高职院校虚拟仿真实验教学研究现状与建议

孙青锋，杨 浩

(1.安徽机电职业技术学院 电气工程学院，安徽 芜湖 241002；2.天津职业技术师范大学 自动化与电气工程学院，天津 300222)

1 我国虚拟仿真实验教学研究现状

2019年9月，以中国知网(CNKI)为数据源，检索策略为：中国学术期刊网络出版总库(期刊、教育期刊、特色期刊)、中国博士学位论文全文数据库、中国优秀硕士学位论文全文数据库、国内外会议数据库；为了更加精确研究主题相关文献以及比较，分别设置检索条件“篇名‘虚拟仿真&教学’”和“篇名‘虚拟仿真&教学’&主题‘高职’”进行检索，发表时间和出版文献来源设为默认。在上述条件下，分别得到1784篇和99篇。具体分布如图1、图2所示。

图1 我国虚拟仿真教学相关文献发展趋势图

图2 我国高职院校虚拟仿真教学相关文献发展趋势图

比较图1和图2，可以看出，高等职业教育对虚拟仿真技术在教学中的应用相对滞后，但基本保持着与我国虚拟仿真实验教学整体研究一致的发展过程。结合全国和高职院校虚拟仿真教学的文献研究，可以判断围绕虚拟仿真技术开展教学实践大概经历了三个阶段：

(1)起步成长期(2003-2010)。在此期间，文献较少，研究者关注到虚拟仿真软件与虚拟仿真技术参与教学的必要性，以及虚拟仿真在解决专业教学矛盾[1]、改善理论与实践教学[2]、丰富教学手段、提高学习率等方面具有良好效果[3]。

(2)迅速发展期(2011-2015)。在明确虚拟仿真实验教学提升教学质量的理论与实践摸索后，虚拟仿真实验教学得到迅速发展。这个时期的研究文献大多是各院校在不同的专业[4]、课程中[5]，探索应用虚拟仿真技术改进实验[6]、实践教学方式，得到较大范围的实践成果并形成一定的教学模式[7]。

(3)稳定成熟期(2016-至今)。随着信息技术的大力发展，虚拟仿真实验教学的手段更加丰富。更多的职业院校、更多的专业投入到虚拟仿真实验教学的实践中，虚拟仿真实验教学已逐渐成为当前高职院校实践教学过程的主要辅助形式。

2 当前虚拟仿真实验教学存在的主要问题

现代信息技术开发虚拟仿真教学软件，让学生通过虚拟仿真项目的反复模拟练习，再进入企业进行实操、实训，可大大节省学校和企业的实训成本，减轻学生个人安全风险[8]。

作为实现教学目标，提高人才培养质量的重要手段，虚拟仿真实验教学一直扮演着重要角色，尤其是近年来教育信息化理念的不断深入和虚拟仿真技术的飞速发展，虚拟现实(VR)、增强现实(AR)等走进课堂，不断丰富着知识体现形式和教学形式。但是，每次由技术变革引起的教育变革，在初始阶段都会存在一些问题。当前，在虚拟仿真已然推进教学变革、改善教学效果的同时，在高职院校虚拟仿真实验教学实践中有以下亟需解决的问题：

2.1 研究层度与深度比较低

从文献的数量来说，相比于整个虚拟仿真实验教学研究体量，高职领域的文献数量较少，约占5.5%；从文献质量来说，在已搜到的高职主题虚拟仿真教学文献中，中文核心类期刊发表的论文仅有5篇，占比仅5%。这体现出研究者对于该领域的研究不够深入。

上述两个问题一方面说明高职虚拟仿真实验教学研究还整体处在初步阶段，偏重于应用性介绍，在理论深度与模式提炼、经验深化方面较为欠缺；另一方面，虚拟仿真实验教学的体系还不够完善，单个专业或单门课程的研究较多，而系统层面的架构较少涉及且不够深入。

2.2 虚拟仿真实验教学平台针对性和通用性不强

经过近十年的发展，高职院校已逐渐完成由学科体系到能力导向的教学转变。实践教学的比重日益加大。工作过程和职业能力成为课程教学和实践教学的主要理念。但是在实际教学中，实验室设备和台套数依然难以完全支撑对工作过程的实际模拟，实践动手教学也面临由于熟练度不够而导致的人身和设备安全隐患，实验实训存在“做不到”“做不好”“做不了”“做不上”的问题。基于此，虚拟仿真教学成为连接从理论了解到实践操作过渡的重要环节，然而，受限于虚拟仿真平台开发难度大、标准不一和各院校教学内容与方式的差异以及对虚拟教学平台研发的重视程度不同，当前虚拟仿真实验教学平台针对性和通用性不强。很多虚拟仿真教学与实践环节脱离，孤立地利用虚拟仿真教学便捷、低成本、易推广的优点，但局限于单门课程或单个知识点的获得，缺乏针对整个专业或某一个完整技能体系、岗位能力群开发的虚拟仿真实验教学平台。

2.3 虚拟仿真实验教学项目缺乏

教学项目是贯彻落实教学思想的关键。虚拟仿真实验教学是国家教育信息化战略在实践教学中的应然选择，是解决高职院校办学规模迅速扩大但教学经费、教学设备相对不足问题的有效手段。从高职院校的教育实践中来看，使用软件模拟实验教学一直是教师开展教学实践的重要方式，但很多都偏于对理论教学的单一验证，对于实验教学项目的规划缺乏深入的思考与开发，虚拟仿真教学项目建设存在简单化、无序化和重复性的弱点。对虚拟仿真教学平台的项目化提炼与拓展较为欠缺，虚拟仿真实验教学项目大多处在“水课”水平，达不到“金课”标准。

3 高职开展虚拟仿真实验教学的建议

虚拟仿真实验实训的课有可能是一种新的教育生产力，是“互联+教育”迈向“智能+教育”的关键[9]。针对当前高职院校虚拟仿真实验教学现状与存在的问题，提出几点体会和建议。

3.1 国家政策保障

在本科教育阶段，国家层面在2013年由教育部高等教育司发布《关于开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知》[10]，在全国本科院校建设国家级虚拟仿真实验教学中心，推动虚拟仿真实验教学。另外，2017年，教育部在本科院校开展国家示范性虚拟仿真实验教学项目建设，并于2018、2019年分别认定105个[11]和296个[12]国家虚拟仿真实验教学项目，这极大地推动了本科院校虚拟仿真实验教学的范围与质量。在搜到的文献中，有很多介绍国家级虚拟仿真实验教学中心和项目建设成果。可以说，在国家政策的有力保障与推动下，本科院校的虚拟仿真实验教学已形成常态化发展。

高职教育领域，早在2006年，教育部在《关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见》中就提出：“要充分利用现代信息技术，开发虚拟工厂、虚拟车间、虚拟工艺、虚拟实验”，各省也有虚拟仿真实验教学中心项目申报建设文件，但具体到实践，虚拟仿真实验教学主要看各院校专业设置、实验室建设情况，教师主观意愿占据重要因素。总地来说，高职院校能够认识到虚拟仿真实验教学的重要教学意义，也有意愿，但相比于本科院校，缺乏一定的国家政策导向与实际政策推动。因此，发展高职院校虚拟仿真实验教学，需要自上而下的政策保障与评估验收机制，需要从观念上强调、重视高职院校虚拟仿真实验教学实践推广，引导高职院校扎实开展虚拟仿真实验教学中心建设与虚拟仿真实验教学项目建设。

3.2 构建“虚实共进”的实验教学体系

人才培养质量的提高不仅仅在于一个专业、一门课或一个实训项目，需要从系统的角度建构虚拟仿真实验教学体系，将虚拟仿真实验教学作为职业院校技术技能人才培养的常态，搭建虚拟仿真实验教学开放平台，实现校际共享、专业相关、课程互通、资源开放的虚拟仿真实验教学体系。虚拟仿真实验教学作为高职教育实现人才培养的重要手段，在职业教育生态中具有积极地位。但是，职业教育最终培养的人，是解决实际问题，是具有实践动手能力的复合型人才，虚拟仿真实验尽管拥有众多优点，但也只能处于补充和辅助教学的地位[13]。

2013年，教育部高等教育司发布的《关于开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知》指出：“虚拟仿真实验教学中心建设应充分体现虚实结合、相互补充、能实不虚的原则。”也就是说，虚拟仿真实验教学作为新的“教育生产力”，并不是为了虚拟而虚拟，虚拟突破了原先实习实训必须基于实物、到工厂真刀实枪做的局限，突破了想象到虚拟现实的壁垒，解决了不好做、不能做、不安全的问题，但离开实践，虚拟仿真也仅仅是虚拟，是“仿真”，不会是“真”。而职业教育，是就业导向的教育，是技术技能应用的教育，是求“真”务“实”的教育。开展虚拟仿真实验教学，要考虑到专业与专业之间、课程与课程之间、知识与知识之间、技能与技能之间的联系，要考虑到校际平台共享、资源共享，突显虚拟仿真教学与智能技术、互联网的结合，贯彻“虚实结合、相互补充、能实不虚”的原则，构建“实为本，虚为辅”，“虚实共进”的虚拟仿真实验教学体系。

3.3 校企合作开发虚拟仿真实验教学平台

2019年，国务院发布的《国家职业教育改革实施方案》明确提出要“适应互‘联网+职业教育’发展需求，运用现代信息技术改进教学方式方法，推进虚拟工厂等网络学习空间建设和普遍应用”。虚拟仿真实验教学平台是教学的重要载体与实践操作对象，是虚拟仿真实验教学的基础。但是，建造兼具技术性、智能性和教育性的虚拟仿真实验教学平台是一项复杂工程。虚拟仿真实验教学平台涉及的仿真模拟技术和虚拟现实技术[14]主要掌握在专业人员手上，但其优势是站在技术实现的角度看待问题，缺乏教育教学的经验。专业教师具备按照教育学规律与学生成长的角度传授专业技术知识的能力，但缺乏仿真模拟技术和虚拟现实技术研发教育平台的经历，将企业技术人员与一线教师组成团队，是解决教育设备脱离教学的关键。

联合企业共同开发虚拟仿真实验教学平台，既是“产教融合”的基本要求，也是虚拟仿真实验教学培养适应型人才的内在诉求。考虑到各院校实验设备、人才培养方案的差异，在建设虚拟仿真实验教学平台时应兼顾已有专业设备，站在专业群的角度全面、系统考虑，做到虚中有实，虚实结合。

3.4 建设“金课”级虚拟仿真实验教学项目

2017年7月，教育部办公厅《关于2017-2020年开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知》指出：“开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设，是推进现代信息技术与实验教学项目深度融合、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”。如果说平台是虚拟仿真实验教学的基础，那么项目建设就是保障平台物尽其用和实现人才培养能力目标的关键。在项目建设过程中，可以以“金课”“两性一度”作为评判标准，即保证虚拟仿真实验教学项目的高阶性、创新性和挑战度[9]。虚拟仿真实验教学项目应以学生为中心，以培养综合能力和创新思维为目标，融合知识、能力、素质，注意项目难度的层级性，引导学生去发现、去探究。

另外，2019年，《国家职业教育改革实施方案》提出“学历证书+若干职业技能等级证书”制度(1+X证书制度)，这是引领职业教育改革的新指导思想。由第三方制定，众多企业、学校参与的职业技能等级证书标准将成为职业教育专业人才培养的指示灯，在建设虚拟仿真实验教学项目时，应围绕“1+X”证书技术技能要求，院校教师与企业专家一起深入分析职业能力元素，根据职业技能等级要求，建设内容精彩、构思巧妙、技术先进、做法灵活、评价客观、形象展现抽象、拓展实验教学的广度与深度、实验教学与理论教学平衡的虚拟仿真实验教学项目[15]。

3.5 探索多元教学管理方式

互联网时代，教与学的方式将发生历史性变革。随着5G的到来，学习无处不在的泛在性需要虚拟仿真实验教学具备远程学习功能，因此，开发线上教学资源与远程访问系统，实行线上线下混合式学习，是时代的需求，也是虚拟仿真实验教学由“互联网+”走向“智能+”的必然选择。另外，线上互动交流与管理、线上考评等也需要从技术上和教育实践上予以重视。教育信息化背景下，探索多元化教学管理方式，是时代需求，更是现实需求。