虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝教學(xué)中的應(yīng)用

李士明、何海龍

（湖北理工學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 435003)

1 虛擬現(xiàn)實(shí)的介紹及基本特征

虛擬現(xiàn)實(shí)是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)，生成逼真的視覺、聽覺、觸覺一體化的虛擬環(huán)境。浸沒感、交互性、構(gòu)想性是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基本特征，在必要的輸入輸出設(shè)備下，用戶可以與虛擬環(huán)境中的物體進(jìn)行相互影響，進(jìn)而獲得身臨其境的感受與體驗(yàn)[1]。這種由計(jì)算機(jī)生成的虛擬環(huán)境可以是某一特定客觀世界的再現(xiàn)，也可以是純粹虛構(gòu)的世界。在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝教學(xué)中，利用計(jì)算機(jī)生成一種模擬仿真的拆裝環(huán)境，學(xué)生可以用計(jì)算機(jī)完成整個(gè)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝實(shí)驗(yàn)[2]。

2 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝實(shí)訓(xùn)的現(xiàn)狀及存在的問題

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝是汽車專業(yè)的一門實(shí)踐課，其技術(shù)性較強(qiáng)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)踐能力。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，學(xué)生要懂得汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理，學(xué)會(huì)使用拆裝工具并掌握發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)零部件正確的拆裝順序。受場(chǎng)地、設(shè)備的限制，老師一般采用分組實(shí)訓(xùn)，不能時(shí)刻控制每個(gè)小組的拆裝過程，學(xué)生操作較隨意，效率低，教學(xué)效果不理想。

2.1 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，教學(xué)難度較大

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)是為汽車提供動(dòng)力的裝置，是汽車的心臟，決定汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保型。學(xué)生們第一次接觸到汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，很難在短短的時(shí)間內(nèi)了解發(fā)動(dòng)機(jī)的原理，無(wú)法有序地拆裝發(fā)動(dòng)機(jī)，拆裝的部件可能四處放置，導(dǎo)致某些較小的零件易損壞或丟失，還有可能損壞拆裝設(shè)備。

2.2 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝實(shí)訓(xùn)時(shí)間不足

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝實(shí)訓(xùn)課時(shí)有限，沒有留給學(xué)生足夠的時(shí)間自己動(dòng)手完成實(shí)訓(xùn)。老師能給同學(xué)們講解和演示的時(shí)間也是有限的，想要完成發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝的基本操作，就必須掌握發(fā)動(dòng)機(jī)基本原理。老師講解簡(jiǎn)單抽象，很多學(xué)生似懂非懂，在實(shí)訓(xùn)過程中也無(wú)法真正訓(xùn)練學(xué)生的綜合實(shí)踐能力。最后為完成實(shí)訓(xùn)任務(wù)而敷衍了事，并未真正學(xué)到東西。

2.3 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝成績(jī)考核困難

學(xué)生人數(shù)眾多，實(shí)訓(xùn)過程中能給學(xué)生提供的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝設(shè)備和工具不足，故課堂效率低。老師采取分組實(shí)訓(xùn)，小組同學(xué)一起進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝并完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，但有些學(xué)生對(duì)分組學(xué)習(xí)產(chǎn)生依賴性，不動(dòng)手拆裝只完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。老師對(duì)學(xué)生的考核成績(jī)也完全來(lái)自于學(xué)生上交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，考核形式過于單一。學(xué)生沒有壓力，只是以完成任務(wù)為主，學(xué)習(xí)主動(dòng)性較差。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用在發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝教學(xué)的優(yōu)勢(shì)

在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝實(shí)訓(xùn)中，應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)生成一個(gè)仿真模擬拆裝環(huán)境。學(xué)生在任何地方、任何時(shí)間，只需打開計(jì)算機(jī)仿真模擬系統(tǒng)就可以完成汽車發(fā)動(dòng)機(jī)模擬拆裝[3]?？梢圆皇軋?chǎng)地和設(shè)備的制約。系統(tǒng)可以監(jiān)控學(xué)生完成拆裝的情況，并在學(xué)生完成拆裝后進(jìn)行評(píng)分，能幫助老師考核每位學(xué)生掌握基本操作的熟練程度，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)中的漏洞。

3.1 提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

聽到虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)難免會(huì)激起學(xué)生的好奇心，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)課程的興趣。與傳統(tǒng)的教學(xué)方式不同，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是創(chuàng)造一個(gè)虛假的空間，但能讓學(xué)生們?cè)谀M發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝實(shí)訓(xùn)中有真實(shí)的視覺、觸覺等多種感知。通過VR技術(shù)能簡(jiǎn)化汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生們對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)更加直觀，提高學(xué)生們的積極性和主動(dòng)性，營(yíng)造一種自主學(xué)習(xí)的氛圍。

圖1a VR視界下的發(fā)動(dòng)機(jī)部分結(jié)構(gòu)圖

圖1b VR視界下的發(fā)動(dòng)機(jī)部分結(jié)構(gòu)圖

3.2 提高教學(xué)質(zhì)量和效率

在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中老師的精力和實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限，無(wú)法監(jiān)督每一位學(xué)生獨(dú)自完成發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝實(shí)驗(yàn)。通過虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)，每一位同學(xué)都可以參與其中，解決了部分學(xué)生學(xué)習(xí)懶散的問題，提高學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)的能力。學(xué)生還可以在模擬仿真發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝實(shí)驗(yàn)中不斷地練習(xí)，達(dá)到一定的熟練程度后進(jìn)行真實(shí)的實(shí)訓(xùn)，學(xué)生能更好地掌握發(fā)動(dòng)機(jī)原理，把握好發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝順序。

3.3 安全性高

在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中教學(xué)會(huì)有意想不到的情況發(fā)生，老師不可能時(shí)時(shí)刻刻看著每位同學(xué)。操縱不當(dāng)不僅會(huì)損壞設(shè)備，還可能會(huì)使學(xué)生受傷，產(chǎn)生不必要的麻煩。而使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)則不存在這種安全問題，當(dāng)操作有誤時(shí)，系統(tǒng)會(huì)及時(shí)發(fā)出警示，也能進(jìn)一步提高學(xué)生的安全意識(shí)。

3.4 減少成本

在發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝實(shí)驗(yàn)中，場(chǎng)地和設(shè)備消耗的成本較高。在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，發(fā)動(dòng)機(jī)的使用次數(shù)較多，磨損和消耗過大。而在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境這個(gè)問題就不存在了，可以在一定程度上減少實(shí)驗(yàn)的成本[4]。

4 虛擬技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用

虛擬教室：虛擬技術(shù)可以虛擬一個(gè)教室，學(xué)生只要進(jìn)入這個(gè)虛擬系統(tǒng)就可以來(lái)到這個(gè)教室一起學(xué)習(xí)。通過計(jì)算機(jī)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在一個(gè)虛擬教室進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)授課、學(xué)習(xí)，營(yíng)造了一個(gè)較好的學(xué)習(xí)氛圍。系統(tǒng)可以根據(jù)每個(gè)人的需要制定學(xué)習(xí)任務(wù)，在學(xué)生離開虛擬教室之前，系統(tǒng)會(huì)對(duì)學(xué)生完成的學(xué)習(xí)任務(wù)進(jìn)行評(píng)定，能增加學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。

虛擬實(shí)驗(yàn)室：利用虛擬技術(shù)模擬一套實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境、儀器設(shè)備和實(shí)驗(yàn)用品及相關(guān)工具。虛擬各種實(shí)驗(yàn)室，如物理、生物、化學(xué)等[5]。與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室相比，虛擬實(shí)驗(yàn)成本低、安全性高、功能齊全并且不受時(shí)間、空間的限制。如果學(xué)生感興趣在家里也可以進(jìn)入虛擬的實(shí)驗(yàn)室中完成各種實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)近幾年發(fā)展迅速，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)在很多方面得到了廣泛的應(yīng)用，但學(xué)生對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)的概念很模糊。要讓虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)較快較好地應(yīng)用在教學(xué)中，必須要讓學(xué)生對(duì)虛擬技術(shù)有著更多的認(rèn)知感，所以進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)培訓(xùn)是必然的。

例如，在模擬發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝實(shí)訓(xùn)中，老師模擬發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝的基本操作，講解在操作過程中需要注意的地方，學(xué)生在虛擬的拆裝環(huán)境中重復(fù)練習(xí)，學(xué)生能更加熟練 地 掌握發(fā)動(dòng)機(jī)的拆裝流程，能讓學(xué)生在真正拆裝實(shí)訓(xùn)中更加順利的完成。此外，老師還可以講解虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用范圍以及發(fā)展前景，讓學(xué)生有更加深度的理解，能在更多的方面應(yīng)用到虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)[6]。

5 結(jié)束語(yǔ)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以給學(xué)生們提供生動(dòng)逼真的教學(xué)環(huán)境，能提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，并獲得與真實(shí)一樣的體會(huì)，加深對(duì)教學(xué)的理解。盡管現(xiàn)在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還未成熟，還未普遍進(jìn)入教學(xué)中，但隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，會(huì)有更廣泛的應(yīng)用和較好的發(fā)展前景，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的廣泛應(yīng)用能更好的提高教學(xué)效率，完善教學(xué)模式，達(dá)到更好的教學(xué)效果。