基于智能虚拟喷涂教学在工学一体化教学中的研究与应用

朱思虎

摘 要：将智能虚拟技术应用于喷涂教学中是工学一体化教学发展的必然趋势。对于汽车喷涂工学一体化教学，学生能掌握汽车喷涂方法，在实际的课程教学与企业要求的技能水平还有很大差距，学生在短时间内不能有效地掌握汽车喷涂的技能。为了进一步提升学生的汽车喷涂技能水平，对智能虚拟喷涂教学在工学一体化教学中进行研究。首先，介绍了智能虚拟喷涂教学的理论基础。其次，阐述了汽车喷涂工学一体化教学的开展与存在的问题。再次，基于智能虚拟喷涂教学的工学一体化教学模式设计，最后对其效果进行了分析。

关键词：工学一体化 智能虚拟 喷涂教学

1 引言

本文探讨基于智能虚拟喷涂教学在工学一体化教学中的研究与应用。工学一体化教学作为一种革新教育的探索，不仅符合社会发展的需求，而且能够培养学生的实践能力和创新意识。随着科技的不断进步，虚拟仿真技术在教学中的应用也越来越广泛。而基于智能算法的虚拟喷涂参数优化技术则能够有效地提升虚拟喷涂教学的效果。

在本文中，首先介绍智能虚拟喷涂教学的理论基础，虚拟现实技术涵义、虚拟现实技术在教学中的应用。接着，深入探讨工学一体化教学的开展与不足，包括在汽车喷涂工学一体化教学开展与教学中的不足。在此基础上，介绍基于智能虚拟喷涂教学的工学一体化教学模式设计，包括了基于智能虚拟喷涂教学在工学一体化教学中优势，工学一体化教学的设计思考，工学一体化教学的过程设计，智能虚拟喷涂在工学一体化教学过程，教学案例与效果分析。最后，由此归纳总结出本文的结论。

本文为教育工作者和相关研究者提供一些新思路和实践经验，以促进智能虚拟喷涂教学在工学一体化教学中的广泛应用。结果表明，智能虚拟喷涂教学系统在工学一体化教学中具有显著的教育效果和广泛的应用前景。综上所述，智能虚拟喷涂教学在工学一体化教学中的应用为教育技术的发展提供了新思路和新方法。

2 智能虚拟喷涂教学的理论基础

2.1 虚拟现实技术涵义

虚拟现实技术主要包括模拟环境、感知、自然技能和传感设备等方面。虚拟现实技术的模拟环境是基于计算机技术图形构成的三维数字模型，这种虚拟的环境是通过由计算机生成的、实时动态的三维立体逼真图像，产生一种人为虚拟的环境。感知是指理想的通过虚拟现实技术应该具有一切人所具有的感知，感知环境与事物的内在变化与发生“交互”作用。自然技能是人的身体运动，如跑步，眨眼等一切身体动作。通过计算机来运算与参与者的一系列动作与之匹配的数据，计算机中去生成一个综合可感知的人工环境，并对用户的输入作出实时响应，并分别反馈到用户的五官。虚拟现实具备三种特征，包括“沉浸性”、“交互性”和“创想性”。

2.2 虚拟现实技术在教学中的应用

虚拟现实技术在各行各业都用具有十分广泛的应用和重要的现实意义。如在地理信息系统、虚拟医学工程、航空航天等方面都有应用。其中基于VR技术的虚拟仿真技术是实现智能虚拟技术的代表，在教学上也得到了广泛的应用。是实现智能虚拟教学的关键技术之一，可以将真实的操作过程通过计算机生成并呈现给学生，使学生在没有实际的喷涂操作设备的情况下，能够深入了解喷涂加工的流程和技术要领。需要收集真实喷涂加工过程的数据和操作记录，利用数学模型和计算机技术，将这些数据和操作记录转换为虚拟喷涂场景。让学生通过虚拟场景对喷涂加工技术进行实际操作和学习，不仅可以减少对实际物品和实验设备的需求，还能让学生在安全条件下进行实验，提高喷涂实训的效率。

3 汽车喷涂工学一体化教学的开展与存在的问题

3.1 汽车喷涂工学一体化教学开展

汽车喷涂课程之前采用传统的教学方法，先理论后实践，导致理论实践脱节，学生不能很好掌握学习内容。为了提升学生的操作能力，汽车喷涂教学按照工学一体化教学进行开展，以企业工作过程构建教学过程。按照工学一体化教学资讯、计划、决策、实施、检查、评估等六个环节开展教学任务。资讯环节，提出本次的工作任务，完成相应的知识点学习，掌握汽车喷漆的作用与工作原理。计划环节，学生查阅相关资料与相关视频制定计划。决策环节，小组汇报学习任务操作方案，教师引导各组完善计划。实施环节，各小组按照计划进行操作，教师进行巡回指导，及时纠正学生不规范操作。检查环节，按照企业作业要求检查学习情况与任务完成效果。评价环节，小组同学进行小组讨论自评、互评、师评。

3.2 汽车喷涂工学一体化教学中的存在的问题

汽车喷涂工学一体化教学提升了学生对知识技能的掌握，但是在开展汽车喷漆工学一体化课程教学中也发现有不足之处，主要存在的问题表现在以下几个方面：第一，在安全环保方面，学生是初学者，还没有形成较强的安全环保意识，可能由于操作不规范导致对环境和人体产生危害。第二，在教学成本方面，对刚开始学习喷涂的学生来说，没有掌握喷涂技能，需要反复地训练，无形当中就会浪费大量的涂料与板件从而增加成本。第三，学生的操作技能不能有效提升方面，在教学中发现，喷涂在走枪手法上非常严谨，如在喷枪调节、握枪姿态、喷枪的角度距离速度等都直接影响最终的喷涂效果，学生在进行喷涂训练时很难形成操作技能或者需要很长时间的锻炼。第四，学生在学习思维上受到一定局限性，对操作的技巧不能快速理解掌握，老师针对喷涂手法进行讲解，学生还是不知道自己的操作误区在什么地方。第五，在教学手段方面，老師能运用教学视频，现场设备等开展教学，学生能按照讲解内容进行操作，但是学生在控制喷漆的距离、喷枪的速度和喷枪的角度等方面很难把控，教师不能直观将操作数据在学生面前展现出来。第六，在考核方面，老师也只能观看学生的操作过程与喷涂的结果进行打分，在喷枪的喷射角度、喷枪的喷射距离、喷枪的移动速度等这些关系细节不易进行考核，或者只能主观评价。这些细节是学生掌握喷漆技能的关键。

4 基于智能虚拟喷涂教学的工学一体化教学模式设计

4.1 基于智能虚拟喷涂教学在工学一体化教学中优势

智能虚拟课堂的特点及优势：利用虚拟现实技术进行教学，可以弥补学校教学经费的不足，降低教学成本，避免真实操作带来的危险，学生可以多次探究实验提升技能水平；提升学生学习体验，创造多样化学习情景，激发学生学习兴趣，打破时间空间局限，引领开展创造性学习，促进学生可视化思维发展。采用智能虚拟喷涂，可以将学生置身于仿真环境中实践与模拟实验，提高实验效果与安全。让学生在仿真环境中开展高效的技能训练，能够让学生感受到真实的喷涂操作过程，促进学生全身心地学习，使学生可以进行真实感较强的虚拟喷涂实验，提升其操作技能与对喷涂工艺的理解。智能虚拟喷涂教学系统的实践应用能够极大地促进学生对喷涂工艺与喷涂过程的认识。

4.2 基于智能虚拟喷涂在工学一体化教学的设计思考

利用智能虚拟喷涂是解决教学中存在的不足与掌握喷漆技能的关键。工学一体化教学以引导学生深入研究，自主学习，不断探索问题的解决方法，核心思想是通过综合性和实践性的学科知识来培养学生解决问题的综合能力，具有提高学生创新能力和综合素质的优点。在喷涂工学一体化教学中存在环境污染与人体伤害、教学成本较高、操作技能不能有效提升和考核不精确等。这些问题是存在的，也是可以解决的，关键在于教学设计的方法和手段。采用智能虚拟喷涂教学系统作为一种新型的教学手段，解决在学习过程中出现的环境污染与人体伤害、教学成本较高、操作技能不能有效提升、考核不精确等问题。智能虚拟喷涂教学系统可以极大地提高喷涂的精度和效率，通过学习虚拟喷涂的过程，学生可以加深对实际喷涂加工过程的理解。智能虚拟喷涂教学为工学一体化教学带来了新的思路，在教学设计中要通过智能虚拟喷涂教学系统为学生提供了更加高效和优质的学习体验，提升教学实践应用和教学效果。

4.3 基于智能虚拟喷涂教学在工学一体化教学的过程设计

教师在设计工学一体化课程教学时应该充分考虑数字化技术的应用，以提高学生的综合素质和创新能力。结合智能虚拟喷涂教学在工学一体化教学中优势，根据工学一体化教学任务特点，合理运用智能虚拟喷涂教学设备有机融入资讯、计划、决策、实施、检查、评估等六个教学环节。以代表性学习任务底涂层涂装中的空气喷枪的使用为例：第一，资讯环节，利用智能虚拟喷涂教学设备学习相应的知识，如喷枪的结构认识，喷枪漆量调节旋钮，喷枪气压调节旋钮，风帽，喷枪扇幅调节旋钮，喷枪校正按钮，喷枪连接等知识；掌握汽车喷涂的作用与工作原理。第二，计划环节，可以根据智能虚拟喷涂教学设备显示与正在训练项目的相关辅助提示功能作制定计划。如最佳喷涂压力的调整，最佳喷幅图形的调整，最佳出漆量的调整，调整雾束的方向，雾化质量的检查等。第三，决策环节，可以让学生根据智能虚拟喷涂教学系统演练修订自己的计划。第四，实施环节，各小组同学在虚拟喷涂教学设备上进行练习，及时地调整纠正技能操作，快速地掌握喷涂走枪手法，空气喷枪与工件表面的角度，空气喷枪与被涂表面的正确距离，空气喷枪移动的速度，空气喷枪扳机的控制，喷涂边缘的搭接。第五，检查环节，回放学生在虚拟喷涂教学设备上的手部动作、移动速度、行走角度、距離等重要数据，判断学习情况与任务完成效果。第六，评价环节，可以利用虚拟喷涂教学设备对操作过程中的整个喷涂过程参数，直观地了解自己的不足。

5 教学案例与效果分析

5.1 教学实例

为验证智能虚拟喷涂在工学一体化教学过程中运用的有效性，针对课程“汽车喷漆”中的“喷枪使用”这一工作任务，开展教学示范验证。将授课班级同学随机分成A、B两个小组，A组同学在没有使用智能虚拟喷漆设备的条件下进行一体化教学，B组同学在有使用智能虚拟喷漆设备的条件下进行一体化教学。通过对学习效果的统计研究，发现A组同学明显低于B组。其原因是B组同学在各教学环节中得到了智能虚拟喷漆设备支持，提升了操作技能水平。以喷枪使用为例，具体教学步骤如图1所示。

5.2 效果分析

通过智能虚拟喷涂教学在工学一体化教学中的应用实践。学生在工学一体化学习任务中使用智能虚拟喷涂系统更容易掌握喷枪使用，学生可以更好地理解喷枪使用原理和喷枪操作技能。同时，学习过程安全环保，降低培训成本。对环境和人体都无任何伤害，整个培训过程绿色环保。无任何涂料或板件的消耗，大幅节省培训物力成本。学习更为便捷，可以通过智能虚拟喷涂系统连接网络查阅信息，也可以将相关喷涂知识的文档资料拷贝到系统，学生可以随时查阅，学生可以跟随“引导喷枪”进行喷涂手法训练。多种喷涂板件可选，可以提供汽车车身上常见板件进行喷涂训练。实时辅助显示，3D喷涂录像可分享及学习。学生进行喷涂操作训练时，系统会监控学生操作数据转化为的图形化提示学生，学生根据系统的提示及时纠正自己的操作动作。系统可以按照学生操作形成录像，可分享可回看，也可对比喷涂训练。动态设定任务、效果可评估。教师可以设定不同任务与不同参数，学生的学习结果可直接在系统上精确直观反馈，老师可以根据整个操作过程对学生追踪评定。

6 结语

在喷涂课程工学一体化教学中运用智能虚拟喷涂教学来提升学生的综合能力具有重要的应用价值。通过研究发现，智能虚拟喷涂教学可以有效提高学生的学习兴趣和自主学习能力。在教学中智能虚拟技术扮演了重要的角色，可以更直观地展现喷涂加工的操作流程与操作细节，让学生更深入地理解喷涂加工的原理和方法。在学习喷涂加工的流程和技术要领时，学生可以通过虚拟场景操作喷涂设备，观察喷涂的效果和输出参数，并对不同的参数进行调整，从而深入了解不同参数对喷涂效果的影响，为学生提供了更好的操作指导，实现更高效、更精确地喷涂加工过程。通过与工学一体化教学的整合，采用智能虚拟喷涂教学系统进行教学可以有效改善学生的学习效果，学生的实际操作能力也得到了提升，提高了学生的操作水平和综合能力。这些成果和经验凸显了本研究的重要意义，为今后在工学一体化教学中的教学改革提供了借鉴。

参考文献：

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