林惠彬

（福建省廈門工商旅游學校 汽車部，福建 廈門 361024）

1 引言

虛擬實境（virtual reality），簡稱VR 技術，也稱靈境技術或人工環(huán)境，是利用電腦模擬產生一個三度空間的虛擬世界，提供使用者關于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身歷其境一般，及時、沒有限制地觀察三度空間內的事物。

相對現(xiàn)有其他技術，虛擬現(xiàn)實的沉浸性和交互性具備以下特性：浸沒感（immersion）又稱臨場感，指用戶感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實程度；交互性（interactivity），指用戶對模擬環(huán)境內物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度（包括實時性）；構想性（imagination）強調虛擬現(xiàn)實技術應具有廣闊的可想像空間，可拓寬人類認知范圍，不僅可再現(xiàn)真實存在的環(huán)境，也可以隨意構想客觀不存在的甚至是不可能發(fā)生的環(huán)境。[1]

隨著VR 技術近幾年來迅速發(fā)展，在諸多領域得以運用，在教育領域VR 技術同樣有潛力成為標準工具，將給教學方式帶來革命，目前有不少學校與企業(yè)正在嘗試關于VR+教育的構想和實現(xiàn)，利用虛擬現(xiàn)實技術創(chuàng)建與現(xiàn)實類似的環(huán)境，或創(chuàng)設情境以形象生動地表現(xiàn)教學內容，模擬常規(guī)教學手段難以完成的演示、操作技術、技巧，使復雜問題簡單化，為學生構建生動、逼真的“自主學習”學習環(huán)境；根據需要通過多種交互設備來駕馭環(huán)境、操作工具和操作對象，增加學習內容的形象性和趣味性，有效激發(fā)學生的學習興趣，促進學生更高效、更主動地理解、掌握知識和形成熟練的動作技能，滿足學習媒體的情景化及自然交互性的要求，讓教育真正做到寓教于樂。[2][3]

目前中職汽車專業(yè)實訓普遍存在以下困境：無法提供足夠多的實訓樣車供學生全員同步訓練，導致實訓效率低；演示觀摩效果受空間限制，相當部分學生無法詳細清楚觀察老師的操作規(guī)程及細節(jié)；無法提供各種故障樣本；由于出自安全問題考量一些危險因素較大的項目操作無法進行；實訓效果無法全員全面實時反饋；實車在實訓過程損耗及損害率高恢復難；耗材消耗大訓練成本高；多車長時間怠速運轉造成環(huán)境污染加劇；實訓車間創(chuàng)設場景與工作實際存在一定差距[4]。

基于以上考量，我們嘗試與相關企業(yè)合作開發(fā)VR 軟件，建設VR 實訓室，對VR 與實訓教學結合進行實質性探索。

2 開發(fā)

2.1 內容設計

經走訪調研汽車維修企業(yè)之后，結合先前實訓教學所遇到的困難瓶頸所在，綜合軟件開發(fā)企業(yè)技術可行性，我們選取汽車維修接待接車環(huán)車檢查環(huán)節(jié)為本次開發(fā)內容。汽車維修接待接車環(huán)節(jié)是維修接待崗位核心工作任務，而環(huán)車檢查又是該工作任務中最重要的環(huán)節(jié)，要求維修接待人員通過詳細的環(huán)車檢查發(fā)現(xiàn)判斷車輛的維護項目，然后向客戶推薦相應合理的維護作業(yè)項目；該部分內容在維修接待課程中是重點也是難點，先前的實訓中難于真正有效突破，問題聚焦以下幾點：①演示環(huán)節(jié)，特別是車內檢查環(huán)節(jié)受空間的限制，大部分難以細致觀摩，學生接受能力參差不齊，薄弱學生往往跟不上演示進度，造成學習的第一個環(huán)節(jié)便落伍，后續(xù)學習更無從入手；②車輛損壞或故障的再現(xiàn)難，現(xiàn)實中車輛損壞或故障繁多，所處位置不盡相同，故障再現(xiàn)、設置及恢復非常麻煩，引起的損耗也不容忽視；③環(huán)車檢查不能有所遺漏，但在目測檢查過程中，學生自己可能出現(xiàn)遺漏情況而并未發(fā)覺，老師難于判斷學生是否真正目測所有部位，教學效果反饋存在漏洞；④實訓車輛有限，每車次僅能提供一名學生進行，單次實訓時間至少20 分鐘，剩余相當部分學生只能在旁邊觀摩，造成實訓進度緩慢效率低下，考核階段該問題更是凸顯。故我們希望通過VR 構建模擬現(xiàn)實場景，提供學生反復練習以熟練掌握工作流程，特別是實現(xiàn)模擬各個部位各種損壞及故障形式，以突破該實訓教學的難點。

2.2 教學設計[5]

根據據實訓教學特點，將該VR 軟件分為演示版和實訓版兩大模塊，演示版每個步驟都有相應的提示，學生在觀摩完后進入實訓版測試，如果發(fā)現(xiàn)遺忘操作環(huán)節(jié)或測試不理想可以隨時退出測試版再度進入演示版學習，同時將流程分為十大模塊，可以根據個人實際學習效果選取薄弱部分進行加強學習；在測試完成后，系統(tǒng)自動統(tǒng)計反饋測試各環(huán)節(jié)得分情況，教師在后臺可以看到全班同學測試效果統(tǒng)計。

2.3 腳本設計

首先撰寫接車環(huán)節(jié)環(huán)車檢查腳本文案，再與軟件設計人員反復商榷技術可行性，比如現(xiàn)實操作過程中我們視線可以透過方向盤檢查儀表盤顯示，在VR 中會出現(xiàn)疊加情況，另外，我們設計可以在演示版中實現(xiàn)點擊故障燈則顯示故障燈提示的故障情況，故將儀表盤故障燈說明部分移出放置墻上；發(fā)動機艙部分管路可能出現(xiàn)干涉也做少量簡置。最后形成具體設計如表1（限于篇幅較長，局部略減）：

表1 汽車維修接待接車環(huán)車檢查流程

3 運用

進入界面之后，用戶可以通過右手柄扳機選擇確認進入演示模式或訓練模式（圖2、圖3）

圖2 手柄功能

圖3 進入界面

3.1 演示模式

進入演示模式后，選擇維修接待檢查流程下各環(huán)節(jié)模塊，點擊開始進入不同方位進行相應流程（圖4）。

圖4 維修接待檢查流程

圖5 與客戶交流

點擊客戶，實現(xiàn)與客戶語音交流（圖5），根據提示點擊藍色高亮的各部位進行檢查（圖6），需目測檢測方位視覺注視交互時長2 秒，系統(tǒng)自動識別視線并計時（圖7），將檢查結果填寫進接車檢查單（圖8）。

圖6 各方位檢查

圖7 目視檢查

圖8 接車單填寫

圖9 訓練成績表

3.2 訓練模式

進入訓練模式，全程無任何提示，操作者自行檢查操作、與客戶交流并填寫接車單。當訓練完成保存退出后，系統(tǒng)將對該次訓練進行統(tǒng)計分析形成表格，反饋訓練成績及具體得失分環(huán)節(jié)（圖9），教師端可以查閱所有學生成績及得失分布情況，以此分析發(fā)現(xiàn)薄弱點加以講解訓練鞏固（圖10）。

圖10 教師端成績表

4 運用效果

本教學內容實訓傳統(tǒng)為：樣車4 臺，每車提供4～5 名學生輪流訓練，用時4 課時，不能模擬各種損傷或故障，教師輪流到各組進行講解和指導，輪空組別需先行自學等待老師，時間浪費大，課堂秩序難以保證，教學效率低下，教師無法兼顧監(jiān)測學生實際訓練情況，加上全程測試每人次用時15 分鐘，以30 人一班為例，大概需要10 課時，且部分目測應檢部位教師只能通過學生唱檢判斷，學生實際掌握情況反饋并不全面。

運用VR 實訓情況如下：隨機選取24 名學生為樣本進行試用，測試反饋結果如下：（1）100%學生接納通過VR 形式學習該部分內容，認同優(yōu)勢在于：該學習方式新穎有趣，互動性強，學習過程能保持注意力集中，學習效率高，個人有效學習時間增加，可根據自己實際掌握情況進行反復觀摩學習和練習，可以觀測到原先無法模擬的多種故障形式；（2）對于教師而言，大部分學生可根據提示自行完成學習過程，教師只需指導個別薄弱學生，教師實訓工作強度下降而教學有效性提升；3、完成本教學內容實際學習加測試時間為2 課時90 分鐘，平均測試成績78.125。對比原有實訓教學，效率及效果明顯得以提升。

5 總結

經過本次課程的的開發(fā)和試用。筆者認為VR 運用在汽車專業(yè)實際操作較之前的實訓，效果顯著，彌補了先前單純實操訓練的諸多不足。給出以下建議供后來者參考：教學內容的選取應注意：鑒于目前VR 開發(fā)成本仍較高，腳本設計撰寫工作量較大，建議只選取其他信息技術難于突破的教學難點進行VR 軟件開發(fā)；攤低成本另外一個辦法就是不同院校相同專業(yè)進行資源共享；公共科目由于使用者較多，企業(yè)愿意進行開發(fā)，這種情況下，成本必然不斷降低。

開發(fā)過程中，與軟件工程師的溝通非常重要，在根據教學需要撰寫完腳本后，要向軟件工程師準確傳遞專業(yè)訴求，教學設計意圖，希望達到的效果，詳盡細化成如：各環(huán)節(jié)、所處位置、所述語言、具體動作、產生效果、涉及物品、視角位置等。界面設計應從學生角度出發(fā)，界面提示導向明確友好，以實現(xiàn)易操作和良好的交互性。

受VR 軟硬件技術發(fā)展的制約，首先，無法實現(xiàn)完全仿真的情境，使用者在改變方位時定位后滯或不準問題可能存在； 其次，定位器光信號干涉問題解決應在實訓室建設時留置足夠大的單機占地面積，或者向硬件供應商加購定位服務，另外，使用者位移空間互相干擾現(xiàn)象也必須通過留置足夠大的單機位置來解決。

初次接觸VR 的使用者會受不熟悉手柄功能使用的制約，一定程度是干擾學習進度，需要熟悉一段時間后，操作進展便會不斷改善。

將課程內容與VR 有效結合，提供學生自主學習平臺，非常適用于翻轉課堂教學，滿足好課堂的要求：

有趣：中職校往往存在老師教得苦學生不愿學問題，應用VR 技術創(chuàng)造了形象直觀的交互式的學習環(huán)境，類似游戲的學習工具使課堂教學變得富有吸引力，激勵學生的主動性，讓學生處于主動探究，主動進取的狀態(tài)。

互動與參與：采用虛擬現(xiàn)實技術構建WEB 三維世界，與二維的網絡課程相比情境更逼真、吸引力更強，良好的交互性和沉浸感促使學生愿意去獲取知識技能、培養(yǎng)能力、發(fā)展智力。

有效：①有效教學指通過教師在一段時間的教學后，學生是否有所收獲或學習效果好壞，獲得哪些具體進步或發(fā)展；在VR 強沉浸感和交互性的學習環(huán)境中，學生通過相應流程操作才可進入下一環(huán)節(jié)，促使學習效果大大高于常規(guī)實訓模式。②職業(yè)教育的實踐實訓教學量大設備投入，多但資金有限，必須考量投入產出比有效率，在上一定量后，VR 教學在節(jié)約成本及耗材的優(yōu)勢無疑盡顯。③VR 教學通過大數(shù)據實現(xiàn)及時全面的教學評價貫穿整個教學過程，學生可以查找自己缺漏點及時彌補不足，根據個人情況反復練習補缺補漏，教師也可以及時全面了解每次實訓的效果，進行進一步的鞏固提高。

高效：由于受安全問題、實訓設備數(shù)量、師資數(shù)量的限制較小，大數(shù)據的運用都有效提升實訓效率。

隨著VR 技術不斷發(fā)展，相信VR+教育在不遠將來會成為信息化教學的主流方式，幫助教師更好的完成教，學生更有興趣更高效的學。