虛擬現(xiàn)實技術(shù)在軌道交通類專業(yè)教學中的應(yīng)用

許愛軍

(廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學院 電氣系,廣東 廣州 510430)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在軌道交通類專業(yè)教學中的應(yīng)用

許愛軍

(廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學院 電氣系,廣東 廣州 510430)

根據(jù)軌道交通類專業(yè)的教學特點,將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用到課堂教學、校內(nèi)實訓(xùn)、校外實踐、職后提升等環(huán)節(jié),探索基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的“十字型”教學模式,有效解決了課堂教學枯燥空洞、校內(nèi)實訓(xùn)系統(tǒng)性不強、校外實訓(xùn)受外因影響大等難題,取得了良好的教學效果。

虛擬現(xiàn)實技術(shù);軌道交通類專業(yè);教學改革

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是20世紀末出現(xiàn)的一門新的綜合性信息技術(shù),自從被引入職業(yè)教育領(lǐng)域,給復(fù)雜的技能訓(xùn)練、宏觀的效果設(shè)計、微觀的解剖分析、動態(tài)的過程仿真帶來了一系列變革,受到了人們的廣泛關(guān)注。廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學院(以下簡稱“我院”)在軌道交通類專業(yè)教學中充分應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù),有效解決了課堂教學枯燥空洞、校內(nèi)實訓(xùn)系統(tǒng)性不強、校外實訓(xùn)受外因影響大等難題,取得了良好的教學效果。

一、軌道交通類專業(yè)教學特點

專業(yè)設(shè)備多,結(jié)構(gòu)復(fù)雜。軌道交通類專業(yè)是在原有鐵路機車車輛、鐵道運輸?shù)葘I(yè)基礎(chǔ)上,結(jié)合城市軌道交通大發(fā)展的新形勢而設(shè)置的,畢業(yè)生就業(yè)主要集中在鐵路、地鐵、城軌等行業(yè)。在教學中需要講授專業(yè)設(shè)備的結(jié)構(gòu)、原理、性能,以及設(shè)備的運行調(diào)度、運用檢修等內(nèi)容,這些設(shè)備型號多、體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜,課堂講授一般采用文字加圖片的方式,學生的學習興趣不高,主動性不強。

校內(nèi)實訓(xùn)設(shè)備少,場地有限。軌道交通類專業(yè)的實訓(xùn)設(shè)備不僅種類多、體積大,而且價格昂貴,在現(xiàn)有條件下將實訓(xùn)工廠搬進學校是不可行的。這些設(shè)備體積龐大,普通的實訓(xùn)場地無法容納。因此,軌道交通類專業(yè)的校內(nèi)實訓(xùn)設(shè)備,一般來自行業(yè)退役或報廢的設(shè)備,以露天或加蓋頂棚的方式放置在空坪隙地。這些設(shè)備數(shù)量有限,型號落后,在實際教學中常常以點帶面,實訓(xùn)內(nèi)容難以系統(tǒng)化。

校外實踐機會少。軌道交通類專業(yè)的校外實踐一般要到鐵路機務(wù)段、車輛段、地鐵車輛調(diào)度中心、檢修中心等進行現(xiàn)場教學。這些單位是軌道交通運輸?shù)年P(guān)鍵部門,出于安全生產(chǎn)和交通正常運行的考慮,通常能為職業(yè)院校提供實踐教學的機會較少。現(xiàn)場教學通常采用參觀、座談、觀看錄像的方式,學生難以親自參與實踐,教學效果不理想。

二、基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的教學模式及實施效果

(一)基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的教學模式

該模式充分利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的優(yōu)勢,將其應(yīng)用到課堂教學、校內(nèi)實訓(xùn)、校外實踐、職后提升等環(huán)節(jié)。在課堂教學中,利用三維展示呈現(xiàn)設(shè)備結(jié)構(gòu);在校內(nèi)實訓(xùn)時,利用虛擬訓(xùn)練進行技能訓(xùn)練;在校外實踐時,利用虛擬場景進行綜合仿真;在職后提升時,利用虛擬平臺進行培訓(xùn)。學生理論基礎(chǔ)扎實,單項技能過硬,綜合素質(zhì)全面。

課堂教學。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù),構(gòu)建大量與實物相似的“3D設(shè)備”和“3D機車”,比如采用Pro/E工具建模,將各種軌道交通設(shè)備和機車車輛的部件虛擬化,建立三維模型,并分門別類“立體存放”。在課堂教學中,教師打開相應(yīng)的模型文件,展示這些軌道交通專業(yè)設(shè)備,還可以單獨演示每個零部件甚至設(shè)備內(nèi)部的細微結(jié)構(gòu)。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的三維展示功能,能有效幫助學生理解專業(yè)設(shè)備的結(jié)構(gòu)、工作原理和技術(shù)參數(shù),提高教學效果。

校內(nèi)實訓(xùn)。在校內(nèi)建立鐵路機車模擬駕駛裝置、地鐵司機模擬訓(xùn)練系統(tǒng),利用模擬系統(tǒng)對學生進行列車操縱能力和列車運行中故障處理能力的技能訓(xùn)練,特別是電器內(nèi)部故障、DCU故障、火災(zāi)、列車脫離、線路毀壞等非正常情況下的應(yīng)急處理訓(xùn)練;引進軌道運輸運營虛擬教學系統(tǒng),將計算機聯(lián)鎖軟件、底層聯(lián)鎖邏輯和現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)及變化過程整合到訓(xùn)練沙盤上,為軌道運輸專業(yè)學生提供直觀的實訓(xùn)仿真環(huán)境,進行設(shè)備單操、調(diào)車、正常和非正常情況下接發(fā)車等操作技能訓(xùn)練。

校外實踐。在組織學生進行校外實踐前,我們先通過綜合仿真系統(tǒng)對學生進行技能培訓(xùn),重點講授本次實踐中要注意的技術(shù)問題,并利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)模擬多種操作不當產(chǎn)生的后果,提高學生規(guī)范操作、安全駕駛的意識。如在地鐵運營調(diào)度實踐中,采用軌道交通綜合仿真系統(tǒng),模擬各種線路和列車的運行狀況,讓學生掌握列車調(diào)度的操作規(guī)程,提高學生的安全生產(chǎn)意識。

職后提升。為了解決軌道交通類專業(yè)技術(shù)人員業(yè)余時間少、難以集中授課的難題,我們搭建了遠程學習與培訓(xùn)鑒定平臺,集理論學習、虛擬訓(xùn)練、技能考核于一體,學習者只要登錄學習平臺,就可以不受時間和地點限制,學習各種理論知識,或者以虛擬的角色在虛擬場景中進行技能訓(xùn)練。學習者學習和訓(xùn)練的記錄隨時保存,方便下次繼續(xù)進行各種操作。該平臺還能讓學習者提交作業(yè)、參加考試,并實現(xiàn)答卷保存、自動評分、成績查詢和分析等功能。

(二)實施效果

教師教學水平有效提升。采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行教學,教師需要熟練掌握虛擬現(xiàn)實技術(shù)軟件的使用,進行虛擬系統(tǒng)(設(shè)備)的設(shè)計、制作與開發(fā),這大大提升了教師的現(xiàn)代教育技術(shù)應(yīng)用水平。同時,借助虛擬現(xiàn)實技術(shù),教師能更直觀地講授各種軌道交通設(shè)備的結(jié)構(gòu)、原理,提升自身的專業(yè)技能。

學生專業(yè)技能明顯增強。近3年來,我院軌道交通類專業(yè)學生年均就業(yè)率為99%以上,與廣州地鐵等8家企業(yè)合作開辦冠名訂單班,培養(yǎng)學生3270多名。畢業(yè)生中涌現(xiàn)廣州地鐵首席司機、“和諧號”高速動車組首位司機、香港地鐵公司站務(wù)主任等一大批技術(shù)和管理骨干。2010年,我院學生參加首屆全國高職院校特色專業(yè)“接發(fā)列車”技能大賽,榮獲3個二等獎。

專業(yè)特色更加突出。軌道交通類專業(yè)形成了“雙元師徒、雙業(yè)一體”的專業(yè)特色,獲得了良好的社會聲譽。目前,我院有省市級精品課程4門,市級示范專業(yè)2個,成為廣州市“雙轉(zhuǎn)移”定點培訓(xùn)機構(gòu)、鐵道部機車司機培訓(xùn)基地、鐵道部客運列車長培訓(xùn)基地、廣鐵集團崗位技能培訓(xùn)與提升基地、鐵道部復(fù)員軍人技能培訓(xùn)基地、廣東省鐵路春運服務(wù)首選高校。

三、提高虛擬現(xiàn)實技術(shù)在軌道交通類專業(yè)教學中應(yīng)用效果的途徑

第一,深化教學改革,提升專業(yè)教師素質(zhì)。改革課程教學內(nèi)容,采用虛擬現(xiàn)實技術(shù),創(chuàng)建基于工作過程的、模擬從業(yè)者真實活動的虛擬環(huán)境,使學生在對情境問題的探索中形成職業(yè)意識,提升職業(yè)能力與素養(yǎng)。組建一支高素質(zhì)的專業(yè)化教師隊伍,熟練掌握虛擬現(xiàn)實軟件的使用和虛擬平臺的操作,引導(dǎo)學生進行技能訓(xùn)練。

第二,理順虛擬教學與實踐教學之間的關(guān)系。一是互補關(guān)系,即實踐教學不能實現(xiàn)的內(nèi)容,如有毒、有害、危險場所的實踐內(nèi)容,可以利用虛擬訓(xùn)練實現(xiàn);二是融入關(guān)系,即在專業(yè)教學方案中有機融入虛擬教學的有關(guān)內(nèi)容;三是順序關(guān)系,即采用虛擬教學與實踐教學相結(jié)合,一般都是虛擬教學在前,實踐教學在后。

第三,開發(fā)適合專業(yè)教學需要的虛擬教學產(chǎn)品。虛擬教學產(chǎn)品一般有校本開發(fā)、與企業(yè)共同開發(fā)、完全由企業(yè)開發(fā)三種方式。采用校本開發(fā)方式,要以編程人員為主,配備一定數(shù)量的動畫、美工、音頻處理人員;采用與企業(yè)共同開發(fā)方式,要任命專門的項目負責人,制訂完備的開發(fā)計劃,提煉項目設(shè)計的情景和任務(wù),交由第三方企業(yè)實現(xiàn);采用完全由企業(yè)開發(fā)方式,要指定專門的協(xié)調(diào)人員,充分比較多個虛擬產(chǎn)品,選擇最合適的產(chǎn)品。此外,要注重虛擬教學產(chǎn)品的應(yīng)用效果評價,可以從教學指標、技術(shù)指標以及使用效果三個方面進行考查。

[1]張建武,孔紅菊.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在實踐實訓(xùn)教學中的應(yīng)用[J].電化教育研究,2010(4).

[2]李金國,楊林生,李云貴.虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于高職模具實訓(xùn)教學的有效性探究[J].職教論壇,2010(3).

G712

A

1673-1395(2011)04-0134-02

2011-01-10

廣東省廣州市哲學社會科學發(fā)展“十一五”規(guī)劃2010年度課題 (10B73)

許愛軍(1978—),男,湖南岳陽人,講師,碩士,主要從事計算機網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、虛擬現(xiàn)實技術(shù)研究。

責任編輯 葉利榮 E-mail:yelirong@126.com