虛擬現(xiàn)實技術(shù)在中職汽修教學(xué)中的應(yīng)用

周航輝

(溧陽市天目湖中等專業(yè)學(xué)校，江蘇 溧陽 213300)

0 引言

進入21世紀(jì)以來，隨著信息技術(shù)的不斷更新發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)得到了長足的進步，并且已經(jīng)在國內(nèi)外的高校教學(xué)、實驗研究、商業(yè)活動等領(lǐng)域得到廣泛運用，得到社會公眾的廣泛認(rèn)可。汽修專業(yè)教學(xué)一直以來存在經(jīng)濟成本高、危險系數(shù)大、器材復(fù)雜易損、設(shè)備更新較快的問題，因此，運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)建立虛擬實驗平臺以進一步提升汽修專業(yè)教學(xué)質(zhì)量，就成為汽修專業(yè)獲得進一步發(fā)展的重要途徑。

1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)概述

1.1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的概念

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一系列高新技術(shù)的匯集，這些技術(shù)包括：多媒體技術(shù)、計算機圖形學(xué)、人工智能、人機接口技術(shù)、高度并行的計算技術(shù)和動物的行為學(xué)研究等[1]。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的水平高低主要體現(xiàn)在軟件水平和硬件水平上，軟件水平主要是對操作系統(tǒng)的優(yōu)化和開發(fā)，硬件水平主要是設(shè)備的更新和組合[2]。

1.2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特點

虛擬現(xiàn)實技術(shù)的實質(zhì)是為用戶提供一種高級的人機互動接口，它改變了用戶與計算機之間的被動、枯燥和生硬的關(guān)系，為用戶提供了一個人性化的虛擬世界[3]。虛擬現(xiàn)實技術(shù)有以下三個特點：

(1)全方位感知。在當(dāng)前的技術(shù)條件下，虛擬現(xiàn)實技術(shù)除了可以實現(xiàn)提供視覺感知外，還可以通過媒體組合的方式向用戶提供聽覺、觸覺、運動、嗅覺等方面的感知。(2)身臨其境感。虛擬現(xiàn)實技術(shù)通過全方面感知的提供，可以為用戶建立一個真實度極高的虛擬世界，用戶在虛擬世界中可以獲得與現(xiàn)實世界一樣的感官享受，并且提供現(xiàn)實世界中不能獲得的樂趣。(3)同步反饋。使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的用戶可以通過操作獲得及時反饋。

2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用的必要性

在我國中職學(xué)校的汽修專業(yè)教學(xué)中，受各方面條件的限制往往只能向?qū)W生提供靜態(tài)教學(xué)，學(xué)生只能通過教師的引導(dǎo)介紹，了解汽車整體構(gòu)造和零部件，很少能夠進行實踐教學(xué)。究其原因，往往是因為實踐教學(xué)經(jīng)濟成本較大，學(xué)生人身安全不能得到充分保障，設(shè)備數(shù)量不能充分對應(yīng)學(xué)生數(shù)量，場地要求較高，教師數(shù)量不能滿足實踐教學(xué)等現(xiàn)實問題。

在汽修專業(yè)中運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)建立汽修虛擬教學(xué)平臺可以有效解決以上諸多問題，學(xué)生可以通過佩戴交互頭盔進入教學(xué)平臺設(shè)計的三維立體空間，對汽車零部件的設(shè)計和修理過程進行感知，并且通過學(xué)生在空間內(nèi)的操作獲得教學(xué)平臺反饋，提升學(xué)生的操作精度和速度。從現(xiàn)實情況來看，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)建立汽修虛擬教學(xué)平臺有著以下優(yōu)點。

2.1 降低教學(xué)成本

在虛擬教學(xué)平臺進行教學(xué)的經(jīng)濟成本相比于現(xiàn)實實踐教學(xué)更低，比如在現(xiàn)實實踐教學(xué)中進行發(fā)動機的拆裝實驗，一般以三名學(xué)生為一個小組進行教學(xué)，需要在實驗場所擺放15臺發(fā)動機才能夠滿足相應(yīng)的教學(xué)質(zhì)量，如果在每臺發(fā)動機位前分配過多的學(xué)生，必然會導(dǎo)致學(xué)生對實際操作的理解不深入，參與程度降低。而在虛擬教學(xué)平臺中進行以上教學(xué)，完全可以通過系統(tǒng)的后臺配置，讓每一位學(xué)生同時進行一對一的實踐教學(xué)，提高拆裝的質(zhì)量和效率，在下一環(huán)節(jié)的現(xiàn)實教學(xué)中減少錯誤，降低設(shè)備不必要的損耗。

2.2 提高教學(xué)安全性

對初學(xué)者來說，汽車維修是一個具備風(fēng)險性的工作，汽車零件和液體設(shè)備均可能對學(xué)生的身體、眼睛、皮膚造成一定損傷，但是在虛擬教學(xué)中，學(xué)生既可以進行實驗操作，又不會存在安全隱患。

2.3 增加實驗深度和廣度

汽車行業(yè)是更新速度較快的行業(yè)，學(xué)校為了教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生未來工作內(nèi)容能夠保持一致，應(yīng)當(dāng)保持對學(xué)校教學(xué)實驗設(shè)備的不斷更新。但是由于中職學(xué)校的經(jīng)濟實力往往較弱，設(shè)備更新難以滿足教學(xué)需要，因此運用虛擬教學(xué)平臺實時數(shù)據(jù)更新，可以保持教學(xué)與實踐的高契合度，增加實驗的深度和廣度。

2.4 增加授課靈活性

因虛擬教學(xué)平臺對教學(xué)的地點和時間沒有過高要求，并且虛擬教學(xué)平臺不會對學(xué)生身體造成損害，在進行教學(xué)時，僅需要一至兩名教師對學(xué)生提出的問題進行解答即可，有效提升了教學(xué)靈活性。

3 虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用的主要形式

采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)建立汽車虛擬仿真實驗室，可以加強學(xué)生理論學(xué)習(xí)，鍛煉實際操作能力。

3.1 汽車保養(yǎng)

可以通過虛擬教學(xué)平臺建立汽車保養(yǎng)檔案的教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生可以創(chuàng)建專屬的保養(yǎng)檔案，對教學(xué)內(nèi)容進行分點式記錄，當(dāng)學(xué)生對某一內(nèi)容進行操作時，保養(yǎng)檔案會對其進行記錄。學(xué)生可以通過查詢保養(yǎng)檔案，發(fā)現(xiàn)自己對汽車的保養(yǎng)操作是否符合汽車應(yīng)保內(nèi)容，是否存在提前保養(yǎng)和遺漏保養(yǎng)的項目，并且所操作的保養(yǎng)項目是否存在工序步驟錯誤等情況。學(xué)生發(fā)現(xiàn)錯誤后，可以通過教學(xué)教程的版塊，重復(fù)學(xué)習(xí)教學(xué)內(nèi)容，了解并掌握汽車保養(yǎng)的有關(guān)知識，確保操作工序、保養(yǎng)流程的準(zhǔn)確性。學(xué)生通過在虛擬教學(xué)平臺上的學(xué)習(xí)，可以有效提升自己的操作熟練度，確保提高現(xiàn)實實踐操作中的準(zhǔn)確度，解決不知如何下手和盲目操作的問題，提高專業(yè)教學(xué)質(zhì)量。

3.2 汽車性能測試虛擬平臺

在汽車工程專業(yè)課中，對汽車的性能進行測試是一項很重要的內(nèi)容，如果由學(xué)生在現(xiàn)實教學(xué)中對汽車進行點火、踩踏油門、急剎車、轉(zhuǎn)換配速等操作，很容易發(fā)生教學(xué)事故，對學(xué)生的人身安全造成危害。但是通過虛擬教學(xué)平臺，由系統(tǒng)通過改變發(fā)動機聲音、增強或減弱車身晃動、轉(zhuǎn)變汽車行使方向、提高或降低發(fā)動機轉(zhuǎn)速等方式對學(xué)生的操作進行實時反饋，可以真實的讓學(xué)生感受到汽車性能的變化，從而掌握教學(xué)內(nèi)容。

3.3 汽車故障檢測和維修虛擬實驗

在實踐教學(xué)中，教師往往會避免對一輛汽車設(shè)置過多的故障，以防止汽車損壞，即使是同一類型故障也不能重復(fù)設(shè)置，這些教學(xué)現(xiàn)實都會影響學(xué)生對汽車故障檢測和維修的能力提升。在虛擬教學(xué)平臺中，可以提供現(xiàn)實中汽車經(jīng)常出現(xiàn)的各種故障，由學(xué)生對整車進行故障檢測，發(fā)現(xiàn)汽車中存在的問題，并進行維修。學(xué)生也可以自行選擇故障種類，對自己不熟悉、不了解的汽車故障進行反復(fù)維修，以達(dá)到熟練掌握的效果。在虛擬教學(xué)平臺中，學(xué)生也可以對實踐教學(xué)中難以實現(xiàn)的教學(xué)場景進行學(xué)習(xí)。例如，出于安全性方面的考慮，學(xué)校往往不會將汽車舉升讓學(xué)生在汽車底盤下進行觀察，但是在虛擬教學(xué)平臺中，學(xué)生可以自行操作虛擬空間內(nèi)的舉升機，將汽車舉升至半空，觀察汽車的底盤狀況。在虛擬教學(xué)平臺中，學(xué)生也可以使用各種專業(yè)維修設(shè)備對汽車存在的故障進行維修，例如燃油壓力表、診斷儀、廢氣分析儀、真空表、示波器等，這些設(shè)備由于購置成本較高，不可能在實踐教學(xué)中過多的進行配置，學(xué)生也不能分配到充足的時間對設(shè)備進行熟悉，而在虛擬環(huán)境則不受此限制。

3.4 虛擬拆裝

在汽車維修中，對汽車組件進行拆裝是必不可少的環(huán)節(jié)，但是在實踐教學(xué)中進行拆裝教學(xué)，存在教師配置成本、經(jīng)濟成本、設(shè)備損壞風(fēng)險等諸多問題，影響了學(xué)生對拆裝流程的學(xué)習(xí)。而通過虛擬教學(xué)平臺，學(xué)生可以做到與汽車組件的“一對一”，在虛擬空間中，學(xué)生可以根據(jù)組件特點自主選擇拆裝工具，自行規(guī)劃拆裝步驟，教師再對學(xué)生存在的問題進行指導(dǎo)，學(xué)生根據(jù)教師的指導(dǎo)對易出現(xiàn)錯誤的步驟進行反復(fù)操作，不斷優(yōu)化拆裝效率，減少無用拆裝步驟，提升學(xué)習(xí)效率，實現(xiàn)教學(xué)成本的降低。

4 結(jié)語

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在中職學(xué)校汽修專業(yè)的充分運用，可以有效解決以往汽修專業(yè)中存在的問題，對汽修專業(yè)教學(xué)水平的提高提供了一個很好的補充，能夠有效提升學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的掌握程度和學(xué)校的教學(xué)質(zhì)量。