虚拟现实技术在高职汽车电子类课程教学中的应用研究

沈爱莲

(浙江汽车职业技术学院 汽车制造与自动化系, 浙江 临海 317000)

现代高等教育的发展趋势是走向虚拟化和智能化, 高等职业教育作为高等教育的一个重要类型, 将虚拟现实技术应用于日常教学也已经成为一种趋势. 虚拟现实技术为高职汽车电子类课程的教学提供了一种新的手段, 一种新的技术. 作为一种新的教学手段, 必将使传统的教育形态、教学环境、教学过程的基本要素及其相互关系发生重大变化, 也使教学过程中教师、学生的主体关系发生变化. 虚拟现实技术可以营造一个学生“自主学习”的环境, 将传统的“以教促学”的学习方式转变为学习者通过自身与信息环境的相互作用来获得知识、技能的新型学习方式.

1 汽车电子类课程虚拟仿真教学的特点

(1)直观性: 能够全方位、多角度地了解汽车电器及电子设备、电控系统等各部件的内部构造与工作原理.

(2)完备性: 可以模拟汽车电子各部件在不同因素作用下的工作原理、组成结构及实际运行过程, 因而可以了解到书本上无法了解到的部件性能.

(3)交互性: 可以通过鼠标或键盘进行汽车电工电子仪器的使用、汽车电器设备的拆装、故障排除等,使汽车电子、电器设备的复杂原理、操作等变得直观易懂.

(4)安全性: 利用人机操作, 无任何风险, 避免了学生现场实训操作时可能存在的安全隐患问题.

(5)快捷性: 实时的数据输入、输出参数的反馈, 利用互联网进行相关知识的查询, 方便快捷.

2 传统的汽车电子类课程教学的局限性

在虚拟现实(VR)技术应用于汽车电子类课程的日常教学以前, 一般高职院校授课的方式主要是采取以下这两种方式: 一是通过实践教学, 学生直接与实物接触, 称之为直接学习; 二是教师在课堂上传授课本中的知识, 学生被动地接受, 称之为间接学习. 无论是哪种方式的教学, 都有着其固有的局限性, 主要体现在以下几个方面:

(1)汽车电子、电控设备结构比较复杂、单价较高, 随着学院办学规模的扩大, 为实训教学增加设备的台数势必大幅度增加购置经费, 而且每次使用成本较大(包括电力、机器损耗和设备维修费用等).

(2)汽车电子技术的发展日新月异, 所以导致实训设备的更新速度相对滞后于汽车电子技术发展的速度. 如果按照现在汽车电子技术的发展速度, 更新同步的汽车电子、电控设备, 投入将是非常巨大的,由此造成设备的浪费也是非常严重的.

(3)学生在进行汽车电类课程实训时, 由于操作不当或其他实验故障等原因导致设备损耗也较为严重.

(4)对于实践经历相对缺乏的学生在真实实验或实训车间进行电气操作时存在一定的危险性. 因而在现实教学中, 一般采用教师演示或组织学生观看录像的方式, 学生很难获得感性认识, 实验效果大打折扣.

(5)汽车电子及电控实训设备体积较大而实训教学的场地有限, 教师在讲授设备操作、使用、注意事项时, 只有在设备附近的少数学生能看清楚.

(6)教师在课堂授课时, 只能对汽车电器及电子设备、常见传感器等的外观、运行原理等进行讲授, 而对它们的内部的实际运作过程却很难了解, 致使学生接受起来非常困难, 只能是一知半解.

鉴于上述原因, 本文旨在研究将虚拟现实技术应用于汽车电类课程的教学, 对原有的教学方法和手段进行改革.

3 虚拟现实技术在汽车电子类课程教学中的应用

(1)虚拟现实技术在汽车电子类课程日常教学中的应用

原来传统的教学方法中, 教师利用投影或挂图来获取汽车电器设备、电控设备、整车电路系统的内部结构及布局, 或在现场观察实际的教学设备外形来获得各种感性认识. 如今采用虚拟现实技术, 即可通过计算机构建一个与实物同样的零件或设备, 将各种汽车电器设备和电控过程进行虚拟化, 并将这些物体以立体形式存放于虚拟实验室里, 学生只要进入该虚拟空间, 就可随时随地从不同角度观察、认识这些仪器设备, 而且可单独观察每种电器设备或传感器等的内部结构, 可帮助学生更充分地理解汽车电气控制系统的组成、结构和工作原理以及工作过程, 提高学习效果.

汽车电子技术在汽车上的应用主要包括发动机、底盘和车身. 将虚拟现实技术应用于汽车电控系统的日常教学也不外乎体现在这几个方面: 电控发动机仿真教学、安全气囊仿真教学、汽车空调系统的仿真教学、ABS系统仿真教学、汽车电控技术仿真教学、整车电路系统仿真教学等. 汽车电子技术的发展日新月异, 电器与电子设备已成为汽车的重要组成部分, 汽车电控技术的高低程度已经成为衡量汽车先进水平的重要标志. 现以电控技术仿真教学为例说明虚拟技术在汽车电类课程教学中的应用.

虚拟电控技术仿真教学是将车内电气控制的复杂电路图以简单的二维动画形式表现出来, 教师可以借助于动画形式形象鲜明地进行授课, 而学生进行电路排故练习等相关操作的同时, 可以更直观地了解电控系统内部的各个电气部件是如何配合运作的. 这样, 进行实训教学时, 教师布置各种实训项目比如汽车电路故障排除, 学生的整个实训过程与实训结果都会被系统自动追踪下来, 方便教师进行教学分析, 形成良好的师生互动氛围.

(2)虚拟技术在汽车电子类课程实验、实训教学教学中的应用

在高职汽车电子类课程教学中, 理论教学与实践教学比例接近于1: 1. 利用虚拟现实技术建立虚拟实验室, 学习者便可以走进这个虚拟实验室, 身临其境般的操作虚拟仪器, 如进行虚拟汽车电器设备的故障检测与维修、进行各种虚拟的电气控制系统的连接与组装、进行虚拟电气控制系统的运行等. 这种虚拟实验既不消耗器材, 也不受场地等外界条件限制, 可重复操作, 直至得出满意结果, 在虚拟实验室也不会因操作失误而造成人身事故. 比如进行汽车点火操作实训时, 会产生大量的浓烟和气体, 这些多为汽车尾气排放物, 如果人体长时间吸入这些有毒物质, 不但会影响健康, 同时对周边的环境也有污染. 但是如果利用虚拟仿真软件进行点火操作时, 不但能完成上述的点火实验, 同时还能从计算机屏幕上直观地监视油路等多个系统的运行情况. 又如学生在进行电路故障实训时, 教师可选择人工设置故障或自动设置故障.实训前教师将正确的实训方法与过程通过视频直播给所有的学生, 学生可以在线学习, 在实训过程中如发现问题可随时停止一个人或多个人的实训, 对其进行相应的指导, 这样可有效地解决实验条件与实验需求、实验效果之间的矛盾.

高职院校的汽车电工电子实训、汽车电器与电子设备的认知实训、汽车电气控制实训、整车电路系统的认知检测及故障诊断实训、汽车常用传感器的认知及检测实训等都可利用虚拟仿真进行.

(3)虚拟现实技术在学生自主学习、远程教育培训及考核等方面的应用

AUTOlearning汽车仿真教学平台是一个开放式的汽车专业模块学习平台, 平台通过 IE浏览的方式,突破地域界限, 实现网上互动的教学、实训、资源展示和自我评价等. 教师能将自己已有的资源或第三方资源(包括动画、程序、图片、视频等)上传与他人共享资源, 并且学校能够对资源设置权限, 进行统一管理, 这样方便学生在任何地方都可以进行自主学习.

此外, 虚拟仿真教学所具有的强大网络功能, 可实现远程教育培训. 它不仅在局域网上具有双向互动的教学功能, 还具有基于互联网进行双向互动的远程教学功能, 数据传送可以采用卫星、宽带等方式进行.这使得远程教学名副其实, 而且还可采用远程网络学习、作业、考试等功能, 并实现答卷保存、自动评分、成绩查询和分析等功能, 轻松实现无纸化的考核与测评.

综上所述, 虚拟现实技术在汽车电子类课程教学应用中所表现出来的优势和特点, 使计算机变成试验台、仿真教学软件变成虚拟仪器, 互联网变成实验室. 将虚拟现实技术应用于汽车电子类课程的教学具有传统教学方式无可比拟的优势, 但是, 虚拟现实技术也存在一些不足. 虚拟环境是一个理想化的环境,它没有也不可能充分考虑到汽车实际运行时所碰到的所有问题. 因此, 虚拟技术还必须与传统的教学方式相结合, 通过优势互补, 才能达到完美的教学效果.

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