基于“虛擬-模擬仿真-實(shí)境”的實(shí)踐教學(xué)模式研究
——以電氣化鐵道司乘專業(yè)為例

羅 偉

(湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院 軌道交通系，湖南 株洲 412001)

基于“虛擬-模擬仿真-實(shí)境”的實(shí)踐教學(xué)模式研究
——以電氣化鐵道司乘專業(yè)為例

羅 偉

(湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院 軌道交通系，湖南 株洲 412001)

電氣化鐵道技術(shù)司乘專業(yè)要求學(xué)生具備較強(qiáng)的電力機(jī)車操縱、整備檢查、試驗(yàn)、應(yīng)急故障處理等專業(yè)實(shí)踐能力，目前鐵路司乘人員培養(yǎng)過程中專業(yè)實(shí)踐技能的培養(yǎng)模式缺乏科學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，同時(shí)鐵路運(yùn)輸設(shè)備價(jià)格高、種類多、更新快，也限制了學(xué)生專業(yè)實(shí)踐能力的提高.在高職院校司乘專業(yè)實(shí)踐教學(xué)采用“虛擬-模擬仿真-實(shí)境”教學(xué)模式可提高人才培養(yǎng)的有效性.

實(shí)踐教學(xué)模式；虛擬；模擬仿真；實(shí)境

雖然全國多數(shù)鐵路高中職院校開設(shè)鐵道司乘專業(yè)，并探索了專業(yè)人才培養(yǎng)模式和人才培養(yǎng)方案，但仍有部分學(xué)校是套用本科院校相關(guān)專業(yè)的教學(xué)計(jì)劃，只不過是象征性地增加實(shí)踐性環(huán)節(jié)，學(xué)生的職業(yè)技能訓(xùn)練流于形式或零碎不全，忽視了系統(tǒng)培訓(xùn)的過程，忽視了對(duì)學(xué)生科學(xué)思維能力和解決實(shí)際問題能力的培養(yǎng)，忽視了對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，培養(yǎng)出來的學(xué)生無法滿足鐵路與城軌交通飛速發(fā)展的需要、無法勝任職業(yè)崗位對(duì)學(xué)生綜合能力的要求.究其原因，一是鐵路司乘人員培養(yǎng)過程中專業(yè)實(shí)踐技能的培養(yǎng)模式缺乏科學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，二是鐵路與城軌交通運(yùn)載設(shè)備的價(jià)格高、類型多和更新快，導(dǎo)致培養(yǎng)司乘人員的學(xué)校無力裝備人才培養(yǎng)所需要的實(shí)踐教學(xué)條件.高職教育改革的核心在于專業(yè)課程體系的改革，而專業(yè)課程體系改革的重點(diǎn)又是要對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)模式進(jìn)行改革.基于“虛擬-模擬仿真-實(shí)境”的電氣化鐵道司乘專業(yè)實(shí)踐教學(xué)模式研究，以培養(yǎng)鐵路與軌道交通運(yùn)輸系統(tǒng)高素質(zhì)技能型司乘人員為宗旨，以解決鐵路司乘人員培養(yǎng)過程中瓶頸問題——實(shí)踐教學(xué)條件與實(shí)踐教學(xué)訓(xùn)練模式為目標(biāo)，通過構(gòu)建專業(yè)核心技能的三層次培養(yǎng)目標(biāo)、設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)情境、形成情境式實(shí)踐教學(xué)的組織實(shí)施與評(píng)價(jià)方式[1-2].

1 基于“虛擬”實(shí)踐教學(xué)模式研究

所謂“虛擬”是指運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)(VR，virtual reality)技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合生成一個(gè)逼真的、具有視、聽、觸等多種感知的虛擬環(huán)境進(jìn)行教學(xué)，也有應(yīng)用多媒體技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)通過軟硬件相結(jié)合的模擬仿真教學(xué)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)教學(xué)培訓(xùn)[3-4].但還沒有把虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)、模擬仿真教學(xué)和現(xiàn)場實(shí)際操作進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)構(gòu)建出專業(yè)情境式實(shí)踐教學(xué)訓(xùn)練模式.

目前學(xué)校為電氣化鐵道技術(shù)司乘專業(yè)學(xué)生提供有SS4型電力機(jī)車、SS9型電力機(jī)車、CRH2型動(dòng)車組、CRH3型動(dòng)車組虛擬仿真軟件進(jìn)行虛擬駕駛、非正常行車、應(yīng)急故障處理、雙日檢查等專業(yè)實(shí)踐技能訓(xùn)練.圖1為專業(yè)教師與企業(yè)共同開發(fā)的CRH2型動(dòng)車組虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)軟件.軟件可以根據(jù)列車編組情況、線路參數(shù)、天氣狀況等數(shù)據(jù)進(jìn)行牽引計(jì)算，正確模擬列車的運(yùn)行狀況，能夠?qū)崿F(xiàn)任意車站或位置發(fā)車，根據(jù)教師機(jī)端對(duì)任務(wù)的設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)列車從線路的任意車站或任意公里標(biāo)發(fā)車.教師機(jī)在某一位置處預(yù)制任務(wù)或?qū)崟r(shí)設(shè)置季節(jié)、天氣的變化；系統(tǒng)能夠通過教師機(jī)的控制來改變?nèi)我庖患苄盘?hào)機(jī)顯示狀態(tài)和任意一組道岔開通狀態(tài)；系統(tǒng)能夠模擬線路運(yùn)營時(shí)機(jī)車乘務(wù)員與車站值班員、調(diào)度、運(yùn)轉(zhuǎn)車長和其他機(jī)車司機(jī)的聯(lián)控方式；系統(tǒng)可以通過數(shù)字合成技術(shù)，根據(jù)動(dòng)車組運(yùn)行狀態(tài)和乘務(wù)員動(dòng)作信息來模擬相應(yīng)動(dòng)作音響；系統(tǒng)可在“行車事故情況列表”和“故障類型列表”中添加一個(gè)或多個(gè)事故、故障情況；系統(tǒng)自動(dòng)批發(fā)試卷和生成成績.

圖1 校企合作開發(fā)的CRH2型動(dòng)車組虛擬駕駛系統(tǒng)軟件

整個(gè)“虛擬”仿真教學(xué)過程是理論實(shí)踐一體化進(jìn)行，主要是依托學(xué)校教師與企業(yè)專家共同開發(fā)的虛擬仿真軟件在計(jì)算機(jī)機(jī)房進(jìn)行專業(yè)教學(xué)與實(shí)踐，可以解決傳統(tǒng)教學(xué)的理論多、實(shí)踐少，學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容與實(shí)際脫節(jié)的弊端.“虛擬”仿真實(shí)踐教學(xué)屬于整個(gè)司乘專業(yè)實(shí)踐教學(xué)中第一層次，學(xué)生只有通過虛擬仿真的練習(xí)與考核后才能進(jìn)入模擬仿真和實(shí)境實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，從而確保了專業(yè)實(shí)踐技能遞進(jìn)提高.在實(shí)際的考核過程中，更多的是強(qiáng)調(diào)學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)和專業(yè)技能的掌握情況，不再以學(xué)期未的終考來評(píng)定學(xué)生的考核成績，考核的是學(xué)生在整個(gè)虛擬實(shí)踐教學(xué)全程.表1為司乘專業(yè)綜合模塊中要求學(xué)生應(yīng)掌握的實(shí)踐技能，表2為專業(yè)模塊考核方案.

2 基于“模擬仿真”實(shí)踐教學(xué)模式研究

所謂“模擬仿真”是讓體驗(yàn)者在一個(gè)虛擬的駕駛環(huán)境中，感受到接近真實(shí)效果的視覺、聽覺和體感的駕駛體驗(yàn)，具有駕駛模擬效果逼真、節(jié)能、安全、經(jīng)濟(jì)，不受時(shí)間、氣候、場地的限制，駕駛訓(xùn)練效率高、培訓(xùn)周期短等優(yōu)勢，在新車型開發(fā)和駕駛培訓(xùn)方面應(yīng)用十分廣泛.“模擬仿真”運(yùn)用了三維圖像即時(shí)生成技術(shù)、動(dòng)車學(xué)物理仿真技術(shù)、六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、大視場顯示技術(shù)，提供了真實(shí)車型的座椅，根據(jù)列車在線路上運(yùn)行的實(shí)際情況，借助六只油缸的伸縮運(yùn)動(dòng)，可以完成平臺(tái)在空間上六個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，模擬出各種空間運(yùn)動(dòng)姿態(tài).

表1 司乘專業(yè)綜合模塊實(shí)踐授課計(jì)劃

表2 司乘專業(yè)綜合模塊實(shí)踐授課計(jì)劃

圖2 校企合作開發(fā)的SS9型電力機(jī)車和CRH2型動(dòng)車組模擬駕駛系統(tǒng)

目前學(xué)校為電氣化鐵道技術(shù)司乘專業(yè)學(xué)生提供有SS9型電力機(jī)車、CRH2型動(dòng)車組、CRH3型動(dòng)車組模擬駕駛系統(tǒng)，可以進(jìn)行模擬駕駛、非正常行車、應(yīng)急故障處理等專業(yè)實(shí)踐技能訓(xùn)練.圖2是專業(yè)教師與企業(yè)專家共同開發(fā)的SS9型電力機(jī)車、CRH2型、CRH3型動(dòng)車組模擬仿真駕駛系統(tǒng).整個(gè)“模擬仿真”教學(xué)過程全部在模擬仿真實(shí)訓(xùn)室完成，分別設(shè)置有電力機(jī)車模擬駕駛實(shí)訓(xùn)室和CRH系列動(dòng)車組模擬駕駛實(shí)訓(xùn)室，專業(yè)教師主要是直接利用實(shí)訓(xùn)設(shè)備，強(qiáng)調(diào)操縱注意步驟與注意事項(xiàng)，然后學(xué)生分批練習(xí)，只有經(jīng)過了“虛擬”仿真考核后的學(xué)生才能進(jìn)入“模擬仿真”實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生有了理論基礎(chǔ)，明確了操縱步驟與注意事項(xiàng)后，對(duì)司乘崗位專業(yè)技術(shù)人員在駕駛過程中的呼喚應(yīng)答、手比眼看、一次標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)流程進(jìn)行考核，重點(diǎn)考核學(xué)生在整個(gè)模擬仿真全部過程中的操縱是否標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)還考核遇到天氣變化、設(shè)備故障時(shí)學(xué)生的反應(yīng)及故障應(yīng)急處理能力.

3 基于“實(shí)境”實(shí)踐教學(xué)模式研究

所謂“實(shí)境”實(shí)踐教學(xué)是該專業(yè)學(xué)生直接赴機(jī)務(wù)段進(jìn)行安全教育后，以師傅帶徒弟的方式直接在鐵路線上跟車實(shí)訓(xùn)，主要任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生成為機(jī)車司乘人員所必須具備的機(jī)車整備保養(yǎng)及機(jī)車操縱運(yùn)用的基本知識(shí)和基本技能，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力、分析解決實(shí)際問題的能力[5-6].

圖3 司乘專業(yè)學(xué)生進(jìn)行“實(shí)境”實(shí)踐教學(xué)

目前學(xué)校電氣化鐵道技術(shù)司乘專業(yè)學(xué)生在進(jìn)行完“虛擬”、“模擬仿真”實(shí)踐教學(xué)之后將安排為期一周的電力機(jī)車的操縱作業(yè)實(shí)訓(xùn)，學(xué)生在機(jī)務(wù)段跟車實(shí)訓(xùn)現(xiàn)場如圖3所示，學(xué)生將在現(xiàn)場進(jìn)行安全教育后，由機(jī)務(wù)段根據(jù)實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)情況由派班室安排一個(gè)班組的師傅帶一名或兩名學(xué)生跟車實(shí)訓(xùn)作業(yè)，熟悉電力機(jī)車一次出乘標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)全過程：出勤與接班、機(jī)車操縱、列車操縱、制動(dòng)機(jī)操作、行車瞭望呼喚應(yīng)答及車機(jī)聯(lián)控用語、機(jī)車三項(xiàng)設(shè)備和列車運(yùn)行監(jiān)控記錄器等設(shè)備知識(shí)與操作技能；讓學(xué)生在掌握理論知識(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行現(xiàn)場跟車實(shí)訓(xùn)，消化所學(xué)的理論知識(shí)，了解今后工作崗位環(huán)境，從而在心理上、知識(shí)和技能儲(chǔ)備上都為“零距離”適應(yīng)工作崗位打下基礎(chǔ).在完成這一周跟車實(shí)訓(xùn)后，將根據(jù)不同學(xué)生在不同線路的實(shí)習(xí)報(bào)告進(jìn)行答辯考核.考核內(nèi)容與考核標(biāo)準(zhǔn)分別如表3、表4所示.

表3 司乘專業(yè)“實(shí)境”實(shí)踐教學(xué)考核知識(shí)點(diǎn)

表4 司乘專業(yè)“實(shí)境”實(shí)踐教學(xué)考核標(biāo)準(zhǔn)

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(責(zé)任編輯：李 平)

Research on Practical Teaching Mode Based on “Virtual-Simulation-Live Action” to Train Electrifed Railway Driver Crew

LUO Wei
(Department of Rail transit，Hunan Railway Professional Technology College，Zhuzhou 412001，China)

The basic task of higher vocational education，which has remarkable features of profession，application and practice，is to train higher technical personnel.The graduates，who major in the electrified railway driving，are required to have strong professional abilities and skills of operating，equipment inspection，testing，troubleshooting，etc.But during the training process，the teaching modes lack scientifc system design. And high price，varieties and fast updating of the railway transport equipments limit the improvement of students’skills and abilities.This paper discusses practical teaching by using“virtual-Simulation-reality”teaching mode.

practice teaching mode；virtual；simulation；live action

G718.5

A

1008-5475(2014)02-0058-04

2014-03-01；

2014-04-02

湖南省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃2012年度課題（XJK012CZJ011）

羅 偉(1979-)，男，湖南株洲人，副教授，主要從事軌道交通研究.