中国智造2025背景下高职教育体系改革路径研究

曹玲 南京工业职业技术大学

一、数字时代对高职教育的影响

自进入21世纪尤其2010年以后，基于“互联网+”的物联网技术迅速成长，设备智能化网联化水平不断提高，万物互联时代即将来临，物理世界的数字化镜像成为可能。中国制造2025应运而生，其核心思想即为智能制造。

从中国制造2025对未来智造的特征定义，我们可以看出，伴随着工业设备的不断智能化，工业企业对于基础人才的需求将大幅缩减，取而代之的是更多的能适应各种定制化需求的技术技能人才。为了适应这一发展趋势，针对职业教育这部分，教育部颁发了《职业院校专业人才培养方案制定与实施工作的指导意见》，该指导意见就职业院校如何开展和制定人才培养方案，为培养高素质人才提出了明确要求。

职业教育起源于工业革命，是国家为适应工业化大生产和提高工人职业技术水平而成立的专门教育，而随着科技的演变， 生产分工不断细化，企业对人才的选拔标准也在产生变化。

职业教育是为工业化大生产服务的专业技能教育，相对于注重系统性理论教学的普通本科教育，其具有极强的目的性，因此需要时刻保持不同时期企业生产对人才的需求方向的敏锐度，使之培养的人才与企业生产需求具有较高的契合度。伴随着中国制造2025的提出，国家和企业对于未来职业技术人才的需求和筛选标准给出了新的定义，信息化能力、宽基础技术、终生学习能力成为新时代职业技术人才合格与否的衡量标准，而为了适应这一趋势，职业教育应当与时俱进，及时摸索出一条与之相匹配的人才培养模式路径。

二、数字时代高职教育人才培养模式变革

1.人才培养目标重定位

伴随着第四次工业革命的到来，制造业呈现出新的特征—生产过程智能化，工厂设备全智能化，整个工厂将作为一个整体被有机联结，形成一个庞大的物理生产系统，统一调度。因此，在人才需求方面，不同于以往的单机械操作和调整，需要工人能够对整个系统有所把握。为此，在高职人才培养过程中应重点针对学生的信息能力、实践能力、创新能力和持续学习能力等方向的培养，以其均衡提高人才的综合素质。

2.综合课程体系建设

高职院校作为培养职业型技术人才的主要单位，承担着培养出符合企业要求的高素质、宽基础、实践能力强的职责。在明确高职人才培养目标的基本前提下，必须建立适应物联网时代职业技术人才技能需求的综合课程体系。在课程体系规划和建设过程中，需要将理论、实践、能力三个方面一齐纳入课程评价指标，建立综合理论教育、实践教育和能力拓展相结合的课程体系。

3.人才培养方式革新与不足

为了培养出符合未来社会发展趋势的职业技术人才，国内各大高职院校对新型人才培养模式进行了深入而广泛的探讨。经过多年理论研究和实践总结，各大院校形成了一批有益成果，这些成果对于丰富现代高职教学体系起到了很大作用，以其中的典型代表为例：

(1）校企合作—现代学徒制

职业院校作为为企业输送专职人才的院校，与企业具有天然密不可分的联系。学校为企业供应专业技术人才，企业则为在校学生提供实训机会，这种合作模式一直以来都是校企合作的基础。特别是近些年，为适应时代变化，高职院校开始推进基于校企合作下的现代学徒制，这种方式将传统的轻工业时代的学徒制度与现代高等教育相融合，以期培养出适应于现代智造企业规模化生产的现代学徒。在现代学徒制中，通过建立特定工人与学生的师徒关系，加强二者之间的联系，再加上企业和学校的不断调和，以催化形成相对稳固的培养模式，帮助学生提高实践能力。

但是，以现代学徒制为基础的校企合作也有其固有的缺陷。教育的主体在学校，而企业的核心价值在于生产和盈利。现代学徒制在一定程度上模糊了学校和企业的责任主体，让企业过多的承担了人才培养的责任和支出，这对于企业的利益相冲突。因此在实际推行过程中将遇到一定的困难，而且实际效果也并不理想。

(2）基于混合模式下的虚拟仿真教学

虚拟仿真教学是一种利用虚拟现实技术的前沿教学方式，在教学过程中，通过虚拟现实系统将待仿真的物理模型虚拟化，生成数字模型及其外围模型，给人一种身临其境的感觉，并允许用户在该世界中完成相应的操作、设计、验证等工作的教学方式。虚拟仿真相对于以往的教学方式，具备以下优点：1、采用虚拟仿真技术，支持虚拟化教学，解决了实践教学的设备不足的问题；2、通过丰富多样的授课体验，解决理论教学抽象枯燥的问题；3、解放教学时间和场地限制。

虚拟仿真教学的特点在于物理系统的全景虚拟化，对于虚拟仿真技术要求高，且以现有的技术水平，很难高保真模拟。

三、基于孪生仿真教学的体系改革路径

1.孪生仿真教学理念

孪生仿真是基于物理现实与数字模拟相结合的一种仿真模式，它是将数字孪生技术、物联网技术和仿真技术相互融合的一种新兴技术。孪生仿真教学的教学理念是理论与实际结合，物理与数字相连接。在孪生仿真中，控制器和仿真在其中作为桥梁的作用连接了理论与实操。孪生仿真教学中涉及理论、建模、控制器编程、仿真以及智能设备五大方面。在教学过程中，通过对智能设备进行建模，系统提供保留设备机械微观特征的高保真模型；通过控制器与仿真平台提供的接口，将两者进行协议连接，使得学生可以通过控制器操作控制仿真平台上的模型的行为动作；通过对控制器代码进行再编程，可以改变数字模型的模拟行为模式。而经过仿真系统验证的控制器编程代码可以直接应用于智能设备及智能生产线控制，具有极高的准确率。孪生仿真教学的核心目标在于通过支持学生进行高复现目标的仿真、模拟、行为模式判定，帮助学生将课本上的理论知识转化为自身的实践经验，从而提升学生对知识的吸收效率。

2.基于孪生仿真教学的人才培养路径分析

基于孪生仿真教学的教学课程体系在教学过程中侧重人才理论和实践基础积累、复合技能培训，确保学生学以致用，即学即用。

首先，孪生仿真教学在教学主线上涵盖信息、机械、自动化、电子、计算机等多个领域理论知识指导，为学生应对第四次工业革命挑战打下理论基础；其次，在教学过程中，可以培养学生三维建模能力、PLC编程能力、物联网接入能力甚至软件语言编程能力，帮助学生全方位理解；再次，孪生仿真教学资源与现有大型制造业主流智能化设备/生产线/生产系统保持同步接轨，使得学生在学习过程中即培养对现代工业生产的直观感觉和理性理解。

3.孪生仿真教学优势

孪生仿真教学以其独特的教学方式，在现代职业教育中具有重要地位。根据其教学特点，可以归纳为以下一个优势：1、普适性和专业性相结合；2、高容错率；3、可重用；4、理论与实践融通；5、即学即用。

孪生仿真教学因其强大的虚拟化能力，可将物理设备进行高保真数字化，使得在教学过程中，学生能够接触到各式专业设备，而不再被局限到某种单一厂商生产的单一型号设备，扩宽学生学习的广度。同时针对不同的设备，其控制节点具有较高的集成性，可实现一对多的编码操作，以避免出现一种控制器只能适配一种设备的局面，并且通过对编码过程的不断反复和深化，能够帮助学员更好的掌握控制器编码与调试能力，加深学生学习的深度。因此具有较高的专业性和普适性。

同时通过控制器控制的数字模型不会由于学生的误操作或误编码导致设备的损坏，支持学生的重复性试验和微调，具备了高容错率的特点。每一个数字模型和控制器代码均具备共享功能，通过本地存储或云分享即可实现模型或代码的重用。

由于孪生仿真教学本身即建立在对真实物理系统的高保真数字模拟，因此所产生的的控制器编码与物理系统具有高契合度，支持直接复用。即做到了即学即用、将理论和实践有效的耦合在一起。

四、结语

中国智造2025背景下，第四次工业革命已然到来，面对新时代新特征，高职教育改革迫在眉睫，本文通过分析论述孪生仿真教学，进一步明确了其在现代高职教育中的应用价值。