剖析VR技术在汽车类专业教学中的应用

李亚莉

摘 要：传统高职汽车类教学存在教学成本高、安全隐患多、演示效果不佳等问题，制约着汽车职业教育的快速发展。将VR 虚拟现实技术应用在汽车类专业教学中，能够提升教学效果。对 VR 虚拟现实技术在汽车类专业教学中的应用进行分析，阐述汽车类专业教学中 VR 虚拟现实技术的使用。

关键词：VR技术;汽车类专业;教学

汽车是一个复杂的机电一体化设备，它的技术是由计算机、机械、材料、电气、液压、信号等多个学科技术组合而成，所以说，多学科技术的综合构成了汽车专业。在传统的汽车专业教学中，教师往往更加重视学生的理论知识学习，而对于学生实践技能的训练没有给予足够的关注。在当今的职业教育中，企业和学校更加重视学生的实践技能，更加关注学生综合能力的培养。但目前各职业院校的实训条件，由于资金等各方面的原因，还不能完全满足这种教学改革的需要，亟待一种破解这个难题的办法，VR技术是一个很好的选择。

1 汽车专业教学面临的问题

在当前一些职业院校中，进行汽车专业教学时面临的一些问题：

（1）材料成本居高，影响实训深入开展。汽车维修类课程的实训，一般都是在真实车辆上进行，各种不同种类型号的车辆，都有自己的专用维修配套设备，设备繁多、价格昂贵，且多为专用设备。受经费限制，一般院校都无法达到人手一套。而且专用设备一旦损坏，维修费用很高。而实践技能的提高，离不开大量的实践训练。许多零部件经多次拆装，容易造成损坏;同时，实践操作中，还涉及大量消耗材料，如：燃油、滤芯、机油、冷却液等，这些都成为了制约加强实践教学的痛点。

（2）安全风险大，制约技能训练开展。正如前面所说，汽车是一台机械设备、是一台电气设备、是一台机电一体化设备。而无论机械、还是电气都具有高安全风险因素。学生在接触车辆设备的初期，缺乏感性认识，在心理上就会有惧怕感，容易发慌，就会影响操作的准确性，从而可能发生损坏设备和车辆及安全问题。其结果不仅可能造成车辆、设备损坏和人身的伤害，产生车辆、设备的维修费用，更重要的是这种错误操作的后果，对学生和老师产生心理阴影，使其在今后遇到同类操作时产生惧怕心理，影响后期的学习，从而使许多技能训练受制于安全考虑，停止于一般水平。

（3）示范难展现，造成教学效果不佳。实践技能的学习，一般都是遵从于讲解、示范、模仿、训练这样的规律。在这个过程中，老师的示范是重要的一环，示范中学生能否看得见、看得清、看得准，对学生能否正确模仿和最终掌握操作要领十分重要。而许多操作，受设备结构的影响，操作细节难以展现;受学生人数和场地的影响，前面学生能看清、后面学生才看到。这样一项操作，学生模仿时就可能错了，如不及时发现，最后练就的就会是一个错误的操作技能。同样道理，在学习设备结构原理时，也会产生同样的问题。

2 VR技术在汽车实训教学中的应用

实践教学对汽车类专业而言格外重要，要改变前述教学中的诸多问题，就需要找到一种方法、手段，能够化解这些问题，使教学效果得到提升。把VR技术引入到汽车专业的教学中，是解决这些问题的一个很好的途径。

目前，国内外许多学校都在开展将VR技术应用于教学的探索。将 VR 技术融入到汽车类专业的实训教学中，可以从如下几方面入手：

2.1 运用VR技术实现虚拟操作

VR 虚拟仿真系统，能够为学生在虚拟的工作环境中进行类似真实的操作。例如在汽车故障诊断实训中，教师可在系统中设置虚拟故障，学生根据系統展现的虚拟现象分析故障原因，通过系统所提供的维修手册查找可能的故障点，利用系统提供的工具进行仿真诊断，系统会显示相应的工具数据和测量数据，学生可根据这些数据来判断故障点，并通过系统中的库存备件进行维修。学生在虚拟环境中不仅可以进行真实操作，还可以对一些细小部分进行放大或者缩小，并可以实现旋转和透视等操作，方便学生对一些零部件的深入了解和学习。

VR 技术的应用，对于提高学生的标准化、规范化操作和6S等职业素质的养成，都具有很好的作用。借助VR技术辅助教学时，一般在程序的操作中都设计了自动纠错的功能，当学生没有按照正确的操作程序进行某项操作时，系统都会给予相应的提示，要求学生重作或指出操作中的错误，这种提示可以及时纠正学生操作的错误和操作不规范的地方，使学生养成正确的操作习惯和良好的职业素养。

2.2 运用VR技术虚拟实训工厂

运用VR的三维景象和互动技术，可以构成虚拟的实训工厂场景，厂区的生产设备、车辆、工具等等都能够完整呈现，师生只要轻点鼠标就能进行相应的生产操作。在这个过程中，即可以让师生完成对某一台设备的具体操作，小到一个螺丝、大到整台汽车，操作的每一步都可以栩栩如生。也可以是对整个生产工厂宏观操控，比如在汽车组装线上完成汽车的组装，让学生掌握整个汽车的装配流程和岗位工作重点。这样，不仅可为学校节约大笔实训基地建设方面的经费，同时，还使这部分的教学更加安全、高效，甚至能够达到一些真实工厂都不容易达到的深入与精细程度。

2.3 运用虚拟技术进行过程考核

随着行动导向教学的开展，过程考核在汽车专业中被普遍使用。但是过程考核也让教师的工作难度加大，尤其在班级人数较多，而且是分组进行的过程中，进行这项工作难度更大。采用VR技术进行教学的过程中，许多操作都可以实现过程的记录和操作对错的智能判断，比如：一些操作进行了几次、错误发生了几次，都发生的是怎样的错误操作，都可以记录下来，这就为老师观察学生的学习状态提供了方便。老师既可以考核学生的学习状态，也可以发现学生学习的难点和需要教学中改进的问题。为更好地进行过程考核提供了有力的辅助，促进教学质量提高。

3 VR技术在汽车类专业教学中应用的创新

3.1 打破了空间、时间限制，实现自主学习

在进行汽车总成等部件的工作原理教学中，通过VR技术可以将师生带入汽车内部，将汽车部件的结构和工作过程直观地展示给学生，使学生了解其运行原理。在汽车零部件拆装和故障诊断的教学中，学生可以根据自身学习的需要，灵活、自由地选择进行哪部分生产环节的虚拟，然后对虚拟车辆进行拆卸装配和故障现象进行观察，查找故障点并处理故障，构建起开放自主的教学与生产学习情境。

3.2 节约了教育成本

虚拟仿真在硬件建设上，仅需要配备一般的计算机设备，再配以相应的计算机软件就可以实现应用。在应对车辆的升级、更新上，都可以通过软件更改和资源的填充来完成，不用购置大量的新设备。在进行汽车更换机油等操作时，进行的是虚拟操作，不会产生废油等污染和消耗。做到了节约教学成本，实现了低耗、高效、环保、可持续发展，是新时代职业教育绿色环保和谐发展的具体实践。

3.3 为实训教学创设安全环境

VR仿真教学是对虚拟的汽车进行操作，当发生误操作时不会损坏汽车及设备，更不会伤害到人身。同时，在VR虚拟的工作环境中，对于学生的关键操作都配备了监控程序，学生一旦在关键部位进行错误操作，系统就会侦测到相应的危险，及时发出警报予以提示，同时中断相应的操作。即便系统设计中没有考虑周全的地方，也因为不是实体操作，也不能酿成危险。这样，由于对学生的操作安全有了保障，既保证了学生实习的安全，也促进学生大胆实践，并促进规范操作习惯和良好职业素养的养成。

3.4 能够记录操作，方便过程化考核

行动导向教学中，大家都普遍采用过程考核，但当学生数量较多或分组较多时，进行这样的考核就给老师带来了很大的困难。在VR仿真教学中，在提供虚拟真实的操作环境的同时，还可以将学生操作的过程进行记录，并结合操作过程，适时地提出一些问题让学生在操作中进行回答。这些都为教师对学生学习状况的考核提供了准确详实的记录。对于一些客观性的考核项目，可用VR系统自动判断给予评价，减轻教师的工作负担。

VR技术可以解决汽车专业教学中实训场地、设备不足问题;生动、真实的虚拟情境，激发学生学习的积极性和主动性;可大量重复训练和辅助纠错，使实践能力得到显著提高，操作、流程更加规范。随着大家的不断探索，VR 技术必将对汽车专业教学水平的提高发挥更大的作用。

参考文献：

[1] 张占龙，罗辞，何为.虚拟现实技术概述[J].计算机仿真，2005，22（3）：1-3.

[2] 刘建德.虚拟现實技术教育应用的潜力、进展与挑战[J].开放教育研究，2016（4）： 25-31.