基于混合現實技術的高職新能源汽車技術專業人才培養模式

吳剛

摘 要：本文從三個方面來進行綜合分析，首先對混合現實技術的概念和當前教育不足進行綜合說明，混合現實技術（MR）是虛擬現實（VR）和增強現實（AR）技術的結合，是將現實與虛擬融為一體的未來計算機技術，高職本就是培養應用型人才的地方，非常重視知識的實踐性和應用型，而新能源汽車技術專業也是實踐性非常強的課程，基于混合現實技術，對教育進行創新，有著非常積極的現實意義。其次圍繞混合現實技術，來分析構建新能源汽車技術專業人才培養模式，將從制定課程教學標準，搭建全息教學平臺，創建教學資源，探討新的教學設計、教學手段和教學方法等多方面來分析系統化的人才培養模式，對人才培養模式的方方面面都進行說明，旨在創造一整套基于混合現實技術的教育模式，使文章具有更強的參考價值，能直接為其他專業教育改革提供借鑒。最后說一說基于混合現實技術的育人模式改革的優勢和難點，優勢自然是能夠強化實訓教學，解決實訓設備不足的問題，而難點則在于混合現實技術還處于初步階段，混合現實技術設備造價昂貴、基于混合現實技術的教育資源開發并不容易。

關鍵詞：高職院校 新能源汽車技術專業 混合現實技術 人才培養模式

Abstract：This paper conducts a comprehensive analysis from three aspects. First， it comprehensively explains the concept of mixed reality technology and the current educational deficiencies. Mixed reality technology （MR） is a combination of virtual reality （VR） and augmented reality （AR） technology. In the future computer technology that integrates reality and virtuality， higher vocational education is the place to cultivate applied talents， attaching great importance to the practicality and application of knowledge， and the new energy vehicle technology major is also a very practical course， based on mixed reality. Technology， innovation in education， has very positive practical significance. Secondly， around the mixed reality technology， we will analyze and construct the talent training model for new energy vehicle technology professionals. We will analyze from the formulation of curriculum teaching standards， the construction of holographic teaching platforms， the creation of teaching resources， and the discussion of new teaching design， teaching methods and teaching methods. The systematic talent training model explains all aspects of the talent training model， aiming to create a complete set of education models based on mixed reality technology， so that the article has a stronger reference value and can directly provide reference for other professional education reforms. Finally， lets talk about the advantages and difficulties of the reform of the education model based on mixed reality technology. The advantage is naturally that it can strengthen the training teaching and solve the problem of insufficient training equipment， but the difficulty is that the mixed reality technology is still in the preliminary stage. Equipment is expensive and the development of educational resources based on mixed reality technology is not easy.

Key words：higher vocational colleges， new energy vehicle technology major， mixed reality technology， talent training model

1 引言

高職院校培養應用型人才的意義重大，新能源汽車技術也是社會未來發展的重點方向，該專業主要培養學生能夠對新能源汽車的模擬高壓電器系統、動力系統、空調系統、轉向系統、制動系統、冷卻系統等結構原理有深入地了解，具備較強的實踐操作能力，能夠熟練進行組裝、維護等操作，那么在信息技術飛速發展的今天，嘗試著將混合現實技術融入到教學中，力爭讓學生在三維環境中完成低壓電控系統、高壓電器系統、動力系統等實訓內容的學習，從而增加他們的理論認知以及實踐能力，意義重大。

2 現實混合技術的概念以及現有教學不足

2.1 現實混合技術（MR）

現實混合技術（MR）可以看作是虛擬現實技術（VR）和增強現實技術（AR）的結合，虛擬現實技術（VR）簡單來說就是構建一個純虛擬的數字畫面，用戶戴上特殊的電子道具，可以看到虛擬的世界;而增強現實技術（AR）簡單來說是在現實的環境中，增加一些虛擬的畫面，將這些虛擬的畫面簡單疊加在現實環境中;而混合現實技術（MR）則是將虛擬和現實融為一體，在虛擬世界、現實世界和用戶之間搭起一個交互反饋的信息回路，先把看到的現實環境采集到眼鏡里，進行加工處理，然后通過電子設備呈現出來，看到的仍然是現實，但是是經過了處理和混合的現實[1]。

2.2 現有教學不足

在當前教育中，存在著很多不足，主要表現在：1.學生興趣不足：相比于理論教學，學生對于實踐教學往往更感興趣，而現在新能源汽車技術專業教學卻偏向于理論教學，再加上新能源汽車技術專業知識非常繁復、細節較多，導致學生興趣不足，積極性和主動性不太好，學習效果一般;2.教學方法單一：傳統教學存在限制，教學課時、教學工具、教學思維等影響下，存在著教學方法單一的問題，在新能源汽車技術專業知識教學中缺乏創新，生搬硬套，缺乏新的教育改革刺激點;3.實踐教學資源不足：新能源汽車技術專業教學中存在著實踐資源不足的問題，資金有限，實驗室面積小，實踐工具少，再加上高職院校學制短、新能源汽車技術專業課程繁多的特點，這就導致學生得不到實踐機會，實際操作能力無法發展[2]。

而混合現實技術（MR）應用價值是符合高職院校育人特點以及新能源汽車技術專業教育特點的，高職院校本就是培養應用型人才的地方，新能源汽車技術專業也是實踐性很強的課程。結合現有教育不足以及混合現實技術的應用，能夠解決教學過程中普遍存在的實訓設備不足、教學手段單一等問題，基于混合現實技術，對教育進行創新，有著非常積極的現實意義。

3 人才培養模式分析

3.1 混合現實技術平臺建設

基于混合現實技術，搭建基于混合現實技術的教育平臺，這個平臺應該是現實和虛擬的結合。對于現實平臺和學校來說，最重要的是加強實踐資源投入，與上文問題對應起來分析，以高職院校育人特點以及新能源汽車技術專業教學特點為導向，力爭讓學生在實踐中學習，在實踐中融會貫通理論知識，教學效果會更好，學校加大投入力度，積極配置實訓基地、實踐操作室、實踐器材等，比如建設標準化的新能源汽車結構展覽室，配備新能源汽車的高壓電器系統、動力系統、空調系統、轉向系統、制動系統、冷卻系統等結構，致力于完善實踐教學課程，根據混合現實平臺特點和教學規模進行實訓室的改造，為后期設備入駐和教學開展做好場地準備，致力于提升學生的實踐操作效果。對于虛擬平臺來說，主要難點是創造獨特的MR三維技術空間，構建接近真實的虛擬化場景[3]。

3.2 虛擬教學資源配置

除此之外，難點還在于虛擬教學資源配置。構建混合現實技術教學，目的就是解決現實環境中教育資源的不足，利用虛擬資源來補充，將兩者完美融合在一起，給學生更好的觀看體驗，那么怎么構建虛擬教學資源呢？實地考察新能源汽車技術，了解行業對于人才技能及素養要求，特別是對模擬高壓電器系統、動力系統、空調系統、轉向系統、制動系統、冷卻系統的結構原理的操作任務要求，利用虛擬模擬技術，這就涉及到VR全景制作技術，目前制作軟件有Adobe? Lightroom Classic，Photomatix，PTGui，PTGui Viewer，pano2vr，Adobe Photoshop等軟件，根據需求進行實景拍攝，后期處理輸出全景視頻或全景圖，代碼實現交互邏輯輸出可交互的VR內容，最后將教學資源嵌入到混合現實技術平臺上[4]。制作虛擬教學資源并不是一件容易的事情，需要精細的計算機技術來支撐，當然也需要政策的引領，需要大量的資金支持，制作成虛擬教學資源上傳到混合現實技術平臺上，多方面教育資源在這個混合現實技術平臺上進行整合，不斷優化虛擬模擬技術，實現虛擬教學資源的共享，教師可以在這個平臺上獲取教學資源，進行精準備課，而學生也可以在這個平臺上獲取教學資源，方便課余時間精進學習。

3.3 教學課程設計

教學課程設計主要在于革新教材內容，創新MR教學新教材。對于新能源汽車技術專業的教學內容進行一定的創新，一方面是隨著時代的發展和專業知識的更新，新能源汽車技術在不斷革新，教材隨之革新[5]，一方面是基于混合現實技術，結合學校現有新能源汽車技術教育特點，思考不足之處，嘗試著將虛擬教育內容作為現有教育內容的補充，從而對所用教材進行重新修訂，增加一些全新的教學內容，一方面是結合混合現實技術的特點，它能夠極大地增強視覺效應，提升知識的直觀辨析程度，那么根據這一特點，對教材進行改革，給學生展示更為開放和具有新意的教學內容，使學生在其中把握好對于新能源汽車技術的認識。

3.4 制定教學標準以及教學評價

要重新制定新能源汽車技術課程教學標準，包括課程學習標準、平臺實訓標準、平臺考核標準等等，把握好混合現實技術的特點，混合現實技術具有更強的教學能力，讓學習者能夠置身于更加生動的學習場景中，在全息教學模式下，通過對新能源汽車電池系統、混合動力系統等系統建立三維模型，從原理、操作等方面構建學習體系，根據實際學習情況來制定課程教學標準。課程教學標準與課程教學評價結合在一起，在新能源汽車技術的設計和應用中考查學生的知識掌握情況，引導學生將理論和實踐并重，并且應該根據混合虛擬技術教育的特點，對教學評價體系進行重新審視，在此過程中將理論教學和技能教學融合性培養，使學生的學習能夠得到全面均衡，以提升學生理論和實際能力為核心目的，通過教學評價再不斷優化混合現實技術教學標準[6]。

3.5 新的教學方法

（1）混合現實技術展示教學：利用MR技術把新能源汽車技術專業的教學知識點，在虛擬的環境中展示和演示出來，使學生能夠簡單，直觀，方便地學習新能源汽車技術相關原理等知識，并且能夠在MR環境中，對模擬高壓電器系統、動力系統、空調系統、轉向系統、制動系統、冷卻系統的結構原理進行全方位的學習，學生可以自由選擇，對重點項目還可以深入觀看，比如在“離合器特征”、“壓縮機拆裝”等教學中，在三維立體環境中進行反復觀看，學生的理解也會更加深刻。另外，學生可以采用手勢、語音、體感等對虛擬元素進行互動，在沉浸式、高保真的混合現實世界中觀摩新能源汽車的結構，鍛煉學生的理論知識理解能力[7]。

（2）虛擬現實元素結合：虛擬現實的元素結合，可以構建更加靈活、更具有創造性的教學課堂。比如可以實現遠程虛擬指導的方式，學生身處于現實學校實訓室或課堂，佩戴MR電子道具，專家身處于工廠，一鍵聯動，生成遠程專家模擬影像和相應的新能源汽車技術，可將新能源汽車技術的實際操作全方位地展示給學生，學生可以調節觀看位置角度。比如可以實現虛擬現實模擬，共建虛擬現實場景，將學生和老師拉進場景中，通過MR技術來展開教學、實踐、考察相結合。

（3）進行虛擬實踐模擬：實踐是非常重要的，以高職院校育人特點以及新能源汽車技術專業育人模式特點為導向，加大實踐模擬教學，教師對學生講授得再多，也比不上學生親自動手實踐一次。學生在練習、操作的過程中，發現不管理論知識學得再好，在實際應用中仍會出現各種各樣的問題，只有出現的問題越多，解決的問題越多，以后步入社會走上崗位才不會出現問題。而基于混合現實技術（MR），可以構建虛擬實踐模擬，現實環境并沒有完善的實踐設備，但學生帶上混合現實設備，仿佛置身于工廠生產線上，親自“動手”參與新能源汽車的組裝或者拆卸，MR技術的應用，帶給學生接近真實環境的實踐演練的機會，能夠減少實踐培訓成本，縮短培訓周期[8]。

3.6 新的教學體系設計

基于混合現實技術（MR），可以推動新的教學理念和教學方法落地，普及項目教學、案例教學、情境教學、模塊化教學等教學方式，廣泛運用啟發式、探究式、討論式、參與式等教學方法，推進翻轉課堂、混合式教學、理實一體教學等新型教學模式，形成新的、全面的混合現實技術教學體系。比如案例教學法，通過虛擬現實環境，給學生展示接近于真實場景的學習環境，觀看真實案例;比如項目教學法，在虛擬現實環境下，給學生設定新能源汽車的項目任務;比如提供有問題的汽車，讓學生聽、看、聞、觸等感官全面發動，分析判斷汽車的問題，進行維修解決。

4 混合現實技術的優勢和問題

4.1 優點

（1）直觀生動展示：混合現實技術的應用，就是在解決教學過程中普遍存在的實訓設備不足、教學手段單一等問題。它的應用，能夠讓教學展示變得更加生動且直觀，利用MR技術把新能源汽車技術專業的教學知識點，在虛擬的環境中展現和演示出來，使學生能夠簡單、直觀、方便地學習新能源汽車技術相關原理等知識，并且能夠在MR環境中，對模擬高壓電器系統、動力系統、空調系統、轉向系統、制動系統、冷卻系統的結構原理進行全方位的學習，這樣的仿真模擬功能能夠讓學生置身于接近真實的環境中，去真聽真看真聞真觸碰，真實感受新能源汽車技術[9]。

（2）補充現實環境的不足：混合現實技術能夠用來彌補現實環境的不足，對于新能源汽車技術專業教學來說，就是學校難以給學生提供完善的實訓機會，那么可以讓學生在虛擬場景中去進行學習。

（3）激發學生學習興趣：混合現實技術支持下的教學，展現的是一個絢麗多彩的世界，仿佛讓學生置身于奇幻科學大片中，試想一下，如果將電影中才會有的混合現實技術應用在教育中，它不僅能夠清晰直觀的傳輸知識，更能夠極大地激發學生的學習興趣，調動學生的學習熱情。

4.2 學校方面的難點

（1）技術還不成熟：混合現實技術（MR）和虛擬現實技術（VR）和增強現實技術（AR）有著本質上的不同，它與半虛擬半真實的增強現實技術（AR）有些相似，都是在物理環境中添加虛擬物體，如今AR技術都不完善，一般的AR場景只需要做到虛擬信息的添加即可，MR強調的是虛實融合，所以實現MR效果必須有虛實物體的融合，技術更是處于初級階段。另外，AR和MR都很難解決視覺眩暈的問題，還需要等未來技術發展成熟才能解決。

（2）使用費用較高：一者在混合現實設備，目前設備硬件是HMD頭戴顯示器/眼鏡，使用光波導技術3d成像，具備AR的基本功能，比如帶SLAM的motion tracking（運動追蹤），相比手機AR只能識別平面，MR具備TOF深度檢測能力，可以識別復雜地形、障礙物并進行地形建模，綜合下來設備屬性強大，但造價昂貴，很難全面鋪開。一者是虛擬教學資源的創設，對于混合現實技術來說，既有現實的部分，也有虛擬教學的部分，但是虛擬教學資源的配置并不容易，所需要投入海量的費用來進行編譯[10]。

5 結語

總的來說，信息化技術教學是教學重點突破方向，混合現實技術（MR）是未來信息技術的概念，混合現實技術既有其應用的優勢，同樣在推動落實的途徑中也存在著不少難點。目前混合現實技術還處于初級階段，但是早做準備，設計基于混合現實技術的系統化育人模式，具有積極意義。

注：本文系“科創融教”職業教育改革創新課題：MR（混合現實）技術在新能源汽車技術專業教學中的應用研究（課題編號：HBKC217138）階段性成果。

參考文獻：

[1]黃楚峰.MR混合現實技術在汽車設計中的應用研究[J].藝術科技，2019（7）：2.

[2]張志，楊學新，武波濤.基于混合現實技術的新能源汽車教學模式探索與研究[J].汽車維護與修理，2020（4）：2.

[3]韓攀峰.高職院校新能源汽車技術專業人才培養模式的創新研究[J].汽車維護與修理，2021（22）：3.

[4]王枝東，趙抒萍.混合現實技術在汽車專業教學中的應用[J].汽車維護與修理，2021（2）：2.

[5]劉麗娟，鄭軼，張程.基于混合現實技術的精準高效教學模式研究[J].課程教育研究：學法教法研究，2019（6）：1.

[6]黃昂，沈毅，唐媛媛.基于混合現實技術的工業設備運維設計[J].兵工自動化，2019，38（9）：6.

[7]侯存滿，張真忠，趙海新.信息化教學在高職汽車車身修復技術課程中的應用與實踐[J].汽車世界，2019，000（006）：P.97-97.

[8]陳曉鵬，張霞，潘達.基于混合現實（MR）技術的教學應用研究與實踐——以《動力電池及管理系統檢修》課程為例[J].汽車實用技術，2021，46（17）：3.

[9]宋飛，吳會波，熊江勇，等.信息化技術在汽車維修專業課程教學中的應用與實踐[J].汽車維護與修理，2018，338（22）：21-22.