虛擬現實及其在汽車維修專業教學中的應用

摘 要：近幾年來虛擬現實技術飛速發展，它提供一種“實物和模型”的環境，虛擬現實在顯示和提供直接的目的經驗方面是最有效的，可以向學習者提供一種最具真實感的學習模式。它讓學習者擁有一個“自主學習”的環境，通過自身與信息環境的相互作用來得到知識、技能，不再局限于傳統的“以教促學”的學習模式。

關鍵詞：虛擬現實；汽修虛擬仿真教學；仿真軟件

一、何為虛擬現實

Virtual Reality，翻譯成中文即“虛擬現實”，稱VR技術，也稱人工環境。它首先是美國軍方作戰仿真系統的結果，后逐漸被各界所關注，20世紀90年代早期在商業領域得到進一步的發展。計算機可以生成人為的虛擬環境是這種技術的特點，這種虛擬環境以虛擬的感覺為主，還包括聽力的合成，觸摸感知的人工環境，在視覺上創建一個沉浸于環境中的感覺，可以直接觀察、操作、觸摸、測試環境與內部改變，發生“互動”的角色，讓使用者有置身于其中的感覺。使用者可以及時、沒有限制地觀察三度空間的事物。

二、虛擬現實技術的基本特征

1.沉浸性

沉浸性反映的是用戶在模擬環境中所感受的真實程度。用戶在虛擬環境中感覺是如此真實，有一種好像置身于現實中的感覺。

2.交互性

交互性是用戶在模擬環境中對操作對象的可操作水平和得到回應的自然程度。在這樣一種近乎自然的人和機器的交互中，電腦鍵盤、特殊的頭盔、鼠標、數據手套等傳感設備都是用戶進行人機交互的工具。計算機可以捕捉到用戶肢體如頭、手、眼睛運動及語音來調整圖像和語音系統。用戶就可以對虛擬的對象進行檢查或操作。

3.構想性

虛擬現實技術想象空間廣泛，擴大人類認知的范圍，不僅能代表真實的環境，也可以自由構建不存在的環境。

三、虛擬仿真軟件

目前，在職業學校汽車運用與維修專業教學實訓中應用的虛擬現實系統大多是汽修仿真軟件。仿真軟件是一種桌面層次VR系統亦稱為簡易型虛擬現實系統，它是利用三維虛擬現實、網絡數據庫服務等技術模擬出十分逼真的實時交互的實訓環境、實訓器材，使用者通過網絡進行實訓操作，有計算機即時進行數據處理等工作，并給出成績。這一種教學方式可以方便而經濟地提供昂貴的實訓設備、復雜的數據處理軟硬件、必要的文獻資料、編排有方的教材、經驗豐富的指導教師，不僅給缺乏實訓條件的自學者帶來福音，更方便廣大在校學生的預習和復習。

1.汽修專業教學中存在的問題

目前，如何讓汽修專業的學生在有限的時間內完整而順利地完成專業課程的理論與實踐兩個部分的教學任務，使學生具有較強的實訓組織能力和技術應用能力，一直是困擾汽修專業教學的一大難題。究其原因，有以下幾點：其一，課堂理論教學枯燥乏味，理論課教師往往是“一支粉筆一本書”，內容的講解常常是“空”而“虛”，并且難以被學生消化和吸收；其二，實訓教學工位量少，指導老師只能關注較少的同學。因此，傳統的教學模式教學效果欠佳，教學效率不高；其三，理實一體化對教師要求高；其四，實訓設備損壞、材料的消耗大；其五，學校實訓設備不全，沒有一套完整的教學設施。要建立一套完整的教學設備需要幾百萬元，甚至幾千萬元，一般農村職業學校很難建成。

2.建立汽修虛擬仿真實訓室的必要性

虛擬現實技術在職業教育中的應用是教育技術發展的趨勢，簡易型虛擬現實系統需要投入的成本也不是很高，其優勢主要體現在以下幾點：

（1）減少經費投入

現在一般職業學校都有計算機網絡，只要購買一套現成的仿真軟件，在此基礎上建立一個仿真實驗室只需幾萬元，就不難安裝成一套理想的仿真實訓室。

（2）保障了學生和設備的安全

對于汽修專業的教師來說，如果要他們帶領學生去進行實訓，那么他們首先要解決的問題就是學生和設備的安全問題。因為汽修實訓過程的錯誤操作可能導致零件、設備損壞。而利用仿真實訓，由于它是利用計算機進行仿真，不必接觸真正的零件或者設備，因此這個問題就迎刃而解了。

（3）實訓可以反復進行，從而提高技能水平

平常帶領學生去做實訓時，學生人數多，教師演示時學生難以觀察到某些部位和關鍵步驟，教師講解往往是分組進行，浪費時間和精力。只要我們在計算機上安裝了仿真軟件，并利用該軟件去進行仿真實訓，上述問題也就隨之解決了。我們可以把所有的精力都用在做仿真實訓上面，反復進行，也大大加快了學生實體實訓的速度。

（4）方便完成實訓

可以很方便地仿真實際中我們不能完成或者比較難完成的實訓。在我們的汽修實訓中，有時候我們會碰到這些情況，就是由于實訓方法和步驟不正確損壞零部件；又或者我們想分析某元器件出現故障時對電路產生什么影響。例如電路的電阻或元件出現開路、短路、漏電時可能對電路造成什么影響，理論上我們是可以分析出來，但是就比較難以用實訓去模擬這些故障情況。有了虛擬仿真軟件，就可以輕松地完成諸如此類的實訓了。

（5）彌補實訓室設備的不足

大家都知道實訓室里準備的實訓器件型號與數量都是非常有限的，它只能準備一兩種供使用，有些型號種類在實訓室里是沒有的，使用仿真軟件我們就可以很好地彌補這個不足。因為仿真軟件里面集成了成千器件，甚至可以這樣說我們幾乎可以在它里面找到現實中存在所有器件，如果不能找到，我們還可以利用它本身附帶的建庫功能，按照元器件的各種參數去創建新器件并保存以供日后使用。這樣相當于我們擁有了最完整的實訓素材庫，最大限度地彌補了實訓室里面實驗器件不足的缺點。

使用虛擬仿真軟件進行汽修實訓可以模擬一些在實際中難以進行的實訓，從而讓學生有機會去認識、掌握更多的知識。學生進行了仿真實訓后，為提高操作技能應繼續讓學生進行實際的實訓操作，由于對理論知識有了較深刻的理解，學生在實際的實訓中也就可以做到得心應手，從而避免了部分學生因為做不了實訓而失去學習興趣的情況，而我們的教學工作也就可以取得事半功倍的效果了。

四、虛擬現實教學與傳統教學的相互關系

1.虛擬現實對傳統教學模式的影響

改變傳統的教師主宰課堂的模式，改變學生被動接受知識，缺乏創新思維和創新能力。多媒體、網絡等電子技術的快速發展，多媒體網絡技術形象直觀，界面好，使用戶擁有交互式、輕松的學習環境；虛擬現實技術更能提供大量圖像、聲音等多種感官綜合刺激的場景。

2.虛擬現實對教學手段的影響

互動啟發式教學。通過好像置身于其中、自主控制的人和機器的交互，通過眼看、耳聽、手動，展示了一個生動、直觀的思維材料。學生不能直接觀察到的東西被形象地展示出來，形成知識。學生全身心地投入學習活動。發現式教學，這是一種問題導向式的教學形式，用于虛擬現實的實踐教學。學生帶著疑問來到問題存在的環境中，目的明確、針對性極強構建虛擬的情況，然后進行調查探究，最終解決問題。虛擬現實能提供良好的人機交互，還允許學生出錯，自行了解錯誤的根由及后果，發現解決問題的方法。

3.虛擬現實仿真軟件是對傳統教學模式的有效補充

傳統課堂教學在知識傳授、社會性、互動性方面具有巨大優勢。虛擬現實仿真軟件進入課堂教學，并不是對傳統教學的替代，而是不斷與傳統教學相互碰撞，在碰撞中逐步融合，在融合中不斷補充和完善，形成實踐中有效可行的信息化教學。

五、虛擬現實的展望

虛擬現實技術很令人驚奇，它提供的學習環境生動而逼真，它能帶領人們進入一個三維的虛擬世界，用戶可以游歷各個時代的城堡，也可以遨游宇宙太空。學生參與并在虛擬環境中成為某一角色，學生在其中可以進行自由探索和自主學習，這極大地提高了學生的學習熱情，對于提高學生的理論、實踐技能都起到了很好的作用。

虛擬現實的前景十分誘人。人們的思維方式會因它改變，甚至會改變人類對自身的認識。它是一項嶄新的技術，啟發和改變人們的教育思維，必會帶來教育的革新。

編輯 楊兆東