李光雷

南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院實(shí)驗(yàn)室與資產(chǎn)管理處，江蘇 南京 210046

1 通用技術(shù)課程現(xiàn)狀

2003年教育部頒布了新的普通高中課程方案，標(biāo)志著普通高中新一輪課程改革正式啟動(dòng)。在這次課程改革中，“通用技術(shù)”首次與“信息技術(shù)”一起構(gòu)成基礎(chǔ)教育階段八大學(xué)習(xí)領(lǐng)域之一的技術(shù)領(lǐng)域?！镀胀ǜ咧型ㄓ眉夹g(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》(以下簡(jiǎn)稱為《課程標(biāo)準(zhǔn)》)中明確指出，普通高中階段的技術(shù)課程以提高學(xué)生的技術(shù)素養(yǎng)、促進(jìn)學(xué)生全面而又富有個(gè)性的發(fā)展為基本目標(biāo)［1］，這個(gè)目標(biāo)是與九年義務(wù)教育階段的勞動(dòng)技術(shù)課程目標(biāo)相銜接的。

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展和時(shí)代進(jìn)步，技術(shù)正在深刻地影響和改變著人們的日常生活。技術(shù)的應(yīng)用在很大程度上決定著一個(gè)國(guó)家的發(fā)展程度。因此，在高中階段開設(shè)通用技術(shù)課程是培養(yǎng)學(xué)生技術(shù)素養(yǎng)的需要。通用技術(shù)課程旨在通過(guò)使學(xué)生了解技術(shù)的發(fā)展歷史和一些最新的技術(shù)成果及應(yīng)用，正確認(rèn)識(shí)技術(shù)對(duì)社會(huì)及人們?nèi)粘Ｉ町a(chǎn)生的正反兩方面的影響，使得學(xué)生能正確使用生活中一些常用技術(shù)的基本技能［2］。

通用技術(shù)包括必修和選修兩個(gè)模塊。必修模塊包括技術(shù)與設(shè)計(jì)1和技術(shù)與設(shè)計(jì)2;選修模塊包括“電子控制技術(shù)”、“建筑及其設(shè)計(jì)”、“簡(jiǎn)易機(jī)器人制作”、“現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)”、“家政與生活技術(shù)”、“服裝及其設(shè)計(jì)”及“汽車駕駛與保養(yǎng)”等7個(gè)模塊供學(xué)生選擇［3］。通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，“汽車駕駛與保養(yǎng)”成為不少高中學(xué)生的共同選擇，說(shuō)明在當(dāng)前情況下，汽車逐漸步入尋常家庭，汽車駕駛與保養(yǎng)技術(shù)已不是一種謀生手段，而是一種必備的生活技能。

在汽車駕駛環(huán)節(jié)中，實(shí)車駕駛是最理想的學(xué)習(xí)駕駛方式?？墒牵瑢?duì)于普通高中學(xué)校來(lái)說(shuō)，要滿足這一要求，至少需要一輛專用的教練車。當(dāng)然，對(duì)師資的要求也很高，需要教師具有駕照，熟悉交通規(guī)則，了解駕駛習(xí)慣等。此外，場(chǎng)地以及日常的維護(hù)對(duì)很多普通高中來(lái)說(shuō)都是很大的問(wèn)題。因此，不少學(xué)校在開設(shè)這門選修課時(shí)顯得力不從心。但是也有部分學(xué)校根據(jù)自己的實(shí)際情況，結(jié)合學(xué)校自己的特色，與駕駛員培訓(xùn)學(xué)校合作開設(shè)這門課程，取得了良好的效果。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)與通用技術(shù)設(shè)計(jì)基本要求

以汽車駕駛與保養(yǎng)為例，來(lái)介紹虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與通用技術(shù)設(shè)計(jì)基本要求。通過(guò)利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以創(chuàng)建出與真實(shí)環(huán)境相類似的環(huán)境，營(yíng)造出一種身臨其境的感覺(jué)，相對(duì)于傳統(tǒng)的平面課件來(lái)說(shuō)，這種教學(xué)方式無(wú)疑是全新的。它將教育教學(xué)從二維轉(zhuǎn)化到三維，從平面轉(zhuǎn)化到立體，從單角度轉(zhuǎn)化為全方位。通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，學(xué)生可以與場(chǎng)景進(jìn)行交互，與虛擬的各個(gè)部分進(jìn)行接觸，從感官和交互上，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)進(jìn)行影響。

通用技術(shù)課程作為高中的一門技術(shù)課程，具有操作性強(qiáng)的特點(diǎn)，而在現(xiàn)有教育體制下，這門廣受歡迎的課程存在教學(xué)時(shí)間短，學(xué)習(xí)任務(wù)重，學(xué)生動(dòng)手實(shí)操的機(jī)會(huì)少等特點(diǎn)。而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以較好地解決這些問(wèn)題，應(yīng)用計(jì)算機(jī)三維建模和網(wǎng)頁(yè)制作技術(shù)可開發(fā)出基于虛擬現(xiàn)實(shí)的汽車駕駛與保養(yǎng)系統(tǒng)，對(duì)于欠發(fā)達(dá)地區(qū)具有非常高的應(yīng)用價(jià)值。以往的虛擬駕駛系統(tǒng)主要通過(guò)三維建模和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)身臨其境的感覺(jué)，重在沉浸感的實(shí)現(xiàn)，多應(yīng)用于駕駛員培訓(xùn)學(xué)校中，而應(yīng)用于高中通用技術(shù)課的還不多見。

應(yīng)用于高中通用技術(shù)課程的虛擬駕駛系統(tǒng)主要具有如下幾點(diǎn)功能:

2．1 教學(xué)功能

讓學(xué)生通過(guò)使用虛擬駕駛系統(tǒng)來(lái)熟悉、了解汽車駕駛環(huán)境和汽車駕駛所需要技能;滿足不同背景學(xué)生和不同駕駛學(xué)校的要求，并根據(jù)學(xué)生能力、經(jīng)驗(yàn)等調(diào)整訓(xùn)練難易程度以及不同訓(xùn)練環(huán)境，保證每個(gè)學(xué)生都能通過(guò)虛擬駕駛系統(tǒng)初步了解駕駛所需要基本知識(shí)及注意事項(xiàng)。

2．2 輔助拆解功能

在虛擬駕駛系統(tǒng)中，可以加入汽車裝配模塊，讓學(xué)生知道在路上遇到故障如何快速排除并尋求救助。也可以訓(xùn)練學(xué)生對(duì)汽車本身構(gòu)造的了解，為以后更好地駕駛汽車打下基礎(chǔ)。

2．3 協(xié)同訓(xùn)練功能

在虛擬駕駛系統(tǒng)中，可以增加網(wǎng)絡(luò)模塊，讓分布在不同地域的學(xué)生能夠在同一環(huán)境中進(jìn)行“上路”駕駛，更加接近真實(shí)路況。讓學(xué)生知道如何規(guī)避對(duì)方來(lái)車，如何禮貌行車，以及如何遵守交通規(guī)則。

3 平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)

搭建平臺(tái)所需軟件主要有3DS Max、VR-Platform等。其中，3DS Max用于三維建模、場(chǎng)景及動(dòng)畫設(shè)置;VR-Platform是虛擬交互平臺(tái)，可廣泛應(yīng)用于視景仿真、城市規(guī)劃、室內(nèi)設(shè)計(jì)、工業(yè)仿真、古跡復(fù)原、橋梁道路設(shè)計(jì)、軍事模擬等行業(yè)。

該虛擬駕駛培訓(xùn)平臺(tái)采用C/S結(jié)構(gòu)，其總體架構(gòu)如圖1所示。主要包括基于Web的客戶端和基于模型庫(kù)的服務(wù)器端。通過(guò)客戶端的控制，調(diào)用不同的模型，模擬各種情況下汽車內(nèi)部的變化，讓學(xué)生初步了解檔、離合器、剎車等汽車基本組成部分的作用，使對(duì)汽車基本原理不甚了解的學(xué)生能在上車前對(duì)汽車有個(gè)大體認(rèn)識(shí)。

圖1 平臺(tái)架構(gòu)框圖

3．1 模型的制作

以倒樁移庫(kù)為例建立三維場(chǎng)景模型。因?yàn)?，倒樁移?kù)是駕駛考核的主要內(nèi)容，也是駕駛技術(shù)操作的基本工作。制作場(chǎng)景和模型之前，首先要了解一下場(chǎng)景的尺寸，把握總體結(jié)構(gòu)(如圖2所示)。

圖2 倒樁移庫(kù)尺寸示意圖

根據(jù)汽車駕駛證申領(lǐng)和使用規(guī)定(公安部第91號(hào)令)，以捷達(dá)車為例:長(zhǎng)/寬/高分別為4416/1668/1438(cm)。搭建好的模型如圖3所示。

在進(jìn)行動(dòng)畫制作之前首先設(shè)定動(dòng)畫的時(shí)間。時(shí)間的設(shè)置是以倒樁移庫(kù)的基本動(dòng)作和速度為依據(jù)，這里將長(zhǎng)度設(shè)置為3150幀。

為了更加真實(shí)地模擬汽車駕駛培訓(xùn)中的正反進(jìn)庫(kù)，通過(guò)動(dòng)畫-約束-路徑約束，畫出一條汽車倒樁反進(jìn)庫(kù)的曲線，將時(shí)間滑塊拖到0幀的位置，即汽車開始倒樁的起始位置，然后沿著畫好的曲線，按順序設(shè)置一系列關(guān)鍵幀，直到路徑的最后。學(xué)生在操作過(guò)程中，如果速度過(guò)快或者剎車踩不及時(shí)，都難以順利入庫(kù)(如圖4所示)。

圖3 搭建好的模型圖

圖4 渲染動(dòng)畫界面

3．2 虛擬現(xiàn)實(shí)的實(shí)現(xiàn)

將模型導(dǎo)入VRP軟件后，進(jìn)入VRP腳本編輯器，選擇系統(tǒng)函數(shù)-鍵盤映射函數(shù)，按下W鍵，單擊確定-插入語(yǔ)句，選擇剛體動(dòng)畫，選擇車體07模型，單擊確定，輸入代碼:

:#W．按下平移模型，車，1，0/0/10表示按下W鍵，模型向前移動(dòng);

按照上面的的方法，以次設(shè)置 S、A、D、Y、G、H、J、K、L。

在制作室內(nèi)與室外的虛擬場(chǎng)景時(shí)，需要在虛擬場(chǎng)景中創(chuàng)建行走相機(jī)，這樣便可以以第一人稱的視角來(lái)瀏覽整個(gè)VR場(chǎng)景，同時(shí)設(shè)置飛行相機(jī)，用來(lái)游覽整個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的概貌，并在場(chǎng)景中加入光源。

駕駛系統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實(shí)完成后，若要執(zhí)行操作，還須在畫面上添加操控按鈕和幫助說(shuō)明。制作完畢后，編譯成獨(dú)立執(zhí)行的exe文件(如圖5所示)。

圖5 合成的運(yùn)行界面

4 效果討論

該研究較好地體現(xiàn)了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高中通用技術(shù)課程的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)鍵盤和鼠標(biāo)控制汽車的移動(dòng)，模擬了駕駛培訓(xùn)場(chǎng)地的真實(shí)場(chǎng)景。對(duì)于高中階段學(xué)生信息素養(yǎng)的培養(yǎng)有一定的幫助，使即將進(jìn)入大學(xué)的高中生對(duì)計(jì)算機(jī)建模和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有初步的了解，更有利于提高學(xué)生對(duì)通用技術(shù)這門課程的興趣。該研究由于硬件條件以及技術(shù)所限，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)加入音頻以及對(duì)錯(cuò)誤操作的提醒功能，使得虛擬現(xiàn)實(shí)的效果有所影響。

同時(shí)，通過(guò)該研究也發(fā)現(xiàn)，VRP作為國(guó)內(nèi)重要的虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)，較好地考慮了人們的操作習(xí)慣，具有上手快，功能強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn)，可與3DS Max各版本有效兼容，并支持腳本語(yǔ)言，提高了其應(yīng)用的范圍。但是VRP作為虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)應(yīng)用于教育教學(xué)，尚存在一些不足。比如:VRP沒(méi)有專門針對(duì)教育教學(xué)的設(shè)計(jì)，較難實(shí)現(xiàn)學(xué)生與教師的交互。但是，虛擬現(xiàn)實(shí)作為一門新興技術(shù)，在教育教學(xué)中具有巨大的應(yīng)用潛力，對(duì)于調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，突破教學(xué)的重點(diǎn)、難點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生的技能都將起到積極的作用。相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)，融合了虛擬現(xiàn)實(shí)的通用技術(shù)課程，對(duì)于提高學(xué)生的信息素養(yǎng)有更大的幫助。

［1］中華人民共和國(guó)教育部制訂．普通高中技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn))［M］．北京:人民教育出版社，2003:2

［2］賈晶晶．桌面虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育中的應(yīng)用［J］．軟件導(dǎo)刊，2008，(8):35

［3］趙若斌．北京普通高中“通用技術(shù)”課程選修模塊學(xué)生選修方向及開設(shè)調(diào)查［J］．北京教育學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2006，(12):143