基于VR的城市轨道交通专业实训课程教学方法研究
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作者:汪钇鑫 朱燕楠
摘要：城市轨道交通运营管理专业课程教学在高等职业院校中主要是以实践操作为主要教学内容，在实训当中对学生的动手能力提出了较高的要求，但从当前的教学方法来看，大部分职业院校由于实训器材的更新维护时间较长从而导致实际训练成果无法达到预期目的，进而影响专业的教学质量。本文通过在教学过程中引入虚拟现实技术，丰富了课堂实训教学手段。通过构建虚拟现实实训课程体系框架，学生可以通过VR设备进行专业实训，有效地改善设备限制所带来的对学习效果的影响。同时，学生在VR实训过程中可以根据所学的理论知识完成实践操作，通过与虚拟情景的互动增加学习兴趣。本文的研究主要是探究将虚拟现实技术应用于高等职业教育城市轨道交通运营管理专业的实训教学中，使城市轨道交通运营管理专业教学效果进一步得到加强。本论文研究立足于城市轨道交通专业课程教学的现状，在国内外研究的基础上，以“城市轨道交通行车组织”课程为例，构建了基于VR技术的城市轨道交通专业课程实训教学思路和相应的教学方法，为专业实训教学方法提供了一个合适的VR教学手段，并为其他专业课程的VR实训教学提供了实践指导。
关键词：虚拟现实技术；城市轨道交通专业；课程体系；实训教学
“城市轨道交通行车组织”作为城市轨道交通运营管理专业的核心课程，对实操的要求占有较大的比重，在传统的教学活动中，虽然理论知识对于课程实践的指导具有重要意义，但若没有实际训练，学生的专业能力无法得到巩固与提升，因此“城市轨道交通行车组织”的实训课程需要根据专业特点，提高学生的实践动手能力。这要求在教学过程中能够打破课堂的限制，在教会学生理论内容的基础上，安排学生进行实际操作，从而使学生能够将丰富的理论知识与现场实践紧密结合起来。在传统的教学工作中，授课教师也能通过教学反思认识到实训教学的重要性，但由于不同学校设施设备新旧不同、场地等条件受限，实训设备无法满足大量学生的使用需求，学生在理论学习后难以通过实训等方式保证学习效果，部分学校实训设备昂贵数量较少，势必造成学生实训过程中的实操时间过短，这会对实训课程的效果产生不良后果，也容易出现理论脱离实践的问题。基于此，利用虚拟现实技术打造虚拟的实训课堂，为学生创造沉浸式的教学课程具有极为现实的教育意义。
1国内外研究现状
将虚拟现实技术用于高等职业教育行业是我国在2017年的“教育十三五规划”中首次提出的，主要目的是将虚拟现实技术应用于教育领域，并且将虚拟现实技术作为职业教育今后的发展方向。2019年，国家再次重申将虚拟现实技术作为用于教学方向的一项重要技术，并写入了当年的《中国教育现代化2035》白皮书中。目前有学者看到了VR在职业教育领域的应用价值，但缺少实际教学经验，本文在昆明铁道职业技术学院虚拟仿真实验室中配合“城市轨道交通行车组织”的前期实训教学基础上，开设了“VR模式下城轨交通行车组织”课程，开展VR教学实践。
2城市轨道交通专业行车组织课程教学分析
高等职业院校的城市轨道交通运营管理专业的培养主要是着重学生全方位职业技能的训练，然而在当前众多兄弟院校中依然存在以理论知识的讲授作为实际教学活动的中心的现象，即便部分学校开设了不少相关实践课程，但是实践课程在整个专业人才培养方案中占比明显偏少，并且在实训课堂中没有将高职学生的学情和教学环境有机融合在一起，从而使学生的实训结构孤立于整个专业培养体系，也使得学生的职业能力无法满足实际工作岗位要求。
高职城市轨道交通运营管理专业的实训课程应当突出高等职业教育重视实践性的特色，其专业技能的培养必须与城市轨道交通行业的发展趋势紧紧相连，在专业课程教学完整体系中时刻把握高职学生的特点，营造积极的学习氛围，并且在实训课堂教学活动过程当中，有目的、有意义、有计划地按照城市轨道交通运营管理专业工作岗位特点进行课程设计，从而提高学生职业能力，培养学生专业素养。
2.1教学目标分析
教学目标是教学活动最终的导向和期望，也作为教学活动的主旨贯穿整个课堂教学始末。在教学活动的设计当中，应当对教学目标进行精准剖析，使之与专业岗位特征一致，具有科学性和结构性。在昆明铁道职业技术学院的专业设置中，设立“城市轨道交通行车组织”课程实训教学内容时，教学目标需要包含能力目标、知识目标以及素质目标等三个方面。
2.2学情分析
高职学生是整个城市轨道交通运营管理专业的课堂教学活动的主要授课对象，在课程的教学设计当中，应当结合学生当前的自身特点进行个性化设计。因此，在设计课堂VR实训时，需将学生的群体特点以及学习情况进行综合考虑，充分发挥学生的学习特征。学生的学习兴趣、基础知识、学习态度以及学习目的等方面都将对教学效果产生客观影响，直接关乎教学质量。本文的VR实训课程设计将城市轨道交通运营管理专业大学二年级学生作为教学对象，虽然具有基本的城市轨道交通运营管理专业理论知识，但缺少大量的企业现场实操经验；专业认知方面兴趣浓厚，但没有掌握良好的学习方法；动手能力强，乐于参加实训课程教学活动，但缺乏细致入微的细节意识。
2.3教学环境分析
“城市轨道交通行车组织”是城市轨道交通运营管理专业的核心课程，是学生从事相关专I具备基本职业能力素养的重点课程。该课程内容将第一、第二学期的基础知识学习进一步巩固，并且在专业课程中增加了对前置课程实践操作训练，以及对后续课程的知识体系框架的搭建奠定了扎实的基础，在城市轨道交通运营管理专业的人才培养方案框架中具有十分重要的意义和价值。本专业课程内容主要面向城市轨道交通行业中站务员、值班员、行车调度员、地铁司机等运营岗位，要求学生具备相应岗位的现场指挥操作能力以及应急处置能力，是构建学生专业素养的主干课程，因此，在城市轨道交通运营管理专业人才培养方案中将“城市轨道交通行车组织”设为以实训为主的核心课程。
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2.4实训内容分析
本课程实训内容需深入解析城市轨道交通运营管理专业特点，满足在虚拟现实环境下，以真实场景为实训条件，通过实操训练，学生能够熟练适应真实的工作场景。在搭建实训场景时，需要将课程内容按照任务单元进行分解，将知识点、能力要求等有机融入小的任务模块当中，促使实训学生可以深入开展职业训练。在不同的任务分配中，不同实训项目由不同实训小组承担，通过学生讨论、教学展示、实训练习等环节将课程内容反复进行巩固，授课教师依据实训评价体系对实训小组进行针对性辅导。课程按照岗位分类，参照行车组织当中五种常见的岗位，每个岗位设计2～3个典型的工作任务模块，以尽可能满足每个岗位不同特点需求。
3基于VR的实训课程教学改革
3.1VR资源特点
VR资源作为一种新的教学资源，改变了人们对传统的多媒体视听资源的认知，其在课程资源开发中应当保证适用性原则。VR资源与课程知识点需要紧密关联，若资源的知识内容超出知识点范围会增加学生学习难度，降低学习兴趣；若资源的内容过浅，则会严重影响到VR技术带来的教学效果。因此，VR资源需要在开发设计中体现出与专业课程设计的适用性、适度性以及科学性。
3.2VR实训课程开发模式
VR实训课程设计模式是基于VR的实训课程教学改革而开展实施的一项基础体系构建方法。VR实训课程是在传统设备实训教学指导实践中升改革后设计而成，基于VR的城轨轨道交通运营管理专业实训课程改革中，通过大量教学团队的教学经验，借助VR实训课程开发模式，在前期VR相关的课题研究上，将VR实训课程教学内容设计原则作为指导性方针，探索一种基于VR的实训教学课程开发设计模式。
首先，要由专业负责人组建VR团队，了解VR技术特点，以现有的教学团队为主导进行岗位实操调研工作，在教学设计中充分发挥VR特点融入专业教学活动。在开发中主要按照以下顺序开展：教学目标分析、学情分析、教学环境分析、确定实训任务目标、组建VR实训系统、VR实训资源开发、VR实训任务实施流程设计、VR实训教学评价、教学反思。
3.3VR实训资源设计
在虚拟现实场景下进行专业实训，VR实训资源设计是整个教学活动设计的重难点。实训资源的精细度和还原度直接影响到教学的最终质量，因此，VR实训资源设计是在前面构建的VR实训教学设计模式的指导下，应用VR相关技术，进行“城市轨道交通行车组织”课程的实训课程教学设计。本文选取了行车调度员岗位实训项目作为实例，从实训内容、实训设备等方面对VR实训课程资源设计进行介绍。
3.4VR实训效果评价的设计
VR实训教学活动后，由实训主讲教师对实训学生进行客观评价，在设计教学评价时不仅要考虑学生基础知识和专业能力的扎实程度，同时也要将学生在虚拟现实环境中发挥出的团队协作能力和个人职业素养纳入教学评价中。城市轨道交通行车组织的实训教学评价环节设计中，评价主体包括实训指导教师、VR实训平台以及学生互评等。
4VR实训教学实践
VR实训教学开展时，首先通过VR实训平台将本次课程中用于主要实操的VR教学资源发放至学生客户端，同时发放实训任务指导书，学生通过VR设备获取实训课程操作模拟演练视频，实训指导老师利用教师端进行教学。
教学活动中，实训指导老师按照VR设备配置情况和实训任务项目将实训班级学生进行分组，使用任务模块功能分配布置每个小组的实训要求。通过对VR实训演示中学生的提问做详细的答疑，充分保证了教学活动中教师和学生的有效紧密联系，提高学生学习氛围，保证教学效果。在完成VR实训展示后，实训指导老师借助VR实训平台的互动问答功能对每个小组发放课堂作业，系统会对作业中学生的操作过程进行打分，对于出现的明显错误将标记给实训老师，在实训课程最后统一进行答疑交流。
在VR实训教学中，对学生实训成绩的评价并不仅仅依靠VR实训系统评价，需要结合多种评价方法综合进行评定，如现场考核评价、课后作业评价等，从而避免了评价角度单一。
结语
本文将VR技术运用到城市轨道交通运营管理专业的课程实训教学和改革实践中，并以“城市轨道交通行车组织”课程实训教学设计为例，在实训过程中应用了VR技术后，相比传统实训教学，明显提高了学生在学习过程中对基础知识、专业能力以及职业素养的教学效果。VR技术针对性地融入实训教学当中，使学生充分融入实训教学课堂中，也使实训指导教师能够全面掌握了解学生实训过程和实训质量，形成良好的反馈。VR教学团队在多次开展VR实训教学后，学生反映VR技术的应用使传统的课堂内容活泼生动，学习兴趣更加浓厚，在实训当中对专业岗位认识更加丰富，个人职业素质也得到了规范和提升，团队协作进一步加强，体现了职业教育的初衷。
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基金项目：云南省教育厅科学研究基金项目《VR快速建模方法及其在车站运营仿真中的应用》（项目编号：2021J1294）
作者简介：汪钇鑫（1990―），男，汉族，河南南阳人，硕士研究生，助教，研究方向：城市轨道交通。
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