基于“虛仿+MG動(dòng)畫”技術(shù)的地鐵塞拉門實(shí)訓(xùn)平臺(tái)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

黎來(lái)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(dòng)畫技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)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(shù)字孿生平臺(tái)制作虛擬仿真資源，通過(guò)MG動(dòng)畫制作平臺(tái)開(kāi)發(fā)一系列塞拉門的動(dòng)畫視頻，精心打磨一套基于“虛擬仿真+MG動(dòng)畫”技術(shù)的地鐵塞拉門實(shí)訓(xùn)平臺(tái)并應(yīng)用于教學(xué)中，在實(shí)訓(xùn)過(guò)程中采用BOPPPS教學(xué)模式，分為6個(gè)階段，即導(dǎo)入（B）、學(xué)習(xí)目標(biāo)（O）、前測(cè)檢驗(yàn)（P）、參與式學(xué)習(xí)（P）、后測(cè)反饋（P）和總結(jié)（S），將六個(gè)模塊融于教學(xué)環(huán)節(jié)，在提升學(xué)生動(dòng)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(guān)鍵詞：虛擬仿真；MG動(dòng)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(guó)城市軌道交通（城軌）行業(yè)快速發(fā)展，截至2022年底，中國(guó)大陸地區(qū)共有55個(gè)城市開(kāi)通城市軌道交通運(yùn)營(yíng)線路308條，運(yùn)營(yíng)線路總長(zhǎng)度10287.45千米［1］。隨著城軌領(lǐng)域的迅猛發(fā)展，地鐵公司需要大量的技術(shù)人員對(duì)地鐵車輛進(jìn)行檢修維護(hù)，而職業(yè)院校作為技能型人才培養(yǎng)的輸出基地，如何比以往傳統(tǒng)教學(xué)更好地提升學(xué)生技能，需要教師不斷地對(duì)課堂教學(xué)進(jìn)行改革和嘗試，尤其是實(shí)訓(xùn)教學(xué)，在提升學(xué)生動(dòng)手動(dòng)腦方面，帶來(lái)更大的教學(xué)挑戰(zhàn)。

地鐵車門作為乘客上下列車的通道，在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中是故障率較高的系統(tǒng)之一［2］。地鐵客室車門的檢修維護(hù)是地鐵企業(yè)中比較重要的一項(xiàng)工作，因此在車輛應(yīng)用技術(shù)專業(yè)教學(xué)中也是比較重要的一項(xiàng)實(shí)訓(xùn)課程。車門實(shí)體設(shè)備在實(shí)訓(xùn)過(guò)程中教學(xué)效果不明顯且存在一定的安全隱患，利用團(tuán)隊(duì)成員研發(fā)的城軌客室車門虛擬仿真軟件，在實(shí)訓(xùn)中采用BOPPPS教學(xué)法，在提高學(xué)生的動(dòng)手技能中，意義重大。

2?實(shí)訓(xùn)平臺(tái)設(shè)計(jì)

數(shù)字孿生平臺(tái)DataMesh［3］對(duì)塞拉門進(jìn)行虛擬仿真資源制作具有很多優(yōu)勢(shì)，它提供數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的孿生應(yīng)用場(chǎng)景使得仿真更加逼真;再結(jié)合MG動(dòng)畫視頻，實(shí)訓(xùn)平臺(tái)更為完美和有趣味性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)一步提升學(xué)習(xí)動(dòng)力。實(shí)訓(xùn)平臺(tái)整體設(shè)計(jì)框架如下圖1所示。

利用SolidWorks建立城軌客室塞拉門模型并進(jìn)行渲染后，轉(zhuǎn)換成DataMesh所需要的.fbx及.glb格式，在云平臺(tái)中生成一個(gè)零部件庫(kù)，DataMesh?Studio調(diào)用云平臺(tái)中的攜門架、坦克鏈、上下導(dǎo)軌等零部件以及MG動(dòng)畫視頻，可以編輯并生成劇本，并以DataMesh?One播放相應(yīng)的塞拉門模型劇本，終端顯示設(shè)備多種多樣，可實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地進(jìn)行學(xué)習(xí)。基于“虛擬仿真+MG動(dòng)畫”技術(shù)的地鐵塞拉門實(shí)訓(xùn)平臺(tái)交互界面如圖2所示。

3?實(shí)訓(xùn)教學(xué)應(yīng)用

BOPPPS教學(xué)模式是一種有效的教學(xué)方法，是由加拿大教師技能培訓(xùn)工作坊ISW（Instructional?Skills?Workshop）所創(chuàng)建的，強(qiáng)調(diào)課堂的交際性和互動(dòng)性，在國(guó)內(nèi)外教學(xué)機(jī)構(gòu)中日漸應(yīng)用廣泛［4］，在課程的混合式教學(xué)實(shí)踐中也有一定的應(yīng)用［5］?；诮?gòu)主義，強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心的參與式學(xué)習(xí)方式，將實(shí)際教學(xué)的過(guò)程分為六個(gè)模塊，分別是：導(dǎo)入（Bridgein）、學(xué)習(xí)目標(biāo)（Objective）、前測(cè)（Preassessment），參與式學(xué)習(xí)（Participatorylearning）、后測(cè)（Postassessment）以及總結(jié)（Summary）。在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中將BOPPPS教學(xué)模式融于實(shí)際課堂，其教學(xué)設(shè)計(jì)總體框架如下圖3所示。

3.1?導(dǎo)入（B）模塊

通過(guò)“雨課堂”等新媒體平臺(tái)在課前導(dǎo)入一些有關(guān)地鐵客室車門實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源，如中國(guó)大學(xué)MOOC、SPOC以及利用萬(wàn)彩動(dòng)畫大師創(chuàng)建的MG動(dòng)畫微課，利用這些所謂的“鉤子”，勾起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。慕課平臺(tái)上匯集了大批優(yōu)秀的教學(xué)資料，在課前導(dǎo)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(xué)生體會(huì)信息時(shí)代的變遷。利用萬(wàn)彩動(dòng)畫大師制作的MG動(dòng)畫微課，包括城軌客室車門的分類，塞拉門的機(jī)械和電氣結(jié)構(gòu)組成認(rèn)知，塞拉門的開(kāi)關(guān)門動(dòng)作原理認(rèn)知等，以動(dòng)畫的形式進(jìn)行實(shí)訓(xùn)內(nèi)容簡(jiǎn)介，可以充分讓學(xué)生做課前預(yù)習(xí)，寓教于樂(lè)，帶著問(wèn)題去學(xué)習(xí)，避免學(xué)習(xí)的盲目性。

3.2?學(xué)習(xí)目標(biāo)（O）模塊

根據(jù)成果導(dǎo)向教育OBE（Outcome?Based?Education）理念，結(jié)合課程教學(xué)大綱，以學(xué)生為中心，制定塞拉門實(shí)訓(xùn)教學(xué)目標(biāo)。制定學(xué)習(xí)目標(biāo)分三個(gè)維度，分別是認(rèn)知學(xué)習(xí)目標(biāo)（Head）、情感學(xué)習(xí)目標(biāo)（Heart）和技能學(xué)習(xí)目標(biāo)（Hand）。教學(xué)目標(biāo)如下表所示。

3.3?前測(cè)（P）模塊

采用雨課堂導(dǎo)入城軌塞拉門相關(guān)教學(xué)資源的過(guò)程中，在學(xué)生預(yù)習(xí)教學(xué)內(nèi)容后，還會(huì)推送相應(yīng)的知識(shí)測(cè)驗(yàn)，檢查學(xué)生課前預(yù)習(xí)的效果。一定程度上來(lái)講，也是課前的學(xué)情調(diào)研，了解學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度。針對(duì)學(xué)生對(duì)題目的作答情況，從而有的放矢地進(jìn)行授課。

3.4?參與式學(xué)習(xí)（P）模塊

城軌客室車門虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)，在參與式學(xué)習(xí)模塊中，基于制定的學(xué)習(xí)目標(biāo)，采用項(xiàng)目式教學(xué)，并加入引導(dǎo)文，即問(wèn)題鏈，以項(xiàng)目為主線，以學(xué)生為中心，以教師為引導(dǎo)，從低級(jí)問(wèn)題到高級(jí)問(wèn)題進(jìn)行進(jìn)階式引導(dǎo)，學(xué)生與教師進(jìn)行良好互動(dòng)。

在參與式學(xué)習(xí)過(guò)程中，采用項(xiàng)目教學(xué)，給定塞拉門的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，師生共同制訂合理的實(shí)施計(jì)劃，可用甘特圖進(jìn)行設(shè)計(jì)。為了更好地完成塞拉門的實(shí)訓(xùn)操作，要對(duì)實(shí)訓(xùn)計(jì)劃進(jìn)行充分的論證，在進(jìn)行項(xiàng)目的實(shí)施，在此階段中要加入引導(dǎo)文進(jìn)行引導(dǎo)教學(xué)，最后再進(jìn)行交流研討。

3.5?后測(cè)（P）模塊

學(xué)生進(jìn)行城軌客室車門虛擬仿真實(shí)訓(xùn)后，為了檢測(cè)是否達(dá)到了制定的學(xué)習(xí)目標(biāo)，要進(jìn)行測(cè)驗(yàn)反饋環(huán)節(jié)。在后測(cè)這一階段，指導(dǎo)教師通過(guò)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)中的教學(xué)管理系統(tǒng)下達(dá)實(shí)訓(xùn)任務(wù)測(cè)試題，學(xué)生根據(jù)下發(fā)的塞拉門實(shí)訓(xùn)測(cè)驗(yàn)任務(wù)進(jìn)行操作，系統(tǒng)自行判斷操作的正確與否，對(duì)學(xué)習(xí)目標(biāo)的達(dá)成度進(jìn)行反饋。

3.6?總結(jié)（S）模塊

在總結(jié)階段，進(jìn)行課堂研討，采取多元評(píng)價(jià)。項(xiàng)目教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生是分組的，先進(jìn)行組內(nèi)互評(píng)。進(jìn)行塞拉門虛擬仿真實(shí)訓(xùn)操作時(shí)，會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問(wèn)題，比如滾珠絲杠的工作原理，開(kāi)關(guān)門的條件等，都是非常煩瑣的知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生需要不斷地反復(fù)推敲，必要時(shí)還要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)物進(jìn)行核查。組內(nèi)互評(píng)的時(shí)候，就這些比較模棱兩可的問(wèn)題再次進(jìn)行研討，互相交流，各抒己見(jiàn)，在討論交流過(guò)程中把疑難問(wèn)題簡(jiǎn)單化。組內(nèi)互評(píng)后，再進(jìn)行組別評(píng)價(jià)。每個(gè)小組內(nèi)的工作作風(fēng)不盡相同，可以互相交流經(jīng)驗(yàn)，取其精華，去其糟粕，比如車門的拆卸和安裝實(shí)訓(xùn)過(guò)程中，拆裝的順序不同，就會(huì)導(dǎo)致不同的運(yùn)行效果，但也不能墨守成規(guī)，根據(jù)實(shí)際情況，進(jìn)行創(chuàng)新性工作，既可以激發(fā)創(chuàng)新意識(shí)，又可以隨時(shí)找到問(wèn)題的關(guān)鍵點(diǎn)，尋找突破。指導(dǎo)教師最后進(jìn)行整體評(píng)價(jià)，布置實(shí)訓(xùn)報(bào)告的撰寫，課后確定幫扶計(jì)劃。那些在課堂中未能完全掌握知識(shí)的同學(xué)，可以讓那些完全掌握的同學(xué)進(jìn)行幫扶，共同提高。

結(jié)語(yǔ)

利用計(jì)算機(jī)技術(shù)搭建了塞拉門實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，并采用了適合職業(yè)教育的BOPPPS教學(xué)模式，通過(guò)這一教學(xué)模式，學(xué)生能夠良好地掌握知識(shí)內(nèi)容，這也體現(xiàn)了工程實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目的教育理念。在后期工作中，還應(yīng)不斷開(kāi)發(fā)新的實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長(zhǎng)。

參考文獻(xiàn)：

［1］中國(guó)城市軌道交通協(xié)會(huì).城市軌道交通2022年度統(tǒng)計(jì)和分析報(bào)告［R］.2023.

［2］馬漢林，姚明陽(yáng).一種地鐵塞拉門實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.機(jī)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(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與實(shí)踐［J］.科技風(fēng)，2023（08）：6163.

［4］韋強(qiáng)，李晨蕾，唐小小.BOPPPS模式在“城市軌道交通運(yùn)營(yíng)”課程教學(xué)中的應(yīng)用［J］.金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2021，21（06）：814.

［5］劉秀丹.基于BOPPPS模型的“城市軌道交通車輛設(shè)備運(yùn)用”課程混合式教學(xué)實(shí)踐研究［J］.無(wú)線互聯(lián)科技，2019，16（16）：8788.

項(xiàng)目基金：天津市級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目資助（項(xiàng)目編號(hào)：202310066079）

作者簡(jiǎn)介：黎來(lái)燕（2003—?），女，漢族，廣西梧州人，本科，研究方向：城軌車輛機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

*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(yùn)用與檢修。