虚拟现实技术在轨道交通类专业教学中的应用

许爱军

(广州铁路职业技术学院 电气系,广东 广州 510430)

虚拟现实技术在轨道交通类专业教学中的应用

许爱军

(广州铁路职业技术学院 电气系,广东 广州 510430)

根据轨道交通类专业的教学特点,将虚拟现实技术应用到课堂教学、校内实训、校外实践、职后提升等环节,探索基于虚拟现实技术的“十字型”教学模式,有效解决了课堂教学枯燥空洞、校内实训系统性不强、校外实训受外因影响大等难题,取得了良好的教学效果。

虚拟现实技术;轨道交通类专业;教学改革

虚拟现实技术是20世纪末出现的一门新的综合性信息技术,自从被引入职业教育领域,给复杂的技能训练、宏观的效果设计、微观的解剖分析、动态的过程仿真带来了一系列变革,受到了人们的广泛关注。广州铁路职业技术学院(以下简称“我院”)在轨道交通类专业教学中充分应用虚拟现实技术,有效解决了课堂教学枯燥空洞、校内实训系统性不强、校外实训受外因影响大等难题,取得了良好的教学效果。

一、轨道交通类专业教学特点

专业设备多,结构复杂。轨道交通类专业是在原有铁路机车车辆、铁道运输等专业基础上,结合城市轨道交通大发展的新形势而设置的,毕业生就业主要集中在铁路、地铁、城轨等行业。在教学中需要讲授专业设备的结构、原理、性能,以及设备的运行调度、运用检修等内容,这些设备型号多、体积大、结构复杂,课堂讲授一般采用文字加图片的方式,学生的学习兴趣不高,主动性不强。

校内实训设备少,场地有限。轨道交通类专业的实训设备不仅种类多、体积大,而且价格昂贵,在现有条件下将实训工厂搬进学校是不可行的。这些设备体积庞大,普通的实训场地无法容纳。因此,轨道交通类专业的校内实训设备,一般来自行业退役或报废的设备,以露天或加盖顶棚的方式放置在空坪隙地。这些设备数量有限,型号落后,在实际教学中常常以点带面,实训内容难以系统化。

校外实践机会少。轨道交通类专业的校外实践一般要到铁路机务段、车辆段、地铁车辆调度中心、检修中心等进行现场教学。这些单位是轨道交通运输的关键部门,出于安全生产和交通正常运行的考虑,通常能为职业院校提供实践教学的机会较少。现场教学通常采用参观、座谈、观看录像的方式,学生难以亲自参与实践,教学效果不理想。

二、基于虚拟现实技术的教学模式及实施效果

(一)基于虚拟现实技术的教学模式

该模式充分利用虚拟现实技术的优势,将其应用到课堂教学、校内实训、校外实践、职后提升等环节。在课堂教学中,利用三维展示呈现设备结构;在校内实训时,利用虚拟训练进行技能训练;在校外实践时,利用虚拟场景进行综合仿真;在职后提升时,利用虚拟平台进行培训。学生理论基础扎实,单项技能过硬,综合素质全面。

课堂教学。利用虚拟现实技术,构建大量与实物相似的“3D设备”和“3D机车”,比如采用Pro/E工具建模,将各种轨道交通设备和机车车辆的部件虚拟化,建立三维模型,并分门别类“立体存放”。在课堂教学中,教师打开相应的模型文件,展示这些轨道交通专业设备,还可以单独演示每个零部件甚至设备内部的细微结构。利用虚拟现实技术的三维展示功能,能有效帮助学生理解专业设备的结构、工作原理和技术参数,提高教学效果。

校内实训。在校内建立铁路机车模拟驾驶装置、地铁司机模拟训练系统,利用模拟系统对学生进行列车操纵能力和列车运行中故障处理能力的技能训练,特别是电器内部故障、DCU故障、火灾、列车脱离、线路毁坏等非正常情况下的应急处理训练;引进轨道运输运营虚拟教学系统,将计算机联锁软件、底层联锁逻辑和现场设备的状态及变化过程整合到训练沙盘上,为轨道运输专业学生提供直观的实训仿真环境,进行设备单操、调车、正常和非正常情况下接发车等操作技能训练。

校外实践。在组织学生进行校外实践前,我们先通过综合仿真系统对学生进行技能培训,重点讲授本次实践中要注意的技术问题,并利用虚拟现实技术模拟多种操作不当产生的后果,提高学生规范操作、安全驾驶的意识。如在地铁运营调度实践中,采用轨道交通综合仿真系统,模拟各种线路和列车的运行状况,让学生掌握列车调度的操作规程,提高学生的安全生产意识。

职后提升。为了解决轨道交通类专业技术人员业余时间少、难以集中授课的难题,我们搭建了远程学习与培训鉴定平台,集理论学习、虚拟训练、技能考核于一体,学习者只要登录学习平台,就可以不受时间和地点限制,学习各种理论知识,或者以虚拟的角色在虚拟场景中进行技能训练。学习者学习和训练的记录随时保存,方便下次继续进行各种操作。该平台还能让学习者提交作业、参加考试,并实现答卷保存、自动评分、成绩查询和分析等功能。

(二)实施效果

教师教学水平有效提升。采用虚拟现实技术进行教学,教师需要熟练掌握虚拟现实技术软件的使用,进行虚拟系统(设备)的设计、制作与开发,这大大提升了教师的现代教育技术应用水平。同时,借助虚拟现实技术,教师能更直观地讲授各种轨道交通设备的结构、原理,提升自身的专业技能。

学生专业技能明显增强。近3年来,我院轨道交通类专业学生年均就业率为99%以上,与广州地铁等8家企业合作开办冠名订单班,培养学生3270多名。毕业生中涌现广州地铁首席司机、“和谐号”高速动车组首位司机、香港地铁公司站务主任等一大批技术和管理骨干。2010年,我院学生参加首届全国高职院校特色专业“接发列车”技能大赛,荣获3个二等奖。

专业特色更加突出。轨道交通类专业形成了“双元师徒、双业一体”的专业特色,获得了良好的社会声誉。目前,我院有省市级精品课程4门,市级示范专业2个,成为广州市“双转移”定点培训机构、铁道部机车司机培训基地、铁道部客运列车长培训基地、广铁集团岗位技能培训与提升基地、铁道部复员军人技能培训基地、广东省铁路春运服务首选高校。

三、提高虚拟现实技术在轨道交通类专业教学中应用效果的途径

第一,深化教学改革,提升专业教师素质。改革课程教学内容,采用虚拟现实技术,创建基于工作过程的、模拟从业者真实活动的虚拟环境,使学生在对情境问题的探索中形成职业意识,提升职业能力与素养。组建一支高素质的专业化教师队伍,熟练掌握虚拟现实软件的使用和虚拟平台的操作,引导学生进行技能训练。

第二,理顺虚拟教学与实践教学之间的关系。一是互补关系,即实践教学不能实现的内容,如有毒、有害、危险场所的实践内容,可以利用虚拟训练实现;二是融入关系,即在专业教学方案中有机融入虚拟教学的有关内容;三是顺序关系,即采用虚拟教学与实践教学相结合,一般都是虚拟教学在前,实践教学在后。

第三,开发适合专业教学需要的虚拟教学产品。虚拟教学产品一般有校本开发、与企业共同开发、完全由企业开发三种方式。采用校本开发方式,要以编程人员为主,配备一定数量的动画、美工、音频处理人员;采用与企业共同开发方式,要任命专门的项目负责人,制订完备的开发计划,提炼项目设计的情景和任务,交由第三方企业实现;采用完全由企业开发方式,要指定专门的协调人员,充分比较多个虚拟产品,选择最合适的产品。此外,要注重虚拟教学产品的应用效果评价,可以从教学指标、技术指标以及使用效果三个方面进行考查。

[1]张建武,孔红菊.虚拟现实技术在实践实训教学中的应用[J].电化教育研究,2010(4).

[2]李金国,杨林生,李云贵.虚拟现实技术应用于高职模具实训教学的有效性探究[J].职教论坛,2010(3).

G712

A

1673-1395(2011)04-0134-02

2011-01-10

广东省广州市哲学社会科学发展“十一五”规划2010年度课题 (10B73)

许爱军(1978—),男,湖南岳阳人,讲师,硕士,主要从事计算机网络应用、虚拟现实技术研究。

责任编辑 叶利荣 E-mail:yelirong@126.com