虚实结合实训教学模式研究——以铁道工电学院《牵引变电所运行与检修实训》为例

周小红，刘玉宝，田鲲

（四川铁道职业学院，四川 成都 610097）

实践教学环节的设置作为高效提升高职学生实践操作能力及专业素质的有效途径，也是实现理论知识与专业能力互通、职业素养培养、专业技能质量提高的重要教学方式。因此，在科技发展高度发达的当今时代，铁道工电学院教学需充分结合现代科技优秀成果，设立虚实结合的实训教学平台，充分探索能够满足专业理论教学与专业素养互通的教学结构。在实训教学中把握“虚”与“实”的结构建设，在信息手段的补充下，实现丰富实践教学内容的实训课程开展，充分提高实训教学质量。

1 国内外研究现状

1.1 国外研究

虚实结合实训研究可以追溯到20 世纪80 年代末，西方发达国家数字化产业初兴，职业教育进入鼎盛阶段，以美国、英国、德国等为代表的发达国家尝试利用虚拟技术、数字技术对职业教育进行改造。从20 世纪90 年代到21 世纪前10 年，虚拟仿真技术研究以“虚拟实验室”形态存在，在高等教育中采用虚拟设备与工业计算机构建一个虚拟实验室，让学生可以通过软件操作设备执行相关的任务要求。譬如，美国密歇根大学化学工程系就尝试采用VR 技术搭建化学工程主题虚拟教学实验室，在虚拟现实中完成专业课程教学，以及相关技能的实验操作。美国以外，北欧、东欧等制造业发展较好的国家，也都有推动建设数字技术教学应用中心、虚拟实验室、制造业综合基地等各种类型的实训平台，采用虚拟环境培养学生职业技能。综合来看，海外对虚实结合实训的研究呈现两个特征。

（1）研究积淀深厚。学术界和工业界较早开展虚实结合实训类型合作，在合作模式、合作平台、合作机制方面形成了大量可供借鉴的有效成果。

（2）研究方向多元。不同国家根据国家产业、职业教育发展方向不同，形成了差异化的研究倾向，为后来者学习提供了诸多可供借鉴的研究范例。

1.2 国内研究

我国对虚拟仿真技术、虚拟现实技术的研究基础薄弱，较为成型的研究多发布于2008 年后，虚实结合实训相关研究也基本与之同步。国内的虚实结合实训研究一部分脱胎于对国外职业教育的模仿和学习，另一方面是基于国内数字产业发展催生的带动效应，在研究层次上主要分为两类。

（1）虚实结合实训教学模式的研究。主要是围绕虚实结合实训的教学展开、课程构建、管理模式等进行研究，这方面较为有代表性的研究成果包括2013年的《基于桌面三维虚拟现实的中等职业教育实训课程教学模式研究》、2020 年的《新工科背景下智能制造虚拟仿真实训教学平台建设与应用》。

（2）虚实结合实训的技术背景研究。主要围绕虚实结合实训平台的技术体系、虚拟仿真技术、虚拟实验项目的技术路径等展开，这方面较为有代表性的研究成果包括2018 年的《新工科背景下虚实结合虚拟仿真实验项目的建设》、2019 年的《基于OBE 理念的虚实结合实训教学体系实践》。总体来说，我国虚实结合实训研究的积累不多，研究丰富度不够，具有较强指导性的实践性研究欠缺。

2 方向制定

2.1 虚实分段教学

虚实分段教学模式就是在实训过程中将虚拟教学部分与实践教学部分分段进行，虚拟教学与实践教学顺序可根据教学需要进行制定。

2.2 虚实交替教学

虚实交替教学方式为虚拟教学部分与实践教学部分采取交替进行模式，按照教学需求与学生学习接受程度将教学课程划分为合适的占比，实现教学内容的交错展开，使学生在仿真教学中掌握的技能能够在实践教学中得到深化训练。

2.3 虚实融合教学

虚实融合教学模式的开展需将仿真教学训练与实践基地中的教学训练进行融合，这一教学模式的实现需依托校企间的协同合作。在教学的开展中，采取以实践教学作为教学主导，以虚拟教学作为辅助手段的模式，使得教学效率及质量能够有效提高。

三种类型中，虚实分段、虚实交替教学最适宜疫情常态管控背景下的教学工作开展，虚实融合教学对外部的人员、师资、设备流动要求较高，开展难度最高。

3 虚拟培训课程体系

虚拟教学系统使用的设备技术所涉及的设备外观、设备操作方式等需与现实操作中的行为方式保持一致。学生可使用虚拟模式的变电所操作系统达到对相关工作设施的初步认知及操作学习，并且虚拟系统的使用也可使学生尽早适应设备的构造、零件的组成。

在学校相关教学条令及管理规范的依据参考下，虚拟训练的教学内容课程安排需根据专业实践需要形成完整的教学体系，做好课程规划，给出指导意见，制定相关的考核体系，必要时可邀请具有相关教学资质及操作经验的工作人员进行现场指导。虚拟教学实验课程包括以下部分。

3.1 监视巡视

牵引变电虚拟设施应系统完整地展现及模仿不同环境情景下的工作需求以及设施运行状况，所生成的画面应当具备逼真的特点，能够还原操作现场，并且系统操作简易，适合工作人员操作。牵引虚拟操作系统的建设能够符合相关的规程需要，真实地展现工作场所内设备的工作状态以及产生的动作信号，并且可对产生的异常信号进行实时监视。虚拟系统所配备的漫游结构，可实现对虚拟变电所设备依照相关设备规范要求及逆行全境内无遗漏的设备巡视。学生在工作实施时，可按照相关的操作规范在全境内进行设备巡视，并按照巡视情况选择相关的专用工具。

3.2 运行操作

牵引变电虚拟教学系统能够直观地体现相关工作人员的工作情况，从综自和常规等方面模拟变电所中的所需执行的操作内容，直观地体现具体工作范围。牵引变电模拟系统的操作范围包括变电所执行工作中典型的倒闸操作职能，其中涵盖在操作过程中所需接听的调令，以及执行的模拟操作，同时会涉及安全操作中所使用的工具准备等，还要对执行模拟内容的操作情况进行汇报以及过程中所需的安全设施设置情况和工作票的办理情况进行掌握。牵引变电虚拟系统中包括的操作内容需涵盖真实牵引变电工作中所使用的仪器，并且学生按照现场操作规范及原则实现虚拟系统的仪器操作，维护虚拟系统中的仪器运行。与此同时，虚拟牵引变电系统应模仿真实系统设置的1 ～2 次防误操作系统警报提醒设计。

3.3 倒闸作业票办理

牵引变电模拟系统的建立需涉及典型的倒闸作业票设计以及票库的构建，相关的模拟系统操作人员在牵引变电模拟系统的运行中根据相关的设定要求，进行填写、授理及终止倒闸作业票的工作。通过此项工作的开展，可完成对于牵引变电操作人员办理事件的虚拟培训教学实践，并且可针对办理过程中产生的错误操作实施预警。

3.4 事故处理演练

牵引变电虚拟系统应针对操作过程中可能会发生的各种仪器设施故障设计演练处理培训。相关操作人员对产生的故障情况进行处理，如果操作方式满足正确处理的要求，故障即可成功解除，如果操作不当，将会导致故障仍然存在或者故障范围扩大的情况。这种故障演练的操作培训可考察学生的故障处理能力，并及时发现学生故障处理中存在的问题，并对此进行训练。

牵引变电模拟系统针对牵引变电过程中所发生的各种事故，能够实现对于事故产生故障内容的模拟。学生在运行过程中产生的错误操作将会引起虚拟系统的错误预警，报告运行及操作引起的错误，并且在学生后续的操作过程中实现实时监视。在故障处理内容的构成中，教师可进行自主的内容设置，引导学生对事故原因进行探究并对事故状况进行处理，提高学生的事故检测及处理能力。

4 实践课程设置

4.1 实践教学思路

实践教学环节应与就业专业职能相对应，在实践环节中强调教学的实用性。通过与企业深入交流，进行行业发展方向调研，对毕业生的方向规划及技能需求进行深入探究；并同铁路变电所、地铁供电公司等单位展开相关的交流探讨，形成校企协同的人才培养模式，共同制定适合学生发展的人才培养方案。展开双师型人才培养队伍，做好理论与实践人才培养模式的衔接。在人才培养的基础上构成“学工一线”的教学模式，所谓“学工一线”，就是使学校的虚拟教学与岗位的实践教学工作进行融合，使得专业教学与岗位培养形成一线，课程内容制定与职业规范形成一线，教学与生产组成一线，校园与企业为一线的教学方式。

4.2 实践教学体系设计

铁道工电学院的牵引变电工作展开需进行层次教学方式。教学内容需按照基本技能教学、专业实践教学与综合素质培养进行划分。基础技能培养倾向于操作性教学；专业实践教学的主要内容侧重于教学技能的实用性；综合性的教学环节重点强调了教学内容的实践性，教学内容涵盖设备的检修以及过程教学，还需包括技能的创新应用。

在教学的初级阶段，需进行认知教学，引导学生对铁路局牵引变电所的设备及相关知识进行初步认识，并对变电所工作的日常职能进行了解。第二阶段的工作就是对学生进行工具的使用、设备的操作等内容进行操作训练，使学生能够正确地进行岗位操作，确保操作技能可达到岗位技能地要求。第三阶段的实践教学包括职业技能的强化操作锻炼，使学生能够深入理解岗位职业范围。实践培训范围包括以下3 个方面：首先，就是变电所值班岗位所需训练的技能，其中涉及运行管理部分，需对变电所的运行工作进行深化实践；其次，就是牵引变电所设施的日常巡视工作、倒闸及工作票办理相关工作、设备的检修工作等，当前提实践环节进行深化训练后，就需对学生的故障处理能力进行深入培养。第二部分就是变电所修试岗位技能的培训，包括各类给点设备及装置的巡查与检修、绝缘体材料的性能检测、交流电压测试、红外测温系统测试、安全工具功能测试、接地性质测试、各类电器测试、直阻功能测试等。第三部分为接触网工的岗位培训，涉及接触电网的零部件装配、激光测试仪的检测及电网仪器的使用流程规范等。

4.3 推行“双证”制度

对于学生的职能证明要求除毕业证书外，还需取得职能相关的资质证书。因此，学校设置的实践岗位培训内容需与国家资格考试内容衔接，从事相关事业单位岗位的学生应具备岗位资格，依证上岗。

5 考核评价系统

在虚实结合的教学模式中，可采取多元化的考核手段对教学结果进行考核。可以答卷或仿真模拟训练、现场实践考核的形式构成总体考核范畴。考核对象不仅涵盖教师对学生的评价，还可采取学生与学生互评的方式，做到优势互补，提高评价效果。

6 教学策略总结

虚拟教学方式的采用可在现场实践的基础上强化实践效果，虚拟教学模式的增设可深化学生作为教学主体的理念，充分提高学生的自主性，加深学生对实践内容的认知。因此，铁道高职院校工电专业应结合院校自身实际规范，构建虚拟教学系统，系统中应涵盖真是牵引变电所场景中的相关设施及设施运行状况，与此同时，设施巡检所使用的工具及可能发生的故障都应包括在虚拟系统的操作内容中，同时需设计与真实场景中的错误操作报警系统，对学生的操作进行实时监控。在实际操作过程中，各高校应保持与企业及相关单位间的交流，进行校企协同培养，强化产教融合平台，使岗位专业素质培养作为技能培养的教学导向。

7 结语

在以往的实践教学模式下，铁道工电专业的牵引变电所运行与检修实践教学课程较为单薄，且理论课程与实践课程的教学融合不足，造成学生实践对教学内容理解不够深入，操作熟练度不足，技能素质储备不够的问题。虚实结合教学方式的引入可有效解决以上问题。采取虚实结合教学模式可以将线上虚拟仿真实训与线下真实实训结合起来，有效地串联起专业教学知识体系，扩展学生的知识视野，提高学生的职业技能水平。在真实实践课程的设计中，需加强学校与企业及相关单位的交流，共同制定适合学生发展的人才培养方案，使学生经过具体实践训练后，可更快地适应专业和岗位技术发展趋势。