VR技术应用背景下的汽车构造课程方案探索

刘仁武

随着VR其沉浸式场景体验、情景智能交互等5G时代背景下新出现的新兴技术给教育带来焕然一新的体验，VR技术的应用逐渐在教育教学中形成了一种不可替代的教学模式。汽车构造课程作为汽车专业核心课程，有关该课程理论和实践一体化的教学改革都在持续讨论和实践中，其目的主要是通过课改加强学生课程知识的掌握并能有效地应用于实际。在高校如今大部分还是利用多媒体进行零部件的平面展示以及2D的视频播放来达到知识点的讲授和传播，在学校实践和社会实践当中通过实地的整车或零部件的全方位或剖面展示来达到学生对该知识点的全面掌握；然而这不可避免的带来了不便利性，无法快速的把课堂以及书本知识和实际展示及时结合起来，更多的丧失了对知识获取的积极性和兴趣；因此在VR 技术的应用下，汽车构造课程急需一个新的教学模式来给学生一个新的知识获取体验。

一、课程现状分析

（一）课程分析

汽车构造课程主要分为上下两册，汽车构造（一）和汽车构造（二），其中（一）围绕汽车发动机的构造和发动机工作原理两个方面作主要介绍，如最常见的两大机构和五大系统；（二）是汽车底盘，其中底盘主要包括行驶、转向、制动、传动四个系统。以传动系统为例，主要让学生熟悉离合器、变速器等传动机构的工作原理以及其分类，其他的内容概述不在这里赘述。汽车构造这门课程涉及到的机械结构种类之多，其空间布置形态各异，结构复杂，原理晦涩难懂，尤其在大部分书本上只是基本的二维黑白图形展示的条件下，很难第一时间熟悉该零部件的空间结构以及其工作原理，因此需要一定量的3D模型和大量相关资源建设来展示其各个方位下的结构画面。

（二）课程教学存在的问题

在这里只阐述跟VR技术应用有关的教学问题，第一主要是零部件的多媒体展示不够立体和全面，由于大部分多媒体资源都来自平面的静态图片和少有的2D 原理视频，虽然在一定程度上帮助学生理解了书本上的部分工作原理，但相对于组成元素较多结构复杂的零部件，仅有的传统多媒体设备是远远不够的，需要有一个足够适应现代VR技术应用的教学场地建设。第二个就是教学互动方式问题，传统的教学互动都是用书本或多媒体资源作为传递介质来达成互动的目的，以书本为例，书本的互动缺乏指定性，即老师所指的物体某个细节不能很简洁准确的表达出来，学生更不能准确及时的对应上，导致互动带来的盲目性；以多媒体为例，多媒体的互动缺乏灵活性和丰富性，即学生只能在一个平面观察零部件的静态或动态原理，导致学生在互动过程中空间想象力不够带来的不确定性和单一性。因此围绕以上俩个问题需要对该课程的方案进行一个全新的构建。

二、VR技术应用课程方案构建

（一）三维零部件资源建设

以发动机的构造和原理讲解为例，其主要建设的对象就是整个发动机，要想组成一个较完整的发动机3D图形，就要建设和整理好相关零部件，把这些零部件整理好后导入三维制作软件当中来组成整体的发动机3D 图形，一般常用的3D 制作软件有3Dmax、MAYA、C4D、ProE、Soliworks、UG 等，制作好相关模型后可以导入场景交互类软件Unity、Blender等，这样就可以实现零部件在对应场景下的展示；如在制作活塞模型运动的过程当中，可以加入缸体模型的内部场景进行交互，从而使活塞的运动更加符合实际；再例如在展示整个发动机模型的结构时，可以加入底盘的场景来进行交互，这样我们也可以知道发动机在底盘上的组装结构有哪些。这样的资源建设在一定程度上需要配备专业或技能对口的师资来实现资源建设的有序化和时效化。

（二）VR设备的选择

为了适应当前5G 技术的发展，在这里选择一款较先进的头戴式一体机，其型号为HTC VIVE Pro Full Kit 2.0专业版，主要包括定位器、操控手柄、一体式头盔、操控手柄以及其他必要配件等，相比于一般的头戴式一体VR机，该版本具备俩个3.5英寸AMO⁃LDE 屏幕，其采样率相比一般的CD 采样率更高，可呈现高清的3K 画质，精准的SteamVR2.0 追踪技术，有着110。视角宽的视野，同时在音质方面有着HiFi般的3D音效，并且耳机头盔一体化，即不需要单独的外置音响，直接放到头盔上来，很大程度上简化了佩戴的要求。尤其在人体工学设计方面，有着更高的人性化设计，在调整头戴的基础上还可以调整瞳距以及镜头距离，因此其简便实用的新人机工程设计更大程度的提升了学生在场景当中的交互感。

（三）教学场地的配置

为了能够适应VR技术应用下的教学模式，高校应该不仅在观看的设备上有所付出，还应该在虚拟现实和实际结合的情况下对教学场地进行相关布置。在教师方面应该配置一台高性能大存储的电脑来导入教学所需的动画视频和相关VR资源，用来教学展示模型和动画；同时应该设立一个独立的资源建设平台，这个建设平台可以独立于教室或者在教室里面，平台主要是进行资源的建设甚至3D打印，专门由一批负责平台资源建设的老师负责，这样资源的建设和应用就都可以解决了。接下来就是学生的配置，学生主要每人一台全新一体式VR 设备，配备专门放置设备的桌子，对每个桌子和设备进行编号，以便后期管理和维护。在教室方面的配置就是在讲台正中间放置一块超宽的高清屏幕带音响，用来显示老师教学所展示的模型以及对应的知识点，以便学生用完VR设备后及时对知识点的补充，同时教室的周围应放置相关模型展台，主要通过3D打印的方式来展现模型的基本外观让学生有一个初步的印象，这样就很好的实现了虚拟现实和实地接触的结合，可以更大的提高学生的学习兴趣以及学生对知识点的印象。

（四）教学方式的构建

准备好了相关硬件设备和软件设备，接下来就要有一个好的教学方式才能使这些设备的价值得到最大的体现，教学方式主要围绕知识点引入，沉浸式体验、双屏互动、课后体验总结四个方面展开。知识点引入跟一般课堂一样，让大家初步对今天的知识点有个基本认识，有了基本认识之后可以让学生戴好设备进行一个初步体验，初步体验主要是把课堂所需引入的三维动画初步植入到学生的脑海里面，初步体验完之后立马回到课堂知识点来，可让大家对知识点进行提问，然后教师对VR设备里的模型展现在大屏上进行课堂讲解，同时让大家继续戴好设备进行一个场景的交互，即双屏互动，互动完之后可以对刚刚的设备体验和模型讲解进行一个课后总结，以便后期反馈给老师进行一个教学的总结。

（五）教学评价体系的确立

在完成一个基本的VR教学过程后，接下来就要对教学过程当中存在的问题要进行总结，即如何有效的使VR课堂在实际应用当中是否可行，就要建立一套完整的课堂评价体系。学生方面主要围绕教学的设备使用感受以及老师的教学方式进行一个全方位的评价，学生能否很快的适应好VR设备教学就要实事求是的给出中肯的评价；教师方面主要围绕教学设备的使用感受以及学生的体验回馈甚至自我反思几个方面出发，在不断完善设备的使用基础上，同时要不断的进行自我反思，尤其新技术下的应用更应该要反思自己的教学方式以及教学特点进行自我总结，跟一般的课堂教学不一样的是，VR 教学的体验感不仅给学生带来了很大兴趣，同时也带来了依赖性，所以教师要好好的反思自己日后在教学过程当中怎样使学生在虚拟现实体验当中和实际课堂知识点的讲解相互结合起来，在提升兴趣的基础上提升学生的知识获取效率。

三、结语

整套课程改革方案的建立主要是围绕VR 技术在教学当中的应用，从五个方面进行归纳来最终实现其应用价值。其一资源建设主要是作为教学的准备工作，为课堂的教学进度提供参考依据；其二设备的选择是为了能够将VR 技术和课堂实现有效的结合；其三教学场地的配置是为了体现VR教学的独特性和完整性；其四教学方式的构建使VR技术在教学过程有了更加完善的体现；最后教学评价是为了确保VR教学在日后应用的可持续性。

综上所述，这个立体方案的建立有利于教师和学生在新教学模式下，知识点的获取以及课堂的互动有了全新的提升，同时有利于高校机械类课程日后教学过程当中在零部件展示不够具体和完善的前提下带来了新的教学启发。当然不足之处还有很多，如上文提到的依赖性，即学生把它当成“游戏”看待，这也是要面临的一个重要问题，同时如设备的选取成本是否符合当今高校在专业发展的成本应用上还应有更完善的依据，以及设备的体验感以及运行效率是否适用于当今高校大学生也还应有更多的设备体验调查。在VR设备优劣共存的情况下，高校和老师应该共同努力构建出一套完整的应对方案来使VR技术在教学当中的应用价值越来越高。