虚拟仿真实训平台在高职教育中的应用研究

摘要：随着科技的不断发展和人工智能技术的日益成熟，虚拟仿真技术得到了广泛关注，并在各个领域中逐渐普及。基于职业院校学生的学情及企业岗位职责所需，在专业教学中积极引入虚拟仿真技术，是职业教育提质培优的重要抓手。笔者结合城市轨道交通车辆技术专业的现状特点，分析了当前教学存在的问题，梳理虚拟仿真技术在城市轨道交通车辆技术专业教学中的应用，主要涵盖了基于虚拟仿真技术的“三教”改革研究、虚拟资源和实训平台建设、学科竞赛以及虚拟仿真技术如何助力双师型师资队伍，以期为虚拟仿真技术有效促进城市轨道交通车辆技术专业发展提供帮助。

关键词：虚拟仿真技术；城市轨道交通车辆；教学改革

Abstract：Virtualsimulationtechnologyhasreceivedwidespreadattentionduetothecontinuousdevelopmentoftechnologyandtheincreasingmaturityofartificialintelligencetechnology，anditsapplicationinvariousfieldsisgraduallybecomingpopular.Basedonthelearningsituationofvocationalcollegestudentsandthe ;needsofenterprisejobresponsibilities，activelyintroducingvirtualsimulationtechnologyinprofessionalteachingisanimportantmeanstoimprovethequalityandexcellenceofvocationaleducation.Basedonthecurrentcharacteristicsoftheurbanrailtransitvehicletechnologymajor，theauthoranalyzestheproblemsincurrentteachingandsummarizestheapplicationofvirtualsimulationtechnologyintheteachingofurbanrailtransitvehicletechnologymajor.Thismainlycoverstheresearchonthe"threeeducation"reformbasedonvirtualsimulationtechnology，theconstructionofvirtualresourcesandtrainingplatforms，subjectcompetitions，andhowvirtualsimulationtechnologycanassistthedualteacherteam，Toprovideassistanceforvirtualsimulationtechnologytoeffectivelypromotetheprofessionaldevelopmentofurbanrailtransitvehicletechnology.

Keywords：Virtualsimulationtechnology；Urbanrailtransitvehicle；Teachingreform

一、研究背景

教高函〔2018〕5号文《教育部关于开展国家虚拟仿真实验教学项目建设工作的通知》明确指出国家虚拟仿真实验教学项目是推进现代信息技术融入实验教学项目、拓展实验教学内容广度和深度、延伸实验教学时间和空间、提升实验教学质量和水平的重要举措。

近年来城市轨道交通行业井喷式发展，职业院校不能为企业提供数量足够、技能熟练的高技能人才。究其原因主要是目前院校培养人才方案与企业脱节，目前大部分院校在轨道交通专业实训设备投入不够，仅有部分设备，导致学校在实践教学方面存在诸多欠缺，学生在进入企业后不能够很快熟悉设备，导致企业在员工技能培养周期较长，影响企业效益。由于轨道交通专业实训设备投入较大，专业教师对岗位现场作业设备也欠缺了解，导致学生对作业现场设备、场景陌生。而虚拟现实技术的应用以较低的成本解决了学生对现场设备以及工作场景不熟悉的问题，其快速发展及广泛应用，将成为城市轨道交通实践教学的新模式。

随着现代计算机技术的飞速发展，虚拟现实技术（VirtualReality，简称VR）的应用非常广泛。目前虚拟现实主要应用于工业领域、医疗培训与教育、游戏与娱乐、教育与培训、医疗与康复以及文化娱乐产业，其在现代教育方面的应用不仅可以极大地提升学生的学习兴趣，增强学习效果，还可以降低教育成本，减少实验风险，对于推动教育现代化有至关重要的作用。目前轨道交通人才培养还是以传统的书本教育为主，辅以少数的实践实训项目，且因为实训比较枯燥、成本高、危险大等原因，导致教学效果不好。虚拟现实技术将现实的场景和操作模式呈现出来，解决了实训设备昂贵、占地面积大、操作过程存在危险等问题，同时还可以解决各类实际作业过程中的不可视、不可摸、不可入、不可重复、危险性高等实际操作存在的困难，有利于提高学生学习热情，从而实现创新性、探索性、沉浸性的城市轨道课程教学模式创新。

二、虚拟仿真技术的特点

虚拟现实技术是一种多领域融合技术，该技术于20世纪90年代兴起于美国，即是在近些年被大众所熟知的VR技术。虚拟现实技术是计算机技术、互联网技术交叉技术，使人的触觉、听觉、视觉等多方面的虚拟效果有更加强烈的体验感，已经在多个产业应用并将更加广泛地引入人们的生活。虚拟现实技术以其沉浸感、交互性、想象性、多感知性、存在感、自主性等特征构成了虚拟现实技术的核心，使操作者可以在虚拟环境中获得身临其境的体验，从而便于人们学习与体验。

三、城市轨道交通车辆技术专业实践教学现状

城市轨道车辆技术专业主要是培养城市轨道交通列车驾驶、城市轨道交通车辆检修以及城市轨道交通车辆装配与调试等工作的高素质技术技能人才。当前公共基础课程、专业基础课程、专业核心课程、专周实训课程和实习环节等组成大多数职业院校城轨车辆专业的人才培养体系。专业基础课程主要解决引导学生专业入门，主要涵盖专业概论、机械以及电工电子等，为学生更好地学习专业核心课程做好理论知识储备。专业核心课侧重于解决以后工作岗位需要用到的核心技能与知识。专周实训与实习则主要培养学生应用所学理论知识解决现实问题，在实际工作岗位中运用所学知识解决问题的能力。目前城市轨道车辆技术专业教学主要面临以下几个问题。

（一）教学资源欠缺

作为培养未来城市轨道交通高技能人才的基础，形式多样、内容丰富的高质量教学资源有利于学生学习并掌握扎实基础理论知识与专业知识，帮助他们更好地了解岗位能力要求、掌握岗位知识，为以后进入企业更快地适应工作岗位做出积极贡献。但目前城市轨道交通车辆技术专业教学资源依然单调匮乏，主要以任课教师讲解为主，课本与课件是其主要教学资源，但现在的学生对这种枯燥乏味的教学模式缺乏学习兴趣，因此导致学生学习效果不好。在以后的教学资源建设过程中应加强数字化课程资源建设，比如微课、动画、电子教案、电子课件、教学视频、虚拟仿真等形式多样、内容丰富的课程教学资源。

（二）实践教学欠缺

在城市轨道交通车辆技术专业人才培养方案中，实践教学环节是非常关键的，实践教学执行情况直接影响学生理论知识的应用、动手操作能力和理论知识应用水平。城轨车辆专业的实践教学注重理论与实践相结合，通过实践教学，学生可以更好地理解和掌握专业知识，提高专业技能，为将来的工作做好准备。但目前大多数高校在城市轨道交通车辆专业实践教学中存在诸多不足。首先，学校实践教学设备、场地欠缺，由于城市轨道交通行业的快速发展，企业对于城市轨道交通车辆专业人才需要加大，学校招生规模逐年增加，现有的实践教学设备无法满足日益增长的学生需求，造成学生在实践教学环节中经常无法得到充分的动手实操机会，导致学生在以后的工作中动手能力欠缺。其次，随着城市轨道交通行业车辆运用与检修设备的不断创新以及新工艺、新技术的广泛应用，学校现有的实践教学设备与企业实际运用设备存在差距，导致学生进入企业后对设备不熟悉。但城市轨道交通车辆技术专业的实践教学设备更新往往需要较高的投入，学校往往难以承担高昂的设备费用，从而使得实训设备的配置和更新缓慢。最后，目前大部分院校的校企合作培养落实不到位，学生往往在毕业之前都没有机会进入相关企业实习，造成学生对当前行业设备欠缺了解。

（三）师资队伍实践经验欠缺

师资队伍的素质与能力是教学质量好坏的首要因素，但目前城市轨道交通车辆技术专业教师队伍普遍存在实践教学能力不足的问题，造成这一问题的原因是多方面的。首先，目前部分教师没有行业工作经历，脱离工作现场，在教学过程中主要依靠教材进行教学，导致其教学效果不佳。其次，由于轨道交通行业的快速发展，教师队伍建设跟不上学生人数的快速增加，导致教师教学时间较长，没有时间进行培训，无法提升教学能力与专业素养。最后，学校与企业合作不够深入，教师缺少进入行业企业锻炼的机会，从而导致教师对最新的行业动态、技术创新、设备应用、作业模式等缺少了解。

四、城轨车辆技术教学中虚拟仿真技术的应用研究

（一）虚拟仿真技术在“三教”改革中的应用研究

所谓的“三教”改革，即教师、教材、教法的改革，虚拟仿真在城轨车辆技术专业“三教”改革中具有重要意义。随着轨道交通行业新技术创新、新工艺、新设备、新运用模式的广泛应用，行业企业对城市轨道交通车辆技术技能人才提出了新的需求，但目前的教学模式难以满足培养新的技能人才的需要。利用虚拟仿真技术助力城市轨道交通车辆技术专业“三教”改革，有助于提高专业教育质量，培养满足社会需要的城市轨道交通车辆专业技能人才。首先，利用虚拟仿真技术可以有效提高教师的教学能力，利用虚拟技术可以模拟真实的工作场景，通过模拟真实作业场景，教师可以提前熟悉和练习教学场景，提高教师的实践操作能力。其次，利用虚拟仿真技术可以创建形式多样、内容丰富的新型教学资源，例如，创建车辆运用与检修的虚拟仿真实训项目可以作为教学资源的一部分，帮助教师和同学更好地理解和掌握专业知识。同时，利用虚拟仿真技术制作交互式的专业学习资料，比如电子书籍、视频教程、可交互操作的仿真系统等，这些资料可以针对不同层次的学生进行个性化推荐，提高教材的适用性与有效性。最后，利用虚拟仿真技术可以改变传统的教学方法，比如车辆检修这类学校一般都不具有实训设备的实践项目，可以利用虚拟仿真技术创建车辆检修虚拟场景，通过虚拟仿真平台进行实践教学，让学生模拟在真实环境中作业，提高学生动手能力和解决实际问题的能力。同时，虚拟仿真技术可以突破地域、时间等限制，进行远程教学、网络在线教学，提供更为丰富和多样的教学资源，让更多的人更方便地接受到高质量的教育。总的来说，虚拟仿真技术虽然不能完全替代实际的实践教学工作，但是其时空任意性、可交互性、虚拟场景的真实性等特点，可以极大地提高教师和学生的教学能力和学习兴趣。

（二）虚拟仿真技术在虚拟教学资源建设中的应用研究

城市轨道交通车辆技术专业学生在校期间实践课程教学质量对学生技能素质提高具有关键作用，是利用理论知识解决实际问题的初次体验，是学生在日后进入企业能够快速适应岗位需求的重中之重。因此，城市轨道车辆技术专业实践教学资源建设对于学生技能提升具有重要意义，其在人才培养、实践教学、校企合作等方面发挥关键作用，为向社会提供合格的城市轨道交通专业技能人才需求奠定坚实基础。目前大部分城市轨道交通院校实践教学设备欠缺，但由于其成本较高，且设备更新换代速度较快，因此大部分院校都不能满足学生的实践教学所需。虚拟仿真以其独有的特征可以满足绝大部分实践教学，部分功能甚至好于实际现场作业。首先，在教学方面，通过构建虚拟场景让学生能够身临其境感受作业过程，熟悉设备状态，练习作业流程。例如，城市轨道交通车辆检修仿真系统的开发与应用，可以在“城市轨道交通车辆构造”“城市轨道交通车辆检修”等课程的教学中利用系统给学生形象展示作业场景、作业对象、作业流程、作业所需工具、作业所需物料等。其次，虚拟仿真系统可以使教师更加全面地了解、熟悉现场工作环境，不仅仅只是依靠教材进行枯燥乏味的理论讲解。再次，虚拟仿真系统便于升级改造，实际实训设备升级改造往往受到实训环境、实训场地、投入资金等限制，难以快速实现升级，导致实训设备与行业使用设备脱节，而虚拟仿真系统可以实现较低成本的快速升级改造。最后，虚拟仿真系统可以实现“零成本”对学生实训效果进行考核，实际实训过程中，对学生的实训效果进行考核往往需要增加耗材投入，而虚拟仿真系统可以避免此类成本。同时还可以模拟各种故障现象和处理的方法实训情景，让学生积累丰富的“现场”实践经验。

（三）虚拟仿真技术在专业竞赛中的应用研究

大部分开设城市轨道交通车辆技术的高校将其定为学校的重点专业，而作为重点专业需要有一系列的标志性成果来支撑其地位。虚拟仿真技术以其沉浸感、交互性、想象性、多感知性、存在感、自主性等特征，在专业竞赛中发挥重要作用，尤其是城市轨道交通车辆技术这类工科专业。首先，虚拟仿真技术可以助力教师教学能力比赛，参赛教师利用虚拟仿真平台为学生提供形象、直观、立体的教学内容，增加学生课堂学习兴趣，提高教师教学质量，从而确保其在教师教学能力比赛中获得佳绩。其次，学生竞赛中虚拟仿真技术已经得到了广泛应用，例如轨道交通编组站信息系统、调度仿真实训系统、通信信号综合实训系统、轨道交通信号控制沙盘实训系统、城市轨道交通CBTC仿真实训系统、轨道交通信号控制系统实训平台、轨道交通列控中心仿真实训系统、进站信号机点灯综合实训平台、计算机联锁实训系统、城市轨道交通调度中心实训系统、城市轨道交通车辆检修仿真系统等，这些仿真系统可以帮助学生在学校就能够模拟现场作业，快速提高自身的专业技能。

（四）虚拟仿真在提升“双师型”师资队伍中的应用研究

所谓“双师型”队伍，指的是教师不仅拥有丰富的理论知识，还具备丰富的现场实际操作经验，高素质“双师型”师资队伍对于建设高质量专业至关重要。虚拟仿真技术作为当下先进的教学手段，不仅可以帮助教师进行教学实践、教学研究，从而形成教学成果，还能够提高教师的教学水平和综合素养。首先，通过构建虚拟教学场景，教师可以在虚拟场景中进行实践操作，提高教师的实践教学能力。其次，虚拟仿真技术可以构建实践操作场景，为教师和学生提供反复实践操作的机会，使学生在虚拟场景中通过练习掌握实践技能。最后，虚拟仿真技术还具有考核功能，为教师提供考核学生技能掌握情况的平台，能够实时反馈和评估，便于了解学生的技能掌握情况，从而不断优化、改进教学方法。

结语

目前，虚拟仿真技术快速发展，在教育领域、工业生产领域、娱乐领域均有广泛应用。未来虚拟仿真技术将主要沿着技术融合、应用领域拓展、智能化、个性化等方向发展，其应用前景非常广阔，其影响力也会越来越大。本文对虚拟仿真技术的特点，以及其在城市轨道交通车辆技术专业教学中的应用进行分析研究，主要从“三教”改革、教学资源建设、专业竞赛应用、“双师型”师资队伍建设等方面探索研究虚拟仿真技术带来的好处。希望本文的研究成果对于推动城市轨道交通车辆技术专业教学改革具有一定的参考价值。

参考文献：

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