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  • 虛擬仿真助推實訓教學改革

    2023-07-14 09:27:18

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    隨著“云物移大智”等新技術在軌道交通領域的廣泛應用,不僅對軌道交通人才需求提出了新要求,也對其人才培養過程中的實訓教學提出了新挑戰。針對軌道交通類專業實訓教學中普遍存在的設施設備成本高、實訓危險性大、應急處理看不到、控制中心進不去等難題,筆者所在的廣州鐵路職業技術學院充分利用虛擬仿真具有沉浸感、交互性、構想性的三大特征,通過建設虛擬仿真實訓資源和基地,打造虛擬仿真資源建用新模式,推行“3層級”實訓教學模式改革,賦能軌道交通行業高素質技術技能人才培養。

    緊貼行業,建設虛擬仿真實訓資源和基地

    面向粵港澳大灣區軌道交通人才需求,緊貼軌道交通產業智慧化轉型升級新趨勢,學校聯合區域行業頭部企業,按照“覆蓋軌道交通全產業鏈,涵蓋生產—運營—維護全過程、滿足師生—員工—社會人員全角色”的原則,圍繞軌道交通運輸五大崗位群,以公共虛擬仿真實訓中心、虛擬仿真展示與體驗中心、專業特色虛擬仿真實訓中心、軌道交通虛擬仿真研創中心4個中心為架構,建設了融匯公共基礎和“車、機、工、電、輛”專業技能的六大板塊虛擬仿真資源。

    同時,遵循“共建、共享、互利、共贏”理念,與軌道交通頭部企業共同投入7000萬元資金,按照1∶1還原廣州地鐵21號線、武廣高鐵成隧線和廣州至韶關普速線路,在國內率先建成集調度指揮、列車駕駛、接發列車于一體的“大三角”多工種、具有世界先進水平的軌道交通綜合仿真實訓基地,并引入 MR(混合現實)、VR(虛擬現實)、AR(增強現實)、環幕動捕、裸眼3D等虛擬仿真技術,將軌道交通真實設備設施與信息技術深度融合,進行地鐵、鐵路企業主要運營崗位的實操訓練,以及司機、調度員與車站值班員等聯合演練,充分將企業工作過程融入教學全過程。目前,已建設虛擬仿真實訓項目122個,實現全校80%以上學生利用基地進行學習。

    需求導向,打造虛擬仿真資源建用新模式

    以市場需求為邏輯起點,以崗位要求為標準,按照“企業需求→人才培養方案→教學內容→實訓項目→實訓技能點→虛擬仿真資源→實習實訓”的資源建設思路,學校建成了集“教—學—測—評—管—賽—研—訓”為一體的一站式智慧實訓云平臺,打破傳統“實訓室+實物”實訓模式,具備虛擬仿真實訓教學過程監控分析、虛擬仿真實訓資源匯聚分配的管控統計等功能,實現了五大崗位群資源統一管理,目前已向全國18個鐵路局、25所鐵路院校推廣使用。

    其中,對接軌道交通領域工作崗位技能要求,資源開發以“機車車輛、工務工程、運營調度、信號通信、牽引供電”五大板塊為主導,資源類型以“基礎認知型、展示體驗型、技能提升型、綜合應用型、技術創新型”五種類型為主體,資源應用以“桌面式演示、增強式實操、沉浸式演練”三種場景為基礎。課前,學生利用手機或電腦進行線上VR實訓、立體教材AR等資源預習。課中,教師借助VR資源、互動大屏等進行實訓示范,學生在VR、AR等講解的指導下進行實操;將VR、MR等虛擬仿真演練與實操演練相結合,提高使用者的綜合素質,達成技能目標。課后,學生利用VR資源,線上進行復習,有力推動傳統課堂教學到沉浸式體驗教學的轉變。

    因材施教,推行“3層級”實訓教學模式改革

    為解決“實訓教學內容更新速度慢”等問題,學校校企合作共同開發活頁式AR實訓指導書,內置虛擬仿真資源二維碼,便于學生隨時進行自主學習,并融入新技術、新工藝、新規范,保持教學內容的同步更新。同時,基于虛擬仿真實訓基地設備、平臺及教學資源,根據不同實訓項目的特點,將軌道交通實訓教學“第一課堂”從傳統教室向虛擬仿真實訓場所轉變,采用以實帶虛、以虛助實、虛實結合“3層級”思路,搭建多維度、高仿真的實訓教學環境,促進實訓教學模式改革。

    一是“以實帶虛—輔助認知”。將軌道交通領域自成體系、相對獨立、公共性強的實訓課程內容,轉化為線上純虛擬的仿真實訓資源,并適時更新完善,形成基于“理虛實”一體化教學模式,輔助基礎教學與崗位認知。以“動車組車頂高壓電氣設備一級修”實訓項目為例,針對“車頂高空作業危險大”“空間狹小細節部位多人觀看難”等問題,充分利用移動資源開展以實帶虛實訓,通過教師示范、學生實練,利用“動車組車頂高壓電氣設備一級修虛擬教學”小程序,幫助學生記憶理解檢修作業標準,完成一級修作業流程、檢查工藝及安全風險點的防控措施的教學重點。

    二是“以虛助實—加深理解”。針對軌道交通實訓教學過程中的痛點或難點,利用虛擬仿真實訓模塊、實訓軟件系統,按照虛擬互動教學流程,有針對性地開展技能訓練,鞏固學習者的實踐技能。以接觸網零部件裝配實訓項目為例,實訓教學分為AR引學、仿真訓練、技能考核、實物裝配四個步驟,讓學生加深理解,加強接觸網零部件的識別、檢查、組裝等專業技能。

    三是“虛實結合—強化技能”。將軌道交通真實設備設施與VR、AI等信息技術深度融合,利用復興號模擬駕駛艙、動車組模擬臺等虛實結合的數字孿生資源,開展調度指揮、列車駕駛、接發列車等崗位技能考核,建立成套的虛擬仿真考核體系。以“車站客流仿真”實訓項目為例,教師提前在虛擬仿真實訓平臺推送項目研究任務及相關資源,學生自發報名,以小組為單位進行探究,通過應用虛擬仿真研創中心構建虛擬車站以及二次開發建模,合理規劃車站設備布局、優化客流路徑等,開展深度探究創新,完成課程設計實踐。

    (作者系廣州鐵路職業技術學院教務處處長)作者:許愛軍 《中國教育報》2023年07月11日第7版 版名:職教周刊·教改探索