基于网络平台的高职轨道交通虚拟实验教学研究

2022-12-24苏州高博软件技术职业学院韩丽东

内江科技 2022年10期

◇苏州高博软件技术职业学院韩丽东

高职轨道交通专业实验课程是高职院校的重要课程，能够对学生的综合能力进行培养。然而由于高职院校实验课程占比过少，设备设施不够完善，导致实验课程的教学效果不明显。基于网络平台的高职轨道交通虚拟实验教育，通过对现实场景进行模拟，为学生提供真实的环境，从而提高学生的实践能力。本文通过对虚拟实验教学的作用进行分析，为高职轨道交通专业设计虚拟实验系统，并提出系统设计流程，丰富高职院校的课程内容，提高教学质量。

随着轨道交通行业的发展，社会对相关专业的人才需求量极大，使得教育产业发展尤为重要。高职院校是专业人才的输出地，是保障我国人才供应的关键，轨道交通专业在轨道交通行业发展中起着尤为重要的作用。然而现在来看，我国高职轨道交通专业的实验教学仍存在很多问题，教学形式单一，学生兴趣不高，教学水平有限，教学设施设备不全，导致实验教学工作很难开展，这都是影响我国轨道交通专业教学质量的重要问题，急需解决。互联网产业的发展给教育行业带来了新的转机，通过科学技术实现虚拟实验教学，满足学生的需求，有利于快速提高高职院校的教学能力。

1 虚拟实验教学的概念

虚拟实验教学是一种新的教学方式，通过计算机技术实现对现实情境的模拟，给人们提供真实的感官。通过对多类信息的收集与整合，利用计算机仿真技术，构建三维立体的环境，使得用户能够在环境中有真实的体验，并通过触摸给用户实物的体验。在虚拟实验中学生能够根据情景进行操作，模仿显示操作流程，从而提高学生的实践能力。但是由于虚拟实验教学对计算机硬件要求比较高，所需成本大，很多院校目前还没有能够完全采用。随着我国科技水平的提升，计算机硬件处理能力提高，会使得虚拟实验教学设备价格降低，让虚拟实验教学在高职院校中得到普及。目前虚拟实验已经被应用到了各个行业，包括医疗、航空等，现在将仿真技术应用于教育事业，是互联网发展的又一里程碑。虚拟实验教学将教学资源更好的整合，突破了传统的教学模式，丰富了教学结构，能够提高学生的综合能力。

2 虚拟实验教学对高职轨道交通教学的作用

（1）丰富教学结构。虚拟实验教学作为一种新的教学模式，为高职轨道交通教学带来了新的教学方式，丰富了教学结构，使得教学内容能够得到更好的体现。单一的教学结构不但无法对课程内容进行全面体现，还会影响学生学习的效率。轨道交通行业是我国发展比较迅速的行业，需要多方面的人才，传统的教学模式不能够满足社会的需求，通过丰富教学结构，能够对学生进行综合教学，提高学生的综合能力，更好的体现教学内容，让学生有更好的学习环境。

（2）紧密联系理论内容。虚拟实验教学能够联系理论内容，引导学生将理论转换为实践。就目前来看，我国高职院校学生的最大弱势就是缺少理论转换能力，很多理论知识虽然学习的很透彻，但是在真正利用时，缺又无从下手。轨道交通行业是一个实践大于理论的专业，传统的教学模式只能讲理论传授给学生，当学生买入社会时，没有办法直接理论，使得高职院校毕业生的能力发展受到影响。虚拟实验教学能够与理论相结合，在理论知识讲授完毕后，进行实践操作，两者连接，全面的提高学生的能力。

（3）提高学生的操作能力。虚拟实验教学通过对现实场景进行模拟，能够为学生创造一个实操的环境，从而提高学生的操作能力。轨道交通专业教学所需设备一般都比较庞大，移动困难，并且费用极高，很多高校的实验课程占比比较少，就是因为教学投入太大。虚拟实验教学减少了设备的投入，只需要对高新技术进行掌握，就能够让学生体验真实的场景，并进行相关操作，提高了学生的操作能力。

（4）提高学生的积极性。虚拟实验教学强调的是学生的参与性，能够让学生成为教学的主体，让学生真正的参与到教学中来，做学习的主人。传统的教学模式以教师为教学的主题，教师通过对课程内容进行整理，再灌输给学生，在整个教学过程中与学生之间的沟通比较少，很难得到学生的反馈，使得教学变得单向化，这种教学模式会导致学生的学习疲劳，逐渐让学生丧失了学习的兴趣。虚拟实验教学首先能够让学生参与进来，就大大地提高了学生的学习兴趣。其次，作为一种新的教学模式，符合现代发展，能够给年轻人带来新鲜感，从而吸引学生参与到学习中来。最后，学生与老师能够在虚拟实验中加强沟通，提高了沟通效率，有利于教学课程的开展，当学生遇到问题时，能够马上得到解决，这也是对学生的一种鼓励，通过提高学生的能力，提高学生的兴趣。

3 虚拟实验系统的设计

本文以构建城轨电子沙盘为例，解析基于网络平台的高职轨道交通虚拟实验教学。首先这个城轨电子沙盘是有10个车站，以及车站对应的车站平台组成，其中包括车站线路、岔道变换等，另外还有20台网络化交互式学员演练系统供学生使用。在整个沙盘中能够实现以下功能：①城轨电子沙盘能够还原完整的地铁结构与线路，包括十条线路以及车站平台；②通过投影仪能够对地铁的整体环境进行映射，通过三维建模的方式构建真实的实训环境，其中含括地铁内的各种要素组成，学生能够在电子沙盘中进行实操演练，例如乘务员驾驶等；③在电子沙盘中能够实现信号灯转换，路线变换等，提高逻辑性，体现学生的反应能力；④能够实现对电子沙盘的放大与缩小功能，能够通过选择进行角度切换，给学生更好的体验；⑤电子沙盘能够模拟突发事件，为学生实际操作提供更多选择。通过计算机仿真平台设计完整的城轨运行流程，涵盖其中各个要素，形成一个完整的体系，对学生有一个系统的考核，提高学生的综合能力。

4 基于网络平台的高职轨道交通虚拟实验教学研究

（1）3D虚拟场景的搭建与建模准备。为了能够给学生提供更好的学习环境，在进行虚拟实验系统设计时要考虑现实情况，通过对现实场景的布局进行分析，对虚拟实验系统进行合理设计，能够提高学生的感官。为此，在进行3D虚拟场景还原时，要对实际场地的尺寸进行测量，如果能够到实地进行考察，利用精准的测量仪器进行测量，如果不能够得到具体测量数据，需要通过咨询设备厂商相关数据。将这些数据及还原场景的要素通过数学建模的方式，设定到场景中，使得要素之间的关系满足物理定律，这不但能够提高学生的感受，还能够提高实验的意义。另外，在通过颜色渲染的方式对虚拟的场景进行勾勒，提高虚拟场景的真实性。

（2）网络交互式设计。虚拟实验教学最主要的特点就是具有交互性，能够提高各个理论之间的结合，也能够提高学生之间的合作，从而提高教学的效率。在进行虚拟场景设计时，要对各个元件的功能进行分析，通过对仿真脚本的编辑，实现元件之间的交互影响，提高整个系统的完整性。另外，利用数字手套、虚拟头盔等工具，实现学生在虚拟场景中的实操训练，学生能够进行任何操作，从而改变虚拟场景的状态，并且在系统中能够设置对学生操作的反馈，增加系统的操作性，提高学生的兴趣。在初期，学生还不能完全适应虚拟实验教学，为了能够给学生一个过渡的时间，可以在系统中设置引导功能，引领学生完成实验内容。同时为了能够提高虚拟实验教学的趣味性，可以在系统中设置惩罚机制及背景音乐，提高系统的真实性，让学生能够感同身受，提高学生的兴趣。

（3）综合功能性设计。虚拟实验系统应该逐渐趋于综合性，从单一的功能进行扩展，发展成为具有综合功能的系统，为学生提供更多的服务。虚拟实验系统是通过对教材的理解，提炼的关键实验课程，为了能够丰富教学的内容，凸显实验教学的价值，可以增加一些实验教学内容，丰富学生的学习生活，让学生从多个角度了解轨道交通专业的特点。为了能够吸引学生的注意，可以由学生提出，找到对虚拟实验系统改革的点，能够提高学生的自主性，也能够满足学生的需求。通过对系统进行综合功能设计，能够丰富教学内容，促使学生进行创新思维培养，能够提高学生对本专业的认识，提高学生对专业学习的兴趣，从而提升专业能力。

（4）虚实结合理论。在进行高职轨道交通专业课程实验教学时，应该秉持能实不虚，虚实结合的理论，在进行实验场景设计时，应该尽可能的对现实场景进行还原，提高学生的感官体验。虚拟实验教学是由于学校的教学成本有限，无法采购先进的设备，从而导致的实验教学区域虚拟化，虚拟实验教学的本身还是为了能够让学生有更深刻的体验，因此实验教学应该以还原现场为主，通过物联网技术将现场尽可能的还原，为学生提供一个好的学习环境。

（5）线上、线下交融教学。线上、线下交融式教学能够实现教学资源的整合，提高学生的学习效率。将虚拟实验内容导入移动端设备，学生可以在课下利用碎片化的时间进行线上学习，将学生零散的时间利用起来，扩宽学生的学习时间。线上、线下交融的教学方式，还能够实现针对性教学的目的，有的学生接受能力比较差，通过课下进行复习的方式，能够缩小与其他学生之间的差距，避免因为落差感影响学生的积极性。