MR技术应用于汽车实训教学的思考

贾会星,朱 烨

（滁州职业技术学院，安徽 滁州 239000）

近年来，私家车已经进入了家庭，社会上对汽车专业人才的需求量很大，高校汽车专业也成了热门专业，但汽车专业毕业生在社会上的认可度并不高，很多汽车服务企业一方面缺少汽车服务技术人员，一方面又对高校培养的汽车专业学生动手实践技能颇有微词，主要在于汽车专业学生动手实践技能的培养达不到汽车服务企业的要求，造成以上现象的主要原因是高校汽车专业实训教学效果不佳。

1 高校汽车专业实训教学效果不佳的原因分析

根据笔者多年的教学经验，很多高校汽车专业实训教学效果不佳的主要原因表现为以下几个方面。

1.1 汽车实训教学设备更新快，保养难度大

汽车技术的发展日新月异，每年都有新的车型，如果每年都进行设备更新，需要扩建场地，同时增加了设备保养的难度；不更新设备，实训教学只能成为介绍理论知识的演示教具，而无法达到与时俱进的实训效果。

1.2 汽车实训教师不足，教学效果不佳

根据社会的需求，高校汽车专业为了提升教学效果，大幅度提升了实训教学的比重，在实训教学中，学生需要操作设备，存在设备操作规范性问题，无法像理论课教学那样采用大班教学。即使将班级学生分成小组，进行分组教学，实训老师也仅能兼顾1～2组学生，很难做到一对多教学，同时由于课堂教学时间有限，难以全面覆盖，仅能保证少数学生达到实训教学要求。

1.3 汽车实训环境不佳，存在安全隐患

汽车专业的实训教学中，对设备的操作有一定的安全隐患，特别是近几年随着新能源汽车的发展，带高压电的新能源汽车在实训环节中存在着巨大的安全隐患，使得老师在教学中需要更加谨慎，但这必然降低教学效率，同样数量的学生需要更多的老师去监督指导，导致汽车实训工作难以有效开展。

传统汽车实训教学仿真软件在很多高校汽车专业实训教学中已采用，主要应用方式为在电脑上利用仿真实训软件进行汽车实操训练，这种方式可以使一个老师指导很多学生进行软件仿真操作，而且又不存在实训操作中的安全隐患问题，但其实训效果无法达到实训要求，其结果是学生在电脑上操作纯熟，但在实际动手实操时仍手足无措，不知道该如何去操作。

2 MR技术应用于汽车实训教学的优势

近年来，我国计算机技术飞速发展，计算机的硬件计算能力及图像显示处理技术都得到了显著增强。基于计算机技术的虚拟现实（VR）、增强现实（AR）和混合现实（MR）技术也蓬勃发展，得到了广泛应用，在游戏、购物、设计等商业化领域显示出了强大的优势。

2.1 MR技术的优势

MR技术是在VR和AR基础上发展而来，较后两者更有优势，MR技术与VR、AR技术既有区别又有联系。就理论而言，MR技术可以将现实世界的对象与计算机生成的虚拟世界的对象进行融合，生成虚拟和现实难以区分的MR环境[1][2]。VR、AR 和MR 给学习者的视觉效果特点如表1所示。

表1 VR、AR和MR的视觉效果特点

由表1可以看出MR技术较VR、AR有着更大的优势[3]，若将MR技术运用于汽车实训教学，可以做到“以假乱真”的实训效果，而不用考虑设备损耗和操作中的安全隐患问题[4]。如果能将MR技术与汽车实训教学相结合，则可以有效提升汽车专业实训教学的效果，解决目前广大高校存在的汽车实训教学难的问题。

2.2 MR技术可以解决汽车实训教学效果不佳的难题

借助 MR 技术，可以使汽车实训教学具有多感觉参与的特点，并能达到突破时间和空间的局限性，使学习者达到完全沉浸于真实的学习环境中的效果，使其具有传统汽车实训教学难以具备的优势，并可解决传统汽车实训教学中存在的难题，主要体现在以下方面。

2.2.1 通过软件更新，解决教学设备更新及保养问题

MR技术应用于汽车实践教学后，对于每年出现的汽车新车型、新技术，只需要通过软件方面的更新，即可实时地增加新车型于教学资源库中，能轻易实现汽车技术与实训教学的同步。与新建传统汽车实训室相比，其速度更快，效率更高，同时可以有效解决扩建实训场地的难题，也不会因为增加了新车型而增加保养维护的成本与工作量，同时减轻了高校实训教学师资紧缺的压力。

2.2.2 一对多教学效果好，解决师资缺乏问题

MR技术应用于汽车实训教学后，利用电脑技术，在专用的MR情景教室中，一名实训教师即可轻松地演示汽车实训的操作内容，并且可以达到良好的教学效果；与传统汽车实训教学相比，在教学过程中，无需担心学生太多，围在外层的学生看不清、听不清的问题。利用MR技术进行汽车实训教学，理论上只要硬件设备足够，一个教师可以高质量完成对多个学生的教学，这样可以有效减轻高职院校汽车实训教师紧缺的难题[5]，可让优秀的实训教师充分发挥自己的专长，带更多的学生，让更多的学生去分享优秀教师的教学成果，可显著提升实训教学质量。

2.2.3 以假乱真的情景教学，解决实践教学环境及安全问题

传统汽车实训教学中，汽车排放的污染物，拆装中的机油，调试时的噪声等使其工作学习环境极其恶劣。高校汽车专业实训教师的短缺很大程度上也是因为教学环境恶劣，教学过程中安全隐患较大，导致很多老师对实训教学望而却步[6]；由于生活条件好了，一些学生也因为汽车实训教学环境差的原因对汽车实训内容学习兴趣不大。MR技术应用于汽车实践教学后，可让学生和老师体会到置身于生产现场般的真实感受，却完全不用担心环境和安全的问题，同时干净、整洁、舒适的学习环境也可使学生更能集中注意力去学习实操技能，以假乱真的实训环境更能激发学生的学习兴趣，从而使学生能主动参与汽车实训学习，提高学生对汽车实训内容学习的积极性。

2.3 MR技术应用于汽车实训教学的其他优势

2.3.1 变被动接受式教学为自主探索式教学，激发学生学习积极性

MR技术应用于汽车实训教学后，打破了传统的老师动手演示，学生必须按照老师规范操作演示去模仿学习的单向教学模式。可让汽车实训学习内容的外在动手操作的生动性与汽车内部结构原理的科学性紧密结合起来，使学生在现实与虚拟融合的环境中去学习。学生可以在混合现实的学习环境中去尝试多种不同的操作形式，体验不符合操作规范带来的结果，不用担心设备的损坏和人身的安全。有了这样的安全保障，学生可以自发创新去主动开展汽车实训学习内容，最大限度地从传统的“被动接受式”改变为“自主探索式”，从而激发学生的学习兴趣，也使得学生对汽车实训教学的学习内容记忆深刻，更好地提升了汽车实训内容的教学效果。

2.3.2 过程监测，实现云技术评价

对于传统汽车实训教学效果的评价很难，如何从传统实训操作考核结果中去分析实训教学中存在的短板，改进实训教学方式，提高教学质量，往往需要花很多精力去搜集教学反馈信息，而搜集的信息很难准确的反应被调查者的真实感想。MR技术应用于汽车实训教学后，学习效果的评估活动可以在MR技术支持的智能平台上进行；还可以通过该平台进行动态监视和实时记录实训和学习过程，并使用计算机附带的数据收集和大数据分析来深入研究学生的学习过程信息，以准确获取学生的学习效果，发现汽车实训教学的问题所在，并以此来改进汽车实训教学的方式方法，从而更好地提升汽车实训教学效果。这种全样本的数据采集，还可完整地保存学生个人学习档案，也可为学生实训考核成绩的评价提供更有说服力的依据。

2.3.3 可以模拟工作情境，创造实景教学

传统的实训教学，即使采用真实的汽车设备进行操作演示，也无法演示出其内部复杂的工作过程，汽车具体部件的工作原理的讲解演示也比较抽象，如汽车电子控制方面的技术，由于其较为抽象，在传统设备实训中，很难让学生理解抽象的电子控制方面的知识。在传统的汽车实训教学中，学生往往对机械部分结构及工作原理掌握较好，而对电控部分知识掌握效果不佳，究其原因主要汽车电控部分知识过于抽象，无法将其工作过程及原理形象地展现于学生眼前。而MR技术能做到虚拟环境和真实环境的无缝融合, 使真实环境和虚拟环境成为MR环境的连续体（其特点如图1所示）。

图1 MR环境的特点

在这种环境下，计算机可以将虚拟环境与真实环境融合在一起，使学习者难以区分真实场景和虚拟场景。运用MR技术于汽车电子控制技术教学时，学生可以形象地观察电子元器件的工作过程，理解其工作原理，可以通过电流的视角去观察整个电子控制系统的协同工作过程，进入到微观的世界。

对于汽车的维修或者保养实训教学，采用MR技术后，因为MR技术包括增强现实和增强虚拟现实，所以现实世界和虚拟世界的合并会创建一个新的可视MR环境。 在这种更具视觉感和趣味性的新型视觉MR环境中，学生能激发自己对汽车实操学习的新想法，带来更多的学习灵感，并可以无所顾忌地去实施操作，验证自己的想法，从而使他们的学习表现更加活跃，更加积极。

可见，如果将MR技术应用于汽车实训教学，可颠覆汽车传统实训教学方式，创造出新的汽车实训课程教学方式。

3 MR技术应用于汽车实训教学存在的问题

尽管MR技术功能强大，在教育领域有很大的优势，但其在教育领域的应用尚未成熟，特别是在汽车实训教学中应用较少。尽管国内已经有部分科研人员以及相关企业开发了一些支持汽车实训和教学的MR应用程序，但是在汽车实训和教学中广泛实施MR技术仍然存在许多难题，主要表现在以下几个方面。

3.1 MR技术应用花费较高

MR技术研发成本是制约MR技术在实训教学中难以推广使用的主要原因。整套MR汽车实训教学设备价钱很贵，而且其相关服务的成本也要很大投入。由于教学设备的采购资金有限，普通学校无法大量购置。少量采购的设备也仅能起到对少数学生演示教学效果的样板工程，很难对全体学生开展教学。虽然MR技术支持一对多的教学形式，但真正能有效配置足够数量的汽车MR教学设备用于学生的汽车实训教学，很多学校很难做到。

随着MR技术的发展及应用的推广，其研发和制造成本会逐步下降，相信在不久的将来MR技术及设备可以广泛地被学校教学所采用。

3.2 MR技术应用于汽车实训教学的资源较少

MR技术应用于娱乐、产品设计等商业化领域，但很少用于教育和教学，尤其是在汽车实训教学方面的应用更少。 基于MR技术的汽车实训教学设计需要涉及到的内容很广，诸如学习内容设计、3D建模和场景构建之类的技术。它要求开发人员具有更高的计算机应用特殊技能，这使得一般的汽车专业课教师很难像设计传统汽车实训课件那样去设计制作MR汽车实训课件，而具有MR设计与制作技能的研发人员对汽车专业知识又了解很少。这使得汽车实训相关的MR技术设备开发很难。

目前很多MR技术及设备生产商已经意识到了这个问题，采取了与高校合作的模式，组建符合各类专业教学的MR设计与制作团队，以使MR技术可以更适应各专业的教学需要。

3.3 基于MR技术的汽车实训教学方法缺乏

因为MR技术在汽车实训中应用尚处于尝试阶段，如何针对MR技术进行汽车实训教学，还需要进一步的探索和研究。对于汽车实训教学，既要考虑动手实践能力的培养，也要考虑学生对理论知识的系统性学习，如何将MR技术应用于汽车实践教学中去有效提升实践教学效果，还没有成熟的基于MR技术的汽车实训教学方法可以借鉴。

MR技术作为可改善汽车实训教学的先进设备，有其无法超越的优势，但是如何应用MR技术进行教学，仍需老师进一步去做好的教学设计，使MR可实现技术与汽车实训内容的充分融合，使MR技术能发挥其在汽车实训教学中的独特优势，从而改善汽车实训教学效果。

4 结束语

汽车实训教学一直是汽车专业教学的短板，其主要原因是传统汽车实训教学存在着师资短缺，技术设备更新快，学校很难在教学场地扩建与设备管理上解决这些难题，另外汽车实训教学环境不佳，存在安全隐患也使得汽车实训教学开展难度大。

随着计算机技术的迅猛发展，MR技术若应用于汽车实训教学，可以有效解决传统汽车实训教学中存在的难题，并可提升教学效果，提高汽车专业学生的培养质量，但MR技术如何应用于汽车实训教学还存在着诸多难题，如硬件设备成本问题、汽车实训相关的MR技术资源问题、能与MR技术相融合的汽车实训教学方式方法问题等。为了切实提高汽车专业实训教学质量，如何结合汽车实训 MR设备去创新教学方法值得进一步去研究。