工業(yè)4.0背景下技工院校智能制造專業(yè)群虛擬仿真實(shí)訓(xùn)環(huán)境的創(chuàng)建和應(yīng)用

李章偉 譚美坤

摘要：在工業(yè)4.0背景下，技工院校智能制造專業(yè)群的建設(shè)與教學(xué)工作備受各界關(guān)注。尤其是加快專業(yè)群虛擬仿真實(shí)訓(xùn)環(huán)境的創(chuàng)建，對(duì)提高實(shí)訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量具有顯著影響。基于此，文章著重探討工業(yè)4.0背景下技工院校智能制造專業(yè)群虛擬仿真實(shí)訓(xùn)環(huán)境的創(chuàng)建和應(yīng)用，提出虛擬仿真實(shí)訓(xùn)環(huán)境建設(shè)、應(yīng)用思路和工作建議。

關(guān)鍵詞：技工院校；智能制造；專業(yè)群；虛擬仿真；實(shí)訓(xùn)環(huán)境

2020年9月，教育部等九部門印發(fā)《職業(yè)教育提質(zhì)培優(yōu)行動(dòng)計(jì)劃（2020—2023年）》，對(duì)職業(yè)教育跨越式發(fā)展進(jìn)行了明確部署，給技工院校推進(jìn)教學(xué)工作指明了方向。在此背景下，結(jié)合工業(yè)4.0的現(xiàn)實(shí)要求，技工院校要圍繞智能制造發(fā)展趨勢(shì)，推動(dòng)專業(yè)群虛擬仿真實(shí)訓(xùn)環(huán)境的有效創(chuàng)建和應(yīng)用，為教師開展多層次、立體化教學(xué)創(chuàng)造良好條件。

一、相關(guān)概念解讀

（一）工業(yè)4.0

工業(yè)4.0是基于工業(yè)發(fā)展的不同階段作出的概念劃分，是相對(duì)于過往工業(yè)化時(shí)代的概念而形成的全新論述。按照業(yè)界共識(shí)，工業(yè)1.0是指蒸汽機(jī)時(shí)代，工業(yè)2.0是指電氣化時(shí)代，工業(yè)3.0是信息化時(shí)代，工業(yè)4.0則是利用信息化技術(shù)促進(jìn)產(chǎn)業(yè)變革的時(shí)代，也就是智能化時(shí)代。

（二）智能制造專業(yè)群

智能制造專業(yè)群是技工院校多個(gè)制造業(yè)相關(guān)專業(yè)構(gòu)筑而成的專業(yè)集群，其主要特征是信息化、智能化與專業(yè)化。智能制造專業(yè)群以智能化的生產(chǎn)制造為主要標(biāo)志，以不同專業(yè)的集群建設(shè)和協(xié)同發(fā)展為主要路徑，以高水平人才培養(yǎng)為主要目標(biāo)。

（三）虛擬仿真實(shí)訓(xùn)環(huán)境

虛擬仿真實(shí)訓(xùn)環(huán)境是指技工院校為了提高實(shí)訓(xùn)教學(xué)品質(zhì)和功能，著力打造的具備模擬與展示特性，具有崗位化、職業(yè)化特點(diǎn)的實(shí)踐教學(xué)場(chǎng)景與環(huán)境，力求讓學(xué)生在實(shí)訓(xùn)環(huán)境中掌握實(shí)操技能，感受職業(yè)化氛圍，錘煉應(yīng)用能力。

二、工業(yè)4.0背景下技工院校智能制造專業(yè)群虛擬仿真實(shí)訓(xùn)環(huán)境的創(chuàng)建意義

首先，技工院校通過虛擬仿真實(shí)訓(xùn)環(huán)境的創(chuàng)建和應(yīng)用，能夯實(shí)智能制造專業(yè)群教學(xué)基礎(chǔ)，為常態(tài)化實(shí)訓(xùn)教學(xué)提供有力支撐。比如，教師可以利用實(shí)訓(xùn)環(huán)境對(duì)學(xué)生進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)、細(xì)節(jié)修訂，幫助學(xué)生掌握智能制造專業(yè)的實(shí)操技能和經(jīng)驗(yàn)。

其次，技工院校創(chuàng)建虛擬仿真實(shí)訓(xùn)環(huán)境，可以與上下游企業(yè)、合作單位形成合力，搭建虛擬仿真實(shí)訓(xùn)環(huán)境，提高“產(chǎn)教融合”“工學(xué)結(jié)合”水平，為學(xué)生提供實(shí)操、實(shí)習(xí)、頂崗作業(yè)的機(jī)會(huì)，培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)素質(zhì)。

最后，技工院校通過虛擬仿真實(shí)訓(xùn)環(huán)境的創(chuàng)建與應(yīng)用，很好地匹配了智能制造人才的培養(yǎng)需求，能為社會(huì)與相關(guān)產(chǎn)業(yè)輸送高質(zhì)量的應(yīng)用型人才。在虛擬仿真實(shí)訓(xùn)環(huán)境下，技工院?？梢葬槍?duì)學(xué)生進(jìn)行動(dòng)態(tài)培養(yǎng)，對(duì)接產(chǎn)業(yè)、企業(yè)需求，設(shè)定周期性考核與審查目標(biāo)，讓學(xué)生全面掌握實(shí)訓(xùn)技能和崗位實(shí)操技巧，為學(xué)生后續(xù)的就業(yè)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)夯實(shí)基礎(chǔ)。

三、工業(yè)4.0背景下技工院校智能制造專業(yè)群虛擬仿真實(shí)訓(xùn)環(huán)境的創(chuàng)建和應(yīng)用策略

（一）開設(shè)虛擬仿真課程，豐富實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源

以工業(yè)4.0為大背景，技工院校推動(dòng)智能制造專業(yè)群教學(xué)和育人工作，應(yīng)以虛擬仿真實(shí)訓(xùn)環(huán)境的創(chuàng)建為前提，高度重視虛擬仿真課程的開發(fā)與應(yīng)用，確保學(xué)生能在完善的課程資源中，感知智能制造的崗位氛圍，掌握最新的智能制造發(fā)展動(dòng)向，實(shí)現(xiàn)知識(shí)能力與實(shí)踐能力的同步提高。為此，技工院校要開展專業(yè)化研討與深度協(xié)同，推動(dòng)課程開發(fā)與教學(xué)資源的有效集成。

首先，技工院校根據(jù)智能制造專業(yè)群的教學(xué)需求，開設(shè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)課程，增加課程占比，體現(xiàn)常態(tài)化實(shí)訓(xùn)要求，充分發(fā)揮虛擬仿真環(huán)境的優(yōu)勢(shì)，從而對(duì)現(xiàn)有課程進(jìn)行補(bǔ)充和完善。例如，技工院校圍繞“人工智能+”需要，開發(fā)智能制造機(jī)器人專業(yè)課程，與常規(guī)課程進(jìn)行融合，豐富課程教學(xué)體系。

其次，校企合作推進(jìn)特色虛擬仿真實(shí)訓(xùn)課程的開發(fā)與資源利用，完善多層次課程體系，對(duì)接智能制造產(chǎn)業(yè)需求，實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)的常態(tài)化。如技工院校智能制造專業(yè)群數(shù)控加工專業(yè)零件數(shù)控車床加工的課程開發(fā)，校企雙方要統(tǒng)籌合作，細(xì)化課程開發(fā)目標(biāo)，打造實(shí)訓(xùn)課程方案，為學(xué)生實(shí)訓(xùn)提供資源保障。

最后，技工院校要立足本地，開發(fā)校本課程與個(gè)性化課程，豐富虛擬仿真實(shí)訓(xùn)課程內(nèi)涵，深化實(shí)訓(xùn)教學(xué)。例如，教師根據(jù)專業(yè)群中工業(yè)機(jī)器人相關(guān)課程的特點(diǎn)，開發(fā)特色校本，融入競(jìng)賽元素，與職業(yè)比賽形成對(duì)接，確保實(shí)訓(xùn)課程體現(xiàn)虛擬仿真特色，有效錘煉和打磨學(xué)生的職業(yè)技能。

（二）校企共建實(shí)訓(xùn)基地，推進(jìn)工學(xué)融合教學(xué)

以工業(yè)4.0為實(shí)踐背景，技工院校在智能制造專業(yè)群的實(shí)訓(xùn)教學(xué)過程中，必須重視虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地的創(chuàng)建和應(yīng)用。技工院校要主動(dòng)加強(qiáng)與相關(guān)企業(yè)的聯(lián)動(dòng)，共同制訂實(shí)訓(xùn)教學(xué)方案，共建共享優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源和素材，實(shí)現(xiàn)高水平實(shí)訓(xùn)基地的創(chuàng)建與應(yīng)用。通過校企雙方共建實(shí)訓(xùn)基地，技術(shù)院校能為智能制造專業(yè)群教學(xué)、育人工作提供實(shí)體環(huán)境支撐，能為工學(xué)結(jié)合和“訂單式人才”培養(yǎng)創(chuàng)造有利條件，保證學(xué)生實(shí)現(xiàn)全面發(fā)展。

例如，校企雙方開展全方位合作，圍繞數(shù)控加工、模具制造、工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用與維護(hù)、電氣自動(dòng)化設(shè)備安裝與維護(hù)四個(gè)專業(yè)，打造智能制造專業(yè)群。為此，校企雙方制訂實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)方案，按照“訂單式人才”培養(yǎng)要求，在實(shí)訓(xùn)基地中融入虛擬仿真元素，突出崗位化、車間化要求，為實(shí)訓(xùn)教學(xué)創(chuàng)造良好條件。例如，在硬件設(shè)施方面，校企雙方協(xié)同發(fā)力，配備完善的多媒體教室、虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室、崗位實(shí)操區(qū)域、虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備和其他演示教學(xué)的設(shè)施等；在軟件技術(shù)方面，校企雙方按照協(xié)同教學(xué)要求，合作開發(fā)軟件資源與數(shù)字化課程，重點(diǎn)對(duì)接虛擬仿真軟件和現(xiàn)有實(shí)訓(xùn)設(shè)備，為虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)提供優(yōu)渥的環(huán)境條件。

此外，校企雙方要不斷調(diào)整實(shí)訓(xùn)基地教學(xué)方案，補(bǔ)齊實(shí)訓(xùn)基地短板。例如，校企雙方共建智能制造產(chǎn)線、專業(yè)群實(shí)訓(xùn)室、多媒體理論教學(xué)區(qū)和智能制造場(chǎng)景仿真軟件資源庫(kù)等，提高實(shí)訓(xùn)基地創(chuàng)建與應(yīng)用效率。

（三）強(qiáng)化教師能力培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)軟性環(huán)境構(gòu)建

隨著工業(yè)4.0的深入發(fā)展，技工院校智能制造專業(yè)群的創(chuàng)建，提高了對(duì)實(shí)訓(xùn)環(huán)境的要求。為此，技工院校要加大師資隊(duì)伍的投入力度，提高專業(yè)群教師的業(yè)務(wù)能力、管理水平和形象化素養(yǎng)，為實(shí)訓(xùn)教學(xué)奠定基礎(chǔ)。

首先，技工院校智能制造專業(yè)群的教師隊(duì)伍建設(shè)與培養(yǎng)工作，要突出常態(tài)化特性，著力打造一支結(jié)構(gòu)合理、技術(shù)過硬、執(zhí)教得法的“工學(xué)一體化”師資隊(duì)伍，確保虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)穩(wěn)步發(fā)展。如在技工院校工業(yè)機(jī)器人、電氣自動(dòng)化、數(shù)控加工等專業(yè)課程構(gòu)成的專業(yè)群中，針對(duì)教師的培養(yǎng)工作要更為具體。技工院校可以采取定期輪崗、定期培訓(xùn)、專業(yè)群交流、課堂互鑒等方式，提高教師的專業(yè)技能。

其次，技工院校要在校企合作基礎(chǔ)上推動(dòng)“雙師制”建設(shè)，為專業(yè)群的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)環(huán)境構(gòu)建提供動(dòng)態(tài)化補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)環(huán)境下的高水平教學(xué)?！半p師制”建設(shè)是指專業(yè)教師與企業(yè)師傅的有效協(xié)同，“雙師制”實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式設(shè)計(jì)如表1所示。

為構(gòu)建更好的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)環(huán)境，校企雙方要協(xié)同發(fā)力，構(gòu)建“雙師制”環(huán)境和實(shí)踐制度，發(fā)揮專業(yè)教師與企業(yè)師傅的優(yōu)勢(shì)，讓學(xué)生在不同的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)環(huán)境中掌握理論知識(shí)、專業(yè)技巧與崗位經(jīng)驗(yàn)，逐步提高綜合技能和職業(yè)素養(yǎng)。同時(shí)，校企雙方要對(duì)專業(yè)教師、企業(yè)師傅進(jìn)行定期輪換和培養(yǎng)，提高他們的綜合能力。

（四）開展常態(tài)主題活動(dòng)，優(yōu)化學(xué)生實(shí)訓(xùn)體驗(yàn)

技工院校的智能制造專業(yè)群創(chuàng)建，在很大程度上依賴虛擬仿真實(shí)訓(xùn)環(huán)境的支持，這也符合工業(yè)4.0的現(xiàn)實(shí)要求。為此，技工院校智能制造專業(yè)群要充分認(rèn)識(shí)到“工學(xué)一體化”教學(xué)的價(jià)值和意義，借助實(shí)訓(xùn)環(huán)境的建設(shè)和運(yùn)用，優(yōu)化專業(yè)群學(xué)生的實(shí)訓(xùn)體驗(yàn)，使其在虛擬仿真氛圍和環(huán)境中革新思維、磨煉技能。此外，技工院校要加強(qiáng)內(nèi)部協(xié)調(diào)，依托虛擬仿真實(shí)訓(xùn)環(huán)境，開展周期性的主題實(shí)踐活動(dòng)，如職業(yè)技能比賽、專業(yè)群年度競(jìng)賽、智能制造專業(yè)“大比武”等，通過主題性實(shí)踐活動(dòng)的開展，為學(xué)生提供驗(yàn)證專業(yè)知識(shí)和技能的“舞臺(tái)”，補(bǔ)齊虛擬仿真實(shí)訓(xùn)環(huán)境的短板，確保學(xué)生在競(jìng)賽環(huán)境中有效磨礪職業(yè)技能 。

例如，教師可以根據(jù)智能制造專業(yè)群虛擬仿真實(shí)訓(xùn)要求，定期開展“電氣自動(dòng)化設(shè)備安裝與維護(hù)”主題競(jìng)賽活動(dòng)，在實(shí)訓(xùn)基地內(nèi)設(shè)立比賽場(chǎng)地和區(qū)域，對(duì)學(xué)生進(jìn)行競(jìng)賽性考核與評(píng)價(jià)。教師通過限定比賽主題、規(guī)則與時(shí)間，考查學(xué)生在虛擬仿真環(huán)境下對(duì)電氣設(shè)備的熟練程度和安裝維護(hù)的能力。在比賽過程中，涉及電氣自動(dòng)化設(shè)備的相關(guān)細(xì)節(jié)問題，教師可以一一記錄，以此作為調(diào)整實(shí)訓(xùn)教學(xué)的依據(jù)。

又如，校企雙方可以圍繞模具制造專業(yè)要求，定期開展虛擬仿真實(shí)訓(xùn)實(shí)踐活動(dòng)，由專業(yè)教師與企業(yè)師傅進(jìn)行監(jiān)督，著重考查學(xué)生模具的加工和制造能力，對(duì)學(xué)生進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)撥和指導(dǎo)，使學(xué)生扎實(shí)掌握實(shí)操技能。總之，推動(dòng)主題實(shí)踐活動(dòng)常態(tài)化，是虛擬仿真實(shí)訓(xùn)環(huán)境軟文化的體現(xiàn)，既能豐富實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)涵，又能增強(qiáng)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)效果。

綜上所述，隨著工業(yè)4.0背景下技工院校智能制造專業(yè)群建設(shè)水平的提高，技工院校虛擬仿真實(shí)訓(xùn)環(huán)境的創(chuàng)建和應(yīng)用成為基本趨勢(shì)。為此，技工院校要細(xì)化實(shí)訓(xùn)環(huán)境創(chuàng)建方案，加強(qiáng)與相關(guān)企業(yè)協(xié)同，在課程開發(fā)、實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)、師資力量配備、教學(xué)活動(dòng)組織等方面發(fā)力，深化智能制造專業(yè)群虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)。

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基金項(xiàng)目：2022年度廣西技工教育立項(xiàng)科研課題“工業(yè)4.0背景下，技工院校智能制造專業(yè)群虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)境研究”，項(xiàng)目編號(hào)：2022JGY135。

（作者單位：廣西玉林技師學(xué)院）