基于VR技术的铁道车辆技术专业实践教学改革

基于VR技术的铁道车辆技术专业实践教学改革

于佳 王涛 刘俊 喻劼

德阳城市轨道交通职业学院  四川省德阳市 618400

摘要：铁道车辆技术专业旨在培养从事铁道车辆检修和装备制造的技能人才，传统实践教学受实训设备、实训场地等限制难以开展。本文对铁道车辆技术专业进行剖析、提出人才培养重点，并以德阳城市轨道交通职业学院为例，将VR技术应用在专业课程实践教学中，加强学生理论知识吸收、利于提高学生实践能力、培养企业所需人才。

关键词：VR技术 铁道车辆  实践教学 教学改革

一、铁道车辆技术专业人才培养重点

1.提高实践能力

  铁道车辆技术是专业性强、复合性高的工科专业。学生不仅需要具备扎实的理论基础，熟悉铁路客车、货车、动车组的发展背景、主要技术参数；铁道车辆的主要结构及工作原理；铁道车辆检修工艺、检修流程、检修设备，还需掌握大量的实践能力，如铁道车辆的驾驶；铁道车辆各部件的拆转、检修、维护等，以往的铁道车辆技术专业的课程教学以理论教学为主，忽略了实践教学的重要性，现在大力提倡增加实践教学课时，将课堂多安排在实训室，提高学生的实践能力。

2.培养行业所需人才

加强“岗教融合、以岗促教”。部分学校教师理论研究出色，但对铁路现场不够了解、缺乏一线工作经验，或者人才培养方向不符合行业所需，教学内容老旧、脱离现实，导致部分学生出现了毕业即失业的情况。针对此种情况，学校应与行业优质企业加强沟通、加强合作，增加教师企业实践时间，教师利用寒暑假去企业学习现场工作经验、提高自身教学能力；签订校外指导教师合作协议，与企业专家签订兼职教学协议、定期来校传授现场工作经验；建立校外实训基地，利用企业现有设备进行实践教学，让学生提前熟悉就业岗位、缩短岗位适应时间。 

二、铁道车辆技术专业教学现状

    铁道车辆技术专业专业课程包括但不限于：铁道车辆构造、铁道车辆制动系统、客车电气装置、铁道车辆检修及实训、车辆运用与管理、铁道车辆新技术、电客车司机驾驶。以《铁道车辆检修与应用实训》课程为例，要求学生熟悉铁道车辆基本结构及工作原理；掌握常用检测仪器和维修工具的使用方法；掌握铁道车辆各部件的检修工艺、检修流程，具备检修人员的基本要求。受制于实训条件限制，教师在授课过程中一般采用PPT、图片进行理论讲解，在实践部分播放现场检修视频进行实践教学。铁道车辆结构多、工作原理复杂、检修流程步骤长，仅依靠图片和视频，学生在学习的过程中缺乏实际体验，很难达到有效学习目标。铁道车辆检修设备体积庞大、价格高昂，且在检修受电弓、车钩、车门等部件的过程中有一定的安全隐患，学生的知识水平能力还不足以支撑其实际接触铁路现场的检修工作，这就导致需要一种教学方法既能减轻实训设备压力、减小实训操作危险，又能满足授课需求、达到实践教学目标。

三、VR技术在实践教学应用中的优势

虚拟现实，简称VR，是以沉侵式、交互感和多感知性为基本特征的计算机高级人机界面。它综合利用多种学科技术，模拟人的视觉、听觉、触觉等相关功能，使人能沉浸在计算机生成的虚拟境界中，并能够通过语言，手势等自然的方式与之进行实时交互，创造一种适人化的多维信息空间。

1.减少实践成本

      采购成本：铁道车辆包括内燃机车、电力机车、动车组等，车型较多，不同车型的结构都有所不同，且铁道车辆结构复杂、零部件较多，体积庞大，为了满足实践教学要求，学校只能花高价采购所有的部件，例如铁路货车转向架的价格在10万元左右，电力机车受电弓的价格在15万元左右，铁道车辆制动柜的价格在10万元左右，考虑到学生人数，同样的部件还需要购买数台，还需要搭建相应的实训场地。仅铁道车辆技术专业所需的实训设备、实训室建设价格至少需要几百万元。而采用VR系统实践教学，现在市面上的铁道车辆检修系统均价在15万元以内，且购买一套系统就可装在多台PC端口，满足多个班级的教学需求。

维护成本：实训设备在使用的过程中有磨耗、有损坏，需要定期进行保养和更换零部件，维护成本高，而VR虚拟系统无需维护保养。

更新成本：铁道车辆技术发展快，教学所用的硬件设备可能随时面临市场淘汰，而采用VR系统教学，只需更新相应的检修模块即可，费用也相对较低，在5万元以内。

   采用VR系统教学相较硬件设备而言，在采购成本、维护成本、更新成本上有较大优势，减少了资金压力，在实践教学上也更容易实现。

2.减小实训风险

    铁道车辆结构复杂，部件较多，且部分学生专业知识不牢，安全行为规范不熟悉，导致在进行电器检修、登高作业、拆装作业时都有可能出现安全事故。而采用VR系统就避免了出现这种情况，学生只需在室内戴着VR眼镜和手柄即可完成检修作业，甚至在PC端口，学生只需控制键盘和鼠标即可完成检修作业。在满足教学要求的同时，减小了实训风险。

3.操作简单、易上手

    铁道车辆检修具有较强专业性，学生在实际检修过程中会遇到非常多的困难，例如客室车门的拆装，经常会出现学生将车门完整拆卸但无法装上的情况，这时候只能由老师找出故障、进行复原，这就耽误了教学进度，而采用VR系统可显示拆装作业流程的错误步骤，学生只需在系统中点击“复原”或“撤回”即可。例如间隙车钩的拆装，车钩质量较重，力气小的同学不容易拆下，还有被砸伤的安全隐患。利用VR系统教学，老师还可根据教学进度，设计相应故障内容和应急事件，全方面的提高学生的实践能力。    

四、《铁道车辆检修与应用实训》实践教学实施案例

1.明确教学目标：根据专业人才培养方案及就业岗位需求，制定符合学生学情的教学目标。由于在学习《铁道车辆检修与应用实训》之前已经学习了《铁道概论》《铁道车辆构造》等专业课程，对铁道车辆的结构及工作原理有一定的的理论基础，所以这门课的教学课时分布上以实践课时为主、理论课时为辅。

2.选用VR系统：在市面上选择技术成熟的VR系统供应商，在系统上进行定制化修改，系统内容能够符合教学要求、符合实际检修工作、符合企业用人需求。

3.选定检修项目：选择一些铁道车辆的基础检修工作作为实践教学内容，包括：转向架的分解与组装、车门的拆装、车轴探伤、轮对镟修等。设计检修实景，包括：检修车间、检修设备、车辆类型、车辆结构，以上尽可能做到一比一虚拟仿真，让学生在虚拟的环境中体验到真实的检修场景。

4.制定考核标准：本门课程采用过程性考核，成绩由理论成绩和实训成绩两部分组成，理论考查学生的车辆基础理论知识、对检修工艺流程和检修安全规定的熟悉程度。实训部份由老师评分和系统评分两部分组成，老师评分主要以安全行为规范、手指口呼等，系统评分以设定好的检修作业流程、检修作业情况等为准。

5.反馈改进：根据学生的学习情况和平时成绩，及时调整教学方案，修改教学重难点。根据行业岗位需求和技术发展方向，及时调整教学内容，做到与时俱进、优化教学效果。

五、总结

   本文以铁道车辆技术专业为例，提出了人才培养方案的改革重点，并基于VR技术探讨了铁道车辆技术专业课程的实践教学应用，分析出VR技术应用于实践教学的优势，VR技术可作为教师教学手段提升教学能力，增强学生学习效果。

六、参考文献

[1]杨婷婷、董钢、兰清群.VR技术在城市轨道交通车辆检修专业中的应用研究[J].中国新技术新产品,2019(10),116-117.

[2]王维华、赵新萍、牛林杰.基于“岗课赛证”融通的高职课程体系改革实践探索——以城市轨道车辆应用技术专业为例[J].陕西教育(高教),2022(12),78-80.