VR技術(shù)在鐵道機(jī)車類實訓(xùn)教學(xué)中的探索

白文濤 詹凌峰

摘要：虛擬現(xiàn)實是借助PC端形成交互式動態(tài)情景和現(xiàn)實動作的仿真平臺，通過這項技術(shù)培養(yǎng)更多具有創(chuàng)造力人才已經(jīng)成為職業(yè)教育中的新生力量。特別是現(xiàn)在把學(xué)歷證書和職業(yè)技能等級證書結(jié)合起來，即“1+X”證書制度，更是讓虛擬現(xiàn)實在技術(shù)能力教育發(fā)揮出無與倫比的作用。因此本文首次對虛擬現(xiàn)實技術(shù)和鐵道機(jī)車類實訓(xùn)教學(xué)進(jìn)行探索，改變傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)形式，培養(yǎng)學(xué)生成為創(chuàng)新型人才提出寶貴經(jīng)驗。

Abstract： Virtual reality is an interactive dynamic scene and real action simulation platform with the help of PC. It has become a new force in vocational education to cultivate more creative talents through this technology. In particular， the combination of academic certificate and vocational skill level certificate， namely "1 + X" certificate system， makes virtual reality play an incomparable role in technical ability education. Therefore， this paper explores the virtual reality technology and railway locomotive training teaching for the first time， changes the traditional learning form， and puts forward valuable experience to cultivate students to become innovative talents.

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實;鐵道機(jī)車;技術(shù)能力;創(chuàng)新型人才

Key words： virtual reality;railway locomotive;technical ability;innovative talents

中圖分類號：G4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）10-0227-02

0? 引言

我校屬于鐵道類專業(yè)院校，從事的大部分都是軌道交通類課程教學(xué)，特別是鐵道機(jī)車類專業(yè)，今后對接的就是機(jī)車乘務(wù)員，屬于技術(shù)操作要求能力較高的崗位。同時鐵道機(jī)車的課程涉及的學(xué)科很廣，有機(jī)械大類和電氣大類。因此，培養(yǎng)學(xué)生需要有扎實的、高質(zhì)量的理論知識，還需要學(xué)生將所學(xué)理論知識應(yīng)用在實際操作中。這就需要有類似生產(chǎn)一線的設(shè)備和環(huán)境，讓他們更好的、更快的將所學(xué)知識應(yīng)用在自己的今后的工作中去。但是在學(xué)校中我們無法讓每個學(xué)生都在畢業(yè)之前去機(jī)務(wù)段實習(xí)，這不管對費用、時間和金錢都是極大的浪費。并且由于學(xué)生對自己要求的放松和實踐經(jīng)驗的欠缺，還存在極大的安全隱患。所以實訓(xùn)課在學(xué)校的教學(xué)中占了相當(dāng)大的比重。但是傳統(tǒng)的實訓(xùn)課會有許多難以解決的麻煩。如：知識點的復(fù)雜性，學(xué)生無法完全理解所講內(nèi)容;教學(xué)用的實訓(xùn)設(shè)備價格非常高，實訓(xùn)設(shè)備數(shù)量少，實訓(xùn)設(shè)備更新?lián)Q代少，使得設(shè)備大大落后于現(xiàn)場;且實訓(xùn)設(shè)備的共享使用率很低，導(dǎo)致教學(xué)效率低下。所以虛擬現(xiàn)實應(yīng)用到我們實訓(xùn)教學(xué)中是最佳的選擇。

1? 虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實本質(zhì)上是綜合利用計算機(jī)圖形系統(tǒng)和各種現(xiàn)實及控制等設(shè)備，在計算機(jī)上生成的、可交互的三維環(huán)境中提供沉浸感覺的技術(shù)。傳統(tǒng)的人機(jī)交互中，是由人去適應(yīng)計算機(jī)，這就削弱了人的主觀能動性，過度強(qiáng)化PC端。而在這個過程中，人們逐漸發(fā)現(xiàn)有很多弊端。讓計算機(jī)去適應(yīng)人的發(fā)展的想法也就應(yīng)運而生，這就使得人機(jī)交互更加合理化，也更加人性化，這就是虛擬現(xiàn)實技術(shù)。

齒輪由于科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，虛擬仿真在教學(xué)中，特別是在實訓(xùn)教學(xué)中應(yīng)用越來越廣泛，因為有些理論課，雖然應(yīng)用到了虛擬現(xiàn)實，但只是舉例加深對知識的理解和應(yīng)用。而實訓(xùn)課就是使用虛擬現(xiàn)實，操作現(xiàn)實中的工具，對于教學(xué)效果更加理想。同時傳統(tǒng)實訓(xùn)設(shè)備的價格昂貴，有些設(shè)備尺寸十分巨大，共享率低，存在安全隱患。2015年，教育部建設(shè)了100個國家級虛擬仿真試驗中心，一年之后又增加了200個，未來四年內(nèi)又計劃增加1000項。西安理工大學(xué)建設(shè)工程實踐虛擬仿真教學(xué)中心;西北大學(xué)建設(shè)文化遺產(chǎn)數(shù)字化保護(hù)虛擬仿真實驗教學(xué)中心;西安郵電大學(xué)建設(shè)信息通信技術(shù)虛擬仿真實驗教學(xué)中心;西安科技大學(xué)建設(shè)礦山建設(shè)工程虛擬仿真實驗教學(xué)中心。這些仿真平臺的建立在教學(xué)方面取得了良好的教學(xué)效果。所以在中職和高職這種更偏向于實際操作的技能類課程，應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一個有著巨大潛力的方向。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)與學(xué)校實訓(xùn)課程的結(jié)合需要因地制宜，在課中需要保障虛擬現(xiàn)實的真實性、交互性和實訓(xùn)的性質(zhì)。教師先總體講解這節(jié)課的主要內(nèi)容和重難點，學(xué)生以老師講述內(nèi)容為綱，以課本知識為領(lǐng)，結(jié)合自己在虛擬現(xiàn)實中的所見和操作，完成實訓(xùn)課程的內(nèi)容，達(dá)到實訓(xùn)的基本要求。甚至老師能夠把上課變成一種學(xué)生最喜歡的模式，以一種類似于競賽闖關(guān)的方式，最大限度的調(diào)動學(xué)生的內(nèi)驅(qū)力，使學(xué)生由被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化為主動學(xué)習(xí)。如《電力機(jī)車總體》認(rèn)知實訓(xùn)，老師先運用三維圖形將轉(zhuǎn)向架的組成結(jié)構(gòu)及其部件名稱傳授給同學(xué)們，然后在10分鐘之內(nèi)，同學(xué)們自己運用虛擬現(xiàn)實設(shè)備對照轉(zhuǎn)向架認(rèn)清每個結(jié)構(gòu)的名稱和位置。最后各個小組之間每個成員進(jìn)行PK，將每隊PK隊員進(jìn)行積分，總分高者獲得勝利。這種在一邊玩，一邊學(xué)的過程中，學(xué)生能更深刻的掌握所學(xué)知識。并且在這個過程中，老師也能夠及時發(fā)現(xiàn)在學(xué)習(xí)過程中的易錯點，及時指出學(xué)生的錯誤，防止學(xué)生重蹈覆轍。

鐵道機(jī)車類課程中使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，將枯燥的課堂、死板的知識點轉(zhuǎn)變?yōu)殍蜩蛉缟⒊錆M活力的三維教學(xué)，讓所講內(nèi)容“眼見為實”，加深同學(xué)們對基本概念和原理的掌握。甚至我們可以使用虛擬仿真技術(shù)將我們整個機(jī)務(wù)段的作業(yè)實現(xiàn)1：1復(fù)制，對機(jī)務(wù)段的結(jié)構(gòu)布置，作業(yè)流程，設(shè)備操作等實現(xiàn)情景再現(xiàn)，讓學(xué)生在學(xué)中看，看中學(xué)。

2? 傳統(tǒng)教學(xué)現(xiàn)存的問題

通過在高職教學(xué)的最終目的是培養(yǎng)對口的創(chuàng)造性人才，理論課與實訓(xùn)課的比例大致為1：1，如此多的實訓(xùn)課不管是對老師，還是對學(xué)生，亦或是對設(shè)備都是一個挑戰(zhàn)。對學(xué)生來講，現(xiàn)在高職實訓(xùn)課教學(xué)大都是前期完成所有理論課的教學(xué)，然后進(jìn)行整周的實訓(xùn)，那么就存在一個理論和實訓(xùn)操作上的時間差，學(xué)生無法將所學(xué)的知識與實訓(xùn)操作進(jìn)行有效結(jié)合，無法理解透徹實際原理。實訓(xùn)場所的空間有限，如機(jī)車頭一次教學(xué)最多只能容納6個人，那么老師就需要將相同的內(nèi)容講解七到八遍，并且如果是在夏天，機(jī)車頭中的溫度高，教學(xué)環(huán)境相當(dāng)惡劣，對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果也會大打折扣。以鐵道機(jī)車類專業(yè)實訓(xùn)課程為例，總結(jié)下來主要存在以下幾個問題：

①鐵道機(jī)車類實訓(xùn)課程教學(xué)，班級人數(shù)達(dá)到50人，屬于大班教學(xué)，但是由于實訓(xùn)設(shè)備，也就是機(jī)車頭的價格昂貴，尺寸巨大，導(dǎo)致學(xué)校無法配置多臺機(jī)車頭供教學(xué)使用，這就使得實訓(xùn)設(shè)備的共享率非常低下，根本無法開展大規(guī)模的實訓(xùn)教學(xué)。

②理論教學(xué)與實訓(xùn)教學(xué)存在時間上的遲滯性和空間上的異地性，先上理論后上整周實訓(xùn)。這種滯后性會讓學(xué)生無法將所學(xué)知識聯(lián)系到自己操作的設(shè)備上，讓知識碎片化和單一化。理論課在教室，實訓(xùn)課在距離較遠(yuǎn)的室外實訓(xùn)場，并且同一門實訓(xùn)課也存在上課地點的差異，教學(xué)設(shè)備設(shè)置分散，且學(xué)生四處奔波，天氣的變化等外在因素也會影響到教學(xué)的效果。

③鐵道機(jī)車類實訓(xùn)機(jī)車車輛就只有兩臺，一臺電力機(jī)車，一臺內(nèi)燃機(jī)車，這兩臺機(jī)車車輛常年擺放在室外，隨著時間的推移，里面的一些電器老化和管路損壞，導(dǎo)致原本的實訓(xùn)項目無法順利實施，而請人專門維修又是一筆非常大的費用。

④實訓(xùn)設(shè)備的年代久遠(yuǎn)，與現(xiàn)在投入使用的機(jī)車車輛存在巨大的技術(shù)差別，這也就導(dǎo)致與現(xiàn)場的設(shè)備會有出入，學(xué)生走上工作崗位無法以最快的時間融入自己的工作。

⑤隨著科技和網(wǎng)絡(luò)的大力融入生活，各種新奇的產(chǎn)品層出不窮，學(xué)生也更加偏向于科技含量高的教學(xué)設(shè)備。

3? 虛擬現(xiàn)實（VR）應(yīng)用實訓(xùn)教學(xué)的優(yōu)勢

為了順應(yīng)時代的發(fā)展要求，迎合“1+X”政策制度，將畢業(yè)證書與技能等級證書想結(jié)合的思想。在高職實訓(xùn)教學(xué)中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)已成為一個新的趨勢。那么融合虛擬現(xiàn)實技術(shù)的實訓(xùn)教學(xué)將帶來以下改變：

①虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠?qū)⒔滩闹械闹R點，特別是難點內(nèi)容以畫面的形式置于你的眼前，讓抽象能力薄弱的學(xué)生更好理解，與現(xiàn)場設(shè)備相差無幾的虛擬場景讓學(xué)生完全融入場景，去探索知識，讓學(xué)生多方位、全身心的記住每個細(xì)節(jié)和重難點內(nèi)容。

②消除了實訓(xùn)設(shè)備的安全隱患，鐵道機(jī)車車輛有著高壓電和高度壓縮的空氣，如果操作不當(dāng)會引起安全事故，特別是在學(xué)生還不熟悉操作流程，沒有充分意識到安全隱患，誤操作可能會引起人身安全，嚴(yán)重甚至導(dǎo)致生命安全。

③虛擬的實訓(xùn)設(shè)備放置于室內(nèi)，體積小，重量輕，相比于龐大而昂貴的實際機(jī)車車輛更節(jié)省金錢、人力、空間，且后期的維護(hù)成本非常低，極大的降低了實訓(xùn)的成本。

④先進(jìn)的實訓(xùn)設(shè)備也更能牽動學(xué)生探索的欲望，增加他們學(xué)習(xí)的興趣，產(chǎn)生強(qiáng)烈的內(nèi)驅(qū)力，這種學(xué)習(xí)方式是學(xué)習(xí)最有效的方法。

⑤可編輯性強(qiáng)，隨著車型的更新?lián)Q代，虛擬現(xiàn)實只需要在程序上加以更新即可，省去引入新設(shè)備的麻煩，同時也能保持實訓(xùn)教學(xué)設(shè)備的先進(jìn)性。對于具體機(jī)型的改動也十分便捷。

⑥對于資源庫的建設(shè)相對來講更加合理和持久，同時能夠?qū)崿F(xiàn)資源的共享，將許多存在的問題，優(yōu)質(zhì)的資源都能方便快捷共享，實現(xiàn)資源利用的最大化。

4? 結(jié)語

今年“疫情”將我們原本線下的工作，硬生生搬到了線上，這從客觀上來講推動了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)入我們課堂的腳步。相信虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為一個最前沿的技術(shù)在教學(xué)中大范圍應(yīng)用指日可待。將虛擬現(xiàn)實技術(shù)與鐵道機(jī)車類實訓(xùn)課程的結(jié)合，克服了落后的實訓(xùn)設(shè)備和逐漸增加的教學(xué)需求之間的矛盾;緩和了學(xué)生對傳統(tǒng)教學(xué)失去興趣與復(fù)雜交叉的學(xué)科知識之間的矛盾;學(xué)校資金欠缺與實訓(xùn)設(shè)備更新?lián)Q代的矛盾;由于特殊原因影響無法上課與不停課之間的矛盾;也順應(yīng)國家“1+X”政策的理念，培養(yǎng)多方面、全層次的創(chuàng)造性技能人才。

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