VR技術(shù)應(yīng)用背景下的汽車(chē)構(gòu)造課程方案探索

劉仁武

隨著VR其沉浸式場(chǎng)景體驗(yàn)、情景智能交互等5G時(shí)代背景下新出現(xiàn)的新興技術(shù)給教育帶來(lái)煥然一新的體驗(yàn)，VR技術(shù)的應(yīng)用逐漸在教育教學(xué)中形成了一種不可替代的教學(xué)模式。汽車(chē)構(gòu)造課程作為汽車(chē)專業(yè)核心課程，有關(guān)該課程理論和實(shí)踐一體化的教學(xué)改革都在持續(xù)討論和實(shí)踐中，其目的主要是通過(guò)課改加強(qiáng)學(xué)生課程知識(shí)的掌握并能有效地應(yīng)用于實(shí)際。在高校如今大部分還是利用多媒體進(jìn)行零部件的平面展示以及2D的視頻播放來(lái)達(dá)到知識(shí)點(diǎn)的講授和傳播，在學(xué)校實(shí)踐和社會(huì)實(shí)踐當(dāng)中通過(guò)實(shí)地的整車(chē)或零部件的全方位或剖面展示來(lái)達(dá)到學(xué)生對(duì)該知識(shí)點(diǎn)的全面掌握；然而這不可避免的帶來(lái)了不便利性，無(wú)法快速的把課堂以及書(shū)本知識(shí)和實(shí)際展示及時(shí)結(jié)合起來(lái)，更多的喪失了對(duì)知識(shí)獲取的積極性和興趣；因此在VR 技術(shù)的應(yīng)用下，汽車(chē)構(gòu)造課程急需一個(gè)新的教學(xué)模式來(lái)給學(xué)生一個(gè)新的知識(shí)獲取體驗(yàn)。

一、課程現(xiàn)狀分析

（一）課程分析

汽車(chē)構(gòu)造課程主要分為上下兩冊(cè)，汽車(chē)構(gòu)造（一）和汽車(chē)構(gòu)造（二），其中（一）圍繞汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)造和發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理兩個(gè)方面作主要介紹，如最常見(jiàn)的兩大機(jī)構(gòu)和五大系統(tǒng)；（二）是汽車(chē)底盤(pán)，其中底盤(pán)主要包括行駛、轉(zhuǎn)向、制動(dòng)、傳動(dòng)四個(gè)系統(tǒng)。以傳動(dòng)系統(tǒng)為例，主要讓學(xué)生熟悉離合器、變速器等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作原理以及其分類，其他的內(nèi)容概述不在這里贅述。汽車(chē)構(gòu)造這門(mén)課程涉及到的機(jī)械結(jié)構(gòu)種類之多，其空間布置形態(tài)各異，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，原理晦澀難懂，尤其在大部分書(shū)本上只是基本的二維黑白圖形展示的條件下，很難第一時(shí)間熟悉該零部件的空間結(jié)構(gòu)以及其工作原理，因此需要一定量的3D模型和大量相關(guān)資源建設(shè)來(lái)展示其各個(gè)方位下的結(jié)構(gòu)畫(huà)面。

（二）課程教學(xué)存在的問(wèn)題

在這里只闡述跟VR技術(shù)應(yīng)用有關(guān)的教學(xué)問(wèn)題，第一主要是零部件的多媒體展示不夠立體和全面，由于大部分多媒體資源都來(lái)自平面的靜態(tài)圖片和少有的2D 原理視頻，雖然在一定程度上幫助學(xué)生理解了書(shū)本上的部分工作原理，但相對(duì)于組成元素較多結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零部件，僅有的傳統(tǒng)多媒體設(shè)備是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，需要有一個(gè)足夠適應(yīng)現(xiàn)代VR技術(shù)應(yīng)用的教學(xué)場(chǎng)地建設(shè)。第二個(gè)就是教學(xué)互動(dòng)方式問(wèn)題，傳統(tǒng)的教學(xué)互動(dòng)都是用書(shū)本或多媒體資源作為傳遞介質(zhì)來(lái)達(dá)成互動(dòng)的目的，以書(shū)本為例，書(shū)本的互動(dòng)缺乏指定性，即老師所指的物體某個(gè)細(xì)節(jié)不能很簡(jiǎn)潔準(zhǔn)確的表達(dá)出來(lái)，學(xué)生更不能準(zhǔn)確及時(shí)的對(duì)應(yīng)上，導(dǎo)致互動(dòng)帶來(lái)的盲目性；以多媒體為例，多媒體的互動(dòng)缺乏靈活性和豐富性，即學(xué)生只能在一個(gè)平面觀察零部件的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)原理，導(dǎo)致學(xué)生在互動(dòng)過(guò)程中空間想象力不夠帶來(lái)的不確定性和單一性。因此圍繞以上倆個(gè)問(wèn)題需要對(duì)該課程的方案進(jìn)行一個(gè)全新的構(gòu)建。

二、VR技術(shù)應(yīng)用課程方案構(gòu)建

（一）三維零部件資源建設(shè)

以發(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)造和原理講解為例，其主要建設(shè)的對(duì)象就是整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)，要想組成一個(gè)較完整的發(fā)動(dòng)機(jī)3D圖形，就要建設(shè)和整理好相關(guān)零部件，把這些零部件整理好后導(dǎo)入三維制作軟件當(dāng)中來(lái)組成整體的發(fā)動(dòng)機(jī)3D 圖形，一般常用的3D 制作軟件有3Dmax、MAYA、C4D、ProE、Soliworks、UG 等，制作好相關(guān)模型后可以導(dǎo)入場(chǎng)景交互類軟件Unity、Blender等，這樣就可以實(shí)現(xiàn)零部件在對(duì)應(yīng)場(chǎng)景下的展示；如在制作活塞模型運(yùn)動(dòng)的過(guò)程當(dāng)中，可以加入缸體模型的內(nèi)部場(chǎng)景進(jìn)行交互，從而使活塞的運(yùn)動(dòng)更加符合實(shí)際；再例如在展示整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)模型的結(jié)構(gòu)時(shí)，可以加入底盤(pán)的場(chǎng)景來(lái)進(jìn)行交互，這樣我們也可以知道發(fā)動(dòng)機(jī)在底盤(pán)上的組裝結(jié)構(gòu)有哪些。這樣的資源建設(shè)在一定程度上需要配備專業(yè)或技能對(duì)口的師資來(lái)實(shí)現(xiàn)資源建設(shè)的有序化和時(shí)效化。

（二）VR設(shè)備的選擇

為了適應(yīng)當(dāng)前5G 技術(shù)的發(fā)展，在這里選擇一款較先進(jìn)的頭戴式一體機(jī)，其型號(hào)為HTC VIVE Pro Full Kit 2.0專業(yè)版，主要包括定位器、操控手柄、一體式頭盔、操控手柄以及其他必要配件等，相比于一般的頭戴式一體VR機(jī)，該版本具備倆個(gè)3.5英寸AMO?LDE 屏幕，其采樣率相比一般的CD 采樣率更高，可呈現(xiàn)高清的3K 畫(huà)質(zhì)，精準(zhǔn)的SteamVR2.0 追蹤技術(shù)，有著110。視角寬的視野，同時(shí)在音質(zhì)方面有著HiFi般的3D音效，并且耳機(jī)頭盔一體化，即不需要單獨(dú)的外置音響，直接放到頭盔上來(lái)，很大程度上簡(jiǎn)化了佩戴的要求。尤其在人體工學(xué)設(shè)計(jì)方面，有著更高的人性化設(shè)計(jì)，在調(diào)整頭戴的基礎(chǔ)上還可以調(diào)整瞳距以及鏡頭距離，因此其簡(jiǎn)便實(shí)用的新人機(jī)工程設(shè)計(jì)更大程度的提升了學(xué)生在場(chǎng)景當(dāng)中的交互感。

（三）教學(xué)場(chǎng)地的配置

為了能夠適應(yīng)VR技術(shù)應(yīng)用下的教學(xué)模式，高校應(yīng)該不僅在觀看的設(shè)備上有所付出，還應(yīng)該在虛擬現(xiàn)實(shí)和實(shí)際結(jié)合的情況下對(duì)教學(xué)場(chǎng)地進(jìn)行相關(guān)布置。在教師方面應(yīng)該配置一臺(tái)高性能大存儲(chǔ)的電腦來(lái)導(dǎo)入教學(xué)所需的動(dòng)畫(huà)視頻和相關(guān)VR資源，用來(lái)教學(xué)展示模型和動(dòng)畫(huà)；同時(shí)應(yīng)該設(shè)立一個(gè)獨(dú)立的資源建設(shè)平臺(tái)，這個(gè)建設(shè)平臺(tái)可以獨(dú)立于教室或者在教室里面，平臺(tái)主要是進(jìn)行資源的建設(shè)甚至3D打印，專門(mén)由一批負(fù)責(zé)平臺(tái)資源建設(shè)的老師負(fù)責(zé)，這樣資源的建設(shè)和應(yīng)用就都可以解決了。接下來(lái)就是學(xué)生的配置，學(xué)生主要每人一臺(tái)全新一體式VR 設(shè)備，配備專門(mén)放置設(shè)備的桌子，對(duì)每個(gè)桌子和設(shè)備進(jìn)行編號(hào)，以便后期管理和維護(hù)。在教室方面的配置就是在講臺(tái)正中間放置一塊超寬的高清屏幕帶音響，用來(lái)顯示老師教學(xué)所展示的模型以及對(duì)應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)，以便學(xué)生用完VR設(shè)備后及時(shí)對(duì)知識(shí)點(diǎn)的補(bǔ)充，同時(shí)教室的周?chē)鷳?yīng)放置相關(guān)模型展臺(tái)，主要通過(guò)3D打印的方式來(lái)展現(xiàn)模型的基本外觀讓學(xué)生有一個(gè)初步的印象，這樣就很好的實(shí)現(xiàn)了虛擬現(xiàn)實(shí)和實(shí)地接觸的結(jié)合，可以更大的提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣以及學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的印象。

（四）教學(xué)方式的構(gòu)建

準(zhǔn)備好了相關(guān)硬件設(shè)備和軟件設(shè)備，接下來(lái)就要有一個(gè)好的教學(xué)方式才能使這些設(shè)備的價(jià)值得到最大的體現(xiàn)，教學(xué)方式主要圍繞知識(shí)點(diǎn)引入，沉浸式體驗(yàn)、雙屏互動(dòng)、課后體驗(yàn)總結(jié)四個(gè)方面展開(kāi)。知識(shí)點(diǎn)引入跟一般課堂一樣，讓大家初步對(duì)今天的知識(shí)點(diǎn)有個(gè)基本認(rèn)識(shí)，有了基本認(rèn)識(shí)之后可以讓學(xué)生戴好設(shè)備進(jìn)行一個(gè)初步體驗(yàn)，初步體驗(yàn)主要是把課堂所需引入的三維動(dòng)畫(huà)初步植入到學(xué)生的腦海里面，初步體驗(yàn)完之后立馬回到課堂知識(shí)點(diǎn)來(lái)，可讓大家對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行提問(wèn)，然后教師對(duì)VR設(shè)備里的模型展現(xiàn)在大屏上進(jìn)行課堂講解，同時(shí)讓大家繼續(xù)戴好設(shè)備進(jìn)行一個(gè)場(chǎng)景的交互，即雙屏互動(dòng)，互動(dòng)完之后可以對(duì)剛剛的設(shè)備體驗(yàn)和模型講解進(jìn)行一個(gè)課后總結(jié)，以便后期反饋給老師進(jìn)行一個(gè)教學(xué)的總結(jié)。

（五）教學(xué)評(píng)價(jià)體系的確立

在完成一個(gè)基本的VR教學(xué)過(guò)程后，接下來(lái)就要對(duì)教學(xué)過(guò)程當(dāng)中存在的問(wèn)題要進(jìn)行總結(jié)，即如何有效的使VR課堂在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中是否可行，就要建立一套完整的課堂評(píng)價(jià)體系。學(xué)生方面主要圍繞教學(xué)的設(shè)備使用感受以及老師的教學(xué)方式進(jìn)行一個(gè)全方位的評(píng)價(jià)，學(xué)生能否很快的適應(yīng)好VR設(shè)備教學(xué)就要實(shí)事求是的給出中肯的評(píng)價(jià)；教師方面主要圍繞教學(xué)設(shè)備的使用感受以及學(xué)生的體驗(yàn)回饋甚至自我反思幾個(gè)方面出發(fā)，在不斷完善設(shè)備的使用基礎(chǔ)上，同時(shí)要不斷的進(jìn)行自我反思，尤其新技術(shù)下的應(yīng)用更應(yīng)該要反思自己的教學(xué)方式以及教學(xué)特點(diǎn)進(jìn)行自我總結(jié)，跟一般的課堂教學(xué)不一樣的是，VR 教學(xué)的體驗(yàn)感不僅給學(xué)生帶來(lái)了很大興趣，同時(shí)也帶來(lái)了依賴性，所以教師要好好的反思自己日后在教學(xué)過(guò)程當(dāng)中怎樣使學(xué)生在虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)當(dāng)中和實(shí)際課堂知識(shí)點(diǎn)的講解相互結(jié)合起來(lái)，在提升興趣的基礎(chǔ)上提升學(xué)生的知識(shí)獲取效率。

三、結(jié)語(yǔ)

整套課程改革方案的建立主要是圍繞VR 技術(shù)在教學(xué)當(dāng)中的應(yīng)用，從五個(gè)方面進(jìn)行歸納來(lái)最終實(shí)現(xiàn)其應(yīng)用價(jià)值。其一資源建設(shè)主要是作為教學(xué)的準(zhǔn)備工作，為課堂的教學(xué)進(jìn)度提供參考依據(jù)；其二設(shè)備的選擇是為了能夠?qū)R 技術(shù)和課堂實(shí)現(xiàn)有效的結(jié)合；其三教學(xué)場(chǎng)地的配置是為了體現(xiàn)VR教學(xué)的獨(dú)特性和完整性；其四教學(xué)方式的構(gòu)建使VR技術(shù)在教學(xué)過(guò)程有了更加完善的體現(xiàn)；最后教學(xué)評(píng)價(jià)是為了確保VR教學(xué)在日后應(yīng)用的可持續(xù)性。

綜上所述，這個(gè)立體方案的建立有利于教師和學(xué)生在新教學(xué)模式下，知識(shí)點(diǎn)的獲取以及課堂的互動(dòng)有了全新的提升，同時(shí)有利于高校機(jī)械類課程日后教學(xué)過(guò)程當(dāng)中在零部件展示不夠具體和完善的前提下帶來(lái)了新的教學(xué)啟發(fā)。當(dāng)然不足之處還有很多，如上文提到的依賴性，即學(xué)生把它當(dāng)成“游戲”看待，這也是要面臨的一個(gè)重要問(wèn)題，同時(shí)如設(shè)備的選取成本是否符合當(dāng)今高校在專業(yè)發(fā)展的成本應(yīng)用上還應(yīng)有更完善的依據(jù)，以及設(shè)備的體驗(yàn)感以及運(yùn)行效率是否適用于當(dāng)今高校大學(xué)生也還應(yīng)有更多的設(shè)備體驗(yàn)調(diào)查。在VR設(shè)備優(yōu)劣共存的情況下，高校和老師應(yīng)該共同努力構(gòu)建出一套完整的應(yīng)對(duì)方案來(lái)使VR技術(shù)在教學(xué)當(dāng)中的應(yīng)用價(jià)值越來(lái)越高。