基于混合现实技术的高职新能源汽车技术专业人才培养模式

吴刚

摘 要：本文从三个方面来进行综合分析，首先对混合现实技术的概念和当前教育不足进行综合说明，混合现实技术（MR）是虚拟现实（VR）和增强现实（AR）技術的结合，是将现实与虚拟融为一体的未来计算机技术，高职本就是培养应用型人才的地方，非常重视知识的实践性和应用型，而新能源汽车技术专业也是实践性非常强的课程，基于混合现实技术，对教育进行创新，有着非常积极的现实意义。其次围绕混合现实技术，来分析构建新能源汽车技术专业人才培养模式，将从制定课程教学标准，搭建全息教学平台，创建教学资源，探讨新的教学设计、教学手段和教学方法等多方面来分析系统化的人才培养模式，对人才培养模式的方方面面都进行说明，旨在创造一整套基于混合现实技术的教育模式，使文章具有更强的参考价值，能直接为其他专业教育改革提供借鉴。最后说一说基于混合现实技术的育人模式改革的优势和难点，优势自然是能够强化实训教学，解决实训设备不足的问题，而难点则在于混合现实技术还处于初步阶段，混合现实技术设备造价昂贵、基于混合现实技术的教育资源开发并不容易。

关键词：高职院校 新能源汽车技术专业 混合现实技术 人才培养模式

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

高职院校培养应用型人才的意义重大，新能源汽车技术也是社会未来发展的重点方向，该专业主要培养学生能够对新能源汽车的模拟高压电器系統、动力系统、空调系统、转向系统、制动系统、冷却系统等结构原理有深入地了解，具备较强的实践操作能力，能够熟练进行组装、维护等操作，那么在信息技术飞速发展的今天，尝试着将混合现实技术融入到教学中，力争让学生在三维环境中完成低压电控系统、高压电器系统、动力系统等实训内容的学习，从而增加他们的理论认知以及实践能力，意义重大。

2 现实混合技术的概念以及现有教学不足

2.1 现实混合技术（MR）

现实混合技术（MR）可以看作是虚拟现实技术（VR）和增强现实技术（AR）的结合，虚拟现实技术（VR）简单来说就是构建一个纯虚拟的数字画面，用户戴上特殊的电子道具，可以看到虚拟的世界;而增强现实技术（AR）简单来说是在现实的环境中，增加一些虚拟的画面，将这些虚拟的画面简单叠加在现实环境中;而混合现实技术（MR）则是将虚拟和现实融为一体，在虚拟世界、现实世界和用户之间搭起一个交互反馈的信息回路，先把看到的现实环境采集到眼镜里，进行加工处理，然后通过电子设备呈现出来，看到的仍然是现实，但是是经过了处理和混合的现实[1]。

2.2 现有教学不足

在当前教育中，存在着很多不足，主要表现在：1.学生兴趣不足：相比于理论教学，学生对于实践教学往往更感兴趣，而现在新能源汽车技术专业教学却偏向于理论教学，再加上新能源汽车技术专业知识非常繁复、细节较多，导致学生兴趣不足，积极性和主动性不太好，学习效果一般;2.教学方法单一：传统教学存在限制，教学课时、教学工具、教学思维等影响下，存在着教学方法单一的问题，在新能源汽车技术专业知识教学中缺乏创新，生搬硬套，缺乏新的教育改革刺激点;3.实践教学资源不足：新能源汽车技术专业教学中存在着实践资源不足的问题，资金有限，实验室面积小，实践工具少，再加上高职院校学制短、新能源汽车技术专业课程繁多的特点，这就导致学生得不到实践机会，实际操作能力无法发展[2]。

而混合现实技术（MR）应用价值是符合高职院校育人特点以及新能源汽车技术专业教育特点的，高职院校本就是培养应用型人才的地方，新能源汽车技术专业也是实践性很强的课程。结合现有教育不足以及混合现实技术的应用，能够解决教学过程中普遍存在的实训设备不足、教学手段单一等问题，基于混合现实技术，对教育进行创新，有着非常积极的现实意义。

3 人才培养模式分析

3.1 混合现实技术平台建设

基于混合现实技术，搭建基于混合现实技术的教育平台，这个平台应该是现实和虚拟的结合。对于现实平台和学校来说，最重要的是加强实践资源投入，与上文问题对应起来分析，以高职院校育人特点以及新能源汽车技术专业教学特点为导向，力争让学生在实践中学习，在实践中融会贯通理论知识，教学效果会更好，学校加大投入力度，积极配置实训基地、实践操作室、实践器材等，比如建设标准化的新能源汽车结构展览室，配备新能源汽车的高压电器系统、动力系统、空调系统、转向系统、制动系统、冷却系统等结构，致力于完善实践教学课程，根据混合现实平台特点和教学规模进行实训室的改造，为后期设备入驻和教学开展做好场地准备，致力于提升学生的实践操作效果。对于虚拟平台来说，主要难点是创造独特的MR三维技术空间，构建接近真实的虚拟化场景[3]。

3.2 虚拟教学资源配置

除此之外，难点还在于虚拟教学资源配置。构建混合现实技术教学，目的就是解决现实环境中教育资源的不足，利用虚拟资源来补充，将两者完美融合在一起，给学生更好的观看体验，那么怎么构建虚拟教学资源呢？实地考察新能源汽车技术，了解行业对于人才技能及素养要求，特别是对模拟高压电器系统、动力系统、空调系统、转向系统、制动系统、冷却系统的结构原理的操作任务要求，利用虚拟模拟技术，这就涉及到VR全景制作技术，目前制作软件有Adobe  Lightroom Classic，Photomatix，PTGui，PTGui Viewer，pano2vr，Adobe Photoshop等软件，根据需求进行实景拍摄，后期处理输出全景视频或全景图，代码实现交互逻辑输出可交互的VR内容，最后将教学资源嵌入到混合现实技术平台上[4]。制作虚拟教学资源并不是一件容易的事情，需要精细的计算机技术来支撑，当然也需要政策的引领，需要大量的资金支持，制作成虚拟教学资源上传到混合现实技术平台上，多方面教育资源在这个混合现实技术平台上进行整合，不断优化虚拟模拟技术，实现虚拟教学资源的共享，教师可以在这个平台上获取教学资源，进行精准备课，而学生也可以在这个平台上获取教学资源，方便课余时间精进学习。

3.3 教学课程设计

教学课程设计主要在于革新教材内容，创新MR教学新教材。对于新能源汽车技术专业的教学内容进行一定的创新，一方面是随着时代的发展和专业知识的更新，新能源汽车技术在不断革新，教材随之革新[5]，一方面是基于混合现实技术，结合学校现有新能源汽车技术教育特点，思考不足之处，尝试着将虚拟教育内容作为现有教育内容的补充，从而对所用教材进行重新修订，增加一些全新的教学内容，一方面是结合混合现实技术的特点，它能够极大地增强视觉效应，提升知识的直观辨析程度，那么根据这一特点，对教材进行改革，给学生展示更为开放和具有新意的教学内容，使学生在其中把握好对于新能源汽车技术的认识。

3.4 制定教学标准以及教学评价

要重新制定新能源汽车技术课程教学标准，包括课程学习标准、平台实训标准、平台考核标准等等，把握好混合现实技术的特点，混合现实技术具有更强的教学能力，让学习者能够置身于更加生动的学习场景中，在全息教学模式下，通过对新能源汽车电池系统、混合动力系统等系统建立三维模型，从原理、操作等方面构建学习体系，根据实际学习情况来制定课程教学标准。课程教学标准与课程教学评价结合在一起，在新能源汽车技术的设计和应用中考查学生的知识掌握情况，引导学生将理论和实践并重，并且应该根据混合虚拟技术教育的特点，对教学评价体系进行重新审视，在此过程中将理论教学和技能教学融合性培养，使学生的学习能够得到全面均衡，以提升学生理论和实际能力为核心目的，通过教学评价再不断优化混合现实技术教学标准[6]。

3.5 新的教学方法

（1）混合现实技术展示教学：利用MR技术把新能源汽车技术专业的教学知识点，在虚拟的环境中展示和演示出来，使学生能够简单，直观，方便地学习新能源汽车技术相关原理等知识，并且能够在MR环境中，对模拟高压电器系统、动力系统、空调系统、转向系统、制动系统、冷却系统的结构原理进行全方位的学习，学生可以自由选择，对重点项目还可以深入观看，比如在“离合器特征”、“压缩机拆装”等教学中，在三维立体环境中进行反复观看，学生的理解也会更加深刻。另外，学生可以采用手势、语音、体感等对虚拟元素进行互动，在沉浸式、高保真的混合现实世界中观摩新能源汽车的结构，锻炼学生的理论知识理解能力[7]。

（2）虚拟现实元素结合：虚拟现实的元素结合，可以构建更加灵活、更具有创造性的教学课堂。比如可以实现远程虚拟指导的方式，学生身处于现实学校实训室或课堂，佩戴MR电子道具，专家身处于工厂，一键联动，生成远程专家模拟影像和相应的新能源汽车技术，可将新能源汽车技术的实际操作全方位地展示给学生，学生可以调节观看位置角度。比如可以实现虚拟现实模拟，共建虚拟现实场景，将学生和老师拉进场景中，通过MR技术来展开教学、实践、考察相结合。

（3）进行虚拟实践模拟：实践是非常重要的，以高职院校育人特点以及新能源汽车技术专业育人模式特点为导向，加大实践模拟教学，教师对学生讲授得再多，也比不上学生亲自动手实践一次。学生在练习、操作的过程中，发现不管理论知识学得再好，在实际应用中仍会出现各种各样的问题，只有出现的问题越多，解决的问题越多，以后步入社会走上岗位才不会出现问题。而基于混合现实技术（MR），可以构建虚拟实践模拟，现实环境并没有完善的实践设备，但学生带上混合现实设备，仿佛置身于工厂生产线上，亲自“动手”参与新能源汽车的组装或者拆卸，MR技术的应用，带给学生接近真实环境的实践演练的机会，能够减少实践培训成本，缩短培训周期[8]。

3.6 新的教学体系设计

基于混合现实技术（MR），可以推动新的教学理念和教学方法落地，普及项目教学、案例教学、情境教学、模块化教学等教学方式，广泛运用启发式、探究式、讨论式、参与式等教学方法，推进翻转课堂、混合式教学、理实一体教学等新型教学模式，形成新的、全面的混合现实技术教学体系。比如案例教学法，通过虚拟现实环境，给学生展示接近于真实场景的学习环境，观看真实案例;比如项目教学法，在虚拟现实环境下，给学生设定新能源汽车的项目任务;比如提供有问题的汽车，让学生听、看、闻、触等感官全面发动，分析判断汽车的问题，进行维修解决。

4 混合现实技术的优势和问题

4.1 优点

（1）直观生动展示：混合现实技术的应用，就是在解决教学过程中普遍存在的实训设备不足、教学手段单一等问题。它的应用，能够让教学展示变得更加生动且直观，利用MR技术把新能源汽车技术专业的教学知识点，在虚拟的环境中展现和演示出来，使学生能够简单、直观、方便地学习新能源汽车技术相关原理等知识，并且能够在MR环境中，对模拟高压电器系统、动力系统、空调系统、转向系统、制动系统、冷却系统的结构原理进行全方位的学习，这样的仿真模拟功能能够让学生置身于接近真实的环境中，去真听真看真闻真触碰，真实感受新能源汽车技术[9]。

（2）补充现实环境的不足：混合现实技术能够用来弥补现实环境的不足，对于新能源汽车技术专业教学来说，就是学校难以给学生提供完善的实训机会，那么可以让学生在虚拟场景中去进行学习。

（3）激发学生学习兴趣：混合现实技术支持下的教学，展现的是一个绚丽多彩的世界，仿佛让学生置身于奇幻科学大片中，试想一下，如果将电影中才会有的混合现实技术应用在教育中，它不仅能够清晰直观的传输知识，更能够极大地激发学生的学习兴趣，调动学生的学习热情。

4.2 学校方面的难点

（1）技术还不成熟：混合现实技术（MR）和虚拟现实技术（VR）和增强现实技术（AR）有着本质上的不同，它与半虚拟半真实的增强现实技术（AR）有些相似，都是在物理环境中添加虚拟物体，如今AR技术都不完善，一般的AR场景只需要做到虚拟信息的添加即可，MR强调的是虚实融合，所以实现MR效果必须有虚实物体的融合，技术更是处于初级阶段。另外，AR和MR都很难解决视觉眩晕的问题，还需要等未来技术发展成熟才能解决。

（2）使用费用较高：一者在混合现实设备，目前设备硬件是HMD头戴显示器/眼镜，使用光波导技术3d成像，具备AR的基本功能，比如带SLAM的motion tracking（运动追踪），相比手机AR只能识别平面，MR具备TOF深度检测能力，可以识别复雜地形、障碍物并进行地形建模，综合下来设备属性强大，但造价昂贵，很难全面铺开。一者是虚拟教学资源的创设，对于混合现实技术来说，既有现实的部分，也有虚拟教学的部分，但是虚拟教学资源的配置并不容易，所需要投入海量的费用来进行编译[10]。

5 结语

总的来说，信息化技术教学是教学重点突破方向，混合现实技术（MR）是未来信息技术的概念，混合现实技术既有其应用的优势，同样在推动落实的途径中也存在着不少难点。目前混合现实技术还处于初级阶段，但是早做准备，设计基于混合现实技术的系统化育人模式，具有积极意义。

注：本文系“科创融教”职业教育改革创新课题：MR（混合现实）技术在新能源汽车技术专业教学中的应用研究（课题编号：HBKC217138）阶段性成果。

参考文献：

[1]黄楚峰.MR混合现实技术在汽车设计中的应用研究[J].艺术科技，2019（7）：2.

[2]张志，杨学新，武波涛.基于混合现实技术的新能源汽车教学模式探索与研究[J].汽车维护与修理，2020（4）：2.

[3]韩攀峰.高职院校新能源汽车技术专业人才培养模式的创新研究[J].汽车维护与修理，2021（22）：3.

[4]王枝东，赵抒萍.混合现实技术在汽车专业教学中的应用[J].汽车维护与修理，2021（2）：2.

[5]刘丽娟，郑轶，张程.基于混合现实技术的精准高效教学模式研究[J].课程教育研究：学法教法研究，2019（6）：1.

[6]黄昂，沈毅，唐媛媛.基于混合现实技术的工业设备运维设计[J].兵工自动化，2019，38（9）：6.

[7]侯存满，张真忠，赵海新.信息化教学在高职汽车车身修复技术课程中的应用与实践[J].汽车世界，2019，000（006）：P.97-97.

[8]陈晓鹏，张霞，潘达.基于混合现实（MR）技术的教学应用研究与实践——以《动力电池及管理系统检修》课程为例[J].汽车实用技术，2021，46（17）：3.

[9]宋飞，吴会波，熊江勇，等.信息化技术在汽车维修专业课程教学中的应用与实践[J].汽车维护与修理，2018，338（22）：21-22.