軌道交通虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)探討

葉 果

（江蘇師范大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，江蘇 徐州 221116）

軌道交通虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)探討

葉 果

（江蘇師范大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，江蘇 徐州 221116）

針對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的困境和軌道交通類實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)踐培訓(xùn)所面臨的問題，結(jié)合江蘇師范大學(xué)軌道交通信號(hào)與控制專業(yè)的特點(diǎn)，以培養(yǎng)創(chuàng)新型實(shí)踐人才和服務(wù)區(qū)域企業(yè)職工技能培訓(xùn)為目標(biāo)，建設(shè)一個(gè)專業(yè)性的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，并詳細(xì)闡述實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)方案和構(gòu)思。通過“三位一體”實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、“一縱四橫多分支”實(shí)驗(yàn)體系以及“三層六型”實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的建設(shè)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐動(dòng)手能力，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果，進(jìn)而為高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革和創(chuàng)新提供一定的參考和借鑒。

虛擬仿真；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；軌道交通；三位一體；一縱四橫；三層六型

1　研究背景

隨著我國(guó)高速鐵路的迅猛發(fā)展以及“高鐵出海”戰(zhàn)略的提出，社會(huì)對(duì)軌道交通類人才的需求急劇增加。因此，為相關(guān)行業(yè)培養(yǎng)和培訓(xùn)技術(shù)人才和熟練技工的需求也日趨緊迫。地處淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)和鐵路交通樞紐（徐州）的江蘇師范大學(xué)，立足于為區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供技術(shù)人才和科技服務(wù)，加快了軌道交通類專業(yè)人才的培養(yǎng)，在理論教學(xué)的同時(shí)，也注重對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是理論教學(xué)的延續(xù)，學(xué)生通過親歷實(shí)驗(yàn)過程，能夠加深對(duì)理論教學(xué)的理解，有助于對(duì)課堂教學(xué)知識(shí)的消化和吸收。實(shí)驗(yàn)室建設(shè)是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要平臺(tái)和保障基礎(chǔ)，可以提升學(xué)科專業(yè)水平，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。

目前，我國(guó)軌道交通專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)踐培訓(xùn)存在如下問題：真實(shí)平臺(tái)設(shè)備價(jià)格高昂，占地面積大，難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)多人的標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)訓(xùn)和考核；對(duì)涉及不可逆的操作，極端的環(huán)境，不可控天氣條件的運(yùn)行狀況無法進(jìn)行真實(shí)教學(xué)和研究。然而，基于虛擬仿真技術(shù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法具有投資少、安全性高、拓展性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，可為軌道交通專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展提供有力支持。

2　虛擬仿真技術(shù)概述

虛擬仿真技術(shù)是以計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為依托，用一個(gè)虛擬的仿真系統(tǒng)來模仿真實(shí)系統(tǒng)的技術(shù)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心是通過虛擬仿真技術(shù)，模擬真實(shí)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，使學(xué)生通過人機(jī)交互的方式在模擬的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景、實(shí)驗(yàn)設(shè)備中開展相關(guān)實(shí)驗(yàn)，達(dá)到在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，完成各種實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)的目的。它是虛擬仿真技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和專業(yè)理論知識(shí)等多學(xué)科融合的結(jié)晶。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入虛擬仿真技術(shù)，具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：第一，虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)備可以代替昂貴的真實(shí)設(shè)備，同時(shí)節(jié)約實(shí)驗(yàn)室用地，降低實(shí)驗(yàn)室建設(shè)成本，有利于緩解經(jīng)費(fèi)緊張壓力；第二，仿真實(shí)驗(yàn)的引入突破了實(shí)驗(yàn)時(shí)間、空間的限制，有利于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的利用，進(jìn)而有利于推進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革；第三，虛擬仿真技術(shù)可為實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供良好的環(huán)境，有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)；第四，虛擬仿真技術(shù)使得實(shí)驗(yàn)環(huán)境更接近現(xiàn)實(shí)，有利于縮短學(xué)生進(jìn)入相關(guān)行業(yè)的適應(yīng)期。

3　構(gòu)建虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)

根據(jù)教育部公布的“十二五”發(fā)展規(guī)劃，工程實(shí)驗(yàn)室應(yīng)在信息集成技術(shù)、虛擬仿真技術(shù)和智能制造技術(shù)等方面尋求突破，并大力推廣和應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)。構(gòu)建虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)、開展網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不僅可以改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，還可以緩解實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)硬件資源不足等問題，有利于改善和提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。基于此，江蘇師范大學(xué)利用現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室條件和軟件平臺(tái)，積極籌劃軌道交通信號(hào)與控制虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)，主要包括“三位一體”實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、“一縱四橫多分支”實(shí)驗(yàn)體系和“三層六型”實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

3.1“三位一體”實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

軌道交通信號(hào)與控制虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)目標(biāo)主要有三個(gè)，其一是提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力；其二是培訓(xùn)職工的職業(yè)技術(shù)能力和應(yīng)急處理能力；其三是提升科學(xué)研究與試驗(yàn)的支撐能力。因此，首先建立了實(shí)驗(yàn)教學(xué)虛擬仿真平臺(tái)，進(jìn)而搭建實(shí)踐培訓(xùn)虛擬仿真平臺(tái)，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步建設(shè)了科研服務(wù)虛擬仿真平臺(tái)。三部分功能互補(bǔ)、相輔相成，共同構(gòu)成“三位一體”多功能虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)（見圖1），實(shí)現(xiàn)了“實(shí)驗(yàn)教學(xué)、實(shí)踐培訓(xùn)、科研服務(wù)”的有機(jī)融合。

圖1　“三位一體”實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

3.2“一縱四橫多分支”實(shí)驗(yàn)體系

在“三位一體”多功能虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的基礎(chǔ)上，按照“能實(shí)不虛、虛實(shí)結(jié)合、相互補(bǔ)充”的原則，以專業(yè)核心課程知識(shí)點(diǎn)為依據(jù)，以軌道交通全過程過程操作規(guī)范為標(biāo)準(zhǔn)，以安全運(yùn)行控制為要求，建設(shè)由“行車控制”“運(yùn)行車輛”“牽引供電”和“運(yùn)輸組織”四大部分構(gòu)成的“一縱四橫多分支”實(shí)踐教學(xué)資源體系（見圖2），以滿足學(xué)校、企業(yè)和區(qū)域的虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)需求，實(shí)現(xiàn)校內(nèi)外、本地區(qū)及更廣范圍內(nèi)的資源共享，形成虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的可持續(xù)發(fā)展。

圖2　“一縱四橫多分支”實(shí)驗(yàn)體系

3.3“三層六型”實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

根據(jù)教育部高等學(xué)校本科專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)設(shè)置要求，軌道交通信號(hào)與控制虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)分為基礎(chǔ)層、應(yīng)用層、提高層三個(gè)層次，包含驗(yàn)證型、演示型、綜合型、設(shè)計(jì)型、科研型、創(chuàng)新型六種實(shí)驗(yàn)類型。其中，教學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)屬于基礎(chǔ)層，注重專業(yè)知識(shí)基本原理的理解和驗(yàn)證，有驗(yàn)證型、演示型仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目46個(gè)；實(shí)踐培訓(xùn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)屬于應(yīng)用層，注重專業(yè)知識(shí)的綜合應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，提高職工的專業(yè)技能與職業(yè)素質(zhì)，共有綜合型、設(shè)計(jì)型項(xiàng)目42個(gè)；科研服務(wù)虛擬仿真屬于提高層實(shí)驗(yàn)，共有科研型、創(chuàng)新型項(xiàng)目14個(gè)，全部面向?qū)W生、教師、軌道交通相關(guān)企業(yè)和相關(guān)科研院所開放，注重研究能力和創(chuàng)新能力的提升。

4　結(jié) 語(yǔ)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心作為高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一個(gè)發(fā)展方向，以其依托的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、仿真技術(shù)和專業(yè)知識(shí)，擁有了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室難以具備的優(yōu)勢(shì)：建設(shè)維護(hù)成本低，平臺(tái)擴(kuò)展性好，利用效率高等。軌道交通信號(hào)與控制虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)，充分利用了上述優(yōu)點(diǎn)，改進(jìn)了本學(xué)科本專業(yè)的實(shí)驗(yàn)室布局和結(jié)構(gòu)，搭建了“三位一體”虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，形成了“一縱四橫多分支”的實(shí)驗(yàn)體系，開發(fā)了“三層六型”實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的改革，希望能夠提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐動(dòng)手能力，提升相關(guān)企業(yè)職工技能培訓(xùn)的效果，進(jìn)而為高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革和創(chuàng)新提供一定的參考和借鑒。

主要參考文獻(xiàn)

［1］孫愛娟.職教領(lǐng)域虛擬仿真教學(xué)資源建設(shè)與應(yīng)用探析［J］.中國(guó)電化教育，2012（11）：109-112.

［2］李平，毛昌杰，徐進(jìn).開展國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)提高高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化水平［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2013（11）：5-8.

［3］馬文頂，吳作武，萬志軍，等.采礦工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系建設(shè)與實(shí)踐［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2014（9）：14-18.

［4］李炎鋒，杜修力，紀(jì)金豹，等.土木類專業(yè)建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的探索與實(shí)踐［J］.中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2014（9）：82-85.

［5］段齊文，劉芳，劉博科.基于化學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的創(chuàng)新設(shè)計(jì)［J］.中國(guó)電化教育，2012（8）：125-128.

［6］胡今鴻，李鴻飛，黃濤.高校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源開放共享機(jī)制探究［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2015（2）：140-144.

10.3969/j.issn.1673 - 0194.2015.20.157

G434

A

1673-0194（2015）20-0210-02

2015-09-07

江蘇師范大學(xué)教研課題（T612714722）。