淺析高職院校環(huán)境類專業(yè)虛擬仿真云平臺的創(chuàng)建

［摘 要］本文通過對高職環(huán)境類專業(yè)實訓存在的問題進行剖析，結(jié)合基于1+X證書（水環(huán)境監(jiān)測與治理）考核要點創(chuàng)建虛擬仿真云平臺，通過仿真虛擬平臺使用情況流程及分析，嘗試為高職環(huán)境類專業(yè)建設仿真實訓平臺建設提供一些參考與借鑒。

［關鍵詞］高職；環(huán)境類；虛擬仿真平臺；共享實訓；1+X

［中圖分類號］G71 文獻標志碼：A

2021年《職業(yè)教育示范性虛擬仿真實訓基地建設指南》頒布，標志著實訓建設朝著信息化、數(shù)字化、智能化邁出了堅實的一步，虛擬仿真實訓基地及實訓項目的建設將成為今后職業(yè)教育發(fā)展的又一片藍海。高職環(huán)境類實訓室涉及水污染、大氣、環(huán)境監(jiān)測、化學分析、固廢處置等專業(yè)實訓，但開展真實的實訓項目難度系數(shù)較大，加上環(huán)境類實訓項目都涉及化學試劑、玻璃儀器及精密儀器設備，實訓成本高還具有一定的危險性系數(shù)，因此如何在實訓過程中引入數(shù)字化實訓平臺，解決學生的不敢為、不亂為、不想為的行為，是高職環(huán)境類教師在實訓課程中必須面對的難題。因此，教師應結(jié)合課程內(nèi)容創(chuàng)設合理的仿真實訓項目，搭建虛擬仿真實訓平臺，開展教學活動，以提高學生的綜合素質(zhì)能力［1］。

本項目基于與歐倍爾虛擬仿真云平臺共同開發(fā)數(shù)字化虛擬實訓軟件，搭建虛擬仿真實訓平臺，為實訓課堂教學效果和實訓平臺數(shù)字化建設提供解決思路。

1 高職環(huán)境類專業(yè)實訓教學存在的問題

1.1 基礎類實訓教學問題

基礎類實訓主要訓練學生化學類基礎實驗、專業(yè)基礎實驗技能，也是目前高職環(huán)境類專業(yè)開發(fā)最多、實施最全面的一類實訓項目，但這類實訓項目的實驗所用試劑、產(chǎn)生的廢棄物存在著有毒有害物質(zhì)，稍有不慎會對學生身心健康產(chǎn)生危害，進而導致學生在實驗過程中不敢為的現(xiàn)象。比如，工業(yè)廢水CODcr含量的測定，實驗回流過程中需要使用較多的濃硫酸試劑，雖然在教學過程中，教師多次強調(diào)實驗藥劑的使用注意事項，實訓指導教師現(xiàn)場實時指導，仍然會有部分學生找各種理由借口，不參與實驗，不主動作為，等著同組或同伴把實驗做好，或者直接借鑒其他組別的實驗結(jié)果，完成實驗報告，卻沒有得到實際動手的鍛煉［2］。

1.2 專業(yè)類實訓教學問題

專業(yè)類實訓項目主要是指跟專業(yè)課程緊密相關的實訓教學，比如水處理實訓項目、大氣污染控制實訓項目、固廢處理處置實訓項目等，主要培養(yǎng)學生的專業(yè)操作技能。這類實訓項目有實訓時間過長、綜合要求高、設備結(jié)構(gòu)復雜等問題，導致學生出現(xiàn)不想為的現(xiàn)象。比如，水處理實訓項目中的A/O脫氮工藝，實驗采用真實的生活污水實驗，整個實訓項目包括生活污水的制備、活性污泥的制備與培養(yǎng)、污水處理工藝的調(diào)試、污水處理效果監(jiān)測、污泥的處理與處置等，整個工藝流程需要耗時數(shù)天乃至數(shù)十天，而且在工藝運行過程中，任何一處的差錯都可能導致后續(xù)實驗結(jié)果不理想，以致學生的學習成就獲得感不足，最終使學生不想為。

1.3 大型儀器類實訓教學問題

大型儀器類實訓項目主要是針對環(huán)境類專業(yè)學習中所使用大型儀器設備，如氣相色譜儀、液相色譜儀、ICP、原子吸收儀、冷原子熒光儀等精密儀器設備。這類實訓項目往往因?qū)嵱栐O備不足，學生缺乏親自操作的機會，因而無法形成直觀感受，對所涉及的專業(yè)知識的理解程度便十分有限。

1.4 生產(chǎn)實習類實訓教學問題

生產(chǎn)實習類實訓主要是讓學生對專業(yè)就業(yè)崗位進行認知一類的實訓項目，如城市污水處理廠、工業(yè)廢水處理廠、自來水廠、環(huán)境監(jiān)測站和垃圾填埋場等企事業(yè)單位的參觀見習等。這類實訓項目需要通過校企合作單位完成，而企業(yè)為了確保生產(chǎn)安全，一般僅提供參觀權(quán)限，并不會安排學生深入一線參與系統(tǒng)性、全流程的操作和管理，雖然企業(yè)導師講解得很詳細，但由于學生缺少實踐動手的機會，理解起來也會大打折扣。近年來，這樣的機會更加難以實現(xiàn)，以致生產(chǎn)實習實訓類教學項目只能依靠簡單的視頻來進行講解，學生的理論知識與工程實際應用很難結(jié)合起來，專業(yè)人才培養(yǎng)目標難以100 %實現(xiàn)。

2 環(huán)監(jiān)專業(yè)仿真云平臺共享實訓場景創(chuàng)建

為解決上述存在的問題，結(jié)合專業(yè)1+X證書考核要求，在北京歐倍爾虛擬仿真云平臺和環(huán)監(jiān)專業(yè)校內(nèi)實訓室的基礎上，以“科學統(tǒng)籌，創(chuàng)新引領，凸顯特色，資源共享”為指導思想，以提高學生職業(yè)技能和動手操作能力為宗旨，建設真實實驗、仿真實驗相互補充、相互支撐、相互促進的實訓教學體系。

環(huán)監(jiān)專業(yè)仿真云平臺依托歐倍爾虛擬仿真云平臺，在1+X水環(huán)境監(jiān)測與治理職業(yè)證書考核項目的基礎上，結(jié)合專業(yè)化學分析、環(huán)境監(jiān)測技術與實訓、大氣污染控制與設備運行、水污染控制與設備運行、環(huán)境工程CAD、固體廢物處理與處置、室內(nèi)環(huán)境檢測與治理等課程，以校內(nèi)專業(yè)實訓室和歐倍爾云平臺為支撐點，將實驗教學資源與信息技術進行融合，建立環(huán)監(jiān)專業(yè)仿真云平臺共享實訓場景體系。通過不斷完善建設內(nèi)容，推進實驗教學信息化和實驗教學資源開放共享［3］。

2.1 基礎類實訓仿真平臺

基礎類實訓仿真平臺主要開設專業(yè)基礎技能培養(yǎng)的實驗項目，訓練學生的基礎實驗技能。解決目前專業(yè)在校內(nèi)實訓室開展實驗當中普遍存在的化學藥劑、實驗廢棄物有毒有害難處理以及對環(huán)境不友好的問題；同時通過虛擬仿真軟件實現(xiàn)實驗過程可重復、實驗結(jié)果可預見、實驗風險可規(guī)避、實驗成本可控制，實現(xiàn)學生的實驗流程規(guī)范化，再通過線下實驗室真實實訓進行情景再現(xiàn)與驗證，破解學生實驗過程中的不敢為現(xiàn)象。

2.2 專業(yè)類實訓仿真平臺

專業(yè)類實訓仿真平臺主要開設環(huán)境工程治理設備結(jié)構(gòu)與維護等專業(yè)實踐技能培養(yǎng)的實訓項目，訓練學生的專業(yè)技術素養(yǎng)。通過設備結(jié)構(gòu)的虛擬3D仿真軟件，改變線下實訓設備內(nèi)部結(jié)構(gòu)不可見、拆卸困難等不利條件，提高學生實訓的參與感、實訓過程的代入感、實訓結(jié)果的成就感，破解學生實訓過程中的不想為現(xiàn)象，再輔以線下真實的工程治理設備，提升學生的專業(yè)實踐技能。

2.3 大型精密儀器類實訓仿真平臺

大型精密儀器類實訓仿真平臺主要開設專業(yè)所學的大型精密儀器操作實訓項目，訓練學生使用大型精密儀器設備的技能。通過大型精密儀器虛擬仿真平臺，解決院校環(huán)監(jiān)類專業(yè)大型儀器設備不足，增加學生動手操作的機會，規(guī)避學生誤操作的設備損壞情況，鼓勵學生多動手、多操作、多體會，再通過線下真實設備的直觀體驗，破解學生開展大型精密儀器類實訓時不敢為、不想為、不亂為的現(xiàn)象［4］。

2.4 生產(chǎn)實習類實訓仿真平臺

生產(chǎn)實習類實訓仿真平臺主要開設專業(yè)崗位認知/實踐類實訓項目，開展學生就業(yè)前的職業(yè)崗位認知、工作內(nèi)容模擬、職業(yè)素養(yǎng)要求的綜合仿真實訓，實現(xiàn)學生畢業(yè)即就業(yè)無縫銜接的職業(yè)技能需求。學生通過3D虛擬工廠能夠?qū)崿F(xiàn)理論知識與實際工作崗位需要能力進行無縫對接，明確工作崗位的工作內(nèi)容、工作流程管理、工藝設備操作等，破解生產(chǎn)實習類實訓“只看不做”的現(xiàn)象［5］。

環(huán)監(jiān)專業(yè)仿真云平臺共享實訓體系主要建設內(nèi)容，如表1所示。

3 環(huán)監(jiān)專業(yè)仿真云平臺實訓場景的使用

目前，環(huán)監(jiān)專業(yè)基于北京歐倍爾虛擬仿真云平臺的共享實訓場景已創(chuàng)建，下面通過“污水處理工藝虛擬仿真實驗”為例，來講解環(huán)監(jiān)專業(yè)仿真云平臺實訓場景的使用流程?！拔鬯幚砉に囂摂M仿真實驗”是一個人機高交互操作的、全程參與式的虛擬操作平臺，主要是讓學生通過仿真軟件，自主選擇污水類型，預設污水原水指標和污水處理達標標準，靈活搭建污水處理工藝流程，讓學生了解污水處理的流程，污水處理工藝設計要求，了解污水工藝各個處理構(gòu)筑物，通過自主學習和老師的現(xiàn)場指導，完成虛擬仿真實訓。平臺還可以通過創(chuàng)設虛擬仿真測試試卷來檢驗學生的掌握程度，以供教師更好地掌握學生的學習情況和調(diào)整教學計劃。環(huán)監(jiān)專業(yè)仿真云平臺實訓場景的使用流程，如圖1所示。

4 結(jié)論與建議

高職環(huán)監(jiān)類專業(yè)是一個綜合能力要求高、專業(yè)性強、對動手操作能力和專業(yè)知識儲備要求高的專業(yè)，仿真云平臺虛擬實訓場景的實施，很好地解決了線下實驗存在的職業(yè)危害、場地空間、實訓時間、實訓成本經(jīng)費等問題，增加了學生實訓過程中的安全性，拉近了理論學習與工作崗位內(nèi)容的距離，提高了學生的學習興趣，提升了學生主動思考和動手操作的能力，能夠滿足專業(yè)人才的培養(yǎng)需求。近年來，學生在參加各類技能大賽中獲得若干獎項，競賽成果突出；教師基于虛擬仿真云平臺，積極推進專業(yè)核心課程課堂教學改革，打造“虛擬——現(xiàn)實”一體化課堂，開發(fā)在線數(shù)字化課程和數(shù)字化實訓室。但實施過程也存在一些問題，為了優(yōu)化仿真云平臺共享實訓場景的使用效果，建議加強以下兩個方面的建設。

第一，提高實訓機房的硬件配置。提升機房電腦硬件配置，滿足學生使用軟件時操作的流暢度、反應的靈敏度、畫面的清晰度等，增強學生的操作體驗感，進而提升課程教學效果。

第二，提升虛擬仿真軟件的沉浸度，增強虛擬與現(xiàn)實的耦合度。大力發(fā)展VR/AR設備、創(chuàng)建元仿真空間，讓學生進入全景的虛擬空間，置身“真實”的工藝流程之中，全方位地體驗學習。

參考文獻

［1］姚偉卿. 高職環(huán)保類專業(yè)虛擬仿真教學的探索和實踐［J］. 高教學刊，2020（23）：119-122.

［2］盛力，沈洪，施鼎方，等. 虛實結(jié)合的水處理實驗教學建設［J］. 實驗室研究與探索，2019，38（5）：204-207.

［3］范佳民，石先陽，晏紹飛，等. 生態(tài)與環(huán)境虛擬仿真實驗教學中心構(gòu)建與管理［J］. 實驗室研究與探索，2021，40（9）：145-148.

［4］張珂，鄭賓國，崔節(jié)虎，等. 基于OBE模式的環(huán)境工程虛擬仿真實驗中心建設探索［J］. 實驗技術與管理，2019，36（1）：270-273.

［5］徐冰潔，王慧娟，張新華，等. 環(huán)境工程專業(yè)虛擬仿真實訓的教學探索［J］. 高教學刊，2020（28）：112-114，118.

［項目名稱］2022年杭州萬向職業(yè)技術學院數(shù)字化教育探索與研究專項課題“環(huán)監(jiān)專業(yè)仿真云平臺共享實訓場景創(chuàng)建”（項目編號：SZZX2022079）；2023年杭州萬向職業(yè)技術學院教育科研專項課題“虛擬仿真技術在水污染控制與設備運行課程實訓教學中的探索與實踐”（項目編號：YN2023012）。

［作者簡介］ 張志學，男，湖南安仁人，杭州萬向職業(yè)技術學院，講師，碩士，研究方向：環(huán)境監(jiān)測技術教學改革。