一种基于5G+XR 虚拟仿真的轨道交通课程虚拟教学资源应用效果的评价方法

陈 超

（广州铁路职业技术学院信息工程学院，广东 广州 511300）

0 引言

随着科技的不断发展，5G+XR 虚拟仿真技术成为教育领域的重要工具。通过5G+XR 虚拟仿真技术，在轨道交通教学中构建高度逼真的虚拟环境，为学生身临其境地学习虚拟教学资源提供虚拟教学环境[1]。在课程虚拟教学资源应用效果评价方法设计方面，通过模拟器和场景的运用，利用该技术对学生的学习情况进行跟踪。结合5G 网络的高速传输、低延迟特性与XR 技术的沉浸式，为轨道交通课程带来变革与提升。5G 与XR 的结合预示着教育领域将迈进全新的时代，提供更加真实、丰富的教学环境。为了更好地实现对轨道交通课程虚拟教学资源应用效果的评价，本文提出一种基于5G+XR 虚拟仿真的轨道交通课程虚拟教学资源应用效果评价方法。

1 轨道交通课程虚拟教学资源分类

1.1 基于XR 虚拟仿真技术构建虚拟教学环境

选择Oculus Quest 2 VR 头盔和Microsoft HoloLens 2 AR 眼镜为XR 设备。Oculus Quest 2 有高分辨率（2880×1600）和宽视场角（100°），刷新率高达120 Hz。HoloLens 2 则提供全息投影分辨率（3200×1600）和适中的视场角（52°），刷新率为60 Hz。软件选用Unity Pro 订阅版，该版本支持最新的XR 插件，如Unity XR Interaction Toolkit 等[2]。采用Unreal Engine 4.23 版本开发。使用3D 扫描技术和图像采集技术获取真实场景的数据，多边形建模、NURBS 建模及细分曲面建模等技术创建模型[3]。用C#、JavaScript 等编程语言编写脚本。本文教学情况见表1。

表1 基于5G+XR 虚拟仿真技术构建教学虚拟环境

1.2 基于5G 技术的轨道交通课程虚拟教学资源分类

假设A 为教学资源的质量，B 为学生的学习效果，C 为教学资源的数量，D 为教学资源的整合程度。得到：

式中：f表示函数关系，A 受到学生学习效果B、教学资源数量C 和教学资源整合程度D 的影响。通过这个公式，选择最优的教学资源构建资源体系，如表2。

表2 不同维度对教学资源进行分类

2 轨道交通课程虚拟教学资源应用效果评价

2.1 计算课程虚拟教学资源应用效果评价的初始权重

运用AHP 方法，确定各一级指标在轨道交通教学资源应用效果评估中的权重。做法如下：

对同一层的各指数进行成对重要性比较，创建一个判断矩阵（表3），G+XR 虚拟仿真教学平台、轨道交通教学资源库、名师课堂视频资源、轨道交通实践操作教程以及在线讨论区资源是5G+XR 虚拟仿真教学平台在线讨论区资源[4]。

表3 判断矩阵及一级指标权重

计算各矩阵中每一行的相对重要程度总和，各层次总和（表3）。用V1，V2，…，V6表示各行的相对重要性等级和，权重Wi的算式为：

Wi分别是W1到W2，即5G+XR 虚拟仿真教学平台、轨道交通教学资源库、名师课堂视频资源、轨道交通实践操作教程及在线讨论区资源的一级指标权重。

判定矩阵的相容性指数CI与同阶随机相容性指数RI的比值，记为CR，当CR=＜0.10 时，说明该判断矩阵达到令人满意一致性[5]。表3 得到平均的随机相容性指标值RI，得到CI：

根据数据与公式得：λmax= 4.084，CI= 0.028，CR=0.032 ＜0.1。

2.2 基于递阶层次结构建立轨道交通课程资源效果评价体系

轨道交通课程虚拟教学资源应用效果因素递阶层模型分为三层，如图1。

图1 轨道交通课程质量因素递阶层模型

在三层模式中，最高层为网上课程的某个层面的品质特征；每个已定义的品质特征，有品质子特征来描述品质特征U1、U2…Un。构成该模型基本单元U1.1至U1.r…Un.1至Un.r。

2.3 计算综合评价得分

对于每个评价对象，按照以下计算综合评价得分：

式中：Q表示综合评价得分；E表示考试成绩；R表示平时成绩；L表示实验成绩；C表示课程设计成绩；W1、W2、W3、W4为各项指标的初始权重。

3 仿真实验

3.1 实验设置

选择某高校轨道交通专业共计1000 名学生为实验对象，以文献[4]基于关联矩阵的用户视角教学资源库评价方法及文献[5]基于灰色关联法和神经网络的大学生慕课教学资源评价方法为对比方法，以本文所提方法为实验方法。

3.2 实验结果分析

根据以上方法实现步骤及实验设置过程，对教学资源等指标统计见表4。

表4 3 种方法综合评价得分

根据表4 数据，5G+XR 虚拟仿真在轨道交通课程表现突出，各指标均领先于其他方法。使用频率高出415 次和272 次，资源使用时长9 h 和6 h，表明偏爱和投入。综合评价得分达94 min，远超其他方法，验证所研究的评价方法有效性。

4 结语

为促进轨道交通类课程的虚拟教学资源教学效果的提升，本文基于5G+XR 虚拟仿真提出一种轨道交通课程虚拟教学资源应用效果评价方法。利用5G网络的高速度、低时延、大连接的特点，结合XR 虚拟仿真技术，构建高度逼真的轨道交通场景和操作环境，为学生身临其境地学习虚拟教学资源提供教学环境。