譚正生 曾斌 袁光亮 馮仕福

摘要：汽車拆裝實訓課程是高職學校汽車維修專業(yè)學生必不可少的一門實訓課程，由于學校受場地、設(shè)備儀器等有限的制約，設(shè)備儀器使用壽命有限，實訓材料耗費大，教學運行成本較高，且實訓教學過程中缺乏體驗感和存在安全風險。因此，本文對如何將VR 技術(shù)應(yīng)用到在汽車拆裝實訓課的教學改革中進行了探索研究，該技術(shù)的引入可彌補傳統(tǒng)實訓教學中存在的短板，豐富了實訓教學內(nèi)容，使學生能夠身臨其境地學習，調(diào)動其的學習興趣，更加積極主動地開展實訓學習，提高該課程的教學效果。

關(guān)鍵詞：VR技術(shù);汽車拆裝;實訓教學;改革

中圖分類號：G642.0? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）15-0232-02

0? 引言

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，尤其是信息和電子技術(shù)等先進技術(shù)的快速發(fā)展，VR 技術(shù)就是其中之一，它在醫(yī)療、游戲、商業(yè)等領(lǐng)域廣泛運用，近年也開始被引入到了教育領(lǐng)域中。在汽車拆裝實訓課的教學改革中引入VR技術(shù)，可大大降低學校的教學運行成本，有效降低實訓過程中安全風險，增加學生的體驗感，更有助于提高學生學習興趣，激發(fā)學生的創(chuàng)新思維能力和動手操作能力，提升實訓教學的效果。

1? VR 技術(shù)概述

VR 技術(shù)，也稱為虛擬仿真技術(shù)[1]，這一項技術(shù)最初在美國被提出，并開展了大量的研究，隨后世界上很多國家也開展了該項技術(shù)的研究，并成功應(yīng)用到了商業(yè)、游戲等多個領(lǐng)域。近年VR 技術(shù)在我國得到了飛速的發(fā)展，并在很多領(lǐng)域中得到了實踐運用，而教育領(lǐng)域便是其中之一。由于VR 技術(shù)具有沉浸感、交互性、想象力等特點，近年來我國一些高校將其運用在教學和科學研究中[2-4]。將VR 技術(shù)引入到理論和實踐性都較強的汽車拆裝實訓課教學中，可有效的解決傳統(tǒng)教學存在資源有限、安全風險等諸多問題，實現(xiàn)教學質(zhì)量的提升。

2? 汽車拆裝實訓課特點及現(xiàn)狀

2.1 汽車拆裝實訓課特點

汽車拆裝實訓課是高職學校汽修類專業(yè)學生必修的一門實訓課程，其教學宗旨在于培養(yǎng)有一定理論知識基礎(chǔ)，較強實踐動手操作能力，能解決實際生產(chǎn)過程中問題的技能人才。學生在實訓教學前首先應(yīng)掌握基本的汽車理論知識，但汽車是一種由發(fā)動機驅(qū)動，具有4個或多個輪胎的非軌道車輛，結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)復雜。加之廠家和品牌眾多，且更新?lián)Q代的較快，相應(yīng)的汽車內(nèi)部的各種零部件也會隨之升級換代，在理論知識教學過程中，學生本身基礎(chǔ)較差，又需要接受大量的新知識，這給學生學習理論知識帶來了極大的困難。同時，汽車拆裝實訓課又具有較強實踐性特點，學生需要具備一定的思考能力的同時，最重要的是具備良好的動手操作的能力，操縱過程中能根據(jù)現(xiàn)場情況進行綜合判斷。但汽車的零部件數(shù)量龐大，各個零部件的功能差異較大，且不同車型的構(gòu)造系統(tǒng)的工作原理存在較大差異性，也影響了學生的判斷，大大增加了學生的實訓課學習難度。本著“以學生為中心、虛實結(jié)合、協(xié)同創(chuàng)新”實踐教學理念，對汽車拆裝實訓課開展教學改革的探索和研究，在課程設(shè)置上適當降低理論部分的難度和深度，注重實驗實訓環(huán)節(jié)的實踐能力的培養(yǎng)，提高學生參與實踐的主觀能動性。

2.2 汽車拆裝實訓課現(xiàn)狀

當前我國很多院校都開設(shè)了汽車維修專業(yè)或相關(guān)專業(yè)，都會涉及汽車拆裝實訓課。經(jīng)過梳理汽車拆裝實訓課的教學中存在以下普遍問題：

2.2.1 缺乏體驗感，成本較高

實訓教學中需要較大面積的實訓場地、實車和大量配套設(shè)備及檢測儀器等，才能滿足學生的實訓需求，但目前很多學校由于受經(jīng)濟因素的影響，很難配套足夠數(shù)量的實車和配合設(shè)備。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，我國的汽車保有量的持續(xù)攀升，汽車后市場對相應(yīng)維修人員的需求也持續(xù)增長，各個高校開始擴大招生量，但相應(yīng)的配套設(shè)施設(shè)備沒能跟上腳步，出現(xiàn)了人多車少的情況，很難保證每位學生有足夠的操作機會。傳統(tǒng)教學多采用老師示范操作講解，學生只能觀察傾聽，缺乏體驗感，導致教學效果不理想，沒能充分發(fā)揮出實訓環(huán)節(jié)在整個教學中的作用，也很難有效的檢驗和提高學生的實踐能力。另外傳統(tǒng)實訓操作中還需要使用大量的潤滑油、汽油、濾芯等耗材，且配備給實訓教學的教師也不斷增加，大大增加了學校的教學運行成本。

2.2.2 設(shè)備儀器使用壽命有限

實訓的教學過程中，設(shè)備儀器存在自然磨損和非正常磨損。學生會進行大量的反復拆卸和裝配，實訓車輛、配套設(shè)備和檢測儀器均存在嚴重的損耗，即自然磨損;在實訓操作過程中因?qū)W生的一些非正常操作導致其使用磨損或損壞，即非正常磨損。這些都會縮短其壽命，需要定期更換，增加了學校的實訓教學成本。

2.2.3 安全風險

實訓的教學過程中，由于部分設(shè)備和零部件重量較重，學生在沒有實踐經(jīng)驗的情況下直接操作車輛或設(shè)備，存在傾倒扎傷、觸電等安全風險，導致設(shè)備損壞或人身安全事故，增加設(shè)備維修費用，也增加了學生和老師的心理壓力，導致老師有顧慮，不敢讓學生操作，學生不愿動手操作的情況，不利于實訓教學活動的開展。

3? VR技術(shù)在汽車拆裝實訓課中的應(yīng)用研究

鑒于汽車拆裝實訓課在傳統(tǒng)教學中存在以上短板，結(jié)合VR技術(shù)自身的諸多優(yōu)勢，就 VR技術(shù)在汽車拆裝實訓課教學中的有機融合使用進行探討和研究。

3.1 搭建實訓資源庫

利用信息技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)，針對真實工廠進行三維仿真模擬，構(gòu)建虛擬實訓系統(tǒng)，學校老師參與系統(tǒng)開發(fā)團隊協(xié)作，共同搭建滿足學生課內(nèi)外學習的VR資源庫，資源庫內(nèi)包含了豐富的汽車功能原理資源，如汽車發(fā)動機、增壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、車身電氣及其他等模塊。同時資源庫還提供VRppt編輯器，老師可以通過編輯器導入和編輯自己的需要的教學資源，導入VR資源庫內(nèi)容可以是Flash動畫、圖片、視頻等資料，并且通過專用設(shè)備實現(xiàn)VR效果，展示汽車運行原理，在解決傳統(tǒng)教學中學生視圖理解有限問題的同時，激發(fā)了學生學習興趣，有效的提高理論教學效果。

3.2 構(gòu)建虛擬實訓車間

VR 技術(shù)中的有功能強大的三維互動，虛擬實訓車間的各種場景可由其構(gòu)建，就如同身處一個真實的實訓車間（見圖1），里面配置各種設(shè)備、工具小車以及拆裝使用手冊等。學生在系統(tǒng)內(nèi)運用射線操作筆進行操作，能夠?qū)崿F(xiàn)場景圖像、配置工具等的全方位的旋轉(zhuǎn)動作，還可進行放大縮小，學生通過以上操作可對零件、部件和工具等的進行細致觀看。在虛擬實訓車間內(nèi)，學生可以完成汽車整車、部件和各個系統(tǒng)的虛擬拆裝，通過虛擬實訓車間的構(gòu)建，有效減少對學校實訓場地的需求，還能為學生提供真實的感官體驗，避免了工位不足而沒有動手操作機會的情況，同時激發(fā)了學生的學習興趣，積極性得到充分的調(diào)動。

3.3 虛擬拆裝實訓操作

利用虛擬仿真系統(tǒng)，學校只需為學生提供機房和一定數(shù)量的輔助VR顯示設(shè)備、3D投影設(shè)備、3D眼鏡等設(shè)備，就可開展虛擬拆裝操作，解決了學校場地和設(shè)備有限等問題，同時節(jié)省實訓設(shè)備、工具和耗材等，降低實訓成本（見圖2）。該系統(tǒng)包含汽車發(fā)動機、變速箱、底盤等拆卸模塊，學生通過射線操作筆進行移動、旋轉(zhuǎn)、縮放，完成各模塊的拆卸實訓。

系統(tǒng)嚴格按照行業(yè)標準的拆卸流程和工具設(shè)置相應(yīng)的實訓內(nèi)容，學生在拆卸界面選擇合適的工具對合適的部件進行拆卸。拆裝流程均有步驟提示，確保操作符合規(guī)范。通過拆卸實訓，學生可以更好的掌握各零部件的結(jié)構(gòu)關(guān)系和裝配關(guān)系，并監(jiān)督學生逐漸養(yǎng)成良好的操作習慣，有效的規(guī)范學生的實訓操作。虛擬仿真系統(tǒng)設(shè)置了三種模式，引導模式：該模式適合于課堂教學，操作位置和工具自動提示，模型會自動切換最佳視角;實訓模式：該模式適合學生自己做實訓練習，可手動控制文字提示、操作位置會出現(xiàn)提示;考核模式：該模式適于老師了解掌握情況，模擬真實考試環(huán)境，按規(guī)定時間進行倒計時實訓操作考試，屏蔽所有提示。在引導和實訓模式下，設(shè)置有快速跳轉(zhuǎn)點，可快速切換到指定位置，無需因中斷操作后重頭開始。設(shè)置有“撤銷”功能，可撤銷上一步操作，對薄弱環(huán)節(jié)反復練習。設(shè)置有“記錄”功能，可查看操作記錄，錯誤之處有特殊標記，學生可隨時進行多次練習，有助于學生自我改進提高，也方便指導老師掌握學生的操作情況并進行針對性的指導。

3.4 虛擬拆裝考核

利用虛擬仿真系統(tǒng)，可對學生的實訓操作進行自動考核。系統(tǒng)在考核模式下，考核結(jié)果自動保存在指定位置，記錄有考生的姓名學號、開始考試時間、考試用時及全部操作記錄等信息，可隨時供老師查看，了解學生的掌握情況?？杀苊鈧鹘y(tǒng)實訓課考核時因老師精力有限，無法顧及每個學生的操作而憑印象打分情況，保證了考核的公正性，提高了考核效率。

4? 結(jié)論

汽車拆裝實訓課的具有理論知識更新快、專業(yè)性和實踐操作性較強的特點， 在傳統(tǒng)教學方式下很難培養(yǎng)出非常優(yōu)秀的具有創(chuàng)新和實踐能力的學生。將 VR技術(shù)融入到汽車拆裝實訓課的教學中，充分利用VR技術(shù)的優(yōu)勢，即可以為學校節(jié)約教學運行成本，激發(fā)學生的學習積極性，提高學生的創(chuàng)新能力與工程實踐能力。但 VR 技術(shù)也無法完全替代傳統(tǒng)教學方式，需與傳統(tǒng)教學方式有機結(jié)合，開展深入的實訓課教學改革，才能真正發(fā)揮其各自優(yōu)勢，提高教學效果。

參考文獻：

[1]鄒湘軍，孫健，何漢武，等.虛擬現(xiàn)實技術(shù)的演變發(fā)展與展望[J].系統(tǒng)仿真學報，2004，16（9）：1905-1909.

[2]劉遠華.汽車專業(yè)學生汽車拆裝實訓教學改革的探索[J].成都工業(yè)學院學報，2016，2（2）：103-105.

[3]李春青，姜峰.基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的汽車專業(yè)教學改革研究[J].工業(yè)和信息化教育，2021（03）：82-84，94.

[4]梅文濤，苑苓苓，鄭勇峰，高霞.沉浸虛擬現(xiàn)實技術(shù)在高職院校實訓教學中的應(yīng)用探索[J].天津職業(yè)院校聯(lián)合學報，2015，8（8）：78-81.