AR技術(shù)在汽修課程教學(xué)中的應(yīng)用

【摘要】? ? AR技術(shù)融入教育行業(yè)，給教學(xué)過(guò)程帶來(lái)新變化。根據(jù)學(xué)校教學(xué)現(xiàn)狀，汽修專業(yè)人數(shù)多、實(shí)訓(xùn)課程工位少，教師選取任務(wù)難度不適宜的現(xiàn)狀，研究AR交互教學(xué)模式，利用AR技術(shù)優(yōu)勢(shì)，增強(qiáng)學(xué)生的立體理解。采用AR教學(xué)實(shí)驗(yàn)班開展研究，教師將工作任務(wù)導(dǎo)入構(gòu)建AR教學(xué)輔助軟件，驗(yàn)證AR技術(shù)在汽修課程教學(xué)中的應(yīng)用效果。

【關(guān)鍵詞】? ? 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)? ? 汽修課程? ? 中職教學(xué)

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，英文全稱：Augmented Reality（簡(jiǎn)稱“AR”），是一種將虛擬信息與真實(shí)世界巧妙融合的技術(shù)，廣泛運(yùn)用了多媒體、三維建模、實(shí)時(shí)跟蹤及注冊(cè)、智能交互、傳感等多種技術(shù)手段，將計(jì)算機(jī)生成的文字、圖像、三維模型、音樂(lè)、視頻等虛擬信息模擬仿真后，應(yīng)用到真實(shí)世界中，兩種信息互為補(bǔ)充，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)世界的“增強(qiáng)”[1]。 AR是滿足三維基本特征的系統(tǒng)，AR能彌合真實(shí)與虛擬對(duì)象差距。計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，也帶來(lái)了AR技術(shù)的成熟，它的身影也慢慢地出現(xiàn)在教育行業(yè)里，如市場(chǎng)上隨處可見的AR童書。

一、中職汽修課程AR教學(xué)概述

中等職業(yè)學(xué)校培養(yǎng)的學(xué)生是面向職業(yè)的，需要學(xué)習(xí)技術(shù)技能類實(shí)踐課。AR技術(shù)引入中職課堂，需要幫助教師解決技術(shù)技能的操作演示，近年各地有師資培訓(xùn)中心通過(guò)組織教師培訓(xùn)，讓越老越多老師認(rèn)識(shí)了AR，也學(xué)習(xí)了AR的設(shè)計(jì)運(yùn)用。如廣東省2020年職業(yè)院校教師素質(zhì)提高計(jì)劃培訓(xùn)里就有項(xiàng)目是關(guān)于汽車專業(yè)增強(qiáng)AR現(xiàn)實(shí)資源開發(fā)與信息化教學(xué)應(yīng)用。故此，我校汽修專業(yè)設(shè)立實(shí)驗(yàn)班開展起AR教學(xué)。

1.1我校汽修課程教學(xué)現(xiàn)狀

AR教學(xué)實(shí)驗(yàn)班來(lái)源自汽修專業(yè)2年級(jí)，學(xué)生有大量的工學(xué)一體化課程，接受做中學(xué)，學(xué)中做的模式。但班里人數(shù)是42人，非小班教學(xué)，教學(xué)資源分配上捉襟見肘，實(shí)訓(xùn)工位無(wú)法同時(shí)滿足要求，造成教學(xué)效率低，其他學(xué)生缺乏實(shí)車訓(xùn)練降低參與學(xué)習(xí)興趣。

1.2汽修專業(yè)AR教學(xué)的優(yōu)勢(shì)

AR教學(xué)能加強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的深層理解。它可提升學(xué)生對(duì)概念的學(xué)習(xí)進(jìn)度，讓抽象概念變得具體化，讓圖片轉(zhuǎn)化為三維立體模型，AR教學(xué)輔導(dǎo)工具可使不理解文本學(xué)習(xí)材料的學(xué)生受益，降低學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的難度。

AR教學(xué)能降低場(chǎng)地工位不足對(duì)教學(xué)的制約。很多實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)受到場(chǎng)地設(shè)備等影響，學(xué)生平均接觸工位的時(shí)間較短，造成教學(xué)效果不理想。譬如發(fā)動(dòng)機(jī)課，2人/工位，這對(duì)場(chǎng)地大小與臺(tái)架數(shù)目要求都很高，現(xiàn)將汽車部件（如發(fā)動(dòng)機(jī)）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)形象化導(dǎo)入AR軟件后，學(xué)生利用AR教學(xué)輔導(dǎo)工具則可以隨時(shí)隨地將發(fā)動(dòng)機(jī)具現(xiàn)化出來(lái)，進(jìn)行拆裝演示操作或認(rèn)知各部件的位置與形狀。

AR教學(xué)可以給老師提供新的表達(dá)方式。AR系統(tǒng)使教學(xué)內(nèi)容生動(dòng)化，在缺少汽車類設(shè)備的情況下，教師利用形象的AR數(shù)字資源進(jìn)行課堂教學(xué)，擺脫P(yáng)PT類課件的平面化教學(xué)。

學(xué)校的教學(xué)環(huán)境里，加入這種AR技術(shù)的教學(xué)十分創(chuàng)新，特別是在新能源汽車崛起的時(shí)代，舊的教學(xué)資源已經(jīng)不能滿足教學(xué)，教師能根據(jù)實(shí)際需求，更好地設(shè)計(jì)、實(shí)施增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)汽車教育項(xiàng)目，以滿足智能社會(huì)的發(fā)展和信息時(shí)代的需要。

二、中職汽修課程AR教學(xué)理念

中職汽修課程AR教學(xué)遵循“以學(xué)生為主體，以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念[2]。課堂里沿用工作任務(wù)導(dǎo)向教學(xué)法，培養(yǎng)學(xué)生崗位意識(shí)，結(jié)合原來(lái)的實(shí)訓(xùn)設(shè)備和新添加的AR等數(shù)字資源，學(xué)生可自主學(xué)習(xí)。通過(guò)對(duì)教學(xué)的交互模式進(jìn)行改變，將部分師生間的交互引導(dǎo)為學(xué)生與AR軟件的交互，同時(shí)也做好分組，鼓勵(lì)小組成員間的交互，老師可以有更多時(shí)間巡邏實(shí)訓(xùn)室，優(yōu)化課堂教學(xué)效果。

學(xué)生與AR軟件的交互主要體現(xiàn)在：對(duì)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，學(xué)生不必閱讀教材中大段文字描述，直接借助軟件里的手機(jī)攝像頭掃描圖片可出現(xiàn)視頻演示，學(xué)生更利于記憶，同時(shí)學(xué)生可以放大、旋轉(zhuǎn)觀看零件及工具的 3D 模型;對(duì)實(shí)操技能的學(xué)習(xí)，不必圍繞工位看教師演示，直接用 AR 識(shí)別軟件進(jìn)行掃描圖片，出來(lái)相關(guān)實(shí)操步驟的動(dòng)畫，認(rèn)識(shí)相關(guān)工具的使用，看不懂的可以選擇反復(fù)觀看[3]。

三、中職汽修課程AR教學(xué)應(yīng)用

中職汽修課程融合AR教學(xué)資源，教師可根據(jù)學(xué)生的實(shí)際能力，AR教學(xué)資源的可用性，從中職專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容層面出發(fā)，組織課程內(nèi)容，投入設(shè)計(jì)AR教學(xué)輔助軟件。AR教育可以提高任務(wù)導(dǎo)向法的參與度，引導(dǎo)學(xué)生利用AR軟件進(jìn)行課程學(xué)習(xí)，以App的形式將AR技術(shù)引入到汽修課程教學(xué)中，能夠切實(shí)為師生帶來(lái)極大的便利，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和對(duì)學(xué)習(xí)的興趣。

3.1組織課程內(nèi)容

根據(jù)我校汽修專業(yè)人才培養(yǎng)方案，發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤、電氣設(shè)備等課程都需要工學(xué)一體化教學(xué)。對(duì)應(yīng)的課程需要大量的實(shí)訓(xùn)工位，AR教學(xué)內(nèi)容可根據(jù)各種實(shí)訓(xùn)的工作崗位任務(wù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，特別是工位不足的課程內(nèi)容優(yōu)先融入AR教學(xué)，化解教學(xué)矛盾。而且汽車模型的設(shè)計(jì)耗時(shí)不短，在組織AR教學(xué)內(nèi)容時(shí)，優(yōu)先組織局部?jī)?nèi)容，如汽車電控課程里的各種傳感器，后期再組織整體內(nèi)容，如整合前期設(shè)計(jì)完成的各種傳感器加入到整個(gè)電控發(fā)動(dòng)機(jī)的框架中，循序漸進(jìn)地設(shè)計(jì)3D教學(xué)模型，減輕設(shè)計(jì)初期的工作量。

3.2設(shè)計(jì)AR教學(xué)輔助軟件

為了將AR技術(shù)轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源，教師要做好課前備課，設(shè)計(jì)好對(duì)應(yīng)課程內(nèi)容的AR教學(xué)輔助軟件。簡(jiǎn)單步驟如下：第一步，利用三維動(dòng)畫渲染和制作軟件（3DMAX）制作課程相關(guān)的汽車部件模型，模型數(shù)據(jù)來(lái)自于實(shí)物的真實(shí)大小，便于學(xué)生產(chǎn)生正遷移;第二步，將對(duì)應(yīng)的模型和教學(xué)資源導(dǎo)入實(shí)時(shí)3D互動(dòng)內(nèi)容創(chuàng)作平臺(tái)（Unity 3D），加入控制按鈕、聲效等要素賦予模型運(yùn)行、旋轉(zhuǎn)、拆裝等功能，能進(jìn)行實(shí)時(shí)互動(dòng)，產(chǎn)生學(xué)習(xí)沉浸體驗(yàn);第三步，獲取高通Vuforia插件應(yīng)用權(quán)限，設(shè)計(jì)AR識(shí)別圖后，生成對(duì)應(yīng)安卓端或IOS端的輔助軟件。

3.3實(shí)施具體教學(xué)

以汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)內(nèi)容為例，可設(shè)置知識(shí)點(diǎn)：發(fā)動(dòng)機(jī)電子燃油噴射系統(tǒng)主要傳感器的形狀和位置;技能點(diǎn)：檢測(cè)傳感器的電阻、電壓、波形。教師提前設(shè)計(jì)好電控發(fā)動(dòng)機(jī)及傳感器3D模型，生成AR輔助軟件，在實(shí)訓(xùn)平臺(tái)上實(shí)操前，引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立或分組進(jìn)入AR軟件里學(xué)習(xí)與模擬實(shí)操。

學(xué)生在課堂中應(yīng)用智能手機(jī)或者教學(xué)智能平板，打開AR輔助軟件進(jìn)行人機(jī)交互，學(xué)習(xí)發(fā)動(dòng)機(jī)電子燃油噴射系統(tǒng)的主要部件的理論知識(shí)、主要傳感器的位置、實(shí)操訓(xùn)練所需工量具的正確使用方法，配合任務(wù)工作頁(yè)，完成熟練確認(rèn)發(fā)動(dòng)機(jī)電子燃油噴射系統(tǒng)主要傳感器位置和主要傳感檢測(cè)的教學(xué)目標(biāo)。

四、教學(xué)中存在的問(wèn)題

AR技術(shù)教學(xué)存在一定局限性，畢竟那都是軟件設(shè)計(jì)者的“繪制”，并非汽車的本真與全部。其中真中有假，假中有真，真真假假，令人難分，可最終還是“虛擬”的，誠(chéng)然沒(méi)有真實(shí)維修汽車的效果。容易使學(xué)生“先入為主”，造成對(duì)真實(shí)知識(shí)和現(xiàn)實(shí)的偏面認(rèn)知，若軟件設(shè)計(jì)時(shí)出錯(cuò)，還可能會(huì)讓學(xué)生“誤入歧途”！

課程里應(yīng)用AR教學(xué)需要教師過(guò)多的備課時(shí)間，教師難以快速部署AR內(nèi)容，整個(gè)課程下來(lái)，需要的模型數(shù)目眾多，設(shè)計(jì)耗時(shí)巨大，非一名老師可以獨(dú)立完成，建議申請(qǐng)經(jīng)費(fèi)聯(lián)合相關(guān)教學(xué)資源類企業(yè)合作制作。課堂中，教師或?qū)W生發(fā)現(xiàn)AR軟件里的交互界面異常，素材出錯(cuò)等情況，影響AR軟件的使用，教師難以及時(shí)對(duì)AR軟件重新編輯。在實(shí)際使用中，還需要學(xué)校能提供專用的智能平板設(shè)備給學(xué)生使用，或開放學(xué)生使用個(gè)人手機(jī)的權(quán)限，建議是大屏幕的，效果更好。

從AR教學(xué)實(shí)驗(yàn)班的嘗試?yán)锇l(fā)現(xiàn)，AR教學(xué)確實(shí)方便了“教”與“學(xué)”的過(guò)程，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，能流暢地在虛擬與真實(shí)的環(huán)境中進(jìn)行互動(dòng)。但萬(wàn)事皆有度，AR等先進(jìn)信息技術(shù)是一懸掛在學(xué)校和教師頭上的達(dá)摩克斯之劍，在教學(xué)中當(dāng)適時(shí)應(yīng)用、適度應(yīng)用，拒絕濫用，做到以實(shí)訓(xùn)工位實(shí)操為主，AR軟件為輔，不能讓學(xué)生脫離實(shí)際?？萍荚谶M(jìn)步，在虛擬領(lǐng)域還有更高科技的混合現(xiàn)實(shí)（MR）技術(shù)，人機(jī)交互將逐漸廣泛地應(yīng)用在教學(xué)領(lǐng)域，教師需要主動(dòng)學(xué)習(xí)，走在教學(xué)創(chuàng)新的大路上。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]何思穎.5G背景下VR/AR技術(shù)賦能的娛樂(lè)產(chǎn)品定價(jià)分析[J].大陸橋視野，2020（07）：70-72.

[2]王龍.淺析中職汽修專業(yè)教學(xué)方法的創(chuàng)新舉措[J].才智，2016（21）：54.

[3]韓笑.工作任務(wù)導(dǎo)向的AR交互在中職課程教學(xué)中的應(yīng)用[D].浙江工業(yè)大學(xué)，2020.

羅文政（1984.08），男，漢族，廣東廣州，助理講師，研究方向：汽修教學(xué)。