电梯轿厢安装虚拟仿真实训教学项目案例分析

电梯轿厢安装虚拟仿真实训教学项目案例分析

张善平

济南职业学院   山东济南  250103

摘要：电梯安装与调试是高职电梯工程技术专业核心课程，电梯安装与调试课程实训项目在于训练学生电梯安装操作技能，掌握电梯轿厢运行原理和组装工艺、有利于学生工匠精神培育。本文以电梯轿厢安装实训项目为例，介绍了相关实训过程，着力解决了实训过程中的“三高三难”问题，为相关课程实训项目的开展提供了思路。

关键词：电梯轿厢，虚拟仿真，教学改革

中图分类号：G710文献标识码：A

电梯轿厢安装实训教学项目属于机电设备类电梯工程技术专业开设专业核心课程电梯安装与调试课程的典型实训项目之一，实训项目在训练学生电梯轿厢安装操作技能、掌握电梯轿厢运行原理和组装工艺、培养工匠精神等方面具有重要意义。电梯轿厢安装实训教学项目存在着高投入、高损耗、高危险、难观摩、难再现、难评价等痛难点，我校智能制造虚拟仿真实训基地从解决“三高三难”等问题入手，通过开发建设电梯安装与调试虚拟仿真实训软件，配置虚拟仿真实训设备，依托涵盖学习、练习、考试三个环节一体化培训平台，构建起颠覆传统教学方式，利用“线上线下虚实结合”教学模式，使学习从被动变为主动，学生可借助手机、PC、虚拟现实头盔三种设备进行学习，教学质量提升明显，师生获得感、满意度显著提高。

   1.实训项目意义

电梯轿厢安装实训教学项目是属于电梯安装与调试课程中典型的实训项目，学生使用安装工具在电梯井道内完成电梯轿厢架的组装、轿厢壁的组装，不仅能掌握电梯安装和校核工具的使用方法、电梯轿厢组装的安装工艺流程，还能掌握电梯运行原理及轿厢维修保养的方法和标准，该项目是《电梯安装维修工》国家职业技能等级标准中必须掌握的核心技能，是学生在校内需要完成的典型的实训项目，有利于学生掌握电梯安装操作规程，电梯安装操作技能、培养学生精益求精、吃苦耐劳的品质。

2.传统拆装实训教学模式分析

传统的电梯轿厢安装拆装实训教学模式以操作示范、实操练习为主，以课件资料讲解为辅，教师带领学生完成实训教学项目。教学环节主要包括：（1）基础知识授课，教师采用教学课件讲授电梯轿厢组装安全注意事项、电梯运行工作原理、电梯安装基本知识等，辅以电梯零部件、工具设备实物示范讲解。（2）拆装示范，教师在井道内一边对电梯轿厢进行安装操作，一边对操作要点进行讲解，学生围站四周边看边听，甚至徒手演练或在记事本上记录要点。（3）实操练习，学生3-5人一组进行实际组装训练，小组内讨论协作进行，教师随时指导。

3.传统拆装实训中存在的痛难点分析

电梯轿厢安装实训教学项目存在高投入、高损耗、高风险及难实施、难观摩、难评价等痛难点，主要体现在：

（1）高投入：电梯轿厢零部件多，电梯轿厢的安装可分为轿厢架和轿厢体的安装，轿厢架由上梁、下梁、立柱和拉条组成，轿厢体由轿顶、轿底和轿厢壁组成。电梯轿厢安装实训设备需要配置实训井道，占地空间较大，电梯轿厢安装实训设备一套近10万元，价格较高，多套设备才能满足一个班级的实训要求。      

（2）高损耗：电梯轿厢的安装，首先进行轿厢架的安装，在安装的过程中需要使用工具将轿厢底梁和立柱通过螺栓固定，轿厢壁由薄钢板组成，反复拆装会导致轿厢壁等部件弯曲变形，螺栓孔易损坏，损坏后则设备可使用，反复拆装导致损耗较大。

（3）高风险：电梯属于特种设备，对于有脚手架电梯轿厢的安装一般是在顶层的井道内安装，在安装之前需要进入井道安装轿厢支撑，由于井道内空间狭小，对于轿厢底和轿厢顶的安装需要吊装工具吊装，存在跌落和砸伤的风险。

（4）难观摩：教师进行现场的示范操作，由于井道空间狭小，班级学生无法同时进行围观学习，难以清晰地看到操作细节。

（5）难实施：电梯轿厢属于大型设备，安装工程流程复杂，需要较大场地开展集中实训操作，为了保证学生的安全操作，需要配备多名助理教师全程跟踪，增加了教师的实训任务量，教学过程难以开展，教学效果不佳。

（6）难评价：学生分组开展实训，分工合作，教师难以关注到每一个学生的操作情况，难以对学生的操作流程及时跟踪评价。

4.电梯轿厢安装虚实结合教学设计

针对以上问题，教师团队与校企合作企业共同开发电梯安装与调试虚拟仿真实训软件，搭建虚拟仿真实训教学管理与资源共享平台，采用 “以虚助实”的教学方式，教学过程采用“析任务-探原理-练仿真-树规范-践实操-施评价” 六步教学法，有效解决“三高三难”问题。

图1 电梯轿厢安装实训项目教学过程

在“探原理”环节中，教师通过仿真动画讲解电梯轿厢的结构，熟悉电梯轿厢的零部件，学生操作练习，学生分组回答电梯轿厢零部件的结构组成和安装工艺，教师可了解学生的掌握情况，及时调整教学策略，解决了真实轿厢反复拆装的高投入问题。

在“练仿真”环节中，教师通过电梯安装与调试虚拟仿真系统发布任务，学生登录系统，在规定的时间内练习电梯轿厢安装的操作步骤及工艺要求，有效减少电梯轿厢零部件磨损，延长零部件使用寿命，节约了实操练习时间，同时降低了成本；通过VR操作练习，学生 “沉浸式”进入井道，增强了代入感，反复进行电梯轿厢安装操作演练，通过沉浸式的反复操作演练，学生轻松掌握电梯轿厢安装工艺流程，解决了高风险问题。

在“树规范”环节中，教师通过VR展示，详细讲解电梯轿厢安装过程的注意事项，安装过程中质量控制点，工具的使用，安装技术要求等。通过触控一体机清晰的展示操作细节，解决了真实电梯轿厢安装示范操作的难再现、难观摩的问题。

5.教学实践成效

（1）有效解决电梯轿厢安装实训教学痛点难点

通过校企合作开展开发的虚拟仿真实训软件，虚实互补，以虚助实，解决了电梯轿厢零部件易磨损的难题，进而解决了高损耗、高投入、高危险、难观摩、难再现、难评价的痛点和难点。仿真动画可清晰直观的展现电梯轿厢的零部件和结构组成，解决了真实轿厢反复拆装的高投入问题。虚拟仿真软件可无限次使用，有效减少电梯轿厢零部件磨损，延长零部件使用寿命，节约了实操练习时间，同时降低了成本；通过VR操作练习，学生 “沉浸式”进入井道，增强了代入感，反复进行电梯轿厢安装操作演练，通过沉浸式的反复操作演练，学生轻松掌握电梯轿厢安装工艺流程，解决了高风险问题。教师通过VR展示，详细讲解电梯轿厢安装过程的注意事项，安装过程中质量控制点，工具的使用，安装技术要求等。通过触控一体机清晰的展示操作细节，解决了真实电梯轿厢安装示范操作的难再现、难观摩的问题。采用虚拟仿真软件、可自动评价学生训练的准确性，解决了实训评价低的问题，提高了教师的评价效率。

（2）实现资源共享

共享公共平台依托VR云平台及VR/MR设施，构建了全时空虚拟仿真实训教学场景，教学活动可以在VR实训室、实训车间、学生宿舍甚至校外进行。虚拟实训不仅面向本校师生开放，还面向兄弟院校、社会群体开放。电梯安装与调试虚拟仿真软件一方面可以满足校内学生的学习，在疫情期间可通过虚拟仿真软件、屏幕共享、线上发言等功能实时兼顾线上线下混合式教学，真正体现“停课不停学”，积极调动学生的课堂参与度。

（3）学生学习积极性显著提高

通过虚拟仿真技术的应用，采用同步直播和直播投屏系统，清晰放大操作细节，教师示范操作的过程和学生操作的过程可以清晰的展现。由于疫情影响未返校的学生，学生可在家进行通过电脑进行电梯轿厢虚拟仿真练习，教师可在线监控学生的学习情况，引导学生积极参与课堂讨论。学生学习的积极性和学习效率显著提高。

（4）人才培养水平显著提高

电梯工程技术专业将电梯虚拟仿真软件融合到教学全过程，电梯工程技术专业两名学生在2020年全国电梯行业职业技能竞赛中获得学生组两项一等奖。电梯安装维修工大赛包括电梯安装维修实操和VR操作赛项，学生在VR操作项目中获得了满分。

6.结语

    电梯安装与调试实训教学项目存在着高投入、高损耗、高危险、难观摩、难再现、难评价等痛难点，通过智能制造虚拟仿真实训基地从解决“三高三难”等问题入手，利用校企双方开发的实训软件，破解了教学难题，提高了学生学习的积极性，达成了教学目标。

作者简介：姓名：张善平，男，出生年月：1987年6月，籍贯：山东省济宁市，职称：讲师。