基于5G+XR的智慧轨道交通教学：数字资源重构与教学模式革新

［摘 要］ 5G技术具有高网络传输效果，XR技术能够提供与现实相同的虚拟沉浸式环境氛围，将其应用到轨道交通教学中，能够在虚拟环境中有效提升学生的实际操作能力。在此背景下，对5G和XR技术进行分析，并结合实际教学需要对数字资源进行重构，革新教学模式，保证全新的教学方式更好地被学生接受，使其更容易掌握轨道交通的相关知识，将其有效应用到实际中。

［关 键 词］ 5G+XR；轨道交通教学；数字资源；教学模式

［中图分类号］ G712 ［文献标志码］ A ［文章编号］ 2096-0603（2024）29-0137-04

借助5G+XR技术，轨道交通教学可为学生提供全新的教学方式，在此过程中，需要对数字资源加以重构，帮助学生创建出高度模拟的轨道交通环境，使其在虚拟环境中学习到实际操作技能与相关知识，为未来的工作奠定重要的实际操作基础。

一、5G技术

5G技术是我国的第五代移动通信技术，具有极高的数据传输速度以及能够支持海量b31653fd7281785ab9ce73c7d2e49dfe470a1a55aa83d9095bd212725eccb10b设备连接的能力等特点。基于此，它成为支撑智慧城市、自动驾驶汽车、远程医疗等多种创新应用的基础设施。对智慧轨道交通教学，5G技术的应用主要体现在以下几个方面：（1）大数据量的实时传输，保证教学内容实现快速加载和播放，使学生能够在不同地方获得无缝的学习和培训体验。（2）低延迟特性，可实现远程控制和实时互动。在轨道交通模拟训练中，学员通过VR头盔进入虚拟的驾驶舱，产生与真实操作一致的铁路驾驶体验。在虚拟环境中，任何操作的反馈可以瞬间传达，极大地提高学生学习的效率和质量。（3）支持大量设备的连接，在交通教学环境中，可以同时让更多的学生参与到虚拟环境教学中，大幅度提高教学资源的利用效率。（4）创造出沉浸式的教学场景。通过AR技术，在现实世界进入轨道交通的虚拟环境进行各种操作练习。

二、XR技术

XR技术涵盖虚拟现实（VR）、增强现实（AR）和混合现实（MR）技术。在实际应用中，主要通过计算机生成的虚拟环境与现实世界相结合，为用户提供沉浸式的体验。其中VR技术通过头戴式显示器等设备，让用户通过感官沉浸在一个由计算机生成的三维环境中。这种环境能够模拟与现实相一致的场景，使用者可在虚拟世界中进行交互，体验与真实世界相同的感受。AR技术则是在用户的现实视野中叠加虚拟信息。通过智能设备在现实世界中看到额外的图像、文字或其他数据信息，这些信息通常是与用户所处环境或观察到的情况相关的信息，可帮助人们对观察到的不同事物作出详细介绍与分析。MR技术结合虚拟现实和增强现实的特点，允许虚拟对象与现实世界中的物体进行交互和共存。MR技术创建的环境可增强用户的现实感知，还能够让用户与虚拟对象进行自然的交互，如同与现实世界中的物体交互一样。

三、5G+XR在轨道交通教学中的应用前景

在轨道交通教学中，5G与XR技术的结合为其带来一种全新的教学方式。教学期间，借助5G网络高速率、低延迟的特点，消除XR内容出现延迟或数据丢失问题，有效避免在虚拟现实中学生感到不适或迷失方向，降低学生在虚拟环境中的学习效果[1]。

在XR技术的作用下，通过虚拟现实，学生可以进入与现实相一致的轨道交通环境中，并在此环境中进行驾驶列车、管理车站以及维护轨道设施的相关操作，以此锻炼实际操作能力。在此基础上，增强现实技术将虚拟信息叠加到现实世界中，让学生在观察真实世界的同时接收到虚拟世界提供的额外信息。例如，通过AR眼镜，学生可以看到实际的轨道设备并接收到关于设备功能不同的分析数据。而混合现实技术则为学生提供一个既包含虚拟元素又融入现实元素的环境，为学生提供一个更加丰富的交互平台，让学生在平台上开展各类关于轨道交通知识的操作，并得到针对性指导与帮助。

传统的教学方法让学生的知识局限在课本理论讲解，而5G+XR技术的应用，创新出的教学模式使学生能够亲身体验和操作，为学生提供更加高效的实践操作，促使学生在理解理论知识的同时，还能通过实际操作巩固学到的技能。这种互动式学习方法有助于增强学生的参与度，激发其创造力和解决问题的能力。

此外，5G+XR技术在轨道交通教学中的应用还具有扩展性。在技术的快速发展下，不同的技术应用到教学中，如更多的场景模拟、更复杂的操作任务和更高级的教学策略。这些创新的教学方式需要结合教学需求进行调整和升级，以此保持教学内容的时效性和相关性。

四、数字资源的重构

（一）教学内容的数字化

在现代教育体系中，轨道交通领域利用5G和XR技术，将传统的教材、案例、操作手册等转化为能够在5G网络上高效传输和访问的数字化资源。在传统教材的转型中，教材中的文字、图表和图像等信息将以数字文件的形式存在，通过5G网络快速下载和浏览，这样的教材便于更新和维护，还可以实时推送最新的信息和知识点，增强教学内容的时效性。传统纸质案例被转化为数字文档，其中包含详细的案例分析、解决方案和实际操作流程。通过5G网络，教师和学生可以随时随地访问相关案例，进行在线讨论和模拟操作，极大地提高学习的互动性和实践性。而操作手册包含大量的操作规程和注意事项，是轨道交通专业学生必须熟练掌握的内容。在数字化之后，操作手册可以通过5G网络实现快速的在线访问和搜索，学生若遇到问题，可以使用智能设备查找特定操作步骤，并借助实时传输与教师在线联系，使教师进行在线指导和评估。在5G网络的覆盖下，大量的数字资源可以在短时间内被传输到任何需要的地方，无论是在教室、实验室，还是在远程教学环境中，让教学活动不再受地理位置的限制，学生可以在任何有5G网络的地方接受相同的高质量教学[2]。

XR技术的引入为智慧轨道交通教学增添了新的维度，让学生可以在一个沉浸式的环境中学习轨道交通的知识和技能。例如，通过VR头盔，学生可以进入虚拟的驾驶舱中，体验真实的驾驶操作；借助AR技术，学生可以在现实世界中看到叠加的虚拟信息，帮助其更好地理解复杂的设备结构和工作原理。

（二）加强互动性

数字资源的重构，能够为学生提供互动性极强的学习环境。在此过程中，创建具有交互功能的模拟软件和游戏化的教学内容，促使学生不再局限于传统的课堂听讲和书本学习，而是能够深入高度逼真的虚拟环境中。在这个虚拟环境里进行实际操作，实现真实的轨道交通系统学习。

在此模式下，学生能够在没有风险的情况下进行各种操作练习，包括驾驶列车、管理调度系统、维护轨道设施等。互动性的强化，有利于进一步提高学生的学习兴趣，极大地提升实践能力和问题解决能力。在学习期间，学生可以通过即时反馈，了解自己的操作是否正确，哪些地方需要改进，保证其在实践中学习和成长。此外，基于5G+XR的智慧轨道交通教学方式，能够突破地理和时间的限制。学生无需前往实际的轨道交通现场，便可以在任何时间、任何地点，通过终端设备接入虚拟教学平台。5G网络的高速度和低延迟特性，可以保证虚拟环境中的实时互动和数据传输的流畅性，使远程教学成为可能。

在数字资源的重构中，教学资源还应优化和个性化发展。教学内容可以根据学生的学习进度和需求进行动态调整，提供定制化的学习方案，增强适应性，使每个学生都能在最适合自己的节奏下学习，最大化地发挥个人潜力。

（三）实时更新与共享

在传统的教学模式中，教材和教学资源固定不变，一旦出版无法进行修改和更新。随着5G网络的普及和XR技术的发展，教育资源被数字化存储于云端，这使资源的更新和共享变得异常灵活。教师可以根据行业动态，实时上传最新的教学内容和案例分析，学生也能通过云平台访问最新的资料，实现知识的即时更新[3]。

轨道交通领域是技术迭代极快的行业，新的信号系统、列车控制技术、智能运维方法不断创新改进。若教学内容不能及时反映最新发展，学生将很难适应未来职场的需求。通过5G网络的高速传输能力，结合XR技术的沉浸式体验，教师可以在课堂上实时演示最新的技术和操作流程，让学生接触到当前使用的轨道交通内容，这种实时互动和学习体验能够全面消除传统教学模式的局限性。在云平台上，教师上传教学资源，学生和其他教育工作者也可以贡献自己的知识和经验，最大限度丰富教学资源库。学生通过云平台与世界各地的同行交流，开阔视野，获取多元化的学习方法和解决问题的途径。

5G网络的高带宽和低延迟特性，使大量的数据和复杂的XR应用能够在教学中流畅地运行。而XR技术则提供了一种全新的学习方式，为学生创造互动式的学习环境。在这个环境中，学生可以通过模拟操作掌握复杂的工作流程，通过虚拟旅行了解世界各地轨道交通的发展现状，极大地提高了学习效率和兴趣。

五、教学模式的革新

（一）个性化学习路径

5G+XR的智慧轨道交通教学模式应根据学生的实际情况，制订个性化学习路径的设计。消除传统“一刀切”的教学方法，并根据每个学生的学习进度和能力，提供定制化的学习内容和难度，促使不同学生拥有适合自身的学习计划，此计划还要结合学生的学习进展不断调整，保证每个学生在最适合自己的节奏下学习和进步。在这种模式下，教学内容不再是固定的，而是可以根据学生的具体情况进行调整。如果学生在某个知识点上掌握得较快，系统会及时调整后续的学习内容，增加难度或者引入新的知识点，以保持学生的学习兴趣和挑战性。如果学生在某个部分遇到困难，系统也会适时提供额外的辅导和练习，帮助学生攻克难关。在此过程中，5G技术的高速度和低延迟特性，使大量的XR内容可以实时传输，为学生提供沉浸式的学习环境，让学生通过虚拟现实头盔或者增强现实设备，亲身体验轨道交通的各种场景，从驾驶室的视角到轨道维护现场，甚至是模拟紧急情况的处理。这种沉浸式的体验，能够进一步增强学生的学习兴趣，提高学习效果。在5G+XR的智慧轨道交通教学模式中，学生可以通过实际操作和模拟实验主动探索和学习，与同伴一起协作，共同解决问题，也可以与教师实时互动，获取即时反馈和指导。

（二）协作式学习

协作式学习是一种教育方法，鼓励学生通过团队合作完成学习任务，共同解决问题，从而提升彼此的技能。在这种学习模式下，学生不再是孤立的学习者，而是团队的一部分，他们相互沟通、协作，共同完成学习目标。在此期间，应对学生进行严格监管，避免学生出现问题无法解决。

使用传统的协作式教学方式时，会受限于地理位置，学生必须身处同一空间才能有效合作。但5G网络的出现，为远程协作提供强有力的支持。学生现在可以通过5G网络连接到远程协作平台，即使身处不同地点，也能够像在同一个教室里一样进行团队作业和项目合作。远程协作平台使学生可以在虚拟环境中相遇，共享资源，实时交流，以此提高团队工作的效率，为学生提供更加丰富多样的学习体验。学生可以在平台上访问各种教学材料，包括视频、文档和互动模拟等，这些资源帮助其更好地理解课程内容，也能够激发创造力和想象力。

除了资源共享和实时交流之外，5G+XR技术还使教师能够实时监控学生的学习进度和表现。通过分析学生在虚拟环境中的操作和决策，教师可以及时给予反馈和指导，帮助学生改进学习方法，提高学习效果。同时，这种实时监控也为教师提供更加全面的评价体系，不仅关注学生的理论知识掌握情况，还关注其实践能力和团队协作能力。

（三）实践导向的教学

实践导向的教学强调理论知识的传授，通过结合最前沿的XR技术，为学生提供互动式的学习环境，提升其实际操作技能。在此教学模式下，传统的课堂利用5G网络创建虚拟实验室，模拟出真实的轨道交通操作环境。学生在这样的虚拟环境中可以进行各种操作练习，从基础的设备认知到复杂的系统故障排除，所有的操作都能够得到即时的反馈和指导。在此基础上，通过虚拟现实头盔或者增强现实设备，进入由计算机生成的三维世界中，促使学生可以亲身体验到轨道交通系统的运行过程，包括列车的控制、信号的传递以及车站的运营管理等，以此增强学生的学习兴趣，并且提供无风险的学习环境，让学生可以在犯错中学习，不断提高自己的操作技能。教育者可以根据教学需要，随时调整虚拟环境和模拟场景的难度和复杂度。这意味着无论学生的技术水平如何，他们都能找到适合自己的学习路径，逐步提升自己的能力。同时，这种模式也支持团队合作的学习方式，学生可以在虚拟环境中与其他同学一起协作，共同解决实际问题，有效锻炼团队协作能力，也提高解决复杂问题的能力[4]。

六、实际应用时的挑战与对策

（一）技术设备投入

5G和XR技术的引入，升级了教学方式，但在升级中需要较大的投入，其中硬件设备的采购包括高性能的服务器、数据处理设备、传感器、头戴显示设备以及其他相关的终端设备，在此基础上，才能保障教学过程中的数据传输速度和处理能力能够满足5G网络和XR技术的要求。除了硬件设备的采购之外，这类设备在使用一段时间后会出现磨损或故障，需要对其定期进行维护与维修。

上述内容在实际运行中需要大量资金。面对此类问题，可以通过政府补贴、行业合作或者私人投资等多种渠道来减轻初期投资的压力。在此期间，可通过建立合作伙伴关系，与设备供应商和技术服务提供商进行长期合作，降低设备采购和维护的成本。并定期对设备进行检查和更新，以及提供专业的技术支持，确保系统长期稳定运行。

尽管5G和XR技术的引入带来较大的初期投资压力，但通过合理的规划和有效的对策，可以最大限度地发挥先进技术在智慧轨道交通教学中的优势，同时克服实施过程中的挑战。这种方式不仅能够提升教学质量，还能够为学生提供更加先进和高效的学习环境[5]。

（二）教师能力提升

随着5G和XR技术的引入，教学内容变得更加丰富和互动，这就要求教师具备更高的技术能力。应熟悉5G网络的特点，如何将这些特性应用到教学中，以及了解如何设计和实施基于XR的教学活动，如何解决技术问题，确保教学活动顺利进行。

为了应对上述难题，学校要对教师进行培训。培训内容应包括5G和XR技术的基础知识，以及在教学中的应用。教师需要学习如何将5G网络的优势与XR技术结合，创造出更加高效和吸引人的教学内容。此外，培训还应涵盖教学设计的创新方法，帮助教师开发适合智慧轨道交通教学的课程和活动。除了技术培训，教师还需要掌握新的教学方法。传统的教学模式可能无法充分利用5G和XR技术带来的优势。因此，教师需要学习如何调整教学策略，适应全新的学习环境，如项目式学习、协作学习和探究式学习等方法，鼓励学生主动参与和探索。

在培训过程中，通过模拟教学活动或实际课堂应用，教师可以在安全的环境中测试和改进教学技巧，从而更好地准备将5G和XR技术融入实际教学中。

通过培训，教师可以掌握新技术的使用，改进教学方法，并最终提供更高质量的教育。但由于技术的不断进步，教学方法会不断改进，因此，对教师的培训应持续进行，保障教师具备当前最先进的教学理念与方式，为学生提供最佳的知识传授，使学生掌握当前使用的轨道交通，防止学生掌握的知识与社会脱节。

（三）学生适应效果

全新的教学方法对学生来说是全新的学习体验，此过程的转变会让学生感到不适应，导致学生的学习效果不断下降，对学生带来不良影响。为了帮助学生顺利过渡到新型的学习模式中，需要设计一套系统的引导和培训计划。针对5G+XR技术，开展实际操作指导。在此期间，还应提供实践机会，让学生能够在真实或模拟的环境中练习使用这些技术，从而加深理解和增强熟练度。在教学中，要注重学生的个体差异，提供个性化的学习路径和支持。一些学生可能很快就能掌握新技术，而一些学生则可能需要更多的时间和帮助。因此，培训计划应具有针对性，可根据学生的进度和需求进行调整。

除了技术和操作层面的适应之外，还要关注学生的心理情况。新技术的引入会让一部分学生产生焦虑和不确定感，特别是在初期接触时。为了减轻学生的这类不良情绪，在培训中可以加入心理辅导，帮助学生建立自信，鼓励其积极探索和尝试。教师应具备相关技术知识，为学生作出引导，激发其对此类教学方式的学习兴趣和潜能。与此同时，还需要建立反馈机制，让学生能够及时反馈在学习过程中遇到的问题和困惑。通过收集和分析学生的反馈，不断优化培训计划，使其能够满足学生的实际需求[6]。

通过逐步引导和培训，使学生从心理与思想上克服困难，使其在全新的教学模式下更容易掌握轨道交通的知识，并借助技术优势，具备一定的实际操作能力。教师在此过程中应对学生进行针对性的教学培训，让技术的优势发挥出更大作用，最终实现技术与教育的完美融合。

综上所述，在5G+XR技术作用下，轨道交通教学将为学生带来全新的教学方式。通过数字资源的重构和教学模式的革新，最大限度提高教学质量和学习效率。在实际应用中，两项技术的高效应用存在一定的难题，需要院校、教师和社会共同努力，推动智慧轨道交通教学的发展。

参考文献：

［1］ 袁泉，周少艺，梁建全.轨道交通智慧实训平台研究［J］.农业装备与车辆工程，2023，61（12）：161-163.

［2］ 洪磊，刘钊，汤淼.智慧交通背景下交通运输工程学课程混合式教学内容改革［J］.大学教育，2023（23）：70-73.

［3］ 邓子阳.探索高速铁路轨道交通智慧实训与教学资源库的建设［J］.物流科技，2022，45（16）：167-170.

［4］ 范文蓉，刘峰.“5G+XR”教育场域的构建、要素创新及应用场景［J］.计算机时代，2023（1）：116-119.

［5］ 刘芳，王艨唯.“5G+XR”技术影响下教学模式的建构与发展［J］.中国新通信，2022，24（3）：158-160.

［6］ 杨丹，眭碧霞.“5G+XR”支持的实训教学变革：模式、挑战与建议［J］.职业技术教育，2021，42（17）：43-47.

编辑 栗国花