摘 要：針對(duì)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)操作臺(tái)功能滯后，嚴(yán)重影響實(shí)訓(xùn)效率等問題，設(shè)計(jì)出一種基于人工智能物聯(lián)網(wǎng)（AIoT）的智慧實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)可視化操作界面、即時(shí)互動(dòng)評(píng)價(jià)機(jī)制及智能糾錯(cuò)等功能，提升實(shí)訓(xùn)培訓(xùn)效率。為評(píng)價(jià)該平臺(tái)的使用效果，以動(dòng)車組制動(dòng)檢修實(shí)訓(xùn)為例，采用柯氏評(píng)估法，對(duì)使用智慧實(shí)訓(xùn)平臺(tái)實(shí)訓(xùn)情況進(jìn)行調(diào)查評(píng)估。結(jié)果表明，相比于傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，學(xué)員對(duì)智慧實(shí)訓(xùn)平臺(tái)各項(xiàng)功能的滿意度更高，且智慧實(shí)訓(xùn)平臺(tái)可以提升實(shí)訓(xùn)效能。

關(guān)鍵詞：實(shí)訓(xùn)平臺(tái);檢修培訓(xùn);AIoT;評(píng)估;柯氏評(píng)估法

中圖分類號(hào)：U239.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2024）30-0156-04

Abstract： In view of the problems that the traditional training console functions lag behind in practical training teaching， which seriously affects practical training efficiency， a smart training platform based on the Artificial Intelligence Internet of Things （AIoT） has been designed to realize a visual operation interface and instant interactive evaluation of the practical training platform. Mechanism and intelligent error correction and other functions to improve the efficiency of practical training. In order to evaluate the use effect of the platform， taking EMU braking maintenance training as an example， the Kirkpatrick Model was used to investigate and evaluate the practical training situation using the smart training platform. The results show that compared with traditional practical training platforms， students are more satisfied with various functions of the smart practical training platform， and the smart practical training platform can improve practical training efficiency.

Keywords： practical training platform; maintenance training; AIoT; evaluation; Kirkpatrick Model

近10年，我國(guó)建成了世界最大的高速鐵路網(wǎng)，全國(guó)鐵路營(yíng)業(yè)里程由9.8萬km增加到15.9萬km[1]。鐵道車輛是鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)中的重要組成部分，對(duì)鐵路運(yùn)輸安全順暢運(yùn)營(yíng)有著至關(guān)重要的作用。因此，提升檢修人員的工作效率與檢修水平，是確保鐵道車輛的安全運(yùn)行必不可少的一環(huán)。以制動(dòng)檢修實(shí)訓(xùn)教學(xué)為例，學(xué)生使用實(shí)訓(xùn)平臺(tái)進(jìn)行模擬制動(dòng)閥檢修作業(yè)。實(shí)訓(xùn)平臺(tái)作為實(shí)操的重要工具，承載著工具收納、提供操作平臺(tái)等多項(xiàng)功能，是確保學(xué)生掌握制動(dòng)裝置構(gòu)造并且能進(jìn)行良好維修的重要工具。

傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)存在諸多局限，如缺乏高效的零件管理機(jī)制，導(dǎo)致實(shí)訓(xùn)環(huán)境中零件散亂無章，學(xué)生無法快速找到零件進(jìn)行實(shí)訓(xùn)，降低了學(xué)生實(shí)訓(xùn)的有效性。還因?qū)嵱?xùn)空間布局寬敞、桌位分散，而減弱教師對(duì)學(xué)生個(gè)體進(jìn)度的關(guān)注度，限制即時(shí)反饋與指導(dǎo)的機(jī)會(huì)。同時(shí)，部分學(xué)生在專業(yè)知識(shí)與技能的基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，在實(shí)際操作過程中技巧不夠熟練易引發(fā)錯(cuò)誤操作，不僅可能對(duì)實(shí)訓(xùn)設(shè)備造成損害，還隱藏著重大的安全隱患，威脅到學(xué)生的人身安全。

針對(duì)以上傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)存在的局限性，提出了一種基于人工智能物聯(lián)網(wǎng)（AIoT）的智慧實(shí)訓(xùn)平臺(tái)。該平臺(tái)依托人工智能、數(shù)字孿生等技術(shù)，極大提升了實(shí)訓(xùn)的互動(dòng)性和實(shí)效性[2]。其通過搭載智能化工具收納管理系統(tǒng)，融合定制零件槽與先進(jìn)壓感技術(shù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)工具有序管理。并支持跨平臺(tái)互聯(lián)，促進(jìn)學(xué)生間互動(dòng)合作，搭載的先進(jìn)評(píng)價(jià)系統(tǒng)則助力教師精準(zhǔn)掌握學(xué)生實(shí)訓(xùn)動(dòng)態(tài)，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教學(xué)指導(dǎo)，全面提升實(shí)訓(xùn)效率與成效。同時(shí)集成智能糾錯(cuò)功能，可識(shí)別錯(cuò)誤操作且在顯示屏實(shí)時(shí)提醒并展示正確流程，及時(shí)糾正錯(cuò)誤，強(qiáng)化安全意識(shí)與知識(shí)技能掌握[3]。該智慧實(shí)訓(xùn)平臺(tái)在實(shí)訓(xùn)教育領(lǐng)域展現(xiàn)出顯著的革新優(yōu)勢(shì)，與傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)形成鮮明對(duì)比。智慧實(shí)訓(xùn)平臺(tái)效果圖如圖1所示。

1 評(píng)估過程

為反映智慧實(shí)訓(xùn)平臺(tái)在職業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)的使用效果，本文以動(dòng)車組制動(dòng)檢修實(shí)訓(xùn)為例，運(yùn)用了柯氏4級(jí)評(píng)估法進(jìn)行評(píng)估?？率纤募?jí)評(píng)估是一種用于評(píng)估培訓(xùn)效果的方法[4]，它由國(guó)際著名學(xué)者威斯康辛大學(xué)教授唐納德·L·柯克帕特里克（Donald. L. Kirkpatrick）于1959年提出，這一模型將培訓(xùn)效果的評(píng)估分為四個(gè)層次，包括學(xué)員反應(yīng)、學(xué)習(xí)效果、行為改變、產(chǎn)生效果[5]。本文從學(xué)員反應(yīng)、學(xué)習(xí)效果去評(píng)估智慧實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的效能，主要涵蓋學(xué)員對(duì)智慧實(shí)訓(xùn)平臺(tái)功能的滿意度，學(xué)員在使用新舊平臺(tái)操作的知識(shí)、技能成績(jī)對(duì)比情況等方面去評(píng)估。通過問卷調(diào)查、設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)及技能考核等多種方式，采集滿意度、考核成績(jī)等相關(guān)數(shù)據(jù)并進(jìn)行整理分析。同時(shí)遵循了客觀性原則、全面性原則，使評(píng)估結(jié)果客觀、公正、全面。

1.1 反應(yīng)評(píng)估

反應(yīng)評(píng)估旨在實(shí)訓(xùn)后評(píng)估學(xué)員對(duì)智慧實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的滿意度，以分析智慧實(shí)訓(xùn)平臺(tái)能否滿足學(xué)員的學(xué)習(xí)需求。

通過問卷調(diào)查收集100名同期學(xué)員分別對(duì)傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)和智慧實(shí)訓(xùn)平臺(tái)在工具管理和學(xué)習(xí)輔助功能兩方面的滿意度評(píng)分（百分制），并進(jìn)行對(duì)比分析，如圖2所示。

根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，在工具管理和學(xué)習(xí)輔助兩個(gè)方面智慧實(shí)訓(xùn)平臺(tái)相較于傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)都有顯著的優(yōu)勢(shì)。再次通過問卷調(diào)查收集100名同期學(xué)員對(duì)于智慧實(shí)訓(xùn)平臺(tái)各個(gè)核心功能的滿意度，具體包括檢修零部件結(jié)構(gòu)展示、可視化操作界面、線上即時(shí)互動(dòng)與點(diǎn)評(píng)系統(tǒng)及智能糾錯(cuò)等功能，調(diào)查結(jié)果如圖3所示。

結(jié)果顯示，學(xué)員對(duì)各個(gè)核心功能的滿意度均較高，其中智能糾錯(cuò)與引導(dǎo)功能表的滿意度最高。由此可得，從學(xué)員的主觀視角出發(fā)，智慧實(shí)訓(xùn)平臺(tái)相比傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，智慧實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的功能實(shí)用性更高，能夠在確保提升培訓(xùn)質(zhì)量的同時(shí)有效提升學(xué)習(xí)體驗(yàn)和效果，更充分地滿足學(xué)員的學(xué)習(xí)需求，不僅增強(qiáng)了學(xué)習(xí)效率，還激發(fā)了學(xué)員的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，可以有效提高實(shí)訓(xùn)質(zhì)量。

1.2 學(xué)習(xí)評(píng)估

學(xué)習(xí)評(píng)估是衡量學(xué)生的知識(shí)、態(tài)度和技能是否因使用了智慧實(shí)訓(xùn)操作平臺(tái)而發(fā)生擴(kuò)充、轉(zhuǎn)變和提升。其衡量方法應(yīng)該依照實(shí)訓(xùn)內(nèi)容特點(diǎn)設(shè)計(jì)。柯克帕特里克建議，學(xué)習(xí)的測(cè)評(píng)可以使用筆試檢測(cè)知識(shí)和態(tài)度類的學(xué)習(xí)效果，技能類的學(xué)習(xí)效果檢測(cè)則需要用行為測(cè)評(píng)[6]。對(duì)學(xué)員使用實(shí)訓(xùn)平臺(tái)后的理論知識(shí)掌握水平采用筆試的方式，對(duì)于專業(yè)技能知識(shí)，采用實(shí)操考核。

為了深入探究不同教學(xué)模式對(duì)高職實(shí)訓(xùn)教學(xué)效果的影響，本研究通過選取同專業(yè)但未學(xué)習(xí)過相關(guān)知識(shí)的100名高職院校學(xué)員作為樣本量，將樣本隨機(jī)分為A、B兩組進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)組A與實(shí)驗(yàn)組B，每組各50名學(xué)員。實(shí)驗(yàn)組A采用智慧實(shí)訓(xùn)平臺(tái)進(jìn)行為期4個(gè)月的密集培訓(xùn)，而實(shí)驗(yàn)組B則沿用傳統(tǒng)的實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，培訓(xùn)周期延長(zhǎng)至6個(gè)月，旨在控制時(shí)間變量的同時(shí)，比較兩種教學(xué)方式的效果。

為了科學(xué)、全面地評(píng)估學(xué)員的學(xué)習(xí)成果，設(shè)計(jì)了3次綜合考核，這些考核內(nèi)容兼顧理論知識(shí)筆試與實(shí)踐操作技能測(cè)試，旨在多維度衡量學(xué)員的學(xué)習(xí)情況[7]。通過對(duì)這3次考核的筆試與實(shí)操成績(jī)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果直觀展示了A、B兩組學(xué)員在不同考核階段的表現(xiàn)差異，以此數(shù)據(jù)提供的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，增強(qiáng)結(jié)論的可靠性和說服力。筆試考核情況如圖4所示，實(shí)操考核結(jié)果如圖5所示。

根據(jù)圖表數(shù)據(jù)分析所示，A組受訓(xùn)者相較于B組，在培訓(xùn)時(shí)間縮減了三分之一的前提下，其在整個(gè)培訓(xùn)期間的筆試評(píng)估與實(shí)踐操作考核中，成績(jī)均持續(xù)展現(xiàn)出優(yōu)越表現(xiàn)。智慧實(shí)訓(xùn)平臺(tái)能使學(xué)員實(shí)訓(xùn)效率顯著提升，源于其核心功能：智能糾錯(cuò)與引導(dǎo)功能。特別是對(duì)于基礎(chǔ)較為薄弱的學(xué)生[8]，通過個(gè)性化的指導(dǎo)輔助，有效促進(jìn)學(xué)員順利完成實(shí)訓(xùn)任務(wù)。相比傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)模式，該平臺(tái)以更低的學(xué)習(xí)門檻和更為直觀的操作界面，極大簡(jiǎn)化了學(xué)習(xí)路徑，從而深刻地激發(fā)了學(xué)員的積極性和參與熱情。

從教育者的視角審視，智慧實(shí)訓(xùn)平臺(tái)同樣展現(xiàn)出了不可小覷的優(yōu)勢(shì)。糾錯(cuò)評(píng)價(jià)系統(tǒng)的集成，不僅使教師能夠精準(zhǔn)掌握每位學(xué)員的學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)，還為教學(xué)策略的優(yōu)化與調(diào)整提供了數(shù)據(jù)支持，極大地促進(jìn)了教學(xué)效能的提升。在知識(shí)拓展層面，平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了與課程內(nèi)容的無縫對(duì)接，內(nèi)置豐富多樣的教育資源，為學(xué)生拓寬知識(shí)視野、深化理論理解創(chuàng)造了條件，進(jìn)一步強(qiáng)化了學(xué)習(xí)的廣度與深度;在技能提升方面，智慧實(shí)訓(xùn)平臺(tái)通過高度模擬實(shí)際工作場(chǎng)景，大幅增強(qiáng)了實(shí)訓(xùn)的實(shí)效性，還確保了學(xué)生能夠牢固掌握專業(yè)知識(shí)與技能，為快速適應(yīng)未來實(shí)際工作場(chǎng)景奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)[9]。

2 智慧實(shí)訓(xùn)平臺(tái)功能介紹

智慧實(shí)訓(xùn)平臺(tái)在當(dāng)代實(shí)訓(xùn)教育領(lǐng)域中，以其創(chuàng)新特性，引領(lǐng)了一場(chǎng)深刻的教育模式變革，與沿襲已久的傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)形成了強(qiáng)烈而鮮明的對(duì)比。該平臺(tái)依托人工智能、數(shù)字孿生等技術(shù)，極大提升了實(shí)訓(xùn)的互動(dòng)性和實(shí)效性。

平臺(tái)的智能化工具收納管理系統(tǒng)是一大亮點(diǎn)，它基于RFID的實(shí)訓(xùn)工具管理研究。以空氣制動(dòng)閥為例，對(duì)拆裝閥的實(shí)訓(xùn)工具植入感應(yīng)線圈和芯片作為從設(shè)備，并將對(duì)應(yīng)工具的信息寫入芯片中，在實(shí)訓(xùn)工作臺(tái)中設(shè)置實(shí)訓(xùn)工具的固定存放點(diǎn)，并在實(shí)訓(xùn)工具存放點(diǎn)安裝RFID閱讀器作為主設(shè)備，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別、采集、記錄和跟蹤實(shí)訓(xùn)工具，確保實(shí)訓(xùn)環(huán)境的整潔與秩序，并優(yōu)化資源配置。

平臺(tái)運(yùn)用現(xiàn)代化信息技術(shù)和系統(tǒng)設(shè)備，不僅應(yīng)用于實(shí)訓(xùn)教學(xué)，更可以應(yīng)用于實(shí)訓(xùn)考核，兩種模式多功能使用，任意切換，系統(tǒng)多角度拍攝與多維度聯(lián)動(dòng)，可隨時(shí)記錄學(xué)生實(shí)訓(xùn)教學(xué)、實(shí)訓(xùn)考核操作完整過程，更加高效智能。為教師提供了詳實(shí)的數(shù)據(jù)支持。教師可以根據(jù)這些精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)分析結(jié)果，實(shí)施個(gè)性化的教學(xué)指導(dǎo)策略，針對(duì)不同學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)和需求，制定差異化教學(xué)計(jì)劃，從而最大化地提升每個(gè)學(xué)生的實(shí)訓(xùn)效果和整體學(xué)習(xí)成效。課前和課后學(xué)生可在平臺(tái)上進(jìn)行自主實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)，提前預(yù)習(xí)實(shí)訓(xùn)課程內(nèi)容，有效提高實(shí)訓(xùn)操作安全性;課堂實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源存檔，課后復(fù)習(xí)積累，共享教學(xué)資源，大力提高實(shí)訓(xùn)教學(xué)、實(shí)訓(xùn)考核操作質(zhì)量，加快推進(jìn)信息化教育變革。

針對(duì)基礎(chǔ)薄弱學(xué)生在學(xué)習(xí)制動(dòng)閥拆裝過程中易出現(xiàn)的拆裝順序錯(cuò)誤的問題，平臺(tái)搭載一種基于支持向量機(jī)的自動(dòng)糾錯(cuò)方法。由于制動(dòng)閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、零部件繁多，利用企業(yè)制動(dòng)閥規(guī)范拆裝流程數(shù)據(jù)訓(xùn)練目標(biāo)函數(shù)，訓(xùn)練得到的錯(cuò)誤信息向量集被傳送到系統(tǒng)執(zhí)行糾正模塊中，在集成化模塊中按照錯(cuò)誤信息設(shè)計(jì)相應(yīng)的修正方案，這一機(jī)制能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)學(xué)生的操作行為，一旦發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤立即識(shí)別并作出響應(yīng)，不僅在高清顯示屏上即時(shí)展示正確的操作流程，還會(huì)提供相關(guān)的教學(xué)視頻作為輔助材料，幫助學(xué)生快速糾正錯(cuò)誤，加深對(duì)安全規(guī)范和專業(yè)技能的理解與掌握。從而實(shí)現(xiàn)拆裝過程中自動(dòng)糾錯(cuò)與引導(dǎo)。這種即時(shí)反饋機(jī)制大大提高了學(xué)習(xí)效率，同時(shí)也強(qiáng)化了實(shí)訓(xùn)的安全性。

智慧實(shí)訓(xùn)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了跨平臺(tái)的無縫互聯(lián)，打破了時(shí)間和空間的限制，促進(jìn)了學(xué)生之間的有效互動(dòng)與合作。學(xué)生們可以通過平臺(tái)進(jìn)行小組討論、協(xié)作完成項(xiàng)目，這種互動(dòng)不僅增強(qiáng)了團(tuán)隊(duì)合作能力，也激發(fā)了學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)造力。

綜上所述，新型智慧實(shí)訓(xùn)平臺(tái)以其全面的革新優(yōu)勢(shì)，正逐步重塑實(shí)訓(xùn)教育的未來，開啟了一個(gè)更加高效、互動(dòng)且個(gè)性化的學(xué)習(xí)新時(shí)代。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)智慧實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的使用效果進(jìn)行了廣泛的問卷調(diào)查與統(tǒng)計(jì)分析，通過柯氏評(píng)估法，得出了相比于傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，學(xué)生對(duì)智慧實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的各項(xiàng)功能滿意度更高，在更短的培訓(xùn)時(shí)間內(nèi)，使用智慧實(shí)訓(xùn)平臺(tái)進(jìn)行培訓(xùn)的學(xué)員成績(jī)整體優(yōu)于傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)培訓(xùn)的學(xué)員?？傮w表現(xiàn)為使用智慧實(shí)訓(xùn)平臺(tái)能夠縮短培訓(xùn)周期，提高學(xué)員的實(shí)訓(xùn)質(zhì)量[10]，進(jìn)一步提升實(shí)訓(xùn)效能。智慧實(shí)訓(xùn)平臺(tái)以其創(chuàng)新的教學(xué)模式為教育質(zhì)量和學(xué)習(xí)成效的雙重提升開辟了新路徑，解決了實(shí)訓(xùn)教學(xué)現(xiàn)有的問題。

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基金項(xiàng)目：2022年度市級(jí)高等教育教學(xué)質(zhì)量工程項(xiàng)目（pdjh2023b0952）

第一作者簡(jiǎn)介：袁泉（1979-），男，副教授。研究方向?yàn)殍F道車輛制動(dòng)、車輛空調(diào)。