高職土建類專業(yè)虛擬仿真實訓基地建設(shè)的研究與實踐

楊 勃 劉明學 夏雪剛

陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學院，陜西 渭南 714000

隨著我國土木建筑行業(yè)的迅速發(fā)展，尤其新基建的發(fā)展，企業(yè)急需大量的高素質(zhì)、高技能人才，這對學校的職業(yè)教育和企業(yè)的員工培訓提出更高的要求［2］。傳統(tǒng)的實訓條件不能完全滿足企業(yè)對人才崗位的要求。從新基建的發(fā)展需求出發(fā)，急需涵蓋土建行業(yè)多專業(yè)、多工種的綜合性實訓平臺，基于科學的職業(yè)教育理念和先進的虛擬仿真技術(shù)建設(shè)的虛擬仿真實訓基地，可實現(xiàn)理論教學與實踐教學有機高效結(jié)合，可為提升學生和企業(yè)員工的實際作業(yè)能力提供極佳的訓練平臺［3］。此外，受一些不確定性因素的影響，倒逼教學實踐教學方式和方法的創(chuàng)新改革。學校在高速鐵路智慧建造虛擬仿真軟硬件資源、仿真資源突破教學實訓難點以及資源共建共享等方面加大了建設(shè)力度，取得了一些成績。

一、建設(shè)的目標

打造“教、學、做、評、創(chuàng)”五位一體虛擬仿真實訓基地；構(gòu)建“分層次、模塊化、遞進式”實踐教學體系和標準；開發(fā)“職教特色、行業(yè)標準”的智能化虛擬仿真教學資源建設(shè)方案；培育一支結(jié)構(gòu)多元、團結(jié)協(xié)作的高水平虛擬仿真實訓教學和資源開發(fā)團隊；打造育訓結(jié)合的智慧化實訓課堂；創(chuàng)新共建共享虛擬仿真實訓基地建設(shè)機制，將虛擬仿真實訓基地打造成集教學、實訓、培訓、科研、競賽、科普等功能于一體的綜合性實訓基地、虛擬仿真實訓技術(shù)成果展示與應(yīng)用推廣平臺。

二、要解決的教學問題和解決的方法

（一）解決土建類專業(yè)教學中的“三高三難”問題

線路、橋梁、隧道等土建類專業(yè)傳統(tǒng)實訓基地建設(shè)高投入、高難度、高風險、難實施、難觀摩、難再現(xiàn)的“三高三難”問題，難以完全實現(xiàn)實訓項目與企業(yè)生產(chǎn)項目無縫對接。以AR、VR、MR 等虛擬科技為引領(lǐng)，依托交互桌面、動作捕捉等多種虛擬現(xiàn)實設(shè)備等創(chuàng)新實踐教學模式，打造高度真實沉浸的顯示環(huán)境，實現(xiàn)多維仿真和真實場景模擬，實現(xiàn)在虛擬施工場景中的人機交互教學和漫游體驗，以真實的工程項目為載體，以線路、橋梁、隧道等工程結(jié)構(gòu)智慧建造施工工藝為主線，虛實結(jié)合、數(shù)據(jù)對接，化解實踐教學難點。

（二）解決土建類專業(yè)虛擬仿真實訓建設(shè)應(yīng)用資源不足、標準體系不健全問題

當前虛擬仿真實訓基地建設(shè)偏重于硬件環(huán)境，缺乏與硬件相互匹配的軟件資源，新基建對從業(yè)者綜合素質(zhì)和技能有新的要求，當前土建類專業(yè)的虛擬仿真實訓資源項目與企業(yè)要求的生產(chǎn)項目不對應(yīng)，并且數(shù)量不多，質(zhì)量不高，特色不明。聚焦行業(yè)“四新”技術(shù)，融合課程思政，按照技能要點或操作步驟確定模塊或單元，實施三項對接，即與崗位技能對接、與人才培養(yǎng)方案和職業(yè)培訓方案對接、與實習實訓對接，進行資源開發(fā)，制定《高職土建類專業(yè)虛擬仿真實訓教學資源開發(fā)與應(yīng)用標準》。

虛擬仿真實訓基地建設(shè)和應(yīng)用缺乏科學、統(tǒng)一、實用的建設(shè)標準，存在軟硬件不匹配，虛擬的實訓項目與生產(chǎn)項目不匹配，虛擬的實訓環(huán)境與生產(chǎn)環(huán)境不匹配問題，育訓結(jié)合難，理實一體難。對接崗位人才培養(yǎng)培訓需求，圍繞線路、橋梁、隧道土建類實踐教學重點和難點，整體規(guī)劃，分步實施，堅持邊建設(shè)、邊應(yīng)用、邊完善、邊推廣，制定《高職土建類專業(yè)虛擬仿真實訓基地建設(shè)標準》。

（三）解決土建類專業(yè)虛擬仿真實訓基地共建共享機制不健全問題

目前因共建共享機制不健全，導致校企實質(zhì)性共建難，深度共享難的問題依然不同程度存在。強化三項機制保障，實現(xiàn)校企互融、六聯(lián)六共，即校企聯(lián)姻，事業(yè)共榮；基地聯(lián)建，資源共享；人員聯(lián)誼，隊伍共建；課程聯(lián)開，人才共育；技術(shù)聯(lián)創(chuàng)，成果共用；活動聯(lián)辦，文化共振。以機制創(chuàng)新為動力，以真實項目為牽引，以共建共享為紐帶，聯(lián)合中鐵一局集團有限公司等行業(yè)一流企業(yè)、雙高建設(shè)院校和骨干虛擬仿真企業(yè)，構(gòu)建校企命運共同體保障機制；建立校企協(xié)同聯(lián)動機制；形成多元反饋評價機制，破解共建難，共享不足的問題。

三、建設(shè)的內(nèi)容

（一）高職土建類專業(yè)智慧建造虛擬仿真實訓基地建設(shè)的研究與實踐

1.研創(chuàng)一流的虛擬仿真實訓基地建設(shè)方案

聚焦虛擬現(xiàn)實和人工智能技術(shù)，優(yōu)化建設(shè)方案架構(gòu)設(shè)計，將信息技術(shù)和實訓設(shè)施深度融合，與技術(shù)先進企業(yè)合作研創(chuàng)虛擬仿真實訓基地建設(shè)方案，構(gòu)建具有感知性、沉浸性、交互性、構(gòu)想性、智能性的虛擬仿真實訓教學場所，即1 中心和4 場所，新建虛擬仿真實訓基地管控中心，新建基于3R 技術(shù)的高速鐵路智慧建造技能訓練和技術(shù)創(chuàng)新工坊，新建實景體驗類施工安全應(yīng)急演練館，升級全真實體類實訓基地虛擬仿真功能，升級PC端類的工程仿真實訓室；配置應(yīng)達到行業(yè)企業(yè)前沿技術(shù)和新業(yè)態(tài)所要求的先進水平的虛擬仿真實訓設(shè)備，并且實訓設(shè)備與實訓教學模式及虛擬仿真實訓資源的展現(xiàn)形式相匹配。

2.開發(fā)9 大虛擬仿真實訓系統(tǒng)方案

厘清“三高三難”項目，與核心技術(shù)企業(yè)共同搭建以實帶虛、以虛助實、虛實結(jié)合的虛擬仿真實訓9 大系統(tǒng)詳實方案，即升級和開發(fā)高鐵線路、高鐵橋梁、高鐵隧道、高鐵站場、智慧檢測、工程施工安全應(yīng)急演練、無人機低空攝影測量、高鐵智慧建造工地空中對接、高鐵智慧建造仿真訓練雙語系統(tǒng)等9 個系統(tǒng)，使學習者實現(xiàn)施工全過程訓練。

3.創(chuàng)建3 類虛擬仿真實訓資源開發(fā)方案

聚焦行業(yè)“四新”技術(shù)，即新技術(shù)、新工藝、新材料、新設(shè)備，融合課程思政，按照技能要點或操作步驟確定模塊或單元，與行業(yè)知名的企業(yè)研創(chuàng)虛擬仿真實訓資源開發(fā)方案。資源開發(fā)與崗位技能對接、與人才培養(yǎng)方案和職業(yè)培訓方案對接、與實習實訓對接等3 項對接，創(chuàng)建3 類虛擬仿真資源開發(fā)方案，即以實帶虛的純虛擬資源開發(fā)方案、以虛助實的模塊化資源開發(fā)方案、虛實結(jié)合的數(shù)字孿生資源開發(fā)方案。

（二）高職土建類專業(yè)智慧建造虛擬仿真實訓基地的應(yīng)用研究與實踐

1.構(gòu)建虛擬仿真實踐教學體系和標準

課程共振、能力遞進，構(gòu)建虛擬仿真實踐教學體系?；趰徫环治龊偷湫凸ぷ鲌龇治?，完善“七維度”專業(yè)群實踐教學體系，優(yōu)化完善“校企協(xié)同育人有機制、專業(yè)技能訓練有基地、技能等級證書有對接、實踐教學模式有創(chuàng)新、實踐教學資源有保障、教學團隊建設(shè)有措施、工匠精神培育有載體”的綜合實踐教學體系。緊盯“裝配化施工、智能化檢測、動態(tài)化監(jiān)測、數(shù)據(jù)化分析、智慧化管理”等智慧建造關(guān)鍵技術(shù)，創(chuàng)建“分層次、模塊化、遞進式”實踐教學課程體系。根據(jù)職業(yè)崗位要求，將專業(yè)能力劃分為基礎(chǔ)能力、核心能力和拓展能力三個層次，每個層次對應(yīng)開發(fā)模塊化的理實一體課程和實訓課程，各專業(yè)根據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)目標，在各層次選擇模塊化課程進行實踐訓練，實現(xiàn)專業(yè)能力的遞進式上升。校企聯(lián)合開發(fā)《高職土建類專業(yè)虛擬仿真實訓基地建設(shè)標準》《高職土建類專業(yè)虛擬仿真實訓教學資源開發(fā)與應(yīng)用標準》等系列標準，跟蹤行業(yè)企業(yè)新技術(shù)、新工藝、新材料、新設(shè)備，不斷優(yōu)化改進，形成動態(tài)調(diào)整的專業(yè)群實踐教學標準體系。

2.打造育訓結(jié)合的智慧化實訓課堂

基于跨專業(yè)實訓教學和職業(yè)培訓的不同特點，創(chuàng)新實訓教學模式和方法，科學安排虛擬仿真實訓教學體系所需課程時長、教學要求和考核標準等。依托虛擬仿真實訓教學管理和共享平臺，利用人工智能和虛擬仿真技術(shù)，創(chuàng)建職場化、自主性、交互式、沉浸式、個性化的智慧實訓環(huán)境。深化實踐教學的混合式教學改革和課程思政改革，形成師生、生生之間探究式、討論式、參與式學習生態(tài)。按照“三教改革”要求，對傳統(tǒng)實訓教學模式進行創(chuàng)新再造，實現(xiàn)實訓教學的生動性、趣味性、互動性和自主性。

3.建立虛擬仿真實踐教學團隊培育標準

依托教師發(fā)展中心、虛擬仿真實訓基地等平臺，制定虛擬仿真實踐教學團隊培育標準，實施教師能力提升等計劃，構(gòu)建實訓指導教師發(fā)展與培訓機制，全面提升團隊成員三項核心能力，即信息化教學能力、虛擬仿真資源開發(fā)能力、虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用能力。項目團隊以院校及科研院所專家為引領(lǐng)，以跨專業(yè)的“雙師型”專業(yè)教師、校企合作企業(yè)的技術(shù)能手、虛擬仿真實訓資源開發(fā)企業(yè)的技術(shù)人員為骨干，建成一支結(jié)構(gòu)多元、團結(jié)協(xié)作的高水平虛擬仿真實訓教學和資源開發(fā)團隊。

（三）高職土建類專業(yè)智慧建造虛擬仿真實訓基地的共建共享機制的研究與實踐

創(chuàng)新虛擬仿真實訓基地建設(shè)機制，以學校牽頭組建的陜西鐵路建筑職教集團為紐帶，堅持開發(fā)共享、校企合作、產(chǎn)教融合、工學結(jié)合，將實訓基地建設(shè)與技術(shù)研發(fā)、現(xiàn)代學徒制人才培養(yǎng)等工作相結(jié)合，構(gòu)建校企命運共同體保障機制；建立校企協(xié)同聯(lián)動機制；形成多元反饋評價機制。

（四）高職土建類專業(yè)智慧建造虛擬仿真實訓基地的建設(shè)應(yīng)用評價體系研究與實踐

按照“成果突出、特色鮮明、示范引領(lǐng)、量化考核”的原則，政府、行業(yè)、企業(yè)、學校四方聯(lián)動共同制定《高職土建類專業(yè)虛擬仿真實訓基地建設(shè)標準》和《高職土建類專業(yè)虛擬仿真實訓基地應(yīng)用管理辦法》等管理制度，參照教育部科技發(fā)展中心等政府部門的建設(shè)指南要求，參照知名的生產(chǎn)企業(yè)先進工藝，與掌握核心技術(shù)的虛擬仿真企業(yè)共同開發(fā)高職土建類專業(yè)虛擬仿真實訓基地建設(shè)標準體系。

四、取得的成效

（一）校企雙方深度融合，打造“教、學、做、評、創(chuàng)”五位一體虛擬仿真實訓基地，形成虛擬仿真實訓基地建設(shè)品牌

構(gòu)建具有感知性、沉浸性、交互性、構(gòu)想性、智能性的虛擬仿真實訓教學場所，聚焦“三高三難”項目，使學習者實現(xiàn)施工全過程訓練，創(chuàng)建3 類虛擬仿真實訓資源，有效解決實訓教學過程中的“三高三難”痛點和難點，校企雙方深度融合，形成虛擬仿真實訓基地建設(shè)品牌。

（二）創(chuàng)建“分層次、模塊化、遞進式”實踐教學課程體系，教學改革成果豐碩，形成育訓結(jié)合人才培養(yǎng)品牌

基于崗位分析和典型工作場分析，將專業(yè)能力劃分為基礎(chǔ)能力、核心能力和拓展能力三個層次，每個層次對應(yīng)開發(fā)模塊化的理實一體課程和實訓課程，各專業(yè)根據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)目標，在各層次選擇模塊化課程進行實踐訓練，實現(xiàn)專業(yè)能力的遞進式上升。堅持育訓結(jié)合，實現(xiàn)虛擬仿真實訓教學資源與理論教學有機銜接，形成育訓結(jié)合人才培養(yǎng)品牌。

通過創(chuàng)新育訓結(jié)合人才培養(yǎng)模式、優(yōu)化實踐教學體系、實施模塊化教學改革，構(gòu)建基于虛擬仿真實訓基地泛在學習新生態(tài)，形成對接職業(yè)標準的實訓課程標準、實訓基地建設(shè)標準等，建成高水平虛實結(jié)合、產(chǎn)教融合實訓基地和優(yōu)質(zhì)教學資源，支撐現(xiàn)代學徒制培養(yǎng)、“1+X”制度試點、分層分類培養(yǎng)、學分制改革。

五、結(jié)論

通過虛擬仿真實訓基地建設(shè)，實訓條件更加完善，實訓教學資源更加豐富，教師專業(yè)實踐水平明顯提升，培養(yǎng)出一批施工急需、技藝高超、符合時代特征的復(fù)合型技術(shù)技能人才。實訓基地建設(shè)、實踐教學團隊建設(shè)、實踐教學改革等方面的先進經(jīng)驗示范全國，引領(lǐng)新時代高鐵專業(yè)群三教改革，服務(wù)高鐵“走出去”企業(yè)的本土化人才培訓。在總結(jié)教學實踐經(jīng)驗和改革成果的基礎(chǔ)上，在兄弟院校中全面推廣實施。同時，為全國其他土木工程類專業(yè)提供學習樣板，為其他同類院校提供學習借鑒范式。