虛擬現(xiàn)實技術(shù)在高職汽車電子類課程教學(xué)中的應(yīng)用研究

沈愛蓮

(浙江汽車職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車制造與自動化系, 浙江 臨海 317000)

現(xiàn)代高等教育的發(fā)展趨勢是走向虛擬化和智能化, 高等職業(yè)教育作為高等教育的一個重要類型, 將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于日常教學(xué)也已經(jīng)成為一種趨勢. 虛擬現(xiàn)實技術(shù)為高職汽車電子類課程的教學(xué)提供了一種新的手段, 一種新的技術(shù). 作為一種新的教學(xué)手段, 必將使傳統(tǒng)的教育形態(tài)、教學(xué)環(huán)境、教學(xué)過程的基本要素及其相互關(guān)系發(fā)生重大變化, 也使教學(xué)過程中教師、學(xué)生的主體關(guān)系發(fā)生變化. 虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以營造一個學(xué)生“自主學(xué)習(xí)”的環(huán)境, 將傳統(tǒng)的“以教促學(xué)”的學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)習(xí)者通過自身與信息環(huán)境的相互作用來獲得知識、技能的新型學(xué)習(xí)方式.

1 汽車電子類課程虛擬仿真教學(xué)的特點

(1)直觀性: 能夠全方位、多角度地了解汽車電器及電子設(shè)備、電控系統(tǒng)等各部件的內(nèi)部構(gòu)造與工作原理.

(2)完備性: 可以模擬汽車電子各部件在不同因素作用下的工作原理、組成結(jié)構(gòu)及實際運行過程, 因而可以了解到書本上無法了解到的部件性能.

(3)交互性: 可以通過鼠標(biāo)或鍵盤進(jìn)行汽車電工電子儀器的使用、汽車電器設(shè)備的拆裝、故障排除等,使汽車電子、電器設(shè)備的復(fù)雜原理、操作等變得直觀易懂.

(4)安全性: 利用人機操作, 無任何風(fēng)險, 避免了學(xué)生現(xiàn)場實訓(xùn)操作時可能存在的安全隱患問題.

(5)快捷性: 實時的數(shù)據(jù)輸入、輸出參數(shù)的反饋, 利用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行相關(guān)知識的查詢, 方便快捷.

2 傳統(tǒng)的汽車電子類課程教學(xué)的局限性

在虛擬現(xiàn)實(VR)技術(shù)應(yīng)用于汽車電子類課程的日常教學(xué)以前, 一般高職院校授課的方式主要是采取以下這兩種方式: 一是通過實踐教學(xué), 學(xué)生直接與實物接觸, 稱之為直接學(xué)習(xí); 二是教師在課堂上傳授課本中的知識, 學(xué)生被動地接受, 稱之為間接學(xué)習(xí). 無論是哪種方式的教學(xué), 都有著其固有的局限性, 主要體現(xiàn)在以下幾個方面:

(1)汽車電子、電控設(shè)備結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、單價較高, 隨著學(xué)院辦學(xué)規(guī)模的擴(kuò)大, 為實訓(xùn)教學(xué)增加設(shè)備的臺數(shù)勢必大幅度增加購置經(jīng)費, 而且每次使用成本較大(包括電力、機器損耗和設(shè)備維修費用等).

(2)汽車電子技術(shù)的發(fā)展日新月異, 所以導(dǎo)致實訓(xùn)設(shè)備的更新速度相對滯后于汽車電子技術(shù)發(fā)展的速度. 如果按照現(xiàn)在汽車電子技術(shù)的發(fā)展速度, 更新同步的汽車電子、電控設(shè)備, 投入將是非常巨大的,由此造成設(shè)備的浪費也是非常嚴(yán)重的.

(3)學(xué)生在進(jìn)行汽車電類課程實訓(xùn)時, 由于操作不當(dāng)或其他實驗故障等原因?qū)е略O(shè)備損耗也較為嚴(yán)重.

(4)對于實踐經(jīng)歷相對缺乏的學(xué)生在真實實驗或?qū)嵱?xùn)車間進(jìn)行電氣操作時存在一定的危險性. 因而在現(xiàn)實教學(xué)中, 一般采用教師演示或組織學(xué)生觀看錄像的方式, 學(xué)生很難獲得感性認(rèn)識, 實驗效果大打折扣.

(5)汽車電子及電控實訓(xùn)設(shè)備體積較大而實訓(xùn)教學(xué)的場地有限, 教師在講授設(shè)備操作、使用、注意事項時, 只有在設(shè)備附近的少數(shù)學(xué)生能看清楚.

(6)教師在課堂授課時, 只能對汽車電器及電子設(shè)備、常見傳感器等的外觀、運行原理等進(jìn)行講授, 而對它們的內(nèi)部的實際運作過程卻很難了解, 致使學(xué)生接受起來非常困難, 只能是一知半解.

鑒于上述原因, 本文旨在研究將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于汽車電類課程的教學(xué), 對原有的教學(xué)方法和手段進(jìn)行改革.

3 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在汽車電子類課程教學(xué)中的應(yīng)用

(1)虛擬現(xiàn)實技術(shù)在汽車電子類課程日常教學(xué)中的應(yīng)用

原來傳統(tǒng)的教學(xué)方法中, 教師利用投影或掛圖來獲取汽車電器設(shè)備、電控設(shè)備、整車電路系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及布局, 或在現(xiàn)場觀察實際的教學(xué)設(shè)備外形來獲得各種感性認(rèn)識. 如今采用虛擬現(xiàn)實技術(shù), 即可通過計算機構(gòu)建一個與實物同樣的零件或設(shè)備, 將各種汽車電器設(shè)備和電控過程進(jìn)行虛擬化, 并將這些物體以立體形式存放于虛擬實驗室里, 學(xué)生只要進(jìn)入該虛擬空間, 就可隨時隨地從不同角度觀察、認(rèn)識這些儀器設(shè)備, 而且可單獨觀察每種電器設(shè)備或傳感器等的內(nèi)部結(jié)構(gòu), 可幫助學(xué)生更充分地理解汽車電氣控制系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)和工作原理以及工作過程, 提高學(xué)習(xí)效果.

汽車電子技術(shù)在汽車上的應(yīng)用主要包括發(fā)動機、底盤和車身. 將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于汽車電控系統(tǒng)的日常教學(xué)也不外乎體現(xiàn)在這幾個方面: 電控發(fā)動機仿真教學(xué)、安全氣囊仿真教學(xué)、汽車空調(diào)系統(tǒng)的仿真教學(xué)、ABS系統(tǒng)仿真教學(xué)、汽車電控技術(shù)仿真教學(xué)、整車電路系統(tǒng)仿真教學(xué)等. 汽車電子技術(shù)的發(fā)展日新月異, 電器與電子設(shè)備已成為汽車的重要組成部分, 汽車電控技術(shù)的高低程度已經(jīng)成為衡量汽車先進(jìn)水平的重要標(biāo)志. 現(xiàn)以電控技術(shù)仿真教學(xué)為例說明虛擬技術(shù)在汽車電類課程教學(xué)中的應(yīng)用.

虛擬電控技術(shù)仿真教學(xué)是將車內(nèi)電氣控制的復(fù)雜電路圖以簡單的二維動畫形式表現(xiàn)出來, 教師可以借助于動畫形式形象鮮明地進(jìn)行授課, 而學(xué)生進(jìn)行電路排故練習(xí)等相關(guān)操作的同時, 可以更直觀地了解電控系統(tǒng)內(nèi)部的各個電氣部件是如何配合運作的. 這樣, 進(jìn)行實訓(xùn)教學(xué)時, 教師布置各種實訓(xùn)項目比如汽車電路故障排除, 學(xué)生的整個實訓(xùn)過程與實訓(xùn)結(jié)果都會被系統(tǒng)自動追蹤下來, 方便教師進(jìn)行教學(xué)分析, 形成良好的師生互動氛圍.

(2)虛擬技術(shù)在汽車電子類課程實驗、實訓(xùn)教學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

在高職汽車電子類課程教學(xué)中, 理論教學(xué)與實踐教學(xué)比例接近于1: 1. 利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)建立虛擬實驗室, 學(xué)習(xí)者便可以走進(jìn)這個虛擬實驗室, 身臨其境般的操作虛擬儀器, 如進(jìn)行虛擬汽車電器設(shè)備的故障檢測與維修、進(jìn)行各種虛擬的電氣控制系統(tǒng)的連接與組裝、進(jìn)行虛擬電氣控制系統(tǒng)的運行等. 這種虛擬實驗既不消耗器材, 也不受場地等外界條件限制, 可重復(fù)操作, 直至得出滿意結(jié)果, 在虛擬實驗室也不會因操作失誤而造成人身事故. 比如進(jìn)行汽車點火操作實訓(xùn)時, 會產(chǎn)生大量的濃煙和氣體, 這些多為汽車尾氣排放物, 如果人體長時間吸入這些有毒物質(zhì), 不但會影響健康, 同時對周邊的環(huán)境也有污染. 但是如果利用虛擬仿真軟件進(jìn)行點火操作時, 不但能完成上述的點火實驗, 同時還能從計算機屏幕上直觀地監(jiān)視油路等多個系統(tǒng)的運行情況. 又如學(xué)生在進(jìn)行電路故障實訓(xùn)時, 教師可選擇人工設(shè)置故障或自動設(shè)置故障.實訓(xùn)前教師將正確的實訓(xùn)方法與過程通過視頻直播給所有的學(xué)生, 學(xué)生可以在線學(xué)習(xí), 在實訓(xùn)過程中如發(fā)現(xiàn)問題可隨時停止一個人或多個人的實訓(xùn), 對其進(jìn)行相應(yīng)的指導(dǎo), 這樣可有效地解決實驗條件與實驗需求、實驗效果之間的矛盾.

高職院校的汽車電工電子實訓(xùn)、汽車電器與電子設(shè)備的認(rèn)知實訓(xùn)、汽車電氣控制實訓(xùn)、整車電路系統(tǒng)的認(rèn)知檢測及故障診斷實訓(xùn)、汽車常用傳感器的認(rèn)知及檢測實訓(xùn)等都可利用虛擬仿真進(jìn)行.

(3)虛擬現(xiàn)實技術(shù)在學(xué)生自主學(xué)習(xí)、遠(yuǎn)程教育培訓(xùn)及考核等方面的應(yīng)用

AUTOlearning汽車仿真教學(xué)平臺是一個開放式的汽車專業(yè)模塊學(xué)習(xí)平臺, 平臺通過 IE瀏覽的方式,突破地域界限, 實現(xiàn)網(wǎng)上互動的教學(xué)、實訓(xùn)、資源展示和自我評價等. 教師能將自己已有的資源或第三方資源(包括動畫、程序、圖片、視頻等)上傳與他人共享資源, 并且學(xué)校能夠?qū)Y源設(shè)置權(quán)限, 進(jìn)行統(tǒng)一管理, 這樣方便學(xué)生在任何地方都可以進(jìn)行自主學(xué)習(xí).

此外, 虛擬仿真教學(xué)所具有的強大網(wǎng)絡(luò)功能, 可實現(xiàn)遠(yuǎn)程教育培訓(xùn). 它不僅在局域網(wǎng)上具有雙向互動的教學(xué)功能, 還具有基于互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行雙向互動的遠(yuǎn)程教學(xué)功能, 數(shù)據(jù)傳送可以采用衛(wèi)星、寬帶等方式進(jìn)行.這使得遠(yuǎn)程教學(xué)名副其實, 而且還可采用遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)、作業(yè)、考試等功能, 并實現(xiàn)答卷保存、自動評分、成績查詢和分析等功能, 輕松實現(xiàn)無紙化的考核與測評.

綜上所述, 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在汽車電子類課程教學(xué)應(yīng)用中所表現(xiàn)出來的優(yōu)勢和特點, 使計算機變成試驗臺、仿真教學(xué)軟件變成虛擬儀器, 互聯(lián)網(wǎng)變成實驗室. 將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于汽車電子類課程的教學(xué)具有傳統(tǒng)教學(xué)方式無可比擬的優(yōu)勢, 但是, 虛擬現(xiàn)實技術(shù)也存在一些不足. 虛擬環(huán)境是一個理想化的環(huán)境,它沒有也不可能充分考慮到汽車實際運行時所碰到的所有問題. 因此, 虛擬技術(shù)還必須與傳統(tǒng)的教學(xué)方式相結(jié)合, 通過優(yōu)勢互補, 才能達(dá)到完美的教學(xué)效果.

[1]劉 浩. 虛擬現(xiàn)實技術(shù)及其應(yīng)用研究[J]. 微計算機信息, 2005(01)

[2]張 力. 用虛擬現(xiàn)實技術(shù)提高網(wǎng)絡(luò)教學(xué)質(zhì)量的研究[J]. 電化教育研究, 2003(06)

[3]羅桂娥, 楊欣榮, 陳明義, 等. 虛擬儀器技術(shù)在教學(xué)上的應(yīng)用[J]. 電氣電子教學(xué)學(xué)報, 2002(06)

[4]尼 喜. 虛擬儀器在電子技術(shù)試驗教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 大眾科技, 2006(05)