基于“虚拟-模拟仿真-实境”的实践教学模式研究——以电气化铁道司乘专业为例

罗 伟

(湖南铁道职业技术学院 轨道交通系，湖南 株洲 412001)

基于“虚拟-模拟仿真-实境”的实践教学模式研究
——以电气化铁道司乘专业为例

罗 伟

(湖南铁道职业技术学院 轨道交通系，湖南 株洲 412001)

电气化铁道技术司乘专业要求学生具备较强的电力机车操纵、整备检查、试验、应急故障处理等专业实践能力，目前铁路司乘人员培养过程中专业实践技能的培养模式缺乏科学系统设计，同时铁路运输设备价格高、种类多、更新快，也限制了学生专业实践能力的提高.在高职院校司乘专业实践教学采用“虚拟-模拟仿真-实境”教学模式可提高人才培养的有效性.

实践教学模式；虚拟；模拟仿真；实境

虽然全国多数铁路高中职院校开设铁道司乘专业，并探索了专业人才培养模式和人才培养方案，但仍有部分学校是套用本科院校相关专业的教学计划，只不过是象征性地增加实践性环节，学生的职业技能训练流于形式或零碎不全，忽视了系统培训的过程，忽视了对学生科学思维能力和解决实际问题能力的培养，忽视了对学生创新能力的培养，培养出来的学生无法满足铁路与城轨交通飞速发展的需要、无法胜任职业岗位对学生综合能力的要求.究其原因，一是铁路司乘人员培养过程中专业实践技能的培养模式缺乏科学系统设计，二是铁路与城轨交通运载设备的价格高、类型多和更新快，导致培养司乘人员的学校无力装备人才培养所需要的实践教学条件.高职教育改革的核心在于专业课程体系的改革，而专业课程体系改革的重点又是要对传统的教学模式进行改革.基于“虚拟-模拟仿真-实境”的电气化铁道司乘专业实践教学模式研究，以培养铁路与轨道交通运输系统高素质技能型司乘人员为宗旨，以解决铁路司乘人员培养过程中瓶颈问题——实践教学条件与实践教学训练模式为目标，通过构建专业核心技能的三层次培养目标、设计实践教学情境、形成情境式实践教学的组织实施与评价方式[1-2].

1 基于“虚拟”实践教学模式研究

所谓“虚拟”是指运用虚拟现实(VR，virtual reality)技术与计算机技术结合生成一个逼真的、具有视、听、触等多种感知的虚拟环境进行教学，也有应用多媒体技术、计算机技术通过软硬件相结合的模拟仿真教学平台实现教学培训[3-4].但还没有把虚拟现实教学、模拟仿真教学和现场实际操作进行系统设计构建出专业情境式实践教学训练模式.

目前学校为电气化铁道技术司乘专业学生提供有SS4型电力机车、SS9型电力机车、CRH2型动车组、CRH3型动车组虚拟仿真软件进行虚拟驾驶、非正常行车、应急故障处理、双日检查等专业实践技能训练.图1为专业教师与企业共同开发的CRH2型动车组虚拟仿真实践教学软件.软件可以根据列车编组情况、线路参数、天气状况等数据进行牵引计算，正确模拟列车的运行状况，能够实现任意车站或位置发车，根据教师机端对任务的设置，可以实现列车从线路的任意车站或任意公里标发车.教师机在某一位置处预制任务或实时设置季节、天气的变化；系统能够通过教师机的控制来改变任意一架信号机显示状态和任意一组道岔开通状态；系统能够模拟线路运营时机车乘务员与车站值班员、调度、运转车长和其他机车司机的联控方式；系统可以通过数字合成技术，根据动车组运行状态和乘务员动作信息来模拟相应动作音响；系统可在“行车事故情况列表”和“故障类型列表”中添加一个或多个事故、故障情况；系统自动批发试卷和生成成绩.

图1 校企合作开发的CRH2型动车组虚拟驾驶系统软件

整个“虚拟”仿真教学过程是理论实践一体化进行，主要是依托学校教师与企业专家共同开发的虚拟仿真软件在计算机机房进行专业教学与实践，可以解决传统教学的理论多、实践少，学生的学习内容与实际脱节的弊端.“虚拟”仿真实践教学属于整个司乘专业实践教学中第一层次，学生只有通过虚拟仿真的练习与考核后才能进入模拟仿真和实境实践教学环节，从而确保了专业实践技能递进提高.在实际的考核过程中，更多的是强调学生对专业知识和专业技能的掌握情况，不再以学期未的终考来评定学生的考核成绩，考核的是学生在整个虚拟实践教学全程.表1为司乘专业综合模块中要求学生应掌握的实践技能，表2为专业模块考核方案.

2 基于“模拟仿真”实践教学模式研究

所谓“模拟仿真”是让体验者在一个虚拟的驾驶环境中，感受到接近真实效果的视觉、听觉和体感的驾驶体验，具有驾驶模拟效果逼真、节能、安全、经济，不受时间、气候、场地的限制，驾驶训练效率高、培训周期短等优势，在新车型开发和驾驶培训方面应用十分广泛.“模拟仿真”运用了三维图像即时生成技术、动车学物理仿真技术、六自由度运动平台、大视场显示技术，提供了真实车型的座椅，根据列车在线路上运行的实际情况，借助六只油缸的伸缩运动，可以完成平台在空间上六个自由度的运动，模拟出各种空间运动姿态.

表1 司乘专业综合模块实践授课计划

表2 司乘专业综合模块实践授课计划

图2 校企合作开发的SS9型电力机车和CRH2型动车组模拟驾驶系统

目前学校为电气化铁道技术司乘专业学生提供有SS9型电力机车、CRH2型动车组、CRH3型动车组模拟驾驶系统，可以进行模拟驾驶、非正常行车、应急故障处理等专业实践技能训练.图2是专业教师与企业专家共同开发的SS9型电力机车、CRH2型、CRH3型动车组模拟仿真驾驶系统.整个“模拟仿真”教学过程全部在模拟仿真实训室完成，分别设置有电力机车模拟驾驶实训室和CRH系列动车组模拟驾驶实训室，专业教师主要是直接利用实训设备，强调操纵注意步骤与注意事项，然后学生分批练习，只有经过了“虚拟”仿真考核后的学生才能进入“模拟仿真”实践教学环节，学生有了理论基础，明确了操纵步骤与注意事项后，对司乘岗位专业技术人员在驾驶过程中的呼唤应答、手比眼看、一次标准化作业流程进行考核，重点考核学生在整个模拟仿真全部过程中的操纵是否标准，同时还考核遇到天气变化、设备故障时学生的反应及故障应急处理能力.

3 基于“实境”实践教学模式研究

所谓“实境”实践教学是该专业学生直接赴机务段进行安全教育后，以师傅带徒弟的方式直接在铁路线上跟车实训，主要任务是培养学生成为机车司乘人员所必须具备的机车整备保养及机车操纵运用的基本知识和基本技能，培养学生科学思维能力、分析解决实际问题的能力[5-6].

图3 司乘专业学生进行“实境”实践教学

目前学校电气化铁道技术司乘专业学生在进行完“虚拟”、“模拟仿真”实践教学之后将安排为期一周的电力机车的操纵作业实训，学生在机务段跟车实训现场如图3所示，学生将在现场进行安全教育后，由机务段根据实际运转情况由派班室安排一个班组的师傅带一名或两名学生跟车实训作业，熟悉电力机车一次出乘标准化作业全过程：出勤与接班、机车操纵、列车操纵、制动机操作、行车瞭望呼唤应答及车机联控用语、机车三项设备和列车运行监控记录器等设备知识与操作技能；让学生在掌握理论知识的基础上进行现场跟车实训，消化所学的理论知识，了解今后工作岗位环境，从而在心理上、知识和技能储备上都为“零距离”适应工作岗位打下基础.在完成这一周跟车实训后，将根据不同学生在不同线路的实习报告进行答辩考核.考核内容与考核标准分别如表3、表4所示.

表3 司乘专业“实境”实践教学考核知识点

表4 司乘专业“实境”实践教学考核标准

[1] 姜大源. 职业教育学研究新论[M]. 北京：教育科学出版社，2007.

[2] 赵志群. 职业教育与培训——学习新概念[M]. 北京：科学出版社，2003.

[3] 李建华. 基于建构主义的教育模式探究与实践[J]. 西南民族大学学报：人文社科版，2005(10)：351-354.

[4] 唐树伶. 高职院校项目教学考评体系研究[J]. 成人教育，2010(3)：22-23.

[5] 李洪武，俞立平. 高职院校实践教学评价若干问题的思考[J]. 职业教育研究，2009(3)：147-148.

[6] 吴亚军. 用分层教学策略构建和谐信息课堂[J]. 陕西教育：高教版，2009(10)：313-314.

(责任编辑：李 平)

Research on Practical Teaching Mode Based on “Virtual-Simulation-Live Action” to Train Electrifed Railway Driver Crew

LUO Wei
(Department of Rail transit，Hunan Railway Professional Technology College，Zhuzhou 412001，China)

The basic task of higher vocational education，which has remarkable features of profession，application and practice，is to train higher technical personnel.The graduates，who major in the electrified railway driving，are required to have strong professional abilities and skills of operating，equipment inspection，testing，troubleshooting，etc.But during the training process，the teaching modes lack scientifc system design. And high price，varieties and fast updating of the railway transport equipments limit the improvement of students’skills and abilities.This paper discusses practical teaching by using“virtual-Simulation-reality”teaching mode.

practice teaching mode；virtual；simulation；live action

G718.5

A

1008-5475(2014)02-0058-04

2014-03-01；

2014-04-02

湖南省教育科学“十二五”规划2012年度课题（XJK012CZJ011）

罗 伟(1979-)，男，湖南株洲人，副教授，主要从事轨道交通研究.