胡士華　陳文軒　萬里榮　白文濤

摘 要：軌道交通認(rèn)知類實訓(xùn)課是進(jìn)入軌道交通類企業(yè)工作的專業(yè)基礎(chǔ)課，此類基礎(chǔ)課程的實訓(xùn)效果直接影響其相關(guān)工作能力，本文針傳統(tǒng)理論課弊端及軌道交通實訓(xùn)難度問題，提出結(jié)合現(xiàn)代VR技術(shù)的人機(jī)交互教學(xué)法，打破常規(guī)的教學(xué)方法，實現(xiàn)理實一體，為學(xué)生適應(yīng)鐵路企業(yè)工作打下堅實基礎(chǔ)，論文以動車組概論課程進(jìn)行傳統(tǒng)教學(xué)和VR教學(xué)對比，證實VR實訓(xùn)效果有明顯提升作用。

關(guān)鍵詞：軌道交通 實訓(xùn)效果 VR技術(shù) 理實一體

Application of VR Technology in Cognitive Training Course of Rail Transit

Hu Shihua，Chen Wenxuan，Wan Lirong，Bai Wentao

Abstract：Rail transit cognitive training course is a professional basic course for entering rail transit enterprises. The training effect of such basic courses directly affects its relevant working ability. Aiming at the disadvantages of traditional theoretical courses and the difficulty of rail transit training， this paper puts forward a human-computer interaction teaching method combined with modern VR technology， breaks through the conventional teaching methods and realizes the integration of theory and practice. To lay a solid foundation for students to adapt to the work of railway enterprises， this paper compares the traditional teaching and VR teaching of EMU introduction course， and proves that the VR training effect can be significantly improved.

Key words：rail transit， training effect， VR technology， integration of theory and practice

1 引言

大網(wǎng)絡(luò)時代下，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展越來越好，且勢頭仍然十足，虛擬現(xiàn)實技術(shù)涵蓋視覺圖像處理、軟件工程、3D渲染等多項高級專業(yè)技術(shù)，在多個工程領(lǐng)域都有所涉及，尤其是國家大力支持的高端專業(yè)方面。軌道交通一直都是世界各國的命脈，我國也不例外，隨著2007年的全國第六次鐵路大提速，鐵路速度創(chuàng)造了驚人的奇跡，為了加快國家發(fā)展，鐵路局、地鐵迎來了大機(jī)遇與挑戰(zhàn)，這對相關(guān)從業(yè)者的能力需求也越來越高。基于此，全國各大學(xué)校紛紛開設(shè)相關(guān)專業(yè)，鐵路院校對該類的專業(yè)尤為重視。

軌道交通的專業(yè)基礎(chǔ)課程都兼帶有課內(nèi)認(rèn)知實訓(xùn)，理論實際結(jié)合的好不好直接影響到軌道行業(yè)從業(yè)者的基礎(chǔ)知識水平，而基礎(chǔ)直接影響水平的深度。為了培養(yǎng)更多更優(yōu)質(zhì)的軌道行業(yè)從業(yè)者，將VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)引入到此類課程當(dāng)中已變得越來越重要。

2 傳統(tǒng)軌道交通認(rèn)知類實訓(xùn)課在教學(xué)中存在的問題

2.1 傳統(tǒng)理論課的弊端

理論的學(xué)習(xí)往往相對枯燥乏味，且理論的學(xué)習(xí)并不能對學(xué)習(xí)者形成固有的實體印象，現(xiàn)場認(rèn)知實訓(xùn)課成了該課程的至關(guān)重要步驟，甚至可以說，現(xiàn)場的認(rèn)知實訓(xùn)是此類課程的核心。

當(dāng)前客觀環(huán)境及現(xiàn)有技術(shù)下，要想培養(yǎng)的學(xué)生有充足時間在課程中學(xué)習(xí)到有用知識。迫切需要通過使用VR技術(shù)并結(jié)合電腦終端還原出軌道交通真實情況的環(huán)境，讓學(xué)生沉浸其中，最大程度讓每一個學(xué)生在有限的時間里學(xué)掌握和未來專業(yè)發(fā)展方向契合的基礎(chǔ)知識。為后面的專業(yè)核心課程提供強(qiáng)有力的基礎(chǔ)，也為他們未來走向社會工作崗位邁出了堅實的一步。

2.2 給教師帶來的教學(xué)問題

對于每個教師來說，能讓學(xué)生順利學(xué)會知識點并懂得利用是件很重要的事。職業(yè)教育相對本科或者研究生教育更注重實踐操作，良好的實踐環(huán)境直接會影響到學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果，這對于打基礎(chǔ)的學(xué)生尤為重要，但由于軌道交通行業(yè)的封閉性和實訓(xùn)器材教學(xué)樣本的難獲取性，更多的實訓(xùn)現(xiàn)場是往往是一群學(xué)生圍繞著一臺設(shè)備或者是一個設(shè)備模型去學(xué)習(xí)研究，這樣的情況下，教師避免不了要講多遍，同一個內(nèi)容多遍重復(fù)會使得講課情緒消沉，課堂效果大打折扣;此外，對于學(xué)生來說，設(shè)備不夠情況下，往往其中一組正練習(xí)占用設(shè)備，其他組只能等待，這也會造成寶貴的的課堂時間浪費(fèi)，軌道類實訓(xùn)場地大多在戶外，碰到嚴(yán)寒酷暑，給老師學(xué)生都帶來不少的身體安全挑戰(zhàn)。

2.3 學(xué)生實訓(xùn)中易引起安全隱患

上實訓(xùn)課時，學(xué)生人員流動性比較大，一個老師很難兼顧到既要講好知識又要管理整個班級的安全、紀(jì)律等問題，必然會造成少部分學(xué)生監(jiān)管不到位，安全意識淡薄的學(xué)生對一切產(chǎn)生好奇，很可能會對各種亂動，亂按，違規(guī)操作對于昂貴設(shè)備損耗不說，更重要的是如果是帶電，帶尖銳部分的設(shè)備，容易誤觸造成短路引起火災(zāi)，也容易被尖銳器材傷害，對老師、學(xué)生都是有巨大安全隱患。

2.4 給學(xué)校帶來的問題

軌道交通屬于封閉性比較強(qiáng)的行業(yè)，封閉性使得其設(shè)備要被獲取難度性大于其它普通行業(yè)，尤其對于整機(jī)車、整動車組、整地鐵這種大型教學(xué)設(shè)備難度頗高。

學(xué)校的發(fā)展離不開巨大資金支持，所以資源資金面的分配對學(xué)校影響深遠(yuǎn)。從資金上考慮，軌道交通實訓(xùn)樣本往往大件且笨重，購買價格極其昂貴，很多學(xué)校難以承受。比如一輛機(jī)車、動車或車輛，其造價動輒幾千萬甚至上億，對于一所普通院校的資金鏈都是個巨大挑戰(zhàn)。

3 虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)在軌道交通實訓(xùn)課程中的探索

針對以上問題，柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)充分重視，并且花費(fèi)重資聯(lián)合武漢風(fēng)河信息科技有限公司在動力技術(shù)二級學(xué)院建立了VR實訓(xùn)室。經(jīng)過近兩年期間投入使用，動力技術(shù)學(xué)院學(xué)生在軌道交通認(rèn)知類實訓(xùn)課程中獲得了巨大的效益效果。

3.1 搭建VR實訓(xùn)室建設(shè)基本信息

經(jīng)過校方和各配合公司努力，采購的軟硬件內(nèi)容：VR圖形工作站、VR設(shè)備、VR區(qū)域框架結(jié)構(gòu)搭建及弱電工程、交互智能教學(xué)平臺、管理服務(wù)器、動車檢修一級修、二級修沉浸式學(xué)習(xí)軟件套、一級修、二級修仿真實訓(xùn)軟件、應(yīng)急故障處置實訓(xùn)軟件、圖形工作站管理機(jī)、教學(xué)端動車檢修虛擬實訓(xùn)管理軟件、桌面版圖形工作站、圖形工作站管理工作臺、VR圖形工作站、桌面版圖形工作站學(xué)員桌椅、耳機(jī)、機(jī)柜、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

3.2 增強(qiáng)理論與實訓(xùn)結(jié)合體驗，做到“玩中學(xué)”

軌道類基礎(chǔ)課程，都有著理論結(jié)合實訓(xùn)環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)上理論和實踐都是分開進(jìn)行，會出現(xiàn)理論課剛剛聽懂，到實訓(xùn)課時出現(xiàn)忘記狀況，這對于學(xué)習(xí)肯定是不利的。把VR技術(shù)融合到此類課程，可以真正做到理論實訓(xùn)結(jié)合，這很大程度上，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，做到“現(xiàn)學(xué)現(xiàn)做”。另外的VR技術(shù)由于其真實體驗感，學(xué)生容易身臨其境，設(shè)置學(xué)習(xí)進(jìn)度關(guān)卡，增加趣味性，像打游戲一樣，真正做到“玩中學(xué)”。

3.3 增強(qiáng)實訓(xùn)教學(xué)效果，考核學(xué)生綜合水平

VR技術(shù)具有很強(qiáng)的靈活性，不受制于太多的環(huán)境影響，且有著多次使用不易損壞等優(yōu)點。此外，VR實訓(xùn)室的內(nèi)學(xué)習(xí)，可以有效避免事故的發(fā)生。學(xué)習(xí)期間，利用VR技術(shù)加計算機(jī)結(jié)合的便捷性，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果可以受到老師的實時監(jiān)控，老師可以及時進(jìn)行糾正與指導(dǎo)，最大的做好師生互動?？己似陂g利用平臺出成績，避免人為的主觀性，真正做到公平公正。

4 VR融合課程具體教學(xué)應(yīng)用

為了驗證VR融合課程能否帶來一定的積極效果，本次選用軌道交通專業(yè)具有代表性的《動車組概論》課程來進(jìn)行探究，將同一個班級分成兩組進(jìn)行授課，一組以傳統(tǒng)教學(xué)方法授課，另一組融入VR進(jìn)行授課，圖1為學(xué)生通過VR設(shè)備學(xué)習(xí)，再以項目考核進(jìn)行效果對比。

4.1 題材選取及VR理念教學(xué)安排

《動車組概論》課是鐵路高職院校了解動車知識的入門基礎(chǔ)課，涉及內(nèi)容范圍較廣，轉(zhuǎn)向架作為復(fù)雜且重要的部分，本次教學(xué)內(nèi)容以此為實踐對象，配合以任務(wù)驅(qū)動，小組PK、關(guān)卡難度遞增的循序漸進(jìn)教學(xué)模式。

4.2 課后評價及教學(xué)結(jié)果反思

VR概念第一次融入到動車組概論課程學(xué)習(xí)當(dāng)中，學(xué)生對此興趣濃烈，結(jié)合合理的環(huán)節(jié)設(shè)計，普遍對動車轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)掌握情況達(dá)到良好以上成績。少數(shù)幾位同學(xué)存在基礎(chǔ)差異化，但經(jīng)過正確學(xué)習(xí)引導(dǎo)，也基本能完成任務(wù)，達(dá)到預(yù)期效果。課后對傳統(tǒng)組和VR組兩組同學(xué)進(jìn)行轉(zhuǎn)向架知識項目考核，考核結(jié)果如下表2。

表2中可以看到，VR融合教學(xué)相對于傳統(tǒng)教學(xué)，在測試項目結(jié)構(gòu)組成、認(rèn)知操作、作業(yè)上正確率分別提高了12%、13%、10%?？梢钥闯鯲R教學(xué)對于學(xué)生學(xué)習(xí)有著很好地幫助。課程結(jié)束后，學(xué)生評論對于VR新型教學(xué)方法都給予了肯定，并表示以后希望學(xué)校能將VR融入到其它更多的課程，以供他們學(xué)習(xí)。

5 結(jié)語

本文就軌道類認(rèn)知實訓(xùn)課程融合VR技術(shù)進(jìn)行研究。采用VR虛擬實訓(xùn)室+課程形式，不僅可以完成軌道交通概論課程的認(rèn)知實訓(xùn)存在的欠缺，還能提高學(xué)習(xí)者的興趣，教師和學(xué)生良好的互動配合，極大的提高學(xué)習(xí)效率，真正做到“玩中學(xué)”?！秳榆嚱M概論》課程傳統(tǒng)教學(xué)和VR融入教學(xué)對比結(jié)果很好地反映了VR技術(shù)具有一定提升作用。

柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院已將該技術(shù)應(yīng)用到了動車組檢修專業(yè)當(dāng)中，并取得良好的成績，借鑒于此，為了取得更好的效果，可以就類似課程的增加VR設(shè)備投入，讓學(xué)生在軌道交通專業(yè)學(xué)習(xí)到更多、更扎實的知識。

教改課題，項目編號：2021-JGA04。

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