智能制造背景下基于數(shù)字孿生技術(shù)的倉儲與配送管理課程教學(xué)改革研究

［收稿日期］2023-08-26

［基金項目］2023年廣州工程技術(shù)職業(yè)學(xué)院質(zhì)量工程教育

教學(xué)研究和改革一般項目“核心素養(yǎng)視域下高職《倉儲與配送管理》課程‘三教改革研究”（YJG202302）。

［作者簡介］李曉丹（1984— ），女，河南平頂山人，講師，

主要研究方向：物流管理、供應(yīng)鏈管理。

［摘 要］數(shù)字孿生技術(shù)作為推動智能制造發(fā)展的重要技術(shù)，近年來備受教育界關(guān)注。為適應(yīng)智能制造背景下物流行業(yè)轉(zhuǎn)型升級對高素質(zhì)技術(shù)技能型人才的需求，本文以倉儲與配送管理課程為例，在分析課程教學(xué)存在問題的基礎(chǔ)上，把數(shù)字孿生技術(shù)作為教學(xué)改革的切入點，通過升級教學(xué)內(nèi)容、創(chuàng)新教學(xué)模式、豐富數(shù)字化教學(xué)資源、提升教師教學(xué)能力等，進行基于數(shù)字孿生技術(shù)的課程教學(xué)改革探索，以期對提升課程教學(xué)效果和提高人才培養(yǎng)質(zhì)量提供參考和借鑒。

［關(guān)鍵詞］數(shù)字孿生；課程教學(xué)改革；智能制造

doi：10.3969/j.issn.1673-0194.2024.03.065

［中圖分類號］G712 ［文獻標(biāo)識碼］A ［文章編號］1673-0194（2024）03-0210-04

0? ? ?引 言

國家明確提出，要加快物流業(yè)智能化、數(shù)字化發(fā)展，提升物流運作效率和智能化水平，推進制造業(yè)與物流業(yè)深度融合，引領(lǐng)制造業(yè)向智能化、數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級。在此背景下，技術(shù)賦能讓物流行業(yè)越來越智能化、智慧化的同時，也引發(fā)了就業(yè)崗位及就業(yè)環(huán)境的相應(yīng)調(diào)整，這對個人技術(shù)技能提出了新的挑戰(zhàn)。職業(yè)教育作為高素質(zhì)技術(shù)技能型人才的主要供給方，傳統(tǒng)的教學(xué)模式和教學(xué)內(nèi)容已經(jīng)無法完全適應(yīng)智能制造背景下的人才發(fā)展要求，職業(yè)教育教學(xué)改革任務(wù)迫在眉睫。數(shù)字孿生作為推動智能制造發(fā)展的重要技術(shù)之一，正受到工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的高度關(guān)注，將數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)，也是當(dāng)前職業(yè)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型改革的新方向。本文以倉儲與配送管理這門專業(yè)課程為例，針對當(dāng)前教學(xué)中存在問題和不足，探索基于數(shù)字孿生技術(shù)的課程教學(xué)改革，以期為物流管理專業(yè)人才培養(yǎng)和課程改革提供新的思路和借鑒。

1? ? ?倉儲與配送管理課程教學(xué)中存在的問題

1.1? ?課程授課內(nèi)容相對陳舊

現(xiàn)有倉儲與配送管理課程教學(xué)內(nèi)容主要包括倉儲管理認知、倉儲設(shè)施設(shè)備管理、倉儲作業(yè)管理、倉儲經(jīng)營管理、配送認知、配送作業(yè)管理等，課程培養(yǎng)目標(biāo)以倉儲管理和配送管理的綜合知識傳授和倉儲與配送作業(yè)組織與操作為主。隨著倉儲與配送的數(shù)字化、智能化發(fā)展，人的角色正在經(jīng)歷轉(zhuǎn)型，企業(yè)需要的是能夠掌握與運用現(xiàn)代信息技術(shù)和智能化設(shè)備技術(shù)，能夠配合智能制造進行倉配活動的智慧化設(shè)備改造與布局規(guī)劃，能夠完成智能化運營目標(biāo)并不斷優(yōu)化運營績效的復(fù)合型、綜合型高素質(zhì)技術(shù)技能人才。而現(xiàn)有課程教學(xué)內(nèi)容相對陳舊，與物流行業(yè)的數(shù)字化發(fā)展融合不足，對學(xué)生的信息技術(shù)發(fā)展變化適應(yīng)能力、規(guī)劃設(shè)計和創(chuàng)新能力培養(yǎng)不夠，導(dǎo)致學(xué)生的綜合素質(zhì)與智能制造背景下企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型人才需求脫節(jié)。

1.2? ?課程實踐教學(xué)資源不足

當(dāng)前，絕大多數(shù)職業(yè)院校倉儲與配送管理課程的實踐教學(xué)中，會使用到如RF手持、電子標(biāo)簽貨架、揀選臺車、立體自動化倉庫等實訓(xùn)設(shè)備。盡管這些實訓(xùn)設(shè)備對培養(yǎng)學(xué)生智能化設(shè)備操作技能有一定的幫助。但隨著AGV機器人、機器臂、無人倉、無人機、無人配送車等越廣泛應(yīng)用到倉儲與配送作業(yè)場景，倉儲與配送運營模式正隨之轉(zhuǎn)變。對很多院校來說，新設(shè)備需要巨大投入，受制于資金壓力無法及時更換或升級現(xiàn)有實訓(xùn)設(shè)備。實踐教學(xué)資源的不足，使得教師和學(xué)生無法接觸到最新技術(shù)，因此，一些新的實訓(xùn)項目如智能設(shè)備運行與維護、智慧倉配規(guī)劃與設(shè)計、智慧倉配運營管理等也無法開展。人才培養(yǎng)前瞻性的缺乏，導(dǎo)致技能人才在智能制造環(huán)境下的職業(yè)發(fā)展后勁不足。

1.3? ?智慧倉配數(shù)字化教學(xué)資源匱乏

倉儲與配送管理作為物流管理專業(yè)的核心課程，大多數(shù)職業(yè)院校該門課都建有網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺，配有一些相關(guān)的文檔、課件、微課、動畫、圖片、視頻等數(shù)字化資源。然而，這些資源大都是基于傳統(tǒng)倉配入庫、出庫、配送業(yè)務(wù)流程開發(fā)出來的，教學(xué)資源側(cè)重于倉配業(yè)務(wù)操作能力培養(yǎng)，其中涉及智慧倉應(yīng)用場景、智慧倉業(yè)務(wù)需求分析、智慧倉設(shè)備配置、智慧倉布局規(guī)劃、智慧倉仿真分析等方面的數(shù)字化教學(xué)資源非常稀少，智能制造背景下與制造業(yè)深度融合的智慧倉配設(shè)備配置、布局規(guī)劃和運營仿真等數(shù)字化教學(xué)資源更是匱乏。

1.4? ?教師教學(xué)能力有待提升

目前，物流管理專業(yè)的教師團隊中絕大多數(shù)教師畢業(yè)于經(jīng)濟管理類專業(yè)，其中具有工科背景的教師非常少。其在信息技術(shù)知識與技能方面的短板，導(dǎo)致他們對新技術(shù)的理解深度不夠，因而在教學(xué)過程中，對于如何把行業(yè)新發(fā)展的智慧倉配內(nèi)容引入課堂，如何結(jié)合智能制造背景有針對性地設(shè)計智慧倉配實訓(xùn)項目等都無所適從。加之，大多數(shù)教師真正的企業(yè)實戰(zhàn)經(jīng)驗缺乏，走出去參與新技術(shù)學(xué)習(xí)培訓(xùn)的機會又較少，致使課堂中在教授物流行業(yè)新技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用時，仍然采取較為傳統(tǒng)的教學(xué)模式，授課方式以教師口頭講授為主，輔助一些圖片或視頻讓學(xué)生簡單了解。這樣既無法達到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和實踐技能的目標(biāo)，也無法真正調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和積極性。

2? ? ?數(shù)字孿生技術(shù)及其在教育領(lǐng)域的應(yīng)用研究

數(shù)字孿生技術(shù)，也稱為“信息鏡像模型”。它能夠?qū)⑽锢韺嶓w高保真映射到孿生的虛擬模型上，借助孿生的虛擬模型來復(fù)制和映射物理實體的狀態(tài)，并通過虛實互聯(lián)融合，最終實現(xiàn)以虛控實、以虛促實目標(biāo)的一種先進技術(shù)。在智能制造活動中，利用數(shù)字孿生技術(shù)可以搭建虛擬生產(chǎn)制造模型，模擬、監(jiān)控、預(yù)測生產(chǎn)活動擾動因素，開展更加科學(xué)的生產(chǎn)調(diào)度分析，制定更加準確的管理控制優(yōu)化策略，并用于指導(dǎo)現(xiàn)實生產(chǎn)實踐［1-3］，這也是數(shù)字孿生技術(shù)服務(wù)于智能制造最主要的價值體現(xiàn)之一。

在教育領(lǐng)域，數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用研究還處于起步階段。蘭國帥等（2019）指出數(shù)字孿生技術(shù)為學(xué)習(xí)者描繪了一個虛實映射的新領(lǐng)域，帶來了全新的學(xué)習(xí)體驗，并開拓了實體操控的新空間［4］。張樂敏等（2021）在未來城市課程教改中構(gòu)建了數(shù)字孿生智慧教學(xué)系統(tǒng)框架，展示了數(shù)字孿生技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用［5］。張?zhí)祚Y等（2023）在智慧虛擬現(xiàn)實與元宇宙課程中探討了基于數(shù)字孿生技術(shù)的教學(xué)改革探索及改革效果，進一步推動了數(shù)字孿生技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展［6］。此外，還有學(xué)者從自適應(yīng)學(xué)習(xí)、學(xué)情智能診斷、智慧課堂評價等角度進行了相關(guān)探索，并取得了很好的研究成果。然而，在實踐操作層面，基于數(shù)字孿生技術(shù)的課程教學(xué)改革研究還不夠深入。因此，筆者嘗試將數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用于倉儲與配送管理課程開展教學(xué)改革探索。

3? ? ?基于數(shù)字孿生技術(shù)的倉儲與配送管理課程教學(xué)改革建議

3.1? ?借助數(shù)字孿生技術(shù)升級倉儲與配送管理課程教學(xué)內(nèi)容

智能制造背景下倉儲與配送管理課程的教學(xué)重點應(yīng)從“面向操作能力設(shè)計”轉(zhuǎn)變?yōu)椤懊嫦蚵殬I(yè)未來發(fā)展設(shè)計”，要更加重視學(xué)生的信息技術(shù)發(fā)展變化適應(yīng)能力和規(guī)劃設(shè)計與創(chuàng)新能力培養(yǎng)，提高學(xué)習(xí)內(nèi)容的前瞻性，增強學(xué)生職業(yè)發(fā)展后勁。因此，倉儲與配送管理課程教學(xué)內(nèi)容也需要不斷更新和完善，新的課程體系應(yīng)增加智慧倉應(yīng)用場景、智慧倉設(shè)備配置需求分析、智慧倉布局規(guī)劃、智慧倉仿真與運營成本分析等教學(xué)內(nèi)容，豐富課程體系。針對新增加的教學(xué)內(nèi)容，依托現(xiàn)有實訓(xùn)室建設(shè)基礎(chǔ)，借助數(shù)字孿生技術(shù)將企業(yè)實際案例設(shè)計成數(shù)字化的虛擬教學(xué)載體，在虛擬教學(xué)空間中，讓學(xué)生利用所學(xué)知識，開展智慧倉的規(guī)劃與設(shè)計，進行動態(tài)的仿真模擬，并根據(jù)實時接收的數(shù)據(jù)反饋信息，評估智慧倉運行績效，完成智慧倉運行策略調(diào)整優(yōu)化。這樣既能讓學(xué)生直觀體驗所學(xué)專業(yè)知識的應(yīng)用，加深對知識點的理解和掌握，也能培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，真正實現(xiàn)教、學(xué)、做的深度融合。

3.2? ?借助數(shù)字孿生技術(shù)創(chuàng)新教學(xué)模式，提升教學(xué)效果

基于數(shù)字孿生技術(shù)可以重新思考教學(xué)內(nèi)容的呈現(xiàn)以及傳遞的途徑，開展基于數(shù)字孿生技術(shù)虛實融合的一體化教學(xué)模式改革。以智慧倉布局與規(guī)劃為例，在教學(xué)過程中可以引入企業(yè)真實項目，聚焦企業(yè)痛點來展開項目化學(xué)習(xí)。課前教師利用課程學(xué)習(xí)平臺，將相關(guān)資源推給學(xué)生，學(xué)生可以利用數(shù)字孿生體模型開展自主探索學(xué)習(xí)；課中學(xué)生可以利用數(shù)字孿生體模型進行智慧倉的功能區(qū)域規(guī)劃、設(shè)施設(shè)備位置規(guī)劃、設(shè)備參數(shù)配置等，再結(jié)合智慧倉的空間布局進行AGV機器人的動線規(guī)劃及設(shè)施設(shè)備站節(jié)點在不同功能區(qū)域的點位設(shè)計等。然后，可以將原材料存儲信息、出入庫任務(wù)數(shù)據(jù)等導(dǎo)入數(shù)字孿生體上，對智慧倉的布局規(guī)劃進行運行仿真，以驗證布局規(guī)劃的有效性和合理性。最后，可以根據(jù)仿真結(jié)果，讓學(xué)生進行仿真運行數(shù)據(jù)分析，提出優(yōu)化改進方案；課后學(xué)生還可以再進一步針對更多不同的工作場景進行虛擬拓展訓(xùn)練，增強實踐經(jīng)驗?？梢?，基于數(shù)字孿生技術(shù)開展的虛實融合教學(xué)模式，整個教學(xué)過程以學(xué)生為主體，以行動導(dǎo)向教學(xué)法為中心，改造了傳統(tǒng)教學(xué)與實踐方式，將枯燥知識趣味化、抽象問題形象化，提升了課程內(nèi)容直觀性與互動性，最大限度地挖掘了學(xué)生的興趣和潛能，知識技能有序推進、重點難點逐層突破，實現(xiàn)了教學(xué)目標(biāo)的有效達成。

3.3? ?借助數(shù)字孿生技術(shù)豐富數(shù)字化教學(xué)資源，注重課程思政建設(shè)

豐富優(yōu)質(zhì)的數(shù)字化教學(xué)資源，是推動課程模式變革，是學(xué)生開展自主、探究、合作學(xué)習(xí)的重要支撐。因此，為了融入企業(yè)最先進的生產(chǎn)力要素，保證教學(xué)內(nèi)容與時代技術(shù)發(fā)展同步，建設(shè)基于數(shù)字孿生技術(shù)的課程數(shù)字化教學(xué)資源迫在眉睫。為此，應(yīng)以《高職物流管理專業(yè)教學(xué)標(biāo)準》和《物流服務(wù)師國家職業(yè)技能標(biāo)準（二級）》為依據(jù)，以“智慧物流”技能大賽為抓手，融入物流管理“1+X”職業(yè)技能等級考試，按照“課崗對接、課證融合，課賽融通”育人理念，以企業(yè)真實工作過程中的典型案例為載體，與行業(yè)企業(yè)合作，共同開發(fā)出滿足教學(xué)需要的課件、動畫、視頻、圖片、試題等，豐富現(xiàn)有的數(shù)字化教學(xué)資源，為開展虛實融合的教學(xué)提供強有力支撐。同時，要注重課程思政建設(shè)，應(yīng)以踐行社會主義核心價值觀為主線，從“知、意、行、思”四階深入挖掘課程思政元素，將思政教育有機融合到數(shù)字化資源中，培育學(xué)生的勞模精神、勞動精神、工匠精神，增強學(xué)生的民族自豪感、科技強國夢、職業(yè)榮譽感，同時，還需注重培養(yǎng)學(xué)生的邏輯分析、演繹歸納、科學(xué)創(chuàng)新等思維方法，努力把學(xué)生培養(yǎng)成有靈魂、有技術(shù)、德技兼?zhèn)涞男滦吐殬I(yè)物流人。

3.4? ?借助數(shù)字孿生技術(shù)提升教師教學(xué)能力，建設(shè)高水平“雙師”團隊

教師是課程教學(xué)改革與實施的主體，“誰來教”是育人的根本問題。學(xué)生新技能的獲得與發(fā)展必然要求與之相適應(yīng)的教師作為“催化劑”來引導(dǎo)、促進。習(xí)近平總書記在全國教育大會上特別指出，堅持把教師隊伍建設(shè)作為基礎(chǔ)工作，強教必先強師?；跀?shù)字孿生技術(shù)的課程教學(xué)改革應(yīng)關(guān)注教師發(fā)展，解決目前課程教師教學(xué)能力有待提升的問題?？稍谠袑I(yè)教學(xué)團隊建設(shè)工作基礎(chǔ)上，依托教師教育、日常教學(xué)和教研活動等，發(fā)揮教學(xué)團隊協(xié)作優(yōu)勢，開展老中青“傳幫帶”活動，幫助教師提升教學(xué)能力。同時，與行業(yè)企業(yè)建立深度的合作關(guān)系，融合多方優(yōu)質(zhì)資源，加大對教師專業(yè)技能培訓(xùn)力度，鼓勵教師赴企業(yè)一線鍛煉、考取職業(yè)技能等級相關(guān)師資證書等，實現(xiàn)教師自我知識儲備的不斷更新迭代。此外，還可聘請企業(yè)技術(shù)技能人才到學(xué)校參與課程教學(xué)，通過企業(yè)兼職教師與專任教師的相互合作、優(yōu)勢互補，建設(shè)一支具有較高教學(xué)水平和較強實踐能力、專兼職結(jié)合、結(jié)構(gòu)合理的德技雙馨高水平“雙師”團隊，進而實現(xiàn)課堂教學(xué)的深度變革。

4? ? ?結(jié)束語

在智能制造背景下基于數(shù)字孿生技術(shù)對物流管理專業(yè)倉儲與配送管理課程進行探索性改革，通過升級教學(xué)內(nèi)容、創(chuàng)新教學(xué)模式、豐富數(shù)字化教學(xué)資源、注重課程思政建設(shè)、提升教師教學(xué)能力和建設(shè)“雙師”團隊等措施，不僅可以很好地解決課程教學(xué)內(nèi)容陳舊、實踐教學(xué)資源不足、智慧倉配數(shù)字化教學(xué)資源匱乏以及教師教學(xué)能力有待提升等問題，還可以通過提供的虛擬教學(xué)場景，幫助學(xué)生更好地理解所學(xué)知識，提高學(xué)習(xí)效率和興趣，拓展知識應(yīng)用能力，培養(yǎng)創(chuàng)造力和合作精神，促進學(xué)生職業(yè)能力逐步向高級遞進，凸顯出新時代“職業(yè)人”的基本素質(zhì)，也為智能制造發(fā)展提供高素質(zhì)技術(shù)技能型人才支撐。

主要參考文獻

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