AR技術(shù)在汽修課程教學(xué)中的應(yīng)用

【摘要】? ? AR技術(shù)融入教育行業(yè)，給教學(xué)過程帶來新變化。根據(jù)學(xué)校教學(xué)現(xiàn)狀，汽修專業(yè)人數(shù)多、實訓(xùn)課程工位少，教師選取任務(wù)難度不適宜的現(xiàn)狀，研究AR交互教學(xué)模式，利用AR技術(shù)優(yōu)勢，增強學(xué)生的立體理解。采用AR教學(xué)實驗班開展研究，教師將工作任務(wù)導(dǎo)入構(gòu)建AR教學(xué)輔助軟件，驗證AR技術(shù)在汽修課程教學(xué)中的應(yīng)用效果。

【關(guān)鍵詞】? ? 增強現(xiàn)實（AR）技術(shù)? ? 汽修課程? ? 中職教學(xué)

增強現(xiàn)實技術(shù)，英文全稱：Augmented Reality（簡稱“AR”），是一種將虛擬信息與真實世界巧妙融合的技術(shù)，廣泛運用了多媒體、三維建模、實時跟蹤及注冊、智能交互、傳感等多種技術(shù)手段，將計算機生成的文字、圖像、三維模型、音樂、視頻等虛擬信息模擬仿真后，應(yīng)用到真實世界中，兩種信息互為補充，從而實現(xiàn)對真實世界的“增強”[1]。 AR是滿足三維基本特征的系統(tǒng)，AR能彌合真實與虛擬對象差距。計算機的迅速發(fā)展，也帶來了AR技術(shù)的成熟，它的身影也慢慢地出現(xiàn)在教育行業(yè)里，如市場上隨處可見的AR童書。

一、中職汽修課程AR教學(xué)概述

中等職業(yè)學(xué)校培養(yǎng)的學(xué)生是面向職業(yè)的，需要學(xué)習(xí)技術(shù)技能類實踐課。AR技術(shù)引入中職課堂，需要幫助教師解決技術(shù)技能的操作演示，近年各地有師資培訓(xùn)中心通過組織教師培訓(xùn)，讓越老越多老師認識了AR，也學(xué)習(xí)了AR的設(shè)計運用。如廣東省2020年職業(yè)院校教師素質(zhì)提高計劃培訓(xùn)里就有項目是關(guān)于汽車專業(yè)增強AR現(xiàn)實資源開發(fā)與信息化教學(xué)應(yīng)用。故此，我校汽修專業(yè)設(shè)立實驗班開展起AR教學(xué)。

1.1我校汽修課程教學(xué)現(xiàn)狀

AR教學(xué)實驗班來源自汽修專業(yè)2年級，學(xué)生有大量的工學(xué)一體化課程，接受做中學(xué)，學(xué)中做的模式。但班里人數(shù)是42人，非小班教學(xué)，教學(xué)資源分配上捉襟見肘，實訓(xùn)工位無法同時滿足要求，造成教學(xué)效率低，其他學(xué)生缺乏實車訓(xùn)練降低參與學(xué)習(xí)興趣。

1.2汽修專業(yè)AR教學(xué)的優(yōu)勢

AR教學(xué)能加強學(xué)生對知識的深層理解。它可提升學(xué)生對概念的學(xué)習(xí)進度，讓抽象概念變得具體化，讓圖片轉(zhuǎn)化為三維立體模型，AR教學(xué)輔導(dǎo)工具可使不理解文本學(xué)習(xí)材料的學(xué)生受益，降低學(xué)生學(xué)習(xí)知識的難度。

AR教學(xué)能降低場地工位不足對教學(xué)的制約。很多實訓(xùn)課程教學(xué)受到場地設(shè)備等影響，學(xué)生平均接觸工位的時間較短，造成教學(xué)效果不理想。譬如發(fā)動機課，2人/工位，這對場地大小與臺架數(shù)目要求都很高，現(xiàn)將汽車部件（如發(fā)動機）虛擬現(xiàn)實技術(shù)形象化導(dǎo)入AR軟件后，學(xué)生利用AR教學(xué)輔導(dǎo)工具則可以隨時隨地將發(fā)動機具現(xiàn)化出來，進行拆裝演示操作或認知各部件的位置與形狀。

AR教學(xué)可以給老師提供新的表達方式。AR系統(tǒng)使教學(xué)內(nèi)容生動化，在缺少汽車類設(shè)備的情況下，教師利用形象的AR數(shù)字資源進行課堂教學(xué)，擺脫PPT類課件的平面化教學(xué)。

學(xué)校的教學(xué)環(huán)境里，加入這種AR技術(shù)的教學(xué)十分創(chuàng)新，特別是在新能源汽車崛起的時代，舊的教學(xué)資源已經(jīng)不能滿足教學(xué)，教師能根據(jù)實際需求，更好地設(shè)計、實施增強現(xiàn)實汽車教育項目，以滿足智能社會的發(fā)展和信息時代的需要。

二、中職汽修課程AR教學(xué)理念

中職汽修課程AR教學(xué)遵循“以學(xué)生為主體，以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念[2]。課堂里沿用工作任務(wù)導(dǎo)向教學(xué)法，培養(yǎng)學(xué)生崗位意識，結(jié)合原來的實訓(xùn)設(shè)備和新添加的AR等數(shù)字資源，學(xué)生可自主學(xué)習(xí)。通過對教學(xué)的交互模式進行改變，將部分師生間的交互引導(dǎo)為學(xué)生與AR軟件的交互，同時也做好分組，鼓勵小組成員間的交互，老師可以有更多時間巡邏實訓(xùn)室，優(yōu)化課堂教學(xué)效果。

學(xué)生與AR軟件的交互主要體現(xiàn)在：對理論知識的學(xué)習(xí)，學(xué)生不必閱讀教材中大段文字描述，直接借助軟件里的手機攝像頭掃描圖片可出現(xiàn)視頻演示，學(xué)生更利于記憶，同時學(xué)生可以放大、旋轉(zhuǎn)觀看零件及工具的 3D 模型;對實操技能的學(xué)習(xí)，不必圍繞工位看教師演示，直接用 AR 識別軟件進行掃描圖片，出來相關(guān)實操步驟的動畫，認識相關(guān)工具的使用，看不懂的可以選擇反復(fù)觀看[3]。

三、中職汽修課程AR教學(xué)應(yīng)用

中職汽修課程融合AR教學(xué)資源，教師可根據(jù)學(xué)生的實際能力，AR教學(xué)資源的可用性，從中職專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容層面出發(fā)，組織課程內(nèi)容，投入設(shè)計AR教學(xué)輔助軟件。AR教育可以提高任務(wù)導(dǎo)向法的參與度，引導(dǎo)學(xué)生利用AR軟件進行課程學(xué)習(xí)，以App的形式將AR技術(shù)引入到汽修課程教學(xué)中，能夠切實為師生帶來極大的便利，增強學(xué)生對知識的理解和對學(xué)習(xí)的興趣。

3.1組織課程內(nèi)容

根據(jù)我校汽修專業(yè)人才培養(yǎng)方案，發(fā)動機、底盤、電氣設(shè)備等課程都需要工學(xué)一體化教學(xué)。對應(yīng)的課程需要大量的實訓(xùn)工位，AR教學(xué)內(nèi)容可根據(jù)各種實訓(xùn)的工作崗位任務(wù)進行設(shè)計，特別是工位不足的課程內(nèi)容優(yōu)先融入AR教學(xué)，化解教學(xué)矛盾。而且汽車模型的設(shè)計耗時不短，在組織AR教學(xué)內(nèi)容時，優(yōu)先組織局部內(nèi)容，如汽車電控課程里的各種傳感器，后期再組織整體內(nèi)容，如整合前期設(shè)計完成的各種傳感器加入到整個電控發(fā)動機的框架中，循序漸進地設(shè)計3D教學(xué)模型，減輕設(shè)計初期的工作量。

3.2設(shè)計AR教學(xué)輔助軟件

為了將AR技術(shù)轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源，教師要做好課前備課，設(shè)計好對應(yīng)課程內(nèi)容的AR教學(xué)輔助軟件。簡單步驟如下：第一步，利用三維動畫渲染和制作軟件（3DMAX）制作課程相關(guān)的汽車部件模型，模型數(shù)據(jù)來自于實物的真實大小，便于學(xué)生產(chǎn)生正遷移;第二步，將對應(yīng)的模型和教學(xué)資源導(dǎo)入實時3D互動內(nèi)容創(chuàng)作平臺（Unity 3D），加入控制按鈕、聲效等要素賦予模型運行、旋轉(zhuǎn)、拆裝等功能，能進行實時互動，產(chǎn)生學(xué)習(xí)沉浸體驗;第三步，獲取高通Vuforia插件應(yīng)用權(quán)限，設(shè)計AR識別圖后，生成對應(yīng)安卓端或IOS端的輔助軟件。

3.3實施具體教學(xué)

以汽車發(fā)動機電子控制系統(tǒng)內(nèi)容為例，可設(shè)置知識點：發(fā)動機電子燃油噴射系統(tǒng)主要傳感器的形狀和位置;技能點：檢測傳感器的電阻、電壓、波形。教師提前設(shè)計好電控發(fā)動機及傳感器3D模型，生成AR輔助軟件，在實訓(xùn)平臺上實操前，引導(dǎo)學(xué)生獨立或分組進入AR軟件里學(xué)習(xí)與模擬實操。

學(xué)生在課堂中應(yīng)用智能手機或者教學(xué)智能平板，打開AR輔助軟件進行人機交互，學(xué)習(xí)發(fā)動機電子燃油噴射系統(tǒng)的主要部件的理論知識、主要傳感器的位置、實操訓(xùn)練所需工量具的正確使用方法，配合任務(wù)工作頁，完成熟練確認發(fā)動機電子燃油噴射系統(tǒng)主要傳感器位置和主要傳感檢測的教學(xué)目標(biāo)。

四、教學(xué)中存在的問題

AR技術(shù)教學(xué)存在一定局限性，畢竟那都是軟件設(shè)計者的“繪制”，并非汽車的本真與全部。其中真中有假，假中有真，真真假假，令人難分，可最終還是“虛擬”的，誠然沒有真實維修汽車的效果。容易使學(xué)生“先入為主”，造成對真實知識和現(xiàn)實的偏面認知，若軟件設(shè)計時出錯，還可能會讓學(xué)生“誤入歧途”！

課程里應(yīng)用AR教學(xué)需要教師過多的備課時間，教師難以快速部署AR內(nèi)容，整個課程下來，需要的模型數(shù)目眾多，設(shè)計耗時巨大，非一名老師可以獨立完成，建議申請經(jīng)費聯(lián)合相關(guān)教學(xué)資源類企業(yè)合作制作。課堂中，教師或?qū)W生發(fā)現(xiàn)AR軟件里的交互界面異常，素材出錯等情況，影響AR軟件的使用，教師難以及時對AR軟件重新編輯。在實際使用中，還需要學(xué)校能提供專用的智能平板設(shè)備給學(xué)生使用，或開放學(xué)生使用個人手機的權(quán)限，建議是大屏幕的，效果更好。

從AR教學(xué)實驗班的嘗試里發(fā)現(xiàn)，AR教學(xué)確實方便了“教”與“學(xué)”的過程，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，能流暢地在虛擬與真實的環(huán)境中進行互動。但萬事皆有度，AR等先進信息技術(shù)是一懸掛在學(xué)校和教師頭上的達摩克斯之劍，在教學(xué)中當(dāng)適時應(yīng)用、適度應(yīng)用，拒絕濫用，做到以實訓(xùn)工位實操為主，AR軟件為輔，不能讓學(xué)生脫離實際。科技在進步，在虛擬領(lǐng)域還有更高科技的混合現(xiàn)實（MR）技術(shù)，人機交互將逐漸廣泛地應(yīng)用在教學(xué)領(lǐng)域，教師需要主動學(xué)習(xí)，走在教學(xué)創(chuàng)新的大路上。

參? 考? 文? 獻

[1]何思穎.5G背景下VR/AR技術(shù)賦能的娛樂產(chǎn)品定價分析[J].大陸橋視野，2020（07）：70-72.

[2]王龍.淺析中職汽修專業(yè)教學(xué)方法的創(chuàng)新舉措[J].才智，2016（21）：54.

[3]韓笑.工作任務(wù)導(dǎo)向的AR交互在中職課程教學(xué)中的應(yīng)用[D].浙江工業(yè)大學(xué)，2020.

羅文政（1984.08），男，漢族，廣東廣州，助理講師，研究方向：汽修教學(xué)。