虛擬現實技術在高職實踐教育中的應用
——以汽車涂裝課程為例

曹文君，龍志軍，陳文波

（佛山職業技術學院 汽車工程學院，廣東 佛山 528000）

虛擬現實是集成計算機圖形技術、多媒體技術、仿真技術、多傳感器技術和人工智能技術等多門學科的交叉新技術，可通過實時生成多維信息提供身臨其境的真實感與超越現實的虛擬性，其友好的人機互動性為教育行業的發展帶來了新的潛力。目前，國內外教育研究者已經對虛擬現實技術在教學上的應用進行了初步探索，主要集中在醫學、機械、旅游等相關專業的課程教學。高職教育更為注重培養學生的實踐操作能力，高職汽車車身維修專業以培養具備較高的汽車車身維修方面的理論知識和較強的實踐技能的高級技術技能型人才為目標。汽車涂裝為汽車車身維修的一門專業核心課程，作為本專業學生今后從事汽車鈑金、事故車查勘與定損等技術崗位的支撐課程。課程主要培養學生表面前處理、遮蔽、調漆等實踐操作能力與遵守安全作業規范及5S（整理、整頓、清潔、清掃、自律）標準的職業素養。

1 汽車涂裝課程的實踐教學特點與現狀

汽車涂裝課程由兩部分構成，理論部分與實踐操作部分。理論部分主要講解汽車涂料的組成和分類、涂裝工具和設備的使用方法、汽車涂裝的表面處理技術以及汽車涂裝的工藝流程。實踐操作部分根據車身損壞情況制定涂裝工藝，完成表面預處理、選用與調制底漆、底涂層的涂裝、原子灰的刮涂與打磨、面漆噴涂等工藝操作。

1.1 汽車涂裝課程的實踐教學

（1）工藝要求繁瑣。汽車涂裝對材料和工藝的要求都較高，同時需要掌握噴槍、標準光源對色燈箱、打磨機、拋光機等多種設備與工具的使用。例如，根據不同的工藝要求選擇不同的噴涂手法，包括干噴、濕噴、濕碰濕、虛槍噴涂、霧化噴涂、帶狀涂裝等。汽車車身不同板件采用的噴涂工藝也有所區別，例如，發動機罩的噴涂應先噴涂發動機罩邊緣，再噴涂發動機罩前部和前翼子板側面，從中心開始向邊緣進行噴涂；而車門的噴涂則先噴涂車門框的頂部，再下移直到車門的底部。

（2）涂裝知識更新換代快。為滿足節能、環保要求，汽車涂裝作為汽車生產線中污染最嚴重的一個環節，在涂裝材料和涂裝工藝上的更新換代都成為必然趨勢。硅烷前處理技術，室溫磷化技術，自泳漆技術等新技術都開始在汽車涂裝領域嶄露頭角。隨著涂裝新設備與新技術的出現，汽車涂裝課程內容也將隨之更新課程內容。

（3）安全防護要求高。由于涂裝材料具備一定的毒性與揮發性，在實際噴漆過程中要求嚴格按照安全要求佩戴口罩，防毒面具，護目鏡和手套等防護裝置。

1.2 汽車涂裝課程的實踐不足

（1）傳統的汽車涂裝實踐課程由于考慮學生的安全性，許多涂裝實踐項目采取教師演示法完成，學生缺少親手操作，教學效果打折扣。

（2）受到傳統實訓場地與設備的限制，課程可選取的實踐內容過于片面。

（3）教學方式以一對多為主，缺乏有效的針對性訓練。

（4）由于學生操作不規范導致涂料浪費量較大。

1.3 虛實結合的汽車涂裝實踐課程設計

通過對汽車涂裝課程現狀的分析，充分考慮汽車車身維修技術專業的培養目標與當前已具備的虛擬現實涂裝設備，提出將虛擬現實涂裝設備與實際涂裝設備相結合的汽車涂裝實踐課程設計。

1.3.1 噴涂訓練模擬器

為改進汽車涂裝實踐課程，新購置 ONEW-310噴涂訓練模擬器，該模擬器能讓學生在高度仿真的模擬環境下進行噴涂技能的高效訓練。通過視覺、聽覺以及觸覺來操作完成一個噴涂過程。并且可利用模擬器的操作結果進行數據分析，明確學生的操作失誤點，科學得出實操中不符合要求的參數，簡便有效地將這些噴涂技能轉化應用到實際的噴涂工作中。

（1）教師可在模擬器上進行廣播教學，將規范的噴涂操作上傳同步至每臺學生模擬設備，以供觀摩。

（2）“手把手”引導式教學，在噴涂顯示器上將會顯示噴槍實時的速度、距離與角度與虛擬噴槍，虛擬噴槍表示噴槍應正確所在的位置，可根據參數與虛擬噴槍調整手持位置。

（3）教師可由后臺上傳本堂課的相關的噴涂知識要點，以供學生查閱。

（4）教師端可遠程管理訓練機，分配噴涂任務，設定練習或考試時間，對學生的噴涂過程追蹤評定。

1.3.2 課程設計

根據我校汽車車身維修技術專業培養方案課程體系，采用虛擬現實涂裝訓練項目與涂裝實踐訓練項目相結合的實踐課程設計方案，見表1。

表1 汽車涂裝實踐課程設計方案

1.3.3 課程考核與評價設計

本實踐課程的考核評價參考上述兩個項目，即實踐項目一“虛擬現實涂裝訓練”與實踐項目二“涂裝實踐訓練”，實踐成績=實踐項目一×50%+實踐項目二×50%。每個項目的具體考核標準如表2所示。

表2 實踐課程考核與評價方案

1.3.4 課程實施

虛擬現實涂裝訓練項目融合多種信息化教學手段，以網絡教學平臺及智能手機的第三方應用程序（Application, APP）移動端教學軟件貫穿整個教學過程，包括課前的學習資料、任務書、課前測試題的發布，課中的考勤、自測、問題實時反饋，課后的知識拓展與作業發布。訓練流程如圖1所示。

圖1 虛擬現實涂裝訓練項目實施流程

（1）課前在網絡教學平臺發布課件、微課等學習資源，完成課前自測題。

（2）針對課前自測題結果確定重難點，課堂上定點擊破。

（3）教師在模擬器上進行廣播教學，將涂裝標準操作畫面同步到實訓室的學員機上，以便學生進行觀摩學習，如圖 2所示，實現“手把手”教學模式，維持現場的秩序，并引導、指正和監督各小組的任務完成。

圖2 廣播演示界面

（4）分組涂裝模擬實訓，上傳涂裝成績分析表與涂裝錄像，如圖3和圖4所示。

圖3 涂裝成績分析表

圖4 涂裝錄像

（5）教師根據上傳分析表和錄像，找到學生操作需要糾正的參數，進行重點輔導。

2 涂裝實踐訓練

（1）教師布置車身表面損傷修復任務，分小組討論制定修復方案。

（2）明確小組成員分工，將具體分工記錄到項目工單中。

（3）根據實踐項目一，所學習到的知識點，確定工序流程，正確使用工具與設備，包括噴槍、打磨機以及漆面測量工具等的使用，實施修復方案。

（4）現場5S要求管理。

（5）上交填寫完整的項目工單，進行小組互評與自評，最后由教師講評小組任務完成情況。

3 總結

采用虛擬現實技術對傳統的汽車涂裝實踐課程進行改進后，教學效果有了明顯改善，主要體現在以下幾個方面：

（1）引入噴涂實訓模擬器，激發學生的學習熱情，先通過虛擬現實涂裝培訓讓學生掌握涂裝工具的使用與涂裝工序，之后再進入涂裝實踐項目，虛實項目緊密銜接，讓學生將所學的知識運用到實踐中，獲得心理滿足感。

（2）模擬器的廣播功能，可緩解實踐教師數量不足的現狀，解決傳統實踐課程“圍觀”式教學，改善課堂氛圍與教學效果。

（3）噴涂實訓模擬器的投入使用，大大減少由于學生工具設備使用不熟練，涂裝工序流程不清晰等造成的涂料等耗材的浪費，節約教學成本。

（4）立體式評價標準，重視課程的過程性評價與小組的團隊協作能力，根據涂裝成績的分析，找到每位學生的實踐弱點所在，定點解決難點，明確學生改進的方向。