虛實結合實訓教學模式研究
——以鐵道工電學院《牽引變電所運行與檢修實訓》為例

周小紅，劉玉寶，田鯤

（四川鐵道職業學院，四川 成都 610097）

實踐教學環節的設置作為高效提升高職學生實踐操作能力及專業素質的有效途徑，也是實現理論知識與專業能力互通、職業素養培養、專業技能質量提高的重要教學方式。因此，在科技發展高度發達的當今時代，鐵道工電學院教學需充分結合現代科技優秀成果，設立虛實結合的實訓教學平臺，充分探索能夠滿足專業理論教學與專業素養互通的教學結構。在實訓教學中把握“虛”與“實”的結構建設，在信息手段的補充下，實現豐富實踐教學內容的實訓課程開展，充分提高實訓教學質量。

1 國內外研究現狀

1.1 國外研究

虛實結合實訓研究可以追溯到20 世紀80 年代末，西方發達國家數字化產業初興，職業教育進入鼎盛階段，以美國、英國、德國等為代表的發達國家嘗試利用虛擬技術、數字技術對職業教育進行改造。從20 世紀90 年代到21 世紀前10 年，虛擬仿真技術研究以“虛擬實驗室”形態存在，在高等教育中采用虛擬設備與工業計算機構建一個虛擬實驗室，讓學生可以通過軟件操作設備執行相關的任務要求。譬如，美國密歇根大學化學工程系就嘗試采用VR 技術搭建化學工程主題虛擬教學實驗室，在虛擬現實中完成專業課程教學，以及相關技能的實驗操作。美國以外，北歐、東歐等制造業發展較好的國家，也都有推動建設數字技術教學應用中心、虛擬實驗室、制造業綜合基地等各種類型的實訓平臺，采用虛擬環境培養學生職業技能。綜合來看，海外對虛實結合實訓的研究呈現兩個特征。

（1）研究積淀深厚。學術界和工業界較早開展虛實結合實訓類型合作，在合作模式、合作平臺、合作機制方面形成了大量可供借鑒的有效成果。

（2）研究方向多元。不同國家根據國家產業、職業教育發展方向不同，形成了差異化的研究傾向，為后來者學習提供了諸多可供借鑒的研究范例。

1.2 國內研究

我國對虛擬仿真技術、虛擬現實技術的研究基礎薄弱，較為成型的研究多發布于2008 年后，虛實結合實訓相關研究也基本與之同步。國內的虛實結合實訓研究一部分脫胎于對國外職業教育的模仿和學習，另一方面是基于國內數字產業發展催生的帶動效應，在研究層次上主要分為兩類。

（1）虛實結合實訓教學模式的研究。主要是圍繞虛實結合實訓的教學展開、課程構建、管理模式等進行研究，這方面較為有代表性的研究成果包括2013年的《基于桌面三維虛擬現實的中等職業教育實訓課程教學模式研究》、2020 年的《新工科背景下智能制造虛擬仿真實訓教學平臺建設與應用》。

（2）虛實結合實訓的技術背景研究。主要圍繞虛實結合實訓平臺的技術體系、虛擬仿真技術、虛擬實驗項目的技術路徑等展開，這方面較為有代表性的研究成果包括2018 年的《新工科背景下虛實結合虛擬仿真實驗項目的建設》、2019 年的《基于OBE 理念的虛實結合實訓教學體系實踐》。總體來說，我國虛實結合實訓研究的積累不多，研究豐富度不夠，具有較強指導性的實踐性研究欠缺。

2 方向制定

2.1 虛實分段教學

虛實分段教學模式就是在實訓過程中將虛擬教學部分與實踐教學部分分段進行，虛擬教學與實踐教學順序可根據教學需要進行制定。

2.2 虛實交替教學

虛實交替教學方式為虛擬教學部分與實踐教學部分采取交替進行模式，按照教學需求與學生學習接受程度將教學課程劃分為合適的占比，實現教學內容的交錯展開，使學生在仿真教學中掌握的技能能夠在實踐教學中得到深化訓練。

2.3 虛實融合教學

虛實融合教學模式的開展需將仿真教學訓練與實踐基地中的教學訓練進行融合，這一教學模式的實現需依托校企間的協同合作。在教學的開展中，采取以實踐教學作為教學主導，以虛擬教學作為輔助手段的模式，使得教學效率及質量能夠有效提高。

三種類型中，虛實分段、虛實交替教學最適宜疫情常態管控背景下的教學工作開展，虛實融合教學對外部的人員、師資、設備流動要求較高，開展難度最高。

3 虛擬培訓課程體系

虛擬教學系統使用的設備技術所涉及的設備外觀、設備操作方式等需與現實操作中的行為方式保持一致。學生可使用虛擬模式的變電所操作系統達到對相關工作設施的初步認知及操作學習，并且虛擬系統的使用也可使學生盡早適應設備的構造、零件的組成。

在學校相關教學條令及管理規范的依據參考下，虛擬訓練的教學內容課程安排需根據專業實踐需要形成完整的教學體系，做好課程規劃，給出指導意見，制定相關的考核體系，必要時可邀請具有相關教學資質及操作經驗的工作人員進行現場指導。虛擬教學實驗課程包括以下部分。

3.1 監視巡視

牽引變電虛擬設施應系統完整地展現及模仿不同環境情景下的工作需求以及設施運行狀況，所生成的畫面應當具備逼真的特點，能夠還原操作現場，并且系統操作簡易，適合工作人員操作。牽引虛擬操作系統的建設能夠符合相關的規程需要，真實地展現工作場所內設備的工作狀態以及產生的動作信號，并且可對產生的異常信號進行實時監視。虛擬系統所配備的漫游結構，可實現對虛擬變電所設備依照相關設備規范要求及逆行全境內無遺漏的設備巡視。學生在工作實施時，可按照相關的操作規范在全境內進行設備巡視，并按照巡視情況選擇相關的專用工具。

3.2 運行操作

牽引變電虛擬教學系統能夠直觀地體現相關工作人員的工作情況，從綜自和常規等方面模擬變電所中的所需執行的操作內容，直觀地體現具體工作范圍。牽引變電模擬系統的操作范圍包括變電所執行工作中典型的倒閘操作職能，其中涵蓋在操作過程中所需接聽的調令，以及執行的模擬操作，同時會涉及安全操作中所使用的工具準備等，還要對執行模擬內容的操作情況進行匯報以及過程中所需的安全設施設置情況和工作票的辦理情況進行掌握。牽引變電虛擬系統中包括的操作內容需涵蓋真實牽引變電工作中所使用的儀器，并且學生按照現場操作規范及原則實現虛擬系統的儀器操作，維護虛擬系統中的儀器運行。與此同時，虛擬牽引變電系統應模仿真實系統設置的1 ～2 次防誤操作系統警報提醒設計。

3.3 倒閘作業票辦理

牽引變電模擬系統的建立需涉及典型的倒閘作業票設計以及票庫的構建，相關的模擬系統操作人員在牽引變電模擬系統的運行中根據相關的設定要求，進行填寫、授理及終止倒閘作業票的工作。通過此項工作的開展，可完成對于牽引變電操作人員辦理事件的虛擬培訓教學實踐，并且可針對辦理過程中產生的錯誤操作實施預警。

3.4 事故處理演練

牽引變電虛擬系統應針對操作過程中可能會發生的各種儀器設施故障設計演練處理培訓。相關操作人員對產生的故障情況進行處理，如果操作方式滿足正確處理的要求，故障即可成功解除，如果操作不當，將會導致故障仍然存在或者故障范圍擴大的情況。這種故障演練的操作培訓可考察學生的故障處理能力，并及時發現學生故障處理中存在的問題，并對此進行訓練。

牽引變電模擬系統針對牽引變電過程中所發生的各種事故，能夠實現對于事故產生故障內容的模擬。學生在運行過程中產生的錯誤操作將會引起虛擬系統的錯誤預警，報告運行及操作引起的錯誤，并且在學生后續的操作過程中實現實時監視。在故障處理內容的構成中，教師可進行自主的內容設置，引導學生對事故原因進行探究并對事故狀況進行處理，提高學生的事故檢測及處理能力。

4 實踐課程設置

4.1 實踐教學思路

實踐教學環節應與就業專業職能相對應，在實踐環節中強調教學的實用性。通過與企業深入交流，進行行業發展方向調研，對畢業生的方向規劃及技能需求進行深入探究；并同鐵路變電所、地鐵供電公司等單位展開相關的交流探討，形成校企協同的人才培養模式，共同制定適合學生發展的人才培養方案。展開雙師型人才培養隊伍，做好理論與實踐人才培養模式的銜接。在人才培養的基礎上構成“學工一線”的教學模式，所謂“學工一線”，就是使學校的虛擬教學與崗位的實踐教學工作進行融合，使得專業教學與崗位培養形成一線，課程內容制定與職業規范形成一線，教學與生產組成一線，校園與企業為一線的教學方式。

4.2 實踐教學體系設計

鐵道工電學院的牽引變電工作展開需進行層次教學方式。教學內容需按照基本技能教學、專業實踐教學與綜合素質培養進行劃分。基礎技能培養傾向于操作性教學；專業實踐教學的主要內容側重于教學技能的實用性；綜合性的教學環節重點強調了教學內容的實踐性，教學內容涵蓋設備的檢修以及過程教學，還需包括技能的創新應用。

在教學的初級階段，需進行認知教學，引導學生對鐵路局牽引變電所的設備及相關知識進行初步認識，并對變電所工作的日常職能進行了解。第二階段的工作就是對學生進行工具的使用、設備的操作等內容進行操作訓練，使學生能夠正確地進行崗位操作，確保操作技能可達到崗位技能地要求。第三階段的實踐教學包括職業技能的強化操作鍛煉，使學生能夠深入理解崗位職業范圍。實踐培訓范圍包括以下3 個方面：首先，就是變電所值班崗位所需訓練的技能，其中涉及運行管理部分，需對變電所的運行工作進行深化實踐；其次，就是牽引變電所設施的日常巡視工作、倒閘及工作票辦理相關工作、設備的檢修工作等，當前提實踐環節進行深化訓練后，就需對學生的故障處理能力進行深入培養。第二部分就是變電所修試崗位技能的培訓，包括各類給點設備及裝置的巡查與檢修、絕緣體材料的性能檢測、交流電壓測試、紅外測溫系統測試、安全工具功能測試、接地性質測試、各類電器測試、直阻功能測試等。第三部分為接觸網工的崗位培訓，涉及接觸電網的零部件裝配、激光測試儀的檢測及電網儀器的使用流程規范等。

4.3 推行“雙證”制度

對于學生的職能證明要求除畢業證書外，還需取得職能相關的資質證書。因此，學校設置的實踐崗位培訓內容需與國家資格考試內容銜接，從事相關事業單位崗位的學生應具備崗位資格，依證上崗。

5 考核評價系統

在虛實結合的教學模式中，可采取多元化的考核手段對教學結果進行考核。可以答卷或仿真模擬訓練、現場實踐考核的形式構成總體考核范疇。考核對象不僅涵蓋教師對學生的評價，還可采取學生與學生互評的方式，做到優勢互補，提高評價效果。

6 教學策略總結

虛擬教學方式的采用可在現場實踐的基礎上強化實踐效果，虛擬教學模式的增設可深化學生作為教學主體的理念，充分提高學生的自主性，加深學生對實踐內容的認知。因此，鐵道高職院校工電專業應結合院校自身實際規范，構建虛擬教學系統，系統中應涵蓋真是牽引變電所場景中的相關設施及設施運行狀況，與此同時，設施巡檢所使用的工具及可能發生的故障都應包括在虛擬系統的操作內容中，同時需設計與真實場景中的錯誤操作報警系統，對學生的操作進行實時監控。在實際操作過程中，各高校應保持與企業及相關單位間的交流，進行校企協同培養，強化產教融合平臺，使崗位專業素質培養作為技能培養的教學導向。

7 結語

在以往的實踐教學模式下，鐵道工電專業的牽引變電所運行與檢修實踐教學課程較為單薄，且理論課程與實踐課程的教學融合不足，造成學生實踐對教學內容理解不夠深入，操作熟練度不足，技能素質儲備不夠的問題。虛實結合教學方式的引入可有效解決以上問題。采取虛實結合教學模式可以將線上虛擬仿真實訓與線下真實實訓結合起來，有效地串聯起專業教學知識體系，擴展學生的知識視野，提高學生的職業技能水平。在真實實踐課程的設計中，需加強學校與企業及相關單位的交流，共同制定適合學生發展的人才培養方案，使學生經過具體實踐訓練后，可更快地適應專業和崗位技術發展趨勢。