VR技術(shù)在汽車專業(yè)教學中的應用研究

摘要：虛擬現(xiàn)實技術(shù)Virtual Reality（VR）作為現(xiàn)代信息化高速發(fā)展的產(chǎn)物，正越來越多的被應用在汽車實訓專業(yè)課程中，以達到節(jié)約成本，提高教學效果的目的。本文通過建立七維度教學模態(tài)研究，以136 個新能源汽車專業(yè)大學二年級學生為研究樣本，進行VR 課程體驗以及問卷調(diào)查研究，結(jié)果顯示VR 課程有助于提升教學效果，彌補實訓條件不足的缺陷。

關(guān)鍵詞：VR ；汽車專業(yè)；教學應用；七維度；高職

一、文獻綜述

虛擬現(xiàn)實技術(shù)VR 作為信息化時代的一項新技術(shù)，具有沉浸性、交互性、構(gòu)想性等特點，能夠節(jié)約教學資源，通過不斷重復虛擬實驗以提高學生技能（王棟，2018）[1]。VR 是一種基于IT 的學習媒體，在VR 創(chuàng)造的逼真虛擬現(xiàn)實世界中，學生能夠充滿興趣的積極探索專業(yè)學習（Candra et al.，2021）[2]。與傳統(tǒng)學習相比，VR 學習不受時間、距離和空間的限制（Yu etal.，2007）[3]。胡士華（2024）認為當前高職院校存在實訓設備缺乏，課程內(nèi)容復雜和學生基礎不一的問題，主張通過翻轉(zhuǎn)課堂設計，加入多樣化VR 資源包，個性化學習體驗，對學生成績作追蹤評估，加強互動與合作學習[4]。另外，VR 環(huán)境中的高沉浸感可以創(chuàng)造出一種自我存在感，但是當學生缺乏探索能力時，則會導致“認知負荷”，使學習壓力增大從而對學習結(jié)果產(chǎn)生負面影響（Hsu et al.，2017）[5]。因為在VR 環(huán)境中，初學者尚未充分形成認知結(jié)構(gòu)時，面對海量資源就難以理解新產(chǎn)生的知識，因此，教師需要利用合適的工具技能、恰當?shù)谋尘爸R，幫助學生（查先進，2020）[6]。同時，教師通過VR 培訓所獲得的知識和技能可以轉(zhuǎn)移并應用到真實的課堂中（Evangelia，2023）[7]。以往研究中，雖然學者們積極探索了VR 技術(shù)與教育場景融合應用，但是用實證方法檢驗VR 學習方式有效性的仍然很少。根據(jù)知網(wǎng)論文樣本統(tǒng)計，截止2019 年，虛擬實驗平臺，教學資源開發(fā)等關(guān)鍵詞在VR 技術(shù)領域的論文中只占到1.4%，為數(shù)量最少的，2019 年至今，關(guān)于VR 技術(shù)在教育應用的論文才逐漸數(shù)量上升（戴曉俠，2020）[8]。基于此，本文對VR 虛擬實驗室環(huán)境中學生學態(tài)反饋進行七維度教學模態(tài)（魏瑩，2022 研究[9]。

二、實驗方法

七維度教學模態(tài)[9]（魏瑩，2022）主要是指從七個維度研究VR 技術(shù)在教學中的應用，包括：（1）學習興趣激發(fā)（2）職業(yè)技能提升（3）教學資源優(yōu)化（4）教師信息素養(yǎng)（5）軟件硬件支持（6）技術(shù)內(nèi)容整合（7）評價體系架構(gòu)。本文從七個維度入手重點研究VR 課程在汽車專業(yè)大二學生136人中教學應用，課程為“汽車車載網(wǎng)絡技術(shù)”，課程目標幫助學生建立新能源汽車網(wǎng)絡知識體系。課程采用VR 與真車實操相結(jié)合的方式，實驗硬件為VR 實驗一體機，VR 眼鏡，VR 手柄，軟件整合四個虛擬實訓平臺，包括大眾邁騰、比亞迪秦EV，E5 等車型。實驗前半段由學生在無教師指導下自行研究VR 課程，根據(jù)程序引導完成前期摸索。實驗后半段由教師指定具體任務，并按步驟示范引導學生查閱“維修手冊”“維修工單”進行針對性教學演示，學生再完成實訓作業(yè)。成績由VR 平臺和教師綜合打分評價，實驗結(jié)束后從七維度教學模態(tài)（魏瑩，2022）研究，做成績分析、個體采訪及問卷調(diào)查等。

三、實驗結(jié)果

第一， 問卷結(jié)果顯示83.93% 的學生對VR 技術(shù)略知一二，大部分通過網(wǎng)絡渠道了解VR。55.36% 的學生沒有體驗過VR 產(chǎn)品。58.93% 的學生喜歡VR 課程，主要理由是：場景風格吸引人（32.14%），身臨其境的感覺（33.93%），課程內(nèi)容有用（21.43%）。另外26.79% 的學生喜歡真車實操課程。

第二，62% 的學生認為VR 課程對自己有幫助。98.21%的學生覺得VR 課程需要老師輔導。學習能力強的學生通過VR 課程成績提升較快，少數(shù)成績較高的學生認為VR 平臺中設定好的程序會限制自己的發(fā)揮空間。大部分學生感覺系統(tǒng)提示語有助于減少違規(guī)操作和安全隱患。沉浸式學習能夠在一定程度上提高學習興趣，但是個別學生仍然喜歡傳統(tǒng)講授式教學方法，因為VR 環(huán)境會令他們產(chǎn)生“認知負荷”現(xiàn)象。

第三，學生普遍比較偏好PC 和PSVR 等VR 硬件。同時還對AR 和AR 等技術(shù)有所了解。80.35% 的學生認為VR 技術(shù)未來前景廣闊，并堅信能夠改變?nèi)祟惖纳睢?/p>

第四，VR 課程對教師的綜合素養(yǎng)要求提高，教師不僅要熟悉專業(yè)課程，同時也要具備信息化素養(yǎng)，能夠熟悉使用VR設備完成教學過程。

結(jié)論

第一，“學習興趣激發(fā)”方面，VR 課程教學可以有效激勵學習興趣，沉浸式體驗給學生帶來視覺沖擊和探索欲，游戲式及獎勵評價機制能夠促進學習。但是不能取代真車實訓帶來的實戰(zhàn)經(jīng)驗。需要將VR 與實操課程相結(jié)合。第二，“職業(yè)技能提升”和“教師信息素養(yǎng)”方面，VR 實訓基地對教師的職業(yè)技能有了新要求，汽車專業(yè)教師不僅要熟悉汽車結(jié)構(gòu)新技術(shù)，還要熟悉計算機技術(shù)，能夠充分利用信息化進行課程設計，教學實施以及評價反饋。目前教師能力與課程要求不匹配，還需要加強培訓。第三，“教學資源優(yōu)化”方面，教學資源從傳統(tǒng)的一支粉筆一塊黑板變成了一臺VR 電腦，VR 頭盔、VR 眼鏡，VR 手柄，網(wǎng)絡教學資源庫等。第四，“軟件硬件支持”和“技術(shù)內(nèi)容整合”方面，VR 實驗室建設必須有硬軟件的充分支持，要花費大量人力物力。軟件平臺及課程設計對學生的成績起決定性作用，而硬件設備質(zhì)量及操作便捷性也是VR 體驗感的保證。學校應該與技術(shù)團隊加強聯(lián)合建課，開發(fā)信息化教材。第五，學生的自主學習能力仍然是重要因素。自主學習意識強的學生能夠獲得更佳的體驗，而差生的提升空間有限。VR 程序設定的提示信息限制了學習能力強學生的自主思維，但基礎較差的學生面對海量資源會出現(xiàn)“認知負荷”，導致壓力過大。第六，“評價體系架構(gòu)”方面，教學評價體系轉(zhuǎn)變成過程性評價，VR 平臺評價與教師評價兩者綜合考量學習效果。第七，VR 課程與理論課程、真車實訓課程相結(jié)合成為最受學生們歡迎的模式。學生可以通過傳統(tǒng)教授課獲取基本知識，通過VR 課程進行系統(tǒng)思維訓練，再通過實車演練獲得實踐經(jīng)驗。

5. 思考與不足：

首先，VR 實訓基地的建設和設備維護需要花費大量人力物力，不斷更新設備及軟件才能保證教學質(zhì)量。教師能力與課程要求不匹配，還需要加強培訓。學校應該與課程技術(shù)團隊加強聯(lián)合建課，優(yōu)化課程資源，開發(fā)信息化教材及課程。其次，VR 技術(shù)帶來的沉浸式體驗雖然可以節(jié)約資源，提高學生成績，但是其不能取代真車實訓帶給學生的實戰(zhàn)經(jīng)驗。需要將VR 課程與實操課程相結(jié)合使用。部分實操能力強的學生表示，VR課程的程序提示對于完成任務有幫助，但是限制了他們的自主思維，完成作業(yè)只需要跟隨程序設定好的步驟即可。再次，基礎較差的學生對于VR 課程的海量資源出現(xiàn)“認知負荷”問題，導致壓力過大。未來我們期待改進以上不足，讓VR 新技術(shù)更好的與高職院校汽車專業(yè)相結(jié)合，研發(fā)更多適合的課程及教學模式。

總而言之，VR 技術(shù)在教育領域的應用必須擁有良好教育環(huán)境，強大軟硬件的支撐，自主學習的學生，綜合素養(yǎng)高的教師團隊，技術(shù)實力強的技術(shù)團隊，才可以不斷推進教學改革，通過新方法新手段，更好的完成教書育人的根本目的，以培養(yǎng)國家建設所需的技能型人才。

參考文獻：

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[7]Evangelia K S ，Andreas L . The role of perspectiveta k i n g o n e mp o we r i n g t h e e mp a t h e t i c b e h a v i o r o feducators in VR-based training sessions： An experimentalevaluation[J]. Computers amp; Education，2023，197.

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[9] 魏瑩. 虛擬現(xiàn)實技術(shù)對高等職業(yè)教育汽車專業(yè)教學的變革研究[J]. 汽車知識， 2022， 22（12）： 125-127.

基金項目：甘肅省教育科學“十四五”規(guī)劃課題：《虛擬現(xiàn)實技術(shù)對高等職業(yè)教育汽車專業(yè)教學變革的研究》，課題編號：GS[2022]GHB1984，項目負責人：魏瑩