虛擬現實技術在軌道交通類專業教學中的應用

許愛軍

(廣州鐵路職業技術學院 電氣系,廣東 廣州 510430)

虛擬現實技術在軌道交通類專業教學中的應用

許愛軍

(廣州鐵路職業技術學院 電氣系,廣東 廣州 510430)

根據軌道交通類專業的教學特點,將虛擬現實技術應用到課堂教學、校內實訓、校外實踐、職后提升等環節,探索基于虛擬現實技術的“十字型”教學模式,有效解決了課堂教學枯燥空洞、校內實訓系統性不強、校外實訓受外因影響大等難題,取得了良好的教學效果。

虛擬現實技術;軌道交通類專業;教學改革

虛擬現實技術是20世紀末出現的一門新的綜合性信息技術,自從被引入職業教育領域,給復雜的技能訓練、宏觀的效果設計、微觀的解剖分析、動態的過程仿真帶來了一系列變革,受到了人們的廣泛關注。廣州鐵路職業技術學院(以下簡稱“我院”)在軌道交通類專業教學中充分應用虛擬現實技術,有效解決了課堂教學枯燥空洞、校內實訓系統性不強、校外實訓受外因影響大等難題,取得了良好的教學效果。

一、軌道交通類專業教學特點

專業設備多,結構復雜。軌道交通類專業是在原有鐵路機車車輛、鐵道運輸等專業基礎上,結合城市軌道交通大發展的新形勢而設置的,畢業生就業主要集中在鐵路、地鐵、城軌等行業。在教學中需要講授專業設備的結構、原理、性能,以及設備的運行調度、運用檢修等內容,這些設備型號多、體積大、結構復雜,課堂講授一般采用文字加圖片的方式,學生的學習興趣不高,主動性不強。

校內實訓設備少,場地有限。軌道交通類專業的實訓設備不僅種類多、體積大,而且價格昂貴,在現有條件下將實訓工廠搬進學校是不可行的。這些設備體積龐大,普通的實訓場地無法容納。因此,軌道交通類專業的校內實訓設備,一般來自行業退役或報廢的設備,以露天或加蓋頂棚的方式放置在空坪隙地。這些設備數量有限,型號落后,在實際教學中常常以點帶面,實訓內容難以系統化。

校外實踐機會少。軌道交通類專業的校外實踐一般要到鐵路機務段、車輛段、地鐵車輛調度中心、檢修中心等進行現場教學。這些單位是軌道交通運輸的關鍵部門,出于安全生產和交通正常運行的考慮,通常能為職業院校提供實踐教學的機會較少?，F場教學通常采用參觀、座談、觀看錄像的方式,學生難以親自參與實踐,教學效果不理想。

二、基于虛擬現實技術的教學模式及實施效果

(一)基于虛擬現實技術的教學模式

該模式充分利用虛擬現實技術的優勢,將其應用到課堂教學、校內實訓、校外實踐、職后提升等環節。在課堂教學中,利用三維展示呈現設備結構;在校內實訓時,利用虛擬訓練進行技能訓練;在校外實踐時,利用虛擬場景進行綜合仿真;在職后提升時,利用虛擬平臺進行培訓。學生理論基礎扎實,單項技能過硬,綜合素質全面。

課堂教學。利用虛擬現實技術,構建大量與實物相似的“3D設備”和“3D機車”,比如采用Pro/E工具建模,將各種軌道交通設備和機車車輛的部件虛擬化,建立三維模型,并分門別類“立體存放”。在課堂教學中,教師打開相應的模型文件,展示這些軌道交通專業設備,還可以單獨演示每個零部件甚至設備內部的細微結構。利用虛擬現實技術的三維展示功能,能有效幫助學生理解專業設備的結構、工作原理和技術參數,提高教學效果。

校內實訓。在校內建立鐵路機車模擬駕駛裝置、地鐵司機模擬訓練系統,利用模擬系統對學生進行列車操縱能力和列車運行中故障處理能力的技能訓練,特別是電器內部故障、DCU故障、火災、列車脫離、線路毀壞等非正常情況下的應急處理訓練;引進軌道運輸運營虛擬教學系統,將計算機聯鎖軟件、底層聯鎖邏輯和現場設備的狀態及變化過程整合到訓練沙盤上,為軌道運輸專業學生提供直觀的實訓仿真環境,進行設備單操、調車、正常和非正常情況下接發車等操作技能訓練。

校外實踐。在組織學生進行校外實踐前,我們先通過綜合仿真系統對學生進行技能培訓,重點講授本次實踐中要注意的技術問題,并利用虛擬現實技術模擬多種操作不當產生的后果,提高學生規范操作、安全駕駛的意識。如在地鐵運營調度實踐中,采用軌道交通綜合仿真系統,模擬各種線路和列車的運行狀況,讓學生掌握列車調度的操作規程,提高學生的安全生產意識。

職后提升。為了解決軌道交通類專業技術人員業余時間少、難以集中授課的難題,我們搭建了遠程學習與培訓鑒定平臺,集理論學習、虛擬訓練、技能考核于一體,學習者只要登錄學習平臺,就可以不受時間和地點限制,學習各種理論知識,或者以虛擬的角色在虛擬場景中進行技能訓練。學習者學習和訓練的記錄隨時保存,方便下次繼續進行各種操作。該平臺還能讓學習者提交作業、參加考試,并實現答卷保存、自動評分、成績查詢和分析等功能。

(二)實施效果

教師教學水平有效提升。采用虛擬現實技術進行教學,教師需要熟練掌握虛擬現實技術軟件的使用,進行虛擬系統(設備)的設計、制作與開發,這大大提升了教師的現代教育技術應用水平。同時,借助虛擬現實技術,教師能更直觀地講授各種軌道交通設備的結構、原理,提升自身的專業技能。

學生專業技能明顯增強。近3年來,我院軌道交通類專業學生年均就業率為99%以上,與廣州地鐵等8家企業合作開辦冠名訂單班,培養學生3270多名。畢業生中涌現廣州地鐵首席司機、“和諧號”高速動車組首位司機、香港地鐵公司站務主任等一大批技術和管理骨干。2010年,我院學生參加首屆全國高職院校特色專業“接發列車”技能大賽,榮獲3個二等獎。

專業特色更加突出。軌道交通類專業形成了“雙元師徒、雙業一體”的專業特色,獲得了良好的社會聲譽。目前,我院有省市級精品課程4門,市級示范專業2個,成為廣州市“雙轉移”定點培訓機構、鐵道部機車司機培訓基地、鐵道部客運列車長培訓基地、廣鐵集團崗位技能培訓與提升基地、鐵道部復員軍人技能培訓基地、廣東省鐵路春運服務首選高校。

三、提高虛擬現實技術在軌道交通類專業教學中應用效果的途徑

第一,深化教學改革,提升專業教師素質。改革課程教學內容,采用虛擬現實技術,創建基于工作過程的、模擬從業者真實活動的虛擬環境,使學生在對情境問題的探索中形成職業意識,提升職業能力與素養。組建一支高素質的專業化教師隊伍,熟練掌握虛擬現實軟件的使用和虛擬平臺的操作,引導學生進行技能訓練。

第二,理順虛擬教學與實踐教學之間的關系。一是互補關系,即實踐教學不能實現的內容,如有毒、有害、危險場所的實踐內容,可以利用虛擬訓練實現;二是融入關系,即在專業教學方案中有機融入虛擬教學的有關內容;三是順序關系,即采用虛擬教學與實踐教學相結合,一般都是虛擬教學在前,實踐教學在后。

第三,開發適合專業教學需要的虛擬教學產品。虛擬教學產品一般有校本開發、與企業共同開發、完全由企業開發三種方式。采用校本開發方式,要以編程人員為主,配備一定數量的動畫、美工、音頻處理人員;采用與企業共同開發方式,要任命專門的項目負責人,制訂完備的開發計劃,提煉項目設計的情景和任務,交由第三方企業實現;采用完全由企業開發方式,要指定專門的協調人員,充分比較多個虛擬產品,選擇最合適的產品。此外,要注重虛擬教學產品的應用效果評價,可以從教學指標、技術指標以及使用效果三個方面進行考查。

[1]張建武,孔紅菊.虛擬現實技術在實踐實訓教學中的應用[J].電化教育研究,2010(4).

[2]李金國,楊林生,李云貴.虛擬現實技術應用于高職模具實訓教學的有效性探究[J].職教論壇,2010(3).

G712

A

1673-1395(2011)04-0134-02

2011-01-10

廣東省廣州市哲學社會科學發展“十一五”規劃2010年度課題 (10B73)

許愛軍(1978—),男,湖南岳陽人,講師,碩士,主要從事計算機網絡應用、虛擬現實技術研究。

責任編輯 葉利榮 E-mail:yelirong@126.com