虛擬現實技術在汽車專業實訓教學中的應用

摘 要：本文介紹了虛擬現實技術國內外研究現狀，針對當前高職汽車類專業實訓教學中普遍存在的問題，闡述了虛擬現實技術應用對汽車專業實訓教學帶來的變革和產生的影響。本研究可為進一步制訂高職汽車類專業實訓改革方案和設定符合實際教學需求的虛擬現實技術產品質量評價標準提供參考。

關鍵詞：虛擬現實技術；汽車專業；實訓

汽車制造工藝和技術的發展，對汽車行業從業人員提出了更高的要求，也對職業教育教學尤其是實訓教學提出了更高的要求。虛擬現實技術作為一種具有強大三維顯示的高性能綜合性計算技術，已成為教育應用中的一大熱點。如何結合這一新興技術手段，服務于實訓教學改革，提高實踐教學的效率和質量，已成為包括汽車專業在內的高職工科類教育面臨的共同課題。

一、國內外研究現狀

1.國外研究現狀。從20世紀90年代起，美國很多高等院校對虛擬實驗技術開展了研究，如斯坦福大學開發的遠程光學虛擬實驗系統，伊犁諾斯大學開發了Nmrscope系統。在英國，牛津大學建立了化學信息產業中心，學生可以通過互聯網在虛擬實驗室進行交互式化學實驗。加拿大達爾豪西大學開發了遠程激光實驗室系統，自然科學和工程學專業的學生可以隨時隨地登錄虛擬的激光實驗室做激光實驗。德國Ruhr 大學開發的虛擬自動化實驗室，是一個關于控制工程的學習系統，具有直觀形象的三維實驗場景視覺效果，實現了對虛擬自動化實驗的交互式操作。

2.國內研究現狀。我國在虛擬實驗研究方面也取得了很多成果。在汽車相關領域，虛擬現實技術也得到了很好應用。如北京科技大學的虛擬現實實驗室，成功開發出了純交互式汽車模擬駕駛培訓系統。通過計算機產生汽車行駛過程中的虛擬視景、音響效果和運動仿真，駕駛員沉浸到虛擬駕駛環境中，并有實車駕駛的感覺。

二、汽車專業實訓教學現狀

近年來，各地政府與學校盡管都不同程度地加大了實訓場地的硬件建設，但是由于某些原因，實訓課程的開展依然不盡如人意。以汽車專業為例，在高職院校的實訓教學過程中，往往存在以下問題：

1.實訓設備陳舊落后。汽車相關實訓設備和儀器大多價格昂貴，更新換代緩慢，難以跟上技術前進的步伐。

2.經費缺乏，場地緊張。經費有限，且來源單一，同樣型號的設備不會同時購置多臺，導致實訓課多位學生只能共用一臺或幾臺實訓設備，無法滿足實訓要求。

3.師資力量薄弱。實訓指導教師數量缺乏，上課時常常需要面對一個班級的學生，很難實現讓每一個學生都看清楚示范過程。

4.危險時有發生。由于學生沒有經過必要的“養成訓練”，而且缺乏專業知識，實訓過程中，有時會出現誤操作，造成設備損壞、人員傷害。

三、虛擬現實技術在汽車專業實訓中的作用

虛擬現實技術應用于汽車專業情境化實訓教學，能為復雜的技能訓練、整體性能設計、部件解剖分析、工作過程仿真等方面帶來變革，并對職業院校實訓教學的觀念、內容、手段改革產生深遠的影響。具體來說，主要體現在以下幾方面：

1.促進教學模式改革。基于虛擬現實情境化實訓，營造了自主學習的情境，將突破傳統教育的時間和空間限制，擴大學生的學習空間，增加學生的學習經驗；從傳統單一的師生交互環境，轉變到師生、人機、生生多個交互系統的有機環境；教學過程中的角色重點由教師遷移到了學生，啟發式教學、發現式教學等新型教學方法能夠全面實施。

2.減少辦學成本。傳統汽車實訓室往往需要很大的場地。相比于實訓場所的建設投資，建立一套虛擬現實系統的投資要小得多，虛擬現實系統的投資是實際系統投資的幾十分之一；虛擬現實系統在使用過程中，材料消耗、能耗都很低；設備可靠性高，維修概率小，維修成本低，即使出故障，也較易解決。

3.拓展實訓廣度與深度。可將一些危險性高、開展難度大、相對難控制的項目采用虛擬現實系統進行練習，比如訓練各類檢測設備的操作方法、各種故障診斷與排除的技巧等，既解決了某些現實中無法開展的難題，又保證了安全。

4.激發學習興趣。基于虛擬現實情境化實訓擺脫了傳統書本教育和普通多媒體演示的教學模式，能夠模擬真實場景，為學生提供多種感官的綜合刺激；可以提供各種基于專業知識和技能的教學游戲，有利于學習者在人機交互過程中產生強烈的學習欲望，產生學習熱情，提高團隊合作意識。

5.提高實訓效率。學生在進行實操訓練前，先在虛擬環境中身臨其境地進行虛擬訓練，待熟悉后，再去實際環境中操作。這樣可使一些枯燥難于操作的實訓變得有趣，加深學生對知識的理解，能大大提高實操訓練的效果和效率，并保護實機設備的安全。

綜上所述，實訓教學在職業教育中占有舉足輕重的地位，對于包括汽車專業在內的工程類專業，基于虛擬現實技術的情境化實訓教學能夠利用現代化的教學手段、教學工具創設教學情境，為汽車專業學生職業能力的培養和職業教育的發展作出貢獻。

作者簡介：馮燕（1985— ），女，浙江海寧人，講師，主要研究方向：高職汽車專業教學與科研。