新技术革命下的场景式电力职业培训模式探讨

邝东海 贾天昊 邱冠武 刘洋

[摘要]  电力设备的危险性和高昂的成本对操作人员的技能素质和理论知识积累提出了很大的考验，加上新一代电力行业从业人员的加入，传统的“面授加实物及手把手师傅带徒弟传帮带式”的职业培训方法很难适应新技术条件下的职业培训需求，需要研究融合新兴技术与新一代产业人员特点的更为有效的培训方法。在分析了传统培训方法不足与新一代电力从业人员特点的基础上，以基于成果的新兴教学理念为基础，结合新兴计算机虚拟现实技术和3D打印技术，提出了一种三维场景式电力培训模式，并分析其技术特点与应用的可行性。这种新型三维场景式电力培训模式，充分利用现代新兴技术，突破了传统电力培训方法的时间和空间限制，降低了培训成本，提高了人身安全，可以成为今后电力行业职业培训的发展方向之一。

[关键词]  三维场景式电力培训模式;虚拟现实技术;3D打印技术

[中图分类号]  G726                 [文献标志码]  A              [文章编号]  2096-0603（2021）37-0232-02

在傳统电力培训中，电力设备若不做好防护是十分危险的。高压输电的电压高达几万伏甚至几十万伏——人体即使不直接接触相应的设施设备，也可能造成触电的危险。电力设备较为昂贵，一旦发生事故将会造成严重的经济损失。在内容上，传统方式以单向知识为主，其中包括文字、图片、视频和教具演示等。这导致其在形式上以教师为输出中心、学生作为知识的接受体。虽然有实际生产环境中的教学和实习，但是面向新手的内容往往以认知和体验为主。处于实际工作中的设备往往由于其具有一定的封闭性或危险性，不允许新手进入或操作。培训中的易损耗教具也是培训成本昂贵的原因之一。在内容和形式上对电力培训进行创新是有必要性和急迫性的。

本文探讨虚拟现实技术和3D打印技术在电力培训上的应用，提出三维场景式电力培训模式。分析电力培训中的常见问题和需求，讨论将虚拟现实技术和3D打印技术应用于电力培训的可行性。

一、传统培训模式分析及新一代从业人员特点

（一）传统培训模式无法适应新技术条件下电力职业培训需求

传统培训模式以书本、图片和视频等二维媒介为知识载体。二维的信息媒介往往是将知识以单向输出的方式，通过教师传递给学员。在面对学习能力不一的多名学员时，单个教师只能以统一的教学进度进行讲解;学员只能通过对书本上抽象的知识进行记忆和自我理解来完成学习任务。这会令不同学员的最终学习效果形成巨大差异。

常见的电力培训以实地实习和实物操作等方式来完成知识的具象化和实践化。在实际生产环境中，一些危险或造价昂贵的设施往往不允许处于学习期的学员进入，这些设施可能存在巨大的财产损失风险或人身安全风险。另外，用于实际操作的易损耗教具往往成本较高，这亦是培训成本的重要占比。

（二）新一代电力从业人员呼唤新的职业培训方法

《国家教育事业“十三五”规划》中明确指出：提升教育质量，需要在教育的信息化上有所突破，需要积极促进信息技术与教学的深度融合，并鼓励教学人员通过将信息技术融入课堂来提升教学水平、创新教学模式，利用翻转课堂、混合式教学等多种方式用好优质数字资源;引导学校与教师依托网络学习平台来记录每个学生的学习过程，以此进行教学综合分析，从而促进教学管理方式的创新;鼓励学校利用虚拟现实技术等高新技术来探索教育教学的新模式[1]。

本文将虚拟现实技术和3D打印技术相结合，提出一种三维场景式工程培训模式，研究和开发出一种三维场景式工程培训软件系统，并通过电力系统员工职业培训进行应用验证。该系统将以虚拟现实技术为核心、以3D打印技术为补充，为学员提供一种自主学习、个性化学习的平台。

二、三维场景式电力培训模式

三维场景式电力培训模式是一个以三维虚拟场景和3D打印模型为三维教学手段、以生产场景为仿真训练单位的电力培训模式。该模式运用计算机中的三维虚拟场景来缓解传统电力培训模式中二维媒介的抽象，克服实际场景的危险和空间限制等缺点。

三维场景式电力培训模式主要分为“虚拟”和“实体”两部分：虚拟部分指在虚拟的场景中学习理论并构建知识体系;实体部分指的是用于操作培训的3D打印模型。“三维”即虚拟场景中的可交互模型和3D打印教学模型;“场景式”指该培训模式以虚拟的工作场景和场景式教学沙盘相结合的形式进行教学培训。

三、三维场景式电力培训模式特点与应用分析

（一）构建一种“互联网+”网络远程学习方式

结合互联网技术，三维场景式电力培训模式的软件系统可以依托网络形成教学和学习的个性化，并提升教学资源更新及学习效果反馈的及时性。

学员将虚拟环境的练习及考核的结果通过网络保存在相应的服务器中。本模式的软件系统可通过服务器的信息对学员知识掌握的情况进行分析，并给出建议。这些分析与建议再通过网络反馈给每位学员以及其授课老师。

（二）基于虚拟现实技术的沉浸式学习

将虚拟现实技术应用于电力培训，打破了传统培训方式的局限性，允许学员能在虚拟环境中进行自主的、不受生产环境约束的学习以及训练，缓解了教具不足和学时不足的限制，并将危害到人身安全和设备安全的风险降到最小[2-4]。国内外常将虚拟现实技术应用于航天航空、军事、建筑等领域的培训[5-7]。近年来，核电厂和火电厂配备仿真培训系统的必要性已经被国内外所公认[8][9]。

（三）基于3D打印模型的主动实操练习

当前，3D打印技术主要在医疗培训领域中有所应用[10][11]。在三维场景式电力培训模式中，3D打印模型主要承担着代替易损耗教具和制造场景式教学沙盘的作用，其意义在于可作为虚拟现实教学客户端的现实感补充，可降低电力培训成本。三维场景式电力培训模式中的3D打印模型可以分为易消耗教具模型和模型沙盘两种主要形式：