基于“虚仿+MG动画”技术的地铁塞拉门实训平台设计及应用

黎来燕 张光建 仇潇 李思逸 韩叶琦 张笑宇

摘 要：依托虚拟仿真和MG动画技术，利用计算机建模软件SolidWorks搭建城轨列车客室塞拉门三维模型，并采用DataMesh数字孪生平台制作虚拟仿真资源，通过MG动画制作平台开发一系列塞拉门的动画视频，精心打磨一套基于“虚拟仿真+MG动画”技术的地铁塞拉门实训平台并应用于教学中，在实训过程中采用BOPPPS教学模式，分为6个阶段，即导入（B）、学习目标（O）、前测检验（P）、参与式学习（P）、后测反馈（P）和总结（S），将六个模块融于教学环节，在提升学生动手技能和工作能力方面具有不可替代的作用和良好的借鉴意义。

关键词：虚拟仿真；MG动画；塞拉门；BOPPPS

Design and Application of Subway Slidingplug Door Training Platform

Based on "Virtual Simulation and MG Animation" Technology

Li Laiyan Zhang Guangjian* Qiu Xiao Li Siyi Han Yeqi Zhang Xiaoyu

Tianjin University of Technology and Education Tianjin 300222

Abstract：Relying on virtual simulation and MG animation technology，a threedimensional model of the slidingplug door in the passenger compartment of urban rail trains is built using the computer modeling software SolidWorks.The DataMesh digital twin platform is adopted to create virtual simulation resources.Through the MG animation production platform，a series of animated videos of slidingplug door is developed.A subway slidingplug door training platform based on "virtual simulation and MG animation" technology is carefully polished and applied in teaching.During the practical training process，the BOPPPS teaching mode is adopted，which is divided into 6 stages，namely Bridge（B），Objective（O），Preassessment（P），Participatory Learning（P），Postassessment（P），Summary（S）.The integration of six modules into the teaching process has an irreplaceable role and good reference significance in improving students' handson skills and work abilities.

Keywords：virtual simulation；MG animation；slidingplug door；BOPPPS

1 概述

中国城市轨道交通（城轨）行业快速发展，截至2022年底，中国大陆地区共有55个城市开通城市轨道交通运营线路308条，运营线路总长度10287.45千米［1］。随着城轨领域的迅猛发展，地铁公司需要大量的技术人员对地铁车辆进行检修维护，而职业院校作为技能型人才培养的输出基地，如何比以往传统教学更好地提升学生技能，需要教师不断地对课堂教学进行改革和尝试，尤其是实训教学，在提升学生动手动脑方面，带来更大的教学挑战。

地铁车门作为乘客上下列车的通道，在运营过程中是故障率较高的系统之一［2］。地铁客室车门的检修维护是地铁企业中比较重要的一项工作，因此在车辆应用技术专业教学中也是比较重要的一项实训课程。车门实体设备在实训过程中教学效果不明显且存在一定的安全隐患，利用团队成员研发的城轨客室车门虚拟仿真软件，在实训中采用BOPPPS教学法，在提高学生的动手技能中，意义重大。

2 实训平台设计

数字孪生平台DataMesh［3］对塞拉门进行虚拟仿真资源制作具有很多优势，它提供数据驱动的孪生应用场景使得仿真更加逼真;再结合MG动画视频，实训平台更为完美和有趣味性，提高学生的学习兴趣，进一步提升学习动力。实训平台整体设计框架如下图1所示。

利用SolidWorks建立城轨客室塞拉门模型并进行渲染后，转换成DataMesh所需要的.fbx及.glb格式，在云平台中生成一个零部件库，DataMesh Studio调用云平台中的携门架、坦克链、上下导轨等零部件以及MG动画视频，可以编辑并生成剧本，并以DataMesh One播放相应的塞拉门模型剧本，终端显示设备多种多样，可实现随时随地进行学习。基于“虚拟仿真+MG动画”技术的地铁塞拉门实训平台交互界面如图2所示。

3 实训教学应用

BOPPPS教学模式是一种有效的教学方法，是由加拿大教师技能培训工作坊ISW（Instructional Skills Workshop）所创建的，强调课堂的交际性和互动性，在国内外教学机构中日渐应用广泛［4］，在课程的混合式教学实践中也有一定的应用［5］。基于建构主义，强调以学生为中心的参与式学习方式，将实际教学的过程分为六个模块，分别是：导入（Bridgein）、学习目标（Objective）、前测（Preassessment），参与式学习（Participatorylearning）、后测（Postassessment）以及总结（Summary）。在实训教学中将BOPPPS教学模式融于实际课堂，其教学设计总体框架如下图3所示。

3.1 导入（B）模块

通过“雨课堂”等新媒体平台在课前导入一些有关地铁客室车门实训教学资源，如中国大学MOOC、SPOC以及利用万彩动画大师创建的MG动画微课，利用这些所谓的“钩子”，勾起学生的学习兴趣。慕课平台上汇集了大批优秀的教学资料，在课前导入这些资源，一方面有效地利用这些珍贵的教育资源，另一方面让学生体会信息时代的变迁。利用万彩动画大师制作的MG动画微课，包括城轨客室车门的分类，塞拉门的机械和电气结构组成认知，塞拉门的开关门动作原理认知等，以动画的形式进行实训内容简介，可以充分让学生做课前预习，寓教于乐，带着问题去学习，避免学习的盲目性。

3.2 学习目标（O）模块

根据成果导向教育OBE（Outcome Based Education）理念，结合课程教学大纲，以学生为中心，制定塞拉门实训教学目标。制定学习目标分三个维度，分别是认知学习目标（Head）、情感学习目标（Heart）和技能学习目标（Hand）。教学目标如下表所示。

3.3 前测（P）模块

采用雨课堂导入城轨塞拉门相关教学资源的过程中，在学生预习教学内容后，还会推送相应的知识测验，检查学生课前预习的效果。一定程度上来讲，也是课前的学情调研，了解学生对知识的掌握程度。针对学生对题目的作答情况，从而有的放矢地进行授课。

3.4 参与式学习（P）模块

城轨客室车门虚拟仿真实训教学，在参与式学习模块中，基于制定的学习目标，采用项目式教学，并加入引导文，即问题链，以项目为主线，以学生为中心，以教师为引导，从低级问题到高级问题进行进阶式引导，学生与教师进行良好互动。

在参与式学习过程中，采用项目教学，给定塞拉门的实训项目，师生共同制订合理的实施计划，可用甘特图进行设计。为了更好地完成塞拉门的实训操作，要对实训计划进行充分的论证，在进行项目的实施，在此阶段中要加入引导文进行引导教学，最后再进行交流研讨。

3.5 后测（P）模块

学生进行城轨客室车门虚拟仿真实训后，为了检测是否达到了制定的学习目标，要进行测验反馈环节。在后测这一阶段，指导教师通过实训平台中的教学管理系统下达实训任务测试题，学生根据下发的塞拉门实训测验任务进行操作，系统自行判断操作的正确与否，对学习目标的达成度进行反馈。

3.6 总结（S）模块

在总结阶段，进行课堂研讨，采取多元评价。项目教学过程中，学生是分组的，先进行组内互评。进行塞拉门虚拟仿真实训操作时，会出现各种各样的问题，比如滚珠丝杠的工作原理，开关门的条件等，都是非常烦琐的知识点，学生需要不断地反复推敲，必要时还要结合现场的实物进行核查。组内互评的时候，就这些比较模棱两可的问题再次进行研讨，互相交流，各抒己见，在讨论交流过程中把疑难问题简单化。组内互评后，再进行组别评价。每个小组内的工作作风不尽相同，可以互相交流经验，取其精华，去其糟粕，比如车门的拆卸和安装实训过程中，拆装的顺序不同，就会导致不同的运行效果，但也不能墨守成规，根据实际情况，进行创新性工作，既可以激发创新意识，又可以随时找到问题的关键点，寻找突破。指导教师最后进行整体评价，布置实训报告的撰写，课后确定帮扶计划。那些在课堂中未能完全掌握知识的同学，可以让那些完全掌握的同学进行帮扶，共同提高。

结语

利用计算机技术搭建了塞拉门实训平台，并采用了适合职业教育的BOPPPS教学模式，通过这一教学模式，学生能够良好地掌握知识内容，这也体现了工程实践创新项目的教育理念。在后期工作中，还应不断开发新的实训系统，实现教学相长。

参考文献：

［1］中国城市轨道交通协会.城市轨道交通2022年度统计和分析报告［R］.2023.

［2］马汉林，姚明阳.一种地铁塞拉门实训系统的设计［J］.机电信息，2020（03）：87+89.

［3］张光建，张丽珠，王保民.地铁塞拉门虚拟仿真实训系统的开发与实践［J］.科技风，2023（08）：6163.

［4］韦强，李晨蕾，唐小小.BOPPPS模式在“城市轨道交通运营”课程教学中的应用［J］.金华职业技术学院学报，2021，21（06）：814.

［5］刘秀丹.基于BOPPPS模型的“城市轨道交通车辆设备运用”课程混合式教学实践研究［J］.无线互联科技，2019，16（16）：8788.

项目基金：天津市级大学生创新创业训练计划项目资助（项目编号：202310066079）

作者简介：黎来燕（2003— ），女，汉族，广西梧州人，本科，研究方向：城轨车辆机械系统设计。

*通讯作者：张光建（1991— ），男，汉族，山东聊城人，硕士研究生，讲师，研究方向：城轨车辆运用与检修。