AR 技术在液压与气压传动课程中的应用

汪 超，王泽坤，黎 鹏

（1.湖南文理学院，湖南 常德 415000；2.湖南应用技术学院，湖南 常德 415000）

增强现实技术（AR 技术），指将真实环境与虚拟信息相互集成满足现实增强或补充的技术手段。液压与气压传动作为机械工程专业的重点课程，是需要学生全面掌握的专业必修课程。该课程具有图形符号、名词、概念数量众多及内容抽象等鲜明特点，其图例相对复杂且实践性较强，教学工作量及工作难度较大[1]。将AR 技术与液压及气压传动课程相结合，能够充分发挥技术辅助教学的作用，大大提高教师的日常教学效率，向学生传递更为直观生动的立体化视觉冲击，为建设液压与气压传动课程信息化教学平台提供有益的尝试及探索经验。

1 AR 技术的概述

增强现实技术主要通过将虚拟世界信息与真实世界信息相互叠加，促使社会大众把在现实世界特定环境中难以获取的触觉、听觉及视觉等信息，通过运用多媒体技术手段经三维建模、实时跟踪及注册智能交耳传感处理后，满足模拟仿真的要求，促使虚拟信息投射于真实世界之内，确保现实世界与虚拟信息间相互融合，向社会大众提供超越现实的感官体验[2]。

2 液压与气压传动课程的教学现状分析

2.1 知识覆盖广泛

通常情况下，液压与气压传动课程的内容相对复杂。以第二版《液压与气压传动》为例，其课程内容由气压传动、液压传动及流体力学3 个部分组成，涉及辅助元件部分、控制元件部分、执行元件部分、动力元件部分及流体力学基础等方面内容，、理论知识面覆盖相对广泛，甚至涵盖典型系统及系统设计、液压与气压传动回路等方面内容，大大增加课堂教学工作量及工作难度[3]。

2.2 教材编写复杂

由于机械结构与课程所介绍的执行元件、辅助元件、控制元件及动力元件间存在着密切联系，因此教材中提供了大量的图片及案例供学生进行日常学习，并且液压元件往往需要展示元件内部结构，经常使用剖面视图进行表达。为了节约总体成本投入，所有教学材料中的图片均采用黑白填写图例颜色，客观上要求学生具备较强的识图能力，方可有效认清楚教材中各种图例结构。

2.3 实践效果不佳

液压与气压传动课程是一门实践性较强的专业课程，而我国大部分高校深受教学场地及教学器材等因素的限制，无法保证实践环节的实施效果。即便部分高校持续扩大资金投入，相继购买相应的教学器具及教学试验台，但是仍存在着较多问题。例如：器材老化、零部件受损、元件缺乏及系统更新速度缓慢等。造成学生元件认知不够清晰明确，无法实现教学目标，对教学质量产生极其不利的影响[4]。

3 液压与气压传动课程应用AR 技术的必要性分析

3.1 调动学习兴趣

“兴趣是最好的老师”，但在具体的教学环节，部分学生往往因遭遇各种学习障碍及困难丧失课程学习的信心及意识，甚至极易出现放弃学习的心理问题。同时，液压与气压传动课程中所包含的元件结构相对复杂，大大增加了学生理解及认识元件结构的难度，以至于学生无法深入理解元件的工作原理，导致出现学习“一知半解”的问题。而应用AR 技术手段能帮助学生在教学课堂中立足于教师所讲授的理论知识及教学进度，通过仔细观察立体的元件模型，形成具体形象的元件结构认知结果，为教师讲解后期原理提供强有力的支持，进一步调动学生学习兴趣。

3.2 辅助实践教学

液压与气压传动课程包含大量的实践操作内容，往往需要学生自主拆装液压系统的动力元件、执行元件、控制元件及辅助元件，并且能结合原理图纸搭建系统回路。目前我国大多数高校深受场地及成本投入限制，无法满足课程中实践操作的教学要求。即便部分高校购买了液压与气压传动元件，但是元件数量相对较少，根本无法做到人手一套，实践操作的教学质量效果不佳。而应用AR 技术进行实践操作教学，能充分发挥AR 技术的辅助教学作用，帮助每一位学生凭借辅助性app 及时了解元件，弥补传统实践教学模式的不足。

3.3 拓展教学资源

液压与气压传动课程的传统教学材料往往采用黑白印刷，大大增加复杂图例的理解难度。同时，传统教学材料普遍存在更新速度缓慢的问题，而应用AR 技术手段能弥补原有教学模式的不足，扩大教学资源的范畴，及时补充数字化资源的内容，拓展数字化学习的深度及广度。学生仅仅需要依靠手机及平板电脑等学习终端进行扫描学习，大大简化了知识获取的途径及流程，明显提高知识获取的效率。

4 液压与气压传动课程应用AR 技术的要点分析

4.1 丰富课程资源

从传统课堂教学模式角度来看，常见的液压与气压传动课程的教学资源可划分为视频、动画、三维模型的二维展示图、二维图及文字说明。而将课堂教学与多媒体教学技术手段相结合，可以极大地丰富课堂教学资源。由于元件结构及系统回路过于复杂，学生需要通过个体想象及逐步推演方可明确教材内容及知识要点，而引进AR 技术能充分发挥现代化信息技术的作用，形成更为丰富的课程资源库。

以课程资源库为例，其中各种资源的实现方法相对丰富，包括三维模型清晰截图或二维图采用实物高清图。特别是三维模型，往往利用三维建模软件搭建数字化模型。同时，经实体模型面体化及减面处理后，交由Unity3D 软件转化处理，可发布供人机交互查看的立体化模型教学资源，并且所有二维动画资源均采取Flash 软件进行制作，三维动画资源均采取3Dmax 软件或3Dvia 软件进行制作，所有视频资源均需要利用摄像机完成拍摄。

4.2 提高教学效果

以传统教学资源为基础添加三维模型库及保证系统正常运行的动画推演过程，说明教师具体授课期间能利用立体化及逼真程度高的三维模型及二维、三维动画进行辅助授课教学，学生于课后可随时随地经扫描AR 标志，利用三维立体模型及动画等丰富教学资源，帮助学生深入理解元件结构及工作原理，方可实现大幅度提升教学效果的目标。

5 结语

本文通过探究认识到，强化液压与气压传动课程教学改革进程，灵活运用AR 技术手段，是新工科建设驱动的主流方向，被视为培养学生工程素养及创新能力的主要途径及重要方法。因此，相关院校教师必须秉持具体问题具体分析的教学原则，不断丰富教学方法及健全教学模式，将大量的科研成果视为课程教学案例，不止能大幅度提升教学质量，更能增强学生创新能力及调查研究能力。