VR技術在汽車職業教育中的應用

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VR 技術在汽車職業教育中的應用

VR 技術在汽車職業教育中的應用

汽車工業的蓬勃發展和汽車技術的日新月異，對汽車專業人才的要求越來越高，汽車維修和營銷等方面的服務越來越科技化、現代化和專業化，但目前多數高職院校由於車輛及配套設備價格高昂、實訓教學需多名教師承擔、實訓過程使用大量耗材等造成教學人力物力成本較高；學生實訓過程的誤操作導致設備損壞和安全事故等隱患，增加師生的心理負擔，不利於教學活動的正常開展；教師示範操作難以保證所有學生都能看清楚每個動作和聽清楚每個注意事項，教學演示效果不理想，引起學習興趣下降，傳統教學手段和方法制約了汽車職業教育的快速發展。

為了解決傳統教學存在的問題，國內外相關機構都致力於研究和發展VR教育，美國Nearpod公司推出了VR課程，佔總課程的 20%～50%，其中包含一些互動性的評估內容；美國學生使用zSpace公司提供的平面 VR 實驗室課件進行學習；國內的專註於VR教育教學研究的摩爾空間公司研發了強交互的智能VR課件編輯器，實現了「零技術門檻」編輯VR課件，解決了VR教育在職業教育領域最大的痛點，摩爾空間VR課件編輯器受到職業教育領域的廣泛認可，微視酷公司研發的「IES沉浸式課堂系統」應用於K12，並在北京市多所知名小學開設高年級公開課，亦取得良好影響；樂視與新東方共同推出場景式VR英語視頻教學。根據美國高盛預測，全球VR教育領域到2020 年的用戶數大約是650萬，市場規模為3.25億美元，到2025年用戶數約為1460萬，全球市場規模將達到7.3億美元，增速從2023年以後維持在15%。

VR技術的概念與特徵

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VR技術的概念

虛擬現實（Virtual Reality，簡稱 VR）技術是20世紀90年代以來興起的一種新型信息技術，它以計算機技術為主，利用並綜合三維圖形技術、多媒體技術、模擬技術、感測技術、顯示技術、伺服技術等多種高科技的最新發展成果，利用計算機等設備來產生一個逼真的三維視覺、觸覺、嗅覺等多種感官體驗的虛擬世界，從而使處於虛擬世界中的人產生一種身臨其境的感覺。在這個虛擬世界中，人們可直接觀察周 圍世界及物體的內在變化，與其中的物體之間進行自然的交互，並能實時產生與真實世界相同的感覺，使人與計算機融為一體。

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VR技術的特徵

VR 技術具有沉浸性（Immersion）、交互性（Interactivity）和想像性（Imagination）三大基本特徵。沉浸性是指使用者在純自然狀態下，使用外界的交互設備，通過自身的感知系統，對虛擬出來的環境的投入程度；交互性是指使用者在虛擬環境中操作事物的容易程度和得到反饋的自然程度；想像性是指用戶通過沉浸在虛擬環境中，不斷與環境進行各種交互並從環境中得到感性和理性的認識，從而起到深化概念、萌發新意，產生認識上的飛躍作用。

VR技術的分類及在汽車職業教育領域的應用

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沉浸式的VR系統

汽車維修專業的學生可通過 VR 技術參照真實的操作規範和標準創設維修場景並進行沉浸式車輛部件的拆卸與安裝、設備故障的檢測和診斷訓練，提高維修的熟練程度；學生可通過沉浸式VR技術進行汽車虛擬駕駛訓練，消除駕駛初學者的恐懼心理，規範駕駛操作，提高駕照通過率；汽車營銷專業的學生佩戴VR眼鏡營造出一個虛擬的銷售環境，通過不同銷售崗位的角色扮演進行全景式的繞車介紹、試乘試駕等演練，訓練學生臨場發揮的應變和表達能力，增強學生的職業適應能力。

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增強式的VR系統

汽車維修專用AR眼鏡，連接車載電腦對車輛進行故障診斷並給出維修建議，在維修工視野上疊加彩色3D圖像指示維修部位、需要使用的工具以及需要進行的維修操作，指導維修工進行車輛維修。相比而言，增強式VR系統更適合於汽車維修領域。

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分散式的VR系統

在高職汽車教學領域應用中，分散式VR系統可實現汽車教學遠程教育和技術指導，讓異地大規模的學生「親臨現場」接受最優秀教師的課程講解和實操指導，解決現實中教育資源不足和失衡的難題。針對汽車維修項目，教師通過分散式 VR 技術可實現遠程設置故障、指導排除故障、評價考核等，學生可合理安排學習時間和興趣，不再局限固定時間和地點。

VR 技術在汽車職業教學領域的成效

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提高課堂教學效果

中職高職汽車類的專業課程涉及多門基礎性學科（如結構拆裝、汽車維修、機械製圖、工程力學、以及高等數學等），理論性和實踐性很強，要求學生富有邏輯性和空間想像力，而多數高職學生難以掌握基礎性學科，只能被動應付式接受專業知識，容易引起學習困難、學習興趣下降甚至產生厭學情緒，造成課堂教學效果不佳。以《汽車發動機機械系統檢修》課程為例，存在汽車整車及零部件數量多、結構複雜、原理抽象等問題，造成多數學生學習困難，在被動接受完理論知識後，學生難以在發動機拆裝和檢修等實訓中下手，最後出現暴力拆卸、盲目操作等問題。在學生學完相關理論知識後，進行實操訓練前，先利用VR技術創設的場景，將工作過程、結構部件逐一分解並直觀展示，帶領學生進入發動機內部了解運行原理，身臨其境地反覆進行操作訓練，熟悉並通過考核後再到實際環境中操作。教師提供各種基於專業知識和技能的教學遊戲，學生通過交互設備與場景進行互動，使枯燥的訓練變得有趣，加深對理論知識的理解，從而提高學生的技能水平。實驗數據表明，在傳統的「老師講、學生聽」教學模式下，學生只能記憶30%的內容，而在虛擬現實教學模式下，學生可以記70%的內容。

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促進教學模式改革

用VR技術開展的汽車實踐實訓，營造了自主學習的情景，消除真實環境人為的干擾，突破傳統教育的時間和空間，擴大學生的學習空間，增加學生的學習經驗；擺脫了以教師為中心的單向教學模式，代之以學生為主體的探討型、合作型教學模式；教學過程中的角色重點由教師遷移到了學生，啟發式教學、發現式教學等教學方法能夠全面實施；從傳統單一的師生交互環境，轉變到師生、人機、生生多個交互系統的有機環境；實現學習內容和方法的開放性，學生可以自行設計和選擇實訓實踐方式，大膽進行各種嘗試，不必擔心出現意外，激發學生的創造性思維；能夠針對每個學生創建不同的學習環境，由傳統的「大眾教學」的學習方式變成真正意義上的「小班教學」；擺脫了傳統書本教育和普通多媒體演示的教學方式，為 教師提供嶄新的教學手段，豐富了教學內容，提供給學生多感官的綜合刺激，有利於調動學生自主探索的積極性，激發學習興趣。

2016年是VR產業的元年，VR技術在汽車領域有著越來越廣泛的應用。隨著VR技術的日趨成熟，有機融合汽車職業教育領域，可以有效縮小教育與社會需求之間的差距，對汽車職業教育領域起著推動和促進的作用，切實提高汽車專業學生職業能力水平，是汽車職業教育教學改革的主要方向，具有良好的應用前景。

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