虛擬仿真助推實訓教學改革

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(yǎng)過程中的實訓教學提出了新挑戰(zhàn)。針對軌道交通類專業(yè)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(yè)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(yè)高素質(zhì)技術技能人才培養(yǎng)。

    緊貼行業(yè)，建設虛擬仿真實訓資源和基地

面向粵港澳大灣區(qū)軌道交通人才需求，緊貼軌道交通產(chǎn)業(yè)智慧化轉(zhuǎn)型升級新趨勢，學校聯(lián)合區(qū)域行業(yè)頭部企業(yè)，按照“覆蓋軌道交通全產(chǎn)業(yè)鏈，涵蓋生產(chǎn)—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(yè)特色虛擬仿真實訓中心、軌道交通虛擬仿真研創(chuàng)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(yè)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(yè)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(nèi)率先建成集調(diào)度指揮、列車駕駛、接發(fā)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(xiàn)實）、VR（虛擬現(xiàn)實）、AR（增強現(xiàn)實）、環(huán)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(yè)主要運營崗位的實操訓練，以及司機、調(diào)度員與車站值班員等聯(lián)合演練，充分將企業(yè)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(xiàn)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(yè)需求→人才培養(yǎng)方案→教學內(nèi)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(tǒng)“實訓室+實物”實訓模式，具備虛擬仿真實訓教學過程監(jiān)控分析、虛擬仿真實訓資源匯聚分配的管控統(tǒng)計等功能，實現(xiàn)了五大崗位群資源統(tǒng)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(fā)以“機車車輛、工務工程、運營調(diào)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(chuàng)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(zhì)，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(tǒng)課堂教學到沉浸式體驗教學的轉(zhuǎn)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(nèi)容更新速度慢”等問題，學校校企合作共同開發(fā)活頁式AR實訓指導書，內(nèi)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(guī)范，保持教學內(nèi)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(jù)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(tǒng)教室向虛擬仿真實訓場所轉(zhuǎn)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(huán)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(nèi)容，轉(zhuǎn)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(yè)危險大”“空間狹小細節(jié)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(yè)標準，完成一級修作業(yè)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(tǒng)，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(wǎng)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(wǎng)零部件的識別、檢查、組裝等專業(yè)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(shù)字孿生資源，開展調(diào)度指揮、列車駕駛、接發(fā)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(fā)報名，以小組為單位進行探究，通過應用虛擬仿真研創(chuàng)中心構建虛擬車站以及二次開發(fā)建模，合理規(guī)劃車站設備布局、優(yōu)化客流路徑等，開展深度探究創(chuàng)新，完成課程設計實踐。

（作者系廣州鐵路職業(yè)技術學院教務處處長）

《中國教育報》2023年07月11日第7版