基于三維虛擬仿真技術的汽車維修教學實踐研究

摘? 要：VR虛擬現實技術在被引入到教育領域之后也助力了教育領域的快速發展，建立了桌面式三維虛擬空間，如此對于學生學好專業知識內容是非常有益的，它能夠在一定程度上改變傳統教學模式，確保汽車維修教學實踐有效到位。為此，文章著重探討了汽車維修教學課程實踐中所采用的三維虛擬仿真技術，希望學生能夠在三維虛擬仿真技術的輔助下開展相應教學過程，保證專業教學實踐體現其一定的教育價值性，并進行教學反思。

關鍵詞：三維虛擬仿真技術;汽車維修教學實踐;教學方法

中圖分類號：TP391.4;G434? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A文章編號：2096-4706（2021）19-0193-04

Research on Automobile Maintenance Teaching Practice Based on 3D Virtual Simulation Technology

XIAN Aman

（School of Automobile， Xianyang Vocational Technical College， Xianyang? 712000， China）

Abstract： After being introduced into the field of education， VR virtual reality technology also contributes to the rapid development of the field of education， establishes a desktop 3D virtual space， which is very beneficial for students to learn professional knowledge. It can change the traditional teaching mode to a certain extent and ensure that the teaching practice of automobile maintenance is effective and in place. Therefore， this paper focuses on the 3D virtual simulation technology used in the practice of automobile maintenance teaching course， hoping that students can carry out the corresponding teaching process with the help of 3D virtual simulation technology， ensure that professional teaching practice reflects its a certain educational value， and carry out teaching reflection.

Keywords： 3D virtual simulation technology; teaching practice of automobile maintenance; teaching method

0? 引? 言

在汽車專業中需要分析其教學設計與教育管理目標，充分先進技術內容功能全面展開教學過程，搭建虛擬仿真教學系統。例如在汽車底盤齒輪齒條式轉向系統教學中，教師就充分運用到了VC++6.0以及3Dmax 2010開發平臺，建立了人機交互平臺，形成了一套完整的汽車維修虛擬仿真教學系統。在平臺開發過程中，主要利用到了CAN總線配合RS485通訊機制，直接植入人工控制系統節點，保證采集環節設備狀態信息有效優化，同時收發指令內容。在這一過程中也必須合理運行Linux操作系統，保證圖形化人機交互技術實施到位，提高系統穩定性能。

1? 三維虛擬仿真技術的基本概述

三維虛擬仿真技術源自VR技術系統，它所建立的是方便、靈活的虛擬現實系統，在使用計算機屏幕標作為使用者查看窗口的同時，也充分運用了大量交互技術內容，建立了高度逼真的3D交互虛擬情境，實現了虛擬世界與現實世界的有效交互。整體看來，目前廣泛應用于教育平臺領域的桌面式三維虛擬仿真技術在成本實現上相對較低，應用更為方便靈活，可以借助立體投影儀增大顯示屏幕，進而形成一種沉浸感體驗，滿足多人觀看學習要求[1]。就內容的呈現與場景的構建上也實現了有效突破，構建了最為逼真的三維教學環境。簡言之，就是在相對復雜的日常教學環境下展開教學活動過程。在這里，三維虛擬仿真技術激發了學生的學習興趣與好奇心，學習主動性也有所增強[2]。

就目前所開展的汽車維修管理教學內容存在一定缺陷，它未能有效運用到三維虛擬仿真技術內容，這導致學生在學習過程中無法實現理論與實操相互結合，這在極大程度上影響到了學生的歇息成果，也導致教師在教學過程中面臨困境，避免了學生在某些學習細節上的重復操作，教學應用價值上可見一斑[3]。

2? 三維虛擬仿真技術在汽車維修教學實踐中的具體應用內容與設計思路

在汽車維修教學實踐中，三維虛擬仿真技術被深入融入基礎教學中，例如在指導學生學習汽車底盤典型故障與疑難故障中建立了重要的技術指導基礎，同時也對汽車齒輪齒條式轉向器結構變化進行了探索，配合故障案例引發學生思考共鳴。這一過程中學生會擁有身臨其境的學習體驗，分析與解決問題的能力也會有所提升。在本文看來，利用三維虛擬仿真技術恰當引導學生探究汽車維修教學實踐中相關問題，例如識別零部件名稱、掌握齒輪齒條式轉向器的拆裝過程等等，這對于指導學生從不同角度思考問題是很有幫助的。在教學中，教師也借助桌面式三維虛擬仿真技術指導學生自主學習、游戲激趣、情境遷移、全面鞏固提高學生運用三維虛擬仿真技術解決問題的能力[4]。在三維虛擬仿真技術應用過程中，教師要明確多元思路開發，保證通過自主實踐與討論來共同指導學生展開技術背景下的汽車維修教學時間過程，提高教學質量。在三維虛擬仿真技術教學中教師也要通過真實案例引發學生思考，相應補充教學主題內容，為學生帶來優質學習體驗。

在教學活動中，其設計思路主要圍繞學生身心發展出發思考問題，教師會利用三維虛擬仿真技術為學生建立學習情境，結合一系列虛擬教學系統工具來設置展開教學任務，靈活運用教學資源，展開教學有效組合過程。這一過程中，學生逐漸從靜態學習體驗逐漸轉為動態，這主要就是因為建立了交互式、桌面式汽車維修三維虛擬仿真教學系統模型，其中所構建的基本素材庫蘊含了大量的文本、音頻與視頻動畫供學生學習運用，完善實訓課程體系內容。在采用上機操作過程中創建虛擬仿真環境，配合先實踐、后理論的教學過程展開教學，如此對于提高課堂教學效率是頗有幫助的[5]。

3? 三維虛擬仿真技術在汽車維修教學實踐中的具體設計流程

就以《汽車底盤構造與維修》課程為例，教師會首先為學生講解齒輪齒條式轉向器的基本結構特征，它的結構特征相對簡單，傳動效率較高，操作輕便，重量較輕，不需要轉向搖臂與轉向直拉桿。在教學中，要有效解決逆傳動效率較高以及轉向器可變速比等等問題，就目前汽車產業中如本田、五菱等汽車品牌都采用到了齒輪齒條式轉向器。為了讓學生深入了解該課知識內容，教師專門為學生打開了三維虛擬仿真技術系統，運用總成圖講解知識，與學生展開互動，通過系統中案例提高學生學習興趣，鍛煉學生的交流、表達能力。例如在左右拉桿內球頭教學中。而在這一過程中，學生要自主利用拉桿內球頭實現螺紋與齒條連接過程中合理運用到三維虛擬仿真模型，一邊移動一邊分析其模型結構的主要組成部分，學生在操作過程中也會深度觀察模型最后操作虛擬模型，深入學習汽車轉向系統相關知識的有效運用過程。在整個教學過程中，教師要先后進行資源制作與資源庫建設，集中統一管理汽車維修虛擬仿真教學系統功能模塊，確保學習過程更加生動有趣[6]。

3.1? 收集教學資料

結合汽車維修教學中的仿真實訓系統的開發建設過程。具體來講，在系統開發建設過程中采用了基于對話框的先進技術，配合鼠標操作方便用戶快速執行軟件任務。在這里就運用到了VC++6.0作為開發語言，配合CATIA以及3Dmax作為虛擬三維建模工具，同時利用Vega作為動態仿真渲染工具，確保仿真實踐教學功能有效優化，體現教學系統一定的移植性以及可擴展性，汽車三維虛擬仿真3Dmax軟件建模如圖2所示。就系統操作過程而言，它其中通過汽車三維虛擬仿真實訓教學系統來為學生播放動畫、視頻內容，確保仿真技術應用到位，培養學生良好的學習興趣，同時建立仿真與實際操作教學機制，避免學生過分依賴仿真系統。而在VC++開發平臺下，汽車仿真教學系統包含多種功能模塊，保證系統開發建設過程順暢化。在這一過程中也要建立Vega系統理論課程內容，確保實訓仿真教學實施到位，建立多個教學模塊，從多個方面加強學生對于學習內容的理解，激發學生的整體學習興趣，同時為學生在三維虛擬仿真技術系統中建立教學方案。這里主要運用到了3D max三維造型軟件、汽車齒輪齒條式轉向器系統等等，全面構建高逼真三維模型，結合平面圖形軟件如Photoshop CS制作模型貼圖材質。大體來講就是根據專業教學實際需要形成教學建模內容，將實物內容拆解下來，測量尺寸并記錄數據，豐富三維虛擬模型資源庫，汽車三維虛擬仿真資源庫如圖3所示。

3.2? 創建三維虛擬仿真3D模型

在講解汽車底盤齒輪齒條式轉向器過程中，教師專門采用到3Dmax軟件進行建模，制作三維虛擬仿真模型。在系統虛擬模型構建過程中主要結合汽車齒輪齒條式轉向器零部件實物制作模型，模型內容就包括了齒輪、齒條、內外球頭、控制閥等諸多內容。考慮到模型內容相對復雜，所以在采用傳統基礎幾何體建模之外，也嘗試采用到了三維多邊形建模技術方法，比如說在制作螺絲孔過程中就專門運用到布爾運算方法，先進行樣條曲線繪制，然后實施放樣操作[7]。

在分析汽車底盤齒輪齒條式轉向器材質過程中，教師運用三維虛擬仿真模型附加材質確保模型顯示正常不變形，確保模型精細化，給人一種真實感，如此能達到一種以假亂真的教學效果，更好吸引學生參與其中。而在貼圖方面，則采用三維虛擬仿真模型建立貼圖紋理素材分析機制，確保讓客觀反映物體模型建設機制，保證物體模型材質更為精細真實，體現其質感優勢，建立良好的三維虛擬仿真模型，然后導出.3DS文件格式，為實現進一步的教學交互功能夯實基礎。

最后，教師要利用汽車維修虛擬仿真教學系統與學生形成3D模型交互，其中主要對轉向器進行多方位呈現，實施360°旋轉、垂直平移操作，并利用模型調試、發布輸出系統內容，最后直接導出*EXE文件，為學生形成三維虛擬仿真模型平臺輸出效果圖[8]，如圖4所示。

4? 結? 論

在利用三維虛擬仿真技術開展汽車維修教學實踐過程中，教師充分運用到了技術系統移動端實施教學，為學生虛擬展示了諸如汽車底盤齒輪齒條式轉向器失誤內容，形成了豐富的多媒體視頻教學資源。就虛擬混合學習模式過程中，教師還結合虛擬仿真系統建立了虛擬學習環境，這對于汽車維修專業學生學好專業知識內容是頗有幫助的，它也說明了虛擬仿真系統在專業虛擬學習環境中發揮了不可替代的重要價值作用。就目前職業教育更加強調一體化教學的大環境下，虛擬仿真教學確實做到了對于教學方式方法與教學內容的成熟性融合，實現了更多教學層面的思考與探索過程。

參考文獻：

[1] 付學敏，李敏，王普，等.虛擬仿真技術在汽車維修專業實訓教學中的應用探討 [J].南方農機，2020，51（9）：206.

[2] 黃麒瑜.虛擬仿真軟件在中職汽車維修專業教學中的應用研究 [J].百科論壇電子雜志，2019（8）：725.

[3] 馬光.汽車維修虛擬仿真教學系統功能模塊研究 [J].科學與財富，2019（26）：177.

[4] 陳新.虛擬仿真軟件在中職汽車維修專業教學中的應用研究 [J].新疆職業教育研究，2013（1）：58-60.

[5] 陳江濤，孫為民，吳珂，等.三維虛擬仿真在發電類專業創新教學中的應用 [J].職業技術，2019，18（5）：59-62.

[6] 劉彩花.Web3D虛擬仿真技術在機械類實踐教學中的應用 [J].農機使用與維修，2020（9）：112-113.

[7] 廖松麗，徐頌民，鄭波.基于三維虛擬仿真的初中數學互動教學實踐——以《投影與三視圖》為例 [J].教育信息技術，2019（10）：64-67.

[8] 薛鵬.基于Prepar3D的虛擬仿真技術在民航機務實踐教學中的應用 [J].科技資訊，2017，15（18）：161-163+165.

作者簡介：仙阿曼（1989.03—）女，漢族，陜西咸陽人，講師，碩士研究生，研究方向：機械設計制造及其自動化，汽車檢測與維修技術。