基于CiteSpace的国内职业教育虚拟仿真研究现状及趋势

秦铭谦 刘 炜 黄如玥

（广州番禺职业技术学院,广东 广州 511483 ；2.澳门科技大学,中国 澳门 999078）

1 引言

虚拟仿真的概念最早由Suther land博士提出[1]，是指利用计算机技术高度仿真模拟各类技能训练所需的操作环境和操作过程，使学习者在特定的仿真操作环境中，反复练习与实践，并掌握相应的技能。高职通过建设虚拟仿真实训室，可以解决高职院校所面临的教学硬件设备更新频繁，实验耗材大量堆叠、资金投入大、实验环境建设重复、实验资源利用率低等问题[2]。2020年，教育部计划遴选100个左右示范性虚拟仿真实训基地[3]，并出台了《关于开展职业教育示范性虚拟仿真实训基地建设工作的通知（教职成司函〔2020〕26号）》，在全国各职院校中掀起虚拟仿真实训基地建设热潮，吸引了大批职业教育工作者开展虚拟仿真与职业教育结合研究。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

选取2021年4月中国知网的“中国期刊全文数据库”为主要文献样本来源，使用数据库高级检索功能获取的文献数据。中国知网（www.cnki.net）是以各学科基础和前沿知识以及专家知识与经验为基本内容,以高性能计算机和信息基础设施为支撑,以建设国家级知识基础和创新体系为目标的超大型知识信息管理系统[4]，是全球信息量最大、最具价值的中文知识网站[5]，目前已经是国内科研工作者获取文献资料进行科学研究的主要工具之一。

2.2 检索表达式

选择并确定涵盖所有检索字段以建立全面高质的研究数据库是文献研究较为重要的一步[6]。为尽可能精准地获取相关文献，选取“高级检索”中“专业检索”模式，对“主题”设置限定条件，全面检索包含检索词汇的全部中文文献。

2.2.1 初步设定检索式

设定检索式为“SU=职业教育*虚拟仿真”检索所有文献，仅获取183条记录，检索数据较小，无法进行统计分析。

2.2.2 扩展主题词，增加检索范围

经分析发现，各职业院校在虚拟仿真技术应用方面的研究不仅会以“虚拟仿真”为主题，部分研究者还会使用“虚拟现实”“增强现实”“扩展现实”，“AR”“VR”“MR”和“XR”等简称作为文献的题目或关键字，将上述字段通过逻辑运算符“+”连接，其次职业教育研究主要关注在教育、教学、实验、实训方面，故将检索主题修改为“SU=（教育+教学+实验+实训）*（虚拟现实+虚拟仿真+增强现实+扩展现实+AR+VR+MR+XR）”重新检索，共获取22 118条记录。

2.2.3 限定主题词，圈定研究领域在职业教育

因职业教育体系包括“初等职业教育”“中等职业教育”“高等职业教育”“职业培训”4类，其中“初等职业教育”即职业初中；“中等职业教育”包括中等专业学校、技工学校、职业高级中学、成人中等专业学校（简称“成人中专”）；“高等职业教育”包括职业技术学院、高等专科学校；“职业培训”包括成人技术培训学校（职工技术培训学校、农民技术培训学校）、各级各类职业学校和就业训练中心[7]。为了不遗漏上述职业院校的文献数据，尽量涵盖所有数据源，将检索主题修改为“SU=（职业+中专+技工+中职+职高+高职+高等专科+专科+大专+职业学校+职业技术学院）*（教育+教学+实验+实训）*（虚拟现实+虚拟仿真+增强现实+扩展现实+AR+VR+MR+XR）”重新检索，共获取1 732条记录。

2.2.4 过滤干扰主题词

经分析检索结果发现，论坛文献中包含了部分论坛、会议、访谈、研讨报告，不在本次研究范围内。检索结果中出现3个与VR、XR同名但不属于虚拟仿真技术的简称（ARM、AR基因、XR公司）。因此，将检索主题调整为“SU=（职业+中专+技工+中职+职高+高职+高等专科+专科+大专+职业学校+职业技术学院）*（教育+教学+实验+实训）*（虚拟现实+虚拟仿真+增强现实+扩展现实+AR+VR+MR+XR）-（论坛+年会+讲话+专访+研讨会+ARM+AR基因+XR公司）”，再次进行检索后获取1 702条记录，排除2条报纸记录，2条图书记录，共计1 698条记录，其中学术期刊1 232条，特色期刊349条，学位论文103条，会议18条。

2.3 研究数据库的优化

为了保证研究结果的准确性，对1 698条记录使用“知网研学”软件进行人工初筛和除重，删除了重复记录、无作者的卷首语，以及论文摘要中未提及虚拟仿真相关技术的文献，最终获得本文研究所需的文献数据库（以下简称“数据库”），共1 478条。

2.4 研究工具及方法

本研究主要采用文献计量法，利用知识图谱分析应用软件Cite Space从发文量、发文机构、研究作者、研究热点、被引等维度对职业院校虚拟仿真相关研究的文献进行统计分析，并运用共现分析等方法绘制相应的知识图谱，分析在职业教育领域对虚拟仿真研究的热点及发展前景，为其在我国职业教育领域虚拟仿真应用、研究的推广提供参考。

3 数据统计与分析

3.1 年度发文量

2002—2021年我国虚拟仿真在职业教育领域的发文量及趋势情况如下1所示，可以看出以年度发文量每增加50篇为一个发文级别来看，基于虚拟仿真在职业教育领域的研究经历了探索期（2002—2016，14年）、推广期（2017—2018，2年），爆发期（2019—至今）。2002年文献[8]和文献[9]分别探讨了虚拟现实技术在高等职业教育、高职电子专业课程实训中的应用，之后的14年里，虚拟仿真在职业教育领域的研究进入了探索期，在此期间发文量平缓的增长了1个发文级别，并在2017年一次跨2个发文级别，在2019年一次跨3个发文级别。

信息技术在教育教学领域的发展与信息技术的提升和政策引导密不可分，而信息技术在职业教育领域的应用紧随高等教育应用研究的步伐。1989—2001年，虚拟仿真实验教学模式在高等教育领域已经掀起了一番热潮，尤其是在2001年底，因教育部批准47所高校设立网络研究中心，开展远程教育和协同科研工作，探索面向学习开展线上实验，在高等教育领域出现了一次虚拟仿真实验教学的发文量的小高峰，职业教育领域紧随其后，于2002年开始，相继开始探索虚拟仿真在职业教育中的应用研究。2017年，教育部出台的《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》，再次带动高等教育领域研究、建设虚拟仿真技术和应用的积极性，在高等教育领域再次出现了一次的发文量的小高峰，职业教育领域也同步开始积极探索虚拟仿真的应用研究，也同步出现了一次发文量小跨越，达到了峰值。2020年，教育部出台了《关于开展职业教育示范性虚拟仿真实训基地建设工作的通知（教职成司函〔2020〕26号）》，这次政策文件的出台与以往不同，将虚拟仿真技术的应用直接导向职业教育，因此，职业教育领域在未来3年将迎来虚拟仿真应用研究的爆发期。当前的2019—2020年已然出现了一次大跨越，达到当前最高峰值，加上2021年1月到4月的累计发文量已达44篇，按照年度内发文量的规律、政策利好对发文量影响的规律，2021年的总发文量预计将超300篇。

3.2 研究机构共现

我国虚拟仿真在职业教育领域的研究机构合作情况如图2所示，其中，机构以节点表示，节点的圆环厚度表示发文总数，不同颜色深浅的圆环表示发文时区，节点连线表示机构合作研究发文情况，连线颜色深浅表示合作研究发文的时区。由图1可以看出，2008—2010年，共8组研究机构间存在合作发文关系，其中日照职业技术学院与公司合作发文，北京农业职业学院、浙江水利水电专科学校、鹤壁职业技术学院分别与大学合作发文。2020年至今，有1组研究机构间存在合作发文关系即天津生物工程职业技术学院与天津市芯慧鸿业科技有限公司。天津职业技术师范大学、广州工程技术职业学院的发文总数最多，且两家机构在近10年间积累了一定的研究成果。

图1 年度发文量分布

图2 研究机构合作网络

研究机构合作网络表明目前国内虚拟仿真在职业领域的研究仍倾向于同机构内的合作，跨机构研究较少，尤其是校企合作研究量与当前虚拟仿真技术在职业教育领域推广的需求反差较大，存在明显缺口。

由此可见，国内虚拟仿真职业教育领域倾向于同机构内合作研究，缺乏职业院校之间、高等院校与职业院校之间、职业院校与企业之间的合作。一方面因为各职业院校在积极探索虚拟仿真技术与职业院校特色结合有关，深度挖掘专业人才培养需求，虚拟仿真技术应用在人才培养、专业和课程的需求；另一方面，高等院校的技术成果尚未较好地向职业院校转化，企业的实际生产技术需求、人才培养需求尚未有效与职业院校达成共识，因此虚拟仿真在职业教育领域的应用研究出现了技术和应用的断层，出现技术不成熟、教学资源不丰富、教学应用不满足、人才技能培养需求不完善的问题。

3.3 研究作者共现

我国在虚拟仿真职业教育领域的研究作者合作网络情况如图3所示。其中，节点表示作者，节点的圆环厚度大小表示发文总数，圆环颜色深浅表示发文时区，节点连线表示作者合作研究发文强度情况，连线颜色深浅表示合作研究发文的时区。从图3可以看出，李和香近10年在数字媒体技术人才培养领域持续发文并相对高产，而在近2年王建磊在VR动画领域发文相对较高。在图中共有10个团队合作发文。

图3 作者合作网络

此外，依据普赖斯定律(Price Law)，即科学家总人数开平方，所得到的人数撰写了全部科学论文的[10]50%，即核心作者的发文量总数M1，其中为最高发文量，根据公式计算得，则1.83。统计数据表明，发表论文在2篇及以上的作者共有134位，撰写论文篇数共300篇，占论文总数的20%，低于普赖斯所界定的核心作者发文量，可见当前的研究领域尚未形成核心作者群。

但在10个合作团队中，过半数的团队成员发表2篇及2篇以上论文的有7个团队，且有3个团队为2017年之后出现的研究团队，这3个团队中以“80后”为主力，虽有利于及时掌握、学习和引入新的技术，但由于年龄架构不合理，受限于其经验、阅历和科研教学资历，需要不断进行尝试探索，无法快速形成将新技术应用的示范。如能引入在科研、教学方面的经验、阅历较丰富的团队成员，使团队结构更为合理，随着团队合作研究的进一步深入，将很快产出更具特色的研究和应用成果。

3.4 研究热点

对往年虚拟仿真在职业教育领域的研究文献进行了关键词分析，考虑到不同作者对同一概念在关键词表述的差异性，如直接使用当前数据库对关键词分析会影响分析准确性，因此通过统计关键词出现频率，并对同一概念出现多个关键词的数据信息统计后，编写了近同义词合并文件，对概念相同的多个关键词合并成“虚拟现实”“虚拟仿真”“增强现实”“混合现实”，同时隐去了学校性质这类关键词节点，包括“技工”“中职”“高职”“职业教育”等，设置时间切片为3，选择器为g-index，参数k=25，最终得到高频关键词和中心度排名，其中前5名的关键词分别为“虚拟现实”“虚拟仿真”“实践教学”“教学”“应用”。可见虚拟仿真的研究仍处于分析热门技术在教学的应用方面，尚未针对某一特定的技术或者某一特定专业或课程进行深入研究，处于初步探索阶段。

在检索出高频关键词和中心度的基础上，对关键词进行聚类，得到的图谱包含415个节点，420条连线，网络密度为0.004 9，模块值（Modularity Q）=0.884 9，平均轮廓值（Mean Sihouette）=0.978 3，分别大于0.8和0.9，说明社团结构、聚类特征较为明显，在该领域的研究较为集中，最终导出17个聚类，如图4所示。

图4 关键词聚类图谱

其中，聚类块的位置代表两个聚类的相关程度，由于数据库中2021年文献获取数据不代表全年度的发布情况，因此对应时间段的聚类未体现。

从图4可以看出两大密切相关的聚类群。第一大聚类群是以浅灰色为主体的聚类群，包括“#1应用”“#2虚拟实验”“#5信息技术”“#10人才培养”“#12学生”5大聚类块，从区块的颜色深浅代表时间约为2011—2016年，研究主要关注虚拟仿真等信息技术在实验、人才培养上的应用。第二大聚类群是以深灰色为主体的聚类群，包括“#6教学效果”“#8虚拟实验室”“#11实训教学”“#16实训基地”4大聚类块，代表时间年度约为2017—2019年，研究主要关注“实训”相关的“教学效果”应用。从2大阶段关注转移可发现，研究正从“如何应用”转移到“应用效果”上，已开始探索虚拟仿真技术在职业教育领域如何应用并真正改善教学效果。但从关键词中可看出，当前尚未出现较为成熟的虚拟仿真应用技术、软件或产品，没有出现大范围的应用推广，这与虚拟仿真技术研究受限于虚拟仿真硬件和软件环境有一定关系。虚拟仿真应用的研究依托于教学环境，若教师没有支撑起教学的硬件软件环境，则无法进一步开展精细化的研究。其次，在具体的专业课程、某一行业的人才培养方面未形成较好的经验和模式，无法将其有效推广，除工业机器人的应用研究属于较为热门关键词外，其他专业或课程尚未出现。目前虚拟仿真技术仅在部分高新技术产业行业热门，但传统的行业领域没有引入虚拟仿真的需求，导致专业、行业人才陪需求尚未探索到合适的虚拟仿真教学资源，需要教师企业共同探索研究，设计更细致、具体的岗位操作规范、操作流程等环节，合作开发更能面向技能操作实训的虚拟仿真平台。

3.5 发展趋势与前沿

关键词突现是依据关键词在某一时间段出现频次的高低耦合判断得到，关键词突现情况可以反映研究发展的趋势，并对研究做出预测。2002—2021年的虚拟仿真在职业教育领域的文献中，排名前25的高频关键词突现如图5所示，可以看出虚拟仿真技术在职业教育的研究可以分为以下四个阶段，第一个阶段（2002—2010年）研究虚拟现实在实验、教学中的应用；第二个阶段（2010—2013年）研究虚拟仿真的软件、平台对实验、实训及教学模式的支持；第三个阶段（2011—2019年）研究在课堂、教学、具体专业的应用；第四个阶段（2017年— ）研究具体课程、课程体系、人才培养体系、新的虚拟仿真技术的应用。由此可见虚拟仿真在职业教育领域从最初提出应用的设想、到探索应用技术实现对实验、实训的支撑、再到分析研究具体教学的应用，最后发展到支撑职业技能人才培养体系的应用实现探索上。

图5 2002—2021年前25名高频关键词突现图

未来，随着政策利好的导向，人工智能、大数据等新技术在教学教育领域的深度融合，5G网络技术的蓬勃发展，基于人工智能、大数据的远程教育、虚拟实训模式有可能会成为职业教育的主流趋势，加上沉浸式虚拟仿真设备技术的不断改进，职业教育将依托新技术与虚拟仿真技术的融合，与高校、企业开发出深度定制化的、共享平台化的实验和实训课程资源。

3.6 被引分析

本文通过“知网研学”软件查出引证文献数超过30的仅有9篇文献，其中，中国职业技术教育期刊4篇，作者王金岗2篇，且有1篇被引用达91次，可看出中国职业技术教育期刊在虚拟仿真技术研究领域的论文被多数作者所认可，作者王金岗在虚拟现实技术的研究成果较好。

同时，本文借鉴影响因子关注发文2年内的被引次数，获取并统计了该文献发表近2年内被引数，如表1所示，由表1可以看出2017年发表的2篇论文《在职业教育应用视角下的VR/AR技术》《“互联网+”背景下职业教育课程智慧教学研究》被引用较多，是其他年份的文献被引数的2倍以上，说明自2017年起虚拟仿真可以在职业教育的应用得到广泛认可，但因被引期刊的数量较少，说明当前尚未形成较为成熟的理论体系，也未形成可具推广价值的应用示范。

表1 引证文献超30的文献被引数和被引（2年）数统计

4 结论与启示

4.1 结论

综上所述，当前各职业院校已逐步开展了虚拟仿真应用研究，成为职业院校研究信息技术的热点，年度发文量分别在2017年、2019年出现了小高峰，预计在2021年底有更大规模的增长。但同时也存在以下问题：一是同机构内的合作多，跨机构研究较少，缺乏高等院校与职业院校之间、企业与职业院校之间、职业院校之间的合作，二是现阶段的研究领域尚未形成核心作者群，合作的团队年龄架构不合理；三是当前研究正从“如何应用”转移到“应用效果”上，但主要集中在实验实训和教学的应用领域，尚未形成较好的经验和模式，也缺少虚拟仿真应用的关键技术研究；四是当前研究尚未形成较为成熟的理论或理论体系，也未形成可具推广价值的应用示范。

4.2 启示

信息技术能以最快的速度、最准确的信息、最灵活的方式更新教学内容，使教学内容始终保持科学性、新颖性、系统性和综合性等特点，以适应培养高素质人才的需要[11]，硬件设施和软件资源是院校应用现代教育技术的基本保障[12]，但当前职业教育工作者和学者受限于虚拟仿真的设备的购置成本，教师无法凭借个人或者科研团队的经费和资源购置大量的新技术产品来探索教学应用，成为虚拟仿真在职业院校应用研究和推广的难题。推动虚拟仿真在职业院校应用研究，必然要从外部环境（政策层面、合作层面、院校层面）以及内在条件（个人层面、团队层面）同时改进。

4.2.1 上级政策引导，鼓励合作提升研究水平

政府有关的科研主管部门、教学主管部门需尽快出台有利于虚拟仿真在职业教育领域科研、教学应用的政策，加大在虚拟仿真技术应用的科技发明、科研课题、专利成果、教学成果等方面的支持力度，鼓励高校与职业院校合作、校外企业与职业院校合作、职业院校之间合作，共同建设虚拟仿真资源、虚拟仿真实训室、合作科研平台或虚拟仿真应用产品，完善共享机制，促进虚拟仿真技术的应用推广。通过政策导向，将职业院校以外的优质高校资源、企业资源引入职业院校，创造良好的合作研发环境，既可对当地的创新发展战略起到支撑作用，又可提升当地的创新活力和企业聚集能力，同时也增强了当地职业院校在虚拟仿真领域的区域影响力。

4.2.2 院校搭建联盟，支持共建形成研究闭环

2018年12月，工业和信息化部印发《关于加快推进虚拟现实产业发展的指导意见》，制定出我国虚拟现实产业整体实力到2025年进入全球前列的发展目标[13]，虚拟现实产业进入蓬勃发展时期。各职业院校应利用当前发展的利好环境，搭建职业教育虚拟仿真合作联盟，引入虚拟仿真行业的知名专家学者与企业技术骨干，指导职业院校做好虚拟仿真教学环境的建设规划；分期分步骤对院校现有的实训场地进行升级改造，提供可以使用虚拟仿真技术进行实验实训的软件硬件环境；借助大数据等新技术，共建虚拟仿真资源平台，为虚拟仿真技术提供丰富的教学资源；依托联盟定期召开研讨会、培训、交流会等，定期发布新技术讯息，分享新技术、新思路，及时分享并推广行业较成熟的应用成果，拓宽教育工作者和研究学者的研究途径。

4.2.3 加快建设投入，支持科研打磨优质课程

（1）职业院校需增加虚拟仿真在教学、实训方面的建设投入，为职业教育工作者和研究学者创造良好的研究环境，使职业教育工作者和学者将研究精力集中在现有的虚拟仿真教学环境、软件在专业、课程、教学的应用上。

（2）职业院校可在科研、科技上加大政策支持经费的投入，由于虚拟仿真等信息技术研发的设备投入成本较高，导致职业教育工作者和研究学者无法选择最新技术进行研究；导致其科研后期的研究结论不具有普遍性，无法获得具有示范效应的科研和应用成果。职业院校需依据科研、科技项目研究的内容，为新技术新领域的研究提供合理的支持，如可设立虚拟仿真研究专项经费，建设虚拟仿真研究所，面向院校对虚拟仿真感兴趣的职业教育工作者和研究学者，提供设备、技术和经费方面的支持。

（3）职业院校可在教学课程、资源建设上鼓励和支持虚拟仿真优质课程、优质资源的建设。新技术能否在课程教学中进行合理应用，取决于教师能否熟练使用新技术。这就需要教师投入更多时间和精力去学习摸索，相对于传统课堂，教师在使用新技术应用课堂所耗费的时间、精力更多。因此，职业院校可通过课时补偿、奖励等方式，鼓励教师探索建设虚拟仿真优质课程、优质资源。

4.2.4 教师细化研究，探索创新提高科研能力

已有研究多为虚拟仿真技术与教学应用简单叠加，缺乏有效的理论框架设计。职业院校的教育工作者和研究学者在进行职业教育领域虚拟仿真技术应用研究之前，应转换思路，充分调研，多方合作，结合专业课程教学需求、行业专业人才培养需求探索研究。

（1）从前期的教学环节的设计、教学资源设计、收集学习者反馈信息、分析学习数据、教学评价全过程各方面，进行科学规划，合理分工，精准采集、可视化对比分析，深度剖析虚拟仿真技术应用于教学的效果，形成有效的应用示范。

（2）探索跨行业的融合创新，积极探索“虚拟仿真+”行业应用的可行性，探索虚拟仿真资源或虚拟仿真软件的教学应用，探索基于人工智能、大数据等新技术与虚拟仿真技术的融合创新。

（3）可以与高校、企业合作，探索创新的合作模式，深入剖析课程需求、专业需求和人才培养需求，精准设计、开发出具有深度定制化的、共享平台化的、面向具体岗位和具体操作流程的虚拟仿真实训软件和教学资源。

4.2.5 团队科学培育，积极孵化共建核心团队

结构合理的学术梯队和持续的人才培养是科研团队保持持续创新能力的核心[14]，职业院校虚拟仿真研究团队中，架构“金字塔式”的梯队有利于团队良性发展，团队目标一致，形成能够充分发挥潜能的分工、并与外部环境协调一致时，才能产生推动整个团队发展的协同力[15]。因此，研究团队中应由拥有卓越的学术带头人、较高学术水准的学术骨干、年轻教师组成，结合团队特长和特色做好明确清晰的研究规划，通过加强产学研合作、校企合作，共同孵化研究成果，培养和孵化核心研究团队，实现助力虚拟仿真科研成果的研发和转化推广。

虚拟仿真技术广泛地应用到职业院校的课堂教学中是职业教育发展的必然方向，它将和新信息技术一起与职业教育融合，促成新的教学模式和教学方法的形成。如何让虚拟仿真技术在职业教育领域中发挥其更大的积极效用，还需要广大职业教育工作者和研究学者不断的探索和实践。