基于柯氏評估模型的智慧實訓(xùn)平臺使用效果評估

摘 要：針對實訓(xùn)教學(xué)中的傳統(tǒng)實訓(xùn)操作臺功能滯后，嚴(yán)重影響實訓(xùn)效率等問題，設(shè)計出一種基于人工智能物聯(lián)網(wǎng)（AIoT）的智慧實訓(xùn)平臺，實現(xiàn)實訓(xùn)平臺可視化操作界面、即時互動評價機制及智能糾錯等功能，提升實訓(xùn)培訓(xùn)效率。為評價該平臺的使用效果，以動車組制動檢修實訓(xùn)為例，采用柯氏評估法，對使用智慧實訓(xùn)平臺實訓(xùn)情況進行調(diào)查評估。結(jié)果表明，相比于傳統(tǒng)實訓(xùn)平臺，學(xué)員對智慧實訓(xùn)平臺各項功能的滿意度更高，且智慧實訓(xùn)平臺可以提升實訓(xùn)效能。

關(guān)鍵詞：實訓(xùn)平臺;檢修培訓(xùn);AIoT;評估;柯氏評估法

中圖分類號：U239.5 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2024）30-0156-04

Abstract： In view of the problems that the traditional training console functions lag behind in practical training teaching， which seriously affects practical training efficiency， a smart training platform based on the Artificial Intelligence Internet of Things （AIoT） has been designed to realize a visual operation interface and instant interactive evaluation of the practical training platform. Mechanism and intelligent error correction and other functions to improve the efficiency of practical training. In order to evaluate the use effect of the platform， taking EMU braking maintenance training as an example， the Kirkpatrick Model was used to investigate and evaluate the practical training situation using the smart training platform. The results show that compared with traditional practical training platforms， students are more satisfied with various functions of the smart practical training platform， and the smart practical training platform can improve practical training efficiency.

Keywords： practical training platform; maintenance training; AIoT; evaluation; Kirkpatrick Model

近10年，我國建成了世界最大的高速鐵路網(wǎng)，全國鐵路營業(yè)里程由9.8萬km增加到15.9萬km[1]。鐵道車輛是鐵路運輸系統(tǒng)中的重要組成部分，對鐵路運輸安全順暢運營有著至關(guān)重要的作用。因此，提升檢修人員的工作效率與檢修水平，是確保鐵道車輛的安全運行必不可少的一環(huán)。以制動檢修實訓(xùn)教學(xué)為例，學(xué)生使用實訓(xùn)平臺進行模擬制動閥檢修作業(yè)。實訓(xùn)平臺作為實操的重要工具，承載著工具收納、提供操作平臺等多項功能，是確保學(xué)生掌握制動裝置構(gòu)造并且能進行良好維修的重要工具。

傳統(tǒng)實訓(xùn)平臺存在諸多局限，如缺乏高效的零件管理機制，導(dǎo)致實訓(xùn)環(huán)境中零件散亂無章，學(xué)生無法快速找到零件進行實訓(xùn)，降低了學(xué)生實訓(xùn)的有效性。還因?qū)嵱?xùn)空間布局寬敞、桌位分散，而減弱教師對學(xué)生個體進度的關(guān)注度，限制即時反饋與指導(dǎo)的機會。同時，部分學(xué)生在專業(yè)知識與技能的基礎(chǔ)相對薄弱，在實際操作過程中技巧不夠熟練易引發(fā)錯誤操作，不僅可能對實訓(xùn)設(shè)備造成損害，還隱藏著重大的安全隱患，威脅到學(xué)生的人身安全。

針對以上傳統(tǒng)實訓(xùn)平臺存在的局限性，提出了一種基于人工智能物聯(lián)網(wǎng)（AIoT）的智慧實訓(xùn)平臺。該平臺依托人工智能、數(shù)字孿生等技術(shù)，極大提升了實訓(xùn)的互動性和實效性[2]。其通過搭載智能化工具收納管理系統(tǒng)，融合定制零件槽與先進壓感技術(shù)，實現(xiàn)實訓(xùn)工具有序管理。并支持跨平臺互聯(lián)，促進學(xué)生間互動合作，搭載的先進評價系統(tǒng)則助力教師精準(zhǔn)掌握學(xué)生實訓(xùn)動態(tài)，實現(xiàn)個性化教學(xué)指導(dǎo)，全面提升實訓(xùn)效率與成效。同時集成智能糾錯功能，可識別錯誤操作且在顯示屏實時提醒并展示正確流程，及時糾正錯誤，強化安全意識與知識技能掌握[3]。該智慧實訓(xùn)平臺在實訓(xùn)教育領(lǐng)域展現(xiàn)出顯著的革新優(yōu)勢，與傳統(tǒng)實訓(xùn)平臺形成鮮明對比。智慧實訓(xùn)平臺效果圖如圖1所示。

1 評估過程

為反映智慧實訓(xùn)平臺在職業(yè)實訓(xùn)教學(xué)的使用效果，本文以動車組制動檢修實訓(xùn)為例，運用了柯氏4級評估法進行評估?？率纤募壴u估是一種用于評估培訓(xùn)效果的方法[4]，它由國際著名學(xué)者威斯康辛大學(xué)教授唐納德·L·柯克帕特里克（Donald. L. Kirkpatrick）于1959年提出，這一模型將培訓(xùn)效果的評估分為四個層次，包括學(xué)員反應(yīng)、學(xué)習(xí)效果、行為改變、產(chǎn)生效果[5]。本文從學(xué)員反應(yīng)、學(xué)習(xí)效果去評估智慧實訓(xùn)平臺的效能，主要涵蓋學(xué)員對智慧實訓(xùn)平臺功能的滿意度，學(xué)員在使用新舊平臺操作的知識、技能成績對比情況等方面去評估。通過問卷調(diào)查、設(shè)計對比實驗及技能考核等多種方式，采集滿意度、考核成績等相關(guān)數(shù)據(jù)并進行整理分析。同時遵循了客觀性原則、全面性原則，使評估結(jié)果客觀、公正、全面。

1.1 反應(yīng)評估

反應(yīng)評估旨在實訓(xùn)后評估學(xué)員對智慧實訓(xùn)平臺的滿意度，以分析智慧實訓(xùn)平臺能否滿足學(xué)員的學(xué)習(xí)需求。

通過問卷調(diào)查收集100名同期學(xué)員分別對傳統(tǒng)實訓(xùn)平臺和智慧實訓(xùn)平臺在工具管理和學(xué)習(xí)輔助功能兩方面的滿意度評分（百分制），并進行對比分析，如圖2所示。

根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，在工具管理和學(xué)習(xí)輔助兩個方面智慧實訓(xùn)平臺相較于傳統(tǒng)實訓(xùn)平臺都有顯著的優(yōu)勢。再次通過問卷調(diào)查收集100名同期學(xué)員對于智慧實訓(xùn)平臺各個核心功能的滿意度，具體包括檢修零部件結(jié)構(gòu)展示、可視化操作界面、線上即時互動與點評系統(tǒng)及智能糾錯等功能，調(diào)查結(jié)果如圖3所示。

結(jié)果顯示，學(xué)員對各個核心功能的滿意度均較高，其中智能糾錯與引導(dǎo)功能表的滿意度最高。由此可得，從學(xué)員的主觀視角出發(fā)，智慧實訓(xùn)平臺相比傳統(tǒng)實訓(xùn)平臺，智慧實訓(xùn)平臺的功能實用性更高，能夠在確保提升培訓(xùn)質(zhì)量的同時有效提升學(xué)習(xí)體驗和效果，更充分地滿足學(xué)員的學(xué)習(xí)需求，不僅增強了學(xué)習(xí)效率，還激發(fā)了學(xué)員的學(xué)習(xí)主動性，可以有效提高實訓(xùn)質(zhì)量。

1.2 學(xué)習(xí)評估

學(xué)習(xí)評估是衡量學(xué)生的知識、態(tài)度和技能是否因使用了智慧實訓(xùn)操作平臺而發(fā)生擴充、轉(zhuǎn)變和提升。其衡量方法應(yīng)該依照實訓(xùn)內(nèi)容特點設(shè)計。柯克帕特里克建議，學(xué)習(xí)的測評可以使用筆試檢測知識和態(tài)度類的學(xué)習(xí)效果，技能類的學(xué)習(xí)效果檢測則需要用行為測評[6]。對學(xué)員使用實訓(xùn)平臺后的理論知識掌握水平采用筆試的方式，對于專業(yè)技能知識，采用實操考核。

為了深入探究不同教學(xué)模式對高職實訓(xùn)教學(xué)效果的影響，本研究通過選取同專業(yè)但未學(xué)習(xí)過相關(guān)知識的100名高職院校學(xué)員作為樣本量，將樣本隨機分為A、B兩組進行對比實驗。實驗組A與實驗組B，每組各50名學(xué)員。實驗組A采用智慧實訓(xùn)平臺進行為期4個月的密集培訓(xùn)，而實驗組B則沿用傳統(tǒng)的實訓(xùn)平臺，培訓(xùn)周期延長至6個月，旨在控制時間變量的同時，比較兩種教學(xué)方式的效果。

為了科學(xué)、全面地評估學(xué)員的學(xué)習(xí)成果，設(shè)計了3次綜合考核，這些考核內(nèi)容兼顧理論知識筆試與實踐操作技能測試，旨在多維度衡量學(xué)員的學(xué)習(xí)情況[7]。通過對這3次考核的筆試與實操成績進行統(tǒng)計分析，結(jié)果直觀展示了A、B兩組學(xué)員在不同考核階段的表現(xiàn)差異，以此數(shù)據(jù)提供的結(jié)果進行對比分析，增強結(jié)論的可靠性和說服力。筆試考核情況如圖4所示，實操考核結(jié)果如圖5所示。

根據(jù)圖表數(shù)據(jù)分析所示，A組受訓(xùn)者相較于B組，在培訓(xùn)時間縮減了三分之一的前提下，其在整個培訓(xùn)期間的筆試評估與實踐操作考核中，成績均持續(xù)展現(xiàn)出優(yōu)越表現(xiàn)。智慧實訓(xùn)平臺能使學(xué)員實訓(xùn)效率顯著提升，源于其核心功能：智能糾錯與引導(dǎo)功能。特別是對于基礎(chǔ)較為薄弱的學(xué)生[8]，通過個性化的指導(dǎo)輔助，有效促進學(xué)員順利完成實訓(xùn)任務(wù)。相比傳統(tǒng)實訓(xùn)模式，該平臺以更低的學(xué)習(xí)門檻和更為直觀的操作界面，極大簡化了學(xué)習(xí)路徑，從而深刻地激發(fā)了學(xué)員的積極性和參與熱情。

從教育者的視角審視，智慧實訓(xùn)平臺同樣展現(xiàn)出了不可小覷的優(yōu)勢。糾錯評價系統(tǒng)的集成，不僅使教師能夠精準(zhǔn)掌握每位學(xué)員的學(xué)習(xí)動態(tài)，還為教學(xué)策略的優(yōu)化與調(diào)整提供了數(shù)據(jù)支持，極大地促進了教學(xué)效能的提升。在知識拓展層面，平臺實現(xiàn)了與課程內(nèi)容的無縫對接，內(nèi)置豐富多樣的教育資源，為學(xué)生拓寬知識視野、深化理論理解創(chuàng)造了條件，進一步強化了學(xué)習(xí)的廣度與深度;在技能提升方面，智慧實訓(xùn)平臺通過高度模擬實際工作場景，大幅增強了實訓(xùn)的實效性，還確保了學(xué)生能夠牢固掌握專業(yè)知識與技能，為快速適應(yīng)未來實際工作場景奠定了堅實基礎(chǔ)[9]。

2 智慧實訓(xùn)平臺功能介紹

智慧實訓(xùn)平臺在當(dāng)代實訓(xùn)教育領(lǐng)域中，以其創(chuàng)新特性，引領(lǐng)了一場深刻的教育模式變革，與沿襲已久的傳統(tǒng)實訓(xùn)平臺形成了強烈而鮮明的對比。該平臺依托人工智能、數(shù)字孿生等技術(shù)，極大提升了實訓(xùn)的互動性和實效性。

平臺的智能化工具收納管理系統(tǒng)是一大亮點，它基于RFID的實訓(xùn)工具管理研究。以空氣制動閥為例，對拆裝閥的實訓(xùn)工具植入感應(yīng)線圈和芯片作為從設(shè)備，并將對應(yīng)工具的信息寫入芯片中，在實訓(xùn)工作臺中設(shè)置實訓(xùn)工具的固定存放點，并在實訓(xùn)工具存放點安裝RFID閱讀器作為主設(shè)備，實現(xiàn)系統(tǒng)自動識別、采集、記錄和跟蹤實訓(xùn)工具，確保實訓(xùn)環(huán)境的整潔與秩序，并優(yōu)化資源配置。

平臺運用現(xiàn)代化信息技術(shù)和系統(tǒng)設(shè)備，不僅應(yīng)用于實訓(xùn)教學(xué)，更可以應(yīng)用于實訓(xùn)考核，兩種模式多功能使用，任意切換，系統(tǒng)多角度拍攝與多維度聯(lián)動，可隨時記錄學(xué)生實訓(xùn)教學(xué)、實訓(xùn)考核操作完整過程，更加高效智能。為教師提供了詳實的數(shù)據(jù)支持。教師可以根據(jù)這些精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)分析結(jié)果，實施個性化的教學(xué)指導(dǎo)策略，針對不同學(xué)生的學(xué)習(xí)特點和需求，制定差異化教學(xué)計劃，從而最大化地提升每個學(xué)生的實訓(xùn)效果和整體學(xué)習(xí)成效。課前和課后學(xué)生可在平臺上進行自主實訓(xùn)學(xué)習(xí)，提前預(yù)習(xí)實訓(xùn)課程內(nèi)容，有效提高實訓(xùn)操作安全性;課堂實訓(xùn)教學(xué)資源存檔，課后復(fù)習(xí)積累，共享教學(xué)資源，大力提高實訓(xùn)教學(xué)、實訓(xùn)考核操作質(zhì)量，加快推進信息化教育變革。

針對基礎(chǔ)薄弱學(xué)生在學(xué)習(xí)制動閥拆裝過程中易出現(xiàn)的拆裝順序錯誤的問題，平臺搭載一種基于支持向量機的自動糾錯方法。由于制動閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、零部件繁多，利用企業(yè)制動閥規(guī)范拆裝流程數(shù)據(jù)訓(xùn)練目標(biāo)函數(shù)，訓(xùn)練得到的錯誤信息向量集被傳送到系統(tǒng)執(zhí)行糾正模塊中，在集成化模塊中按照錯誤信息設(shè)計相應(yīng)的修正方案，這一機制能夠?qū)崟r監(jiān)測學(xué)生的操作行為，一旦發(fā)現(xiàn)錯誤立即識別并作出響應(yīng)，不僅在高清顯示屏上即時展示正確的操作流程，還會提供相關(guān)的教學(xué)視頻作為輔助材料，幫助學(xué)生快速糾正錯誤，加深對安全規(guī)范和專業(yè)技能的理解與掌握。從而實現(xiàn)拆裝過程中自動糾錯與引導(dǎo)。這種即時反饋機制大大提高了學(xué)習(xí)效率，同時也強化了實訓(xùn)的安全性。

智慧實訓(xùn)平臺實現(xiàn)了跨平臺的無縫互聯(lián)，打破了時間和空間的限制，促進了學(xué)生之間的有效互動與合作。學(xué)生們可以通過平臺進行小組討論、協(xié)作完成項目，這種互動不僅增強了團隊合作能力，也激發(fā)了學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)造力。

綜上所述，新型智慧實訓(xùn)平臺以其全面的革新優(yōu)勢，正逐步重塑實訓(xùn)教育的未來，開啟了一個更加高效、互動且個性化的學(xué)習(xí)新時代。

3 結(jié)束語

本文對智慧實訓(xùn)平臺的使用效果進行了廣泛的問卷調(diào)查與統(tǒng)計分析，通過柯氏評估法，得出了相比于傳統(tǒng)實訓(xùn)平臺，學(xué)生對智慧實訓(xùn)平臺的各項功能滿意度更高，在更短的培訓(xùn)時間內(nèi)，使用智慧實訓(xùn)平臺進行培訓(xùn)的學(xué)員成績整體優(yōu)于傳統(tǒng)實訓(xùn)培訓(xùn)的學(xué)員?？傮w表現(xiàn)為使用智慧實訓(xùn)平臺能夠縮短培訓(xùn)周期，提高學(xué)員的實訓(xùn)質(zhì)量[10]，進一步提升實訓(xùn)效能。智慧實訓(xùn)平臺以其創(chuàng)新的教學(xué)模式為教育質(zhì)量和學(xué)習(xí)成效的雙重提升開辟了新路徑，解決了實訓(xùn)教學(xué)現(xiàn)有的問題。

參考文獻：

[1] 我國鐵路營業(yè)里程達(dá)15.9萬公里 復(fù)興號開行實現(xiàn)31個省份全覆蓋[J].中國環(huán)境監(jiān)察，2024（1）：8.

[2] 李旭芳.數(shù)字孿生技術(shù)在城市交通中的應(yīng)用探索[J].福建電腦，2024，40（5）：107-110.

[3] 張海峰，周韶澤，崔凱，等.基于VR技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)動車組虛擬檢修系統(tǒng)設(shè)計[J].大連交通大學(xué)學(xué)報，2017，38（2）：43-47.

[4] 陳瑤，余弦.供電企業(yè)培訓(xùn)效果評估方法探析[J].中國電力教育，2023（4）：48-49.

[5] 牛杰.基于柯氏模型的高職教學(xué)質(zhì)量評估研究——以電子信息工程技術(shù)專業(yè)群建設(shè)為例[J].常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2023，22（4）：41-44，79.

[6] 許鴻，溫興琦.柯氏四級評估模型在高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育評估中的適用性探索[J].創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)理論研究與實踐，2023，6（8）：170-177.

[7] 張燊杰.運用信息技術(shù)提高鉗工實訓(xùn)教學(xué)效率初探[J].中國設(shè)備工程，2021（16）：216-217.

[8] 朱曉，冉琰，張根保，等.數(shù)控機床的可靠性評估方法綜述[J].兵器裝備工程學(xué)報，2023，44（8）：88-97.

[9] 祁曉菲，鄧嘉.基于智慧交通VR創(chuàng)新實訓(xùn)平臺的MOOC建設(shè)——以城市軌道交通專業(yè)為例[J].電腦知識與技術(shù)，2022，18（2）：112-114.

[10] 種磊.城際動車組高級修成本管理研究[J].現(xiàn)代城市軌道交通，2024（2）：75-79.

基金項目：2022年度市級高等教育教學(xué)質(zhì)量工程項目（pdjh2023b0952）

第一作者簡介：袁泉（1979-），男，副教授。研究方向為鐵道車輛制動、車輛空調(diào)。