物流專業(yè)虛擬仿真教學(xué)應(yīng)用研究
——以武漢交通職業(yè)學(xué)院為例

楊 晉，張 誠

（武漢交通職業(yè)學(xué)院，湖北 武漢 430065）

0 引言

隨著我國現(xiàn)代物流業(yè)智能化、數(shù)字化發(fā)展，物流人才培養(yǎng)方式需要隨之變革。虛擬仿真教學(xué)已逐步成為改革教學(xué)模式的重要方法，備受國內(nèi)外教育界的關(guān)注。我國虛擬仿真教學(xué)起步相對較晚且水平滯后，如何在專業(yè)教育領(lǐng)域應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)促進(jìn)教學(xué)改革，是一個(gè)值得研究的話題。本文以物流專業(yè)為例，探討了虛擬仿真教學(xué)的應(yīng)用。

1 虛擬仿真技術(shù)在教育領(lǐng)域應(yīng)用概況

隨著新一代信息技術(shù)和人工智能技術(shù)的廣泛應(yīng)用，現(xiàn)代物流業(yè)發(fā)生深刻變革，未來需要的物流人才方向是能夠適應(yīng)物流行業(yè)發(fā)展趨勢的新型人才，即適應(yīng)物流行業(yè)智能化、數(shù)字化發(fā)展的需要的復(fù)合型、高素質(zhì)技術(shù)技能人才。虛擬仿真技術(shù)是現(xiàn)代教育重要的引領(lǐng)手段之一，是指利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)或模擬技術(shù)模仿另一個(gè)真實(shí)系統(tǒng)的技術(shù)。虛擬仿真教學(xué)，是將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于專業(yè)人才培養(yǎng)及課程教學(xué)過程中的一種教學(xué)模式，即利用相關(guān)軟硬件設(shè)備創(chuàng)設(shè)的虛擬環(huán)境，模擬業(yè)務(wù)場景或真實(shí)事例進(jìn)行操作、設(shè)計(jì)、運(yùn)行任務(wù)的實(shí)驗(yàn)或?qū)嵱?xùn)的教學(xué)方式。

虛擬仿真教學(xué)備受世界各國教育界的關(guān)注，國外對虛擬仿真技術(shù)的研究起步較早，已被應(yīng)用在學(xué)科教學(xué)、在線虛擬課堂創(chuàng)設(shè)、醫(yī)療衛(wèi)生和建筑與電氣工程等領(lǐng)域，如虛擬在線實(shí)驗(yàn)、“MR在線學(xué)習(xí)環(huán)境”、臨床溝通能力培訓(xùn)MR 系統(tǒng)、建筑工人培訓(xùn)MR 系統(tǒng)以及呈現(xiàn)電氣設(shè)計(jì)模型的MR應(yīng)用等方面。國內(nèi)高職院校在專業(yè)教學(xué)中緊跟前沿技術(shù)與人才需求，已經(jīng)開始運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行教學(xué)，以求打破傳統(tǒng)的專業(yè)教學(xué)模式。部分院校在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)建設(shè)、多媒體教學(xué)和虛擬仿真設(shè)備同步應(yīng)用、“SPOC+虛擬仿真”融合專業(yè)課教學(xué)等方面進(jìn)行了探索，主要應(yīng)用于鋼鐵冶金、化工自動化、汽車檢測與維修、建筑工程識圖、臨床醫(yī)學(xué)、物流倉儲及綜合實(shí)訓(xùn)等課程，有利于解決實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)場景不真實(shí)、體驗(yàn)感差、過程再現(xiàn)難、安全隱患多等問題，有利于理論與實(shí)踐相融合，有利于提高教學(xué)效率，有利于學(xué)生知識和技能水平的提升。

總體而言，國內(nèi)高校已經(jīng)在虛擬仿真教學(xué)應(yīng)用改革方面進(jìn)行了探索，但由于起步較晚，水平較國外有一定差距，特別是在人工智能等技術(shù)運(yùn)用于專業(yè)教育的融合機(jī)制、合理選擇虛擬仿真技術(shù)、虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)、虛擬仿真教學(xué)資源配套、師資隊(duì)伍建設(shè)等方面還有待提高。

2 物流專業(yè)虛擬仿真教學(xué)關(guān)鍵點(diǎn)

（1）虛擬仿真技術(shù)與物流專業(yè)教育的融合。隨著虛擬仿真技術(shù)的廣泛應(yīng)用，如何將虛擬仿真技術(shù)與物流專業(yè)教育融合成為關(guān)鍵。在虛擬仿真技術(shù)下物流專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)、教學(xué)主體、教學(xué)組織、教學(xué)情境均將發(fā)生變化，當(dāng)今物流行業(yè)發(fā)展對物流人才的需求是跨專業(yè)、復(fù)合型人才，因此可構(gòu)建基于虛擬仿真的跨領(lǐng)域融合教學(xué)模式，對教學(xué)活動、教學(xué)環(huán)境、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)評價(jià)等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以期能夠在虛擬仿真技術(shù)支持下，更好地實(shí)現(xiàn)專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)。

（2）物流專業(yè)教學(xué)中虛擬仿真技術(shù)的選擇。物流行業(yè)較多的業(yè)務(wù)都發(fā)生在物流節(jié)點(diǎn)，即物流網(wǎng)絡(luò)中連接物流線路的結(jié)節(jié)之處，或者是貨物中轉(zhuǎn)、集散和儲運(yùn)的節(jié)點(diǎn)，包括港口碼頭、航空港、鐵路貨運(yùn)站、公路樞紐、大型倉配中心、物流園區(qū)等。對于物流節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)場景的仿真，有增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）、虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）和混合現(xiàn)實(shí)（MR）等技術(shù)，這三種技術(shù)可以簡單地歸納為在實(shí)物上疊加虛擬場景、完全虛擬幻境場景、合并現(xiàn)實(shí)和虛擬世界可人機(jī)交互的可視化虛擬環(huán)境三種情形，各院校應(yīng)立定現(xiàn)有的場地設(shè)備條件和資金投入預(yù)算，選擇合適的虛擬仿真技術(shù)并在物流專業(yè)教學(xué)中應(yīng)用。

（3）物流虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地的構(gòu)成。物流虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地，是應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)開展教學(xué)活動的重要載體，各物流院校在制定虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)方案時(shí)，應(yīng)考慮由虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺、虛擬仿真課程資源及虛擬仿真教學(xué)與管理師資隊(duì)伍等模塊組成，以構(gòu)建“互聯(lián)網(wǎng)+”“智能+”物流專業(yè)教學(xué)新形態(tài)，推動物流專業(yè)教學(xué)改革，實(shí)現(xiàn)學(xué)生培養(yǎng)過程中的職業(yè)體驗(yàn)與技能提升相融合、行業(yè)文化熏陶與專業(yè)知識學(xué)習(xí)相融合，全方位提升學(xué)生的綜合素質(zhì)。

（4）物流虛擬仿真課程資源的配套。物流虛擬仿真教學(xué)不僅需要教學(xué)軟硬件，還需要與之配套的課程資源。各物流院?？煽紤]構(gòu)建由基礎(chǔ)知識模塊和專業(yè)技能模塊組成的虛擬仿真課程資源體系?；A(chǔ)知識模塊的內(nèi)容可包括物流大事件、物流發(fā)展史、物流設(shè)備體驗(yàn)、物流安全等，專業(yè)技能模塊可建設(shè)港口碼頭、航空港、鐵路貨運(yùn)站、公路樞紐、大型倉配中心、物流園區(qū)等物流節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)配套的站點(diǎn)。通過課程資源建設(shè)，充分發(fā)揮虛擬仿真設(shè)備功能，真正提升物流專業(yè)信息化教學(xué)水平。

（5）教學(xué)及管理團(tuán)隊(duì)的建設(shè)。虛擬仿真技術(shù)在物流專業(yè)教學(xué)中應(yīng)用，將使物流專業(yè)教師角色發(fā)生深刻變化，對教師而言是新的挑戰(zhàn)。因此，必須全面加強(qiáng)物流專業(yè)教師的虛擬仿真教學(xué)管理和應(yīng)用能力。一方面，通過多種方式組織教學(xué)管理人員的培訓(xùn)工作，促進(jìn)教學(xué)管理的專業(yè)化水平進(jìn)一步提高。同時(shí)，通過基礎(chǔ)培訓(xùn)、初步應(yīng)用、深入課堂、校內(nèi)推廣、研討交流等方式，逐步提升教師虛擬仿真教學(xué)應(yīng)用能力。在新的物流專業(yè)虛擬仿真教學(xué)模式下，教學(xué)及管理人員均需要更好地適應(yīng)各種變化。

3 物流專業(yè)虛擬仿真教學(xué)應(yīng)用目標(biāo)

（1）增加學(xué)習(xí)的體驗(yàn)感和學(xué)習(xí)興趣。物流專業(yè)虛擬仿真教學(xué)，通過全真模擬展示和交互，可以改變物流專業(yè)傳統(tǒng)教學(xué)模式枯燥無味的現(xiàn)狀，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者的參與性，學(xué)習(xí)過程中的場景和空間的沉浸感較強(qiáng)，讓學(xué)習(xí)者對物流業(yè)務(wù)場景有身臨其境的真實(shí)體驗(yàn)感。其生動的形象、逼真的景象、可實(shí)時(shí)交互等特點(diǎn)更符合當(dāng)代物流專業(yè)學(xué)生的身心需求和認(rèn)知特點(diǎn)，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有利于學(xué)生熟練掌握職業(yè)技能。

（2）構(gòu)建物流專業(yè)教學(xué)新形態(tài)。物流專業(yè)虛擬仿真教學(xué)模式，是將虛擬仿真技術(shù)融入物流專業(yè)教育中，形成一種新的教學(xué)模式，它創(chuàng)造了新的教學(xué)情境、新的教學(xué)任務(wù)實(shí)施步驟、新的教學(xué)效果評價(jià)方式，契合了當(dāng)前教學(xué)改革的方向，充分體現(xiàn)了物流專業(yè)教育的先進(jìn)性、實(shí)用性、可操作性以及示范性，推進(jìn)了“互聯(lián)網(wǎng)+”“智能+”物流專業(yè)教育教學(xué)新形態(tài)的形成。

（3）形成物流工匠培養(yǎng)新路徑。物流專業(yè)虛擬仿真教學(xué)模式，可以踐行“知行合一”理念，不僅可以實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐相結(jié)合，切實(shí)提高學(xué)生的現(xiàn)代物流知識水平、物流業(yè)務(wù)操作能力和分析解決問題的綜合能力，還可以結(jié)合物流院校課程思政教學(xué)改革的推進(jìn)，讓學(xué)生置身逼真的準(zhǔn)職業(yè)環(huán)境，在實(shí)踐中增長智慧才干，在艱苦奮斗中錘煉意志品質(zhì)，有利于物流院校落實(shí)立德樹人根本任務(wù)，可形成物流工匠培養(yǎng)的新路徑。

（4）提高物流專業(yè)教師執(zhí)教能力。物流專業(yè)虛擬仿真教學(xué)模式下，教師需大量借助虛擬仿真技術(shù)實(shí)施教學(xué)各環(huán)節(jié)，可促使教師不斷提高信息化、數(shù)字化教學(xué)能力。同時(shí)，教師需要根據(jù)虛擬仿真教學(xué)資源設(shè)置內(nèi)容合理、難易適中的學(xué)習(xí)任務(wù)給學(xué)生，可提高教師的教學(xué)設(shè)計(jì)能力。虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于物流專業(yè)教學(xué)，需要教師根據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)不斷充實(shí)虛擬仿真課程資源，需要和企業(yè)人員或者其他專業(yè)教師跨界共同研發(fā)新的課程資源甚至仿真軟件，對教師的研發(fā)能力提高十分有利。

4 物流虛擬仿真教學(xué)案例介紹

武漢交通職業(yè)學(xué)院按照《職業(yè)教育提質(zhì)培優(yōu)行動計(jì)劃（2020-2023年）》相關(guān)要求，以教育部科技發(fā)展中心高校產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)新基金課題研究為契機(jī)，探索了物流虛擬仿真教學(xué)典型案例。

（1）物流虛擬仿真教學(xué)體系的框架。該校堅(jiān)持職業(yè)教育改革轉(zhuǎn)型發(fā)展正確方向，對接湖北省、武漢市物流行業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略，緊密結(jié)合智慧交通物流專業(yè)群特色，制定了物流專業(yè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)方案。該方案旨在通過大力推進(jìn)基于虛擬仿真的“互聯(lián)網(wǎng)+”“智能+”物流專業(yè)教學(xué)新模式，推動物流專業(yè)教學(xué)改革，實(shí)現(xiàn)在職業(yè)體驗(yàn)與技能提升相融合、行業(yè)文化熏陶與專業(yè)知識學(xué)習(xí)相融合，全方位提升學(xué)生的素質(zhì)。

（2）物流虛擬仿真場景的選擇。選擇倉儲配送中心、港口碼頭和航空港三個(gè)典型物流節(jié)點(diǎn)的倉儲作業(yè)業(yè)務(wù)，作為物流轉(zhuǎn)載作業(yè)環(huán)節(jié)場景，構(gòu)建現(xiàn)代物流節(jié)點(diǎn)虛擬仿真沉浸式課堂，再現(xiàn)真實(shí)的倉儲配送中心、港口碼頭和航空港的倉儲作業(yè)業(yè)務(wù)操作。利用混合現(xiàn)實(shí)（MR）技術(shù)的虛擬仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)，集成虛擬合成技術(shù)、頭戴設(shè)備、光學(xué)追蹤設(shè)備、手柄交互設(shè)備、裝卸搬運(yùn)模擬設(shè)備、貨物存儲設(shè)施，配套物聯(lián)網(wǎng)傳感、物聯(lián)網(wǎng)控制、大數(shù)據(jù)分析、互動教學(xué)平臺等，實(shí)現(xiàn)倉儲作業(yè)實(shí)訓(xùn)的任務(wù)設(shè)計(jì)與實(shí)施。

（3）物流虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)應(yīng)用案例概況。根據(jù)總體方案，該校開發(fā)了“四庫一場九區(qū)”多維倉儲作業(yè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)應(yīng)用案例?！八膸臁笔侵竼螌觽}庫、多層倉庫、立體倉庫和露天倉庫；“一場”是指同時(shí)具備各物流節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)載作業(yè)要求的堆場，“九區(qū)”是指倉庫內(nèi)重型（托盤）貨架區(qū)、立體庫區(qū)、重型貨架散貨區(qū)、電子標(biāo)簽貨架區(qū)、閣樓貨架區(qū)、密集存儲區(qū)、機(jī)器人作業(yè)區(qū)、散貨裝卸區(qū)與集裝箱裝卸區(qū)?！岸嗑S”是指將真實(shí)企業(yè)多空間維度倉儲布局與基于時(shí)間序列維度作業(yè)任務(wù)優(yōu)化統(tǒng)籌的結(jié)合。該案例整合該校國家物流實(shí)訓(xùn)基地所有軟硬件設(shè)備，結(jié)合真實(shí)物流企業(yè)工作任務(wù)，利用虛擬仿真技術(shù)，串聯(lián)“四庫一場九區(qū)”各部分，形成綜合立體的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)項(xiàng)目。

（4）物流虛擬仿真教學(xué)資源的整合。將虛擬仿真教學(xué)資源進(jìn)行整合，分成三類。一是純虛擬資源，以虛替實(shí)。對于倉儲布局規(guī)劃、倉儲財(cái)務(wù)管理及倉儲人力資源管理等學(xué)習(xí)任務(wù)，采用虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)進(jìn)行用純虛擬場景替代實(shí)際工作任務(wù)開展教學(xué)。二是模塊化資源，以虛輔實(shí)，即針對倉儲作業(yè)業(yè)務(wù)中的接貨、堆碼、上架等環(huán)節(jié)，用混合現(xiàn)實(shí)（MR）技術(shù)的設(shè)備輔助教學(xué)，可實(shí)現(xiàn)虛擬場景疊加于實(shí)訓(xùn)室真實(shí)場景的效果，構(gòu)建虛實(shí)協(xié)同，人機(jī)交互的教學(xué)模式。三是數(shù)字孿生資源，虛實(shí)協(xié)同。通過集裝箱堆場裝卸橋?qū)嵱?xùn)系統(tǒng)、叉車模擬器、自動頂升機(jī)器人、電子標(biāo)簽、分揀線、播種墻與相應(yīng)虛擬仿真教學(xué)軟件結(jié)合，將虛擬仿真模型與實(shí)際設(shè)施設(shè)備彼此映射，完成物流倉儲作業(yè)業(yè)務(wù)教學(xué)。

（5）物流虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)應(yīng)用案例實(shí)施成效。該案例于2021年入選湖北省教育廳數(shù)字校園應(yīng)用場景案例，項(xiàng)目組基于該案例形成培訓(xùn)包1個(gè)，完成普羅格-物流管理職業(yè)技能等級認(rèn)證考試考前培訓(xùn)和西藏山南二職現(xiàn)代物流綜合作業(yè)（中職）國賽指導(dǎo)社會培訓(xùn)項(xiàng)目，培養(yǎng)的學(xué)生獲省級以上創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽二等獎1項(xiàng)、三等獎4項(xiàng)。項(xiàng)目組成員1人榮獲全國物流職業(yè)教育教學(xué)名師稱號，3人獲湖北省職業(yè)院校教學(xué)能力大賽榮獲團(tuán)體二等獎，1人獲“湖北工匠杯”技能大賽物流服務(wù)師技能競賽職工組一等獎，總結(jié)形成的物流虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，面向“一帶一路”的老撾等國家6所職業(yè)院校師生培訓(xùn)180人次，引起強(qiáng)烈反響。

5 結(jié)語

虛擬仿真技術(shù)在物流專業(yè)教育中的應(yīng)用可以有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)教師教學(xué)能力的提升，較好地搭建特色的教學(xué)場景等優(yōu)勢。作為一種新型數(shù)字媒體技術(shù)，可以有效補(bǔ)充傳統(tǒng)教學(xué)中存在不足，可切實(shí)提高物流專業(yè)人才培養(yǎng)水平，具有廣闊的發(fā)展前景。