虚拟仿真技术在电梯实践教学中的应用研究

丁荣晖

[摘           要]  截至2019年，我国电梯保有量位居世界第一，而电梯专业人才的输出则供远小于求，电梯专业人才素质良莠不齐。内容详细分析了电梯实践教学在电梯人才培养过程中的重要性，剖析了电梯实践教学过程中存在的问题，引入虚拟仿真技术的概念，利用虚拟仿真技术解决电梯实践教学中存在的问题，对于推动仿真技术在电梯教学中的应用具有重要意义。

[关    键   词]  虚拟仿真;实践教学;建构主义

[中图分类号]  G712                   [文献标志码]  A                    [文章编号]  2096-0603（2020）17-0212-02

根据中国电梯协会公开数据显示，截止到2018年年底，我国电梯在册数量达到627.83万台，2019—2023年电梯保有量将以10%的速率递增，预计到2023年我国电梯保有量达到一千万台以上。按照特种设备安全技术规范《电梯使用管理与维护保养规则》（TSG T5001-2009）的规范要求，目前我国电梯维保人员缺口极大，预计在60多万人[1]。针对巨大的市场缺口，我国很多高职院校相继开设了电梯工程技术专业，为电梯行业培养高素质的电梯专业人才，目前国内共有89所高职院校相继开设了电梯工程技术专业，但远远满足不了电梯市场的人才需求，究其原因，一方面是学生数量满足不了市场需求，另一方面是学生质量满足不了企业的要求。

高职院校在进行电梯专业人才培养的过程中，首先应该明确培养定位的问题，即培养什么样的人？高职院校电梯专业应该培养的是面向电梯行业生产一线，从事电梯安装与调试、电梯维保、项目管理及电梯销售等方面的专业学生，其中实践教学环节是培养和提升学生职业技能的关键[2]，实践教学环节不仅能够提升学生的专业实践操作技能，还能够培养学生团队合作的精神，提高学生的职业素养，从而实现与企业需求的无缝接轨。

实践环节虽然有诸多优势，但由于在实践环节中存在着多种问题，导致学生培养质量良莠不齐，不能真正意义上满足企业需求。本文将从实践环节存在的问题切入，对虚拟仿真技术的发展及应用进行分析，结合我校实例，将虚拟仿真技术融入电梯实践教学环节，从而解决一部分实践环节存在的问题。

一、电梯实践教学环节问题分析

在电梯行业流传着一句俗语——“三分制造，七分维保”，由此可见电梯维保对于保障电梯的安全运行起着至关重要的作用。培养合格的电梯维保人员，实践教学环节必不可缺。通过调查我们发现，在电梯实践教学环节，普遍存在以下几个问题，导致学生培养质量出现偏差。

（一）实践教学硬件条件不足

电梯是一个大型的机电一体化的产品，为有效提高学生的实践技能，我们可以采用模块化的教学实践和整梯教学实践相结合的方式，模块化的教学更加突出实践性与应用性，满足了企业对电梯工作岗位的需求[3]，加以整梯实训，可以构件由点到面的完善的实践体系。

实践教学硬件条件包括实训设备、实训空间等因素，导致实践硬件条件不足的主要因素包括数量、空间和成本三个方面。

1.数量不足。在模块化实践过程中，无法满足一个班或多个班同时进行授课。在模块化教学中，电梯可大致分为样板架制作模块、层门安装、厅门安装、曳引机安装、曳引绳安装等诸多模块，每个模块需4～6个工位，并配以相应的实训工具，从数量上而言，模块多而杂，要完全配齐电梯的实践模块需要大量的实训设备。

2.空间不足。模块教学每个工位必须保障足够的操作空间;在整体实践教学环节，从空间上来说需要至少2层站的整梯，且需要涵盖目前主流的垂直梯和自动扶梯、人行道等，对于学校而言需要一个大型的实训场馆进行设计和布局。对已经成熟的学校而言，利用现有的空间资源构建完善的大型电梯实训场所有一定的困难。

3.成本较高。电梯整梯价格动辄几万至几十万不等，对学校而言，配置各类主流的电梯需要投入大量的成本，且由于电梯操作过程中学生的误操作，会造成实训耗材的非常规性损耗，给学校带来额外的费用负担。

综上所述，在电梯实践教学过程中，硬件和空间的限制往往会导致实践教学体系的不完善，从而在学生技能培训方面导致学生技能掌握得不全面或不熟练。

（二）实践教学软件条件缺陷

实践教学软件条件主要是指教师的数量和质量远远跟不上学生实践教学的需求。电梯教学实践环节往往是以小组形式进行，每组以3～6人为宜，以一個教学班为例，在教学实践过程中通常会分为6～7个小组，而配套的指导老师只有1～2名，无法保障实践环节中学生的实践质量，甚至还会造成第三个实践环节出现问题。由于高等院校没有电梯工程技术专业，电梯专业教师的来源一方面是高校的机电专业毕业生，另一方面则是电梯企业的工程师，其中以机电专业的教师居多，教师对电梯缺乏系统的专业的认知。

（三）实践教学存在安全隐患

电梯实践教学过程中，由于学生数量与教师数量不成比例，教师电梯行业实际操作经验的匮乏，会造成一定的安全隐患，尤其是进行整梯实训的环节更为明显。

二、虚拟仿真技术发展及应用现状

（一）虚拟仿真技术发展简介

虚拟仿真技术，又称为虚拟现实技术，是伴随计算机科学发展的一种试验研究性技术[4]，在20世纪40年代就已经出现，1962年，G W Mogenthater第一次对仿真进行了技术上的定义，即实际系统不存在或比较复杂难以实现的情况下对系统或活动本质上的实现[5];1987年计算机科学家杰伦·拉尼尔首先使用了虚拟仿真一词;2016年虚拟仿真技术迎来真正的“元年”，被称为真正的虚拟现实产业“爆发之年”[6]。自2016年以来，虚拟仿真技术受到了越来越多的关注，并在教育、医药、化工、机械等各个领域得到了广泛的应用，其沉浸性、交互性等特点，可以彻底改变传统课堂的教学模式，以游戏式的教学方式和学习方式激发学生的学习积极性和主动性，在教师的指导下，实现以学生为中心的教学模式。在建构主义理论的指导下，虚拟仿真技术被越来越广泛地应用到教育中，大大提高了学生的学习能动性。

（二）虚拟仿真技术的应用现状

为了促进虚拟仿真技术在教育中的运用，教育部出台了《关于2017—2020年开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知》《关于开展2015年国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知》等文件，促进虚拟仿真技术在教育教学中的使用，并在《关于加快建设高水平本科教育全面提高人才培养能力的意见》文件中指出：“推进现代信息技术与教育教学深度融合，建设1000项左右国家虚拟仿真实验教学项目，提高实验教学质量和水平。”通过建设虚拟仿真实验室，虚拟仿真技术已经成为各校开展实践教学的重要手段之一。

三、虚拟仿真技术在电梯实践教学环节的应用

针对上文提到的电梯实践教学环节中存在的问题，我校与中新软件（上海）有限公司合作，引入其开发的电梯教学虚拟仿真教学平台，该平台采用C/S和B/S两种架构，学生可以在课前、课中及课后登录该平台进行电梯知识的学习和实践操作，完成教师布置的线上学习任务，与传统的实践操作相比，该平台的使用具有以下明显优势。

（一）极大地突破了地域限制

传统的课堂实践环节，学生只能在指定的区域内进行实践，虚拟仿真技术的使用则充分利用现有的网络环境，尤其是随着5G的部署，高速率、低延迟的网络特性使学生无论身处何地，只要有一部智能手机就能实现网络平台的实践操作。

（二）有助于标准化操作流程的构建

传统的课堂实践环节受时间、设备数量、耗材损耗、成本等多方面的限制，学生不能够多次重复同一个实践操作，对所学技能的掌握熟练度不够，更无法形成标准化的操作流程。在虚拟实践平台中，学生则不受上述的限制，可以反复多次地进行实践操作，操作过程中出现错误也不需要考虑耗材的损耗，重复的操作、纠错，有助于学生标准化操作流程的构建，在转入实际设备实践操作时有效地避免错误的发生。

（三）降低实践操作安全隐患

在实际教学环境中，教师需要花费大量的精力去提防实践环节中的安全隐患问题，对学生在操作过程中出现的瑕疵;在虚拟平台中，学生则完全可以忽略此环节，甚至通过游戏式的教学环节，学生可以逆向操作，构建实践操作环节中出现的安全事故，深刻认识实践环节存在的安全隐患，提升学生的安全意识。

（四）有效增强学生的学习能动性

电梯虚拟仿真平台在实践教学环节设计上采用了游戏式的教学设计，学生可以通过玩游戏的方式进行学习，寓教于乐。这种学习方式不仅满足了当下学生痴迷游戏的需求，还通过在游戏环节设置关卡的模式，逐步引导学生完成实践操作，激发了学生的学习欲望，转学生被动学习为主动学习，有效增强了学生的学习能动性。

（五）有助于提升教师的专业技能

电梯虚拟仿真平台不仅针对学生使用，教师也可以通过该平台进行专业技能的学习和培训，从而帮助教师更快地熟悉电梯的专业技能，帮助教师提升教学水平和专业能力。

四、结论

随着虚拟仿真技术的不断发展，在教育领域，虚拟仿真技术必将得到越来越广泛的应用，尤其是在工科领域，虚拟仿真技术不仅可以解决设备投入的问题，还可以解决实践环节中存在的安全隐患问题，更重要的是它可以对传统的教学模式进行颠覆性的变革，将建构主义理论更深入地应用到教学中去，从而真正实现以学生为主、教师为辅的教学模式。本文以电梯专业实践教学为例，拋砖引玉，希望虚拟仿真技术在教育的各个领域都能发挥重要的作用，提升教育教学的质量，为行业、企业培养高素质、高技能的专业人才。

参考文献：

[1]高丽洁，肖炜.高职电梯工程技术专业模块化实践教学模式的研究[J].当代教育实践与教学研究，2019（6）.

[2]李飞燕，车广侠.职业技能大赛导向下高职院校实践教学模式构件[J].中外企业家，2020（2）.

[3]冯燕，孙鹏，朱凯.虚拟仿真技术在化学教学改革中的应用[J].教育教学论坛，2020（2）.

[4]刘长欣，郭改文.利用虚拟仿真技术提升实践教学的时效性[J].河南教育学院学报（自然科学版），2019（4）.

[5]郭燕秋，朱远征，程平，等.虚拟仿真技术的应用进展[J].科技创新与应用，2020（1）.

[6]2016虚拟现实迎来真正“元年”[DB/OL].http：//www.fangzhen.cn/news/201601/266.html2016-01-11.

编辑 曾彦慧