虚拟现实技术在发动机拆装教学中的应用

李士明、何海龙

（湖北理工学院机电工程学院 435003)

1 虚拟现实的介绍及基本特征

虚拟现实是以计算机技术为核心的现代先进技术，生成逼真的视觉、听觉、触觉一体化的虚拟环境。浸没感、交互性、构想性是虚拟现实技术的基本特征，在必要的输入输出设备下，用户可以与虚拟环境中的物体进行相互影响，进而获得身临其境的感受与体验[1]。这种由计算机生成的虚拟环境可以是某一特定客观世界的再现，也可以是纯粹虚构的世界。在汽车发动机拆装教学中，利用计算机生成一种模拟仿真的拆装环境，学生可以用计算机完成整个汽车发动机拆装实验[2]。

2 汽车发动机拆装实训的现状及存在的问题

汽车发动机拆装是汽车专业的一门实践课，其技术性较强，有利于培养学生的综合实践能力。汽车发动机结构复杂，学生要懂得汽车发动机原理，学会使用拆装工具并掌握发动机各个零部件正确的拆装顺序。受场地、设备的限制，老师一般采用分组实训，不能时刻控制每个小组的拆装过程，学生操作较随意，效率低，教学效果不理想。

2.1 汽车发动机结构复杂，教学难度较大

汽车发动机是为汽车提供动力的装置，是汽车的心脏，决定汽车的动力性、经济性和环保型。学生们第一次接触到汽车发动机，很难在短短的时间内了解发动机的原理，无法有序地拆装发动机，拆装的部件可能四处放置，导致某些较小的零件易损坏或丢失，还有可能损坏拆装设备。

2.2 汽车发动机拆装实训时间不足

汽车发动机拆装实训课时有限，没有留给学生足够的时间自己动手完成实训。老师能给同学们讲解和演示的时间也是有限的，想要完成发动机拆装的基本操作，就必须掌握发动机基本原理。老师讲解简单抽象，很多学生似懂非懂，在实训过程中也无法真正训练学生的综合实践能力。最后为完成实训任务而敷衍了事，并未真正学到东西。

2.3 汽车发动机拆装成绩考核困难

学生人数众多，实训过程中能给学生提供的汽车发动机拆装设备和工具不足，故课堂效率低。老师采取分组实训，小组同学一起进行发动机拆装并完成实验报告，但有些学生对分组学习产生依赖性，不动手拆装只完成实验报告。老师对学生的考核成绩也完全来自于学生上交的实验报告，考核形式过于单一。学生没有压力，只是以完成任务为主，学习主动性较差。

3 虚拟现实应用在发动机拆装教学的优势

在汽车发动机拆装实训中，应用虚拟现实技术生成一个仿真模拟拆装环境。学生在任何地方、任何时间，只需打开计算机仿真模拟系统就可以完成汽车发动机模拟拆装[3]。可以不受场地和设备的制约。系统可以监控学生完成拆装的情况，并在学生完成拆装后进行评分，能帮助老师考核每位学生掌握基本操作的熟练程度，弥补了传统教学中的漏洞。

3.1 提高学生学习兴趣

听到虚拟现实技术难免会激起学生的好奇心，增强学生对课程的兴趣。与传统的教学方式不同，虚拟现实技术是创造一个虚假的空间，但能让学生们在模拟发动机拆装实训中有真实的视觉、触觉等多种感知。通过VR技术能简化汽车发动机的结构，让学生们对发动机的结构认识更加直观，提高学生们的积极性和主动性，营造一种自主学习的氛围。

图1a VR视界下的发动机部分结构图

图1b VR视界下的发动机部分结构图

3.2 提高教学质量和效率

在传统的教学模式中老师的精力和实验设备有限，无法监督每一位学生独自完成发动机拆装实验。通过虚拟现实仿真技术，每一位同学都可以参与其中，解决了部分学生学习懒散的问题，提高学生独立学习的能力。学生还可以在模拟仿真发动机拆装实验中不断地练习，达到一定的熟练程度后进行真实的实训，学生能更好地掌握发动机原理，把握好发动机拆装顺序。

3.3 安全性高

在现实环境中教学会有意想不到的情况发生，老师不可能时时刻刻看着每位同学。操纵不当不仅会损坏设备，还可能会使学生受伤，产生不必要的麻烦。而使用虚拟现实技术则不存在这种安全问题，当操作有误时，系统会及时发出警示，也能进一步提高学生的安全意识。

3.4 减少成本

在发动机拆装实验中，场地和设备消耗的成本较高。在传统的实验教学中，发动机的使用次数较多，磨损和消耗过大。而在虚拟现实环境这个问题就不存在了，可以在一定程度上减少实验的成本[4]。

4 虚拟技术在教学中的应用

虚拟教室：虚拟技术可以虚拟一个教室，学生只要进入这个虚拟系统就可以来到这个教室一起学习。通过计算机、无线网络在一个虚拟教室进行网络授课、学习，营造了一个较好的学习氛围。系统可以根据每个人的需要制定学习任务，在学生离开虚拟教室之前，系统会对学生完成的学习任务进行评定，能增加学生学习的积极性和主动性。

虚拟实验室：利用虚拟技术模拟一套实验系统，包括相应的实验室环境、仪器设备和实验用品及相关工具。虚拟各种实验室，如物理、生物、化学等[5]。与传统的实验室相比，虚拟实验成本低、安全性高、功能齐全并且不受时间、空间的限制。如果学生感兴趣在家里也可以进入虚拟的实验室中完成各种实验，提高学生实验动手能力。

虚拟现实技术近几年发展迅速，虚拟现实系统在很多方面得到了广泛的应用，但学生对虚拟现实的概念很模糊。要让虚拟现实技术较快较好地应用在教学中，必须要让学生对虚拟技术有着更多的认知感，所以进行虚拟现实教学培训是必然的。

例如，在模拟发动机拆装实训中，老师模拟发动机拆装的基本操作，讲解在操作过程中需要注意的地方，学生在虚拟的拆装环境中重复练习，学生能更加熟练 地 掌握发动机的拆装流程，能让学生在真正拆装实训中更加顺利的完成。此外，老师还可以讲解虚拟现实技术的应用范围以及发展前景，让学生有更加深度的理解，能在更多的方面应用到虚拟现实技术[6]。

5 结束语

虚拟现实技术可以给学生们提供生动逼真的教学环境，能提高学生学习的积极性，并获得与真实一样的体会，加深对教学的理解。尽管现在虚拟现实技术还未成熟，还未普遍进入教学中，但随着虚拟现实技术的不断发展和完善，会有更广泛的应用和较好的发展前景，虚拟现实技术的广泛应用能更好的提高教学效率，完善教学模式，达到更好的教学效果。