虛擬仿真技術(shù)在電梯實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用研究

丁榮暉

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?截至2019年，我國電梯保有量位居世界第一，而電梯專業(yè)人才的輸出則供遠(yuǎn)小于求，電梯專業(yè)人才素質(zhì)良莠不齊。內(nèi)容詳細(xì)分析了電梯實(shí)踐教學(xué)在電梯人才培養(yǎng)過程中的重要性，剖析了電梯實(shí)踐教學(xué)過程中存在的問題，引入虛擬仿真技術(shù)的概念，利用虛擬仿真技術(shù)解決電梯實(shí)踐教學(xué)中存在的問題，對于推動仿真技術(shù)在電梯教學(xué)中的應(yīng)用具有重要意義。

[關(guān) ? ?鍵 ? 詞] ?虛擬仿真;實(shí)踐教學(xué);建構(gòu)主義

[中圖分類號] ?G712 ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] ?A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文章編號] ?2096-0603（2020）17-0212-02

根據(jù)中國電梯協(xié)會公開數(shù)據(jù)顯示，截止到2018年年底，我國電梯在冊數(shù)量達(dá)到627.83萬臺，2019—2023年電梯保有量將以10%的速率遞增，預(yù)計到2023年我國電梯保有量達(dá)到一千萬臺以上。按照特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范《電梯使用管理與維護(hù)保養(yǎng)規(guī)則》（TSG T5001-2009）的規(guī)范要求，目前我國電梯維保人員缺口極大，預(yù)計在60多萬人[1]。針對巨大的市場缺口，我國很多高職院校相繼開設(shè)了電梯工程技術(shù)專業(yè)，為電梯行業(yè)培養(yǎng)高素質(zhì)的電梯專業(yè)人才，目前國內(nèi)共有89所高職院校相繼開設(shè)了電梯工程技術(shù)專業(yè)，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了電梯市場的人才需求，究其原因，一方面是學(xué)生數(shù)量滿足不了市場需求，另一方面是學(xué)生質(zhì)量滿足不了企業(yè)的要求。

高職院校在進(jìn)行電梯專業(yè)人才培養(yǎng)的過程中，首先應(yīng)該明確培養(yǎng)定位的問題，即培養(yǎng)什么樣的人？高職院校電梯專業(yè)應(yīng)該培養(yǎng)的是面向電梯行業(yè)生產(chǎn)一線，從事電梯安裝與調(diào)試、電梯維保、項(xiàng)目管理及電梯銷售等方面的專業(yè)學(xué)生，其中實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)是培養(yǎng)和提升學(xué)生職業(yè)技能的關(guān)鍵[2]，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)不僅能夠提升學(xué)生的專業(yè)實(shí)踐操作技能，還能夠培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作的精神，提高學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)，從而實(shí)現(xiàn)與企業(yè)需求的無縫接軌。

實(shí)踐環(huán)節(jié)雖然有諸多優(yōu)勢，但由于在實(shí)踐環(huán)節(jié)中存在著多種問題，導(dǎo)致學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量良莠不齊，不能真正意義上滿足企業(yè)需求。本文將從實(shí)踐環(huán)節(jié)存在的問題切入，對虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用進(jìn)行分析，結(jié)合我校實(shí)例，將虛擬仿真技術(shù)融入電梯實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，從而解決一部分實(shí)踐環(huán)節(jié)存在的問題。

一、電梯實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)問題分析

在電梯行業(yè)流傳著一句俗語——“三分制造，七分維保”，由此可見電梯維保對于保障電梯的安全運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。培養(yǎng)合格的電梯維保人員，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)必不可缺。通過調(diào)查我們發(fā)現(xiàn)，在電梯實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，普遍存在以下幾個問題，導(dǎo)致學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量出現(xiàn)偏差。

（一）實(shí)踐教學(xué)硬件條件不足

電梯是一個大型的機(jī)電一體化的產(chǎn)品，為有效提高學(xué)生的實(shí)踐技能，我們可以采用模塊化的教學(xué)實(shí)踐和整梯教學(xué)實(shí)踐相結(jié)合的方式，模塊化的教學(xué)更加突出實(shí)踐性與應(yīng)用性，滿足了企業(yè)對電梯工作崗位的需求[3]，加以整梯實(shí)訓(xùn)，可以構(gòu)件由點(diǎn)到面的完善的實(shí)踐體系。

實(shí)踐教學(xué)硬件條件包括實(shí)訓(xùn)設(shè)備、實(shí)訓(xùn)空間等因素，導(dǎo)致實(shí)踐硬件條件不足的主要因素包括數(shù)量、空間和成本三個方面。

1.數(shù)量不足。在模塊化實(shí)踐過程中，無法滿足一個班或多個班同時進(jìn)行授課。在模塊化教學(xué)中，電梯可大致分為樣板架制作模塊、層門安裝、廳門安裝、曳引機(jī)安裝、曳引繩安裝等諸多模塊，每個模塊需4～6個工位，并配以相應(yīng)的實(shí)訓(xùn)工具，從數(shù)量上而言，模塊多而雜，要完全配齊電梯的實(shí)踐模塊需要大量的實(shí)訓(xùn)設(shè)備。

2.空間不足。模塊教學(xué)每個工位必須保障足夠的操作空間;在整體實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，從空間上來說需要至少2層站的整梯，且需要涵蓋目前主流的垂直梯和自動扶梯、人行道等，對于學(xué)校而言需要一個大型的實(shí)訓(xùn)場館進(jìn)行設(shè)計和布局。對已經(jīng)成熟的學(xué)校而言，利用現(xiàn)有的空間資源構(gòu)建完善的大型電梯實(shí)訓(xùn)場所有一定的困難。

3.成本較高。電梯整梯價格動輒幾萬至幾十萬不等，對學(xué)校而言，配置各類主流的電梯需要投入大量的成本，且由于電梯操作過程中學(xué)生的誤操作，會造成實(shí)訓(xùn)耗材的非常規(guī)性損耗，給學(xué)校帶來額外的費(fèi)用負(fù)擔(dān)。

綜上所述，在電梯實(shí)踐教學(xué)過程中，硬件和空間的限制往往會導(dǎo)致實(shí)踐教學(xué)體系的不完善，從而在學(xué)生技能培訓(xùn)方面導(dǎo)致學(xué)生技能掌握得不全面或不熟練。

（二）實(shí)踐教學(xué)軟件條件缺陷

實(shí)踐教學(xué)軟件條件主要是指教師的數(shù)量和質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上學(xué)生實(shí)踐教學(xué)的需求。電梯教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)往往是以小組形式進(jìn)行，每組以3～6人為宜，以一個教學(xué)班為例，在教學(xué)實(shí)踐過程中通常會分為6～7個小組，而配套的指導(dǎo)老師只有1～2名，無法保障實(shí)踐環(huán)節(jié)中學(xué)生的實(shí)踐質(zhì)量，甚至還會造成第三個實(shí)踐環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題。由于高等院校沒有電梯工程技術(shù)專業(yè)，電梯專業(yè)教師的來源一方面是高校的機(jī)電專業(yè)畢業(yè)生，另一方面則是電梯企業(yè)的工程師，其中以機(jī)電專業(yè)的教師居多，教師對電梯缺乏系統(tǒng)的專業(yè)的認(rèn)知。

（三）實(shí)踐教學(xué)存在安全隱患

電梯實(shí)踐教學(xué)過程中，由于學(xué)生數(shù)量與教師數(shù)量不成比例，教師電梯行業(yè)實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)的匱乏，會造成一定的安全隱患，尤其是進(jìn)行整梯實(shí)訓(xùn)的環(huán)節(jié)更為明顯。

二、虛擬仿真技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀

（一）虛擬仿真技術(shù)發(fā)展簡介

虛擬仿真技術(shù)，又稱為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，是伴隨計算機(jī)科學(xué)發(fā)展的一種試驗(yàn)研究性技術(shù)[4]，在20世紀(jì)40年代就已經(jīng)出現(xiàn)，1962年，G W Mogenthater第一次對仿真進(jìn)行了技術(shù)上的定義，即實(shí)際系統(tǒng)不存在或比較復(fù)雜難以實(shí)現(xiàn)的情況下對系統(tǒng)或活動本質(zhì)上的實(shí)現(xiàn)[5];1987年計算機(jī)科學(xué)家杰倫·拉尼爾首先使用了虛擬仿真一詞;2016年虛擬仿真技術(shù)迎來真正的“元年”，被稱為真正的虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)“爆發(fā)之年”[6]。自2016年以來，虛擬仿真技術(shù)受到了越來越多的關(guān)注，并在教育、醫(yī)藥、化工、機(jī)械等各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，其沉浸性、交互性等特點(diǎn)，可以徹底改變傳統(tǒng)課堂的教學(xué)模式，以游戲式的教學(xué)方式和學(xué)習(xí)方式激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，在教師的指導(dǎo)下，實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為中心的教學(xué)模式。在建構(gòu)主義理論的指導(dǎo)下，虛擬仿真技術(shù)被越來越廣泛地應(yīng)用到教育中，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)能動性。

（二）虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

為了促進(jìn)虛擬仿真技術(shù)在教育中的運(yùn)用，教育部出臺了《關(guān)于2017—2020年開展示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)的通知》《關(guān)于開展2015年國家級虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作的通知》等文件，促進(jìn)虛擬仿真技術(shù)在教育教學(xué)中的使用，并在《關(guān)于加快建設(shè)高水平本科教育全面提高人才培養(yǎng)能力的意見》文件中指出：“推進(jìn)現(xiàn)代信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合，建設(shè)1000項(xiàng)左右國家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和水平?！蓖ㄟ^建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，虛擬仿真技術(shù)已經(jīng)成為各校開展實(shí)踐教學(xué)的重要手段之一。

三、虛擬仿真技術(shù)在電梯實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的應(yīng)用

針對上文提到的電梯實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中存在的問題，我校與中新軟件（上海）有限公司合作，引入其開發(fā)的電梯教學(xué)虛擬仿真教學(xué)平臺，該平臺采用C/S和B/S兩種架構(gòu)，學(xué)生可以在課前、課中及課后登錄該平臺進(jìn)行電梯知識的學(xué)習(xí)和實(shí)踐操作，完成教師布置的線上學(xué)習(xí)任務(wù)，與傳統(tǒng)的實(shí)踐操作相比，該平臺的使用具有以下明顯優(yōu)勢。

（一）極大地突破了地域限制

傳統(tǒng)的課堂實(shí)踐環(huán)節(jié)，學(xué)生只能在指定的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行實(shí)踐，虛擬仿真技術(shù)的使用則充分利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，尤其是隨著5G的部署，高速率、低延遲的網(wǎng)絡(luò)特性使學(xué)生無論身處何地，只要有一部智能手機(jī)就能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)平臺的實(shí)踐操作。

（二）有助于標(biāo)準(zhǔn)化操作流程的構(gòu)建

傳統(tǒng)的課堂實(shí)踐環(huán)節(jié)受時間、設(shè)備數(shù)量、耗材損耗、成本等多方面的限制，學(xué)生不能夠多次重復(fù)同一個實(shí)踐操作，對所學(xué)技能的掌握熟練度不夠，更無法形成標(biāo)準(zhǔn)化的操作流程。在虛擬實(shí)踐平臺中，學(xué)生則不受上述的限制，可以反復(fù)多次地進(jìn)行實(shí)踐操作，操作過程中出現(xiàn)錯誤也不需要考慮耗材的損耗，重復(fù)的操作、糾錯，有助于學(xué)生標(biāo)準(zhǔn)化操作流程的構(gòu)建，在轉(zhuǎn)入實(shí)際設(shè)備實(shí)踐操作時有效地避免錯誤的發(fā)生。

（三）降低實(shí)踐操作安全隱患

在實(shí)際教學(xué)環(huán)境中，教師需要花費(fèi)大量的精力去提防實(shí)踐環(huán)節(jié)中的安全隱患問題，對學(xué)生在操作過程中出現(xiàn)的瑕疵;在虛擬平臺中，學(xué)生則完全可以忽略此環(huán)節(jié)，甚至通過游戲式的教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生可以逆向操作，構(gòu)建實(shí)踐操作環(huán)節(jié)中出現(xiàn)的安全事故，深刻認(rèn)識實(shí)踐環(huán)節(jié)存在的安全隱患，提升學(xué)生的安全意識。

（四）有效增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能動性

電梯虛擬仿真平臺在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計上采用了游戲式的教學(xué)設(shè)計，學(xué)生可以通過玩游戲的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)，寓教于樂。這種學(xué)習(xí)方式不僅滿足了當(dāng)下學(xué)生癡迷游戲的需求，還通過在游戲環(huán)節(jié)設(shè)置關(guān)卡的模式，逐步引導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)踐操作，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望，轉(zhuǎn)學(xué)生被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)，有效增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)能動性。

（五）有助于提升教師的專業(yè)技能

電梯虛擬仿真平臺不僅針對學(xué)生使用，教師也可以通過該平臺進(jìn)行專業(yè)技能的學(xué)習(xí)和培訓(xùn)，從而幫助教師更快地熟悉電梯的專業(yè)技能，幫助教師提升教學(xué)水平和專業(yè)能力。

四、結(jié)論

隨著虛擬仿真技術(shù)的不斷發(fā)展，在教育領(lǐng)域，虛擬仿真技術(shù)必將得到越來越廣泛的應(yīng)用，尤其是在工科領(lǐng)域，虛擬仿真技術(shù)不僅可以解決設(shè)備投入的問題，還可以解決實(shí)踐環(huán)節(jié)中存在的安全隱患問題，更重要的是它可以對傳統(tǒng)的教學(xué)模式進(jìn)行顛覆性的變革，將建構(gòu)主義理論更深入地應(yīng)用到教學(xué)中去，從而真正實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為主、教師為輔的教學(xué)模式。本文以電梯專業(yè)實(shí)踐教學(xué)為例，拋磚引玉，希望虛擬仿真技術(shù)在教育的各個領(lǐng)域都能發(fā)揮重要的作用，提升教育教學(xué)的質(zhì)量，為行業(yè)、企業(yè)培養(yǎng)高素質(zhì)、高技能的專業(yè)人才。

參考文獻(xiàn)：

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[6]2016虛擬現(xiàn)實(shí)迎來真正“元年”[DB/OL].http：//www.fangzhen.cn/news/201601/266.html2016-01-11.

編輯 曾彥慧