虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在汽車類專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用研究

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域逐漸推廣和使用。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可同時(shí)發(fā)揮計(jì)算機(jī)技術(shù)、仿真技術(shù)、電子信息技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，將虛擬和現(xiàn)實(shí)相結(jié)合，使人們可以在虛擬空間真實(shí)感受到真實(shí)環(huán)境。將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于汽車類專業(yè)教學(xué)，可有效解決傳統(tǒng)教學(xué)模式下實(shí)踐性不足、教學(xué)資源緊缺的不足，最終促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的提高。

關(guān)鍵詞：汽車類專業(yè)教學(xué);虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù);教學(xué)環(huán)境

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）27-0105-02

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

汽車類專業(yè)教學(xué)最注重的是將學(xué)習(xí)的理論知識(shí)與實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)相結(jié)合，因此汽車類教學(xué)安排的實(shí)踐環(huán)節(jié)課時(shí)較多，但是在學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)的過程中發(fā)現(xiàn)，實(shí)踐教學(xué)環(huán)境的教學(xué)成本較高，教學(xué)設(shè)備具有一定的損耗率，學(xué)生在不能熟練操作設(shè)備的情況下還有一定的危險(xiǎn)系數(shù)。汽車類專業(yè)屬于理工學(xué)科的范疇，教學(xué)重點(diǎn)在于讓學(xué)生在教師的引導(dǎo)下探究汽車的零部件結(jié)構(gòu)和零部件組合運(yùn)行的工作原理，如果沒有足夠的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，則不能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以在保證教學(xué)質(zhì)量的前提下降低教學(xué)成本，還能在教學(xué)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為教學(xué)主體的目的，因此虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在汽車類專業(yè)教學(xué)中進(jìn)行應(yīng)用是行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)和汽車類專業(yè)教學(xué)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是讓使用者在虛擬空間中感受到真實(shí)，通過多技術(shù)的結(jié)合，使用者可同時(shí)接受到來自視覺、聽覺、觸覺等多方面刺激，從而做到虛擬中的真實(shí)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的本質(zhì)是一種高科技的人機(jī)互動(dòng)接口，它與一般的人機(jī)互動(dòng)方式不同，傳統(tǒng)的人機(jī)互動(dòng)內(nèi)容較為枯燥且動(dòng)作生硬，而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)較為人性化，人性化表現(xiàn)體現(xiàn)在三點(diǎn)：第一點(diǎn)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的多感知性，傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)技術(shù)一般只給用戶帶來了視覺感知，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)則可以為用戶帶來觸覺感知、運(yùn)動(dòng)感知以及聽覺感知，先進(jìn)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)甚至可以為用戶帶來味覺感知和嗅覺感知。第二點(diǎn)是虛擬世界的沉浸感，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的創(chuàng)新目標(biāo)是讓用戶在虛擬世界中有近似真實(shí)世界的感受，從而全身心地沉浸到虛擬世界中。第三點(diǎn)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的實(shí)時(shí)性，例如用戶在操作推動(dòng)虛擬世界物體時(shí)，虛擬世界的物體會(huì)隨著用戶的推動(dòng)而發(fā)生符合物理規(guī)律的平移或者翻轉(zhuǎn)。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與傳統(tǒng)教育領(lǐng)域結(jié)合后，很好地彌補(bǔ)了很多專業(yè)教學(xué)的不足。一方面虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)彌補(bǔ)教學(xué)條件上的不足，通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可在不損耗場(chǎng)地、設(shè)備以及其他資源的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)實(shí)踐教學(xué)，學(xué)生可在教室中就完成實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)踐學(xué)習(xí)等，使教學(xué)對(duì)教學(xué)資源的需求降低，有助于教學(xué)活動(dòng)的展開和推進(jìn)。另一方面則是虛擬教學(xué)打破了傳統(tǒng)理論授課和實(shí)踐教學(xué)分離的格局，學(xué)生可在實(shí)踐體驗(yàn)的同時(shí)學(xué)習(xí)理論知識(shí)，在逼真的環(huán)境中完成動(dòng)腦、動(dòng)手環(huán)節(jié)。

現(xiàn)階段虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在汽車類專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用主要有以下幾種形式：首先，汽車駕駛教學(xué)中的應(yīng)用，通過虛擬現(xiàn)實(shí)可模擬車內(nèi)環(huán)境和路面環(huán)境，讓學(xué)生在教室中完成駕駛學(xué)習(xí)與訓(xùn)練，同時(shí)還可體驗(yàn)不同路況下的駕駛特點(diǎn)并且沒有傳統(tǒng)駕駛教學(xué)時(shí)的操作風(fēng)險(xiǎn)，安全性、可靠性、便利性均較高。其次，在汽車構(gòu)造教學(xué)中的應(yīng)用，通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可構(gòu)造出逼真的汽車模型，同時(shí)這種模型還支持放大與縮小要求，便于學(xué)生從各個(gè)角度觀察汽車各部件特點(diǎn)，有助于學(xué)生快速了解汽車構(gòu)造，縮短教學(xué)周期。同時(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在汽車檢修教學(xué)中也有所應(yīng)用，通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建各類故障模型，學(xué)生可在教學(xué)中實(shí)際感受故障發(fā)生原因、故障表現(xiàn)以及檢修方法，相較于傳統(tǒng)的檢修教學(xué)，虛擬現(xiàn)實(shí)下的檢修教學(xué)更具可操作性。此外，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在汽車裝配、汽車檢測(cè)、車內(nèi)環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)等教學(xué)中也有所應(yīng)用。綜合來說，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)汽車類專業(yè)教學(xué)成本、可操作性、實(shí)踐性的劣勢(shì)，使汽車類專業(yè)教學(xué)效率更高，更具實(shí)踐特征。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在汽車類專業(yè)教學(xué)中應(yīng)用的意義

2.1 汽車類專業(yè)教學(xué)的現(xiàn)狀以及教學(xué)問題

汽車類專業(yè)涉及的范疇較廣，學(xué)生需要學(xué)習(xí)汽車?yán)碚摗l(fā)動(dòng)機(jī)原理、汽車基本構(gòu)造、汽車維修技術(shù)、汽車新能源技術(shù)等，汽車制造維修行業(yè)融合了信息技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、化工技術(shù)、電子技術(shù)等相關(guān)的技術(shù)，這些技術(shù)都屬于理工科類，因此實(shí)踐型教學(xué)有一定的危險(xiǎn)系數(shù)，而且汽車類專業(yè)教學(xué)需要的實(shí)驗(yàn)設(shè)備成本較高，很多開設(shè)汽車類專業(yè)的學(xué)校都不能滿足學(xué)生的實(shí)踐需求，一般的院校都會(huì)選擇在實(shí)踐教學(xué)中展示汽車的靜態(tài)構(gòu)造，安排的動(dòng)態(tài)實(shí)踐課時(shí)較少，這就導(dǎo)致該專業(yè)的學(xué)生很少有親自實(shí)踐理論知識(shí)的機(jī)會(huì)，教學(xué)可操作性差、對(duì)實(shí)體模型的依賴性強(qiáng)，需要大量的資源作支撐，很難大范圍提升學(xué)生的實(shí)際操作能力。

通過對(duì)相關(guān)院校汽車類專業(yè)的教學(xué)情況進(jìn)行分析，可總結(jié)出現(xiàn)階段汽車類教學(xué)主要存在五點(diǎn)問題。第一個(gè)問題在于進(jìn)行理論性知識(shí)實(shí)踐的教學(xué)成本高，作為我國(guó)的重點(diǎn)發(fā)展行業(yè)，汽車行業(yè)的各項(xiàng)技術(shù)在不斷地進(jìn)行創(chuàng)新，汽車的電子控制系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)的更新速度很快，并且這些汽車基本設(shè)備的單價(jià)很高，學(xué)校想要跟上汽車行業(yè)發(fā)展的速度，就需要不斷地更新教學(xué)設(shè)備，學(xué)校一般很難承受這么高昂的實(shí)驗(yàn)設(shè)備費(fèi)用，因此學(xué)校只能在自己的能力范圍購(gòu)人新的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，這就導(dǎo)致學(xué)生不能體驗(yàn)到最新的汽車制造維修技術(shù)，每屆學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)內(nèi)容跟不上汽車行業(yè)發(fā)展的速度。第二點(diǎn)在于汽車類專業(yè)教學(xué)被安全系數(shù)要求和實(shí)踐場(chǎng)地所限制，這就導(dǎo)致學(xué)生不能體驗(yàn)一些特殊課程的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，例如汽車碰撞實(shí)驗(yàn)和汽車操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)。第三個(gè)問題在于汽車相關(guān)的部件設(shè)備實(shí)驗(yàn)損耗率較大，學(xué)生的實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)不足，在自主實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)出現(xiàn)誤操作的可能性較大，這不僅有可能會(huì)傷害到學(xué)生的人身安全，還容易使實(shí)驗(yàn)設(shè)備出現(xiàn)損害性故障，在汽車構(gòu)造實(shí)驗(yàn)課程中，需要學(xué)生親手拆裝發(fā)動(dòng)機(jī)，這樣的反復(fù)操作會(huì)過度損耗發(fā)動(dòng)機(jī)部件，從而增加后期的設(shè)備維護(hù)費(fèi)用。第四個(gè)問題是汽車類專業(yè)的教學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)單一，通常是向?qū)W生進(jìn)行靜態(tài)演示，這種單一的教學(xué)方式使得師生之間缺乏互動(dòng)，學(xué)生也不能很好地將理論知識(shí)帶到實(shí)際操作中。第五個(gè)問題是實(shí)驗(yàn)室的工位不能滿足學(xué)生數(shù)量的需求，雖然各個(gè)高校一直都在加大設(shè)備資金投入，但是供不應(yīng)求的情況還是存在，大部分實(shí)驗(yàn)課會(huì)讓學(xué)生自己結(jié)成小組，然后小組合作進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，學(xué)生小組中會(huì)出現(xiàn)一些學(xué)生參與程度較低的現(xiàn)象，并且實(shí)驗(yàn)課程的指導(dǎo)教師沒有那么多精力來對(duì)每一個(gè)同學(xué)提供技術(shù)指導(dǎo)，這會(huì)導(dǎo)致拉開了學(xué)生之間的技術(shù)水平差距。

2.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在汽車類專業(yè)教學(xué)中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

首先應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以有效降低教學(xué)成本，在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)可以保證每一位同學(xué)都參與進(jìn)來，并且通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的教學(xué)訓(xùn)練之后，再讓學(xué)生進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝的實(shí)際操作可以有效降低誤操作的概率，從而降低實(shí)驗(yàn)設(shè)備的維修費(fèi)用。其次，使用該技術(shù)還可以提升教學(xué)靈活度，通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以讓學(xué)生體驗(yàn)到最新的汽車技術(shù)，并且可以增加相應(yīng)的新型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。將該技術(shù)應(yīng)用到汽車類專業(yè)教學(xué)的實(shí)踐環(huán)節(jié)還能調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)課程師資不足的問題，提升了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的時(shí)間和場(chǎng)地的靈活度。從學(xué)生的角度來看，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以有效提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生始終處于學(xué)習(xí)的主動(dòng)地位。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在汽車類專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用

3.1 汽車構(gòu)造教學(xué)

通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，在汽車拆裝實(shí)踐教學(xué)，虛擬場(chǎng)景包括所需的工具車，系統(tǒng)會(huì)向?qū)W生講解此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的具體操作內(nèi)容以及工具車中各類工具的適用場(chǎng)景，學(xué)生可以在虛擬世界中將發(fā)動(dòng)機(jī)的拆裝臺(tái)架進(jìn)行各類翻轉(zhuǎn)操作，并且學(xué)生可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)需求來更換不同的虛擬實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，而系統(tǒng)會(huì)將學(xué)生在虛擬世界的操作情況進(jìn)行記錄，這樣便于指導(dǎo)教師針對(duì)記錄結(jié)果進(jìn)行專業(yè)指導(dǎo)，讓學(xué)生及時(shí)認(rèn)識(shí)到自己在實(shí)驗(yàn)過程的誤操作，從而加以改正。

3.2 汽車操作理論教學(xué)

汽車類專業(yè)有些理論知識(shí)的實(shí)踐課程多通過實(shí)車演示來完成，如：汽車制動(dòng)性、動(dòng)力性能、操縱穩(wěn)定性、通過性以及汽車行駛過程的平順性，學(xué)生只能通過獲取實(shí)車演示信息數(shù)據(jù)來進(jìn)行理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)則可以讓學(xué)生更加直觀地對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析，使學(xué)生不僅能獲取數(shù)據(jù)還能形成真實(shí)體驗(yàn)，提高操作理論教學(xué)的實(shí)踐性和可操作性。

3.3 通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行虛擬排障檢測(cè)和虛擬汽車維修實(shí)驗(yàn)

在汽車排障檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，一些故障不能多次設(shè)置，否則會(huì)導(dǎo)致汽車的零件被損壞，但是通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)重復(fù)設(shè)置汽車故障，這樣可以使學(xué)生對(duì)汽車進(jìn)行綜合排障檢測(cè)，并且可以使用虛擬世界中的工具箱來進(jìn)行故障維修。通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以設(shè)置100多種汽車故障，例如發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣溫度太高、冷卻液出現(xiàn)異常溫度或者凸輪軸位置的傳感器出現(xiàn)線路故障等，學(xué)生可以自行選擇各種故障模擬訓(xùn)練，然后再虛擬車間中對(duì)查出的故障進(jìn)行維修，在虛擬車間中，學(xué)生可以通過升起虛擬汽車舉升機(jī)來架起車身，然后通過汽車底盤的視角來分析故障，學(xué)生主要通過鼠標(biāo)來實(shí)現(xiàn)人與計(jì)算機(jī)的信息交互，由此來達(dá)到虛擬排障、維修的目的。

3.4 遠(yuǎn)程教學(xué)

汽車類專業(yè)有很多課程需要學(xué)生深入到汽車工廠、行車道路等環(huán)境中進(jìn)行觀摩與學(xué)習(xí)，組織學(xué)生到教室外環(huán)境進(jìn)行學(xué)習(xí)涉及諸多問題，如學(xué)生的安全問題、成本問題等。通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可將工、道路等特定場(chǎng)景轉(zhuǎn)移到教室中，讓學(xué)生在教室中就完成特定的學(xué)習(xí)內(nèi)容，教學(xué)的成本大大降低。同時(shí)學(xué)生在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中不用擔(dān)心錯(cuò)誤操作造成的損失和社會(huì)危害，學(xué)生能夠放心大膽地進(jìn)行嘗試，教學(xué)的安全性也較高。

4 結(jié)語(yǔ)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在汽車類專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用解決了大部分高校在實(shí)踐教學(xué)課程中出現(xiàn)的難題，完善了實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，降低了實(shí)踐教學(xué)成本投入，保證了實(shí)踐教學(xué)課程的安全系數(shù)，提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并且有效地提升了教學(xué)質(zhì)量。應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是汽車類專業(yè)教學(xué)的必然發(fā)展趨勢(shì)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是多種現(xiàn)代技術(shù)融合的產(chǎn)物，它為汽車類教學(xué)提供了創(chuàng)新渠道，為汽車行業(yè)的發(fā)展提供了高質(zhì)量的專業(yè)人才，這對(duì)推動(dòng)整個(gè)汽車行業(yè)的發(fā)展有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)：

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【通聯(lián)編輯：代影】

作者簡(jiǎn)介：朱孟偉（1983-），男，山東臨沂人，柳州城市職業(yè)學(xué)院講師，碩士，研究方向：三維動(dòng)畫與游戲制作、VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。