基于VR虛擬模擬教學(xué)在高職院校發(fā)動機(jī)拆裝實(shí)訓(xùn)教學(xué)應(yīng)用中的研究

萬飛

摘 要：將VR虛擬模擬（簡稱“VR技術(shù)”）應(yīng)用于汽車專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)是高職院校發(fā)展的必然趨勢。本文以VR技術(shù)在高職院校發(fā)動機(jī)拆裝實(shí)訓(xùn)教學(xué)應(yīng)用中的研究為核心，分三部分對發(fā)動機(jī)拆裝進(jìn)行研究。首先，本文對VR技術(shù)在發(fā)動機(jī)拆裝實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的優(yōu)勢進(jìn)行論述。其次，本文對VR技術(shù)在發(fā)動機(jī)拆裝實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的教學(xué)方法進(jìn)行了設(shè)計(jì)。最后，本文對VR技術(shù)在發(fā)動機(jī)拆裝實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的具體應(yīng)用進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：VR技術(shù) 虛擬模擬 發(fā)動機(jī)拆裝

Abstract：The application of VR virtual simulation （referred to as "VR technology"） in automotive professional training and teaching is an inevitable trend in the development of higher vocational colleges. This paper takes the VR technology in the engine disassembly and assembly training teaching application of higher vocational colleges as the core， and is divided into three parts to study the engine disassembly and assembly. First of all， this article discusses the advantages of VR technology in engine disassembly and assembly training teaching. Secondly， this article designs the teaching method of VR technology in engine disassembly and assembly training teaching. Finally， this article studies the specific application of VR technology in engine disassembly and assembly training teaching.

Key words：VR technology， virtual simulation， engine disassembly and assembly

1 VR虛擬模擬技術(shù)在汽車發(fā)動機(jī)拆裝實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的優(yōu)勢

1.1 創(chuàng)新教學(xué)方法，提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

通過VR虛擬模擬技術(shù)教學(xué)，其相當(dāng)于將傳統(tǒng)的實(shí)訓(xùn)工位及發(fā)動機(jī)臺架實(shí)物放置到VR課堂上，這樣就能讓專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)不再只是單純的部件認(rèn)知。該技術(shù)不僅可以給學(xué)生提供專業(yè)的學(xué)習(xí)圖片、動畫以及視頻的呈現(xiàn)，學(xué)生能夠直接參與到模擬環(huán)境中。而且還可以建設(shè)虛擬的實(shí)訓(xùn)車間場景，能夠?yàn)閷W(xué)生提供多方面的視覺體驗(yàn)，學(xué)生能夠身臨其境進(jìn)入實(shí)物周圍，對發(fā)動機(jī)實(shí)物進(jìn)行全方位的拆裝和認(rèn)知，操作更加豐富。而且在實(shí)訓(xùn)過程中，如果學(xué)生感到乏味，平臺也可以提供游戲式的教學(xué)模式，從而提升學(xué)生的學(xué)習(xí)動力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

1.2 提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率，優(yōu)化考核模式

學(xué)生在VR虛擬模擬場景中熟悉了汽車發(fā)動機(jī)的各零部件，以及拆卸的具體流程之后，再到真實(shí)發(fā)動機(jī)臺架實(shí)物上進(jìn)行拆裝，有利于提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。傳統(tǒng)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)考核方式是實(shí)驗(yàn)工單，使用VR虛擬模擬仿真系統(tǒng)能夠?qū)@種傳統(tǒng)考核方式進(jìn)行優(yōu)化，該平臺會對學(xué)生拆卸操作流程的精確度和工具的正確使用情況，以及拆卸的速度進(jìn)行評定，系統(tǒng)地對學(xué)生的拆卸操作進(jìn)行評分，結(jié)束后學(xué)生還可以查看自己的評分報告或打印出來，知道自己的拆卸流程錯誤操作以及其他扣分項(xiàng)，以便于下次拆裝。優(yōu)化了考核方式，打破了傳統(tǒng)教師以實(shí)驗(yàn)工單的方式對學(xué)生進(jìn)行評分。

1.3 增加實(shí)訓(xùn)教學(xué)深度與寬度

在對發(fā)動機(jī)進(jìn)行拆裝時，其中存在一些危險性較高的操作，從而限制了學(xué)生的深入學(xué)習(xí)以及對知識的挖掘與探索。如果將VR虛擬模擬技術(shù)使用在該實(shí)驗(yàn)中，不但可以降低實(shí)驗(yàn)的安全性，避免一些不安全事項(xiàng)的發(fā)生，而且還可以增加實(shí)驗(yàn)的深度，以便于學(xué)生對知識的深入挖掘。而且隨著汽車技術(shù)和先進(jìn)設(shè)備的不斷更新，高職院校考慮到專業(yè)的建設(shè)與發(fā)展，需要不斷的購買新的實(shí)驗(yàn)設(shè)備才能夠彌補(bǔ)技術(shù)上的不足。如果使用VR虛擬模擬技術(shù)就只需要對學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行更新，與時俱進(jìn)，進(jìn)而讓學(xué)生在新內(nèi)容新技術(shù)的背景下學(xué)習(xí)，學(xué)生才會學(xué)到新的知識和技能，繼而加強(qiáng)了汽車發(fā)動機(jī)實(shí)訓(xùn)教學(xué)的寬度。

2 VR虛擬模擬技術(shù)在汽車發(fā)動機(jī)拆裝實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的教學(xué)設(shè)計(jì)

通過選取兩個汽車檢測與維修技術(shù)專業(yè)班級為例。每班選取10人，共20人進(jìn)行教學(xué)。一班為第一組，共分為兩個小組，一個小組選一個負(fù)責(zé)人，每個小組另選3人作為輔助，對汽車發(fā)動機(jī)進(jìn)行拆裝。

2.1 安全教育

實(shí)體拆裝的班級要注意工具的正確使用，場地安全和拆裝流程安全，避免發(fā)動機(jī)部件掉地砸到自己。使用VR設(shè)備拆裝的班級注意設(shè)備的使用安全，當(dāng)進(jìn)行虛擬拆裝時，周圍必須要有人輔助。

2.2 教學(xué)任務(wù)布置

一班用傳統(tǒng)的工位和工具對發(fā)動機(jī)進(jìn)行實(shí)體拆裝，二班用VR設(shè)備進(jìn)行虛擬模擬拆裝，最后用相同的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行考核評價，對比兩個班學(xué)生的知識掌握情況。

2.3 拆裝過程

在拆裝時，應(yīng)嚴(yán)格遵守發(fā)動機(jī)拆裝流程及步驟，從上往下、從外到內(nèi)的拆裝順序，依次從拆卸，切記不要違規(guī)操作。

2.4 工位清潔與整理

兩個小組要把自己的工具正確有序的放到工具箱的相應(yīng)位置，而且要對自己的實(shí)訓(xùn)工位和場地進(jìn)行5S清潔和整理。

2.5 教師考核

系統(tǒng)會對第二小組的工具正確使用，拆裝流程規(guī)范，工位和場地的清潔進(jìn)行評分，并根據(jù)拆裝的所有項(xiàng)目進(jìn)行綜合的評價打分。第一小組的實(shí)訓(xùn)操作內(nèi)容通過上交實(shí)訓(xùn)工單，由專業(yè)實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)教師進(jìn)行評分。

2.6 小組對比考核

最后每個小組隨機(jī)選取5人進(jìn)行對比考核，首先由實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)教師對發(fā)動機(jī)部件認(rèn)知進(jìn)行考核，其次再用VR虛擬模擬系統(tǒng)對發(fā)動機(jī)的拆裝進(jìn)行考核，最后再用一套完整的實(shí)訓(xùn)檢測題對發(fā)動機(jī)各部件的功能以及拆裝流程進(jìn)行進(jìn)行考核。

3 VR虛擬模擬技術(shù)在汽車發(fā)動機(jī)拆裝實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的具體應(yīng)用

3.1 建立虛擬模擬實(shí)訓(xùn)工位及車間

VR技術(shù)有著虛擬模擬的功能，能在系統(tǒng)里建設(shè)虛擬實(shí)訓(xùn)車間場景。學(xué)生可在建立的實(shí)訓(xùn)車間進(jìn)行漫游，通過手柄上按鍵的操作可以調(diào)整自己在不同的位置不同的方位進(jìn)行學(xué)習(xí)，通過頭盔和眼鏡學(xué)生可以看清發(fā)動機(jī)的每一個部件及其工作過程。學(xué)生也可對發(fā)動機(jī)進(jìn)行虛擬模擬人機(jī)交互結(jié)構(gòu)認(rèn)知、自動拆裝以及手動拆裝過程進(jìn)行教學(xué)。學(xué)生在拆裝過程中能夠使用手柄進(jìn)行虛擬拆裝，通過頭盔能看到拆裝的發(fā)動機(jī)零部件。在整個拆裝過程中，學(xué)生可以把發(fā)動機(jī)及其所有零部件進(jìn)行任意角度的旋轉(zhuǎn)拆裝，進(jìn)而讓學(xué)生對汽車發(fā)動機(jī)零部件有了更加細(xì)致的了解。通過虛擬實(shí)訓(xùn)車間和工位的建立，可以減少學(xué)校在實(shí)訓(xùn)方面投入的經(jīng)費(fèi)，不用花更多的經(jīng)費(fèi)去建設(shè)真實(shí)性的實(shí)訓(xùn)工位和教室，降低了實(shí)訓(xùn)成本。學(xué)校也可以把用來建立實(shí)訓(xùn)室的經(jīng)費(fèi)用在其它重要教學(xué)設(shè)備上。而且通過建立虛擬實(shí)訓(xùn)車間和工位，讓學(xué)生的大腦和眼睛得到了直觀性的體驗(yàn)。在班級人數(shù)較多的情況下，可以合理分組并多開幾臺VR設(shè)備，還能夠解決場地和工位不夠的局限性。

3.2 進(jìn)行虛擬模擬拆裝

使用VR虛擬模擬技術(shù)對汽車發(fā)動機(jī)進(jìn)行虛擬拆裝。而在拆裝過程中，學(xué)生可以通過手炳和頭盔裝置進(jìn)行360°的位置旋轉(zhuǎn)以及可以調(diào)整人與虛擬發(fā)動機(jī)的距離，目的是方便認(rèn)知和拆裝。用手柄激光指準(zhǔn)零部件，它還會顯示零部件的名稱及作用，最后還可以把所有的零配件組裝起來變成一個完整的發(fā)動機(jī)，通過頭盔和眼鏡看清它的工作過程，具有整體、透明、展開三種功能狀態(tài)，通過手柄可選擇并切換，并可抓取部件進(jìn)行任意角度觀看。從而讓學(xué)生對發(fā)動機(jī)零部件有了更深的認(rèn)識，有效降低了教學(xué)設(shè)備受損和學(xué)生安全等問題，大大節(jié)省了實(shí)訓(xùn)的教學(xué)成本。

3.3 進(jìn)行虛擬模擬拆裝考核

實(shí)訓(xùn)的最終目的是讓學(xué)生獲得更多的技能，而在這一過程中教學(xué)的考核機(jī)制就變得非常重要了。VR技術(shù)能夠?qū)W(xué)生的拆裝流程進(jìn)行監(jiān)控，如果學(xué)生出現(xiàn)一些不規(guī)范的操作，系統(tǒng)就會進(jìn)行智能警告和會做出一些相應(yīng)的改善。還會對學(xué)生拆裝的規(guī)范度和錯誤操作進(jìn)行記錄，之后會把拆裝過程中的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行打印，并最終自動分析評分。學(xué)生通過數(shù)據(jù)分析，能夠?qū)ψ约旱牟鹧b過程進(jìn)行自我反思和總結(jié)，最后指導(dǎo)教師根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)對學(xué)生做出一些評價和提出一些建議，從而提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和實(shí)訓(xùn)的教學(xué)質(zhì)量。

4 結(jié)語

將VR虛擬模擬技術(shù)應(yīng)用于汽車實(shí)訓(xùn)教學(xué)是高職院校發(fā)展的必然趨勢，首先它能夠很好地完善實(shí)訓(xùn)場地，優(yōu)化教學(xué)過程，培養(yǎng)具有工匠精神的新技能人才。其次還可以幫助學(xué)生解決高風(fēng)險實(shí)驗(yàn)操作問題，同時也可以解決高職院校實(shí)訓(xùn)設(shè)備不足以及設(shè)備落后等難題。綜合運(yùn)用信息化平臺技術(shù)，有利于促進(jìn)教師“啟發(fā)式”教學(xué)，在教學(xué)演示的同時，教師將教學(xué)內(nèi)容以最直接的形式傳遞給學(xué)生，這將大大地提高教學(xué)質(zhì)量，更有利于實(shí)踐人才方案的培養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王鶴鵬. 基于VR技術(shù)的汽車拆裝實(shí)訓(xùn)課教學(xué)改革探索[J].科技風(fēng)，2016（19）：31-31.

[2]林海彬. 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在汽車拆裝實(shí)訓(xùn)中的應(yīng)用[J]，2017.

[3]王長亮. VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在汽車專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用[J]，2017.