智能运维模式下VR技术引领信号实训室建设

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  摘 要:实训室建设以及实训项目开发是职业教育教学工作中重要环节,是提升学生综合素质及实践技能水平的人才基地。在大数据、物联网和云计算技术日渐成熟的今天,智慧交通已经成为轨道交通发展方向。本文结合重庆公共运输职业学院实际,以铁道信号自动控制专业实训室建设为例,探讨如何在智能运维式下利用传统实训室建设与VR/AR等新技术的有效结合来提升铁道信号自动控制专业实训教学质量,培养对标行业标准的技能型人才。
  关键词:职业教育;VR;铁道信号;实训教学;智能运维
  一、 绪论
  轨道交通对于城市经济发展起着重要的带动作用,而城市发展对于轨道交通网络化、智能化发展又提出了越来越高的要求。2019年交通运输部推行第一批交通强国建设试点地区,轨道交通建设迎来了新一轮快速发展时期,对于已经基本实现智能化的轨道交通来说,智能运维是下一个阶段发展目标,智能运维是建立在信号基础设备上的,以状态修为最终发展方向,如何在技术快速发展的现在培养能充分满足智能运维需求的技能型人才,对各高等职业院校提出了更高的要求。
  二、 铁道信号自动控制检修实训中心建设背景
  铁道信号专业是轨道交通智能化、智慧化运行的核心,是服务于国家建设交通强国战略的重点专业,我国发展交通强国的总目标是建设“安全、便捷、高效、绿色、经济”的现代化综合交通运输体系。2020年国家提出“推动都市圈市域(郊)铁路加快发展意见”,提出大力发展市郊铁路,对优化城市功能布局、促进大中小城市和小城镇协调发展、扩大有效投资等具有一举多得之效,有利于发挥中心城市辐射带动作用,有利于扩大公共交通服务供给、有效缓解城市交通拥堵、推进新型城镇化发展。长远来看,轨道交通会带来中国城市化的转变,帮助大城市进行人口、功能的疏散。很明显,地鐵已经不堪重负,而使命,正悄然落在市郊铁路的头上。职业教育背负着培养多样化人才、传承技术技能、促进就业创业的重要职责,但当前全国各高职院校铁道信号人才规模不足、结构不合理、无法紧跟智能化交通新技术发展的问题越发凸显。
  因此,培养高素质技能人才是实现交通强国的重中之重。在全国范围内,很多高职院校都开设了轨道交通相关专业,但普遍缺乏与现场技能相匹配的实训硬件设备,特别是随着大数据、云计算、物联网等新技术发展,轨道交通已经进入智能化交通向智慧交通发展阶段,各院校实训设备无法紧跟技术更新,与现场最新设备存在较大差距,同时由于轨道交通企业安全责任重大,学生不便在顶岗实习阶段独立上岗和熟悉设备。因此,大部分职业院校培养的铁道信号专业学生无法在入职后迅速胜任工作岗位。而建设高质量的铁道信号自动控制检修实训中心是解决轨道交通信号类人才培养问题的重要手段。
  我校从建校初期开始系统化构建轨道交通实训中心,建设过程中多次与成都铁路局重庆电务段、职培基地相关专家交流建设方案,于2017年建成行业领先的铁道信号自动控制检修实训中心。
  建设过程中“边建设、边研发、边改革、边实践”,基于仿真实训中心探索出覆盖各专业的“理实一体化”课程体系,推行了以“工作过程为导向”的项目式教学模式,构建了“校内实训+校外实习”的“双主体”实践教学机制,为了紧跟智能化交通发展方向,于2017年开始建设VR实训室,重点用于解决最新智能化设备不足问题。
  实训室应用实践6年以来,学院在人才培养、专业建设、教学改革、技能竞赛、对外培训、社会服务等方面都取得了显著成绩。
  三、 铁道信号自动控制检修实训中心情况介绍
  利用校企合作共同研发的机制和最优的性价比建成了处于行业领先、国内先进水平的智能化、多功能铁道信号自动控制检修实训中心,通过引入VR系统,基本实现了铁路现场信号设备型号全覆盖,并应用于铁道类专业群、科研和社会服务能力的提升,在铁道类专业群提升教学质量活动中取得显著效果和社会效益,被重庆市教委、市人社局及交通运输部铁道信号专业教学指导委员会作为重庆及西南地区信号类专业职业技能竞赛定点基地,已成为重庆市系统培养轨道交通信号类专业人才的教育培训基地,为重庆市及西南地区轨道交通产业发展提供了有力的人才支撑,得到了各级领导的肯定。

(一)校企共建,充分运用智能化技术,建成了西南地区领先铁道信号自动控制检修实训中心


  1、在智能制造,工业4.0,新基建的背景下,传统实训模式已经无法满足产业升级对新型复合技术技能人才的培养,因此学院研究建设了VR/AR实训基地,利用该实训室解决现有实训存在的各类问题,例如通过VR实训项目开发,解决职业教育实训教学中的三高三难问题,完善更新铁路信号现场常用最新设备,能真实模拟现场信号设备、车站、编组站及现场线路,进行不同型号信号设备认知实训及各型号信号基础设备拆装实训。
  2、2017年研究建设了铁道综合实训场,按照现场标准1:1建设,设备型号与建设与现场完全一致,能满足现场信号工作业标准,实现实训项目对标信号工考核,达到培养学生技能直接对标企业岗位需求目的,并开展订单班“中级信号工”考核。
  3、研究建设铁道信号检修实训室,对标信号工考核各项基础技能操作,通过该实训室培养学生基本动手能力与开路故障排查能力,以此实训室培养出了一批技能卓越同学,在全国/市职业技能比赛中获国家“一等奖”1次、“三等奖”2次,重庆市“一等奖”3次、 “二等奖”4次、“三等奖”1次等优异成绩。
  (二)依托实训中心建设,全面提升信号专业群教学、科研和社会服务能力
  1、服务国家“一带一路”战略,利用学院铁道信号自动控制实训室,服务于学院“中泰高职教育合作项目”“缅甸仰光省公共交通高级管理研修班项目”,为学院泰缅留学生授课,提升泰缅留学生技能操作水平,服务于学院开设的“泰国铁道交通技术专业师资研修班”,作为“一带一路”战略师资培训基地,对各国上百名师生提供了信号专业培训;   2、利用现有实训设备承接了重庆市各类信号专业职业技能竞赛,服务于智慧交通学院卓越班人才培养,承接了由重庆市人社局主办的重庆市城轨专业技术人才高级研修班等培训,培训相关单位技术人员,为广西南宁四职校等同类院校培训教师,并承接重邮移通学院(本科)、山东青岛技师学院等院校学生培训。重庆交大、重庆工业职院、湖南铁道职院、广西柳州铁道职院、贵阳职院、泰国孔敬职院等76所国内外院校来访考察交流,2013年以来持续开展重庆市中小学生和市民城市轨道交通科普体验活动,接待6000余人次;
  3、通过实训基地研建,孵化技术成果,全面提升了专业群教学、科研能力,2020年成功建设铁道信号自动控制重庆市级资源库验收,联合参建“铁道信号自动控制”国家级专业资源库建设,并于2018年进入教育部职业教育专业教学资源库备选库,于2019年成为教育部第二批立项建设国家级专业资源库,让我校铁道信号自动控制专业实训室能更好服务于全国信号类专业,与全国优秀院校实现实训资源共享。
  四、 VR技术引入解决主要问题及途径
  1、解决了现代轨道交通科技含量高,安全责任大,企业生产现场不宜大量接收学生实习实训的难题,将企业文化融入人才培养过程:
  通过校企共建专业实训室,角色扮演、情景演练等手段开展“理实一体化”教学,让学生在校内实训就能达到企业现场实习实训标准,真正实现了学生“学中做、做中学”。铁道信号自动控制专业依托该VR实训项目开发,进行了以岗位能力为核心、工学结合的人才培养模式改革,构建了对接岗位职业标准、工作过程的课程体系,实训项目建设过程中将成都铁路局现场岗位职责、标识、标语、安全提示等引入环境布置,将企业管理制度和工艺流程融入教学实训过程,把企业文化融入对学生的综合培养。
  2、解决了专业实训教学中三高三难的问题:
  企业现场新设备更新换代较快,费用较高,通过VR/AR技术,解决部分实训设备成本高昂,材料损耗大,院校实训设备更新换代速度慢,跟不上企业生产技术发展的问题。
  3、解决了理论教学和现场岗位技能相脱节的问题:
  邀请成都铁路局重庆电务段、职培基地相关专家,进行专业人才培养方案修订、实训项目共建,其教学环境按现场工作场景设计,实训设备按信号工岗位技术标准设计,将企业文化融入教学过程中,实现了生产岗位与教学内容的紧密对接,服务于“成铁订单班”,满足企业现场人员技能培训要求。
  4、解决了教师科研和社会服务必需的校内基地问题:
  信号类专业教师利用校企共建铁道信号类专业实训室,积极进行教学改革和科研创新,成功申报了多项院级教改、科研项目,培养了一批优秀的教练型双师队伍。
  5、解决了学生岗位实践能力不足的问题:
  铁道信号自动控制实训室面向信号类专业群全体学生与“卓越班”学生开展“高铁信号控制系统安装调试与维护职业技能竞赛”“重庆职业技能大赛轨道信号工项目学生组”“第十二届全国交通运输行业城市轨道交通信号工职业技能大赛重庆市选拔赛”等多项职业技能竞赛,取得国家“一等奖”1次、“三等奖”2次,重庆市“一等奖”3次、“二等奖”4次、“三等奖”1次等优异成绩。
  6、解决了重庆市轨道类专业职教师资及专业技术人员培训现场教学问题:
  VR实训项目开发对标企业员工培训标准,建设完成后满足成都铁路局、重庆轨道集团、重庆铁路集团等单位员工提职培训要求,达到实训室共建,实训项目共用的目的。
  7、填补了重庆市缺乏中小学生和市民进行城市轨道交通科普宣传教育基地的空白。
  五、 铁道信号自动控制检修实训中心创新特色
  (一)创新特色
  1、实训技术手段设施的创新
  应用先进的智能仿真技术与实际功能设备的有机集成,用校企合作共同研发的机制开发创建了具有国内同类院校先进水平的功能配套的信號类综合性实训系统。
  其中与江西科俊实业有限公司合作,引入Zspace一体机,建设VR/AR实训室,解决实训教学三高三难的问题,提升职业教育质量,通过人工智能技术与虚拟现实仿真技术进行深度结合,构建智能化的虚拟仿真场景,强化实训过程中学生训练的自主性、个性化、高效化,增强专业岗位技能与就业能力;建设铁道综合实训场、铁道信号检修实训室等现场综合实训室,对标行业标准,开发出符合相关实训项目20余项,实训项目突破了按某一学科专业课程建教学实训室的传统思维,采用活页式实训教材设计,充分拓展实训室功能,可适用于不同专业、不同岗位;通过整体构思与设计,实现了实训室之间相互联动功能,真实还原了轨道交通岗位群联动特点,并能进行多岗联合演练和应急处理。
  2、综合实训基地运行管理机制的创新
  实训基地实行“专任教师+学生助理”的“开放式”管理模式:
  ① 基地各实训室由专任教师兼职管理,促进教师在管理过程中提高实践能力,并将教学改革、设备管理、科研技革紧密结合在一起;
  • 选拔卓越技能人才培养,让学生参与到实训室设备维护、实训项目开发、技能培训等各项工作中,在保证管理质量的同时,锻炼了学生专业技能、安全意识、责任意识和服务意识等职业综合素养;

  ③实训基地实行“开放式”管理模式,全校相关专业学生及教师可利用课余时间预约前往基地实训、教学准备和科研。
  (二)推广应用效果
  本成果经过6年的实践,培养了信号、车辆、运营、机电等8个轨道交通类专业6000余名学生,完成了20余个实训项目、10000余人次的实训教学,取得了显著的效果,具有广阔的推广应用前景。具体应用效果如下:

1、 人才培养质量显著提高

  学生通过参加实训和技能竞赛,综合素质和职业技能不断提高。近年来学生多次参加轨道交通类职业技能竞赛,分别代表学院获全国性奖项3次、获市级奖项8次。铁道信号专业就业率达99%以上,对口就业率在80%以上,已毕业学生的满意度为97%,用人单位对学生的满意度达90%以上。

2、 专业建设取得长足进步


  依托该成果,铁道信号自动控制专业被重庆市教委遴选批准为市级骨干专业建设项目;铁道信号自动控制专业成功获批重庆高职院校市级专业教学资源库建设项目,联合参建“铁道信号自动控制”国家级资源库,于2019年通过教育部验收。

3、 师资队伍水平显著提高


  通过参加实训中心研建与实践教学,教师教科研实践能力得到了明显提升,截至2020年,信号教师团队中取得铁路局认可“信号工”证占比达到83.3%以上,双师型教师占比90%以上。

4、 促进国际交流与合作


  实训中心服务国家“一带一路”战略,2014年10名毕业生到沙特麦加轻轨就业;2017年1月7日,泰国26所高职院校校长到院轨道交通实训中心参观交流,并与我院签订了战略合作协议,在轨道交通专业建设、留学生互派等多方面开展紧密合作;2017年1月10日,缅甸仰光省交通委员会主席一行来访我院洽谈合作,希望借鉴该成果经验与我院共建缅甸仰光省交通职业学院;2018年、2019年连续两年开设“泰国铁道交通专业留学生示范班”。

5、 承担卓越班、订单班人才培养


  实训中心服务于智慧交通学院2017级、2018级、2019级卓越班人才培养,提升卓越班人才技能操作能力,服务于2016级、2017级“成铁订单班”人才培养,培养完毕后学生顺利通过成都铁路局中级信号工考核。
  六、 结语
  实训教学是高等职业教育的重要环节,随着智能交通各项技术在轨道交通领域不断加深,传统实训教学模式在智慧交通建设目标下,弊端不断显现,需要引入各项新技术去解决实训效果各方面的难题,其中虚拟现实技术经过60多年的发展,已经进入稳定期,VR/AR技术在职业教育实训教学中的引入,是现阶段职业教育发展方向,全国各职业院校近几年实训室建设投入中,VR实训室占较大比重,引入新技术改变实训教学模式,提升实训教学质量已经成为接下来发展方向。
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  作者简介:胡靖(1990—  ),男,汉族,四川三台人,本科,助教,研究方向:铁道信号自动。
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