虛擬仿真教學模式下高職學生工程實踐能力培養(yǎng)研究

摘 要：職業(yè)教育現(xiàn)場工程師培養(yǎng)是國家積極推動的強國策略，努力提升高職學生的工程實踐能力是職業(yè)教育的一項重要任務(wù)。文章分析了職業(yè)教育中工程實踐能力培養(yǎng)的困境，通過以虛擬仿真教學應(yīng)用為突破點，簡述虛擬仿真技術(shù)在高職教學中的作用，采取虛實結(jié)合的教學模式可加強高職學生工程實踐的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真 工程實踐能力 職業(yè)教育

自2015年以來，我國積極推進制造業(yè)智能化升級，陸續(xù)推出了“工業(yè)4.0”、中國智造、現(xiàn)場工程師等一系列策略，不僅增加國家的綜合實力，也對工程教育提出了新的要求。在工程應(yīng)用領(lǐng)域，急需擁有培養(yǎng)多工種、跨學科的基本知識，具備高難度技術(shù)操作能力，在一線崗位上能夠現(xiàn)場解決實際問題的工程技術(shù)人才[1]。近期高等職業(yè)教育規(guī)模發(fā)展得很大，但實踐教育中的設(shè)備、場地等硬件使用成本較高，且現(xiàn)場工程技術(shù)與設(shè)備快速更新使得教學內(nèi)容滯后，使得一線技能人才的培養(yǎng)還是存在不足之處。而通過融入虛擬仿真教學新模式，利用數(shù)字傳感器、計算機模擬等信息化技術(shù)，將實際的工程項目在虛擬環(huán)境中運行，便于更新教學項目內(nèi)容，解決實踐教學的“三高三難”問題，為高職學生的工程實踐能力培養(yǎng)開辟新途徑。

1 工程實踐能力的內(nèi)涵

1.1 現(xiàn)場工程師的理念

高新技術(shù)的發(fā)展促進我國傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷升級，數(shù)字化、智能化的裝備在工程領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛，使得對中高端產(chǎn)業(yè)技術(shù)技能人才的要求不斷更新，急需能在企業(yè)現(xiàn)場解決實際問題的高素質(zhì)人才，這也成為職業(yè)教育的重要目標。2022年9月，教育部辦公廳等五部門發(fā)布的《關(guān)于實施職業(yè)教育現(xiàn)場工程師專項培養(yǎng)計劃》指出：“以中國特色學徒制為主要培養(yǎng)形式，在實踐中探索形成現(xiàn)場工程師培養(yǎng)標準，培養(yǎng)一大批具備工匠精神，精操作、懂工藝、會管理、善協(xié)作、能創(chuàng)新的現(xiàn)場工程師。到2025年，累計不少于500所職業(yè)院校、1000家企業(yè)參加項目實施，累計培養(yǎng)不少于20萬名現(xiàn)場工程師?！盵2-3]區(qū)別于一般流水線上的普通技術(shù)工人，為適應(yīng)產(chǎn)業(yè)升級轉(zhuǎn)型，現(xiàn)場工程師應(yīng)具備快速學習能力和多崗位、多技能的知識儲備，在企業(yè)生產(chǎn)實踐中能從事設(shè)計與創(chuàng)新、管理與監(jiān)控、調(diào)試與操作等工作任務(wù)，以面對生產(chǎn)系統(tǒng)的復雜化、智能化。

1.2 現(xiàn)場工程實踐能力界定

盡管目前關(guān)于工程實踐能力的研究很多，但是由于工程應(yīng)用的范圍很廣，國內(nèi)外對于工程實踐能力具體涵義沒有完全確定，一般認為[4]，工程實踐能力是技術(shù)人員處理工程問題時所需的必備技能，是由設(shè)計、創(chuàng)新、溝通等多個方面的能力組成，具體見圖1。僅僅掌握單一技能的技術(shù)人員，將難以適應(yīng)社會產(chǎn)業(yè)的新發(fā)展，因此職業(yè)教育應(yīng)注重培養(yǎng)的是，在企業(yè)現(xiàn)場定義問題并提出分析與解決問題的思維與工作措施。

2 工程實踐能力的培養(yǎng)現(xiàn)狀

2.1 高職部分課程內(nèi)容設(shè)置難度偏高

我國高等職業(yè)教育的院?；臼菑母叩冉逃膶I(yè)教育分支演變而來，許多課程內(nèi)容還是依據(jù)原來精英教育的思維范式，但隨著職業(yè)教育的大眾化普及，理論性偏強的課程學習難度偏大，知識維度偏深，學生的興趣低，學習的主動性差。

2.2 課程教學方式落后

行業(yè)企業(yè)對高職畢業(yè)生的實踐能力水平要求提升了，但職業(yè)教育中“灌輸式”的理論教學依然存在，且許多學校的實訓教學條件的完備程度偏低，理實一體化課程教學效果不佳，不夠重視培養(yǎng)學生工程實踐能力。相對而言，高職學生的培養(yǎng)時間比高等教育普遍少一年，但實習實訓類課程的課時量大，公共基礎(chǔ)、職業(yè)素養(yǎng)等課程課時量偏低，專業(yè)課程教學培養(yǎng)目標單一，缺乏綜合性、持續(xù)性教育的課程，不利于培養(yǎng)學生的綜合素質(zhì)。而且工程領(lǐng)域新技術(shù)的更新很快，職業(yè)教育的教學內(nèi)容總是很難及時融入教材或課堂中，工程教育內(nèi)容更新緩慢，導致實踐類課程的教學存在著一定的滯后現(xiàn)象。

2.3 行業(yè)企業(yè)人才需求與培養(yǎng)目標的偏差

新技術(shù)的快速發(fā)展，新產(chǎn)業(yè)在不同區(qū)域的變化很大，但職業(yè)教育的實踐教學設(shè)備必定存在不適用的情況，且實踐教學實施過程中部分項目也存在著“投入高、損耗高、風險高”和“實施難、觀摩難、再現(xiàn)難”的三高三難問題，導致教師和學生實習實訓意愿不強，易形成職業(yè)教育中重理論、輕實踐的教學實際問題。因此，近年來高職畢業(yè)生的專業(yè)對口率呈現(xiàn)一定的下降趨勢，畢業(yè)的換崗率一直升高，升本、考公等非企業(yè)就業(yè)的比率持續(xù)上升；通過第三方調(diào)查（麥克思等），部分畢業(yè)生難以匹配實習崗位需求，特別是新產(chǎn)業(yè)中對智能化、數(shù)字化技術(shù)要求偏高的崗位群[5]。

3 虛擬仿真模式下工程能力培養(yǎng)的策略分析

分析目前職業(yè)教育學生工程實踐能力培養(yǎng)的原因，必須采取有效的教育教學改革措施才能改變現(xiàn)狀，而虛擬仿真實踐教學是利用信息化技術(shù)，將教學資源數(shù)字化，將工程應(yīng)用場景呈現(xiàn)到計算機模擬場景中，虛擬現(xiàn)實并可發(fā)生交互式的教學過程，實現(xiàn)現(xiàn)場工程師培養(yǎng)目標的有力保障，虛擬仿真教學改革策略分析見圖2。

虛擬仿真VR是學習者借助于外在的顯像設(shè)備（頭盔、手柄等），創(chuàng)建一個達成多重感知的虛擬仿真情景，能將傳統(tǒng)教學中難以實現(xiàn)的教學場景具象化，將受現(xiàn)實條件限制的教學過程模擬實施，成為傳統(tǒng)教學的良性補充，因此一直是教育教學改革的重要方向。職業(yè)教育的發(fā)展，不僅體現(xiàn)在整體的學生人數(shù)規(guī)模上，還需大力提升教學辦學理念，將工程應(yīng)用以虛擬仿真方式展現(xiàn)，提高高等職業(yè)教育的辦學實力，培養(yǎng)擁有綜合素質(zhì)的技能型人才。

3.1 構(gòu)建數(shù)字化虛擬仿真平臺

數(shù)字化虛擬仿真平臺的構(gòu)建是以行業(yè)企業(yè)對人才需求為核心，結(jié)合本專業(yè)的服務(wù)面向，面向不同的職業(yè)領(lǐng)域，開發(fā)不同的虛擬仿真任務(wù)，建立“理論-實踐-虛擬”一體化的專業(yè)教學體系，以掌握工程應(yīng)用知識基礎(chǔ)，強化工程實踐能力的培養(yǎng)。借助虛擬仿真教學平臺，改進教育教學方式，項目化教學，任務(wù)化實訓，科學化競賽，動態(tài)化評價，以培養(yǎng)學生的工程項目思維和工程實踐應(yīng)用為目標，提升學生的綜合認知和職業(yè)素質(zhì)。虛擬仿真教學平臺可為學生提供涉及本專業(yè)崗位群的多職業(yè)教學情景，開發(fā)針對性的實習實訓項目，多角色職業(yè)體驗，多崗位職業(yè)實踐，不僅能培養(yǎng)基本的專業(yè)技能，還能提升學生的協(xié)同合作、決策分析的工程實踐能力[6]。

3.2 校企聯(lián)合開發(fā)虛擬仿真教學任務(wù)

項目化教學在職業(yè)教育中早有應(yīng)用，但工程領(lǐng)域的OBE理論、CDIO理論等運用不多，可見工程實踐能力并沒有得到重視；項目化教學過程中，不僅要開展專業(yè)技能實訓，還應(yīng)注重非技術(shù)要素能力的開發(fā)，團隊合作、多人協(xié)同地完成教學任務(wù)。

為提升項目化教學的針對性，筆者認為需開展行業(yè)企業(yè)的工程應(yīng)用調(diào)研，開發(fā)基于工作過程導向的課程體系，依據(jù)行業(yè)崗位結(jié)構(gòu)變化→才培養(yǎng)目標確立→設(shè)置專業(yè)課程定位→專業(yè)課程遴選的路線，優(yōu)化職業(yè)教育的人才培養(yǎng)定位，序化人才培養(yǎng)的課程體系，模擬不同的職業(yè)教育場景，融入能替代真實教學過程的虛擬仿真教學任務(wù)。為了提升工程項目的教學針對性，應(yīng)校企聯(lián)合開發(fā)教學的任務(wù)，將真實生產(chǎn)任務(wù)、項目引入課程，利用虛擬仿真技術(shù)模擬企業(yè)生產(chǎn)實景，將工作崗位的典型任務(wù)引入其中，把崗位任務(wù)相關(guān)知識點、技能點體現(xiàn)在虛擬任務(wù)的實施過程。

3.3 以能力遞進原則重構(gòu)工程體系

在專業(yè)課程中加入虛擬仿真的教學任務(wù)后，引入工程實踐教育理念，構(gòu)建虛實結(jié)合的課程體系是高等職業(yè)教育專業(yè)建設(shè)的重要任務(wù)，重排當前高職專業(yè)的課程分布，注重培養(yǎng)高職學生的工程應(yīng)用能力、現(xiàn)場實踐能力，也是職業(yè)教育未來的重要發(fā)展趨勢。特別是對于工科類專業(yè)，需要依據(jù)行業(yè)內(nèi)工程應(yīng)用的特點，創(chuàng)設(shè)一個貫穿式專業(yè)課程內(nèi)容的具體項目，例如智能控制技術(shù)專業(yè)可以選一個智能產(chǎn)線的制造過程與數(shù)字化調(diào)試項目，項目的內(nèi)容需求包含了機械制造、電工電子、自動控制等多學科交叉知識。因此對于綜合性知識的項目內(nèi)容，筆者認為可依據(jù)工程實踐能力培養(yǎng)的規(guī)律，以能力遞進為原則構(gòu)建多層多塊的課程體系。

首先課程體系的模塊一為工程思維培養(yǎng)為主，教學內(nèi)容為工程基礎(chǔ)能力相關(guān)的知識，例如工科類的工程制圖、電工電子、智能制造概論等課程，主要培養(yǎng)行業(yè)知識、基礎(chǔ)工科思維。模塊二內(nèi)容基本由專業(yè)核心課程組成，將工程技術(shù)以工作項目化的形式開展教學，培養(yǎng)本專業(yè)的職業(yè)核心能力。模塊三為工程能力拓展課程，將各專業(yè)中行業(yè)崗位的其他需求都引入到課程中，在拓展能力的培養(yǎng)過程中注重工程素養(yǎng)的宣貫。最后一個模塊是在與企業(yè)行業(yè)對接的基礎(chǔ)上，改變以學校教育為中心的培養(yǎng)模式，增加以工程實踐能力為核心的多種崗位實習課程，整個培養(yǎng)過程中始終貫穿著匹配社會通識能力的綜合素質(zhì)教育課程，如英語、專業(yè)英語、數(shù)學等。圖3是以智能控制技術(shù)為例的課程體系示意圖。

3.4 提升教師虛擬仿真教學能力

從多方調(diào)研可知，面對教學領(lǐng)域中虛擬仿真技術(shù)的快速發(fā)展，教師的接受度普遍不高。首先應(yīng)加強虛擬仿真技術(shù)的實施效果的宣傳，政府、學校、行業(yè)等多方聯(lián)動，全面推進大范圍的虛擬仿真教學，強化教學硬件的保障。其次，應(yīng)堅持以教師發(fā)展為核心，推動將虛擬仿真教學應(yīng)用于教學能力競賽中，促進教師學習虛擬仿真教學相關(guān)知識和教學操作技能，能依據(jù)自身的教學經(jīng)驗、專業(yè)技能、信息化水平，構(gòu)建個性化的虛擬仿真教學模式。最終要求教師能將虛擬仿真技術(shù)與實踐教學深度融合，積極開發(fā)虛擬仿真資源的自主性、互動性、具象性等方面的潛能，保證虛擬仿真教學的深度應(yīng)用[7]。

4 結(jié)語

為適應(yīng)社會產(chǎn)業(yè)變革需求，不僅需要高等教育的卓越工程師，也需要大量具備工程實踐能力的現(xiàn)場工程師。高等職業(yè)教育應(yīng)盡快將工程教育理念融入人才培養(yǎng)的理論中，在強化通識教育的同時，在課程教學中融入工匠精神、創(chuàng)新精神的思想，加大對學生工程實踐能力的培養(yǎng)力度，以虛擬仿真教學為突破口，以虛助實、虛實結(jié)合地探索高職學生工程實踐能力的培養(yǎng)路徑，以有效提升學生的技術(shù)技能水平，培養(yǎng)出能解決實際現(xiàn)場工程問題的高素質(zhì)人才。

基金項目：2022年度江西省教育改革重點課題“新工科背景下基于VR+的智能焊接實踐教學體系探索與研究”（項目JXJG-22-49-3）。

參考文獻：

[1]馬俊.教育部等五部門發(fā)布《關(guān)于實施職業(yè)教育現(xiàn)場工程師專項培養(yǎng)計劃的通知》[J].汽車維護與修理，2022（22）：2-3.

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