產(chǎn)教融合下高職院校虛擬仿真實訓(xùn)基地建設(shè)研究

余東先，趙建峰，王曉燕

河南職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450046

0 引言

新一代信息技術(shù)的發(fā)展，尤其是大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈、虛擬現(xiàn)實技術(shù)的突飛猛進(jìn)，為教育革新注入了新的活力，推動了教育信息化的飛速發(fā)展。虛擬仿真實訓(xùn)基地以其獨有的優(yōu)勢得到各大院校的青睞，在國家的大力倡導(dǎo)和各項政策的推動下，各大院校正在積極投入虛擬仿真實訓(xùn)基地的建設(shè)。早在2006年，教育部《關(guān)于全面提高高等職業(yè)教育教學(xué)質(zhì)量的若干意見》就指出：“要充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)，開發(fā)虛擬工廠、虛擬車間、虛擬工藝、虛擬實驗[1]。”在《教育信息化十年規(guī)劃（2011-2020年）》中也提出了建設(shè)仿真實訓(xùn)基地等信息化設(shè)施。從2013年起，教育部啟動了國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心的建設(shè)工作，陸續(xù)建立了300多個家國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心。2020年10月，教育部職成司印發(fā)了《關(guān)于開展職業(yè)教育示范性虛擬仿真實訓(xùn)基地建設(shè)的通知》。2021年8月，教育部職成司又印發(fā)了《關(guān)于公布職業(yè)教育示范性虛擬仿真實訓(xùn)基地培育項目名單的通知》，確定了215個職業(yè)教育示范性虛擬仿真實訓(xùn)基地培育項目。為了最大限度地實現(xiàn)虛擬仿真教學(xué)資源的共享，2018年教育部上線了“實驗空間”，即國家虛擬仿真實驗教學(xué)課程共享平臺，目前該平臺擁有3250門虛擬仿真實驗課程，涵蓋電氣類、土木建筑等61個專業(yè)類別。為深入實施國家教育數(shù)字化戰(zhàn)略行動，國家高等教育智慧教育平臺在2022年6月推出了虛擬仿真實驗板塊，希望各高校充分利用好虛擬仿真實驗課程資源，為實踐教學(xué)做好服務(wù)。

虛擬仿真實訓(xùn)是教育信息化標(biāo)志性產(chǎn)物。它是實驗教學(xué)的重要組成部分，在職業(yè)教育實訓(xùn)中，有效地解決了“看不到、進(jìn)不去、成本高、危險性大、周期長”等棘手問題。尤其在疫情期間，虛擬仿真實訓(xùn)在“停課不停學(xué)”的道路上發(fā)揮著無與倫比的作用。全國職業(yè)院校都在積極推進(jìn)虛擬仿真實訓(xùn)基地的建設(shè)，但在建設(shè)和運(yùn)行的過程中，各種問題也開始露頭，阻礙了虛擬仿真實訓(xùn)基地的健康發(fā)展，如泛化建設(shè)，重復(fù)建設(shè)，利用率低，虛實脫離等。虛擬仿真實訓(xùn)基地，作為一種新生的事物，如何建好，如何用好，是一個值得深入研究和探討的話題。

1 虛擬仿真實訓(xùn)的特點和優(yōu)勢

虛擬仿真實訓(xùn)是以“假”模擬“真”，為學(xué)生提供仿真的實驗或?qū)嵺`環(huán)境，使學(xué)生模擬工作崗位角色，在生產(chǎn)組織、工藝流程、現(xiàn)場技術(shù)等方面得到訓(xùn)練，從而達(dá)到走上工作崗位接近“零適應(yīng)期”的目標(biāo)。虛擬仿真實訓(xùn)具有多感知性、沉浸性、互動性和構(gòu)想性，顛覆了傳統(tǒng)的教學(xué)手段，可以有效解決傳統(tǒng)實訓(xùn)基地的“三高三難”的痛點，如高投入、高損耗、高風(fēng)險和難實施、難觀摩、難再現(xiàn)等難點，克服了是實驗教學(xué)項目“不能做”、“不敢做”、“不好做”的問題。虛擬仿真實訓(xùn)可以脫離時空限制，擴(kuò)大實驗教學(xué)的廣度和深度。虛擬仿真實訓(xùn)基地具有占地小、投資少、見效快、環(huán)境好、維護(hù)省，更新易等諸多優(yōu)點，深受學(xué)校和師生的喜愛，這也是職業(yè)院校競相創(chuàng)建虛擬仿真實訓(xùn)基地的主要原因。

目前虛擬仿真實訓(xùn)項目根據(jù)難度可分為以下三個層次。①展示型，便于學(xué)生理解老師課堂上講述的理論知識，比如汽車的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。②實訓(xùn)型，該類項目包含若干實驗步驟，實驗者通過動手操作，得出不同的實驗結(jié)果，主要用于學(xué)生熟悉和掌握工作流程和操作規(guī)范；比如化工制作。③創(chuàng)新型，此類項目提供了若干個實驗?zāi)K，學(xué)生根據(jù)自己的想法可以自由組合，從實驗中得出新結(jié)論，比如新工藝的探究。

建設(shè)虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)項目的途徑主要有以下三種。①學(xué)校教師自主設(shè)計和開發(fā)；②學(xué)校教師提出功能需求，編寫實驗內(nèi)容，最終由企業(yè)進(jìn)行技術(shù)實現(xiàn)；③學(xué)校直接購買企業(yè)已經(jīng)開發(fā)好的實驗產(chǎn)品。這三種建設(shè)途徑各有特色，在虛擬仿真實訓(xùn)基地的建設(shè)中發(fā)揮著各自的優(yōu)勢[2]。

當(dāng)真實的實驗條件不具備或?qū)嶋H運(yùn)行有困難，比如高?；蛘邩O端環(huán)境，抑或成本高、消耗大、周期長、操作不可逆的實驗項目就需要依靠虛擬仿真實訓(xùn)來實現(xiàn)。虛擬仿真要想更好地發(fā)揮作用，在設(shè)計時需要體現(xiàn)客觀結(jié)構(gòu)、功能及其運(yùn)動規(guī)律，還原真實實驗的教學(xué)要求、實驗原理、操作環(huán)境及互動感受。一個良好的虛擬仿真實驗項目，需要具備以下四個特征。①網(wǎng)絡(luò)化：用戶通過網(wǎng)絡(luò)隨時隨地可以進(jìn)行實驗；②規(guī)?；和ㄓ眯砸銐驈?qiáng)，才能發(fā)揮優(yōu)勢虛擬仿真實驗的效能，解決核心課程的典型問題；③交互性，學(xué)生可以獲得良好的體驗感，便于自主學(xué)習(xí)；④易用性：界面設(shè)計合理，有適當(dāng)?shù)奶崾?，學(xué)生易于操作。

2 虛擬仿真實訓(xùn)基地建設(shè)現(xiàn)狀

在國家和各省市相關(guān)政策的推動下，在教育信息化、三教改革的背景下，各高校都在積極地建設(shè)虛擬仿真實訓(xùn)基地，開發(fā)虛擬仿真軟件、管理平臺等資源，開展教、學(xué)、訓(xùn)的融合應(yīng)用，提升職業(yè)教育實踐環(huán)節(jié)的實訓(xùn)效果，體現(xiàn)了“以能力為本”的職業(yè)教育思想，有效解決了實訓(xùn)教學(xué)中難題，在培養(yǎng)高素質(zhì)、強(qiáng)技能、復(fù)合型人才方面做出了重大貢獻(xiàn)，成為目前教學(xué)改革的重要抓手。然而，虛擬仿真實訓(xùn)基地在建設(shè)、運(yùn)營和管理方面也出現(xiàn)了很多不可回避的問題，影響了虛擬仿真實訓(xùn)基地優(yōu)勢的發(fā)揮，制約了基地的健康發(fā)展。

2.1 虛擬仿真實訓(xùn)泛化現(xiàn)象嚴(yán)重

虛擬仿真實訓(xùn)的優(yōu)勢顯而易見，的確有其存在的必要，但某些高校過度挖掘它的優(yōu)勢，曲解教育信息化，過度濫用虛擬仿真實訓(xùn)，認(rèn)為任何專業(yè)、任何知識點都可以應(yīng)用虛擬仿真，似乎虛擬仿真實訓(xùn)像萬金油一樣無所不能。甚至有的學(xué)校認(rèn)為虛擬仿真實訓(xùn)可以取代實際操作實訓(xùn)，嚴(yán)重隔離虛實結(jié)合，大有避實就虛的傾向，認(rèn)為教師不用虛擬仿真實訓(xùn)的手段就落伍了。

2.2 資源共享缺乏頂層設(shè)計

虛擬仿真實訓(xùn)顛覆了傳統(tǒng)的教學(xué)手段，立足于技術(shù)實踐，彌補(bǔ)了資源不足，有效解決了傳統(tǒng)實訓(xùn)中的“三高三難”問題。虛擬仿真實訓(xùn)激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的好奇心，增強(qiáng)了參與度，提高了創(chuàng)造力，深受教師和學(xué)生的喜愛。各高校積極實踐，加大力度創(chuàng)建虛擬仿真實訓(xùn)基地，但由于缺乏頂層設(shè)計和統(tǒng)籌管理，各院校、各專業(yè)只能獨自為戰(zhàn)。一方面，虛擬實驗共享的激勵機(jī)制不健全；另一方面，相似層次的高校采納其他學(xué)校項目的意愿和動力不足，再加上各高校在建設(shè)虛擬仿真實訓(xùn)基地時缺乏全方位的調(diào)研，導(dǎo)致出現(xiàn)重復(fù)建設(shè)、缺乏特色、利用率低等問題。目前各高校的虛擬仿真實訓(xùn)基地網(wǎng)絡(luò)化和智能化不足，各高校建設(shè)虛擬仿真實訓(xùn)基地時，接口預(yù)留考慮不周全，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，不能有效地開放共享，更不能做到優(yōu)勢互補(bǔ)[3]。

2.3 高質(zhì)量的虛擬仿真實訓(xùn)資源匱乏

目前各高校開發(fā)設(shè)計的虛擬仿真實訓(xùn)項目已經(jīng)形成了一定的規(guī)模，但是部分院校沒有結(jié)合本校的人才培養(yǎng)需求和當(dāng)?shù)氐膮^(qū)域經(jīng)濟(jì)以及行業(yè)發(fā)展的需要，創(chuàng)建的虛擬仿真實訓(xùn)基地，僅僅起到體驗、宣傳、科普的目的，不能真正地為實訓(xùn)服務(wù)。即便用于實踐教學(xué)，大多以鼠標(biāo)和鍵盤作為交互方式，交互方式單一，沉浸感不強(qiáng)，宏觀流程可以保證，但具體專業(yè)的，細(xì)節(jié)部分還有待進(jìn)一步挖掘。其中用于創(chuàng)新設(shè)計，靈活性和自主性強(qiáng)的虛擬仿真實訓(xùn)項目尤其匱乏。

2.4 管理混亂，師資薄弱

科學(xué)的管理方法和規(guī)范的運(yùn)行規(guī)則是虛擬仿真實訓(xùn)基地高效運(yùn)行的重要保障，虛擬仿真實訓(xùn)基地的建設(shè)、使用、維護(hù)、評價和二次開發(fā)均需要專業(yè)人員來負(fù)責(zé)。目前大部分院校虛擬仿真實訓(xùn)基地的管理由普通的機(jī)房管理人員負(fù)責(zé)，他們?nèi)狈I(yè)知識和專業(yè)培訓(xùn)，無法保障基地的日常維護(hù)和可持續(xù)發(fā)展。例如虛擬仿真實驗專用的硬件維護(hù)、虛擬仿真實訓(xùn)平臺或系統(tǒng)的信息安全防護(hù)以及常態(tài)化內(nèi)容清查，這些工作均需要專業(yè)人員來完成。然而，目前這些工作一般都是臨時調(diào)用專業(yè)教師無償完成或者企業(yè)人員有償實現(xiàn)，制約了基地的長遠(yuǎn)健康發(fā)展。

3 虛擬仿真實訓(xùn)基地建設(shè)的思考

3.1 全面考慮，科學(xué)規(guī)劃

實際操作訓(xùn)練是培養(yǎng)高技能綜合型人才的必經(jīng)之路和根本保證。盡管虛擬仿真竭力貼近真實情景，但是虛擬環(huán)境與真實環(huán)境之間的差異是永遠(yuǎn)無法消除的，而且很多突發(fā)事件并不是虛擬仿真實訓(xùn)都可以囊括其中的。所以說虛擬仿真實訓(xùn)并不是萬能的，哪些學(xué)科、哪些課程、哪些知識點、什么情境下更適合采用虛擬仿真實訓(xùn)是需要全面考慮、科學(xué)規(guī)劃的。同時還要考慮成本、利用率、后期維護(hù)更新等實際問題，不能為了追求虛擬仿真而虛擬仿真。如何做到虛實結(jié)合？究竟是先實后虛還是先虛后實，各自權(quán)重如何？這都需要站在人才培養(yǎng)質(zhì)量和效率的角度結(jié)合實際教學(xué)進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃[4]。

3.2 頂層設(shè)計，共建共享

建設(shè)虛擬仿真實訓(xùn)基地，搭建虛擬仿真實訓(xùn)平臺，開發(fā)虛擬仿真資源，最終目的是如何利用好虛擬仿真技術(shù)為教與學(xué)服務(wù)。如何最大限度地做到資源共享？成為各高職院校亟待解決的問題。對此，國家層面提供了強(qiáng)有力的支持。2018年教育部上線了“實驗空間”，即國家虛擬仿真實驗教學(xué)平臺，面向全國高校提供了虛擬仿真課程開放共享服務(wù)。2022年3月上線的國家高等教育智慧教育平臺，將于6月推出虛擬仿真實驗板塊，通過明確的標(biāo)準(zhǔn)吸納聚集一批高質(zhì)量的虛擬仿真實訓(xùn)課程，將在全國范圍免費開放這些資源，供教學(xué)實驗使用[5]。

各高職院校相同專業(yè)在建立虛擬仿真實訓(xùn)基地，開發(fā)虛擬仿真實訓(xùn)課程時，需要充分調(diào)研，在國家范圍或省市領(lǐng)域內(nèi)，了解各個院校的實際需求，統(tǒng)籌各方資源，求同存異，最大程度內(nèi)形成共享、共建、共用機(jī)制。一方面在創(chuàng)建虛擬仿真實訓(xùn)課程之初，要留足接口、遵守行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、便于共享，還要確保對大規(guī)模并發(fā)數(shù)的網(wǎng)絡(luò)實驗請求做到及時響應(yīng)，以及是否具有學(xué)生學(xué)習(xí)記錄功能、易于學(xué)分轉(zhuǎn)換等。另一方面還需要盡快建立利益分配機(jī)制和版權(quán)保護(hù)機(jī)制，保護(hù)資源創(chuàng)建者的既得利益和各高校的開放共享的積極性。

3.3 產(chǎn)教融合，推出精品

如何縮短虛擬仿真實訓(xùn)與實際現(xiàn)場實訓(xùn)的差距，提高實訓(xùn)的效果，成為高校師生最大的需求。實踐證明，產(chǎn)教融合是提高虛擬仿真實訓(xùn)產(chǎn)品的一條有效途徑。虛擬仿真實訓(xùn)是產(chǎn)教融合強(qiáng)有力的載體，尤其是目前倡導(dǎo)的“三教改革”和“崗課賽證”，為產(chǎn)教融合指明了方向，真正讓產(chǎn)教融合落地。職業(yè)教育需要緊密對接崗位和產(chǎn)業(yè)需求，匯聚專業(yè)群和產(chǎn)業(yè)鏈，課程內(nèi)容要對接職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，教學(xué)過程要對接生產(chǎn)過程，虛擬仿真實訓(xùn)需要模擬真實工作場景，生產(chǎn)流程，必須依靠企業(yè)專業(yè)人員的經(jīng)驗積累和技術(shù)專家的通力合作，才能更貼近復(fù)雜的工作情景。同時，通過產(chǎn)教融合，教師的專業(yè)能力也會得到進(jìn)一步提升，對于教學(xué)質(zhì)量的改善和學(xué)生學(xué)習(xí)效果的提升具有重要的促進(jìn)作用。虛擬仿真實訓(xùn)在產(chǎn)教融合的背景下，將對接產(chǎn)業(yè)崗位群，解析典型的工作任務(wù)，歸納關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用能力，將企業(yè)一線的新技術(shù)、新工藝、新方法及時有效的融入專業(yè)實踐教學(xué)中，滿足理論與實踐的、知識與技能的高度統(tǒng)一。

從某種程度上，產(chǎn)教融合是虛擬仿真實訓(xùn)課程質(zhì)量提升的必由之路。一個優(yōu)秀的虛擬仿真實訓(xùn)項目需要整合企業(yè)行業(yè)高手、虛擬仿真技術(shù)專家和教學(xué)專家的力量，根據(jù)實驗需求，盡可能地還原工作流程，增強(qiáng)感知維度，為實驗教學(xué)提供最好的體驗。同時，虛擬仿真實驗的開發(fā)還要考慮到整體性，學(xué)生在進(jìn)行虛擬仿真實訓(xùn)時，反饋評價是否及時、合理，系統(tǒng)能否確定學(xué)生的薄弱環(huán)節(jié)，提供針對性的改進(jìn)方法，這些都將影響實踐教學(xué)的效果。

3.4 虛實結(jié)合，合理利用

虛擬仿真實訓(xùn)是借助三維模型、動畫、程序等數(shù)據(jù)來模擬真實場景，實現(xiàn)實踐技能培養(yǎng)的教學(xué)方式。根據(jù)信息加工理論，認(rèn)知過程是對信息的加工過程，學(xué)習(xí)者可以在類似真實的情境中學(xué)習(xí)、體驗并解決真實的問題。虛擬仿真實訓(xùn)基地自身的優(yōu)勢顯而易見，但絕對不能完全取代實際的操作訓(xùn)練。新職業(yè)主義認(rèn)為，行動體系課程特別關(guān)注在復(fù)雜的工作情境中做出判斷、采取行動并解決問題的能力培養(yǎng)。然而目前的虛擬現(xiàn)實技術(shù)并不能窮盡實際工作中的所有情景，許多經(jīng)驗和技巧需要類似學(xué)徒制的言傳身教和親身反復(fù)實踐來傳遞。只有在真實的職業(yè)情景中構(gòu)建知識，才易于提高學(xué)生最終的工作能力和工作習(xí)慣。

虛擬仿真實訓(xùn)基地目前的功能主要集中在四大區(qū)域：實訓(xùn)教學(xué)、職業(yè)培訓(xùn)、科研和技術(shù)服務(wù)。在實際應(yīng)用中，針對不同的功能區(qū)域，要遵守能實不虛、以實帶虛、虛實結(jié)合的原則，構(gòu)建合理的實踐教學(xué)課程體系需要周密的設(shè)計。

3.5 科學(xué)管理，規(guī)范運(yùn)營

作為新生事物，虛擬仿真實訓(xùn)基地畢竟與一般的機(jī)房是不同的，它需要一套科學(xué)的管理機(jī)制。①創(chuàng)建管理基地的規(guī)章制度。比如學(xué)生使用手冊、安全管理辦法等。有了規(guī)章制度，教師和學(xué)生以及其他使用主體才可以按照流程規(guī)范應(yīng)用基地，保證基地的安全運(yùn)行。②充分利用信息化，進(jìn)行智能化管理。創(chuàng)建虛擬仿真實訓(xùn)基地管理平臺，開發(fā)相應(yīng)的app，充分利用大數(shù)據(jù)、人工智能、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)的信息化手段，實現(xiàn)基地預(yù)約、監(jiān)控以及實訓(xùn)設(shè)備智能化管理和維護(hù)，收集學(xué)生對虛擬仿真資源的評價信息。③還要組建強(qiáng)有力的管理隊伍。打造一支高水平模塊化、分工明確、專兼職結(jié)合的教學(xué)管理隊伍，負(fù)責(zé)基地的日常管理、硬件維護(hù)保養(yǎng)和技術(shù)服務(wù)，及時備份、清理平臺數(shù)據(jù)，確保平臺網(wǎng)絡(luò)安全以及虛擬仿真實訓(xùn)項目的及時更新。

4 結(jié)語

在信息化教學(xué)改革的背景下，虛擬仿真實訓(xùn)基地創(chuàng)新了教學(xué)方法，順應(yīng)了職業(yè)發(fā)展的需要，成為產(chǎn)教融合的新平臺和載體，如何建好、用好虛擬仿真實訓(xùn)基地，對高技能復(fù)合型人才的培養(yǎng)具有重要的意義。