VR技术在中职汽车维修接待课程运用研究

林惠彬

（福建省厦门工商旅游学校 汽车部，福建 厦门 361024）

1 引言

虚拟实境（virtual reality），简称VR 技术，也称灵境技术或人工环境，是利用电脑模拟产生一个三度空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，及时、没有限制地观察三度空间内的事物。

相对现有其他技术，虚拟现实的沉浸性和交互性具备以下特性：浸没感（immersion）又称临场感，指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度；交互性（interactivity），指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度（包括实时性）；构想性（imagination）强调虚拟现实技术应具有广阔的可想像空间，可拓宽人类认知范围，不仅可再现真实存在的环境，也可以随意构想客观不存在的甚至是不可能发生的环境。[1]

随着VR 技术近几年来迅速发展，在诸多领域得以运用，在教育领域VR 技术同样有潜力成为标准工具，将给教学方式带来革命，目前有不少学校与企业正在尝试关于VR+教育的构想和实现，利用虚拟现实技术创建与现实类似的环境，或创设情境以形象生动地表现教学内容，模拟常规教学手段难以完成的演示、操作技术、技巧，使复杂问题简单化，为学生构建生动、逼真的“自主学习”学习环境；根据需要通过多种交互设备来驾驭环境、操作工具和操作对象，增加学习内容的形象性和趣味性，有效激发学生的学习兴趣，促进学生更高效、更主动地理解、掌握知识和形成熟练的动作技能，满足学习媒体的情景化及自然交互性的要求，让教育真正做到寓教于乐。[2][3]

目前中职汽车专业实训普遍存在以下困境：无法提供足够多的实训样车供学生全员同步训练，导致实训效率低；演示观摩效果受空间限制，相当部分学生无法详细清楚观察老师的操作规程及细节；无法提供各种故障样本；由于出自安全问题考量一些危险因素较大的项目操作无法进行；实训效果无法全员全面实时反馈；实车在实训过程损耗及损害率高恢复难；耗材消耗大训练成本高；多车长时间怠速运转造成环境污染加剧；实训车间创设场景与工作实际存在一定差距[4]。

基于以上考量，我们尝试与相关企业合作开发VR 软件，建设VR 实训室，对VR 与实训教学结合进行实质性探索。

2 开发

2.1 内容设计

经走访调研汽车维修企业之后，结合先前实训教学所遇到的困难瓶颈所在，综合软件开发企业技术可行性，我们选取汽车维修接待接车环车检查环节为本次开发内容。汽车维修接待接车环节是维修接待岗位核心工作任务，而环车检查又是该工作任务中最重要的环节，要求维修接待人员通过详细的环车检查发现判断车辆的维护项目，然后向客户推荐相应合理的维护作业项目；该部分内容在维修接待课程中是重点也是难点，先前的实训中难于真正有效突破，问题聚焦以下几点：①演示环节，特别是车内检查环节受空间的限制，大部分难以细致观摩，学生接受能力参差不齐，薄弱学生往往跟不上演示进度，造成学习的第一个环节便落伍，后续学习更无从入手；②车辆损坏或故障的再现难，现实中车辆损坏或故障繁多，所处位置不尽相同，故障再现、设置及恢复非常麻烦，引起的损耗也不容忽视；③环车检查不能有所遗漏，但在目测检查过程中，学生自己可能出现遗漏情况而并未发觉，老师难于判断学生是否真正目测所有部位，教学效果反馈存在漏洞；④实训车辆有限，每车次仅能提供一名学生进行，单次实训时间至少20 分钟，剩余相当部分学生只能在旁边观摩，造成实训进度缓慢效率低下，考核阶段该问题更是凸显。故我们希望通过VR 构建模拟现实场景，提供学生反复练习以熟练掌握工作流程，特别是实现模拟各个部位各种损坏及故障形式，以突破该实训教学的难点。

2.2 教学设计[5]

根据据实训教学特点，将该VR 软件分为演示版和实训版两大模块，演示版每个步骤都有相应的提示，学生在观摩完后进入实训版测试，如果发现遗忘操作环节或测试不理想可以随时退出测试版再度进入演示版学习，同时将流程分为十大模块，可以根据个人实际学习效果选取薄弱部分进行加强学习；在测试完成后，系统自动统计反馈测试各环节得分情况，教师在后台可以看到全班同学测试效果统计。

2.3 脚本设计

首先撰写接车环节环车检查脚本文案，再与软件设计人员反复商榷技术可行性，比如现实操作过程中我们视线可以透过方向盘检查仪表盘显示，在VR 中会出现叠加情况，另外，我们设计可以在演示版中实现点击故障灯则显示故障灯提示的故障情况，故将仪表盘故障灯说明部分移出放置墙上；发动机舱部分管路可能出现干涉也做少量简置。最后形成具体设计如表1（限于篇幅较长，局部略减）：

表1 汽车维修接待接车环车检查流程

3 运用

进入界面之后，用户可以通过右手柄扳机选择确认进入演示模式或训练模式（图2、图3）

图2 手柄功能

图3 进入界面

3.1 演示模式

进入演示模式后，选择维修接待检查流程下各环节模块，点击开始进入不同方位进行相应流程（图4）。

图4 维修接待检查流程

图5 与客户交流

点击客户，实现与客户语音交流（图5），根据提示点击蓝色高亮的各部位进行检查（图6），需目测检测方位视觉注视交互时长2 秒，系统自动识别视线并计时（图7），将检查结果填写进接车检查单（图8）。

图6 各方位检查

图7 目视检查

图8 接车单填写

图9 训练成绩表

3.2 训练模式

进入训练模式，全程无任何提示，操作者自行检查操作、与客户交流并填写接车单。当训练完成保存退出后，系统将对该次训练进行统计分析形成表格，反馈训练成绩及具体得失分环节（图9），教师端可以查阅所有学生成绩及得失分布情况，以此分析发现薄弱点加以讲解训练巩固（图10）。

图10 教师端成绩表

4 运用效果

本教学内容实训传统为：样车4 台，每车提供4～5 名学生轮流训练，用时4 课时，不能模拟各种损伤或故障，教师轮流到各组进行讲解和指导，轮空组别需先行自学等待老师，时间浪费大，课堂秩序难以保证，教学效率低下，教师无法兼顾监测学生实际训练情况，加上全程测试每人次用时15 分钟，以30 人一班为例，大概需要10 课时，且部分目测应检部位教师只能通过学生唱检判断，学生实际掌握情况反馈并不全面。

运用VR 实训情况如下：随机选取24 名学生为样本进行试用，测试反馈结果如下：（1）100%学生接纳通过VR 形式学习该部分内容，认同优势在于：该学习方式新颖有趣，互动性强，学习过程能保持注意力集中，学习效率高，个人有效学习时间增加，可根据自己实际掌握情况进行反复观摩学习和练习，可以观测到原先无法模拟的多种故障形式；（2）对于教师而言，大部分学生可根据提示自行完成学习过程，教师只需指导个别薄弱学生，教师实训工作强度下降而教学有效性提升；3、完成本教学内容实际学习加测试时间为2 课时90 分钟，平均测试成绩78.125。对比原有实训教学，效率及效果明显得以提升。

5 总结

经过本次课程的的开发和试用。笔者认为VR 运用在汽车专业实际操作较之前的实训，效果显著，弥补了先前单纯实操训练的诸多不足。给出以下建议供后来者参考：教学内容的选取应注意：鉴于目前VR 开发成本仍较高，脚本设计撰写工作量较大，建议只选取其他信息技术难于突破的教学难点进行VR 软件开发；摊低成本另外一个办法就是不同院校相同专业进行资源共享；公共科目由于使用者较多，企业愿意进行开发，这种情况下，成本必然不断降低。

开发过程中，与软件工程师的沟通非常重要，在根据教学需要撰写完脚本后，要向软件工程师准确传递专业诉求，教学设计意图，希望达到的效果，详尽细化成如：各环节、所处位置、所述语言、具体动作、产生效果、涉及物品、视角位置等。界面设计应从学生角度出发，界面提示导向明确友好，以实现易操作和良好的交互性。

受VR 软硬件技术发展的制约，首先，无法实现完全仿真的情境，使用者在改变方位时定位后滞或不准问题可能存在； 其次，定位器光信号干涉问题解决应在实训室建设时留置足够大的单机占地面积，或者向硬件供应商加购定位服务，另外，使用者位移空间互相干扰现象也必须通过留置足够大的单机位置来解决。

初次接触VR 的使用者会受不熟悉手柄功能使用的制约，一定程度是干扰学习进度，需要熟悉一段时间后，操作进展便会不断改善。

将课程内容与VR 有效结合，提供学生自主学习平台，非常适用于翻转课堂教学，满足好课堂的要求：

有趣：中职校往往存在老师教得苦学生不愿学问题，应用VR 技术创造了形象直观的交互式的学习环境，类似游戏的学习工具使课堂教学变得富有吸引力，激励学生的主动性，让学生处于主动探究，主动进取的状态。

互动与参与：采用虚拟现实技术构建WEB 三维世界，与二维的网络课程相比情境更逼真、吸引力更强，良好的交互性和沉浸感促使学生愿意去获取知识技能、培养能力、发展智力。

有效：①有效教学指通过教师在一段时间的教学后，学生是否有所收获或学习效果好坏，获得哪些具体进步或发展；在VR 强沉浸感和交互性的学习环境中，学生通过相应流程操作才可进入下一环节，促使学习效果大大高于常规实训模式。②职业教育的实践实训教学量大设备投入，多但资金有限，必须考量投入产出比有效率，在上一定量后，VR 教学在节约成本及耗材的优势无疑尽显。③VR 教学通过大数据实现及时全面的教学评价贯穿整个教学过程，学生可以查找自己缺漏点及时弥补不足，根据个人情况反复练习补缺补漏，教师也可以及时全面了解每次实训的效果，进行进一步的巩固提高。

高效：由于受安全问题、实训设备数量、师资数量的限制较小，大数据的运用都有效提升实训效率。

随着VR 技术不断发展，相信VR+教育在不远将来会成为信息化教学的主流方式，帮助教师更好的完成教，学生更有兴趣更高效的学。