鐵道機車車輛技術教育中虛擬現(xiàn)實技術的應用與開發(fā)

曾青中

(廣州鐵路職業(yè)技術學院,廣東 廣州 510430)

在鐵道機車車輛技術專業(yè)教學中,教師應用虛擬現(xiàn)實技術,可提升教學工作效率與水平,為學生展示三維教學模式,使得學生在學習中能夠受到虛擬現(xiàn)實技術的訓練提升技能掌握水平,增強理解能力,更好地掌握基礎知識。

一、鐵道機車車輛技術專業(yè)教學特點分析

對于鐵道機車車輛技術專業(yè)教育而言,主要包括電工、電子、機車構造、交流調速、微機檢測、制動機等教學內容。傳統(tǒng)教學工作中,教師使用文字加圖片的方式為學生傳授知識,學生的學習興趣與積極性較低。而真正能夠滿足專業(yè)教學所需的設備多,結構復雜,學生學習過程中很容易出現(xiàn)知識混雜的現(xiàn)象,不利于理解與掌握基礎知識。通常情況下,在專業(yè)教學中,教師需針對機車車輛的結構、原理與性能等方面進行講解,熟悉運用規(guī)則,并合理開展檢修與維護方面的教學活動。由于教學設備的型號多、體積大,學校之內的實訓設備數(shù)量很少,訓練場地空間存在限制,如果不能合理進行教學處理,很容易受到各類因素的影響而引發(fā)教學工作問題。同時,很多學校沒有設置充足的校外實踐操作教學模式,未能結合鐵路機車車輛技術專業(yè)學生學習需求與特點編制完善的計劃方案,缺乏科學性與合理性的教育機制與發(fā)展模式,嚴重影響各方面教學效果。

二、鐵路機車車輛技術專業(yè)虛擬現(xiàn)實技術應用現(xiàn)狀分析

（一）主要類型

通常情況下,可以將虛擬現(xiàn)實技術劃分成為桌面類型、沉浸類型、增強類型與分布類型,每種類型在應用方面的投資存在差異。因此,很多學校在鐵路機車車輛技術專業(yè)教學中,為了降低投資成本,使用中低級桌面類型虛擬現(xiàn)實技術或是沉浸類型的虛擬現(xiàn)實技術。其中,桌面類型技術在應用中對機械設備的要求很低,可使用計算機與工作站實現(xiàn)仿真目的。教師通過鼠標與虛擬界面形成交互作用,雖然進度很低,但是從總體方面而言,可形成一定的教育教學應用矯直。對于沉浸類型技術而言,使用傳感工具開展教學工作,例如頭盔工具、手套工具、跟蹤器工具等,為學生營造虛擬環(huán)境。在應用技術的過程中,可將頭盔作為顯示器,創(chuàng)建投影類型的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng),并促進遠程技術的應用。

（二）主要應用方式

在鐵路機車車輛技術專業(yè)教學的過程中,虛擬現(xiàn)實技術應用方式主要為：物體展示類型、仿真類型、實驗類型與技能訓練類型。對于物體展示而言,可實現(xiàn)儀器設備與加工產(chǎn)品的立體展示教學目的,使得學生針對零部件結構與設備結構進行全面的觀察,并形成對設備組成結構的正確理解,在合理分析的情況下,掌握工作原理知識。仿真教學方式在應用中,可使用虛擬現(xiàn)實技術創(chuàng)設真實的教學情境,為學生模擬崗位角色,在崗位角色之中全面分析工作內容,樹立正確的職業(yè)認知,短時間之內形成良好的實踐操作體驗。對于虛擬實驗教學而言,就是教師使用虛擬現(xiàn)實技術,建立實驗室環(huán)境,為學生營造身臨其境的實驗環(huán)境與氛圍,掌握專業(yè)知識與技能。在實驗的過程中,教師可以引導學生形成設備安裝與調試意識,掌握故障檢測專業(yè)技能,更好地參與到實驗活動中。對于技能訓練教學方式而言,可充分發(fā)揮虛擬現(xiàn)實技術沉浸與交互作用,使得學生成為實踐操作參與者,例如掌握機車駕駛、零部件檢修、微機檢測技術等,在學習中形成良好體驗。

（三）主要特點分析

鐵路機車車輛技術專業(yè)教學過程中,教師使用虛擬現(xiàn)實技術,有利于提升教學效果,具有實踐性、情境性與開放性特點,可加大學生職業(yè)崗位核心技能的培養(yǎng)力度,提升整體教學工作效率與水平。且在日常教學中,教師使用虛擬現(xiàn)實技術,可為學生創(chuàng)建真實性的教學情境,提升技能掌握水平,針對抽象問題進行具體化處理,簡化復雜內容,增強整體教學管理效果。教師使用虛擬現(xiàn)實技術開展教學工作,還可以轉變以往的教育工作模式,創(chuàng)建科學化與合理化的教學體系,將學生的學習與發(fā)展作為主要內容,開展研究活動,促進教學工作良好發(fā)展。

（四）優(yōu)勢分析

鐵路機車車輛技術專業(yè)教學期間,教師使用虛擬現(xiàn)實技術開展工作,具有較多的優(yōu)勢,可形成良好的教學發(fā)展機制與模式,促進教育工作的良好進步與實施。第一,有利于改善教學環(huán)境,為學生創(chuàng)建虛擬的情境,使其可以有身臨其境的感覺。在此期間,還能加深學生對實踐操作技能的掌握與理解,充分發(fā)揮職業(yè)技能訓練的積極作用。第二,有利于提升實踐教學效率。在訓練之前,可使用虛擬訓練的方式,使得學生全面掌握要領,并提升學習效果。第三,可激發(fā)學生的學習興趣,使其在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中,更好地學習與掌握專業(yè)技術知識,激發(fā)學生的學習興趣,提升參與積極性。第四,有利于提升學生職業(yè)技能,使其在學習中掌握先進技能,將理論知識與實踐操作聯(lián)系在一起,促進職業(yè)能力的提升。

三、鐵路機車車輛技術教學中虛擬現(xiàn)實技術的開發(fā)

在鐵路機車車輛技術專業(yè)教學發(fā)展的過程中,教師應合理使用虛擬現(xiàn)實技術,對其進行開發(fā)與創(chuàng)新,創(chuàng)建科學化與合理化的教育方案,保證每項教學任務都能符合時代發(fā)展需求,達到預期的教學目的。具體措施為：

（一）形成已有知識點的開發(fā)機制

在虛擬現(xiàn)實技術實際應用的過程中,應全面分析專業(yè)教學內容,了解教育功能與具體形式,為技術專業(yè)教學提供高質量服務。尤其在鐵路機車車輛技術不斷更新的情況下,以往的專業(yè)知識已經(jīng)不能滿足與時俱進的發(fā)展需求,在開發(fā)教學平臺的過程中,應結合現(xiàn)有知識聯(lián)系技術創(chuàng)新情況,創(chuàng)建科學化與合理化的教育模式,確保提升平臺的開發(fā)效果。對于鐵路機車車輛技術專業(yè)而言,在應用虛擬現(xiàn)實技術進行教學開發(fā)期間,應針對復雜性的教學知識結構進行分析,簡化平臺內容,提升教學效果。

（二）創(chuàng)建教學模型

在創(chuàng)建教學模型的過程中,教師需全面分析虛擬現(xiàn)實技術的應用要求,協(xié)調各方面教學工作之間的關系,在嚴格分析的情況下,增強整體教育工作效果,更好地完成當前任務。一方面,在教學模型開發(fā)期間,需促進與后期教學工作之間的聯(lián)系,形成鐵路機車車輛技術三維模型的構建,將PRO/E作為模型構建軟件,保證框架結構的使用效果,在模型導入與編輯修改的情況下,使其與真實的情境相互接近,更好地完成虛擬軟件處理任務。另一方面,在開發(fā)教學平臺期間,還需為學生創(chuàng)建實物情境,使得學生在學習中更好地掌握知識。同時,教師還需合理使用網(wǎng)頁進行操作,實現(xiàn)平臺檢驗工作目的,更好地開發(fā)系統(tǒng)內容。

（三）制作專業(yè)教學課件

鐵路機車車輛技術專業(yè)教師應用虛擬現(xiàn)實技術,應合理制作專業(yè)教學課件,在網(wǎng)絡上發(fā)布教學課件內容,使得學生更好地學習專業(yè)知識。在此期間,應結合網(wǎng)絡系統(tǒng)與虛擬現(xiàn)實技術的應用,為學生講解專業(yè)知識,通過仿真軟件的數(shù)據(jù)共享,促進網(wǎng)絡教學的合理應用,形成互動類型的教學機制與模式,提升整體教育工作效率與水平。

（四）創(chuàng)建實訓室平臺

在專業(yè)教學中更好地使用虛擬現(xiàn)實技術,還應結合實訓室平臺,將網(wǎng)絡課件融入其中,結合鐵路機車車輛技術專業(yè)教學要求等,創(chuàng)建專業(yè)教學系統(tǒng)。例如：可以將“安全生產(chǎn)”“鐵路運輸規(guī)則”等內容聯(lián)系在一起,并促進學生設備檢測與維護知識的掌握,使其在學習專業(yè)知識的過程中,形成良好的觀念意識,更好地參與到學習活動中,促進教學工作質量的提升。

（五）創(chuàng)新教學手法

教師使用虛擬現(xiàn)實技術,必須針對教學手法進行創(chuàng)新,結合鐵路機車車輛技術專業(yè)的教學特點,理清各方面內容之間的關系。在此期間,虛擬現(xiàn)實技術不會受到破壞性因素、氣候因素與空間場地因素的限制,教師可針對應用手段進行創(chuàng)新,形成良好的教學模式與平臺結構,在新時期發(fā)展的背景之下,提升整體教育工作效率與水平,增強教學力度。

第一,在鐵路機車車輛技術專業(yè)教學過程中,需將技術平臺作為主要內容,將車輛局部結構作為載體,搭建虛擬現(xiàn)實技術的教學平臺,在專業(yè)檢驗與完善的情況下,滿足當前的教學發(fā)展需求。

第二,在使用虛擬現(xiàn)實技術期間,為了保證技術平臺符合時代發(fā)展需求,應進行總體結構建模處理,搭建科目之間的教育平臺,在專業(yè)化技術水平逐漸提升的情況下,增強教學效果。

第三,在教學工作中應開展虛擬現(xiàn)實技術的系統(tǒng)化教育活動,全面提升教育工作質量與水平,促進虛擬現(xiàn)實教學平臺的合理開發(fā),使得學生掌握鐵路機車車輛控制技能、電機原理內容、列車駕駛內容,提升學生的學習效率。

第四,在校內教學過程中,教師需使用虛擬現(xiàn)實技術為學生提供三維模型,通過綜合仿真與教學環(huán)境模擬的情況下,對學生進行專業(yè)技能的培訓。

第五,在校外實踐操作教學過程中,教師應合理使用虛擬現(xiàn)實技術引導學生掌握先進操作技能,全面優(yōu)化與提升教育工作質量與水平,在新時期發(fā)展背景之下,提升整體教育工作質量與水平,更好地完成工作任務。

四、結語

鐵路機車車輛專業(yè)教學過程中,教師應合理使用虛擬現(xiàn)實技術,為學生營造真實的教學情境,使得學生在學習的過程中,樹立正確觀念,提升專業(yè)技能的掌握效果,更好地完成當前工作任務,提升教學質量。