虛實(shí)結(jié)合實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式研究
——以鐵道工電學(xué)院《牽引變電所運(yùn)行與檢修實(shí)訓(xùn)》為例

周小紅，劉玉寶，田鯤

（四川鐵道職業(yè)學(xué)院，四川 成都 610097）

實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)置作為高效提升高職學(xué)生實(shí)踐操作能力及專業(yè)素質(zhì)的有效途徑，也是實(shí)現(xiàn)理論知識與專業(yè)能力互通、職業(yè)素養(yǎng)培養(yǎng)、專業(yè)技能質(zhì)量提高的重要教學(xué)方式。因此，在科技發(fā)展高度發(fā)達(dá)的當(dāng)今時代，鐵道工電學(xué)院教學(xué)需充分結(jié)合現(xiàn)代科技優(yōu)秀成果，設(shè)立虛實(shí)結(jié)合的實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺，充分探索能夠滿足專業(yè)理論教學(xué)與專業(yè)素養(yǎng)互通的教學(xué)結(jié)構(gòu)。在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中把握“虛”與“實(shí)”的結(jié)構(gòu)建設(shè)，在信息手段的補(bǔ)充下，實(shí)現(xiàn)豐富實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的實(shí)訓(xùn)課程開展，充分提高實(shí)訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.1 國外研究

虛實(shí)結(jié)合實(shí)訓(xùn)研究可以追溯到20 世紀(jì)80 年代末，西方發(fā)達(dá)國家數(shù)字化產(chǎn)業(yè)初興，職業(yè)教育進(jìn)入鼎盛階段，以美國、英國、德國等為代表的發(fā)達(dá)國家嘗試?yán)锰摂M技術(shù)、數(shù)字技術(shù)對職業(yè)教育進(jìn)行改造。從20 世紀(jì)90 年代到21 世紀(jì)前10 年，虛擬仿真技術(shù)研究以“虛擬實(shí)驗(yàn)室”形態(tài)存在，在高等教育中采用虛擬設(shè)備與工業(yè)計(jì)算機(jī)構(gòu)建一個虛擬實(shí)驗(yàn)室，讓學(xué)生可以通過軟件操作設(shè)備執(zhí)行相關(guān)的任務(wù)要求。譬如，美國密歇根大學(xué)化學(xué)工程系就嘗試采用VR 技術(shù)搭建化學(xué)工程主題虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)室，在虛擬現(xiàn)實(shí)中完成專業(yè)課程教學(xué)，以及相關(guān)技能的實(shí)驗(yàn)操作。美國以外，北歐、東歐等制造業(yè)發(fā)展較好的國家，也都有推動建設(shè)數(shù)字技術(shù)教學(xué)應(yīng)用中心、虛擬實(shí)驗(yàn)室、制造業(yè)綜合基地等各種類型的實(shí)訓(xùn)平臺，采用虛擬環(huán)境培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)技能。綜合來看，海外對虛實(shí)結(jié)合實(shí)訓(xùn)的研究呈現(xiàn)兩個特征。

（1）研究積淀深厚。學(xué)術(shù)界和工業(yè)界較早開展虛實(shí)結(jié)合實(shí)訓(xùn)類型合作，在合作模式、合作平臺、合作機(jī)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(jù)國家產(chǎn)業(yè)、職業(yè)教育發(fā)展方向不同，形成了差異化的研究傾向，為后來者學(xué)習(xí)提供了諸多可供借鑒的研究范例。

1.2 國內(nèi)研究

我國對虛擬仿真技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究基礎(chǔ)薄弱，較為成型的研究多發(fā)布于2008 年后，虛實(shí)結(jié)合實(shí)訓(xùn)相關(guān)研究也基本與之同步。國內(nèi)的虛實(shí)結(jié)合實(shí)訓(xùn)研究一部分脫胎于對國外職業(yè)教育的模仿和學(xué)習(xí)，另一方面是基于國內(nèi)數(shù)字產(chǎn)業(yè)發(fā)展催生的帶動效應(yīng)，在研究層次上主要分為兩類。

（1）虛實(shí)結(jié)合實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式的研究。主要是圍繞虛實(shí)結(jié)合實(shí)訓(xùn)的教學(xué)展開、課程構(gòu)建、管理模式等進(jìn)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(xiàn)實(shí)的中等職業(yè)教育實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)模式研究》、2020 年的《新工科背景下智能制造虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺建設(shè)與應(yīng)用》。

（2）虛實(shí)結(jié)合實(shí)訓(xùn)的技術(shù)背景研究。主要圍繞虛實(shí)結(jié)合實(shí)訓(xùn)平臺的技術(shù)體系、虛擬仿真技術(shù)、虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的技術(shù)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(shí)結(jié)合虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的建設(shè)》、2019 年的《基于OBE 理念的虛實(shí)結(jié)合實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系實(shí)踐》。總體來說，我國虛實(shí)結(jié)合實(shí)訓(xùn)研究的積累不多，研究豐富度不夠，具有較強(qiáng)指導(dǎo)性的實(shí)踐性研究欠缺。

2 方向制定

2.1 虛實(shí)分段教學(xué)

虛實(shí)分段教學(xué)模式就是在實(shí)訓(xùn)過程中將虛擬教學(xué)部分與實(shí)踐教學(xué)部分分段進(jìn)行，虛擬教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)順序可根據(jù)教學(xué)需要進(jìn)行制定。

2.2 虛實(shí)交替教學(xué)

虛實(shí)交替教學(xué)方式為虛擬教學(xué)部分與實(shí)踐教學(xué)部分采取交替進(jìn)行模式，按照教學(xué)需求與學(xué)生學(xué)習(xí)接受程度將教學(xué)課程劃分為合適的占比，實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的交錯展開，使學(xué)生在仿真教學(xué)中掌握的技能能夠在實(shí)踐教學(xué)中得到深化訓(xùn)練。

2.3 虛實(shí)融合教學(xué)

虛實(shí)融合教學(xué)模式的開展需將仿真教學(xué)訓(xùn)練與實(shí)踐基地中的教學(xué)訓(xùn)練進(jìn)行融合，這一教學(xué)模式的實(shí)現(xiàn)需依托校企間的協(xié)同合作。在教學(xué)的開展中，采取以實(shí)踐教學(xué)作為教學(xué)主導(dǎo)，以虛擬教學(xué)作為輔助手段的模式，使得教學(xué)效率及質(zhì)量能夠有效提高。

三種類型中，虛實(shí)分段、虛實(shí)交替教學(xué)最適宜疫情常態(tài)管控背景下的教學(xué)工作開展，虛實(shí)融合教學(xué)對外部的人員、師資、設(shè)備流動要求較高，開展難度最高。

3 虛擬培訓(xùn)課程體系

虛擬教學(xué)系統(tǒng)使用的設(shè)備技術(shù)所涉及的設(shè)備外觀、設(shè)備操作方式等需與現(xiàn)實(shí)操作中的行為方式保持一致。學(xué)生可使用虛擬模式的變電所操作系統(tǒng)達(dá)到對相關(guān)工作設(shè)施的初步認(rèn)知及操作學(xué)習(xí)，并且虛擬系統(tǒng)的使用也可使學(xué)生盡早適應(yīng)設(shè)備的構(gòu)造、零件的組成。

在學(xué)校相關(guān)教學(xué)條令及管理規(guī)范的依據(jù)參考下，虛擬訓(xùn)練的教學(xué)內(nèi)容課程安排需根據(jù)專業(yè)實(shí)踐需要形成完整的教學(xué)體系，做好課程規(guī)劃，給出指導(dǎo)意見，制定相關(guān)的考核體系，必要時可邀請具有相關(guān)教學(xué)資質(zhì)及操作經(jīng)驗(yàn)的工作人員進(jìn)行現(xiàn)場指導(dǎo)。虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)課程包括以下部分。

3.1 監(jiān)視巡視

牽引變電虛擬設(shè)施應(yīng)系統(tǒng)完整地展現(xiàn)及模仿不同環(huán)境情景下的工作需求以及設(shè)施運(yùn)行狀況，所生成的畫面應(yīng)當(dāng)具備逼真的特點(diǎn)，能夠還原操作現(xiàn)場，并且系統(tǒng)操作簡易，適合工作人員操作。牽引虛擬操作系統(tǒng)的建設(shè)能夠符合相關(guān)的規(guī)程需要，真實(shí)地展現(xiàn)工作場所內(nèi)設(shè)備的工作狀態(tài)以及產(chǎn)生的動作信號，并且可對產(chǎn)生的異常信號進(jìn)行實(shí)時監(jiān)視。虛擬系統(tǒng)所配備的漫游結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)對虛擬變電所設(shè)備依照相關(guān)設(shè)備規(guī)范要求及逆行全境內(nèi)無遺漏的設(shè)備巡視。學(xué)生在工作實(shí)施時，可按照相關(guān)的操作規(guī)范在全境內(nèi)進(jìn)行設(shè)備巡視，并按照巡視情況選擇相關(guān)的專用工具。

3.2 運(yùn)行操作

牽引變電虛擬教學(xué)系統(tǒng)能夠直觀地體現(xiàn)相關(guān)工作人員的工作情況，從綜自和常規(guī)等方面模擬變電所中的所需執(zhí)行的操作內(nèi)容，直觀地體現(xiàn)具體工作范圍。牽引變電模擬系統(tǒng)的操作范圍包括變電所執(zhí)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(diào)令，以及執(zhí)行的模擬操作，同時會涉及安全操作中所使用的工具準(zhǔn)備等，還要對執(zhí)行模擬內(nèi)容的操作情況進(jìn)行匯報(bào)以及過程中所需的安全設(shè)施設(shè)置情況和工作票的辦理情況進(jìn)行掌握。牽引變電虛擬系統(tǒng)中包括的操作內(nèi)容需涵蓋真實(shí)牽引變電工作中所使用的儀器，并且學(xué)生按照現(xiàn)場操作規(guī)范及原則實(shí)現(xiàn)虛擬系統(tǒng)的儀器操作，維護(hù)虛擬系統(tǒng)中的儀器運(yùn)行。與此同時，虛擬牽引變電系統(tǒng)應(yīng)模仿真實(shí)系統(tǒng)設(shè)置的1 ～2 次防誤操作系統(tǒng)警報(bào)提醒設(shè)計(jì)。

3.3 倒閘作業(yè)票辦理

牽引變電模擬系統(tǒng)的建立需涉及典型的倒閘作業(yè)票設(shè)計(jì)以及票庫的構(gòu)建，相關(guān)的模擬系統(tǒng)操作人員在牽引變電模擬系統(tǒng)的運(yùn)行中根據(jù)相關(guān)的設(shè)定要求，進(jìn)行填寫、授理及終止倒閘作業(yè)票的工作。通過此項(xiàng)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(xùn)教學(xué)實(shí)踐，并且可針對辦理過程中產(chǎn)生的錯誤操作實(shí)施預(yù)警。

3.4 事故處理演練

牽引變電虛擬系統(tǒng)應(yīng)針對操作過程中可能會發(fā)生的各種儀器設(shè)施故障設(shè)計(jì)演練處理培訓(xùn)。相關(guān)操作人員對產(chǎn)生的故障情況進(jìn)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(dāng)，將會導(dǎo)致故障仍然存在或者故障范圍擴(kuò)大的情況。這種故障演練的操作培訓(xùn)可考察學(xué)生的故障處理能力，并及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生故障處理中存在的問題，并對此進(jìn)行訓(xùn)練。

牽引變電模擬系統(tǒng)針對牽引變電過程中所發(fā)生的各種事故，能夠?qū)崿F(xiàn)對于事故產(chǎn)生故障內(nèi)容的模擬。學(xué)生在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的錯誤操作將會引起虛擬系統(tǒng)的錯誤預(yù)警，報(bào)告運(yùn)行及操作引起的錯誤，并且在學(xué)生后續(xù)的操作過程中實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)視。在故障處理內(nèi)容的構(gòu)成中，教師可進(jìn)行自主的內(nèi)容設(shè)置，引導(dǎo)學(xué)生對事故原因進(jìn)行探究并對事故狀況進(jìn)行處理，提高學(xué)生的事故檢測及處理能力。

4 實(shí)踐課程設(shè)置

4.1 實(shí)踐教學(xué)思路

實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)應(yīng)與就業(yè)專業(yè)職能相對應(yīng)，在實(shí)踐環(huán)節(jié)中強(qiáng)調(diào)教學(xué)的實(shí)用性。通過與企業(yè)深入交流，進(jìn)行行業(yè)發(fā)展方向調(diào)研，對畢業(yè)生的方向規(guī)劃及技能需求進(jìn)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(guān)的交流探討，形成校企協(xié)同的人才培養(yǎng)模式，共同制定適合學(xué)生發(fā)展的人才培養(yǎng)方案。展開雙師型人才培養(yǎng)隊(duì)伍，做好理論與實(shí)踐人才培養(yǎng)模式的銜接。在人才培養(yǎng)的基礎(chǔ)上構(gòu)成“學(xué)工一線”的教學(xué)模式，所謂“學(xué)工一線”，就是使學(xué)校的虛擬教學(xué)與崗位的實(shí)踐教學(xué)工作進(jìn)行融合，使得專業(yè)教學(xué)與崗位培養(yǎng)形成一線，課程內(nèi)容制定與職業(yè)規(guī)范形成一線，教學(xué)與生產(chǎn)組成一線，校園與企業(yè)為一線的教學(xué)方式。

4.2 實(shí)踐教學(xué)體系設(shè)計(jì)

鐵道工電學(xué)院的牽引變電工作展開需進(jìn)行層次教學(xué)方式。教學(xué)內(nèi)容需按照基本技能教學(xué)、專業(yè)實(shí)踐教學(xué)與綜合素質(zhì)培養(yǎng)進(jìn)行劃分?；A(chǔ)技能培養(yǎng)傾向于操作性教學(xué)；專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的主要內(nèi)容側(cè)重于教學(xué)技能的實(shí)用性；綜合性的教學(xué)環(huán)節(jié)重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了教學(xué)內(nèi)容的實(shí)踐性，教學(xué)內(nèi)容涵蓋設(shè)備的檢修以及過程教學(xué)，還需包括技能的創(chuàng)新應(yīng)用。

在教學(xué)的初級階段，需進(jìn)行認(rèn)知教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生對鐵路局牽引變電所的設(shè)備及相關(guān)知識進(jìn)行初步認(rèn)識，并對變電所工作的日常職能進(jìn)行了解。第二階段的工作就是對學(xué)生進(jìn)行工具的使用、設(shè)備的操作等內(nèi)容進(jìn)行操作訓(xùn)練，使學(xué)生能夠正確地進(jìn)行崗位操作，確保操作技能可達(dá)到崗位技能地要求。第三階段的實(shí)踐教學(xué)包括職業(yè)技能的強(qiáng)化操作鍛煉，使學(xué)生能夠深入理解崗位職業(yè)范圍。實(shí)踐培訓(xùn)范圍包括以下3 個方面：首先，就是變電所值班崗位所需訓(xùn)練的技能，其中涉及運(yùn)行管理部分，需對變電所的運(yùn)行工作進(jìn)行深化實(shí)踐；其次，就是牽引變電所設(shè)施的日常巡視工作、倒閘及工作票辦理相關(guān)工作、設(shè)備的檢修工作等，當(dāng)前提實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行深化訓(xùn)練后，就需對學(xué)生的故障處理能力進(jìn)行深入培養(yǎng)。第二部分就是變電所修試崗位技能的培訓(xùn)，包括各類給點(diǎn)設(shè)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(tǒng)測試、安全工具功能測試、接地性質(zhì)測試、各類電器測試、直阻功能測試等。第三部分為接觸網(wǎng)工的崗位培訓(xùn)，涉及接觸電網(wǎng)的零部件裝配、激光測試儀的檢測及電網(wǎng)儀器的使用流程規(guī)范等。

4.3 推行“雙證”制度

對于學(xué)生的職能證明要求除畢業(yè)證書外，還需取得職能相關(guān)的資質(zhì)證書。因此，學(xué)校設(shè)置的實(shí)踐崗位培訓(xùn)內(nèi)容需與國家資格考試內(nèi)容銜接，從事相關(guān)事業(yè)單位崗位的學(xué)生應(yīng)具備崗位資格，依證上崗。

5 考核評價系統(tǒng)

在虛實(shí)結(jié)合的教學(xué)模式中，可采取多元化的考核手段對教學(xué)結(jié)果進(jìn)行考核?？梢源鹁砘蚍抡婺M訓(xùn)練、現(xiàn)場實(shí)踐考核的形式構(gòu)成總體考核范疇。考核對象不僅涵蓋教師對學(xué)生的評價，還可采取學(xué)生與學(xué)生互評的方式，做到優(yōu)勢互補(bǔ)，提高評價效果。

6 教學(xué)策略總結(jié)

虛擬教學(xué)方式的采用可在現(xiàn)場實(shí)踐的基礎(chǔ)上強(qiáng)化實(shí)踐效果，虛擬教學(xué)模式的增設(shè)可深化學(xué)生作為教學(xué)主體的理念，充分提高學(xué)生的自主性，加深學(xué)生對實(shí)踐內(nèi)容的認(rèn)知。因此，鐵道高職院校工電專業(yè)應(yīng)結(jié)合院校自身實(shí)際規(guī)范，構(gòu)建虛擬教學(xué)系統(tǒng)，系統(tǒng)中應(yīng)涵蓋真是牽引變電所場景中的相關(guān)設(shè)施及設(shè)施運(yùn)行狀況，與此同時，設(shè)施巡檢所使用的工具及可能發(fā)生的故障都應(yīng)包括在虛擬系統(tǒng)的操作內(nèi)容中，同時需設(shè)計(jì)與真實(shí)場景中的錯誤操作報(bào)警系統(tǒng)，對學(xué)生的操作進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。在實(shí)際操作過程中，各高校應(yīng)保持與企業(yè)及相關(guān)單位間的交流，進(jìn)行校企協(xié)同培養(yǎng)，強(qiáng)化產(chǎn)教融合平臺，使崗位專業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)作為技能培養(yǎng)的教學(xué)導(dǎo)向。

7 結(jié)語

在以往的實(shí)踐教學(xué)模式下，鐵道工電專業(yè)的牽引變電所運(yùn)行與檢修實(shí)踐教學(xué)課程較為單薄，且理論課程與實(shí)踐課程的教學(xué)融合不足，造成學(xué)生實(shí)踐對教學(xué)內(nèi)容理解不夠深入，操作熟練度不足，技能素質(zhì)儲備不夠的問題。虛實(shí)結(jié)合教學(xué)方式的引入可有效解決以上問題。采取虛實(shí)結(jié)合教學(xué)模式可以將線上虛擬仿真實(shí)訓(xùn)與線下真實(shí)實(shí)訓(xùn)結(jié)合起來，有效地串聯(lián)起專業(yè)教學(xué)知識體系，擴(kuò)展學(xué)生的知識視野，提高學(xué)生的職業(yè)技能水平。在真實(shí)實(shí)踐課程的設(shè)計(jì)中，需加強(qiáng)學(xué)校與企業(yè)及相關(guān)單位的交流，共同制定適合學(xué)生發(fā)展的人才培養(yǎng)方案，使學(xué)生經(jīng)過具體實(shí)踐訓(xùn)練后，可更快地適應(yīng)專業(yè)和崗位技術(shù)發(fā)展趨勢。