新技術(shù)革命下的場景式電力職業(yè)培訓(xùn)模式探討

鄺東海 賈天昊 邱冠武 劉洋

[摘要]? 電力設(shè)備的危險性和高昂的成本對操作人員的技能素質(zhì)和理論知識積累提出了很大的考驗，加上新一代電力行業(yè)從業(yè)人員的加入，傳統(tǒng)的“面授加實物及手把手師傅帶徒弟傳幫帶式”的職業(yè)培訓(xùn)方法很難適應(yīng)新技術(shù)條件下的職業(yè)培訓(xùn)需求，需要研究融合新興技術(shù)與新一代產(chǎn)業(yè)人員特點的更為有效的培訓(xùn)方法。在分析了傳統(tǒng)培訓(xùn)方法不足與新一代電力從業(yè)人員特點的基礎(chǔ)上，以基于成果的新興教學(xué)理念為基礎(chǔ)，結(jié)合新興計算機(jī)虛擬現(xiàn)實技術(shù)和3D打印技術(shù)，提出了一種三維場景式電力培訓(xùn)模式，并分析其技術(shù)特點與應(yīng)用的可行性。這種新型三維場景式電力培訓(xùn)模式，充分利用現(xiàn)代新興技術(shù)，突破了傳統(tǒng)電力培訓(xùn)方法的時間和空間限制，降低了培訓(xùn)成本，提高了人身安全，可以成為今后電力行業(yè)職業(yè)培訓(xùn)的發(fā)展方向之一。

[關(guān)鍵詞]? 三維場景式電力培訓(xùn)模式;虛擬現(xiàn)實技術(shù);3D打印技術(shù)

[中圖分類號]? G726? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]? A? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2021）37-0232-02

在傳統(tǒng)電力培訓(xùn)中，電力設(shè)備若不做好防護(hù)是十分危險的。高壓輸電的電壓高達(dá)幾萬伏甚至幾十萬伏——人體即使不直接接觸相應(yīng)的設(shè)施設(shè)備，也可能造成觸電的危險。電力設(shè)備較為昂貴，一旦發(fā)生事故將會造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。在內(nèi)容上，傳統(tǒng)方式以單向知識為主，其中包括文字、圖片、視頻和教具演示等。這導(dǎo)致其在形式上以教師為輸出中心、學(xué)生作為知識的接受體。雖然有實際生產(chǎn)環(huán)境中的教學(xué)和實習(xí)，但是面向新手的內(nèi)容往往以認(rèn)知和體驗為主。處于實際工作中的設(shè)備往往由于其具有一定的封閉性或危險性，不允許新手進(jìn)入或操作。培訓(xùn)中的易損耗教具也是培訓(xùn)成本昂貴的原因之一。在內(nèi)容和形式上對電力培訓(xùn)進(jìn)行創(chuàng)新是有必要性和急迫性的。

本文探討虛擬現(xiàn)實技術(shù)和3D打印技術(shù)在電力培訓(xùn)上的應(yīng)用，提出三維場景式電力培訓(xùn)模式。分析電力培訓(xùn)中的常見問題和需求，討論將虛擬現(xiàn)實技術(shù)和3D打印技術(shù)應(yīng)用于電力培訓(xùn)的可行性。

一、傳統(tǒng)培訓(xùn)模式分析及新一代從業(yè)人員特點

（一）傳統(tǒng)培訓(xùn)模式無法適應(yīng)新技術(shù)條件下電力職業(yè)培訓(xùn)需求

傳統(tǒng)培訓(xùn)模式以書本、圖片和視頻等二維媒介為知識載體。二維的信息媒介往往是將知識以單向輸出的方式，通過教師傳遞給學(xué)員。在面對學(xué)習(xí)能力不一的多名學(xué)員時，單個教師只能以統(tǒng)一的教學(xué)進(jìn)度進(jìn)行講解;學(xué)員只能通過對書本上抽象的知識進(jìn)行記憶和自我理解來完成學(xué)習(xí)任務(wù)。這會令不同學(xué)員的最終學(xué)習(xí)效果形成巨大差異。

常見的電力培訓(xùn)以實地實習(xí)和實物操作等方式來完成知識的具象化和實踐化。在實際生產(chǎn)環(huán)境中，一些危險或造價昂貴的設(shè)施往往不允許處于學(xué)習(xí)期的學(xué)員進(jìn)入，這些設(shè)施可能存在巨大的財產(chǎn)損失風(fēng)險或人身安全風(fēng)險。另外，用于實際操作的易損耗教具往往成本較高，這亦是培訓(xùn)成本的重要占比。

（二）新一代電力從業(yè)人員呼喚新的職業(yè)培訓(xùn)方法

《國家教育事業(yè)“十三五”規(guī)劃》中明確指出：提升教育質(zhì)量，需要在教育的信息化上有所突破，需要積極促進(jìn)信息技術(shù)與教學(xué)的深度融合，并鼓勵教學(xué)人員通過將信息技術(shù)融入課堂來提升教學(xué)水平、創(chuàng)新教學(xué)模式，利用翻轉(zhuǎn)課堂、混合式教學(xué)等多種方式用好優(yōu)質(zhì)數(shù)字資源;引導(dǎo)學(xué)校與教師依托網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺來記錄每個學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，以此進(jìn)行教學(xué)綜合分析，從而促進(jìn)教學(xué)管理方式的創(chuàng)新;鼓勵學(xué)校利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)等高新技術(shù)來探索教育教學(xué)的新模式[1]。

本文將虛擬現(xiàn)實技術(shù)和3D打印技術(shù)相結(jié)合，提出一種三維場景式工程培訓(xùn)模式，研究和開發(fā)出一種三維場景式工程培訓(xùn)軟件系統(tǒng)，并通過電力系統(tǒng)員工職業(yè)培訓(xùn)進(jìn)行應(yīng)用驗證。該系統(tǒng)將以虛擬現(xiàn)實技術(shù)為核心、以3D打印技術(shù)為補(bǔ)充，為學(xué)員提供一種自主學(xué)習(xí)、個性化學(xué)習(xí)的平臺。

二、三維場景式電力培訓(xùn)模式

三維場景式電力培訓(xùn)模式是一個以三維虛擬場景和3D打印模型為三維教學(xué)手段、以生產(chǎn)場景為仿真訓(xùn)練單位的電力培訓(xùn)模式。該模式運用計算機(jī)中的三維虛擬場景來緩解傳統(tǒng)電力培訓(xùn)模式中二維媒介的抽象，克服實際場景的危險和空間限制等缺點。

三維場景式電力培訓(xùn)模式主要分為“虛擬”和“實體”兩部分：虛擬部分指在虛擬的場景中學(xué)習(xí)理論并構(gòu)建知識體系;實體部分指的是用于操作培訓(xùn)的3D打印模型。“三維”即虛擬場景中的可交互模型和3D打印教學(xué)模型;“場景式”指該培訓(xùn)模式以虛擬的工作場景和場景式教學(xué)沙盤相結(jié)合的形式進(jìn)行教學(xué)培訓(xùn)。

三、三維場景式電力培訓(xùn)模式特點與應(yīng)用分析

（一）構(gòu)建一種“互聯(lián)網(wǎng)+”網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)方式

結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，三維場景式電力培訓(xùn)模式的軟件系統(tǒng)可以依托網(wǎng)絡(luò)形成教學(xué)和學(xué)習(xí)的個性化，并提升教學(xué)資源更新及學(xué)習(xí)效果反饋的及時性。

學(xué)員將虛擬環(huán)境的練習(xí)及考核的結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)保存在相應(yīng)的服務(wù)器中。本模式的軟件系統(tǒng)可通過服務(wù)器的信息對學(xué)員知識掌握的情況進(jìn)行分析，并給出建議。這些分析與建議再通過網(wǎng)絡(luò)反饋給每位學(xué)員以及其授課老師。

（二）基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的沉浸式學(xué)習(xí)

將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于電力培訓(xùn)，打破了傳統(tǒng)培訓(xùn)方式的局限性，允許學(xué)員能在虛擬環(huán)境中進(jìn)行自主的、不受生產(chǎn)環(huán)境約束的學(xué)習(xí)以及訓(xùn)練，緩解了教具不足和學(xué)時不足的限制，并將危害到人身安全和設(shè)備安全的風(fēng)險降到最小[2-4]。國內(nèi)外常將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于航天航空、軍事、建筑等領(lǐng)域的培訓(xùn)[5-7]。近年來，核電廠和火電廠配備仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的必要性已經(jīng)被國內(nèi)外所公認(rèn)[8][9]。

（三）基于3D打印模型的主動實操練習(xí)

當(dāng)前，3D打印技術(shù)主要在醫(yī)療培訓(xùn)領(lǐng)域中有所應(yīng)用[10][11]。在三維場景式電力培訓(xùn)模式中，3D打印模型主要承擔(dān)著代替易損耗教具和制造場景式教學(xué)沙盤的作用，其意義在于可作為虛擬現(xiàn)實教學(xué)客戶端的現(xiàn)實感補(bǔ)充，可降低電力培訓(xùn)成本。三維場景式電力培訓(xùn)模式中的3D打印模型可以分為易消耗教具模型和模型沙盤兩種主要形式：