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摘要：汽车拆装实训课程是高职学校汽车维修专业学生必不可少的一门实训课程，由于学校受场地、设备仪器等有限的制约，设备仪器使用寿命有限，实训材料耗费大，教学运行成本较高，且实训教学过程中缺乏体验感和存在安全风险。因此，本文对如何将VR 技术应用到在汽车拆装实训课的教学改革中进行了探索研究，该技术的引入可弥补传统实训教学中存在的短板，丰富了实训教学内容，使学生能够身临其境地学习，调动其的学习兴趣，更加积极主动地开展实训学习，提高该课程的教学效果。
关键词：VR技术;汽车拆装;实训教学;改革
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1674-957X（2021）15-0232-02
0 引言
随着科学技术的发展，尤其是信息和电子技术等先进技术的快速发展，VR 技术就是其中之一，它在医疗、游戏、商业等领域广泛运用，近年也开始被引入到了教育领域中。在汽车拆装实训课的教学改革中引入VR技术，可大大降低学校的教学运行成本，有效降低实训过程中安全风险，增加学生的体验感，更有助于提高学生学习兴趣，激发学生的创新思维能力和动手操作能力，提升实训教学的效果。
1 VR 技术概述
VR 技术，也称为虚拟仿真技术[1]，这一项技术最初在美国被提出，并开展了大量的研究，随后世界上很多国家也开展了该项技术的研究，并成功应用到了商业、游戏等多个领域。近年VR 技术在我国得到了飞速的发展，并在很多领域中得到了实践运用，而教育领域便是其中之一。由于VR 技术具有沉浸感、交互性、想象力等特点，近年来我国一些高校将其运用在教学和科学研究中[2-4]。将VR 技术引入到理論和实践性都较强的汽车拆装实训课教学中，可有效的解决传统教学存在资源有限、安全风险等诸多问题，实现教学质量的提升。
2 汽车拆装实训课特点及现状
2.1 汽车拆装实训课特点
汽车拆装实训课是高职学校汽修类专业学生必修的一门实训课程，其教学宗旨在于培养有一定理论知识基础，较强实践动手操作能力，能解决实际生产过程中问题的技能人才。学生在实训教学前首先应掌握基本的汽车理论知识，但汽车是一种由发动机驱动，具有4个或多个轮胎的非轨道车辆，结构和系统复杂。加之厂家和品牌众多，且更新换代的较快，相应的汽车内部的各种零部件也会随之升级换代，在理论知识教学过程中，学生本身基础较差，又需要接受大量的新知识，这给学生学习理论知识带来了极大的困难。同时，汽车拆装实训课又具有较强实践性特点，学生需要具备一定的思考能力的同时，最重要的是具备良好的动手操作的能力，操纵过程中能根据现场情况进行综合判断。但汽车的零部件数量庞大，各个零部件的功能差异较大，且不同车型的构造系统的工作原理存在较大差异性，也影响了学生的判断，大大增加了学生的实训课学习难度。本着“以学生为中心、虚实结合、协同创新”实践教学理念，对汽车拆装实训课开展教学改革的探索和研究，在课程设置上适当降低理论部分的难度和深度，注重实验实训环节的实践能力的培养，提高学生参与实践的主观能动性。
2.2 汽车拆装实训课现状
当前我国很多院校都开设了汽车维修专业或相关专业，都会涉及汽车拆装实训课。经过梳理汽车拆装实训课的教学中存在以下普遍问题：
2.2.1 缺乏体验感，成本较高
实训教学中需要较大面积的实训场地、实车和大量配套设备及检测仪器等，才能满足学生的实训需求，但目前很多学校由于受经济因素的影响，很难配套足够数量的实车和配合设备。随着国民经济的发展，我国的汽车保有量的持续攀升，汽车后市场对相应维修人员的需求也持续增长，各个高校开始扩大招生量，但相应的配套设施设备没能跟上脚步，出现了人多车少的情况，很难保证每位学生有足够的操作机会。传统教学多采用老师示范操作讲解，学生只能观察倾听，缺乏体验感，导致教学效果不理想，没能充分发挥出实训环节在整个教学中的作用，也很难有效的检验和提高学生的实践能力。另外传统实训操作中还需要使用大量的润滑油、汽油、滤芯等耗材，且配备给实训教学的教师也不断增加，大大增加了学校的教学运行成本。
2.2.2 设备仪器使用寿命有限
实训的教学过程中，设备仪器存在自然磨损和非正常磨损。学生会进行大量的反复拆卸和装配，实训车辆、配套设备和检测仪器均存在严重的损耗，即自然磨损;在实训操作过程中因学生的一些非正常操作导致其使用磨损或损坏，即非正常磨损。这些都会缩短其寿命，需要定期更换，增加了学校的实训教学成本。
2.2.3 安全风险
实训的教学过程中，由于部分设备和零部件重量较重，学生在没有实践经验的情况下直接操作车辆或设备，存在倾倒扎伤、触电等安全风险，导致设备损坏或人身安全事故，增加设备维修费用，也增加了学生和老师的心理压力，导致老师有顾虑，不敢让学生操作，学生不愿动手操作的情况，不利于实训教学活动的开展。
3 VR技术在汽车拆装实训课中的应用研究
鉴于汽车拆装实训课在传统教学中存在以上短板，结合VR技术自身的诸多优势，就 VR技术在汽车拆装实训课教学中的有机融合使用进行探讨和研究。
3.1 搭建实训资源库 利用信息技术和虚拟现实技术，针对真实工厂进行三维仿真模拟，构建虚拟实训系统，学校老师参与系统开发团队协作，共同搭建满足学生课内外学习的VR资源库，资源库内包含了丰富的汽车功能原理资源，如汽车发动机、增压系统、冷却系统、润滑系统、转向系统、制动系统、车身电气及其他等模块。同时资源库还提供VRppt编辑器，老师可以通过编辑器导入和编辑自己的需要的教学资源，导入VR资源库内容可以是Flash动画、图片、视频等资料，并且通过专用设备实现VR效果，展示汽车运行原理，在解决传统教学中学生视图理解有限问题的同时，激发了学生学习兴趣，有效的提高理论教学效果。
3.2 构建虚拟实训车间
VR 技术中的有功能强大的三维互动，虚拟实训车间的各种场景可由其构建，就如同身处一个真实的实训车间（见图1），里面配置各种设备、工具小车以及拆装使用手册等。学生在系统内运用射线操作笔进行操作，能够实现场景图像、配置工具等的全方位的旋转动作，还可进行放大缩小，学生通过以上操作可对零件、部件和工具等的进行细致观看。在虚拟实训车间内，学生可以完成汽车整车、部件和各个系统的虚拟拆装，通过虚拟实训车间的构建，有效减少对学校实训场地的需求，还能为学生提供真实的感官体验，避免了工位不足而没有动手操作机会的情况，同时激发了学生的学习兴趣，积极性得到充分的调动。
3.3 虚拟拆装实训操作
利用虚拟仿真系统，学校只需为学生提供机房和一定数量的辅助VR显示设备、3D投影设备、3D眼镜等设备，就可开展虚拟拆装操作，解决了学校场地和设备有限等问题，同时节省实训设备、工具和耗材等，降低实训成本（见图2）。该系统包含汽车发动机、变速箱、底盘等拆卸模块，学生通过射线操作笔进行移动、旋转、縮放，完成各模块的拆卸实训。
系统严格按照行业标准的拆卸流程和工具设置相应的实训内容，学生在拆卸界面选择合适的工具对合适的部件进行拆卸。拆装流程均有步骤提示，确保操作符合规范。通过拆卸实训，学生可以更好的掌握各零部件的结构关系和装配关系，并监督学生逐渐养成良好的操作习惯，有效的规范学生的实训操作。虚拟仿真系统设置了三种模式，引导模式：该模式适合于课堂教学，操作位置和工具自动提示，模型会自动切换最佳视角;实训模式：该模式适合学生自己做实训练习，可手动控制文字提示、操作位置会出现提示;考核模式：该模式适于老师了解掌握情况，模拟真实考试环境，按规定时间进行倒计时实训操作考试，屏蔽所有提示。在引导和实训模式下，设置有快速跳转点，可快速切换到指定位置，无需因中断操作后重头开始。设置有“撤销”功能，可撤销上一步操作，对薄弱环节反复练习。设置有“记录”功能，可查看操作记录，错误之处有特殊标记，学生可随时进行多次练习，有助于学生自我改进提高，也方便指导老师掌握学生的操作情况并进行针对性的指导。
3.4 虚拟拆装考核
利用虚拟仿真系统，可对学生的实训操作进行自动考核。系统在考核模式下，考核结果自动保存在指定位置，记录有考生的姓名学号、开始考试时间、考试用时及全部操作记录等信息，可随时供老师查看，了解学生的掌握情况。可避免传统实训课考核时因老师精力有限，无法顾及每个学生的操作而凭印象打分情况，保证了考核的公正性，提高了考核效率。
4 结论
汽车拆装实训课的具有理论知识更新快、专业性和实践操作性较强的特点， 在传统教学方式下很难培养出非常优秀的具有创新和实践能力的学生。将 VR技术融入到汽车拆装实训课的教学中，充分利用VR技术的优势，即可以为学校节约教学运行成本，激发学生的学习积极性，提高学生的创新能力与工程实践能力。但 VR 技术也无法完全替代传统教学方式，需与传统教学方式有机结合，开展深入的实训课教学改革，才能真正发挥其各自优势，提高教学效果。
参考文献：
[1]邹湘军，孙健，何汉武，等.虚拟现实技术的演变发展与展望[J].系统仿真学报，2004，16（9）：1905-1909.
[2]刘远华.汽车专业学生汽车拆装实训教学改革的探索[J].成都工业学院学报，2016，2（2）：103-105.
[3]李春青，姜峰.基于虚拟现实技术的汽车专业教学改革研究[J].工业和信息化教育，2021（03）：82-84，94.
[4]梅文涛，苑苓苓，郑勇峰，高霞.沉浸虚拟现实技术在高职院校实训教学中的应用探索[J].天津职业院校联合学报，2015，8（8）：78-81.
关键词：VR技术;汽车拆装;实训教学;改革
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1674-957X（2021）15-0232-02
0 引言
随着科学技术的发展，尤其是信息和电子技术等先进技术的快速发展，VR 技术就是其中之一，它在医疗、游戏、商业等领域广泛运用，近年也开始被引入到了教育领域中。在汽车拆装实训课的教学改革中引入VR技术，可大大降低学校的教学运行成本，有效降低实训过程中安全风险，增加学生的体验感，更有助于提高学生学习兴趣，激发学生的创新思维能力和动手操作能力，提升实训教学的效果。
1 VR 技术概述
VR 技术，也称为虚拟仿真技术[1]，这一项技术最初在美国被提出，并开展了大量的研究，随后世界上很多国家也开展了该项技术的研究，并成功应用到了商业、游戏等多个领域。近年VR 技术在我国得到了飞速的发展，并在很多领域中得到了实践运用，而教育领域便是其中之一。由于VR 技术具有沉浸感、交互性、想象力等特点，近年来我国一些高校将其运用在教学和科学研究中[2-4]。将VR 技术引入到理論和实践性都较强的汽车拆装实训课教学中，可有效的解决传统教学存在资源有限、安全风险等诸多问题，实现教学质量的提升。
2 汽车拆装实训课特点及现状
2.1 汽车拆装实训课特点
汽车拆装实训课是高职学校汽修类专业学生必修的一门实训课程，其教学宗旨在于培养有一定理论知识基础，较强实践动手操作能力，能解决实际生产过程中问题的技能人才。学生在实训教学前首先应掌握基本的汽车理论知识，但汽车是一种由发动机驱动，具有4个或多个轮胎的非轨道车辆，结构和系统复杂。加之厂家和品牌众多，且更新换代的较快，相应的汽车内部的各种零部件也会随之升级换代，在理论知识教学过程中，学生本身基础较差，又需要接受大量的新知识，这给学生学习理论知识带来了极大的困难。同时，汽车拆装实训课又具有较强实践性特点，学生需要具备一定的思考能力的同时，最重要的是具备良好的动手操作的能力，操纵过程中能根据现场情况进行综合判断。但汽车的零部件数量庞大，各个零部件的功能差异较大，且不同车型的构造系统的工作原理存在较大差异性，也影响了学生的判断，大大增加了学生的实训课学习难度。本着“以学生为中心、虚实结合、协同创新”实践教学理念，对汽车拆装实训课开展教学改革的探索和研究，在课程设置上适当降低理论部分的难度和深度，注重实验实训环节的实践能力的培养，提高学生参与实践的主观能动性。
2.2 汽车拆装实训课现状
当前我国很多院校都开设了汽车维修专业或相关专业，都会涉及汽车拆装实训课。经过梳理汽车拆装实训课的教学中存在以下普遍问题：
2.2.1 缺乏体验感，成本较高
实训教学中需要较大面积的实训场地、实车和大量配套设备及检测仪器等，才能满足学生的实训需求，但目前很多学校由于受经济因素的影响，很难配套足够数量的实车和配合设备。随着国民经济的发展，我国的汽车保有量的持续攀升，汽车后市场对相应维修人员的需求也持续增长，各个高校开始扩大招生量，但相应的配套设施设备没能跟上脚步，出现了人多车少的情况，很难保证每位学生有足够的操作机会。传统教学多采用老师示范操作讲解，学生只能观察倾听，缺乏体验感，导致教学效果不理想，没能充分发挥出实训环节在整个教学中的作用，也很难有效的检验和提高学生的实践能力。另外传统实训操作中还需要使用大量的润滑油、汽油、滤芯等耗材，且配备给实训教学的教师也不断增加，大大增加了学校的教学运行成本。
2.2.2 设备仪器使用寿命有限
实训的教学过程中，设备仪器存在自然磨损和非正常磨损。学生会进行大量的反复拆卸和装配，实训车辆、配套设备和检测仪器均存在严重的损耗，即自然磨损;在实训操作过程中因学生的一些非正常操作导致其使用磨损或损坏，即非正常磨损。这些都会缩短其寿命，需要定期更换，增加了学校的实训教学成本。
2.2.3 安全风险
实训的教学过程中，由于部分设备和零部件重量较重，学生在没有实践经验的情况下直接操作车辆或设备，存在倾倒扎伤、触电等安全风险，导致设备损坏或人身安全事故，增加设备维修费用，也增加了学生和老师的心理压力，导致老师有顾虑，不敢让学生操作，学生不愿动手操作的情况，不利于实训教学活动的开展。
3 VR技术在汽车拆装实训课中的应用研究
鉴于汽车拆装实训课在传统教学中存在以上短板，结合VR技术自身的诸多优势，就 VR技术在汽车拆装实训课教学中的有机融合使用进行探讨和研究。
3.1 搭建实训资源库 利用信息技术和虚拟现实技术，针对真实工厂进行三维仿真模拟，构建虚拟实训系统，学校老师参与系统开发团队协作，共同搭建满足学生课内外学习的VR资源库，资源库内包含了丰富的汽车功能原理资源，如汽车发动机、增压系统、冷却系统、润滑系统、转向系统、制动系统、车身电气及其他等模块。同时资源库还提供VRppt编辑器，老师可以通过编辑器导入和编辑自己的需要的教学资源，导入VR资源库内容可以是Flash动画、图片、视频等资料，并且通过专用设备实现VR效果，展示汽车运行原理，在解决传统教学中学生视图理解有限问题的同时，激发了学生学习兴趣，有效的提高理论教学效果。
3.2 构建虚拟实训车间
VR 技术中的有功能强大的三维互动，虚拟实训车间的各种场景可由其构建，就如同身处一个真实的实训车间（见图1），里面配置各种设备、工具小车以及拆装使用手册等。学生在系统内运用射线操作笔进行操作，能够实现场景图像、配置工具等的全方位的旋转动作，还可进行放大缩小，学生通过以上操作可对零件、部件和工具等的进行细致观看。在虚拟实训车间内，学生可以完成汽车整车、部件和各个系统的虚拟拆装，通过虚拟实训车间的构建，有效减少对学校实训场地的需求，还能为学生提供真实的感官体验，避免了工位不足而没有动手操作机会的情况，同时激发了学生的学习兴趣，积极性得到充分的调动。
3.3 虚拟拆装实训操作
利用虚拟仿真系统，学校只需为学生提供机房和一定数量的辅助VR显示设备、3D投影设备、3D眼镜等设备，就可开展虚拟拆装操作，解决了学校场地和设备有限等问题，同时节省实训设备、工具和耗材等，降低实训成本（见图2）。该系统包含汽车发动机、变速箱、底盘等拆卸模块，学生通过射线操作笔进行移动、旋转、縮放，完成各模块的拆卸实训。
系统严格按照行业标准的拆卸流程和工具设置相应的实训内容，学生在拆卸界面选择合适的工具对合适的部件进行拆卸。拆装流程均有步骤提示，确保操作符合规范。通过拆卸实训，学生可以更好的掌握各零部件的结构关系和装配关系，并监督学生逐渐养成良好的操作习惯，有效的规范学生的实训操作。虚拟仿真系统设置了三种模式，引导模式：该模式适合于课堂教学，操作位置和工具自动提示，模型会自动切换最佳视角;实训模式：该模式适合学生自己做实训练习，可手动控制文字提示、操作位置会出现提示;考核模式：该模式适于老师了解掌握情况，模拟真实考试环境，按规定时间进行倒计时实训操作考试，屏蔽所有提示。在引导和实训模式下，设置有快速跳转点，可快速切换到指定位置，无需因中断操作后重头开始。设置有“撤销”功能，可撤销上一步操作，对薄弱环节反复练习。设置有“记录”功能，可查看操作记录，错误之处有特殊标记，学生可随时进行多次练习，有助于学生自我改进提高，也方便指导老师掌握学生的操作情况并进行针对性的指导。
3.4 虚拟拆装考核
利用虚拟仿真系统，可对学生的实训操作进行自动考核。系统在考核模式下，考核结果自动保存在指定位置，记录有考生的姓名学号、开始考试时间、考试用时及全部操作记录等信息，可随时供老师查看，了解学生的掌握情况。可避免传统实训课考核时因老师精力有限，无法顾及每个学生的操作而凭印象打分情况，保证了考核的公正性，提高了考核效率。
4 结论
汽车拆装实训课的具有理论知识更新快、专业性和实践操作性较强的特点， 在传统教学方式下很难培养出非常优秀的具有创新和实践能力的学生。将 VR技术融入到汽车拆装实训课的教学中，充分利用VR技术的优势，即可以为学校节约教学运行成本，激发学生的学习积极性，提高学生的创新能力与工程实践能力。但 VR 技术也无法完全替代传统教学方式，需与传统教学方式有机结合，开展深入的实训课教学改革，才能真正发挥其各自优势，提高教学效果。
参考文献：
[1]邹湘军，孙健，何汉武，等.虚拟现实技术的演变发展与展望[J].系统仿真学报，2004，16（9）：1905-1909.
[2]刘远华.汽车专业学生汽车拆装实训教学改革的探索[J].成都工业学院学报，2016，2（2）：103-105.
[3]李春青，姜峰.基于虚拟现实技术的汽车专业教学改革研究[J].工业和信息化教育，2021（03）：82-84，94.
[4]梅文涛，苑苓苓，郑勇峰，高霞.沉浸虚拟现实技术在高职院校实训教学中的应用探索[J].天津职业院校联合学报，2015，8（8）：78-81.