虚拟现实技术在汽车类专业教学中的应用研究

虚拟现实技术在汽车类专业教学中的应用研究

虚拟现实技术在汽车类专业教学中的应用研究

摘要:随着科学技术的发展,虚拟现实技术在各个领域逐渐推广和使用。虚拟现实技术可同时发挥计算机技术、仿真技术、电子信息技术的优势,将虚拟和现实相结合,使人们可以在虚拟空间真实感受到真实环境。将虚拟现实技术应用汽车专业教学,可有效解决传统教学模式下实践性不足、教学资源紧缺的不足,最终促进教学质量的提高。

关键词:汽车类专业教学;虚拟现实技术;教学环境

中图分类号:G642 文献标识码:A

文章编号:1009-3044(2020)27-0105-02

开放科学(资源服务)标识码(OSID):

汽车类专业教学最注重的是将学习的理论知识与实践教学环节相结合,因此汽车类教学安排的实践环节课时较多,但是在学生进行实践教学的过程中发现,实践教学环境的教学成本较高,教学设备具有一定的损耗率,学生在不能熟练操作设备的情况下还有一定的危险系数。汽车类专业属于理工学科的范畴,教学重点在于让学生在教师的引导下探究汽车的零部件结构和零部件组合运行的工作原理,如果没有足够的实验设备,则不能实现预期的教学目标,虚拟现实技术可以在保证教学质量的前提下降低教学成本,还能在教学环节实现以学生为教学主体的目的,因此虚拟现实技术在汽车类专业教学中进行应用是行业发展的必然趋势。

1 虚拟现实和汽车类专业教学

虚拟现实技术是让使用者在虚拟空间中感受到真实,通过多技术的结合,使用者可同时接受到来自视觉、听觉、触觉等多方面刺激,从而做到虚拟中的真实。虚拟现实技术的本质是一种高科技的人机互动接口,它与一般的人机互动方式不同,传统的人机互动内容较为枯燥且动作生硬,而虚拟现实技术较为人性化,人性化表现体现在三点:第一点是虚拟现实技术的多感知性,传统的计算机技术一般只给用户带来了视觉感知,虚拟现实技术则可以为用户带来触觉感知、运动感知以及听觉感知,先进的虚拟现实技术甚至可以为用户带来味觉感知和嗅觉感知。第二点是虚拟世界的沉浸感,虚拟现实技术的创新目标是让用户在虚拟世界中有近似真实世界的感受,从而全身心地沉浸到虚拟世界中。第三点是虚拟现实技术的实时性,例如用户在操作推动虚拟世界物体时,虚拟世界的物体会随着用户的推动而发生符合物理规律的平移或者翻转。

虚拟现实技术与传统教育领域结合后,很好地弥补了很多专业教学的不足。一方面虚拟现实教学弥补教学条件上的不足,通过虚拟现实技术可在不损耗场地、设备以及其他资源的基础上实现实践教学,学生可在教室中就完成实验操作、实践学习等,使教学对教学资源的需求降低,有助于教学活动的展开和推进。另一方面则是虚拟教学打破了传统理论授课和实践教学分离的格局,学生可在实践体验的同时学习理论知识,在逼真的环境中完成动脑、动手环节。

现阶段虚拟现实技术在汽车类专业教学中的应用主要有以下几种形式:首先,汽车驾驶教学中的应用,通过虚拟现实可模拟车内环境和路面环境,让学生在教室中完成驾驶学习与训练,同时还可体验不同路况下的驾驶特点并且没有传统驾驶教学时的操作风险,安全性、可靠性、便利性均较高。其次,在汽车构造教学中的应用,通过虚拟现实技术可构造出逼真的汽车模型,同时这种模型还支持放大与缩小要求,便于学生从各个角度观察汽车各部件特点,有助于学生快速了解汽车构造,缩短教学周期。同时虚拟现实技术在汽车检修教学中也有所应用,通过虚拟现实技术构建各类故障模型,学生可在教学中实际感受故障发生原因、故障表现以及检修方法,相较于传统的检修教学,虚拟现实下的检修教学更具可操作性。此外,虚拟现实技术在汽车装配、汽车检测、车内环境艺术设计等教学中也有所应用。综合来说,虚拟现实技术弥补了传统汽车类专业教学成本、可操作性、实践性的劣势,使汽车类专业教学效率更高,更具实践特征。

2 虚拟现实技术在汽车类专业教学中应用的意义

2.1 汽车类专业教学的现状以及教学问题

汽车类专业涉及的范畴较广,学生需要学习汽车理论、发动机原理、汽车基本构造、汽车维修技术、汽车新能源技术等,汽车制造维修行业融合了信息技术、机械技术、化工技术、电子技术等相关的技术,这些技术都属于理工科类,因此实践型教学有一定的危险系数,而且汽车类专业教学需要的实验设备成本较高,很多开设汽车类专业的学校都不能满足学生的实践需求,一般的院校都会选择在实践教学中展示汽车的静态构造,安排的动态实践课时较少,这就导致该专业的学生很少有亲自实践理论知识的机会,教学可操作性差、对实体模型的依赖性强,需要大量的资源作支撑,很难大范围提升学生的实际操作能力。

通过对相关院校汽车类专业的教学情况进行分析,可总结出现阶段汽车类教学主要存在五点问题。第一个问题在于进行理论性知识实践的教学成本高,作为我国的重点发展行业,汽车行业的各项技术在不断地进行创新,汽车的电子控制系统和发动机的更新速度很快,并且这些汽车基本设备的单价很高,学校想要跟上汽车行业发展的速度,就需要不断地更新教学设备,学校一般很难承受这么高昂的实验设备费用,因此学校只能在自己的能力范围购人新的实验設备,这就导致学生不能体验到最新的汽车制造维修技术,每届学生的专业学习内容跟不上汽车行业发展的速度。第二点在于汽车类专业教学被安全系数要求和实践场地所限制,这就导致学生不能体验一些特殊课程的实验环节,例如汽车碰撞实验和汽车操纵稳定性试验。第三个问题在于汽车相关的部件设备实验损耗率较大,学生的实际操作经验不足,在自主实验环节出现误操作的可能性较大,这不仅有可能会伤害到学生的人身安全,还容易使实验设备出现损害性故障,在汽车构造实验课程中,需要学生亲手拆装发动机,这样的反复操作会过度损耗发动机部件,从而增加后期的设备维护费用。第四个问题是汽车类专业的教学系统结构单一,通常是向学生进行静态演示,这种单一的教学方式使得师生之间缺乏互动,学生也不能很好地将理论知识带到实际操作中。第五个问题是实验室的工位不能满足学生数量的需求,虽然各个高校一直都在加大设备资金投入,但是供不应求的情况还是存在,大部分实验课会让学生自己结成小组,然后小组合作进行实验,学生小组中会出现一些学生参与程度较低的现象,并且实验课程的指导教师没有那么多精力来对每一个同学提供技术指导,这会导致拉开了学生之间的技术水平差距。 2.2 虚拟现实技术在汽车类专业教学中应用的优势

首先应用虚拟现实技术可以有效降低教学成本,在实践教学环节可以保证每一位同学都参与进来,并且通过虚拟现实技术的教学训练之后,再让学生进行发动机拆装的实际操作可以有效降低误操作的概率,从而降低实验设备的维修费用。其次,使用该技术还可以提升教学灵活度,通过虚拟现实技术,可以让学生体验到最新的汽车技术,并且可以增加相应的新型实验项目。将该技术应用到汽车类专业教学的实践环节还能调节实验课程师资不足的问题,提升了实验教学的时间和场地的灵活度。从学生的角度来看,虚拟现实技术可以有效提升学生的学习兴趣,让学生始终处于学习的主动地位。

3 虚拟现实技术在汽车类专业教学中的应用

3.1 汽车构造教学

通过虚拟现实技术构建虚拟实验场景,在汽车拆装实践教学,虚拟场景包括所需的工具车,系统会向学生讲解此项实验的具体操作内容以及工具车中各类工具的适用场景,学生可以在虚拟世界中将发动机的拆装台架进行各类翻转操作,并且学生可以根据自己的学习需求来更换不同的虚拟实验内容,而系统会将学生在虚拟世界的操作情况进行记录,这样便于指导教师针对记录结果进行专业指导,让学生及时认识到自己在实验过程的误操作,从而加以改正。

3.2 汽车操作理论教学

汽车类专业有些理论知识的实践课程多通过实车演示来完成,如:汽车制动性、动力性能、操纵稳定性、通过性以及汽车行驶过程的平顺性,学生只能通过获取实车演示信息数据来进行理论知识的学习,使用虚拟现实技术则可以让学生更加直观地对实验进行分析,使学生不仅能获取数据还能形成真实体验,提高操作理论教学的实践性和可操作性。

3.3 通过虚拟现实技术进行虚拟排障检测和虚拟汽车维修实验

在汽车排障检测的实验环节,一些故障不能多次设置,否则会导致汽车的零件被损坏,但是通过虚拟现实技术可以实现重复设置汽车故障,这样可以使学生对汽车进行综合排障检测,并且可以使用虚拟世界中的工具箱来进行故障维修。通过虚拟现实技术可以设置100多种汽车故障,例如发动机进气温度太高、冷却液出现异常温度或者凸轮轴位置的传感器出现线路故障等,学生可以自行选择各种故障模拟训练,然后再虚拟车间中对查出的故障进行维修,在虚拟车间中,学生可以通过升起虚拟汽车举升机来架起车身,然后通过汽车底盘的视角来分析故障,学生主要通过鼠标来实现人与计算机的信息交互,由此来达到虚拟排障、维修的目的。

3.4 远程教学

汽车类专业有很多课程需要学生深入到汽车工厂、行车道路等环境中进行观摩与学习,组织学生到教室外环境进行学习涉及诸多问题,如学生的安全问题、成本问题等。通过虚拟现实技术可将工、道路等特定场景转移到教室中,让学生在教室中就完成特定的学习内容,教学的成本大大降低。同时学生在虚拟现实环境中不用担心错误操作造成的损失和社会危害,学生能够放心大胆地进行尝试,教学的安全性也较高。

4 结语

虚拟现实技术在汽车类专业教学中的应用解决了大部分高校在实践教学课程中出现的难题,完善了实践教学内容,降低了实践教学成本投入,保证了实践教学课程的安全系数,提升了学生的学习兴趣,并且有效地提升了教学质量。应用虚拟现实技术是汽车类专业教学的必然发展趋势,虚拟现实技术是多种现代技术融合的产物,它为汽车类教学提供了创新渠道,为汽车行业的发展提供了高质量的专业人才,这对推动整个汽车行业的发展有一定的现实意义。

參考文献:

[1]滕菲,李庆华,李未.虚拟现实技术在汽车类专业实验教学中的应用[J].吉林工程技术师范学院学报,2018,34(1):90-93.

[2]马光.汽车维修虚拟仿真教学系统功能模块研究[J].科学与财富,2019(26):177.

[3]冯燕,虚拟现实技术在汽车专业实践教学教学中的应用[J].新校园(上旬刊),2015(4):53.

[4]郭颖.汽车发动机虚拟装配系统的设计与实王见[D],北京:北京工业大学,2016.

【通联编辑:代影】

作者简介:朱孟伟(1983-),男,山东临沂人,柳州城市职业学院讲师,硕士,研究方向:三维动画与游戏制作、VR虚拟现实技术。

本文来自投稿,不代表多笔记立场,如若转载,请注明出处:https://www.duobiji.com/155726.html

版权归原作者所有,如有侵权、虚假错误信息或任何问题,请及时联系我们,我们将在第一时间删除或更正。

W 导出为虚拟现实技术在汽车类专业教学中的应用研究.doc文档