虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在軌道交通類專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用

許愛軍

(廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣系,廣東 廣州 510430)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在軌道交通類專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用

許愛軍

(廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣系,廣東 廣州 510430)

根據(jù)軌道交通類專業(yè)的教學(xué)特點(diǎn),將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用到課堂教學(xué)、校內(nèi)實(shí)訓(xùn)、校外實(shí)踐、職后提升等環(huán)節(jié),探索基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的“十字型”教學(xué)模式,有效解決了課堂教學(xué)枯燥空洞、校內(nèi)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)性不強(qiáng)、校外實(shí)訓(xùn)受外因影響大等難題,取得了良好的教學(xué)效果。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù);軌道交通類專業(yè);教學(xué)改革

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是20世紀(jì)末出現(xiàn)的一門新的綜合性信息技術(shù),自從被引入職業(yè)教育領(lǐng)域,給復(fù)雜的技能訓(xùn)練、宏觀的效果設(shè)計(jì)、微觀的解剖分析、動(dòng)態(tài)的過程仿真帶來了一系列變革,受到了人們的廣泛關(guān)注。廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院(以下簡稱“我院”)在軌道交通類專業(yè)教學(xué)中充分應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),有效解決了課堂教學(xué)枯燥空洞、校內(nèi)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)性不強(qiáng)、校外實(shí)訓(xùn)受外因影響大等難題,取得了良好的教學(xué)效果。

一、軌道交通類專業(yè)教學(xué)特點(diǎn)

專業(yè)設(shè)備多,結(jié)構(gòu)復(fù)雜。軌道交通類專業(yè)是在原有鐵路機(jī)車車輛、鐵道運(yùn)輸?shù)葘I(yè)基礎(chǔ)上,結(jié)合城市軌道交通大發(fā)展的新形勢而設(shè)置的,畢業(yè)生就業(yè)主要集中在鐵路、地鐵、城軌等行業(yè)。在教學(xué)中需要講授專業(yè)設(shè)備的結(jié)構(gòu)、原理、性能,以及設(shè)備的運(yùn)行調(diào)度、運(yùn)用檢修等內(nèi)容,這些設(shè)備型號(hào)多、體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜,課堂講授一般采用文字加圖片的方式,學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不高,主動(dòng)性不強(qiáng)。

校內(nèi)實(shí)訓(xùn)設(shè)備少,場地有限。軌道交通類專業(yè)的實(shí)訓(xùn)設(shè)備不僅種類多、體積大,而且價(jià)格昂貴,在現(xiàn)有條件下將實(shí)訓(xùn)工廠搬進(jìn)學(xué)校是不可行的。這些設(shè)備體積龐大,普通的實(shí)訓(xùn)場地?zé)o法容納。因此,軌道交通類專業(yè)的校內(nèi)實(shí)訓(xùn)設(shè)備,一般來自行業(yè)退役或報(bào)廢的設(shè)備,以露天或加蓋頂棚的方式放置在空坪隙地。這些設(shè)備數(shù)量有限,型號(hào)落后,在實(shí)際教學(xué)中常常以點(diǎn)帶面,實(shí)訓(xùn)內(nèi)容難以系統(tǒng)化。

校外實(shí)踐機(jī)會(huì)少。軌道交通類專業(yè)的校外實(shí)踐一般要到鐵路機(jī)務(wù)段、車輛段、地鐵車輛調(diào)度中心、檢修中心等進(jìn)行現(xiàn)場教學(xué)。這些單位是軌道交通運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵部門,出于安全生產(chǎn)和交通正常運(yùn)行的考慮,通常能為職業(yè)院校提供實(shí)踐教學(xué)的機(jī)會(huì)較少?，F(xiàn)場教學(xué)通常采用參觀、座談、觀看錄像的方式,學(xué)生難以親自參與實(shí)踐,教學(xué)效果不理想。

二、基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的教學(xué)模式及實(shí)施效果

(一)基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的教學(xué)模式

該模式充分利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的優(yōu)勢,將其應(yīng)用到課堂教學(xué)、校內(nèi)實(shí)訓(xùn)、校外實(shí)踐、職后提升等環(huán)節(jié)。在課堂教學(xué)中,利用三維展示呈現(xiàn)設(shè)備結(jié)構(gòu);在校內(nèi)實(shí)訓(xùn)時(shí),利用虛擬訓(xùn)練進(jìn)行技能訓(xùn)練;在校外實(shí)踐時(shí),利用虛擬場景進(jìn)行綜合仿真;在職后提升時(shí),利用虛擬平臺(tái)進(jìn)行培訓(xùn)。學(xué)生理論基礎(chǔ)扎實(shí),單項(xiàng)技能過硬,綜合素質(zhì)全面。

課堂教學(xué)。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),構(gòu)建大量與實(shí)物相似的“3D設(shè)備”和“3D機(jī)車”,比如采用Pro/E工具建模,將各種軌道交通設(shè)備和機(jī)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(xué)中,教師打開相應(yīng)的模型文件,展示這些軌道交通專業(yè)設(shè)備,還可以單獨(dú)演示每個(gè)零部件甚至設(shè)備內(nèi)部的細(xì)微結(jié)構(gòu)。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的三維展示功能,能有效幫助學(xué)生理解專業(yè)設(shè)備的結(jié)構(gòu)、工作原理和技術(shù)參數(shù),提高教學(xué)效果。

校內(nèi)實(shí)訓(xùn)。在校內(nèi)建立鐵路機(jī)車模擬駕駛裝置、地鐵司機(jī)模擬訓(xùn)練系統(tǒng),利用模擬系統(tǒng)對學(xué)生進(jìn)行列車操縱能力和列車運(yùn)行中故障處理能力的技能訓(xùn)練,特別是電器內(nèi)部故障、DCU故障、火災(zāi)、列車脫離、線路毀壞等非正常情況下的應(yīng)急處理訓(xùn)練;引進(jìn)軌道運(yùn)輸運(yùn)營虛擬教學(xué)系統(tǒng),將計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖軟件、底層聯(lián)鎖邏輯和現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)及變化過程整合到訓(xùn)練沙盤上,為軌道運(yùn)輸專業(yè)學(xué)生提供直觀的實(shí)訓(xùn)仿真環(huán)境,進(jìn)行設(shè)備單操、調(diào)車、正常和非正常情況下接發(fā)車等操作技能訓(xùn)練。

校外實(shí)踐。在組織學(xué)生進(jìn)行校外實(shí)踐前,我們先通過綜合仿真系統(tǒng)對學(xué)生進(jìn)行技能培訓(xùn),重點(diǎn)講授本次實(shí)踐中要注意的技術(shù)問題,并利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬多種操作不當(dāng)產(chǎn)生的后果,提高學(xué)生規(guī)范操作、安全駕駛的意識(shí)。如在地鐵運(yùn)營調(diào)度實(shí)踐中,采用軌道交通綜合仿真系統(tǒng),模擬各種線路和列車的運(yùn)行狀況,讓學(xué)生掌握列車調(diào)度的操作規(guī)程,提高學(xué)生的安全生產(chǎn)意識(shí)。

職后提升。為了解決軌道交通類專業(yè)技術(shù)人員業(yè)余時(shí)間少、難以集中授課的難題,我們搭建了遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)與培訓(xùn)鑒定平臺(tái),集理論學(xué)習(xí)、虛擬訓(xùn)練、技能考核于一體,學(xué)習(xí)者只要登錄學(xué)習(xí)平臺(tái),就可以不受時(shí)間和地點(diǎn)限制,學(xué)習(xí)各種理論知識(shí),或者以虛擬的角色在虛擬場景中進(jìn)行技能訓(xùn)練。學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)和訓(xùn)練的記錄隨時(shí)保存,方便下次繼續(xù)進(jìn)行各種操作。該平臺(tái)還能讓學(xué)習(xí)者提交作業(yè)、參加考試,并實(shí)現(xiàn)答卷保存、自動(dòng)評分、成績查詢和分析等功能。

(二)實(shí)施效果

教師教學(xué)水平有效提升。采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行教學(xué),教師需要熟練掌握虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)軟件的使用,進(jìn)行虛擬系統(tǒng)(設(shè)備)的設(shè)計(jì)、制作與開發(fā),這大大提升了教師的現(xiàn)代教育技術(shù)應(yīng)用水平。同時(shí),借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),教師能更直觀地講授各種軌道交通設(shè)備的結(jié)構(gòu)、原理,提升自身的專業(yè)技能。

學(xué)生專業(yè)技能明顯增強(qiáng)。近3年來,我院軌道交通類專業(yè)學(xué)生年均就業(yè)率為99%以上,與廣州地鐵等8家企業(yè)合作開辦冠名訂單班,培養(yǎng)學(xué)生3270多名。畢業(yè)生中涌現(xiàn)廣州地鐵首席司機(jī)、“和諧號(hào)”高速動(dòng)車組首位司機(jī)、香港地鐵公司站務(wù)主任等一大批技術(shù)和管理骨干。2010年,我院學(xué)生參加首屆全國高職院校特色專業(yè)“接發(fā)列車”技能大賽,榮獲3個(gè)二等獎(jiǎng)。

專業(yè)特色更加突出。軌道交通類專業(yè)形成了“雙元師徒、雙業(yè)一體”的專業(yè)特色,獲得了良好的社會(huì)聲譽(yù)。目前,我院有省市級精品課程4門,市級示范專業(yè)2個(gè),成為廣州市“雙轉(zhuǎn)移”定點(diǎn)培訓(xùn)機(jī)構(gòu)、鐵道部機(jī)車司機(jī)培訓(xùn)基地、鐵道部客運(yùn)列車長培訓(xùn)基地、廣鐵集團(tuán)崗位技能培訓(xùn)與提升基地、鐵道部復(fù)員軍人技能培訓(xùn)基地、廣東省鐵路春運(yùn)服務(wù)首選高校。

三、提高虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在軌道交通類專業(yè)教學(xué)中應(yīng)用效果的途徑

第一,深化教學(xué)改革,提升專業(yè)教師素質(zhì)。改革課程教學(xué)內(nèi)容,采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),創(chuàng)建基于工作過程的、模擬從業(yè)者真實(shí)活動(dòng)的虛擬環(huán)境,使學(xué)生在對情境問題的探索中形成職業(yè)意識(shí),提升職業(yè)能力與素養(yǎng)。組建一支高素質(zhì)的專業(yè)化教師隊(duì)伍,熟練掌握虛擬現(xiàn)實(shí)軟件的使用和虛擬平臺(tái)的操作,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行技能訓(xùn)練。

第二,理順虛擬教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)之間的關(guān)系。一是互補(bǔ)關(guān)系,即實(shí)踐教學(xué)不能實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容,如有毒、有害、危險(xiǎn)場所的實(shí)踐內(nèi)容,可以利用虛擬訓(xùn)練實(shí)現(xiàn);二是融入關(guān)系,即在專業(yè)教學(xué)方案中有機(jī)融入虛擬教學(xué)的有關(guān)內(nèi)容;三是順序關(guān)系,即采用虛擬教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合,一般都是虛擬教學(xué)在前,實(shí)踐教學(xué)在后。

第三,開發(fā)適合專業(yè)教學(xué)需要的虛擬教學(xué)產(chǎn)品。虛擬教學(xué)產(chǎn)品一般有校本開發(fā)、與企業(yè)共同開發(fā)、完全由企業(yè)開發(fā)三種方式。采用校本開發(fā)方式,要以編程人員為主,配備一定數(shù)量的動(dòng)畫、美工、音頻處理人員;采用與企業(yè)共同開發(fā)方式,要任命專門的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人,制訂完備的開發(fā)計(jì)劃,提煉項(xiàng)目設(shè)計(jì)的情景和任務(wù),交由第三方企業(yè)實(shí)現(xiàn);采用完全由企業(yè)開發(fā)方式,要指定專門的協(xié)調(diào)人員,充分比較多個(gè)虛擬產(chǎn)品,選擇最合適的產(chǎn)品。此外,要注重虛擬教學(xué)產(chǎn)品的應(yīng)用效果評價(jià),可以從教學(xué)指標(biāo)、技術(shù)指標(biāo)以及使用效果三個(gè)方面進(jìn)行考查。

[1]張建武,孔紅菊.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在實(shí)踐實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].電化教育研究,2010(4).

[2]李金國,楊林生,李云貴.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于高職模具實(shí)訓(xùn)教學(xué)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(xué)社會(huì)科學(xué)發(fā)展“十一五”規(guī)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究。

責(zé)任編輯 葉利榮 E-mail:yelirong@126.com