基于網絡平臺的高職軌道交通虛擬實驗教學研究

◇蘇州高博軟件技術職業學院 韓麗東

高職軌道交通專業實驗課程是高職院校的重要課程，能夠對學生的綜合能力進行培養。然而由于高職院校實驗課程占比過少，設備設施不夠完善，導致實驗課程的教學效果不明顯。基于網絡平臺的高職軌道交通虛擬實驗教育，通過對現實場景進行模擬，為學生提供真實的環境，從而提高學生的實踐能力。本文通過對虛擬實驗教學的作用進行分析，為高職軌道交通專業設計虛擬實驗系統，并提出系統設計流程，豐富高職院校的課程內容，提高教學質量。

隨著軌道交通行業的發展，社會對相關專業的人才需求量極大，使得教育產業發展尤為重要。高職院校是專業人才的輸出地，是保障我國人才供應的關鍵，軌道交通專業在軌道交通行業發展中起著尤為重要的作用。然而現在來看，我國高職軌道交通專業的實驗教學仍存在很多問題，教學形式單一，學生興趣不高，教學水平有限，教學設施設備不全，導致實驗教學工作很難開展，這都是影響我國軌道交通專業教學質量的重要問題，急需解決。互聯網產業的發展給教育行業帶來了新的轉機，通過科學技術實現虛擬實驗教學，滿足學生的需求，有利于快速提高高職院校的教學能力。

1 虛擬實驗教學的概念

虛擬實驗教學是一種新的教學方式，通過計算機技術實現對現實情境的模擬，給人們提供真實的感官。通過對多類信息的收集與整合，利用計算機仿真技術，構建三維立體的環境，使得用戶能夠在環境中有真實的體驗，并通過觸摸給用戶實物的體驗。在虛擬實驗中學生能夠根據情景進行操作，模仿顯示操作流程，從而提高學生的實踐能力。但是由于虛擬實驗教學對計算機硬件要求比較高，所需成本大，很多院校目前還沒有能夠完全采用。隨著我國科技水平的提升，計算機硬件處理能力提高，會使得虛擬實驗教學設備價格降低，讓虛擬實驗教學在高職院校中得到普及。目前虛擬實驗已經被應用到了各個行業，包括醫療、航空等，現在將仿真技術應用于教育事業，是互聯網發展的又一里程碑。虛擬實驗教學將教學資源更好的整合，突破了傳統的教學模式，豐富了教學結構，能夠提高學生的綜合能力。

2 虛擬實驗教學對高職軌道交通教學的作用

（1）豐富教學結構。虛擬實驗教學作為一種新的教學模式，為高職軌道交通教學帶來了新的教學方式，豐富了教學結構，使得教學內容能夠得到更好的體現。單一的教學結構不但無法對課程內容進行全面體現，還會影響學生學習的效率。軌道交通行業是我國發展比較迅速的行業，需要多方面的人才，傳統的教學模式不能夠滿足社會的需求，通過豐富教學結構，能夠對學生進行綜合教學，提高學生的綜合能力，更好的體現教學內容，讓學生有更好的學習環境。

（2）緊密聯系理論內容。虛擬實驗教學能夠聯系理論內容，引導學生將理論轉換為實踐。就目前來看，我國高職院校學生的最大弱勢就是缺少理論轉換能力，很多理論知識雖然學習的很透徹，但是在真正利用時，缺又無從下手。軌道交通行業是一個實踐大于理論的專業，傳統的教學模式只能講理論傳授給學生，當學生買入社會時，沒有辦法直接理論，使得高職院校畢業生的能力發展受到影響。虛擬實驗教學能夠與理論相結合，在理論知識講授完畢后，進行實踐操作，兩者連接，全面的提高學生的能力。

（3）提高學生的操作能力。虛擬實驗教學通過對現實場景進行模擬，能夠為學生創造一個實操的環境，從而提高學生的操作能力。軌道交通專業教學所需設備一般都比較龐大，移動困難，并且費用極高，很多高校的實驗課程占比比較少，就是因為教學投入太大。虛擬實驗教學減少了設備的投入，只需要對高新技術進行掌握，就能夠讓學生體驗真實的場景，并進行相關操作，提高了學生的操作能力。

（4）提高學生的積極性。虛擬實驗教學強調的是學生的參與性，能夠讓學生成為教學的主體，讓學生真正的參與到教學中來，做學習的主人。傳統的教學模式以教師為教學的主題，教師通過對課程內容進行整理，再灌輸給學生，在整個教學過程中與學生之間的溝通比較少，很難得到學生的反饋，使得教學變得單向化，這種教學模式會導致學生的學習疲勞，逐漸讓學生喪失了學習的興趣。虛擬實驗教學首先能夠讓學生參與進來，就大大地提高了學生的學習興趣。其次，作為一種新的教學模式，符合現代發展，能夠給年輕人帶來新鮮感，從而吸引學生參與到學習中來。最后，學生與老師能夠在虛擬實驗中加強溝通，提高了溝通效率，有利于教學課程的開展，當學生遇到問題時，能夠馬上得到解決，這也是對學生的一種鼓勵，通過提高學生的能力，提高學生的興趣。

3 虛擬實驗系統的設計

本文以構建城軌電子沙盤為例，解析基于網絡平臺的高職軌道交通虛擬實驗教學。首先這個城軌電子沙盤是有10個車站，以及車站對應的車站平臺組成，其中包括車站線路、岔道變換等，另外還有20臺網絡化交互式學員演練系統供學生使用。在整個沙盤中能夠實現以下功能：①城軌電子沙盤能夠還原完整的地鐵結構與線路，包括十條線路以及車站平臺；②通過投影儀能夠對地鐵的整體環境進行映射，通過三維建模的方式構建真實的實訓環境，其中含括地鐵內的各種要素組成，學生能夠在電子沙盤中進行實操演練，例如乘務員駕駛等；③在電子沙盤中能夠實現信號燈轉換，路線變換等，提高邏輯性，體現學生的反應能力；④能夠實現對電子沙盤的放大與縮小功能，能夠通過選擇進行角度切換，給學生更好的體驗；⑤電子沙盤能夠模擬突發事件，為學生實際操作提供更多選擇。通過計算機仿真平臺設計完整的城軌運行流程，涵蓋其中各個要素，形成一個完整的體系，對學生有一個系統的考核，提高學生的綜合能力。

4 基于網絡平臺的高職軌道交通虛擬實驗教學研究

（1）3D虛擬場景的搭建與建模準備。為了能夠給學生提供更好的學習環境，在進行虛擬實驗系統設計時要考慮現實情況，通過對現實場景的布局進行分析，對虛擬實驗系統進行合理設計，能夠提高學生的感官。為此，在進行3D虛擬場景還原時，要對實際場地的尺寸進行測量，如果能夠到實地進行考察，利用精準的測量儀器進行測量，如果不能夠得到具體測量數據，需要通過咨詢設備廠商相關數據。將這些數據及還原場景的要素通過數學建模的方式，設定到場景中，使得要素之間的關系滿足物理定律，這不但能夠提高學生的感受，還能夠提高實驗的意義。另外，在通過顏色渲染的方式對虛擬的場景進行勾勒，提高虛擬場景的真實性。

（2）網絡交互式設計。虛擬實驗教學最主要的特點就是具有交互性，能夠提高各個理論之間的結合，也能夠提高學生之間的合作，從而提高教學的效率。在進行虛擬場景設計時，要對各個元件的功能進行分析，通過對仿真腳本的編輯，實現元件之間的交互影響，提高整個系統的完整性。另外，利用數字手套、虛擬頭盔等工具，實現學生在虛擬場景中的實操訓練，學生能夠進行任何操作，從而改變虛擬場景的狀態，并且在系統中能夠設置對學生操作的反饋，增加系統的操作性，提高學生的興趣。在初期，學生還不能完全適應虛擬實驗教學，為了能夠給學生一個過渡的時間，可以在系統中設置引導功能，引領學生完成實驗內容。同時為了能夠提高虛擬實驗教學的趣味性，可以在系統中設置懲罰機制及背景音樂，提高系統的真實性，讓學生能夠感同身受，提高學生的興趣。

（3）綜合功能性設計。虛擬實驗系統應該逐漸趨于綜合性，從單一的功能進行擴展，發展成為具有綜合功能的系統，為學生提供更多的服務。虛擬實驗系統是通過對教材的理解，提煉的關鍵實驗課程，為了能夠豐富教學的內容，凸顯實驗教學的價值，可以增加一些實驗教學內容，豐富學生的學習生活，讓學生從多個角度了解軌道交通專業的特點。為了能夠吸引學生的注意，可以由學生提出，找到對虛擬實驗系統改革的點，能夠提高學生的自主性，也能夠滿足學生的需求。通過對系統進行綜合功能設計，能夠豐富教學內容，促使學生進行創新思維培養，能夠提高學生對本專業的認識，提高學生對專業學習的興趣，從而提升專業能力。

（4）虛實結合理論。在進行高職軌道交通專業課程實驗教學時，應該秉持能實不虛，虛實結合的理論，在進行實驗場景設計時，應該盡可能的對現實場景進行還原，提高學生的感官體驗。虛擬實驗教學是由于學校的教學成本有限，無法采購先進的設備，從而導致的實驗教學區域虛擬化，虛擬實驗教學的本身還是為了能夠讓學生有更深刻的體驗，因此實驗教學應該以還原現場為主，通過物聯網技術將現場盡可能的還原，為學生提供一個好的學習環境。

（5）線上、線下交融教學。線上、線下交融式教學能夠實現教學資源的整合，提高學生的學習效率。將虛擬實驗內容導入移動端設備，學生可以在課下利用碎片化的時間進行線上學習，將學生零散的時間利用起來，擴寬學生的學習時間。線上、線下交融的教學方式，還能夠實現針對性教學的目的，有的學生接受能力比較差，通過課下進行復習的方式，能夠縮小與其他學生之間的差距，避免因為落差感影響學生的積極性。

5 結束語

綜上可知，基于網絡平臺的高職軌道交通專業應該進行教學改革，通過計算機仿真技術，進行虛擬實驗場景設計，提高學生的參與度，讓學生成為教育的主體，提高學生的積極性，并在虛擬實驗教學中，不斷地提高學生的實踐能力，為社會培養綜合性人才。