基于混合現(xiàn)實技術(shù)的高職新能源汽車技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)模式

吳剛

摘 要：本文從三個方面來進行綜合分析，首先對混合現(xiàn)實技術(shù)的概念和當(dāng)前教育不足進行綜合說明，混合現(xiàn)實技術(shù)（MR）是虛擬現(xiàn)實（VR）和增強現(xiàn)實（AR）技術(shù)的結(jié)合，是將現(xiàn)實與虛擬融為一體的未來計算機技術(shù)，高職本就是培養(yǎng)應(yīng)用型人才的地方，非常重視知識的實踐性和應(yīng)用型，而新能源汽車技術(shù)專業(yè)也是實踐性非常強的課程，基于混合現(xiàn)實技術(shù)，對教育進行創(chuàng)新，有著非常積極的現(xiàn)實意義。其次圍繞混合現(xiàn)實技術(shù)，來分析構(gòu)建新能源汽車技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)模式，將從制定課程教學(xué)標準，搭建全息教學(xué)平臺，創(chuàng)建教學(xué)資源，探討新的教學(xué)設(shè)計、教學(xué)手段和教學(xué)方法等多方面來分析系統(tǒng)化的人才培養(yǎng)模式，對人才培養(yǎng)模式的方方面面都進行說明，旨在創(chuàng)造一整套基于混合現(xiàn)實技術(shù)的教育模式，使文章具有更強的參考價值，能直接為其他專業(yè)教育改革提供借鑒。最后說一說基于混合現(xiàn)實技術(shù)的育人模式改革的優(yōu)勢和難點，優(yōu)勢自然是能夠強化實訓(xùn)教學(xué)，解決實訓(xùn)設(shè)備不足的問題，而難點則在于混合現(xiàn)實技術(shù)還處于初步階段，混合現(xiàn)實技術(shù)設(shè)備造價昂貴、基于混合現(xiàn)實技術(shù)的教育資源開發(fā)并不容易。

關(guān)鍵詞：高職院校 新能源汽車技術(shù)專業(yè) 混合現(xiàn)實技術(shù) 人才培養(yǎng)模式

Abstract：This paper conducts a comprehensive analysis from three aspects. First， it comprehensively explains the concept of mixed reality technology and the current educational deficiencies. Mixed reality technology （MR） is a combination of virtual reality （VR） and augmented reality （AR） technology. In the future computer technology that integrates reality and virtuality， higher vocational education is the place to cultivate applied talents， attaching great importance to the practicality and application of knowledge， and the new energy vehicle technology major is also a very practical course， based on mixed reality. Technology， innovation in education， has very positive practical significance. Secondly， around the mixed reality technology， we will analyze and construct the talent training model for new energy vehicle technology professionals. We will analyze from the formulation of curriculum teaching standards， the construction of holographic teaching platforms， the creation of teaching resources， and the discussion of new teaching design， teaching methods and teaching methods. The systematic talent training model explains all aspects of the talent training model， aiming to create a complete set of education models based on mixed reality technology， so that the article has a stronger reference value and can directly provide reference for other professional education reforms. Finally， lets talk about the advantages and difficulties of the reform of the education model based on mixed reality technology. The advantage is naturally that it can strengthen the training teaching and solve the problem of insufficient training equipment， but the difficulty is that the mixed reality technology is still in the preliminary stage. Equipment is expensive and the development of educational resources based on mixed reality technology is not easy.

Key words：higher vocational colleges， new energy vehicle technology major， mixed reality technology， talent training model

1 引言

高職院校培養(yǎng)應(yīng)用型人才的意義重大，新能源汽車技術(shù)也是社會未來發(fā)展的重點方向，該專業(yè)主要培養(yǎng)學(xué)生能夠?qū)π履茉雌嚨哪M高壓電器系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)原理有深入地了解，具備較強的實踐操作能力，能夠熟練進行組裝、維護等操作，那么在信息技術(shù)飛速發(fā)展的今天，嘗試著將混合現(xiàn)實技術(shù)融入到教學(xué)中，力爭讓學(xué)生在三維環(huán)境中完成低壓電控系統(tǒng)、高壓電器系統(tǒng)、動力系統(tǒng)等實訓(xùn)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，從而增加他們的理論認知以及實踐能力，意義重大。

2 現(xiàn)實混合技術(shù)的概念以及現(xiàn)有教學(xué)不足

2.1 現(xiàn)實混合技術(shù)（MR）

現(xiàn)實混合技術(shù)（MR）可以看作是虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）和增強現(xiàn)實技術(shù)（AR）的結(jié)合，虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）簡單來說就是構(gòu)建一個純虛擬的數(shù)字畫面，用戶戴上特殊的電子道具，可以看到虛擬的世界;而增強現(xiàn)實技術(shù)（AR）簡單來說是在現(xiàn)實的環(huán)境中，增加一些虛擬的畫面，將這些虛擬的畫面簡單疊加在現(xiàn)實環(huán)境中;而混合現(xiàn)實技術(shù)（MR）則是將虛擬和現(xiàn)實融為一體，在虛擬世界、現(xiàn)實世界和用戶之間搭起一個交互反饋的信息回路，先把看到的現(xiàn)實環(huán)境采集到眼鏡里，進行加工處理，然后通過電子設(shè)備呈現(xiàn)出來，看到的仍然是現(xiàn)實，但是是經(jīng)過了處理和混合的現(xiàn)實[1]。

2.2 現(xiàn)有教學(xué)不足

在當(dāng)前教育中，存在著很多不足，主要表現(xiàn)在：1.學(xué)生興趣不足：相比于理論教學(xué)，學(xué)生對于實踐教學(xué)往往更感興趣，而現(xiàn)在新能源汽車技術(shù)專業(yè)教學(xué)卻偏向于理論教學(xué)，再加上新能源汽車技術(shù)專業(yè)知識非常繁復(fù)、細節(jié)較多，導(dǎo)致學(xué)生興趣不足，積極性和主動性不太好，學(xué)習(xí)效果一般;2.教學(xué)方法單一：傳統(tǒng)教學(xué)存在限制，教學(xué)課時、教學(xué)工具、教學(xué)思維等影響下，存在著教學(xué)方法單一的問題，在新能源汽車技術(shù)專業(yè)知識教學(xué)中缺乏創(chuàng)新，生搬硬套，缺乏新的教育改革刺激點;3.實踐教學(xué)資源不足：新能源汽車技術(shù)專業(yè)教學(xué)中存在著實踐資源不足的問題，資金有限，實驗室面積小，實踐工具少，再加上高職院校學(xué)制短、新能源汽車技術(shù)專業(yè)課程繁多的特點，這就導(dǎo)致學(xué)生得不到實踐機會，實際操作能力無法發(fā)展[2]。

而混合現(xiàn)實技術(shù)（MR）應(yīng)用價值是符合高職院校育人特點以及新能源汽車技術(shù)專業(yè)教育特點的，高職院校本就是培養(yǎng)應(yīng)用型人才的地方，新能源汽車技術(shù)專業(yè)也是實踐性很強的課程。結(jié)合現(xiàn)有教育不足以及混合現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用，能夠解決教學(xué)過程中普遍存在的實訓(xùn)設(shè)備不足、教學(xué)手段單一等問題，基于混合現(xiàn)實技術(shù)，對教育進行創(chuàng)新，有著非常積極的現(xiàn)實意義。

3 人才培養(yǎng)模式分析

3.1 混合現(xiàn)實技術(shù)平臺建設(shè)

基于混合現(xiàn)實技術(shù)，搭建基于混合現(xiàn)實技術(shù)的教育平臺，這個平臺應(yīng)該是現(xiàn)實和虛擬的結(jié)合。對于現(xiàn)實平臺和學(xué)校來說，最重要的是加強實踐資源投入，與上文問題對應(yīng)起來分析，以高職院校育人特點以及新能源汽車技術(shù)專業(yè)教學(xué)特點為導(dǎo)向，力爭讓學(xué)生在實踐中學(xué)習(xí)，在實踐中融會貫通理論知識，教學(xué)效果會更好，學(xué)校加大投入力度，積極配置實訓(xùn)基地、實踐操作室、實踐器材等，比如建設(shè)標準化的新能源汽車結(jié)構(gòu)展覽室，配備新能源汽車的高壓電器系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)，致力于完善實踐教學(xué)課程，根據(jù)混合現(xiàn)實平臺特點和教學(xué)規(guī)模進行實訓(xùn)室的改造，為后期設(shè)備入駐和教學(xué)開展做好場地準備，致力于提升學(xué)生的實踐操作效果。對于虛擬平臺來說，主要難點是創(chuàng)造獨特的MR三維技術(shù)空間，構(gòu)建接近真實的虛擬化場景[3]。

3.2 虛擬教學(xué)資源配置

除此之外，難點還在于虛擬教學(xué)資源配置。構(gòu)建混合現(xiàn)實技術(shù)教學(xué)，目的就是解決現(xiàn)實環(huán)境中教育資源的不足，利用虛擬資源來補充，將兩者完美融合在一起，給學(xué)生更好的觀看體驗，那么怎么構(gòu)建虛擬教學(xué)資源呢？實地考察新能源汽車技術(shù)，了解行業(yè)對于人才技能及素養(yǎng)要求，特別是對模擬高壓電器系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理的操作任務(wù)要求，利用虛擬模擬技術(shù)，這就涉及到VR全景制作技術(shù)，目前制作軟件有Adobe? Lightroom Classic，Photomatix，PTGui，PTGui Viewer，pano2vr，Adobe Photoshop等軟件，根據(jù)需求進行實景拍攝，后期處理輸出全景視頻或全景圖，代碼實現(xiàn)交互邏輯輸出可交互的VR內(nèi)容，最后將教學(xué)資源嵌入到混合現(xiàn)實技術(shù)平臺上[4]。制作虛擬教學(xué)資源并不是一件容易的事情，需要精細的計算機技術(shù)來支撐，當(dāng)然也需要政策的引領(lǐng)，需要大量的資金支持，制作成虛擬教學(xué)資源上傳到混合現(xiàn)實技術(shù)平臺上，多方面教育資源在這個混合現(xiàn)實技術(shù)平臺上進行整合，不斷優(yōu)化虛擬模擬技術(shù)，實現(xiàn)虛擬教學(xué)資源的共享，教師可以在這個平臺上獲取教學(xué)資源，進行精準備課，而學(xué)生也可以在這個平臺上獲取教學(xué)資源，方便課余時間精進學(xué)習(xí)。

3.3 教學(xué)課程設(shè)計

教學(xué)課程設(shè)計主要在于革新教材內(nèi)容，創(chuàng)新MR教學(xué)新教材。對于新能源汽車技術(shù)專業(yè)的教學(xué)內(nèi)容進行一定的創(chuàng)新，一方面是隨著時代的發(fā)展和專業(yè)知識的更新，新能源汽車技術(shù)在不斷革新，教材隨之革新[5]，一方面是基于混合現(xiàn)實技術(shù)，結(jié)合學(xué)?，F(xiàn)有新能源汽車技術(shù)教育特點，思考不足之處，嘗試著將虛擬教育內(nèi)容作為現(xiàn)有教育內(nèi)容的補充，從而對所用教材進行重新修訂，增加一些全新的教學(xué)內(nèi)容，一方面是結(jié)合混合現(xiàn)實技術(shù)的特點，它能夠極大地增強視覺效應(yīng)，提升知識的直觀辨析程度，那么根據(jù)這一特點，對教材進行改革，給學(xué)生展示更為開放和具有新意的教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生在其中把握好對于新能源汽車技術(shù)的認識。

3.4 制定教學(xué)標準以及教學(xué)評價

要重新制定新能源汽車技術(shù)課程教學(xué)標準，包括課程學(xué)習(xí)標準、平臺實訓(xùn)標準、平臺考核標準等等，把握好混合現(xiàn)實技術(shù)的特點，混合現(xiàn)實技術(shù)具有更強的教學(xué)能力，讓學(xué)習(xí)者能夠置身于更加生動的學(xué)習(xí)場景中，在全息教學(xué)模式下，通過對新能源汽車電池系統(tǒng)、混合動力系統(tǒng)等系統(tǒng)建立三維模型，從原理、操作等方面構(gòu)建學(xué)習(xí)體系，根據(jù)實際學(xué)習(xí)情況來制定課程教學(xué)標準。課程教學(xué)標準與課程教學(xué)評價結(jié)合在一起，在新能源汽車技術(shù)的設(shè)計和應(yīng)用中考查學(xué)生的知識掌握情況，引導(dǎo)學(xué)生將理論和實踐并重，并且應(yīng)該根據(jù)混合虛擬技術(shù)教育的特點，對教學(xué)評價體系進行重新審視，在此過程中將理論教學(xué)和技能教學(xué)融合性培養(yǎng)，使學(xué)生的學(xué)習(xí)能夠得到全面均衡，以提升學(xué)生理論和實際能力為核心目的，通過教學(xué)評價再不斷優(yōu)化混合現(xiàn)實技術(shù)教學(xué)標準[6]。

3.5 新的教學(xué)方法

（1）混合現(xiàn)實技術(shù)展示教學(xué)：利用MR技術(shù)把新能源汽車技術(shù)專業(yè)的教學(xué)知識點，在虛擬的環(huán)境中展示和演示出來，使學(xué)生能夠簡單，直觀，方便地學(xué)習(xí)新能源汽車技術(shù)相關(guān)原理等知識，并且能夠在MR環(huán)境中，對模擬高壓電器系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理進行全方位的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以自由選擇，對重點項目還可以深入觀看，比如在“離合器特征”、“壓縮機拆裝”等教學(xué)中，在三維立體環(huán)境中進行反復(fù)觀看，學(xué)生的理解也會更加深刻。另外，學(xué)生可以采用手勢、語音、體感等對虛擬元素進行互動，在沉浸式、高保真的混合現(xiàn)實世界中觀摩新能源汽車的結(jié)構(gòu)，鍛煉學(xué)生的理論知識理解能力[7]。

（2）虛擬現(xiàn)實元素結(jié)合：虛擬現(xiàn)實的元素結(jié)合，可以構(gòu)建更加靈活、更具有創(chuàng)造性的教學(xué)課堂。比如可以實現(xiàn)遠程虛擬指導(dǎo)的方式，學(xué)生身處于現(xiàn)實學(xué)校實訓(xùn)室或課堂，佩戴MR電子道具，專家身處于工廠，一鍵聯(lián)動，生成遠程專家模擬影像和相應(yīng)的新能源汽車技術(shù)，可將新能源汽車技術(shù)的實際操作全方位地展示給學(xué)生，學(xué)生可以調(diào)節(jié)觀看位置角度。比如可以實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實模擬，共建虛擬現(xiàn)實場景，將學(xué)生和老師拉進場景中，通過MR技術(shù)來展開教學(xué)、實踐、考察相結(jié)合。

（3）進行虛擬實踐模擬：實踐是非常重要的，以高職院校育人特點以及新能源汽車技術(shù)專業(yè)育人模式特點為導(dǎo)向，加大實踐模擬教學(xué)，教師對學(xué)生講授得再多，也比不上學(xué)生親自動手實踐一次。學(xué)生在練習(xí)、操作的過程中，發(fā)現(xiàn)不管理論知識學(xué)得再好，在實際應(yīng)用中仍會出現(xiàn)各種各樣的問題，只有出現(xiàn)的問題越多，解決的問題越多，以后步入社會走上崗位才不會出現(xiàn)問題。而基于混合現(xiàn)實技術(shù)（MR），可以構(gòu)建虛擬實踐模擬，現(xiàn)實環(huán)境并沒有完善的實踐設(shè)備，但學(xué)生帶上混合現(xiàn)實設(shè)備，仿佛置身于工廠生產(chǎn)線上，親自“動手”參與新能源汽車的組裝或者拆卸，MR技術(shù)的應(yīng)用，帶給學(xué)生接近真實環(huán)境的實踐演練的機會，能夠減少實踐培訓(xùn)成本，縮短培訓(xùn)周期[8]。

3.6 新的教學(xué)體系設(shè)計

基于混合現(xiàn)實技術(shù)（MR），可以推動新的教學(xué)理念和教學(xué)方法落地，普及項目教學(xué)、案例教學(xué)、情境教學(xué)、模塊化教學(xué)等教學(xué)方式，廣泛運用啟發(fā)式、探究式、討論式、參與式等教學(xué)方法，推進翻轉(zhuǎn)課堂、混合式教學(xué)、理實一體教學(xué)等新型教學(xué)模式，形成新的、全面的混合現(xiàn)實技術(shù)教學(xué)體系。比如案例教學(xué)法，通過虛擬現(xiàn)實環(huán)境，給學(xué)生展示接近于真實場景的學(xué)習(xí)環(huán)境，觀看真實案例;比如項目教學(xué)法，在虛擬現(xiàn)實環(huán)境下，給學(xué)生設(shè)定新能源汽車的項目任務(wù);比如提供有問題的汽車，讓學(xué)生聽、看、聞、觸等感官全面發(fā)動，分析判斷汽車的問題，進行維修解決。

4 混合現(xiàn)實技術(shù)的優(yōu)勢和問題

4.1 優(yōu)點

（1）直觀生動展示：混合現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用，就是在解決教學(xué)過程中普遍存在的實訓(xùn)設(shè)備不足、教學(xué)手段單一等問題。它的應(yīng)用，能夠讓教學(xué)展示變得更加生動且直觀，利用MR技術(shù)把新能源汽車技術(shù)專業(yè)的教學(xué)知識點，在虛擬的環(huán)境中展現(xiàn)和演示出來，使學(xué)生能夠簡單、直觀、方便地學(xué)習(xí)新能源汽車技術(shù)相關(guān)原理等知識，并且能夠在MR環(huán)境中，對模擬高壓電器系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理進行全方位的學(xué)習(xí)，這樣的仿真模擬功能能夠讓學(xué)生置身于接近真實的環(huán)境中，去真聽真看真聞?wù)嬗|碰，真實感受新能源汽車技術(shù)[9]。

（2）補充現(xiàn)實環(huán)境的不足：混合現(xiàn)實技術(shù)能夠用來彌補現(xiàn)實環(huán)境的不足，對于新能源汽車技術(shù)專業(yè)教學(xué)來說，就是學(xué)校難以給學(xué)生提供完善的實訓(xùn)機會，那么可以讓學(xué)生在虛擬場景中去進行學(xué)習(xí)。

（3）激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣：混合現(xiàn)實技術(shù)支持下的教學(xué)，展現(xiàn)的是一個絢麗多彩的世界，仿佛讓學(xué)生置身于奇幻科學(xué)大片中，試想一下，如果將電影中才會有的混合現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用在教育中，它不僅能夠清晰直觀的傳輸知識，更能夠極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

4.2 學(xué)校方面的難點

（1）技術(shù)還不成熟：混合現(xiàn)實技術(shù)（MR）和虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）和增強現(xiàn)實技術(shù)（AR）有著本質(zhì)上的不同，它與半虛擬半真實的增強現(xiàn)實技術(shù)（AR）有些相似，都是在物理環(huán)境中添加虛擬物體，如今AR技術(shù)都不完善，一般的AR場景只需要做到虛擬信息的添加即可，MR強調(diào)的是虛實融合，所以實現(xiàn)MR效果必須有虛實物體的融合，技術(shù)更是處于初級階段。另外，AR和MR都很難解決視覺眩暈的問題，還需要等未來技術(shù)發(fā)展成熟才能解決。

（2）使用費用較高：一者在混合現(xiàn)實設(shè)備，目前設(shè)備硬件是HMD頭戴顯示器/眼鏡，使用光波導(dǎo)技術(shù)3d成像，具備AR的基本功能，比如帶SLAM的motion tracking（運動追蹤），相比手機AR只能識別平面，MR具備TOF深度檢測能力，可以識別復(fù)雜地形、障礙物并進行地形建模，綜合下來設(shè)備屬性強大，但造價昂貴，很難全面鋪開。一者是虛擬教學(xué)資源的創(chuàng)設(shè)，對于混合現(xiàn)實技術(shù)來說，既有現(xiàn)實的部分，也有虛擬教學(xué)的部分，但是虛擬教學(xué)資源的配置并不容易，所需要投入海量的費用來進行編譯[10]。

5 結(jié)語

總的來說，信息化技術(shù)教學(xué)是教學(xué)重點突破方向，混合現(xiàn)實技術(shù)（MR）是未來信息技術(shù)的概念，混合現(xiàn)實技術(shù)既有其應(yīng)用的優(yōu)勢，同樣在推動落實的途徑中也存在著不少難點。目前混合現(xiàn)實技術(shù)還處于初級階段，但是早做準備，設(shè)計基于混合現(xiàn)實技術(shù)的系統(tǒng)化育人模式，具有積極意義。

注：本文系“科創(chuàng)融教”職業(yè)教育改革創(chuàng)新課題：MR（混合現(xiàn)實）技術(shù)在新能源汽車技術(shù)專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用研究（課題編號：HBKC217138）階段性成果。

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