虚拟现实技术在中职汽修教学中的应用

2021-11-27周航辉

农机使用与维修 2021年8期

周航辉

(溧阳市天目湖中等专业学校，江苏溧阳 213300)

0 引言

进入21世纪以来，随着信息技术的不断更新发展，虚拟现实技术得到了长足的进步，并且已经在国内外的高校教学、实验研究、商业活动等领域得到广泛运用，得到社会公众的广泛认可。汽修专业教学一直以来存在经济成本高、危险系数大、器材复杂易损、设备更新较快的问题，因此，运用虚拟现实技术建立虚拟实验平台以进一步提升汽修专业教学质量，就成为汽修专业获得进一步发展的重要途径。

1 虚拟现实技术概述

1.1 虚拟现实技术的概念

虚拟现实技术是一系列高新技术的汇集，这些技术包括：多媒体技术、计算机图形学、人工智能、人机接口技术、高度并行的计算技术和动物的行为学研究等[1]。虚拟现实技术的水平高低主要体现在软件水平和硬件水平上，软件水平主要是对操作系统的优化和开发，硬件水平主要是设备的更新和组合[2]。

1.2 虚拟现实技术的特点

虚拟现实技术的实质是为用户提供一种高级的人机互动接口，它改变了用户与计算机之间的被动、枯燥和生硬的关系，为用户提供了一个人性化的虚拟世界[3]。虚拟现实技术有以下三个特点：

(1)全方位感知。在当前的技术条件下，虚拟现实技术除了可以实现提供视觉感知外，还可以通过媒体组合的方式向用户提供听觉、触觉、运动、嗅觉等方面的感知。(2)身临其境感。虚拟现实技术通过全方面感知的提供，可以为用户建立一个真实度极高的虚拟世界，用户在虚拟世界中可以获得与现实世界一样的感官享受，并且提供现实世界中不能获得的乐趣。(3)同步反馈。使用虚拟现实技术的用户可以通过操作获得及时反馈。

2 虚拟现实技术应用的必要性

在我国中职学校的汽修专业教学中，受各方面条件的限制往往只能向学生提供静态教学，学生只能通过教师的引导介绍，了解汽车整体构造和零部件，很少能够进行实践教学。究其原因，往往是因为实践教学经济成本较大，学生人身安全不能得到充分保障，设备数量不能充分对应学生数量，场地要求较高，教师数量不能满足实践教学等现实问题。

在汽修专业中运用虚拟现实技术建立汽修虚拟教学平台可以有效解决以上诸多问题，学生可以通过佩戴交互头盔进入教学平台设计的三维立体空间，对汽车零部件的设计和修理过程进行感知，并且通过学生在空间内的操作获得教学平台反馈，提升学生的操作精度和速度。从现实情况来看，利用虚拟现实技术建立汽修虚拟教学平台有着以下优点。

2.1 降低教学成本

在虚拟教学平台进行教学的经济成本相比于现实实践教学更低，比如在现实实践教学中进行发动机的拆装实验，一般以三名学生为一个小组进行教学，需要在实验场所摆放15台发动机才能够满足相应的教学质量，如果在每台发动机位前分配过多的学生，必然会导致学生对实际操作的理解不深入，参与程度降低。而在虚拟教学平台中进行以上教学，完全可以通过系统的后台配置，让每一位学生同时进行一对一的实践教学，提高拆装的质量和效率，在下一环节的现实教学中减少错误，降低设备不必要的损耗。

2.2 提高教学安全性

对初学者来说，汽车维修是一个具备风险性的工作，汽车零件和液体设备均可能对学生的身体、眼睛、皮肤造成一定损伤，但是在虚拟教学中，学生既可以进行实验操作，又不会存在安全隐患。

2.3 增加实验深度和广度

汽车行业是更新速度较快的行业，学校为了教学内容与学生未来工作内容能够保持一致，应当保持对学校教学实验设备的不断更新。但是由于中职学校的经济实力往往较弱，设备更新难以满足教学需要，因此运用虚拟教学平台实时数据更新，可以保持教学与实践的高契合度，增加实验的深度和广度。

2.4 增加授课灵活性

因虚拟教学平台对教学的地点和时间没有过高要求，并且虚拟教学平台不会对学生身体造成损害，在进行教学时，仅需要一至两名教师对学生提出的问题进行解答即可，有效提升了教学灵活性。

3 虚拟现实技术应用的主要形式

采用虚拟现实技术建立汽车虚拟仿真实验室，可以加强学生理论学习，锻炼实际操作能力。

3.1 汽车保养

可以通过虚拟教学平台建立汽车保养档案的教学内容，学生可以创建专属的保养档案，对教学内容进行分点式记录，当学生对某一内容进行操作时，保养档案会对其进行记录。学生可以通过查询保养档案，发现自己对汽车的保养操作是否符合汽车应保内容，是否存在提前保养和遗漏保养的项目，并且所操作的保养项目是否存在工序步骤错误等情况。学生发现错误后，可以通过教学教程的版块，重复学习教学内容，了解并掌握汽车保养的有关知识，确保操作工序、保养流程的准确性。学生通过在虚拟教学平台上的学习，可以有效提升自己的操作熟练度，确保提高现实实践操作中的准确度，解决不知如何下手和盲目操作的问题，提高专业教学质量。

3.2 汽车性能测试虚拟平台

在汽车工程专业课中，对汽车的性能进行测试是一项很重要的内容，如果由学生在现实教学中对汽车进行点火、踩踏油门、急刹车、转换配速等操作，很容易发生教学事故，对学生的人身安全造成危害。但是通过虚拟教学平台，由系统通过改变发动机声音、增强或减弱车身晃动、转变汽车行使方向、提高或降低发动机转速等方式对学生的操作进行实时反馈，可以真实的让学生感受到汽车性能的变化，从而掌握教学内容。

3.3 汽车故障检测和维修虚拟实验

在实践教学中，教师往往会避免对一辆汽车设置过多的故障，以防止汽车损坏，即使是同一类型故障也不能重复设置，这些教学现实都会影响学生对汽车故障检测和维修的能力提升。在虚拟教学平台中，可以提供现实中汽车经常出现的各种故障，由学生对整车进行故障检测，发现汽车中存在的问题，并进行维修。学生也可以自行选择故障种类，对自己不熟悉、不了解的汽车故障进行反复维修，以达到熟练掌握的效果。在虚拟教学平台中，学生也可以对实践教学中难以实现的教学场景进行学习。例如，出于安全性方面的考虑，学校往往不会将汽车举升让学生在汽车底盘下进行观察，但是在虚拟教学平台中，学生可以自行操作虚拟空间内的举升机，将汽车举升至半空，观察汽车的底盘状况。在虚拟教学平台中，学生也可以使用各种专业维修设备对汽车存在的故障进行维修，例如燃油压力表、诊断仪、废气分析仪、真空表、示波器等，这些设备由于购置成本较高，不可能在实践教学中过多的进行配置，学生也不能分配到充足的时间对设备进行熟悉，而在虚拟环境则不受此限制。

3.4 虚拟拆装

在汽车维修中，对汽车组件进行拆装是必不可少的环节，但是在实践教学中进行拆装教学，存在教师配置成本、经济成本、设备损坏风险等诸多问题，影响了学生对拆装流程的学习。而通过虚拟教学平台，学生可以做到与汽车组件的“一对一”，在虚拟空间中，学生可以根据组件特点自主选择拆装工具，自行规划拆装步骤，教师再对学生存在的问题进行指导，学生根据教师的指导对易出现错误的步骤进行反复操作，不断优化拆装效率，减少无用拆装步骤，提升学习效率，实现教学成本的降低。