VR技術應用背景下的汽車構造課程方案探索

劉仁武

隨著VR其沉浸式場景體驗、情景智能交互等5G時代背景下新出現的新興技術給教育帶來煥然一新的體驗，VR技術的應用逐漸在教育教學中形成了一種不可替代的教學模式。汽車構造課程作為汽車專業核心課程，有關該課程理論和實踐一體化的教學改革都在持續討論和實踐中，其目的主要是通過課改加強學生課程知識的掌握并能有效地應用于實際。在高校如今大部分還是利用多媒體進行零部件的平面展示以及2D的視頻播放來達到知識點的講授和傳播，在學校實踐和社會實踐當中通過實地的整車或零部件的全方位或剖面展示來達到學生對該知識點的全面掌握；然而這不可避免的帶來了不便利性，無法快速的把課堂以及書本知識和實際展示及時結合起來，更多的喪失了對知識獲取的積極性和興趣；因此在VR 技術的應用下，汽車構造課程急需一個新的教學模式來給學生一個新的知識獲取體驗。

一、課程現狀分析

（一）課程分析

汽車構造課程主要分為上下兩冊，汽車構造（一）和汽車構造（二），其中（一）圍繞汽車發動機的構造和發動機工作原理兩個方面作主要介紹，如最常見的兩大機構和五大系統；（二）是汽車底盤，其中底盤主要包括行駛、轉向、制動、傳動四個系統。以傳動系統為例，主要讓學生熟悉離合器、變速器等傳動機構的工作原理以及其分類，其他的內容概述不在這里贅述。汽車構造這門課程涉及到的機械結構種類之多，其空間布置形態各異，結構復雜，原理晦澀難懂，尤其在大部分書本上只是基本的二維黑白圖形展示的條件下，很難第一時間熟悉該零部件的空間結構以及其工作原理，因此需要一定量的3D模型和大量相關資源建設來展示其各個方位下的結構畫面。

（二）課程教學存在的問題

在這里只闡述跟VR技術應用有關的教學問題，第一主要是零部件的多媒體展示不夠立體和全面，由于大部分多媒體資源都來自平面的靜態圖片和少有的2D 原理視頻，雖然在一定程度上幫助學生理解了書本上的部分工作原理，但相對于組成元素較多結構復雜的零部件，僅有的傳統多媒體設備是遠遠不夠的，需要有一個足夠適應現代VR技術應用的教學場地建設。第二個就是教學互動方式問題，傳統的教學互動都是用書本或多媒體資源作為傳遞介質來達成互動的目的，以書本為例，書本的互動缺乏指定性，即老師所指的物體某個細節不能很簡潔準確的表達出來，學生更不能準確及時的對應上，導致互動帶來的盲目性；以多媒體為例，多媒體的互動缺乏靈活性和豐富性，即學生只能在一個平面觀察零部件的靜態或動態原理，導致學生在互動過程中空間想象力不夠帶來的不確定性和單一性。因此圍繞以上倆個問題需要對該課程的方案進行一個全新的構建。

二、VR技術應用課程方案構建

（一）三維零部件資源建設

以發動機的構造和原理講解為例，其主要建設的對象就是整個發動機，要想組成一個較完整的發動機3D圖形，就要建設和整理好相關零部件，把這些零部件整理好后導入三維制作軟件當中來組成整體的發動機3D 圖形，一般常用的3D 制作軟件有3Dmax、MAYA、C4D、ProE、Soliworks、UG 等，制作好相關模型后可以導入場景交互類軟件Unity、Blender等，這樣就可以實現零部件在對應場景下的展示；如在制作活塞模型運動的過程當中，可以加入缸體模型的內部場景進行交互，從而使活塞的運動更加符合實際；再例如在展示整個發動機模型的結構時，可以加入底盤的場景來進行交互，這樣我們也可以知道發動機在底盤上的組裝結構有哪些。這樣的資源建設在一定程度上需要配備專業或技能對口的師資來實現資源建設的有序化和時效化。

（二）VR設備的選擇

為了適應當前5G 技術的發展，在這里選擇一款較先進的頭戴式一體機，其型號為HTC VIVE Pro Full Kit 2.0專業版，主要包括定位器、操控手柄、一體式頭盔、操控手柄以及其他必要配件等，相比于一般的頭戴式一體VR機，該版本具備倆個3.5英寸AMO?LDE 屏幕，其采樣率相比一般的CD 采樣率更高，可呈現高清的3K 畫質，精準的SteamVR2.0 追蹤技術，有著110。視角寬的視野，同時在音質方面有著HiFi般的3D音效，并且耳機頭盔一體化，即不需要單獨的外置音響，直接放到頭盔上來，很大程度上簡化了佩戴的要求。尤其在人體工學設計方面，有著更高的人性化設計，在調整頭戴的基礎上還可以調整瞳距以及鏡頭距離，因此其簡便實用的新人機工程設計更大程度的提升了學生在場景當中的交互感。

（三）教學場地的配置

為了能夠適應VR技術應用下的教學模式，高校應該不僅在觀看的設備上有所付出，還應該在虛擬現實和實際結合的情況下對教學場地進行相關布置。在教師方面應該配置一臺高性能大存儲的電腦來導入教學所需的動畫視頻和相關VR資源，用來教學展示模型和動畫；同時應該設立一個獨立的資源建設平臺，這個建設平臺可以獨立于教室或者在教室里面，平臺主要是進行資源的建設甚至3D打印，專門由一批負責平臺資源建設的老師負責，這樣資源的建設和應用就都可以解決了。接下來就是學生的配置，學生主要每人一臺全新一體式VR 設備，配備專門放置設備的桌子，對每個桌子和設備進行編號，以便后期管理和維護。在教室方面的配置就是在講臺正中間放置一塊超寬的高清屏幕帶音響，用來顯示老師教學所展示的模型以及對應的知識點，以便學生用完VR設備后及時對知識點的補充，同時教室的周圍應放置相關模型展臺，主要通過3D打印的方式來展現模型的基本外觀讓學生有一個初步的印象，這樣就很好的實現了虛擬現實和實地接觸的結合，可以更大的提高學生的學習興趣以及學生對知識點的印象。

（四）教學方式的構建

準備好了相關硬件設備和軟件設備，接下來就要有一個好的教學方式才能使這些設備的價值得到最大的體現，教學方式主要圍繞知識點引入，沉浸式體驗、雙屏互動、課后體驗總結四個方面展開。知識點引入跟一般課堂一樣，讓大家初步對今天的知識點有個基本認識，有了基本認識之后可以讓學生戴好設備進行一個初步體驗，初步體驗主要是把課堂所需引入的三維動畫初步植入到學生的腦海里面，初步體驗完之后立馬回到課堂知識點來，可讓大家對知識點進行提問，然后教師對VR設備里的模型展現在大屏上進行課堂講解，同時讓大家繼續戴好設備進行一個場景的交互，即雙屏互動，互動完之后可以對剛剛的設備體驗和模型講解進行一個課后總結，以便后期反饋給老師進行一個教學的總結。

（五）教學評價體系的確立

在完成一個基本的VR教學過程后，接下來就要對教學過程當中存在的問題要進行總結，即如何有效的使VR課堂在實際應用當中是否可行，就要建立一套完整的課堂評價體系。學生方面主要圍繞教學的設備使用感受以及老師的教學方式進行一個全方位的評價，學生能否很快的適應好VR設備教學就要實事求是的給出中肯的評價；教師方面主要圍繞教學設備的使用感受以及學生的體驗回饋甚至自我反思幾個方面出發，在不斷完善設備的使用基礎上，同時要不斷的進行自我反思，尤其新技術下的應用更應該要反思自己的教學方式以及教學特點進行自我總結，跟一般的課堂教學不一樣的是，VR 教學的體驗感不僅給學生帶來了很大興趣，同時也帶來了依賴性，所以教師要好好的反思自己日后在教學過程當中怎樣使學生在虛擬現實體驗當中和實際課堂知識點的講解相互結合起來，在提升興趣的基礎上提升學生的知識獲取效率。

三、結語

整套課程改革方案的建立主要是圍繞VR 技術在教學當中的應用，從五個方面進行歸納來最終實現其應用價值。其一資源建設主要是作為教學的準備工作，為課堂的教學進度提供參考依據；其二設備的選擇是為了能夠將VR 技術和課堂實現有效的結合；其三教學場地的配置是為了體現VR教學的獨特性和完整性；其四教學方式的構建使VR技術在教學過程有了更加完善的體現；最后教學評價是為了確保VR教學在日后應用的可持續性。

綜上所述，這個立體方案的建立有利于教師和學生在新教學模式下，知識點的獲取以及課堂的互動有了全新的提升，同時有利于高校機械類課程日后教學過程當中在零部件展示不夠具體和完善的前提下帶來了新的教學啟發。當然不足之處還有很多，如上文提到的依賴性，即學生把它當成“游戲”看待，這也是要面臨的一個重要問題，同時如設備的選取成本是否符合當今高校在專業發展的成本應用上還應有更完善的依據，以及設備的體驗感以及運行效率是否適用于當今高校大學生也還應有更多的設備體驗調查。在VR設備優劣共存的情況下，高校和老師應該共同努力構建出一套完整的應對方案來使VR技術在教學當中的應用價值越來越高。