王澤森　申榮衛(wèi)

摘 要：新能源汽車在實訓教學中常常存在安全隱患多、技能訓練成本高、教學演示困難等問題，而應用VR技術于新能源汽車專業(yè)教學將極大地避免這些問題的產生，本文從分析VR技術在實際中的應用入手，進一步對VR技術在新能源汽車專業(yè)教學中的具體應用展開分析。

關鍵詞：VR技術? 新能源汽車? 專業(yè)教學

課 題：本文系天津市虛擬仿真實驗教學建設項目——基于VR的《新能源汽車故障診斷技術》課程實驗項目，天津職業(yè)技術師范大學課程教學改革專項（項目編號：15101/XJJW1937）研究成果。

一、研究背景

針對能源與生態(tài)環(huán)境問題的增多，國家“五位一體”發(fā)展戰(zhàn)略著重強調生態(tài)文明建設的重要性，國家對新能源汽車產業(yè)在政策上予以大力扶持，把新能源汽車產業(yè)列為國家七大戰(zhàn)略新興產業(yè)，中央和各級地方政府也相應地出臺了各類優(yōu)惠扶持政策。但新能源汽車產業(yè)的蓬勃發(fā)展面臨著嚴峻的考驗：新能源汽車相關維修專業(yè)人才的緊缺。據有關報告披露的數據，預計到2020年，新能源汽車產業(yè)維修專業(yè)人才的缺口達到68萬人次，人才培養(yǎng)迫在眉睫。但新能源汽車的維修與傳統(tǒng)汽車維修有著極大的差異，以純電動汽車為例，其結構與工作原理完全不同，動力總成主要由高壓電控總成、動力電池與驅動電機等組成，在對純電動汽車進行維修作業(yè)時，操作稍有不當，極容易發(fā)生高壓觸電的危險，危及維修作業(yè)人員的生命。

二、VR技術的概念

Virtual Reality即虛擬現(xiàn)實，簡稱VR。20世紀80年代由美國VPL創(chuàng)始人Jaron Lanier率先提出。虛擬現(xiàn)實所建立的虛擬環(huán)境是由通過真實數據進行數字建模并組合而成，建立符合工程項目設計標準和要求的虛擬場景，真實再現(xiàn)規(guī)劃項目。

三、VR技術國內外研究綜述

我國VR技術同國外發(fā)達國家相比，起步晚，存在一定的差距，但目前國家有關部門和相關科研人員高度重視VR技術的研究，把VR技術研究列入了國家自然科學基金委、國家高技術研究發(fā)展計劃等國家級戰(zhàn)略發(fā)展研究項目。清華大學對虛擬環(huán)境的沉浸感和真實感等方面進行了研究;北京航空航天大學開發(fā)了用于飛行員的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，適用于飛行員的教學及訓練。

20世紀90年代，VR技術最早被美國應用于軍事與航天領域，用VR技術模擬作戰(zhàn)時的環(huán)境，用于軍人的戰(zhàn)備以及訓練;美國的北卡羅來納大學主要研究外科手術方面的VR系統(tǒng);麻省理工大學主要致力于VR技術基礎研究;日本在虛擬現(xiàn)實游戲方面的研究也處于世界領先水平。

四、VR技術在新能源汽車專業(yè)教學中的應用

縱觀國內外發(fā)展研究，VR技術主要應用于軍事、醫(yī)療、游戲娛樂等領域，而將VR技術應用于教育行業(yè)的研究少之又少。隨著VR技術的不斷發(fā)展，我們需要創(chuàng)新性地將VR技術與新能源汽車的專業(yè)教學相融合，創(chuàng)造性地提出“理、虛、實一體化”的教學模式，設計研發(fā)出一套基于“工作過程”的新能源汽車VR教學系統(tǒng)。

1.新能源汽車VR教學系統(tǒng)

新能源汽車VR教學系統(tǒng)主要包括新能源汽車結構認知、新能源汽車工作原理、新能源汽車性能測試以及新能源汽車技能訓練四類項目，各項目分別與新能源汽車的核心課程進行精準對接。

新能源汽車結構認知項目主要是通過爆炸圖的方式對整車的構造、關鍵總成以及零部件的認知問題予以解決，用戶能夠通過教學系統(tǒng)對觀察對象進行交互認知，以行動為導向引導學生制訂計劃，使學生通過學習具有認知純電動汽車的結構與組成，正確使用新能源汽車個人及車間防護用品，學會新能源汽車觸電、火災事故等急救處理的能力等。

新能源汽車工作原理項目主要是展示各系統(tǒng)或各零部件在汽車行駛中的工作原理，如：減速時能量的流動情況等。工作原理的展示可以360度全方位地觀看。

新能源汽車性能測試主要是對車輛的各工況下的性能進行測試，學生通過教學系統(tǒng)與實驗車輛進行交互操作，通過做實驗的方式展示車輛的使用性能，如：電機超速實驗等。

新能源汽車技能訓練項目主要是通過教學系統(tǒng)，使學生在虛擬的環(huán)境中對零部件的拆裝、各總成的更換、維護保養(yǎng)以及檢測檢查等項目進行交互式操作拆裝訓練，技能訓練分為三種模式：示教模式、自由探索模式和考核模式。

在示教模式中，學生在虛擬教學環(huán)境中，根據機器人的引導按照規(guī)范標準的操作步驟反復進行技能訓練，當操作出現(xiàn)錯誤時，機器人會及時提醒并糾正錯誤操作。技能訓練主要包括純電動汽車電池及電池管理系統(tǒng)的拆裝與檢測、純電動汽車電機及傳動系統(tǒng)拆裝與檢測等。

在考核模式中，學生像在真實環(huán)境中一樣操作設備，考核的過程實際上就是在虛擬教學環(huán)境中對正確規(guī)范的操作流程的真實再現(xiàn)，虛擬教學環(huán)境中的操作流程與最終的考核結果可以進行儲存、處理以及重復循環(huán)播放。

2.新能源汽車VR教學系統(tǒng)的優(yōu)點

（1）新能源汽車擁有高壓系統(tǒng)。極有可能因操作不規(guī)范而觸電，引發(fā)人身傷亡事故。新能源汽車VR教學系統(tǒng)能夠在虛擬的空間中模擬再現(xiàn)真實的高壓值，并且沒有任何限制，任何年齡段的學生都可以在這個系統(tǒng)里進行模擬訓練。通過在虛擬教學環(huán)境中的模擬訓練，能夠引導學生按照相應工作崗位要求的規(guī)范標準流程進行操作，在避免人身傷亡事故的情況下，訓練學生的操作規(guī)范性。

（2）新能源汽車各系統(tǒng)在工作過程及控制策略方面更加復雜、抽象。如果利用常規(guī)的教學手段和教學方法，無法讓學生更快、更扎實地掌握這方面的知識。通過新能源汽車VR教學系統(tǒng)，學生能夠在虛擬的教學環(huán)境中更加真實地觀察到各個工況下各系統(tǒng)的工作過程及控制原理。

（3）在考核模式中，系統(tǒng)隨機抽取考核題目，教師可以實時監(jiān)控學生的操作行為。從而對學生的技能掌握情況進行考評，系統(tǒng)能夠提示學生操作的不規(guī)范之處，并根據學生操作的準確度和速度進行評分。

（4）實訓車間是新能源汽車專業(yè)的必備硬件設施，若干專業(yè)教學的實施都必須在專業(yè)的實訓場地中進行，隨著國家不斷深化對職業(yè)教育的改革，職業(yè)院校對實訓場地建設的投入也越來越大，但新能源汽車專業(yè)實訓車間專業(yè)要求高，建設周期長，且需要購買大量的專業(yè)教學儀器設備，后期教學儀器設備的維護保養(yǎng)也需要不斷地進行資金投入，這顯然增加了學校的財政壓力。但是利用VR教學系統(tǒng)塑造一個與真實環(huán)境幾乎完全無差別的虛擬工作現(xiàn)場，因虛擬實訓車間以及專業(yè)教學儀器設備都是由計算機建模仿真制作而成，無須對其進行維護與保養(yǎng)，若有其他要求，可以直接在計算機上進行修改或添加，學生可以通過系統(tǒng)隨時隨地地進行技能訓練，打破了空間的限制，節(jié)約了時間，大大降低了教學成本。

（5）與枯燥無聊的實操技能訓練相比，VR教學系統(tǒng)可以根據教學目標的不同，構建不同的虛擬教學情境，能夠更有效地促進知識的表達，構建一個非常優(yōu)良的學習環(huán)境。學生可以身臨其境、沉浸其中，可以做到真正的“做中學，學中做”，增加學習內容的形象性和趣味性，讓教育教學寓教于樂，有效激發(fā)學生的學習興趣。

五、小結

VR技術在新能源汽車專業(yè)教學中的應用，提高了教育教學的信息化水平，推動了汽車專業(yè)教學模式的改革，增加了專業(yè)教學的深度和廣度，提高了學生參與到其中的興趣與學習的效率，有利于學生職業(yè)能力的提升和職業(yè)素質的養(yǎng)成，優(yōu)化了考核方式，降低了實訓教學的成本和風險。相信隨著VR技術的不斷成熟與發(fā)展，VR技術在新能源汽車專業(yè)教育教學中的應用將日趨完善。

參考文獻：

[1]孔超，申榮衛(wèi)，閻文兵等.中職院校新能源汽車專業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀調查研究[J].電子世界，2018（14）.

[2]王雪萍.中職學校新能源汽車技能人才培養(yǎng)研究[J].科技展望，2015（23）.

（作者單位：天津職業(yè)技術師范大學）