依托虛擬仿真實訓基地構建一體化教學實踐平臺的應用研究

關鍵詞：智慧教學；虛擬仿真實訓平臺；數(shù)字化轉型；虛擬仿真技術；實踐教學平臺

0 引言

隨著虛擬現(xiàn)實、云計算和大數(shù)據(jù)等技術的飛速發(fā)展，為教育領域的變革與創(chuàng)新提供了廣闊空間，科技對教育的支撐引領作用日益突出。在此背景下，高校作為人才培養(yǎng)的核心基地，須深刻領悟并積極響應國家教育數(shù)字化戰(zhàn)略的內(nèi)涵與要求。

本研究團隊所在的四川化工職業(yè)技術學院，積極探索數(shù)字技術與教育教學的融合，構建了基于“互聯(lián)網(wǎng)+教育+虛擬仿真”技術的虛擬仿真實訓資源管理平臺，積極響應了國家教育數(shù)字化戰(zhàn)略行動，并推動了教育教學模式創(chuàng)新。

教育數(shù)字化轉型不僅是技術層面的革新，更是教育理念和教學模式的深刻變革[1]。本研究依托虛擬仿真實訓基地構建的一體化教學實踐平臺，通過整合教學資源、優(yōu)化教學過程，顯著提升了教學效果，對推動教育現(xiàn)代化具有重要意義，并為其他院校提供可借鑒的經(jīng)驗。

1 一體化教學實踐平臺的構建

1.1 平臺構建思路

本研究團隊在構建一體化教學實踐平臺時，秉持創(chuàng)新理念，主要圍繞資源云化、技術賦能和數(shù)據(jù)聯(lián)動三大核心策略展開[2]。團隊特別結合了學校的化工特色，確保平臺構建與學校實際情況緊密融合，以期達到最優(yōu)的教育成效

1.2 技術架構與功能設計

1.2.1 資源云化

云技術實現(xiàn)了全校實訓資源的集中存儲、管理和共享。在建設“虛擬仿真實訓教學及資源共享管理平臺”時，學校引入集約化理念，依托“互聯(lián)網(wǎng)+教育+虛擬仿真”技術，統(tǒng)籌管理全校虛擬仿真實訓教學資源于云端。平臺提供了統(tǒng)一接口管理（如圖1所示），簡化了資源集成流程，減輕了管理人員和教師的工作負擔。資源上傳云端后，經(jīng)分類、開發(fā)和共享，全校師生可靈活高效地調用，不受時空限制。

如圖2虛仿平臺架構所示，平臺支持課程自由組合，教師可建設、發(fā)布、管理和調用實訓教學資源，并根據(jù)學生群體，通過模塊化組合課程，定制個性化培養(yǎng)方案，豐富并創(chuàng)新課程形式。例如，針對行政班學生進行生產(chǎn)鏈崗位技能培訓，為短期培訓學生自由搭配學習模塊形成特定技能圖譜，為社會訪客提供開放共享資源，完成網(wǎng)絡課程學習并獲得相關認證。多模式并行運行，提升了學習效率，促進了教學模式的革新。

1.2.2 技術賦能，建設智慧教育生態(tài)[3]

數(shù)字技術被用于營造智慧化教學環(huán)境，推動教學理念、模式和內(nèi)容的改革。平臺上的實訓資源以“項目”形式呈現(xiàn)，根據(jù)學校專業(yè)特色，秉承“對內(nèi)應用，對外服務”理念，建設專業(yè)實訓資源，并拓展應用場景，將“VR黨建紅色教育”“工傷預防安全教育”“自然科普教育”等資源融入平臺（如圖3所示）。平臺采用最新云渲染技術，利用云計算平臺強大計算能力，提高云資源渲染效率和質量，降低終端設備性能要求。只要終端設備支持視頻流播放，用戶即可通過網(wǎng)頁交互操作仿真內(nèi)容，使優(yōu)質資源觸手可及，擴大了對外服務范圍，實現(xiàn)了專業(yè)與創(chuàng)新的融合。

“專創(chuàng)融合”是指將專業(yè)教育與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育相結合，通過平臺整合和共享資源，促進兩者深度融合。結合學院虛擬現(xiàn)實專業(yè)技術優(yōu)勢，自研和引進優(yōu)質數(shù)字化教學資源，開發(fā)網(wǎng)絡學習資源，建立“互聯(lián)網(wǎng)+虛擬實驗室”。教師和學生可根據(jù)需求自主開發(fā)實訓內(nèi)容，提升信息素養(yǎng)、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。同時，搭建了一個優(yōu)良的數(shù)字化智慧教學生態(tài)。例如，化工類專業(yè)作為需求方，可向平臺提出開發(fā)化工實訓內(nèi)容資源的要求。虛擬現(xiàn)實專業(yè)作為研創(chuàng)團隊，根據(jù)需求開發(fā)新的虛擬仿真資源，不斷擴充平臺資源池，實現(xiàn)校本資源的自我循環(huán)和更新。

1.2.3 數(shù)據(jù)聯(lián)動，探索個性化培養(yǎng)

面向新時代和信息社會人才培養(yǎng)需求，以信息化引領構建以學習者為中心的教育生態(tài)，積極探索個性化培養(yǎng)路徑，促進學生全面發(fā)展。平臺通過大數(shù)據(jù)技術采集和分析學生成績記錄、交互操作和用戶行為等數(shù)據(jù)，為后續(xù)個性化教學方案的制定和跟蹤評估提供數(shù)據(jù)支持。

平臺將獲取的數(shù)據(jù)進行可視化分析，為學生繪制個人能力畫像，完善綜合素質評價，推動教育評價主體多元化。學生可基于數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)問題并改善學習。教師結合數(shù)據(jù)分析開展個性化、差異化指導，形成教學閉環(huán)，促進教育質量提升。全流程數(shù)據(jù)探索個性化培養(yǎng)模式的實施，使教師教學更加專業(yè)化、個性化，滿足學生多元化學習需求，提高學習效率和質量。

該一體化實踐教學平臺通過深度整合教學、管理和服務要素，成功構建了“互聯(lián)網(wǎng)+”條件下以學習者為中心的人才培養(yǎng)新模式。其核心在于建立數(shù)字教育資源的共建共享機制，并圍繞共享優(yōu)質數(shù)字化教學資源與實驗實習教學資源展開。借助“互聯(lián)網(wǎng)+教育+ 虛擬仿真”技術，平臺實現(xiàn)了對線下實驗裝置應用情況和線上教學過程的整合管理，創(chuàng)新性地打造出滿足開放、共享、翻轉課堂需求的虛擬仿真教學和實驗實習環(huán)境。

該平臺集成了教學、管理、考核、評價等多種功能，形成了云端平臺，為學生提供了個性化的學習路徑。在教育教學方面，平臺注重學生的個性化發(fā)展，通過連接學生、教師、資源等個體學習系統(tǒng)中的各個要素，建立起涵蓋“記憶”“理解”“應用”“分析”“評價”“創(chuàng)造”等學習過程的個性化、精準化學習系統(tǒng)。該平臺促進了學生從低階思維向高階思維的轉變，并實現(xiàn)了對學習過程的精準監(jiān)控和指導。

同時，平臺通過收集和分析學生軟硬件裝置操作數(shù)據(jù)，為教師提供了全面的學情分析報告（如圖4所示）。這些報告信息準確、反饋迅速，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)可視化，使教師能夠精準掌握每一個學生的學習情況，并據(jù)此制定有針對性的教學策略。此外，學生借助平臺在課前、課中、課后精準對接學習任務，激發(fā)了學習興趣，取得了理想的學習效果。

2.2 開放式虛擬仿真實訓教學平臺，解決化工”三高三難“問題[4]

該平臺有效解決了化工傳統(tǒng)實訓中的高投入、高損耗、高風險及難實施、難觀摩、難再現(xiàn)等問題。通過提供SDK下載，它使得第三方開發(fā)商或教師能夠迅速對接實訓資源，實現(xiàn)了各類虛擬仿真實訓資源的統(tǒng)一管理（如圖5所示，該圖展示了平臺如何整合并管理各類虛擬實訓資源，確保資源的有效性和一致性），同時，利用流化技術，平臺能夠將虛擬實訓內(nèi)容輸出至各類終端設備，創(chuàng)新性地打破了時間和空間的限制，使學生能夠在任何時間、任何地點進行虛擬實驗實訓操作（如圖6所示，學生可在線上進行三氯甲烷含量測定的虛擬仿真實訓項目）。

2.3 虛擬仿真實訓平臺賦能黨建教育，傳承紅色文化

學校與企業(yè)攜手合作，創(chuàng)新性地構建了特色鮮明的“VR+黨建”紅色文化教育平臺。該平臺自主研發(fā)了大量VR思政教育資源，并通過答題系統(tǒng)、VR線上資源等形式，實現(xiàn)了向社會開放的VR紅色教育培訓（如圖7所示）。

例如，2023年，團隊精心制作的“重慶六五紀念館”VR紅色主題體驗（如圖8所示），就是該平臺的一個重要成果。該項目通過3D 全實景建模，重現(xiàn)了1941年6月5日晚日機對重慶長達5個多小時的轟炸，以及震驚中外的“六五”大隧道慘案。用戶借助VR技術，能夠身臨其境地感受當時的歷史場景，重溫那段悲壯的歷史，從而被深深觸動，激發(fā)強烈的愛國主義情懷。這一項目不僅有效傳承了紅色文化內(nèi)容，還通過創(chuàng)新的虛擬現(xiàn)實技術，讓紅色文化的傳播更加生動、深刻和廣泛。

2.4 借助虛擬仿真實訓平臺助推社會服務

依托虛擬仿真實訓平臺，團隊自主研發(fā)了《高空墜落》《危險化學品運輸》等VR工傷預防項目，還策劃了一系列科普知識教育活動。為了更有效地推動社會服務的發(fā)展，團隊采取了“走出去、請進來”的策略，多次深入企業(yè)、學校和社區(qū)，利用這些平臺進行安全科普教育宣傳。

2022年，團隊為自貢鹽業(yè)博物館量身打造了“鹽都壯歌全景數(shù)字展館”。該展館采用全景展示技術，生動記錄了自貢在抗擊新冠疫情過程中的種種感人瞬間，并巧妙融入了預防新冠病毒感染的科普知識。這一項目不僅深受中小學生喜愛，還被廣泛推廣至多個學校，幫助學生迅速掌握相關知識。目前，“鹽都壯歌全景數(shù)字展館”仍掛載在自貢鹽業(yè)博物館的官方微信公眾號上，借助互聯(lián)網(wǎng)的力量，其安全科普教育宣傳的成效日益顯著。

3 特色與創(chuàng)新點分析

3.1 產(chǎn)業(yè)鏈教學資源全覆蓋，課程形式多樣化

四川化工職業(yè)技術學院的一體化教學實踐平臺，以其全面覆蓋化工產(chǎn)業(yè)鏈的教學資源（如圖9所示）為特色。該圖詳細展示了化工產(chǎn)業(yè)鏈的上下游關系，包括原料采集、生產(chǎn)加工、產(chǎn)品應用等各個環(huán)節(jié)，直觀呈現(xiàn)了整個化工產(chǎn)業(yè)的運作流程。平臺提供的多樣化課程形式，如虛擬仿真實驗、在線互動課堂等，使師生能夠深入了解化工產(chǎn)業(yè)的各個方面。課程內(nèi)容靈活組合，增強了課程的適用性，不僅滿足了校內(nèi)學生的學習需求，也為校外社會人員提供了定制化的培訓課程。

3.2 大數(shù)據(jù)賦能多元化評價，彰顯學生為中心

基于云端平臺的教學體系，平臺密切關注學生的學習行為數(shù)據(jù)，包括學習進度、時長、測評成績及課堂參與度等。通過數(shù)據(jù)分析應用，建立了基于數(shù)據(jù)的學校、教師和學生評價體系，形成了全面、客觀的評價標準。這一體系能夠生成有價值的數(shù)據(jù)報告，幫助發(fā)現(xiàn)問題并改善學習。平臺以學生為中心，鼓勵學生利用信息技術進行主動學習，培養(yǎng)了良好的學習習慣，提高了學習質量。

3.3 數(shù)據(jù)中臺匯聚消除孤島，提升數(shù)據(jù)質量

平臺通過對接學校開放接口，統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口并建立數(shù)據(jù)交換中心，實現(xiàn)了全周期互聯(lián)網(wǎng)教育應用融合治理。數(shù)據(jù)中臺作為核心，負責收集、分析全過程數(shù)據(jù)，并將分析后的數(shù)據(jù)分發(fā)至其他業(yè)務平臺，消除了信息孤島現(xiàn)象。這一舉措不僅提升了數(shù)據(jù)質量，還促進了教育管理的統(tǒng)籌優(yōu)化，為智慧教學環(huán)境的打造提供了有力支持。

3.4 5G+云渲染技術打破時空間限制

平臺引入5G+云渲染技術，將仿真和渲染后的3D 界面推送至“瘦客戶端”，降低了訪問門檻，擺脫了操作終端軟硬件的束縛。這一技術革新打破了時空限制，使得虛擬仿真教學資源能夠隨時隨地、通過多設備進行訪問，大大提高了資源的使用效率和學習效果。

3.5 指導學生開發(fā)虛擬仿真資源，助力數(shù)智化培養(yǎng)

響應教育數(shù)字化的全面推進，平臺積極探索信息技術在教育模式中的應用。通過具體項目指導，如“化工反應過程模擬”等虛擬仿真資源開發(fā)，平臺不僅提升了學生的信息素養(yǎng)、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，還助力學生數(shù)智化培養(yǎng)。例如，在2023年度，指導學生開發(fā)的“塵肺病病變過程”項目，在全國智能醫(yī)學大賽中榮獲一等獎，充分展示了平臺在數(shù)智化教育方面的顯著成效。

4 結束語

一體化教學實踐平臺的建設，不僅是對黨的二十大“推進教育數(shù)字化”號召的積極響應，也標志著學校在教育創(chuàng)新領域邁出了重要一步。該平臺通過運用大數(shù)據(jù)和5G+云渲染技術，實現(xiàn)了學習評價的多元化與數(shù)據(jù)管理的智能化[5]，并成功打破了學習時空的限制，極大地提升了教學質量和學習效率。這些技術創(chuàng)新不僅為學生信息素養(yǎng)、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供了堅實支撐，也對教育模式產(chǎn)生了深遠影響，推動了以學生為中心的教學模式的發(fā)展，并為教育數(shù)字化的全面推進提供了寶貴的探索和實踐經(jīng)驗。

展望未來，隨著技術的持續(xù)進步和教育理念的不斷革新，本團隊相信，該平臺將持續(xù)發(fā)揮其引領作用，推動教育向更加智能化、個性化、高效化的方向發(fā)展，為教育事業(yè)的蓬勃發(fā)展貢獻更多智慧與力量。在此過程中，我們也將不斷總結經(jīng)驗，優(yōu)化平臺功能，以期實現(xiàn)更加卓越的教育成效。