虛擬現實技術在中職汽修教學中的應用

周航輝

(溧陽市天目湖中等專業學校，江蘇 溧陽 213300)

0 引言

進入21世紀以來，隨著信息技術的不斷更新發展，虛擬現實技術得到了長足的進步，并且已經在國內外的高校教學、實驗研究、商業活動等領域得到廣泛運用，得到社會公眾的廣泛認可。汽修專業教學一直以來存在經濟成本高、危險系數大、器材復雜易損、設備更新較快的問題，因此，運用虛擬現實技術建立虛擬實驗平臺以進一步提升汽修專業教學質量，就成為汽修專業獲得進一步發展的重要途徑。

1 虛擬現實技術概述

1.1 虛擬現實技術的概念

虛擬現實技術是一系列高新技術的匯集，這些技術包括：多媒體技術、計算機圖形學、人工智能、人機接口技術、高度并行的計算技術和動物的行為學研究等[1]。虛擬現實技術的水平高低主要體現在軟件水平和硬件水平上，軟件水平主要是對操作系統的優化和開發，硬件水平主要是設備的更新和組合[2]。

1.2 虛擬現實技術的特點

虛擬現實技術的實質是為用戶提供一種高級的人機互動接口，它改變了用戶與計算機之間的被動、枯燥和生硬的關系，為用戶提供了一個人性化的虛擬世界[3]。虛擬現實技術有以下三個特點：

(1)全方位感知。在當前的技術條件下，虛擬現實技術除了可以實現提供視覺感知外，還可以通過媒體組合的方式向用戶提供聽覺、觸覺、運動、嗅覺等方面的感知。(2)身臨其境感。虛擬現實技術通過全方面感知的提供，可以為用戶建立一個真實度極高的虛擬世界，用戶在虛擬世界中可以獲得與現實世界一樣的感官享受，并且提供現實世界中不能獲得的樂趣。(3)同步反饋。使用虛擬現實技術的用戶可以通過操作獲得及時反饋。

2 虛擬現實技術應用的必要性

在我國中職學校的汽修專業教學中，受各方面條件的限制往往只能向學生提供靜態教學，學生只能通過教師的引導介紹，了解汽車整體構造和零部件，很少能夠進行實踐教學。究其原因，往往是因為實踐教學經濟成本較大，學生人身安全不能得到充分保障，設備數量不能充分對應學生數量，場地要求較高，教師數量不能滿足實踐教學等現實問題。

在汽修專業中運用虛擬現實技術建立汽修虛擬教學平臺可以有效解決以上諸多問題，學生可以通過佩戴交互頭盔進入教學平臺設計的三維立體空間，對汽車零部件的設計和修理過程進行感知，并且通過學生在空間內的操作獲得教學平臺反饋，提升學生的操作精度和速度。從現實情況來看，利用虛擬現實技術建立汽修虛擬教學平臺有著以下優點。

2.1 降低教學成本

在虛擬教學平臺進行教學的經濟成本相比于現實實踐教學更低，比如在現實實踐教學中進行發動機的拆裝實驗，一般以三名學生為一個小組進行教學，需要在實驗場所擺放15臺發動機才能夠滿足相應的教學質量，如果在每臺發動機位前分配過多的學生，必然會導致學生對實際操作的理解不深入，參與程度降低。而在虛擬教學平臺中進行以上教學，完全可以通過系統的后臺配置，讓每一位學生同時進行一對一的實踐教學，提高拆裝的質量和效率，在下一環節的現實教學中減少錯誤，降低設備不必要的損耗。

2.2 提高教學安全性

對初學者來說，汽車維修是一個具備風險性的工作，汽車零件和液體設備均可能對學生的身體、眼睛、皮膚造成一定損傷，但是在虛擬教學中，學生既可以進行實驗操作，又不會存在安全隱患。

2.3 增加實驗深度和廣度

汽車行業是更新速度較快的行業，學校為了教學內容與學生未來工作內容能夠保持一致，應當保持對學校教學實驗設備的不斷更新。但是由于中職學校的經濟實力往往較弱，設備更新難以滿足教學需要，因此運用虛擬教學平臺實時數據更新，可以保持教學與實踐的高契合度，增加實驗的深度和廣度。

2.4 增加授課靈活性

因虛擬教學平臺對教學的地點和時間沒有過高要求，并且虛擬教學平臺不會對學生身體造成損害，在進行教學時，僅需要一至兩名教師對學生提出的問題進行解答即可，有效提升了教學靈活性。

3 虛擬現實技術應用的主要形式

采用虛擬現實技術建立汽車虛擬仿真實驗室，可以加強學生理論學習，鍛煉實際操作能力。

3.1 汽車保養

可以通過虛擬教學平臺建立汽車保養檔案的教學內容，學生可以創建專屬的保養檔案，對教學內容進行分點式記錄，當學生對某一內容進行操作時，保養檔案會對其進行記錄。學生可以通過查詢保養檔案，發現自己對汽車的保養操作是否符合汽車應保內容，是否存在提前保養和遺漏保養的項目，并且所操作的保養項目是否存在工序步驟錯誤等情況。學生發現錯誤后，可以通過教學教程的版塊，重復學習教學內容，了解并掌握汽車保養的有關知識，確保操作工序、保養流程的準確性。學生通過在虛擬教學平臺上的學習，可以有效提升自己的操作熟練度，確保提高現實實踐操作中的準確度，解決不知如何下手和盲目操作的問題，提高專業教學質量。

3.2 汽車性能測試虛擬平臺

在汽車工程專業課中，對汽車的性能進行測試是一項很重要的內容，如果由學生在現實教學中對汽車進行點火、踩踏油門、急剎車、轉換配速等操作，很容易發生教學事故，對學生的人身安全造成危害。但是通過虛擬教學平臺，由系統通過改變發動機聲音、增強或減弱車身晃動、轉變汽車行使方向、提高或降低發動機轉速等方式對學生的操作進行實時反饋，可以真實的讓學生感受到汽車性能的變化，從而掌握教學內容。

3.3 汽車故障檢測和維修虛擬實驗

在實踐教學中，教師往往會避免對一輛汽車設置過多的故障，以防止汽車損壞，即使是同一類型故障也不能重復設置，這些教學現實都會影響學生對汽車故障檢測和維修的能力提升。在虛擬教學平臺中，可以提供現實中汽車經常出現的各種故障，由學生對整車進行故障檢測，發現汽車中存在的問題，并進行維修。學生也可以自行選擇故障種類，對自己不熟悉、不了解的汽車故障進行反復維修，以達到熟練掌握的效果。在虛擬教學平臺中，學生也可以對實踐教學中難以實現的教學場景進行學習。例如，出于安全性方面的考慮，學校往往不會將汽車舉升讓學生在汽車底盤下進行觀察，但是在虛擬教學平臺中，學生可以自行操作虛擬空間內的舉升機，將汽車舉升至半空，觀察汽車的底盤狀況。在虛擬教學平臺中，學生也可以使用各種專業維修設備對汽車存在的故障進行維修，例如燃油壓力表、診斷儀、廢氣分析儀、真空表、示波器等，這些設備由于購置成本較高，不可能在實踐教學中過多的進行配置，學生也不能分配到充足的時間對設備進行熟悉，而在虛擬環境則不受此限制。

3.4 虛擬拆裝

在汽車維修中，對汽車組件進行拆裝是必不可少的環節，但是在實踐教學中進行拆裝教學，存在教師配置成本、經濟成本、設備損壞風險等諸多問題，影響了學生對拆裝流程的學習。而通過虛擬教學平臺，學生可以做到與汽車組件的“一對一”，在虛擬空間中，學生可以根據組件特點自主選擇拆裝工具，自行規劃拆裝步驟，教師再對學生存在的問題進行指導，學生根據教師的指導對易出現錯誤的步驟進行反復操作，不斷優化拆裝效率，減少無用拆裝步驟，提升學習效率，實現教學成本的降低。

4 結語

虛擬現實技術在中職學校汽修專業的充分運用，可以有效解決以往汽修專業中存在的問題，對汽修專業教學水平的提高提供了一個很好的補充，能夠有效提升學生對教學內容的掌握程度和學校的教學質量。