虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在汽車維修教學(xué)中的應(yīng)用

關(guān)鍵詞：汽車維修教學(xué)；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；中職教育；教學(xué)軟件系統(tǒng)；教學(xué)質(zhì)量

0引言

隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，汽車維修行業(yè)從業(yè)者需要具備更高的素質(zhì)以及熟練的技術(shù)，而且家用汽車的大量普及，導(dǎo)致相關(guān)人才的需求日益增加。但是傳統(tǒng)的理論教學(xué)以及簡單的模擬性練習(xí)已經(jīng)難以滿足專業(yè)教學(xué)對(duì)于技術(shù)以及實(shí)踐的要求，跟不上汽車行業(yè)的發(fā)展。因此，單純依賴傳統(tǒng)的教學(xué)方法，無法應(yīng)對(duì)當(dāng)前維修行業(yè)的需求。

在此大背景下，為了應(yīng)對(duì)當(dāng)前的挑戰(zhàn)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。該項(xiàng)應(yīng)用的核心就是營造高度沉浸體驗(yàn)，通過逼真的虛擬場(chǎng)景模擬，使學(xué)生能進(jìn)行各種真實(shí)的場(chǎng)景的練習(xí)。通過具體的實(shí)踐以及操作技能，在虛擬環(huán)境中探索以及解決各種實(shí)際難題。主要目的是讓學(xué)生感受到接近真實(shí)的汽車維修模擬場(chǎng)景，以及為學(xué)生提供了一個(gè)比較安全且互動(dòng)性強(qiáng)的學(xué)習(xí)以及操作環(huán)境。

本研究主要以某高職學(xué)院為實(shí)際案例。首先調(diào)查該院的汽車維修教學(xué)和實(shí)訓(xùn)現(xiàn)狀，然后闡述相應(yīng)的虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)替代方案，并對(duì)這兩個(gè)方案進(jìn)行對(duì)比。找到虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)方案存在的不足并提出解決方法，促進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在汽車維修教學(xué)中的應(yīng)用。

1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在新能源汽車維修教學(xué)中的意義

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)的杰出代表，它通過高級(jí)的三維圖像技術(shù)、傳感技術(shù)等，為用戶構(gòu)建了一個(gè)既真實(shí)又虛幻的世界。用戶只需通過佩戴特殊的頭盔、手柄或其他交互設(shè)備，就能被“傳送”到這個(gè)虛擬空間中。在這里，一切似乎觸手可及，用戶可以與虛擬對(duì)象進(jìn)行自然的交互，獲得極為真實(shí)的感官體驗(yàn)。這種技術(shù)不僅打破了現(xiàn)實(shí)的界限，讓用戶隨時(shí)隨地探索未知的領(lǐng)域，還為教育、娛樂和設(shè)計(jì)等諸多行業(yè)帶來了新的發(fā)展契機(jī)。在新能源汽車維修教學(xué)領(lǐng)域，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用正逐漸改變著傳統(tǒng)的教學(xué)方式，為學(xué)生提供全新的學(xué)習(xí)和體驗(yàn)方式。

1.1強(qiáng)化實(shí)操能力，保障學(xué)習(xí)安全

在新能源汽車維修領(lǐng)域，實(shí)踐能力可以說至關(guān)重要。但是傳統(tǒng)的維修教學(xué)往往受到其設(shè)備、場(chǎng)地以及各種安全條例的限制，很難給學(xué)生比較充分實(shí)踐以及操作的機(jī)會(huì)。而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)則打破了這個(gè)障礙，其為學(xué)習(xí)者提供了一個(gè)比較安全穩(wěn)定的學(xué)習(xí)場(chǎng)所。而且所有維修設(shè)備都是虛擬的物件，在這種環(huán)境中學(xué)生可以進(jìn)行反復(fù)的練習(xí)，充分掌握相關(guān)技術(shù)。模擬環(huán)境能幫助學(xué)生提高操作能力，以及在安全的環(huán)境下進(jìn)行新的探索，避免在操作中出現(xiàn)危險(xiǎn)，以及物料損失。

1.2優(yōu)化教學(xué)資源，提升教學(xué)效能

在傳統(tǒng)教學(xué)模式下，新能源汽車維修教學(xué)需要大量的實(shí)體車輛，明顯增加了教學(xué)成本，并且可能造成資源的浪費(fèi)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的核心優(yōu)點(diǎn)就是對(duì)于資源進(jìn)行優(yōu)化，并在此基礎(chǔ)上高效利用。此外，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還支持多人進(jìn)行在線學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源的最大化地利用，提升教學(xué)效能。

1.3創(chuàng)新教學(xué)模式，培養(yǎng)行業(yè)人才

將虛擬現(xiàn)實(shí)引入到新能源汽車維修教學(xué)中，不僅帶來全新的教學(xué)思路和方法，而且顛覆了以往以教師為中心的教學(xué)模式，讓學(xué)生可以通過實(shí)踐操作獲得相關(guān)的知識(shí)以及技能。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)打破了時(shí)空的界限，真正實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為核心的教學(xué)理念。這種創(chuàng)新教學(xué)模式不僅提高了學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，而且更加關(guān)注實(shí)際的操作能力，有助于培養(yǎng)出更多具備實(shí)操能力和創(chuàng)新意識(shí)的新能源汽車維修人才。

2某中職院校汽車維修教學(xué)現(xiàn)狀分析

本文深入探索了某中職學(xué)校的汽車維修專業(yè)教學(xué)現(xiàn)狀。首先，設(shè)計(jì)一份調(diào)查問卷，其中一個(gè)包含了15道問題，每一道題目為3個(gè)選項(xiàng)，分別為“同意”“一般”和“不同意”。根據(jù)學(xué)生反饋的信息，將其換算成相應(yīng)的得分，然后再進(jìn)行數(shù)據(jù)分析以及評(píng)估。再利用SPSS對(duì)調(diào)查結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和可信度檢驗(yàn)（表1）。最終調(diào)查結(jié)果表明，克朗巴赫系數(shù)為0.85，較接近1，說明問卷各項(xiàng)之間具有較高的內(nèi)部一致性，表明問卷的可信度較好，結(jié)果較為可靠。

通過問卷調(diào)查結(jié)果可知，當(dāng)前的汽車維修教學(xué)領(lǐng)域正在面臨一系列挑戰(zhàn)。其中最主要的是教學(xué)成本的增加，核心原因在于汽車技術(shù)和配置的升級(jí)換代，導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容和相關(guān)實(shí)訓(xùn)設(shè)備都需要升級(jí)。此外，實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地也可能存在限制。很多學(xué)校因?yàn)閳?chǎng)地不足、經(jīng)費(fèi)不足以及地理位置不佳等原因，難以滿足汽車維修實(shí)訓(xùn)的場(chǎng)地需求。同時(shí)，理論教學(xué)與實(shí)踐操作之間的脫節(jié)問題亦不容忽視，學(xué)生在課堂上雖然學(xué)習(xí)了大量理論知識(shí)，但往往缺乏相應(yīng)的實(shí)操機(jī)會(huì)。而教學(xué)設(shè)施方面的不足或技術(shù)的落后也會(huì)影響教學(xué)質(zhì)量，教學(xué)設(shè)置難以模擬維修場(chǎng)景，也會(huì)在一定程度上影響學(xué)習(xí)效果。

3汽車維修教學(xué)中虛擬教學(xué)軟件的設(shè)計(jì)

在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，汽車維修教學(xué)采用了“文字講解與視頻演示相結(jié)合”的教學(xué)模式。如圖1所示，該系統(tǒng)主要由汽車仿真操作菜單、人機(jī)交互模塊以及汽車故障檢測(cè)與診斷模塊構(gòu)成。

學(xué)生通過HTCVive手柄與虛擬環(huán)境進(jìn)行互動(dòng)，可以進(jìn)行例如操作虛擬工具、拆卸汽車零件以及執(zhí)行維修等操作。本研究采用Unity引擎開發(fā)虛擬現(xiàn)實(shí)汽車維修教學(xué)系統(tǒng)，該軟件具備3D建模、場(chǎng)景設(shè)計(jì)、物理模擬、交互設(shè)計(jì)、視頻演示、Canvas畫布以及數(shù)據(jù)管理等多項(xiàng)功能。

4實(shí)踐與效果分析

4.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本章節(jié)旨在通過具體的教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)軟件的可行性進(jìn)行分析，設(shè)置兩個(gè)班級(jí)開展教學(xué)評(píng)估，試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案如圖2所示。

4.2教學(xué)案例設(shè)計(jì)

基于虛擬現(xiàn)實(shí)的汽車維修教學(xué)過程如表2所示，通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，學(xué)生可以在沉浸式的模擬環(huán)境中進(jìn)行實(shí)踐，從而更好地將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際維修工作中。

4.3教學(xué)實(shí)踐效果

（1）教學(xué)過程評(píng)價(jià)。不同班級(jí)教學(xué)過程評(píng)價(jià)指標(biāo)、分值及結(jié)果如表3所示。試驗(yàn)班級(jí)在虛擬考評(píng)、素質(zhì)考評(píng)、知識(shí)掌握程度、效率與準(zhǔn)確性、解決問題能力，以及反饋和自我改進(jìn)方面均優(yōu)于對(duì)照班級(jí)。這表明虛擬顯示技術(shù)的教學(xué)效果較好，學(xué)生的綜合素質(zhì)和能力得分較高，專業(yè)技術(shù)方面的表現(xiàn)也更為出色。

（2）學(xué)習(xí)效果分析。學(xué)習(xí)效果分析結(jié)果如圖4所示，結(jié)果表明，有66%的學(xué)生對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)軟件非常滿意，而對(duì)照班級(jí)中僅有47%的學(xué)生對(duì)當(dāng)前傳統(tǒng)的教學(xué)方法滿意。這表明虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)軟件在學(xué)生中獲得了更高的滿意度和認(rèn)可度，相對(duì)于傳統(tǒng)教學(xué)方法，學(xué)生更傾向于接受虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)。但是，部分學(xué)生對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不熟悉，需要更多時(shí)間來適應(yīng)虛擬環(huán)境和手柄操作，導(dǎo)致初始階段的學(xué)習(xí)體驗(yàn)不夠順暢，影響了學(xué)生的滿意度。

5結(jié)束語

為了探討虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在汽車維修教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用效果，本研究對(duì)比了試驗(yàn)組與對(duì)照組的教學(xué)成效，并對(duì)學(xué)習(xí)效果進(jìn)行評(píng)估，得出以下結(jié)論。

（1）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在汽車維修教學(xué)中提供了更為沉浸、互動(dòng)性更強(qiáng)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，使學(xué)生能夠在虛擬環(huán)境中進(jìn)行實(shí)操訓(xùn)練和故障診斷，從而顯著提升學(xué)生的學(xué)習(xí)成效，激發(fā)了學(xué)習(xí)熱情。

（2）虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)軟件對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)成效和學(xué)習(xí)興趣產(chǎn)生了正面影響。試驗(yàn)組中的多數(shù)學(xué)生對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)軟件表示出較高的滿意度，較好地滿足了學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。