[摘" 要]教育信息化背景下，VR技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用，不僅可賦能學(xué)生學(xué)習(xí)，更能助力教師教學(xué)。為了讓VR技術(shù)在專業(yè)課教學(xué)中進(jìn)一步發(fā)揮優(yōu)勢作用，增強學(xué)生的專業(yè)課程學(xué)習(xí)效果與體驗，本文對VR技術(shù)機理、鐵道機車車輛制造與維護專業(yè)定位進(jìn)行了分析，結(jié)合高校鐵道機車車輛制造與維護專業(yè)教學(xué)現(xiàn)狀，以問題為導(dǎo)向，提出VR技術(shù)在“機車車輛車體與走行部件檢修與裝調(diào)”課程教學(xué)中的應(yīng)用措施，以期為促進(jìn)專業(yè)教學(xué)模式改革、提升課程教學(xué)水平提供參考。

[關(guān)鍵詞]VR技術(shù)" 教育信息化" 鐵道機車車輛制造與維護專業(yè)" 教學(xué)應(yīng)用

大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)及VR技術(shù)、AR技術(shù)等在教育教學(xué)中的應(yīng)用，可賦能教育教學(xué)升級，加快推動教育現(xiàn)代化。隨著教育信息化建設(shè)的不斷深入，基于計算機技術(shù)、仿真技術(shù)和人工智能技術(shù)的虛擬仿真系統(tǒng)已是教育信息化數(shù)字資源的重要組成部分，并成為未來教育信息化發(fā)展的新趨勢，加強VR技術(shù)在鐵道機車車輛制造與維護專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用，建成虛擬仿真的3D實驗實訓(xùn)平臺，不僅是促進(jìn)學(xué)生技能學(xué)習(xí)的根本需求，更是提高專業(yè)課程教學(xué)質(zhì)量與效益、加快專業(yè)課程特色化建設(shè)的必需。本文立足學(xué)校專業(yè)教學(xué)模式創(chuàng)新經(jīng)驗，探討VR技術(shù)在教學(xué)中的具體應(yīng)用，以期進(jìn)一步推動我國高校鐵道機車車輛制造與維護專業(yè)教學(xué)創(chuàng)新。

VR技術(shù)與鐵道機車車輛制造與維護專業(yè)的概況

1.VR技術(shù)

虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，簡稱VR）是以計算機圖形學(xué)、仿真系統(tǒng)、多媒體設(shè)備、人工智能技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多傳感器技術(shù)為支撐的計算機仿真模擬系統(tǒng)，具備沉浸性、交互性、構(gòu)想性、體驗性等特征。20世紀(jì)80年代初，美國的VPL公司率先提出“計算機逐步適應(yīng)于人”的想法，并通過計算機技術(shù)、顯示技術(shù)、移動交互技術(shù)等實驗應(yīng)用，推動了VR技術(shù)的形成。從VR技術(shù)的機理來講，主要是人們根據(jù)某個物體、人物或景象的特征，在計算機仿真系統(tǒng)中搭建起仿真對象的具體模型，然后通過計算機圖形技術(shù)的優(yōu)化，使虛擬模型動起來。操作者通過佩戴VR設(shè)備，可以參觀、體驗虛擬模型及其場景，在多傳感器與人機交互界面下，形成視覺、聽覺、觸覺等多感官功能體驗，達(dá)到“身臨其境”之感。目前，VR技術(shù)廣泛應(yīng)用于教育領(lǐng)域，發(fā)揮著巨大優(yōu)勢，VR技術(shù)為學(xué)生帶來了學(xué)習(xí)新平臺，賦予了學(xué)生學(xué)習(xí)新體驗，也有利于打造專業(yè)教學(xué)新形式。

2.鐵道機車車輛制造與維護專業(yè)定位

鐵道機車車輛制造與維護專業(yè)是高校普遍開設(shè)的一個專業(yè)，屬于裝備制造大類中的軌道裝備類，學(xué)制三年，專業(yè)代碼460401。該專業(yè)主要培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展，掌握機車車輛必備基礎(chǔ)理論、機車車輛組成結(jié)構(gòu)與工作原理、機車車輛裝調(diào)方法與維護檢修流程等知識，具備機車車輛部件組裝與調(diào)試、機車車輛總裝、機車車輛整車調(diào)試與故障處理等專業(yè)技能的高素質(zhì)技術(shù)技能人才。“機車車輛車體與走行部件檢修與裝調(diào)”是該專業(yè)核心、重點課程，本文主要以“機車車輛車體與走行部件檢修與裝調(diào)”課程教學(xué)為案例對象，探討VR技術(shù)在專業(yè)課程教學(xué)中的具體應(yīng)用方式，探索技術(shù)技能人才培養(yǎng)渠道。

VR技術(shù)在鐵道機車車輛制造與維護專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用功能

1.賦能學(xué)生學(xué)習(xí)，為學(xué)生提供交互、沉浸、易操作的實訓(xùn)平臺

VR技術(shù)的顯著特征是沉浸性、體驗性、多感知性、交互性、構(gòu)建性?；赩R技術(shù)的功能機理，利用VR技術(shù)建立專業(yè)教學(xué)所需的虛擬仿真實驗平臺，平臺上具備“機車車輛機械的檢查與維護”“牽引電器的檢查與維護”“制動機的操縱與維護”“鐵道車輛電氣裝置的維護與檢修”“機車車輛整車調(diào)試”等技能實操模塊。學(xué)生通過電腦便可以快捷登錄平臺，完成各門課程的技能實操訓(xùn)練。例如，針對“機車車輛車體與走行部件檢修與裝調(diào)”課程，虛擬仿真實驗平臺上有“鐵道機車車輛檢查與維護”的實操模塊，能夠?qū)㈣F道機車車輛檢查與維護程序中涉及的流程、模型等一一呈現(xiàn)，給學(xué)生提供一個高度仿真性、沉浸式的技能操作空間，有利于豐富學(xué)生的技能實驗實訓(xùn)學(xué)習(xí)體驗。利用虛擬仿真實驗平臺時，學(xué)生可邊實驗操作，邊觀看知識動畫，達(dá)到理論與實踐相結(jié)合的目的。平臺中虛擬動畫交互，有助于實現(xiàn)高效率、便捷式的實訓(xùn)學(xué)習(xí)。

2.助力教師教學(xué)，為專業(yè)課教師提供優(yōu)質(zhì)、豐富的實訓(xùn)教學(xué)資源

“機車車輛車體與走行部件檢修與裝調(diào)”課程涉及大量的技能實操章節(jié)，既包括鐵道機車車輛的故障檢查，也包括鐵道機車車輛的安全檢測、維護、調(diào)試等，要求學(xué)生掌握課程中所提及的專業(yè)技能技術(shù)，并能夠在實際工作場景中進(jìn)行技能應(yīng)用。一直以來，在“機車車輛車體與走行部件檢修與裝調(diào)”課程實施中，教師需要準(zhǔn)備大量富有實操性的教學(xué)資源，包括硬件資源、軟件資源，以及教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的項目資源等。但是，從我國高校鐵道機車車輛制造與維護專業(yè)教學(xué)的普遍情況來看，超過65.60%以上的都存在實驗實訓(xùn)設(shè)備數(shù)量有限、場地局限、資源不足的現(xiàn)象。多數(shù)學(xué)校為了完成實驗實訓(xùn)教學(xué)，需要挑時間組織學(xué)生到相關(guān)企業(yè)、工廠基地進(jìn)行實訓(xùn)，多個學(xué)生輪流使用一個設(shè)備，整體下來，許多學(xué)生反映實驗實訓(xùn)收獲寥寥無幾。而VR技術(shù)在專業(yè)教學(xué)中應(yīng)用，便可以解決這一難題，給教師提供更優(yōu)質(zhì)、更豐富的實訓(xùn)教學(xué)資源。通過VR技術(shù)建立的虛擬仿真實驗平臺，一般都具備上傳各種教學(xué)資料、真實項目資源的功能，教師可直接將合作企業(yè)的項目資源上傳至平臺，而學(xué)生通過佩戴VR交互設(shè)備，在大屏幕前就能完成對課程知識的學(xué)習(xí)。該方法不僅簡化了教師的教學(xué)步驟，還解決了過去課程實訓(xùn)設(shè)備、場地不足的問題。

VR技術(shù)在鐵道機車車輛制造與維護專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.VR虛擬仿真實驗平臺建設(shè)進(jìn)程緩慢

教育信息化已經(jīng)是一個老生常談的話題，不少高校已經(jīng)開始了教育信息化建設(shè)，探索VR技術(shù)、AR技術(shù)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等各種信息技術(shù)在教育教學(xué)中的應(yīng)用途徑。但是從目前我國高校鐵道機車車輛制造與維護專業(yè)對VR技術(shù)的教學(xué)應(yīng)用整體情況來看，60%左右的學(xué)校未完全建立起標(biāo)準(zhǔn)化的VR虛擬仿真實驗平臺，不少高校進(jìn)行專業(yè)課程教學(xué)時，仍然采用傳統(tǒng)教學(xué)模式，VR虛擬仿真實驗平臺建設(shè)緩慢。

2.VR虛擬仿真實驗平臺應(yīng)用方式較單一

雖然我國高校對VR虛擬仿真實驗平臺的建設(shè)進(jìn)程緩慢，但仍有一部分高校已經(jīng)率先建成了VR虛擬仿真實驗室及系統(tǒng)平臺，且已投入專業(yè)教學(xué)中。從整體的教學(xué)應(yīng)用情況來看，各校普遍存在對VR虛擬仿真實驗平臺應(yīng)用方式單一的現(xiàn)象，如教師往往關(guān)注VR虛擬仿真實驗平臺帶來的技能實操便捷優(yōu)勢，主要將其應(yīng)用在學(xué)生日常技能實訓(xùn)上，而課程理論教學(xué)仍采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法。又如，許多教師對VR虛擬仿真實驗平臺的應(yīng)用都是直接使用，未嘗試與校企合作的實訓(xùn)進(jìn)行對接。

3.VR虛擬仿真實驗平臺的智慧功能未充分體現(xiàn)

VR技術(shù)功能豐富，優(yōu)勢明顯，基于VR技術(shù)形成的虛擬仿真實驗平臺不僅能夠用于教師教學(xué)、學(xué)生學(xué)習(xí)，還可用于專業(yè)課的測試與評價，但是目前很多高校教師未認(rèn)識到VR虛擬仿真實驗平臺在學(xué)生學(xué)習(xí)檢測上的優(yōu)勢，在日常的專業(yè)課學(xué)習(xí)測試或評價中，仍采用傳統(tǒng)試卷形式，未將VR虛擬仿真實驗平臺的智慧化、智能化功能發(fā)揮出來。對此，需要廣大教師進(jìn)一步探索，挖掘VR虛擬仿真實驗平臺用于學(xué)生學(xué)習(xí)測試的各種途徑。

VR技術(shù)在鐵道機車車輛制造與維護專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用措施

1.完善VR技術(shù)相關(guān)硬軟件設(shè)施，設(shè)計虛擬仿真實驗平臺

VR技術(shù)可將用戶帶入虛擬世界，在信息化、物聯(lián)網(wǎng)時代下的今天，多媒體教學(xué)技術(shù)已逐漸滿足不了日益增長的教學(xué)需求，而AR/VR技術(shù)憑借其交互性、多感性等特點，可使教學(xué)實踐的真實性、豐富性得以提升，讓學(xué)生擁有全新的學(xué)習(xí)體驗，有助于提高學(xué)生的創(chuàng)造力、學(xué)習(xí)力等核心素養(yǎng)。VR技術(shù)在專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用，歸根結(jié)底建立在VR虛擬仿真實驗平臺之上，需要學(xué)校構(gòu)建能夠滿足學(xué)生專業(yè)技能實操的3D仿真系統(tǒng)平臺，學(xué)生佩戴VR頭顯設(shè)備，跟隨系統(tǒng)指導(dǎo)進(jìn)行技能操作，完成一系列的學(xué)習(xí)活動。因此，高校應(yīng)先完善VR技術(shù)相關(guān)的硬軟件設(shè)備，設(shè)計出VR虛擬仿真實驗平臺。第一步，考慮到VR技術(shù)相關(guān)設(shè)備有數(shù)量多、成本較高、場地要求較高等特性，學(xué)?？梢詫ｉT規(guī)劃或?qū)ふ乙婚g面積寬闊的教室作為VR虛擬仿真實驗室。第二步，準(zhǔn)備VR頭顯設(shè)備、VR顯示大屏、VR操控遙感器、VR數(shù)字頭盔、USB充電電纜、三維空間傳感器等硬件設(shè)備。第三步，與專業(yè)的VR虛擬仿真實驗平臺開發(fā)機構(gòu)合作，根據(jù)學(xué)校鐵道機車車輛制造與維護專業(yè)需求，設(shè)計VR虛擬仿真實驗平臺。在實驗平臺中，應(yīng)重點設(shè)計“機車車輛機械的檢查與維護”“牽引電器的檢查與維護”“制動機的操縱與維護”“鐵道車輛電氣裝置的維護與檢修”“機車車輛整車調(diào)試”等技能實操模塊，并要具備學(xué)習(xí)情況智能監(jiān)測、實操數(shù)據(jù)智能批改與報告生成等功能。整個系統(tǒng)應(yīng)包含課程中心、資料中心、實訓(xùn)中心3個模塊。

2.借助虛擬仿真實驗平臺，進(jìn)行課程理論重點講解

將VR技術(shù)用于實驗教學(xué)中，可把一些在真實實驗平臺中無法開展或高危險的，以及成本高、資源消耗大、污染嚴(yán)重的實驗教學(xué)資源，在虛擬實驗室中以高精度的建模模擬出來，能夠大幅降低實驗中的風(fēng)險，大大提高了實驗教學(xué)資源的重復(fù)利用率。建設(shè)VR虛擬仿真實驗平臺的目的是為鐵道機車車輛制造與維護專業(yè)教學(xué)提供新的平臺載體，賦能學(xué)生學(xué)習(xí)、助力教師教學(xué)?；赩R虛擬仿真實驗平臺，教師進(jìn)行“機車車輛車體與走行部件檢修與裝調(diào)”課程教學(xué)時，可充分運用平臺進(jìn)行理論知識講解。如開展“鐵道機車車輛零部件構(gòu)成與機械原理”理論模塊教學(xué)時，VR虛擬仿真實驗平臺將“機車車輛車體與走行部件檢修與裝調(diào)”課程知識以圖解、文字及語音講解的方式進(jìn)行動態(tài)可視化，安排學(xué)生佩戴VR頭顯設(shè)備，沉浸式觀看VR顯示屏中的鐵道機車車輛，立體觀察鐵道機車車輛的零部件位置與構(gòu)成，掌握機車車輛的機械運轉(zhuǎn)過程。其間，教師操控VR虛擬仿真實驗平臺，根據(jù)對鐵道機車車輛零部件與機械原理的講解需要，隨意調(diào)整畫面鏡頭，還可暫停畫面播放或縮小、放大、放慢畫面，以滿足學(xué)生對知識的個性化學(xué)習(xí)需求。教學(xué)內(nèi)容從安裝位置、作用、組成等方面進(jìn)行講解，同時配以文字提示和語音解說，可實現(xiàn)輕松、高效率的理論知識學(xué)習(xí)，而且畫面觀看與理論理解相結(jié)合，學(xué)生能夠借助VR元宇宙虛擬教學(xué)空間輕松認(rèn)知每個零部件，增強知識記憶深度。

3.在校企合作中融入真實項目，以虛擬仿真實驗平臺開展實訓(xùn)指導(dǎo)

VR技術(shù)可為學(xué)生提供身臨其境的學(xué)習(xí)體驗、個性化的學(xué)習(xí)方式，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和解決問題的能力，拓寬學(xué)生的視野和世界觀?；谏衔乃?，鐵道機車車輛制造與維護專業(yè)所涉及的課程具有很強的技能實操性，尤其是“機車車輛車體與走行部件檢修與裝調(diào)”，有大量的技能實訓(xùn)內(nèi)容，而VR虛擬仿真實驗平臺建成的主要目的便是服務(wù)于學(xué)生的專業(yè)技能實訓(xùn)。在教學(xué)中，教師應(yīng)改變以往直接使用VR虛擬仿真實驗平臺開展技能實訓(xùn)指導(dǎo)的方式，為增強學(xué)生技能實訓(xùn)的針對性、導(dǎo)向性，可與企業(yè)合作，從企業(yè)中獲取真實項目，如“超聲檢測（UT）在鐵路制件磁粉探傷中的無損檢測應(yīng)用項目”，將真實的項目案例、內(nèi)容、任務(wù)等資源要素上傳于VR虛擬仿真實驗平臺，通過平臺對接的計算機設(shè)備建立相關(guān)技能實操模型。在實訓(xùn)課上，教師可指導(dǎo)學(xué)生在VR虛擬仿真實驗平臺上打開項目實訓(xùn)模塊，根據(jù)每一個模塊的操作指示，學(xué)生便能夠參與實際訓(xùn)練作業(yè)。在整個情景教學(xué)過程中，學(xué)生佩戴VR頭顯設(shè)備，跟隨系統(tǒng)指導(dǎo)進(jìn)行操作，可通過操作手柄完成技能實操與知識掌握。

4.通過虛擬仿真實驗平臺定期開展專業(yè)技能評價

VR虛擬仿真實驗平臺不僅可用于專業(yè)理論知識講解、技能實操指導(dǎo)，還可以用于學(xué)生的日常課程學(xué)習(xí)考核與評價，改變傳統(tǒng)的試卷考核方式。在學(xué)生通過VR虛擬仿真實驗平臺參與課程考核的過程中，既能實現(xiàn)專業(yè)技能實操本領(lǐng)的評價，也能實現(xiàn)學(xué)習(xí)不足的自動評估與反饋，真正體現(xiàn)出教育的智能化、智慧化特征。例如，檢測學(xué)生的“鐵道機車車輛無損檢測技術(shù)與應(yīng)用”課程學(xué)習(xí)時，該課程重點是各種軌道車輛無損檢測技術(shù)的應(yīng)用，教師可以提前登錄VR虛擬仿真實驗平臺，根據(jù)課程中涉及的鐵道機車車輛無損檢測技術(shù)種類設(shè)置相關(guān)題型。一般而言，VR虛擬仿真實驗平臺與計算機設(shè)備連接后，可直接在互聯(lián)網(wǎng)平臺上上傳優(yōu)質(zhì)試題庫。首先，教師安排學(xué)生登錄VR虛擬仿真實驗平臺，完成相關(guān)的題型作答。學(xué)生嘗試完成磁粉檢測（MT）、超聲檢測（UT）、滲透檢測（PT）、射線檢測（RT）、渦流檢測（ET）等無損檢測技術(shù)應(yīng)用的題型，學(xué)生的每一步技能實操，虛擬平臺都會自動收集作業(yè)數(shù)據(jù)，并對結(jié)果自動批改作答，且每個錯誤的題型有對應(yīng)的糾錯報告。其次，教師根據(jù)虛擬仿真實驗平臺生成的測試報告了解學(xué)生的課程學(xué)習(xí)效果，借助平臺自帶的量化評分功能對學(xué)生的在線實訓(xùn)結(jié)果進(jìn)行智能化評價。教師通過分析與思考相關(guān)數(shù)據(jù)，可更加直觀地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)成效，為今后的專業(yè)教學(xué)優(yōu)化提供依據(jù)。

結(jié)" 語

VR技術(shù)的本質(zhì)是一種模仿真實系統(tǒng)的人工合成技術(shù)，其在專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用，既可解決學(xué)校一直以來實訓(xùn)設(shè)備數(shù)量有限、資源不足、場景不足的問題，也會給學(xué)生提供沉浸式、交互式的實驗實訓(xùn)載體，豐富學(xué)生的實訓(xùn)體驗，實現(xiàn)了專業(yè)理論與技能訓(xùn)練相結(jié)合的目標(biāo)。將VR技術(shù)應(yīng)用在專業(yè)教學(xué)中，核心是構(gòu)建一個模擬鐵道機車車輛無損檢測、機車車輛整車調(diào)試、機車車輛電氣組裝等功能模塊的虛擬仿真實驗平臺，給學(xué)生提供一個通過手機、電腦完成情境式實驗實訓(xùn)的渠道。教師根據(jù)專業(yè)課程教學(xué)計劃，帶領(lǐng)學(xué)生合理運用虛擬仿真實驗平臺進(jìn)行技能訓(xùn)練，同時要緊密聯(lián)系相關(guān)企業(yè)，以虛擬仿真實驗平臺為載體引入真實項目，進(jìn)行項目式教學(xué)。實踐證明，借助虛擬仿真實驗平臺，不僅能夠深化理論講解、強化實訓(xùn)指導(dǎo)，還優(yōu)化了評價方法，該教學(xué)方式可在其他專業(yè)教學(xué)中進(jìn)一步探索。

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