基于理实一体化的虚拟仿真实训平台构建与应用研究

年立辉 魏静 武永峰 袁明慧

[摘           要]  以装饰工程构造与施工课程为例，在分析其传统实训教学环节存在的普遍性问题基础上，构建基于虚拟仿真技术的课程实训平台，实施理实一体化教学模式，以提高教学质量和学习效果，培养复合型技术技能型人才。

[关    键   词]  理实一体化;虚拟仿真;实训平台

[中图分类号]  G712                 [文献标志码]  A              [文章编号]  2096-0603（2020）35-0099-03

伴随国家加快转变经济发展方式，建筑业的转型升级迫在眉睫，而高素质技术技能型人才培养是其关键环节。国务院《职业技能提升行动方案（2019—2021年）》要求3年开展职业技能培训5000万人次以上。[1]教育部“职教20条”提出，从2019年启动“1+X证书”制度试点工作，推进虚拟工厂等网络学习空间建设和普遍应用。[2]按照《高等职业教育创新发展行动计划（2015—2018年）》提出的“应用信息技术改造传统教学，促进泛在、移动、个性化学习方式的形成”要求[3]，通过开发虚拟仿真实训平台，与真实实训场地相配合，着力解决实训教学中实训组织周期较长、实训材料浪费严重、实习场地安排困难、学生实操能力培养不足等问题。为培养建筑高技能人才，推动建筑业技术转型升级，本文提出虚拟仿真系统化解决方案，助力建筑产业现代化。

一、国内外研究现状

国外职业教育比较发达，对虚拟仿真实验教育的研究相对比较成熟。从1965年萨瑟兰（Ivan Sutherland）博士最早对虚拟现实技术的设想，到“Virtual Reality”这个词的创造，再到“virtual lab”虚拟实验室的概念的提出，最终发展成为具有虚拟操作感官的虚拟现实交互系统。按照目前构建虚拟仿真实训平台的方式，可将其分为仿真类虚拟实训室和远程操作类实训实验室。仿真类虚拟实训室是以软件为基础，搭建仿真環境，对工程建设及过程进行模拟实训，具有高可靠性、高安全性、高性价比等特点，如新加坡国立大学正式推出了虚拟校园，为学生与教师提供沟通的平台;美国布法罗大学的虚拟青蛙解剖软件，是虚拟仿真技术在教育领域的一个新的里程碑。远程操作类虚拟实验室是虚拟实验室开发的一个重要方向，它在教育领域的应用中已有许多成功案例，如美国麻省理工学院的微电子网络实验室、卡内基梅隆虚拟实验室、德国汉诺威大学的虚拟自动化实验室、西班牙大学电子系的电子仪器虚拟工作平台、新加坡大学的自动控制实验室等。

国内虚拟仿真研究起步较晚。教育部教高函〔2015〕24号文件指出，虚拟仿真实验教学是高等教育信息化建设和实验教学示范中心建设的重要内容，是学科专业与信息技术深度融合的产物。教育部教高函〔2018〕5号文件指出，国家虚拟仿真实验教学项目是推进现代信息技术融入实验教学项目、拓展实验教学内容广度和深度、延伸实验教学时间和空间、提升实验教学质量和水平的重要举措。目前，我国普通本科高校已建立300个国家级虚拟仿真实验教学中心和401个国家级示范性虚拟仿真实验教学项目，都属于普通本科教育领域。可见，高职院校虚拟仿真实验教学中心建设比较薄弱。

基于虚拟仿真技术进行实训教学将是职业教育领域发展的一个热点方向。2020年《政府工作报告》提出高职扩招200万，教育部《高职扩招专项工作实施方案》明确提出针对生源多样化特点，采取弹性学制和灵活多元教学模式，合理安排学习时间，分段完成学业。虚拟仿真实训平台的建设可以为不脱产高职学生提供线上实训教学资源，满足多元化需求。2020年春季学期，教育部做出“停课不停教、停课不停学”的工作部署，全国大中小学依托各级各类在线课程平台，积极开展在线教学活动，在线课程一夜之间成为超大规模教学的新常态。理论课程可以通过线上教学达到预定教学目标，但实验实训类课程无法实现正常教学，究其原因职业院校实训课程采取的是传统教学模式。

国内外有关研究缺乏对职业教育领域的深度关注，而高职扩招和大规模在线教学凸显高职院校线上实训教学的现实短板。通过构建虚拟仿真实训教学平台，学生可以通过远程模拟操作的方式接受实训安全教育，学习仪器设备使用方法，掌握实训技术，完成虚拟实训任务。这为高职扩招带来的实践教学问题和线上实训教学资源短缺提供了解决方案。

二、概念界定

（一）理实一体化课程

理实一体化课程是以学生的工作职业为导向，以校内外企业合作为基础，以综合职业能力为核心，采用理论与实践有机结合的方式，来促进学生认知能力的发展和职业素养能力的提高。通过大量的课内实训与课外实践，把工作过程作为导向，以项目任务为中心，将学生学到的知识完美地融入以后的职业当中。理实一体化课程，实现了理论和实践一体化、学习环境和产业环境一体化、能力和素养一体化、“教、学、做”一体化等。

（二）虚拟仿真实训平台

虚拟仿真实训平台是以计算机技术为基础，结合立体显示技术、计算机图形技术、传感器技术、人机交互技术等科技，创建一种逼真的虚拟实习、实训环境。

装饰工程实施虚拟仿真实训平台是在高职工程管理专业的现有教学模式基础上，以理实一体化为原则，按照职业标准要求，以真实工作项目设置操作流程，通过实时操作帮助学生感知、获得身临其境的真实体验，逐步提升职业认知和素养;建立接近真实的职业情景，突破时空的限制，实现反复的、无障碍的情境式实践教学。

三、传统实训教学存在的问题

（一）理实分离

装饰工程构造与施工课程传统实训教学环节存在理实分离的现实问题。传统教学中先教授理论知识，再进行实训实践学习，导致重理论轻实践，而该课程是一门实践性比较强的课程，大多数学生缺乏学习理论知识的积极性，同时，教师在讲授理论知识时也缺乏直观性教学素材，从而使学生丧失学习的兴趣。

（二）供需失衡

推进建筑产业现代化，必须培养建筑产业工人，而建筑产业工人的培养离不开高等职业教育，但高职院校实训条件供给与建筑装饰行业发展需求失衡，满足不了建筑产业现代化的发展要求。在实训条件方面，高职院校由于资金、人力、教学资源及场地限制，使人才培养质量跟不上行业需求。高校现有人才供给和行业现实人才需求的矛盾突出，导致供需失衡，这种失衡主要表现在供给方面无法满足需求方面的要求，所以高职院校必须推进人才培养模式改革，加强人才培养供给侧结构性改革，主动应对技术技能型人才需求。

（三）时空冲突

校外实训场地施工进度与教学时间冲突，无法同步。校内实训场地空间有限（如家装现场场地较小），无法满足人数多的教学班实训要求。而装饰施工工艺流程需要完整性和连续性，学生没有足够时间到现场反复练习，而且真实施工现场存在安全隐患，增加了教学难度。

（四）实操不足

职业院校非常注重对学生实际操作能力的培养，实操能力培养即需要设施、场地等硬性条件，更需要在教学软性条件方面取得突破，以保证实操技能得到有效训练。构建虚拟仿真实训平台，可以解决目前传统实训教学存在的理实分离、供需失衡、时空冲突等问题，教学资源也可以反复利用，并且可以避免因施工操作不当导致安全事故。

四、装饰工程施工虚拟仿真实训平台

基于理实一体化理念，构建装饰工程施工虚拟仿真实训平台。平台由学习、实操、考核、协同四个模块组成，既可以提供理论知识学习，又可以提供实操训练，同时具有协同、考核功能。从平台内容设计、平台功能模块与平台系统特征等方面介绍装饰工程施工虚拟仿真实训平台。

（一）平台内容设计

实训平台按照装饰工程施工要求，基于真实工作环境设计了包括花岗岩地面虚拟施工、瓷砖面层虚拟施工、实木地板虚拟施工、复合地板虚拟施工、地毯虚拟施工、干挂石材虛拟施工、湿贴石材饰面虚拟施工、瓷砖墙面虚拟施工、墙面木装饰虚拟施工、玻璃幕墙虚拟施工、轻钢龙骨石膏板吊顶（U型暗龙骨）虚拟施工、明龙骨吊顶（T龙骨）虚拟施工、多层夹板门窗套包边虚拟施工、轻钢龙骨隔墙虚拟施工等14个虚拟实训项目，涵盖装饰工程所有典型分部分项工程。

（二）平台功能模块

实训平台由学习、实操、考核、协同四个模块组成。学习模块，了解实训基础知识，熟悉工具使用、操作流程，加深对施工工艺难点和重点的理解。实操模块，学习者可自主制定实施方案，按照装饰工程施工工艺流程操作与训练。考核模块，检验学习成果，根据专业施工规范进行设置，可准确指出学习者操作中出现的错误，帮助学习者通过实操加深对知识的理解。协同模块，实现多人协同参与，教师亦可参与其中，示范教学。

（三）平台系统特征

实训平台，操作简单，开发了导航系统，人机交互便捷，按照导航指引即可选择目标任务。场景逼真，平台开发的素材均来自工程现场，与施工场景深度匹配。平台兼容性好，具备可配置性与灵活性，教师可根据课程需求对实训项目进行设计规划和调整，自行更新学习资源，学习者在实操中也可根据自主制定的方案实施。平台具备考核评价功能，学生完成相应任务之后，自动检测学习成果。

五、理实一体化教学模式的实施

虚拟仿真实训教学模式有别于传统实训教学模式，必须构建理实一体化教学模式。通过建设理实一体化实训室、完善理实一体化教学内容、编制理实一体化教材及培养一体化师资队伍，实现教、学、做、考有机融合，提高学生技术技能水平。

（一）建设理实一体化实训室

理实一体化教学模式需要配备与教学要求相适应的软硬件设备，构建理实一体化实训室。装饰工程施工虚拟仿真实训平台为理实一体化教学提供了一套完整的信息化解决方案，方案既包括软件系统，又要有相应硬件设备，完全可以满足建设理实一体化实训室要求。

（二）完善理实一体化教学内容

理实一体化教学模式需要制定符合教学规范的教学大纲，该教学大纲需要体现理实一体化教学理念。教学内容设置应当以工作任务为导向，以学生能力提升为核心，根据岗位技能要求对现有教学内容体系教学进行调整优化。装饰工程施工虚拟仿真实训平台按照装饰工程施工要求，基于真实工作环境设计了包括花岗岩地面、瓷砖面层、干挂石材虚拟施工等14个虚拟实训项目，涵盖装饰工程所有典型分部分项工程。理实一体化教学内容使学生在完成具体学习任务的过程中形成系统化的理论知识体系，使抽象知识形象化、复杂过程简单化，实现与实际工作岗位的有机对接。

（三）编制理实一体化教材

理实一体化教学模式需要与教学要求相匹配的一体化教材。可以根据教学目标和任务，编写工作任务导向的理实一体化教材。教材内容应该突出理实一体化教学理念，对原有课程结构、内容和教学方法进行改革，以任务驱动为导向，编制一本既符合实际工作岗位需求又符合校本实际的理实一体化教材。装饰工程施工虚拟仿真实训平台需要编制满足理实一体化教学要求的教材。

（四）培养理实一体化师资队伍

理实一体化教学模式需要一支既能胜任理论教学，又能担任实践教学的教师队伍。理实一体化师资队伍区别于传统的双师素质教师，更多强调教师是否具有真正的专业业务操作能力，是否能够实现理论与实际、教学与业务实践的有机结合。虚拟仿真实训平台实施理实一体化教学模式，既要求教师队伍掌握基本理论知识，又需要教师队伍具备装饰工程施工的业务实践能力。

六、结语

构建基于理实一体化理念的装饰工程施工虚拟仿真实训平台，有助于解决当前教学存在的弊端。通過实施理实一体化教学模式，可以提高学生的学习积极性和学习效果，培养学生创新实践能力，满足复合型、技术技能型人才的培养要求。

参考文献：

[1]国务院办公厅.国务院办公厅关于印发职业技能提升行动方案（2019—2021年）的通知[EB/OL].（2019-5-24）.http：//www.gov.cn/zhengce/content/2019-05/24/content_5394415.htm.

[2]国务院.国务院关于印发国家职业教育改革实施方案的通知[EB/OL].（2019-02-13）.http：//www.gov.cn/zhengce/content/2019-02/13/content_5365341.htm.

[3]教育部.教育部关于印发《高等职业教育创新发展行动计划（2015—2018年）》的通知[EB/OL].（2015-10-21）.http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A07/moe_737/s3876_cxfz/201511/t20151102_216985.html.

◎编辑 常超波

Research on the Construction and Application of Virtual Simulation Training Platform Based on Theory-Practice Integration

NIAN Li-hui，WEI Jing，WU Yong-feng，YUAN Ming-hui

Abstract：In this paper the decoration engineering construction and the construction course as an example，based on the analysis of the universal problems of the traditional practice teaching link，on the basis of building courses training platform based on virtual simulation technology，the implementation of real integration teaching mode，in order to improve the quality of teaching and learning effect，cultivate technology skilled talents.

Key words：theory-practice integration; virtual simulation;training platform