李　未，滕　菲，李慶華

( 長春大學(xué) 機械與汽車工程學(xué)院，長春 130022)

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虛擬現(xiàn)實技術(shù)在汽車構(gòu)造實驗教學(xué)中的應(yīng)用

李未，滕菲，李慶華

( 長春大學(xué) 機械與汽車工程學(xué)院，長春 130022)

摘要：汽車構(gòu)造課程是車輛專業(yè)的一門重要基礎(chǔ)課程，其實驗教學(xué)環(huán)節(jié)在該課程中占很大比重，傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方法是指導(dǎo)教師對汽車構(gòu)造和工作原理進行講解，并演示發(fā)動機等總成的拆裝過程，學(xué)生再分組進行實際拆裝練習(xí)。本文研究了虛擬現(xiàn)實技術(shù)在汽車構(gòu)造實驗教學(xué)中的應(yīng)用，研究表明，虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以有效地提高教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，增加了實驗教學(xué)的深度和廣度，減少了教學(xué)成本。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實；汽車構(gòu)造；虛擬實驗

近年來，隨著電子、多媒體和網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)教學(xué)模式已受到越來越大的挑戰(zhàn)，計算機已在教學(xué)領(lǐng)域中成為一種高效的教學(xué)和學(xué)習(xí)工具。虛擬現(xiàn)實技術(shù)(Virtual Reality，簡稱VR)，VR是一種新型的計算機技術(shù)，它將計算機圖形技術(shù)、人工智能、仿真技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)并行技術(shù)、傳感技術(shù)和顯示技術(shù)等集成在一起。它可以用計算機制造出虛擬場景，用戶可以直接觀察周圍的環(huán)境，用工具或者手對其進行觸摸、檢測和控制等交互式操作[1]。目前虛擬現(xiàn)實技術(shù)已在軍事、航天、教育培訓(xùn)、醫(yī)療和商業(yè)等諸多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[2]。采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)建立的虛擬教學(xué)系統(tǒng)，系統(tǒng)中的“部件”和“設(shè)備”大部分都是虛擬的，根據(jù)需要可進行隨時進行更新，這便于增加教學(xué)內(nèi)容的深度和廣度。我國對教學(xué)實踐部分越來越重視，提出了更高的要求，這更加促進了虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育領(lǐng)域的發(fā)展具有無限的潛力，它可以作為輔助理論教學(xué)的一個重要工具，在實際教學(xué)中發(fā)揮巨大的作用。傳統(tǒng)的汽車構(gòu)造拆裝培訓(xùn)，采用的是真實發(fā)動機和變速器等設(shè)備，通常是指導(dǎo)教師通過視頻等進行培訓(xùn)，然后由學(xué)生進行拆裝實驗操作，這種形式設(shè)備容易損耗，存在安全事故隱患，且學(xué)習(xí)效果不夠理想[3]。采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以將發(fā)動機和變速器等拆裝過程建立一個虛擬拆裝系統(tǒng)。學(xué)生可以先通過該系統(tǒng)學(xué)習(xí)和演練拆裝過程，再對真實的發(fā)動機等設(shè)備進行拆裝。將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用到教學(xué)領(lǐng)域，是對教學(xué)模式的一種改革，不僅可以提升教學(xué)質(zhì)量，還可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，降低事故隱患。

1虛擬現(xiàn)實技術(shù)

虛擬現(xiàn)實，也稱為虛擬仿真，在1989年由美國VPL公司的創(chuàng)始人拉尼爾提出的。美國在20世紀90年代開始對虛擬現(xiàn)實進行研究，研究和應(yīng)用的領(lǐng)域也最為廣泛[4]。MIT媒體實驗室在1978年應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)開發(fā)了一款名為Aspen Movie Map的地圖軟件，該軟件不同于普通的地圖軟件，它采用模擬開車來在ASPEN這個城市的街道穿行，用戶通過游戲桿或觸摸屏控制開車的速度和方向。之后蘋果公司和微軟公司也紛紛研發(fā)了虛擬現(xiàn)實應(yīng)用系統(tǒng)，虛擬現(xiàn)實技術(shù)得到飛速發(fā)展。虛擬現(xiàn)實技術(shù)已在國內(nèi)外諸多的領(lǐng)域進行了研究和應(yīng)用。華盛頓大學(xué)的人機界面技術(shù)實驗室，把虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)在教育、設(shè)計和制造等領(lǐng)域。我國對虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究與發(fā)達國家相比，起步相對較晚，應(yīng)用和研發(fā)能力還存在一定的差距。但近年來已受到國家相關(guān)部門以及科研機構(gòu)的高度重視，例如，國家自然科學(xué)基金會、九五規(guī)劃和國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃等都把虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為研究項目，我國多個科研單位和高等院校也已經(jīng)開始對虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行研究和應(yīng)用。北京航空航天大學(xué)是國內(nèi)最早對虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行研究的機構(gòu)，他們首先對虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基礎(chǔ)知識進行研究，并對技術(shù)中的物理特性和處理進行了大量的研究，開發(fā)了虛擬現(xiàn)實技術(shù)中視覺接口硬件，以及相關(guān)的算法和實現(xiàn)技術(shù)。浙江大學(xué)的國家重點實驗室也開發(fā)了一套虛擬建筑實時漫游的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，通過立體圖像實現(xiàn)了畫面真實感和系統(tǒng)實時交互性，并開發(fā)了快速漫游和快遞網(wǎng)格算法。清華大學(xué)對虛擬現(xiàn)實技術(shù)的臨場感著重進行了研究，提出了球面屏幕顯示、克服立體圖閃爍和圖像隨動等方法。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)不僅包含計算機領(lǐng)域，還與其他領(lǐng)域相互交叉，如人工智能、傳感器、電子學(xué)和心理學(xué)等，虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一種處理多為信息的系統(tǒng)和工具。虛擬現(xiàn)實具有三個基本特點，即沉浸性(Immersion)、交互性(Interaction)和構(gòu)想性(Imagination)。[5]

(1)沉浸性。沉浸性是指利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)根據(jù)人類視覺和聽覺的特點，通過計算機制造出逼真的三維立體圖像和環(huán)境，用戶通過頭盔和數(shù)據(jù)手套等設(shè)備與機器進行交互，用戶能夠全身心地進入虛擬環(huán)境中，仿佛在現(xiàn)實世界的環(huán)境一樣。使用者還可以通過交互設(shè)備對虛擬環(huán)境進行操作，虛擬環(huán)境會根據(jù)操作進行變化，給使用者一種身臨其境之感。

(2)交互性。虛擬現(xiàn)實為使用者提供了一種接近自然的交互性，它利用傳感器等設(shè)備接收和跟蹤使用者的行為，實時地調(diào)整虛擬系統(tǒng)的圖像和聲音等，使用者可以通過特殊頭盔、鼠標和數(shù)據(jù)手套等傳感設(shè)備與虛擬系統(tǒng)進行交互。

(3)構(gòu)想性。虛擬現(xiàn)實為使用者提供了可以充分發(fā)揮想象力的空間，它改變了傳統(tǒng)的定量計算為主的方法，轉(zhuǎn)變?yōu)閺亩亢投ㄐ跃C合的方法，發(fā)揮使用者的主觀能動性。

隨著虛擬現(xiàn)實和計算機技術(shù)的繼續(xù)發(fā)展和完善，它將憑借其自身的優(yōu)勢和潛力，受到更多教育工作者的關(guān)注。天津大學(xué)于1996年在SGI平臺上，研發(fā)創(chuàng)立了虛擬校園系統(tǒng)，這是虛擬現(xiàn)實技術(shù)首次在教育領(lǐng)域進行應(yīng)用，在此之后，虛擬現(xiàn)實技術(shù)開始不斷地應(yīng)用在教育領(lǐng)域。四川大學(xué)在虛擬現(xiàn)實技術(shù)基礎(chǔ)上，采用虛擬儀器的構(gòu)思，研制了“航空電臺二線綜合測試儀”；清華大學(xué)研發(fā)了的發(fā)動機檢測虛擬系統(tǒng)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的生動性、虛擬性和互動性在教育領(lǐng)域發(fā)揮著極大作用，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用主要在以下幾個方面：

(1)科學(xué)研究。目前很多高校和研究機構(gòu)都在積極地研究虛擬現(xiàn)實技術(shù)，相繼創(chuàng)立了虛擬仿真實驗室，目前已有大量的研究成果。中國科技大學(xué)建立了幾何光學(xué)的虛擬仿真實驗平臺，是第一套用虛擬現(xiàn)實技術(shù)開發(fā)的教學(xué)儀器系統(tǒng)，系統(tǒng)把計算機技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、智能化儀器和物理教學(xué)儀器結(jié)合。

(2)虛擬課堂。采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)改變了傳統(tǒng)的授課方式，營造出生動的學(xué)習(xí)環(huán)境，為學(xué)生提供更廣闊的虛擬學(xué)習(xí)體驗。例如，在大學(xué)物理課堂中，可以用虛擬現(xiàn)實技術(shù)模擬物體運動過程，以及模擬宇宙、原子、分子等事物；在機械課程中，虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以模擬機床的運作，讓學(xué)生觀察機床的組成及工作原理，使學(xué)生可以更加直觀地進行學(xué)習(xí)；營銷類課程可以用虛擬現(xiàn)實技術(shù)來營造虛擬商務(wù)環(huán)境，讓學(xué)生有身臨其境之感。

(3)虛擬實驗室。采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以建立虛擬的實驗系統(tǒng)，包括實驗環(huán)境、實驗設(shè)備和實驗信息等。例如采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以建立做物理、化學(xué)、地理和生物實驗室等，這可以突破時間和空間的限制。教師可以通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)向?qū)W生演示實驗，有效地提高學(xué)習(xí)質(zhì)量。

(4)虛擬校園。我國教育部曾在一系列文件中多次提及虛擬校園，闡明其意義并鼓勵建立虛擬校園。目前，國內(nèi)很多大學(xué)都已經(jīng)陸續(xù)建立了虛擬校園，有三個由淺入深的應(yīng)用層面，以適應(yīng)不同學(xué)校的需求。虛擬校園一般具有瀏覽學(xué)校簡介和漫游校園的功能，有的具有教務(wù)和教學(xué)等較多功能的基礎(chǔ)平臺。

(5)遠程教育。虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以提供終端開放的遠程教育教學(xué)，擴大了高校的招生，創(chuàng)造了更大的利益。在虛擬遠程教育課堂中，學(xué)生可以獲得和真實上課一樣的體驗，可以與教師進行互動，通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)還可以做各種教學(xué)需要的實驗，可以加深學(xué)生對知識的理解。

2汽車構(gòu)造實驗教學(xué)特點和現(xiàn)狀

2.1汽車構(gòu)造實驗課程特點

汽車構(gòu)造課程是車輛工程、交通運輸?shù)葘I(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，對該課程知識的掌握程度，直接影響到后續(xù)相關(guān)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)。汽車構(gòu)造主要是系統(tǒng)地講解汽車的結(jié)構(gòu)及其工作原理，課程涉及內(nèi)容廣泛，并且該課程具有較強的實踐性。只依靠在課堂上對汽車結(jié)構(gòu)理論的學(xué)習(xí)，沒有對汽車實踐性地拆裝學(xué)習(xí)，學(xué)生難以很好地掌握汽車的構(gòu)造知識，因此，搞好汽車構(gòu)造實驗課程的學(xué)習(xí)尤為重要。

汽車構(gòu)造實驗課程具有以下三個特點：

(1)信息量較大，涉及知識內(nèi)容廣泛。汽車構(gòu)造課程分為汽車構(gòu)造上冊和下冊，上冊主要講解發(fā)動機的構(gòu)造及其工作原理，下冊主要講解汽車底盤各個系統(tǒng)構(gòu)造和工作原理。汽車結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，由上萬個零部件組成，并且汽車產(chǎn)品更新?lián)Q代速度快，實驗教學(xué)需要與理論課程相結(jié)合，因此，汽車構(gòu)造實驗課程內(nèi)容十分廣泛。

(2)汽車的零部件數(shù)量多，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜。汽車是由上萬個形狀各異和功能不同的零部件組成的，以發(fā)動機的活塞連桿組為例，主要包括活塞、活塞環(huán)、連桿和活塞銷等機件組成。

(3)汽車構(gòu)造的幾大系統(tǒng)工作原理不同。汽車由四大系統(tǒng)組成，包括發(fā)動機、底盤、車身和電器設(shè)備，其中底盤又包括行駛系、轉(zhuǎn)向系、傳動系和制動系。各系統(tǒng)的構(gòu)成和工作原理差異較大，這就增加了汽車構(gòu)造實驗課程的學(xué)習(xí)復(fù)雜度和難度。

2.2汽車構(gòu)造實驗教學(xué)現(xiàn)狀

目前汽車構(gòu)造實驗課堂教學(xué)有三個步驟，首先采用多媒體設(shè)備講解各系統(tǒng)及零部件的結(jié)構(gòu)和工作原理，并演示汽車各系統(tǒng)拆裝過程，包括拆裝的順序和工具的使用方法；指導(dǎo)教師先演示一遍拆裝過程，學(xué)生提出疑問，由教師進行解答；最后指導(dǎo)教師對學(xué)生進行分組，學(xué)生動手進行拆裝實驗，指導(dǎo)教師對拆裝過程進行實時指導(dǎo)。

近年來，各個學(xué)校都已經(jīng)增加了對實驗課程的關(guān)注度，盡管各個學(xué)校都在不斷地改善實驗的硬件建設(shè)，但是因為各種原因，實驗教學(xué)依然存在一些弊端。目前汽車構(gòu)造實驗教學(xué)主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

(1)實驗設(shè)備落伍和陳舊。汽車技術(shù)的飛速發(fā)展，導(dǎo)致實驗設(shè)備也要及時增添新設(shè)備才能夠跟上汽車技術(shù)發(fā)展的步伐。但是汽車構(gòu)造實驗設(shè)備一般都比較昂貴，因此新技術(shù)設(shè)備更新較慢，導(dǎo)致實驗設(shè)備落伍。汽車構(gòu)造的實驗設(shè)備使用頻繁，設(shè)備耗損嚴重，因此設(shè)備都比較陳舊。

(2)實驗設(shè)備損耗大。在汽車構(gòu)造實驗時，由于某些學(xué)生的錯誤操作，容易導(dǎo)致實驗設(shè)備的損壞。汽車構(gòu)造的實驗設(shè)備一般較為昂貴，因此設(shè)備損壞后的損失較大。很多學(xué)校的汽車構(gòu)造實驗室平時是封鎖的，只在實驗課時才允許學(xué)生進行拆裝。

(3)實驗工位不足。汽車構(gòu)造實驗的設(shè)備有限，不能每個學(xué)生都有實驗工位，因此大部分學(xué)校都是指導(dǎo)教師先給學(xué)生進行分組，學(xué)生以小組為單位對一組設(shè)備進行拆裝實驗。這樣容易導(dǎo)致部分學(xué)生動手實驗，部分學(xué)生只觀看不動手的問題，同時這種實驗方式容易降低學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

(4)指導(dǎo)教師精力有限。汽車構(gòu)造實驗雖然是以學(xué)生為主體，但是指導(dǎo)教師的作用也是不可忽視的。指導(dǎo)教師要在學(xué)生進行拆裝實驗過程中實時地進行指導(dǎo)和糾正。指導(dǎo)教師的精力是有限的，通常是由一個或兩個教師指導(dǎo)一個班級的學(xué)生。指導(dǎo)教師很難對每個學(xué)生都進行指導(dǎo)，勤奮的學(xué)生會主動鉆研和學(xué)習(xí)繼承，對于自控力較差和學(xué)習(xí)不主動的學(xué)生，沒有指導(dǎo)教師進行實時地約束和指導(dǎo)，很可能在實驗過程中一無所獲。

3虛擬現(xiàn)實在汽車構(gòu)造實驗中的應(yīng)用

3.1汽車構(gòu)造實驗虛擬仿真系統(tǒng)

隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展，這一新技術(shù)逐漸開始應(yīng)用在教學(xué)領(lǐng)域，成為新的教學(xué)媒體。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用，主要有汽車仿真實驗系統(tǒng)、汽車仿真駕駛系統(tǒng)、汽車虛擬設(shè)計系統(tǒng)。用于教學(xué)使用的主要有汽車總成拆裝實訓(xùn)系統(tǒng)、汽車故障診斷系統(tǒng)、常規(guī)維護系統(tǒng)和車身測量系統(tǒng)等。

汽車虛擬拆裝實驗是以三維互動方式更加直觀地展現(xiàn)汽車基本結(jié)構(gòu)和工作原理，且可進行虛擬拆裝，拆裝主要包括2種類型，即總成拆裝和零部件拆裝，課程中常用到的拆裝為發(fā)動機總成拆裝實訓(xùn)、曲軸拆裝實訓(xùn)、氣缸蓋拆裝實訓(xùn)、凸輪軸拆裝實訓(xùn)和活塞拆裝實訓(xùn)等。汽車構(gòu)造的虛擬拆裝實驗主要包括以下幾個功能：

圖1　虛擬實訓(xùn)中心場景

圖2　虛擬拆裝系統(tǒng)的發(fā)動機臺架

(1)虛擬拆裝軟件可以模擬拆裝實訓(xùn)車間的場景，配置有發(fā)動機拆裝臺架、零件車、工具車和拆裝維修手冊，實訓(xùn)車間采用3D圖像技術(shù)，對場景圖像可進行360度旋轉(zhuǎn)，如圖1所示為虛擬實訓(xùn)中心場景。通過鼠標與系統(tǒng)進行實時交互，學(xué)生可以對發(fā)動機臺架沿曲軸軸線進行360度的旋轉(zhuǎn)，如圖2所示為虛擬拆裝系統(tǒng)中的發(fā)動機臺架。

(2)學(xué)生還可以選擇拆裝零部件、選擇拆裝工具和組合工具，然后按照維修拆裝手冊中的流程對發(fā)動機進行拆裝操作，系統(tǒng)中為學(xué)生提供工具車，工具車中包含各種型號的套筒、扭力扳手、專用鉗子和扳手等，在工具車中進行組合和拆卸，如圖3所示為虛擬拆裝系統(tǒng)中學(xué)生選擇拆裝工具的界面，學(xué)生首先選擇一個拆裝工具，系統(tǒng)會顯示該工具的具體參數(shù)。

圖3　拆裝工具選擇界面

圖4　 發(fā)動機虛擬拆裝界面

(3)選擇好工具后，進入虛擬拆裝界面，如圖4所示，在虛擬拆裝實驗過程中，系統(tǒng)會嚴格規(guī)范拆裝工藝過程，包含螺栓的拆裝順序、部件潤滑和螺栓安裝扭矩等，零部件的擺放位置也有相應(yīng)的要求，必須將其擺放在零件車中。學(xué)生可以對拆卸后擺放在零件車中的零件進行3D展示，可以任意放大、縮小和按任意角度旋轉(zhuǎn)，系統(tǒng)還提供汽車各總成和主要零件透視圖，學(xué)生可以更加直觀地掌握它們的結(jié)構(gòu)。

(4)學(xué)生在計算機上通過虛擬現(xiàn)實軟件模擬拆裝汽車各部件及總成，系統(tǒng)會根據(jù)學(xué)生每一次的拆裝速度和出錯情況自動對學(xué)生的裝配結(jié)果進行評分，并將實訓(xùn)報告打印輸出，供指導(dǎo)教師評估和查看。學(xué)生通過虛擬拆裝操作，詳細了解汽車各部件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，掌握正確的拆裝順序與注意事項，從而有效地指導(dǎo)學(xué)生的實際拆裝過程。

3.2虛擬現(xiàn)實應(yīng)用的必要性和可行性

目前的汽車構(gòu)造實驗是以指導(dǎo)教師通過圖片和視頻對汽車構(gòu)造進行講解，理論講解比較枯燥，很多學(xué)生逐漸形成了不愛提出問題，不動腦思考的習(xí)慣，缺少學(xué)習(xí)的主動性。虛擬現(xiàn)實實驗系統(tǒng)可以給學(xué)生提供多種感官的綜合體驗，有利于學(xué)生主動學(xué)習(xí)和探索。采用虛擬仿真實驗系統(tǒng)可以提升學(xué)生的創(chuàng)新思維和能力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，可以讓每個學(xué)生都進行實驗操作。因此，虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用在汽車構(gòu)造實驗上，是改革和提升其實驗教學(xué)質(zhì)量的最佳方法。

把虛擬現(xiàn)實應(yīng)用在汽車構(gòu)造實驗教學(xué)上，主要是通過虛擬仿真軟件進行汽車構(gòu)造和工作原理學(xué)習(xí)，以及進行虛擬拆裝練習(xí)。虛擬實驗室的建立主要是通過購買計算機及虛擬仿真實驗軟件，因此，汽車構(gòu)造虛擬實驗室建立是可行的。

3.3虛擬現(xiàn)實應(yīng)用在汽車構(gòu)造實驗的優(yōu)點

虛擬現(xiàn)實技術(shù)經(jīng)過不斷的發(fā)展，目前技術(shù)已很成熟，把虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用在汽車構(gòu)造實驗上，可以有效地提高教學(xué)效果，優(yōu)點主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

(1)改革汽車構(gòu)造實驗教學(xué)模式。把虛擬現(xiàn)實應(yīng)用在汽車構(gòu)造實驗，突破了傳統(tǒng)實驗教學(xué)在時間和空間的限制，就像把實驗工間搬到了課堂。教學(xué)不再只是枯燥的知識講解，多媒體教學(xué)不再局限于圖片和視頻展示，學(xué)生可以直接參與到課堂中，親身去感受虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境。

(2)提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。采用虛擬現(xiàn)實的實驗課程擺脫了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，能夠模擬真實的實驗場景，為學(xué)生提供了多種感官刺激。在實驗過程中，虛擬現(xiàn)實可以提供專業(yè)知識的游戲教學(xué)模式，可以激發(fā)學(xué)生強烈的學(xué)習(xí)欲望，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。每個學(xué)生都可以參加到虛擬實驗的課堂，解決了部分學(xué)生沒有參與動手的弊端，這可以提高所有學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

(3)提高實驗效率。學(xué)生在進行真實的拆裝學(xué)習(xí)之前，先在虛擬拆裝軟件中進行拆裝學(xué)習(xí)和練習(xí)，可以減少在真實的拆裝過程中產(chǎn)生錯誤操作。學(xué)生在熟悉了拆裝過程后再進行真實的實驗，可以有效地提高實驗的效果和效率。

(4)降低實驗教學(xué)成本。學(xué)生先在虛擬拆裝軟件練習(xí)后，再進行實際拆裝可以減小和避免錯誤操作，減小了對設(shè)備的損壞，同時也降低了設(shè)備維修的成本。汽車實驗仿真軟件具有價格低和擴展性好的特點，而且可以反復(fù)使用。

(5)增加實驗教學(xué)的深度和廣度。有些危險高和難以開展的實驗，且實際操作的實驗不可能面面俱到，這些都可以采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行虛擬實驗，這可以增加實驗教學(xué)的深度。汽車技術(shù)不斷發(fā)展，需要不斷的購買新實驗設(shè)備才能追上技術(shù)更新的步伐。采用虛擬仿真軟件，只需要對軟件內(nèi)容進行擴展，讓學(xué)生對新技術(shù)產(chǎn)品進行學(xué)習(xí)和拆裝練習(xí)，這增加了實驗教學(xué)的深度。

(6)優(yōu)化了實驗考核方式。傳統(tǒng)的實驗教學(xué)對學(xué)生的考核方式主要是實驗報告和實驗操作，采用虛擬仿真軟件，可以打破這種傳統(tǒng)的考核方式。虛擬仿真軟件可以把學(xué)生虛擬拆裝操作的準確度和速度作為評價指標，自動對其操作進行評分。虛擬軟件還可以設(shè)置虛擬考試系統(tǒng)，隨機抽取試題，系統(tǒng)會記錄學(xué)生在考試過程中的操作，進行科學(xué)和公正的評分。

4結(jié)論

虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用在汽車構(gòu)造實驗中，能夠有效地提高學(xué)習(xí)效率和學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，有效地提升實驗教學(xué)質(zhì)量。通過該技術(shù)能夠幫助學(xué)生把理論知識與實際操作結(jié)合在一起，提升學(xué)生的實踐動手能力，并且激發(fā)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)興趣。因此，虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用在汽車構(gòu)造實驗可以極大地提高其教學(xué)質(zhì)量，值得在汽車構(gòu)造實驗教學(xué)領(lǐng)域進行使用和推廣。

參考文獻：

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責(zé)任編輯：劉琳

Application of Virtual Reality Technology in Automobile Structure Experiment Teaching

LI Wei， TENG Fei, LI Qinghua

(College of Machinery and Vehicle Engineering, Changchun University, Changchun 130022, China)

Abstract：Automobile construction course is an important foundation course in vehicle engineering major, in which the experimental teaching occupies a large proportion. The traditional experimental teaching method requires the instructor to explain the automobile structure and working principles, then display the process of dismounting the engine assembly, finally, divide the students into groups to make actual practice. This paper discusses the application of virtual reality technology in experimental teaching of automobile structure, showing that virtual reality technology can effectively improve teaching quality, promote students’ learning initiative, increase the depth and breadth of the experiment teaching, and reduce the teaching cost.

Keywords：virtual reality; automobile construction; virtual experiment

收稿日期：2015-12-27

基金項目：吉林省教育廳項目(SJYB15-03)；長春大學(xué)教學(xué)改革項目(XJYB12-12)

作者簡介：李未(1982-)，女，長春人，講師，博士，主要從事汽車系統(tǒng)動力學(xué)研究；滕菲(1985-)，女，長春人，實驗師，博士，主要從事汽車材料研究；李慶華(1968-)，男，吉林蛟河人，教授，博士，主要從事機械數(shù)字化設(shè)計與制造研究。

中圖分類號：G642

文獻標志碼：A

文章編號：1009-3907(2016)06-0089-05