技术在新能源汽车专业教学中的应用与研究

　　摘要：新能源汽车在实训教学中常常存在安全隐患多、技能训练成本高、教学演示困难等问题，而应用VR技术于新能源汽车专业教学将极大地避免这些问题的产生，本文从分析VR技术在实际中的应用入手，进一步对VR技术在新能源汽车专业教学中的具体应用展开分析。
　　关键词：VR技术新能源汽车专业教学
　　课题：本文系天津市虚拟仿真实验教学建设项目基于VR的《新能源汽车故障诊断技术》课程实验项目，天津职业技术师范大学课程教学改革专项（项目编号：15101XJJW1937）研究成果。
　　一、研究背景
　　针对能源与生态环境问题的增多，国家五位一体发展战略着重强调生态文明建设的重要性，国家对新能源汽车产业在政策上予以大力扶持，把新能源汽车产业列为国家七大战略新兴产业，中央和各级地方政府也相应地出台了各类优惠扶持政策。但新能源汽车产业的蓬勃发展面临着严峻的考验：新能源汽车相关维修专业人才的紧缺。据有关报告披露的数据，预计到2020年，新能源汽车产业维修专业人才的缺口达到68万人次，人才培养迫在眉睫。但新能源汽车的维修与传统汽车维修有着极大的差异，以纯电动汽车为例，其结构与工作原理完全不同，动力总成主要由高压电控总成、动力电池与驱动电机等组成，在对纯电动汽车进行维修作业时，操作稍有不当，极容易发生高压触电的危险，危及维修作业人员的生命。
　　二、VR技术的概念
　　VirtualReality即虚拟现实，简称VR。20世纪80年代由美国VPL创始人JaronLanier率先提出。虚拟现实所建立的虚拟环境是由通过真实数据进行数字建模并组合而成，建立符合工程项目设计标准和要求的虚拟场景，真实再现规划项目。
　　三、VR技术国内外研究综述
　　我国VR技术同国外发达国家相比，起步晚，存在一定的差距，但目前国家有关部门和相关科研人员高度重视VR技术的研究，把VR技术研究列入了国家自然科学基金委、国家高技术研究发展计划等国家级战略发展研究项目。清华大学对虚拟环境的沉浸感和真实感等方面进行了研究；北京航空航天大学开发了用于飞行员的虚拟现实系统，适用于飞行员的教学及训练。
　　20世纪90年代，VR技术最早被美国应用于军事与航天领域，用VR技术模拟作战时的环境，用于军人的战备以及训练；美国的北卡罗来纳大学主要研究外科手术方面的VR系统；麻省理工大学主要致力于VR技术基础研究；日本在虚拟现实游戏方面的研究也处于世界领先水平。
　　四、VR技术在新能源汽车专业教学中的应用
　　纵观国内外发展研究，VR技术主要应用于军事、医疗、游戏娱乐等领域，而将VR技术应用于教育行业的研究少之又少。随着VR技术的不断发展，我们需要创新性地将VR技术与新能源汽车的专业教学相融合，创造性地提出理、虚、实一体化的教学模式，设计研发出一套基于工作过程的新能源汽车VR教学系统。
　　1。新能源汽车VR教学系统
　　新能源汽车VR教学系统主要包括新能源汽车结构认知、新能源汽车工作原理、新能源汽车性能测试以及新能源汽车技能训练四类项目，各项目分别与新能源汽车的核心课程进行精准对接。
　　新能源汽车结构认知项目主要是通过爆炸图的方式对整车的构造、关键总成以及零部件的认知问题予以解决，用户能够通过教学系统对观察对象进行交互认知，以行动为导向引导学生制订计划，使学生通过学习具有认知纯电动汽车的结构与组成，正确使用新能源汽车个人及车间防护用品，学会新能源汽车触电、火灾事故等急救处理的能力等。
　　新能源汽车工作原理项目主要是展示各系统或各零部件在汽车行驶中的工作原理，如：减速时能量的流动情况等。工作原理的展示可以360度全方位地观看。
　　新能源汽车性能测试主要是对车辆的各工况下的性能进行测试，学生通过教学系统与实验车辆进行交互操作，通过做实验的方式展示车辆的使用性能，如：电机超速实验等。
　　新能源汽车技能训练项目主要是通过教学系统，使学生在虚拟的环境中对零部件的拆装、各总成的更换、维护保养以及检测检查等项目进行交互式操作拆装训练，技能训练分为三种模式：示教模式、自由探索模式和考核模式。
　　在示教模式中，学生在虚拟教学环境中，根据机器人的引导按照规范标准的操作步骤反复进行技能训练，当操作出现错误时，机器人会及时提醒并纠正错误操作。技能训练主要包括纯电动汽车电池及电池管理系统的拆装与检测、纯电动汽车电机及传动系统拆装与检测等。
　　在考核模式中，学生像在真实环境中一样操作设备，考核的过程实际上就是在虚拟教学环境中对正确规范的操作流程的真实再现，虚拟教学环境中的操作流程与最终的考核结果可以进行储存、处理以及重复循环播放。
　　2。新能源汽车VR教学系统的优点
　　（1）新能源汽车拥有高压系统。极有可能因操作不规范而触电，引发人身伤亡事故。新能源汽车VR教学系统能够在虚拟的空间中模拟再现真实的高压值，并且没有任何限制，任何年龄段的学生都可以在这个系统里进行模拟训练。通过在虚拟教学环境中的模拟训练，能够引导学生按照相应工作岗位要求的规范标准流程进行操作，在避免人身伤亡事故的情况下，训练学生的操作规范性。
　　（2）新能源汽车各系统在工作过程及控制策略方面更加复杂、抽象。如果利用常规的教学手段和教学方法，无法让学生更快、更扎实地掌握这方面的知识。通过新能源汽车VR教学系统，学生能够在虚拟的教学环境中更加真实地观察到各个工况下各系统的工作过程及控制原理。
　　（3）在考核模式中，系统随机抽取考核题目，教师可以实时监控学生的操作行为。从而对学生的技能掌握情况进行考评，系统能够提示学生操作的不规范之处，并根据学生操作的准确度和速度进行评分。
　　（4）实训车间是新能源汽车专业的必备硬件设施，若干专业教学的实施都必须在专业的实训场地中进行，随着国家不断深化对职业教育的改革，职业院校对实训场地建设的投入也越来越大，但新能源汽车专业实训车间专业要求高，建设周期长，且需要购买大量的专业教学仪器设备，后期教学仪器设备的维护保养也需要不断地进行资金投入，这显然增加了学校的财政压力。但是利用VR教学系统塑造一个与真实环境几乎完全无差别的虚拟工作现场，因虚拟实训车间以及专业教学仪器设备都是由计算机建模仿真制作而成，无须对其进行维护与保养，若有其他要求，可以直接在计算机上进行修改或添加，学生可以通过系统随时随地地进行技能训练，打破了空间的限制，节约了时间，大大降低了教学成本。
　　（5）与枯燥无聊的实操技能训练相比，VR教学系统可以根据教学目标的不同，构建不同的虚拟教学情境，能够更有效地促进知识的表达，构建一个非常优良的学习环境。学生可以身临其境、沉浸其中，可以做到真正的做中学，学中做，增加学习内容的形象性和趣味性，让教育教学寓教于乐，有效激发学生的学习兴趣。
　　五、小结
　　VR技术在新能源汽车专业教学中的应用，提高了教育教学的信息化水平，推动了汽车专业教学模式的改革，增加了专业教学的深度和广度，提高了學生参与到其中的兴趣与学习的效率，有利于学生职业能力的提升和职业素质的养成，优化了考核方式，降低了实训教学的成本和风险。相信随着VR技术的不断成熟与发展，VR技术在新能源汽车专业教育教学中的应用将日趋完善。
　　参考文献：
　　〔1〕孔超，申荣卫，阎文兵等。中职院校新能源汽车专业发展现状调查研究〔J〕。电子世界，2018（14）。
　　〔2〕王雪萍。中职学校新能源汽车技能人才培养研究〔J〕。科技展望，2015（23）。