新換代的較快，相應的汽車內部的各種零部件也會隨之升級換代，在理論知識教學過程中，學生本身基礎較差，又需要接受大量的新知識，這給學生學習理論知識帶來了極大的困難。同時，汽車拆裝實訓課又具有較強實踐性特點，學生需要具備一定的思考能力的同時，最重要的是具備良好的動手操作的能力，操縱過程中能根據現場情況進行綜合判斷。但汽車的零部件數量龐大，各個零部件的功能差異較大，且不同車型的構造系統的工作原理存在較大差異性，也影響了學生的判斷，大大增加了學生的實訓課學習難度。本著“以學生為中心、虛實結合、協同創新”實踐教學理念，對汽車拆裝實訓課開展教學改革的探索和研究，在課程設置上適當降低理論部分的難度和深度，注重實驗實訓環節的實踐能力的培養，提高學生參與實踐的主觀能動性。

2.2 汽車拆裝實訓課現狀

當前我國很多院校都開設了汽車維修專業或相關專業，都會涉及汽車拆裝實訓課。經過梳理汽車拆裝實訓課的教學中存在以下普遍問題：

2.2.1 缺乏體驗感，成本較高

實訓教學中需要較大面積的實訓場地、實車和大量配套設備及檢測儀器等，才能滿足學生的實訓需求，但目前很多學校由于受經濟因素的影響，很難配套足夠數量的實車和配合設備。隨著國民經濟的發展，我國的汽車保有量的持續攀升，汽車后市場對相應維修人員的需求也持續增長，各個高校開始擴大招生量，但相應的配套設施設備沒能跟上腳步，出現了人多車少的情況，很難保證每位學生有足夠的操作機會。傳統教學多采用老師示范操作講解，學生只能觀察傾聽，缺乏體驗感，導致教學效果不理想，沒能充分發揮出實訓環節在整個教學中的作用，也很難有效的檢驗和提高學生的實踐能力。另外傳統實訓操作中還需要使用大量的潤滑油、汽油、濾芯等耗材，且配備給實訓教學的教師也不斷增加，大大增加了學校的教學運行成本。

2.2.2 設備儀器使用壽命有限

實訓的教學過程中，設備儀器存在自然磨損和非正常磨損。學生會進行大量的反復拆卸和裝配，實訓車輛、配套設備和檢測儀器均存在嚴重的損耗，即自然磨損;在實訓操作過程中因學生的一些非正常操作導致其使用磨損或損壞，即非正常磨損。這些都會縮短其壽命，需要定期更換，增加了學校的實訓教學成本。

2.2.3 安全風險

實訓的教學過程中，由于部分設備和零部件重量較重，學生在沒有實踐經驗的情況下直接操作車輛或設備，存在傾倒扎傷、觸電等安全風險，導致設備損壞或人身安全事故，增加設備維修費用，也增加了學生和老師的心理壓力，導致老師有顧慮，不敢讓學生操作，學生不愿動手操作的情況，不利于實訓教學活動的開展。

3? VR技術在汽車拆裝實訓課中的應用研究

鑒于汽車拆裝實訓課在傳統教學中存在以上短板，結合VR技術自身的諸多優勢，就 VR技術在汽車拆裝實訓課教學中的有機融合使用進行探討和研究。

3.1 搭建實訓資源庫

利用信息技術和虛擬現實技術，針對真實工廠進行三維仿真模擬，構建虛擬實訓系統，學校老師參與系統開發團隊協作，共同搭建滿足學生課內外學習的VR資源庫，資源庫內包含了豐富的汽車功能原理資源，如汽車發動機、增壓系統、冷卻系統、潤滑系統、轉向系統、制動系統、車身電氣及其他等模塊。同時資源庫還提供VRppt編輯器，老師可以通過編輯器導入和編輯自己的需要的教學資源，導入VR資源庫內容可以是Flash動畫、圖片、視頻等資料，并且通過專用設備實現VR效果，展示汽車運行原理，在解決傳統教學中學生視圖理解有限問題的同時，激發了學生學習興趣，有效的提高理論教學效果。

3.2 構建虛擬實訓車間

VR 技術中的有功能強大的三維互動，虛擬實訓車間的各種場景可由其構建，就如同身處一個真實的實訓車間（見圖1），里面配置各種設備、工具小車以及拆裝使用手冊等。學生在系統內運用射線操作筆進行操作，能夠實現場景圖像、配置工具等的全方位的旋轉動作，還可進行放大縮小，學生通過以上操作可對零件、部件和工具等的進行細致觀看。在虛擬實訓車間內，學生可以完成汽車整車、部件和各個系統的虛擬拆裝，通過虛擬實訓車間的構建，有效減少對學校實訓場地的需求，還能為學生提供真實的感官體驗，避免了工位不足而沒有動手操作機會的情況，同時激發了學生的學習興趣，積極性得到充分的調動。

3.3 虛擬拆裝實訓操作

利用虛擬仿真系統，學校只需為學生提供機房和一定數量的輔助VR顯示設備、3D投影設備、3D眼鏡等設備，就可開展虛擬拆裝操作，解決了學校場地和設備有限等問題，同時節省實訓設備、工具和耗材等，降低實訓成本（見圖2）。該系統包含汽車發動機、變速箱、底盤等拆卸模塊，學生通過射線操作筆進行移動、旋轉、縮放，完成各模塊的拆卸實訓。

系統嚴格按照行業標準的拆卸流程和工具設置相應的實訓內容，學生在拆卸界面選擇合適的工具對合適的部件進行拆卸。拆裝流程均有步驟提示，確保操作符合規范。通過拆卸實訓，學生可以更好的掌握各零部件的結構關系和裝配關系，并監督學生逐漸養成良好的操作習慣，有效的規范學生的實訓操作。虛擬仿真系統設置了三種模式，引導模式：該模式適合于課堂教學，操作位置和工具自動提示，模型會自動切換最佳視角;實訓模式：該模式適合學生自己做實訓練習，可手動控制文字提示、操作位置會出現提示;考核模式：該模式適于老師了解掌握情況，模擬真實考試環境，按規定時間進行倒計時實訓操作考試，屏蔽所有提示。在引導和實訓模式下，設置有快速跳轉點，可快速切換到指定位置，無需因中斷操作后重頭開始。設置有“撤銷”功能，可撤銷上一步操作，對薄弱環節反復練習。設置有“記錄”功能，可查看操作記錄，錯誤之處有特殊標記，學生可隨時進行多次練習，有助于學生自我改進提高，也方便指導老師掌握學生的操作情況并進行針對性的指導。

3.4 虛擬拆裝考核

利用虛擬仿真系統，可對學生的實訓操作進行自動考核。系統在考核模式下，考核結果自動保存在指定位置，記錄有考生的姓名學號、開始考試時間、考試用時及全部操作記錄等信息，可隨時供老師查看，了解學生的掌握情況?？杀苊鈧鹘y實訓課考核時因老師精力有限，無法顧及每個學生的操作而憑印象打分情況，保證了考核的公正性，提高了考核效率。

4? 結論

汽車拆裝實訓課的具有理論知識更新快、專業性和實踐操作性較強的特點， 在傳統教學方式下很難培養出非常優秀的具有創新和實踐能力的學生。將 VR技術融入到汽車拆裝實訓課的教學中，充分利用VR技術的優勢，即可以為學校節約教學運行成本，激發學生的學習積極性，提高學生的創新能力與工程實踐能力。但 VR 技術也無法完全替代傳統教學方式，需與傳統教學方式有機結合，開展深入的實訓課教學改革，才能真正發揮其各自優勢，提高教學效果。

參考文獻：

[1]鄒湘軍，孫健，何漢武，等.虛擬現實技術的演變發展與展望[J].系統仿真學報，2004，16（9）：1905-1909.

[2]劉遠華.汽車專業學生汽車拆裝實訓教學改革的探索[J].成都工業學院學報，2016，2（2）：103-105.

[3]李春青，姜峰.基于虛擬現實技術的汽車專業教學改革研究[J].工業和信息化教育，2021（03）：82-84，94.

[4]梅文濤，苑苓苓，鄭勇峰，高霞.沉浸虛擬現實技術在高職院校實訓教學中的應用探索[J].天津職業院校聯合學報，2015，8（8）：78-81.