都淑明

一、概述

近年來，我國鐵路行業(yè)發(fā)展迅猛，截至2016年底，全國鐵路運營里程達12.4萬千米，其中高速鐵路2.2萬千米以上，占世界高速鐵路總里程的60%以上。同時，鐵路技術也快速發(fā)展，鐵路信號設備不斷地更新?lián)Q代。為適應高速鐵路大面積投入實際運營的需要，鐵路企業(yè)對鐵路信號工提出了全新的要求，需要大量掌握高新技術的高技能人才。

虛擬仿真技術（Virtual Reality）是近年來出現(xiàn)的高新技術之一，該技術能夠產(chǎn)生一個與真實環(huán)境高度近似的虛擬數(shù)字化環(huán)境，用戶可以對虛擬環(huán)境中的對象進行交互操作，并能從中得到必要的反饋，從而讓用戶獲得如同在對應真實環(huán)境中一樣的體驗。隨著虛擬仿真技術在國內外的發(fā)展日趨成熟，該技術已經(jīng)被廣泛運用到各個領域，并且取得了良好的效果。

二、目前教學遇到的困難

鐵道信號專業(yè)的畢業(yè)生主要從事鐵路信號設備的檢修、維護等工作，在教學中需要講授專業(yè)設備的組成結構、作用和工作原理，以及設備在實際應用過程中的檢修、故障處理等內容。鐵路信號設備種類多、體積大、原理復雜，所以有的授課內容難以理解。一般采用文字加圖片的方式進行課堂講授，學生的學習興趣不高，缺乏主動性，教學效果一般。鐵道信號專業(yè)的實訓設備種類多、造價高，在現(xiàn)有的條件下將現(xiàn)場實際設備完整地搬進學校是不可能的。校內實訓基地場地有限，有的信號設備體積龐大，普通的實訓場地無法容納。因此，鐵道信號專業(yè)的校內實訓設備一般來自鐵路現(xiàn)場退役或報廢的設備。這些設備數(shù)量有限、技術落后，導致學校實訓內容難以系統(tǒng)化，學生無法整體認知鐵路信號系統(tǒng)。鐵道信號專業(yè)的校外實踐一般要到鐵路電務段、鐵路車站等單位進行，這些單位是鐵路運輸?shù)年P鍵部門，出于安全生產(chǎn)和交通正常運行的考慮，通常能為職業(yè)院校提供的實踐教學機會較少。

三、 虛擬仿真的特點

目前，越來越多的高校認識到單純依靠實訓設備無法解決日益增長的實訓需求，虛擬仿真技術在實訓教學中的優(yōu)勢越來越明顯，在實訓教學中虛擬仿真技術具有以下特點：①基于虛擬仿真技術構建的實訓環(huán)境方便、易用，而且占用的教學場地很少，可構建在校園內無法建設的實訓室，大大地降低了實訓教學的成本；②虛擬仿真系統(tǒng)可實現(xiàn)情境式教學、互動式教學等多種教學方式，能夠激發(fā)學生的興趣，讓學生主動學習，教學效果顯著；③虛擬仿真系統(tǒng)能夠根據(jù)現(xiàn)場發(fā)展動態(tài)隨時更新，最大限度地降低了購置鐵路信號實訓設備、設施的投入資金。同時，教學內容也可以不斷更新，使實踐訓練能夠及時跟上現(xiàn)場技術的發(fā)展，讓學生學習的內容與鐵路現(xiàn)場結合更為緊密；④虛擬仿真系統(tǒng)可以使學生沉浸在“真實的”虛擬環(huán)境中，與虛擬環(huán)境進行各種交互，讓學生針對某個知識點反復練習，從而可以深化概念，鞏固基礎知識，強化實踐技能。

四、 虛擬仿真系統(tǒng)設計

針對專業(yè)教學內容，本課題提出了鐵路信號計算機聯(lián)鎖虛擬仿真系統(tǒng)的設計方案。運用Unity3D技術，有效整合DS6-K5B計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的結構和工作原理，運用二維、三維結合的形式和較強的虛擬仿真技術進行互動仿真表達。該虛擬仿真系統(tǒng)為鐵道通信信號相關專業(yè)學生提供了直觀、逼真的鐵路信號現(xiàn)場工作場景和完整的虛擬操作過程，按照鐵路信號專業(yè)人才培養(yǎng)方案的要求，將學生所學專業(yè)知識與實際操作相結合，運用學習的專業(yè)基礎知識指導實踐。該系統(tǒng)為專業(yè)教學提供了較好的虛擬互動平臺，增強了學生的學習興趣，提高了學生的實際動手能力，降低了專業(yè)教學成本。虛擬仿真系統(tǒng)的總體功能如上圖所示。

計算機聯(lián)鎖虛擬仿真系統(tǒng)主要包括設備認知、虛擬操作、故障檢修以及人機交互四個功能。設備認知部分主要包括DS6-K5B型計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的相關基礎知識，屬于學習者應知應會的內容，主要包括控制臺、控顯機、監(jiān)測機、聯(lián)鎖機、電子終端、繼電器接口電路和電源等設備的認知。通過控制鼠標鍵盤，可從不同角度觀看設備模型，展示其組成部件之間的連接關系，并介紹其相應的作用和工作原理，能夠讓學習者對設備有整體的認知與了解。虛擬操作部分主要包括對主要計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的拆解、組裝以及特性測試等操作，通過對鼠標鍵盤的控制，按照設備拆裝維護的步驟對設備及其部件進行操作，既能讓學習者掌握并深入理解設備的原理及組成，還能提高其實際動手操作能力。故障檢修部分主要包括計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的日常檢修、聯(lián)鎖試驗和故障處理等內容，學習者可以根據(jù)已掌握的聯(lián)鎖知識，在虛擬仿真系統(tǒng)中進行聯(lián)鎖試驗，進一步鞏固聯(lián)鎖的概念。并且，虛擬仿真系統(tǒng)模擬現(xiàn)場一些常見故障，學習者可以完全按照現(xiàn)場的作業(yè)流程進行故障處理練習。同時，學習者還有機會在仿真的工作場景中，完成計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的日常檢修工作。虛擬培訓系統(tǒng)必須有完善的人機交互功能，通過設置鼠標、鍵盤的交互控制功能，實現(xiàn)系統(tǒng)場景的場景切換功能和漫游巡視功能，學習者可以在學習過程中身臨其境地觀察設備的工作狀態(tài)及虛擬動作。

五、 結束語

在虛擬仿真技術基礎上設計的計算機聯(lián)鎖虛擬仿真系統(tǒng)能夠系統(tǒng)、完整、真實地模擬現(xiàn)場實際設備，大大降低了教學成本，改善了教學效果。在未來的專業(yè)教學中，根據(jù)現(xiàn)實條件將虛擬教學與傳統(tǒng)教學有機地融合在一起，可使虛擬教學不斷克服專業(yè)教學中的難題，最大限度地利用教學資源，達到與傳統(tǒng)教學的良好兼容。

參考文獻：

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