基于“虛仿+MG動畫”技術的地鐵塞拉門實訓平臺設計及應用

黎來燕 張光建 仇瀟 李思逸 韓葉琦 張笑宇

摘?要：依托虛擬仿真和MG動畫技術，利用計算機建模軟件SolidWorks搭建城軌列車客室塞拉門三維模型，并采用DataMesh數字孿生平臺制作虛擬仿真資源，通過MG動畫制作平臺開發一系列塞拉門的動畫視頻，精心打磨一套基于“虛擬仿真+MG動畫”技術的地鐵塞拉門實訓平臺并應用于教學中，在實訓過程中采用BOPPPS教學模式，分為6個階段，即導入（B）、學習目標（O）、前測檢驗（P）、參與式學習（P）、后測反饋（P）和總結（S），將六個模塊融于教學環節，在提升學生動手技能和工作能力方面具有不可替代的作用和良好的借鑒意義。

關鍵詞：虛擬仿真；MG動畫；塞拉門；BOPPPS

Design?and?Application?of?Subway?Slidingplug?Door?Training?Platform

Based?on?"Virtual?Simulation?and?MG?Animation"?Technology

Li?Laiyan?Zhang?Guangjian*?Qiu?Xiao?Li?Siyi?Han?Yeqi?Zhang?Xiaoyu

Tianjin?University?of?Technology?and?Education?Tianjin?300222

Abstract：Relying?on?virtual?simulation?and?MG?animation?technology，a?threedimensional?model?of?the?slidingplug?door?in?the?passenger?compartment?of?urban?rail?trains?is?built?using?the?computer?modeling?software?SolidWorks.The?DataMesh?digital?twin?platform?is?adopted?to?create?virtual?simulation?resources.Through?the?MG?animation?production?platform，a?series?of?animated?videos?of?slidingplug?door?is?developed.A?subway?slidingplug?door?training?platform?based?on?"virtual?simulation?and?MG?animation"?technology?is?carefully?polished?and?applied?in?teaching.During?the?practical?training?process，the?BOPPPS?teaching?mode?is?adopted，which?is?divided?into?6?stages，namely?Bridge（B），Objective（O），Preassessment（P），Participatory?Learning（P），Postassessment（P），Summary（S）.The?integration?of?six?modules?into?the?teaching?process?has?an?irreplaceable?role?and?good?reference?significance?in?improving?students'?handson?skills?and?work?abilities.

Keywords：virtual?simulation；MG?animation；slidingplug?door；BOPPPS

1?概述

中國城市軌道交通（城軌）行業快速發展，截至2022年底，中國大陸地區共有55個城市開通城市軌道交通運營線路308條，運營線路總長度10287.45千米［1］。隨著城軌領域的迅猛發展，地鐵公司需要大量的技術人員對地鐵車輛進行檢修維護，而職業院校作為技能型人才培養的輸出基地，如何比以往傳統教學更好地提升學生技能，需要教師不斷地對課堂教學進行改革和嘗試，尤其是實訓教學，在提升學生動手動腦方面，帶來更大的教學挑戰。

地鐵車門作為乘客上下列車的通道，在運營過程中是故障率較高的系統之一［2］。地鐵客室車門的檢修維護是地鐵企業中比較重要的一項工作，因此在車輛應用技術專業教學中也是比較重要的一項實訓課程。車門實體設備在實訓過程中教學效果不明顯且存在一定的安全隱患，利用團隊成員研發的城軌客室車門虛擬仿真軟件，在實訓中采用BOPPPS教學法，在提高學生的動手技能中，意義重大。

2?實訓平臺設計

數字孿生平臺DataMesh［3］對塞拉門進行虛擬仿真資源制作具有很多優勢，它提供數據驅動的孿生應用場景使得仿真更加逼真;再結合MG動畫視頻，實訓平臺更為完美和有趣味性，提高學生的學習興趣，進一步提升學習動力。實訓平臺整體設計框架如下圖1所示。

利用SolidWorks建立城軌客室塞拉門模型并進行渲染后，轉換成DataMesh所需要的.fbx及.glb格式，在云平臺中生成一個零部件庫，DataMesh?Studio調用云平臺中的攜門架、坦克鏈、上下導軌等零部件以及MG動畫視頻，可以編輯并生成劇本，并以DataMesh?One播放相應的塞拉門模型劇本，終端顯示設備多種多樣，可實現隨時隨地進行學習。基于“虛擬仿真+MG動畫”技術的地鐵塞拉門實訓平臺交互界面如圖2所示。

3?實訓教學應用

BOPPPS教學模式是一種有效的教學方法，是由加拿大教師技能培訓工作坊ISW（Instructional?Skills?Workshop）所創建的，強調課堂的交際性和互動性，在國內外教學機構中日漸應用廣泛［4］，在課程的混合式教學實踐中也有一定的應用［5］。基于建構主義，強調以學生為中心的參與式學習方式，將實際教學的過程分為六個模塊，分別是：導入（Bridgein）、學習目標（Objective）、前測（Preassessment），參與式學習（Participatorylearning）、后測（Postassessment）以及總結（Summary）。在實訓教學中將BOPPPS教學模式融于實際課堂，其教學設計總體框架如下圖3所示。

3.1?導入（B）模塊

通過“雨課堂”等新媒體平臺在課前導入一些有關地鐵客室車門實訓教學資源，如中國大學MOOC、SPOC以及利用萬彩動畫大師創建的MG動畫微課，利用這些所謂的“鉤子”，勾起學生的學習興趣。慕課平臺上匯集了大批優秀的教學資料，在課前導入這些資源，一方面有效地利用這些珍貴的教育資源，另一方面讓學生體會信息時代的變遷。利用萬彩動畫大師制作的MG動畫微課，包括城軌客室車門的分類，塞拉門的機械和電氣結構組成認知，塞拉門的開關門動作原理認知等，以動畫的形式進行實訓內容簡介，可以充分讓學生做課前預習，寓教于樂，帶著問題去學習，避免學習的盲目性。

3.2?學習目標（O）模塊

根據成果導向教育OBE（Outcome?Based?Education）理念，結合課程教學大綱，以學生為中心，制定塞拉門實訓教學目標。制定學習目標分三個維度，分別是認知學習目標（Head）、情感學習目標（Heart）和技能學習目標（Hand）。教學目標如下表所示。

3.3?前測（P）模塊

采用雨課堂導入城軌塞拉門相關教學資源的過程中，在學生預習教學內容后，還會推送相應的知識測驗，檢查學生課前預習的效果。一定程度上來講，也是課前的學情調研，了解學生對知識的掌握程度。針對學生對題目的作答情況，從而有的放矢地進行授課。

3.4?參與式學習（P）模塊

城軌客室車門虛擬仿真實訓教學，在參與式學習模塊中，基于制定的學習目標，采用項目式教學，并加入引導文，即問題鏈，以項目為主線，以學生為中心，以教師為引導，從低級問題到高級問題進行進階式引導，學生與教師進行良好互動。

在參與式學習過程中，采用項目教學，給定塞拉門的實訓項目，師生共同制訂合理的實施計劃，可用甘特圖進行設計。為了更好地完成塞拉門的實訓操作，要對實訓計劃進行充分的論證，在進行項目的實施，在此階段中要加入引導文進行引導教學，最后再進行交流研討。

3.5?后測（P）模塊

學生進行城軌客室車門虛擬仿真實訓后，為了檢測是否達到了制定的學習目標，要進行測驗反饋環節。在后測這一階段，指導教師通過實訓平臺中的教學管理系統下達實訓任務測試題，學生根據下發的塞拉門實訓測驗任務進行操作，系統自行判斷操作的正確與否，對學習目標的達成度進行反饋。

3.6?總結（S）模塊

在總結階段，進行課堂研討，采取多元評價。項目教學過程中，學生是分組的，先進行組內互評。進行塞拉門虛擬仿真實訓操作時，會出現各種各樣的問題，比如滾珠絲杠的工作原理，開關門的條件等，都是非常煩瑣的知識點，學生需要不斷地反復推敲，必要時還要結合現場的實物進行核查。組內互評的時候，就這些比較模棱兩可的問題再次進行研討，互相交流，各抒己見，在討論交流過程中把疑難問題簡單化。組內互評后，再進行組別評價。每個小組內的工作作風不盡相同，可以互相交流經驗，取其精華，去其糟粕，比如車門的拆卸和安裝實訓過程中，拆裝的順序不同，就會導致不同的運行效果，但也不能墨守成規，根據實際情況，進行創新性工作，既可以激發創新意識，又可以隨時找到問題的關鍵點，尋找突破。指導教師最后進行整體評價，布置實訓報告的撰寫，課后確定幫扶計劃。那些在課堂中未能完全掌握知識的同學，可以讓那些完全掌握的同學進行幫扶，共同提高。

結語

利用計算機技術搭建了塞拉門實訓平臺，并采用了適合職業教育的BOPPPS教學模式，通過這一教學模式，學生能夠良好地掌握知識內容，這也體現了工程實踐創新項目的教育理念。在后期工作中，還應不斷開發新的實訓系統，實現教學相長。

參考文獻：

［1］中國城市軌道交通協會.城市軌道交通2022年度統計和分析報告［R］.2023.

［2］馬漢林，姚明陽.一種地鐵塞拉門實訓系統的設計［J］.機電信息，2020（03）：87+89.

［3］張光建，張麗珠，王保民.地鐵塞拉門虛擬仿真實訓系統的開發與實踐［J］.科技風，2023（08）：6163.

［4］韋強，李晨蕾，唐小小.BOPPPS模式在“城市軌道交通運營”課程教學中的應用［J］.金華職業技術學院學報，2021，21（06）：814.

［5］劉秀丹.基于BOPPPS模型的“城市軌道交通車輛設備運用”課程混合式教學實踐研究［J］.無線互聯科技，2019，16（16）：8788.

項目基金：天津市級大學生創新創業訓練計劃項目資助（項目編號：202310066079）

作者簡介：黎來燕（2003—?），女，漢族，廣西梧州人，本科，研究方向：城軌車輛機械系統設計。

*通訊作者：張光建（1991—?），男，漢族，山東聊城人，碩士研究生，講師，研究方向：城軌車輛運用與檢修。