产教融合下高职院校虚拟仿真实训基地建设研究

2022-04-07余东先赵建峰王晓燕

电子元器件与信息技术 2022年9期

余东先，赵建峰，王晓燕

河南职业技术学院，河南郑州 450046

0 引言

新一代信息技术的发展，尤其是大数据、人工智能、区块链、虚拟现实技术的突飞猛进，为教育革新注入了新的活力，推动了教育信息化的飞速发展。虚拟仿真实训基地以其独有的优势得到各大院校的青睐，在国家的大力倡导和各项政策的推动下，各大院校正在积极投入虚拟仿真实训基地的建设。早在2006年，教育部《关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见》就指出：“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[1]。”在《教育信息化十年规划（2011-2020年）》中也提出了建设仿真实训基地等信息化设施。从2013年起，教育部启动了国家级虚拟仿真实验教学中心的建设工作，陆续建立了300多个家国家级虚拟仿真实验教学中心。2020年10月，教育部职成司印发了《关于开展职业教育示范性虚拟仿真实训基地建设的通知》。2021年8月，教育部职成司又印发了《关于公布职业教育示范性虚拟仿真实训基地培育项目名单的通知》，确定了215个职业教育示范性虚拟仿真实训基地培育项目。为了最大限度地实现虚拟仿真教学资源的共享，2018年教育部上线了“实验空间”，即国家虚拟仿真实验教学课程共享平台，目前该平台拥有3250门虚拟仿真实验课程，涵盖电气类、土木建筑等61个专业类别。为深入实施国家教育数字化战略行动，国家高等教育智慧教育平台在2022年6月推出了虚拟仿真实验板块，希望各高校充分利用好虚拟仿真实验课程资源，为实践教学做好服务。

虚拟仿真实训是教育信息化标志性产物。它是实验教学的重要组成部分，在职业教育实训中，有效地解决了“看不到、进不去、成本高、危险性大、周期长”等棘手问题。尤其在疫情期间，虚拟仿真实训在“停课不停学”的道路上发挥着无与伦比的作用。全国职业院校都在积极推进虚拟仿真实训基地的建设，但在建设和运行的过程中，各种问题也开始露头，阻碍了虚拟仿真实训基地的健康发展，如泛化建设，重复建设，利用率低，虚实脱离等。虚拟仿真实训基地，作为一种新生的事物，如何建好，如何用好，是一个值得深入研究和探讨的话题。

1 虚拟仿真实训的特点和优势

虚拟仿真实训是以“假”模拟“真”，为学生提供仿真的实验或实践环境，使学生模拟工作岗位角色，在生产组织、工艺流程、现场技术等方面得到训练，从而达到走上工作岗位接近“零适应期”的目标。虚拟仿真实训具有多感知性、沉浸性、互动性和构想性，颠覆了传统的教学手段，可以有效解决传统实训基地的“三高三难”的痛点，如高投入、高损耗、高风险和难实施、难观摩、难再现等难点，克服了是实验教学项目“不能做”、“不敢做”、“不好做”的问题。虚拟仿真实训可以脱离时空限制，扩大实验教学的广度和深度。虚拟仿真实训基地具有占地小、投资少、见效快、环境好、维护省，更新易等诸多优点，深受学校和师生的喜爱，这也是职业院校竞相创建虚拟仿真实训基地的主要原因。

目前虚拟仿真实训项目根据难度可分为以下三个层次。①展示型，便于学生理解老师课堂上讲述的理论知识，比如汽车的内部结构。②实训型，该类项目包含若干实验步骤，实验者通过动手操作，得出不同的实验结果，主要用于学生熟悉和掌握工作流程和操作规范；比如化工制作。③创新型，此类项目提供了若干个实验模块，学生根据自己的想法可以自由组合，从实验中得出新结论，比如新工艺的探究。

建设虚拟仿真实训教学项目的途径主要有以下三种。①学校教师自主设计和开发；②学校教师提出功能需求，编写实验内容，最终由企业进行技术实现；③学校直接购买企业已经开发好的实验产品。这三种建设途径各有特色，在虚拟仿真实训基地的建设中发挥着各自的优势[2]。

当真实的实验条件不具备或实际运行有困难，比如高危或者极端环境，抑或成本高、消耗大、周期长、操作不可逆的实验项目就需要依靠虚拟仿真实训来实现。虚拟仿真要想更好地发挥作用，在设计时需要体现客观结构、功能及其运动规律，还原真实实验的教学要求、实验原理、操作环境及互动感受。一个良好的虚拟仿真实验项目，需要具备以下四个特征。①网络化：用户通过网络随时随地可以进行实验；②规模化：通用性要足够强，才能发挥优势虚拟仿真实验的效能，解决核心课程的典型问题；③交互性，学生可以获得良好的体验感，便于自主学习；④易用性：界面设计合理，有适当的提示，学生易于操作。

2 虚拟仿真实训基地建设现状

在国家和各省市相关政策的推动下，在教育信息化、三教改革的背景下，各高校都在积极地建设虚拟仿真实训基地，开发虚拟仿真软件、管理平台等资源，开展教、学、训的融合应用，提升职业教育实践环节的实训效果，体现了“以能力为本”的职业教育思想，有效解决了实训教学中难题，在培养高素质、强技能、复合型人才方面做出了重大贡献，成为目前教学改革的重要抓手。然而，虚拟仿真实训基地在建设、运营和管理方面也出现了很多不可回避的问题，影响了虚拟仿真实训基地优势的发挥，制约了基地的健康发展。

2.1 虚拟仿真实训泛化现象严重

虚拟仿真实训的优势显而易见，的确有其存在的必要，但某些高校过度挖掘它的优势，曲解教育信息化，过度滥用虚拟仿真实训，认为任何专业、任何知识点都可以应用虚拟仿真，似乎虚拟仿真实训像万金油一样无所不能。甚至有的学校认为虚拟仿真实训可以取代实际操作实训，严重隔离虚实结合，大有避实就虚的倾向，认为教师不用虚拟仿真实训的手段就落伍了。

2.2 资源共享缺乏顶层设计

虚拟仿真实训颠覆了传统的教学手段，立足于技术实践，弥补了资源不足，有效解决了传统实训中的“三高三难”问题。虚拟仿真实训激发了学生学习的好奇心，增强了参与度，提高了创造力，深受教师和学生的喜爱。各高校积极实践，加大力度创建虚拟仿真实训基地，但由于缺乏顶层设计和统筹管理，各院校、各专业只能独自为战。一方面，虚拟实验共享的激励机制不健全；另一方面，相似层次的高校采纳其他学校项目的意愿和动力不足，再加上各高校在建设虚拟仿真实训基地时缺乏全方位的调研，导致出现重复建设、缺乏特色、利用率低等问题。目前各高校的虚拟仿真实训基地网络化和智能化不足，各高校建设虚拟仿真实训基地时，接口预留考虑不周全，建设标准不统一，不能有效地开放共享，更不能做到优势互补[3]。

2.3 高质量的虚拟仿真实训资源匮乏

目前各高校开发设计的虚拟仿真实训项目已经形成了一定的规模，但是部分院校没有结合本校的人才培养需求和当地的区域经济以及行业发展的需要，创建的虚拟仿真实训基地，仅仅起到体验、宣传、科普的目的，不能真正地为实训服务。即便用于实践教学，大多以鼠标和键盘作为交互方式，交互方式单一，沉浸感不强，宏观流程可以保证，但具体专业的，细节部分还有待进一步挖掘。其中用于创新设计，灵活性和自主性强的虚拟仿真实训项目尤其匮乏。

2.4 管理混乱，师资薄弱

科学的管理方法和规范的运行规则是虚拟仿真实训基地高效运行的重要保障，虚拟仿真实训基地的建设、使用、维护、评价和二次开发均需要专业人员来负责。目前大部分院校虚拟仿真实训基地的管理由普通的机房管理人员负责，他们缺乏专业知识和专业培训，无法保障基地的日常维护和可持续发展。例如虚拟仿真实验专用的硬件维护、虚拟仿真实训平台或系统的信息安全防护以及常态化内容清查，这些工作均需要专业人员来完成。然而，目前这些工作一般都是临时调用专业教师无偿完成或者企业人员有偿实现，制约了基地的长远健康发展。

3 虚拟仿真实训基地建设的思考

3.1 全面考虑，科学规划

实际操作训练是培养高技能综合型人才的必经之路和根本保证。尽管虚拟仿真竭力贴近真实情景，但是虚拟环境与真实环境之间的差异是永远无法消除的，而且很多突发事件并不是虚拟仿真实训都可以囊括其中的。所以说虚拟仿真实训并不是万能的，哪些学科、哪些课程、哪些知识点、什么情境下更适合采用虚拟仿真实训是需要全面考虑、科学规划的。同时还要考虑成本、利用率、后期维护更新等实际问题，不能为了追求虚拟仿真而虚拟仿真。如何做到虚实结合？究竟是先实后虚还是先虚后实，各自权重如何？这都需要站在人才培养质量和效率的角度结合实际教学进行科学规划[4]。

3.2 顶层设计，共建共享

建设虚拟仿真实训基地，搭建虚拟仿真实训平台，开发虚拟仿真资源，最终目的是如何利用好虚拟仿真技术为教与学服务。如何最大限度地做到资源共享？成为各高职院校亟待解决的问题。对此，国家层面提供了强有力的支持。2018年教育部上线了“实验空间”，即国家虚拟仿真实验教学平台，面向全国高校提供了虚拟仿真课程开放共享服务。2022年3月上线的国家高等教育智慧教育平台，将于6月推出虚拟仿真实验板块，通过明确的标准吸纳聚集一批高质量的虚拟仿真实训课程，将在全国范围免费开放这些资源，供教学实验使用[5]。

各高职院校相同专业在建立虚拟仿真实训基地，开发虚拟仿真实训课程时，需要充分调研，在国家范围或省市领域内，了解各个院校的实际需求，统筹各方资源，求同存异，最大程度内形成共享、共建、共用机制。一方面在创建虚拟仿真实训课程之初，要留足接口、遵守行业标准、便于共享，还要确保对大规模并发数的网络实验请求做到及时响应，以及是否具有学生学习记录功能、易于学分转换等。另一方面还需要尽快建立利益分配机制和版权保护机制，保护资源创建者的既得利益和各高校的开放共享的积极性。

3.3 产教融合，推出精品

如何缩短虚拟仿真实训与实际现场实训的差距，提高实训的效果，成为高校师生最大的需求。实践证明，产教融合是提高虚拟仿真实训产品的一条有效途径。虚拟仿真实训是产教融合强有力的载体，尤其是目前倡导的“三教改革”和“岗课赛证”，为产教融合指明了方向，真正让产教融合落地。职业教育需要紧密对接岗位和产业需求，汇聚专业群和产业链，课程内容要对接职业标准，教学过程要对接生产过程，虚拟仿真实训需要模拟真实工作场景，生产流程，必须依靠企业专业人员的经验积累和技术专家的通力合作，才能更贴近复杂的工作情景。同时，通过产教融合，教师的专业能力也会得到进一步提升，对于教学质量的改善和学生学习效果的提升具有重要的促进作用。虚拟仿真实训在产教融合的背景下，将对接产业岗位群，解析典型的工作任务，归纳关键技术的应用能力，将企业一线的新技术、新工艺、新方法及时有效的融入专业实践教学中，满足理论与实践的、知识与技能的高度统一。

从某种程度上，产教融合是虚拟仿真实训课程质量提升的必由之路。一个优秀的虚拟仿真实训项目需要整合企业行业高手、虚拟仿真技术专家和教学专家的力量，根据实验需求，尽可能地还原工作流程，增强感知维度，为实验教学提供最好的体验。同时，虚拟仿真实验的开发还要考虑到整体性，学生在进行虚拟仿真实训时，反馈评价是否及时、合理，系统能否确定学生的薄弱环节，提供针对性的改进方法，这些都将影响实践教学的效果。

3.4 虚实结合，合理利用

虚拟仿真实训是借助三维模型、动画、程序等数据来模拟真实场景，实现实践技能培养的教学方式。根据信息加工理论，认知过程是对信息的加工过程，学习者可以在类似真实的情境中学习、体验并解决真实的问题。虚拟仿真实训基地自身的优势显而易见，但绝对不能完全取代实际的操作训练。新职业主义认为，行动体系课程特别关注在复杂的工作情境中做出判断、采取行动并解决问题的能力培养。然而目前的虚拟现实技术并不能穷尽实际工作中的所有情景，许多经验和技巧需要类似学徒制的言传身教和亲身反复实践来传递。只有在真实的职业情景中构建知识，才易于提高学生最终的工作能力和工作习惯。

虚拟仿真实训基地目前的功能主要集中在四大区域：实训教学、职业培训、科研和技术服务。在实际应用中，针对不同的功能区域，要遵守能实不虚、以实带虚、虚实结合的原则，构建合理的实践教学课程体系需要周密的设计。

3.5 科学管理，规范运营

作为新生事物，虚拟仿真实训基地毕竟与一般的机房是不同的，它需要一套科学的管理机制。①创建管理基地的规章制度。比如学生使用手册、安全管理办法等。有了规章制度，教师和学生以及其他使用主体才可以按照流程规范应用基地，保证基地的安全运行。②充分利用信息化，进行智能化管理。创建虚拟仿真实训基地管理平台，开发相应的app，充分利用大数据、人工智能、云计算、物联网等先进的信息化手段，实现基地预约、监控以及实训设备智能化管理和维护，收集学生对虚拟仿真资源的评价信息。③还要组建强有力的管理队伍。打造一支高水平模块化、分工明确、专兼职结合的教学管理队伍，负责基地的日常管理、硬件维护保养和技术服务，及时备份、清理平台数据，确保平台网络安全以及虚拟仿真实训项目的及时更新。