虚拟仿真教学视域下工业设计专业混合式教学策略浅析

王永生 薛小群

摘 要：在数字化技术引领教育高质量发展的当下，工业设计作为制造业发展的重要基石，其专业教育模式在新兴技术的赋能下展现出更为广阔的发展前景。本文以虚拟仿真教学作为切入点，分析该技术对工业设计的专业建设所带来的影响，剖析当前面临的机遇与挑战，并结合实际开展的混合式教学内容，提出通过提升师生信息素养、完善课程资源、构建持续评价体系、整合利益相关方的作用等方面，对工业设计专业混合式教学策略优化给出建议，助力高校培养出数字化时代的高水准工业设计人才。

关键词：虚拟仿真；工业设计；教学设计；教育数字化

新技术赋能高等教育逐步向数字化、网络化、智能化和多媒体化推进。2021年12月，国务院印发了《“十四五”数字经济发展规划》，提出要深入推进智慧教育，构建高质量教育支撑体系，推动“互联网+教育”持续健康发展等目标。2023年1月教育部的工作重点中提出进一步纵深推进教育数字化战略行动，主动服务学习型社会。针对高等教育数字化建设，教育部高等教育司提出应进一步加快完善高等教育教学数字化体系、提升数字化应用能力、提升数字化治理能力、提升数字化国际影响力；要开发建设一批多介质、数字化、智能化、快速迭代的新形态教材；推进“虚拟仿真实验教学2.0”建设，强化“实验空间”平台应用；加快课程思政数字化资源库建设。因此，在国家政策支持及技术不断迭代的当下，对于如何将虚拟仿真教学模式更好应用于教学过程中也成为混合式教学的重要研究方向[1]。

虚拟仿真技术是用户通过自然的方式与虚拟客体进行交互作用，在计算机网络技术和多媒体技术创造出的虚拟环境中，产生身临其境的体验。自2010年《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》首次发布我国对虚拟教学发展规划开始，各大高校便开始积极进行教育数字化转型布局，高校积极建立虚拟仿真实验室以加强实验教学的真实性与互动性，例如幻境科技合作研发的清华大学精密仪器仿真实验室，北京交通大学交通仿真实验室，河南大学土木工程虚拟仿真实验室，中央美术学院艺术、设计与建筑虚拟仿真实验教学中心等。根据知网2002—2022年之间对以“虚拟仿真教学”为主题的文献数据进行趋势分析可以看出，近年来关于虚拟仿真教学的相关研究也呈现突飞猛进的态势，为当前教学改革提供了丰富的理论基础。

在数字化转型时代背景下，实践与理论并重的工业设计专业也迎来了新的机遇与挑战。工业设计是技术和艺术、科技和人文等多学科的相互融合，是与企业的产品开发、生产制造紧密联系的交叉学科，在国家经济建设中占有重要地位。受到数字时代大潮的影响，工业设计专业的教育模式及教学策略也开始发生变革，新技术与新教学方式深度融合，发挥出混合式教学的巨大优势。工业设计专业的混合式教学将在线教学和传统教学的优势结合起来，形成一种全新的“线上+线下”混合式教学模式，通过两种教学组织形式的有机结合，将学习者引向深度学习[2]。作为一种多样且灵活的教学模式以及基于专业对实践实操环节的需求，虚拟仿真教学可以帮助学生和教师在线上打破空间与时间的限制，并凭借其自身沉浸感、临场感的作用辅助学生在学习过程突破时空阻碍，实现虚实融合，为教育过程带来全新的体验。

与此同时，工业设计专业基于虚拟仿真技术的混合式教学也在发展的过程中面临着严峻的挑战。尽管随着数字技术不断提升，数字技术与教育结合得越来越紧密，但与此同时，还存在着数字教育用户体验过程中的友好程度尚未达到完善水平、工业设计数字教学资源建设不足以及线上线下混合式教学模式针对学生的评价体系建构还不全面等方面的问题。因此，符合时代要求的工业设计的教育内容与教学方式需要紧跟国家发展步伐，把握数字化专业教育带来的新机遇，解决新技术带来的严峻问题，真正做到以学生为中心，提升学生的学习效果，培养符合中国特色数字化发展的工业设计技术人才[3]。

一、虚拟仿真教学在高校工业设计专业混合式教学中的机遇

虚拟仿真教学以新技术为基石，为工业设计专业带来了新的机遇，引领了全新的教学改革热潮。例如2022年湖南大学设计艺术学院带头的“工业设计专业虚拟教研室”成功入选教育部首批试点，通过组建多元协作的高校联合教研室，共同探索“智能+”时代工业设计专业建设，肩负起培养面向未来、具有自主创新能力的工业设计领军人才。目前，我国数字化教育建设正处于蓬勃发展的关键时期，新技术所带来的新体验、新内容和新模式，为我国教育事业的发展带来了新契机。

1．新技术带来全新的教学体验

首先，新技术带来了全新的展示形式，通过创建由计算机生成的三维数字环境，利用硬件、软件和感官同步性结合实现知识可视化。由于工业设计专业与三维实体之间的密切关系，当人探索周围环境或三维产品时，虚拟端会即时提供适当的响应，对于三维实体可以有更清晰的了解认知。其次，由于感官体验的拓展，以往受到媒介展示限制而无法传达的知识内容也成为可能，涉及触觉的内容以往只能通过教师以文字或图片/视频的方式传授给学生，但是在虚拟空间，可以通过触点实时反馈帮助学生进一步了解内容。

因此，基于线上数字化平台的强互动性、沉浸性帮助学生在虚拟空间利用三维技术将二维信息以更逼真的实体性进行展现，带来全新的学习体验[4]。例如对于工业设计学生来说，材料与工艺的相关知识掌握是专业内容的重要基础环节。在虚拟仿真环境中，将传统教学中以文字、图像、视频信息为主要展现形式的内容变为在三维空间展示，让学生“真看见、真操作、真體验、真掌握”。

2．新技术带来更加全面的教学内容

技术赋能突破了以往因为教学条件、教学成本、安全问题等因素制约的教学内容困境，为学生获得更加多元的学习内容提供了可能。目前虚拟仿真技术由于其自身独特的构想性、沉浸性和交互性的特点，在我国各大高校的专业课程建设中发挥着重要的作用[5]。以往只能通过有限途径呈现的知识内容如今可以通过多维度、多感官的方式传递给学生。例如，在工业设计专业建筑史等课程中的作品赏析教学环节中，以往学生主要依靠文字、图片及视频等形式了解，而在新技术的影响下，学生可以“身临其境”地体验设计作品，多维度多感官地与作品进行互动，充分发挥学生在学习过程中的自主学习能力，使得学习者全面深入获取

知识。

3．新技术带来更加有效的教学模式

混合式教学通过将线上教学和线下教学的优势结合起来，将学习者引入深度学习过程。基于虚拟仿真技术的线上教学体验使得“以学生为中心”的教学理念得到更加深入的贯彻，通过充分发挥学生的认知能力，使学生在学习过程中以体验式学习为基础，更好地实现理论与实践内容的衔接[6]。并且随着线上教学体验的持续拓展，线下教学以及线上线下融合部分的教学思考也不断完善。例如针对目前线下授课部分，教师在进入虚拟空间体验前便为学生打好理论基础，在线上虚拟体验过程中加以引导指正，在课后线下讨论环节中帮助学生复习巩固知识要点，通过“三明治”结构帮助学生掌握学习要点，且具有趣味性的体验流程及学生的“体验实感”有利于提高学生的学习兴趣，在保证理论知识的掌握基础上提升实践能力。

二、虚拟仿真技术赋能的工业设计专业教学当前所面临的挑战

虚拟仿真技术所带来的新机遇、新体验、新内容、新模式为数字化教育注入了全新的血液。与此同时，由于各部分重点环节构建完善程度仍存在明显不足，这也给工业设计专业教学改革带来了严峻挑战。

首先，新体验中用户友好程度尚不完善。以学生为中心的教学理念，通过技术赋能学生体验，从而加强其学习效果，提升教育质量；然而目前对于虚拟仿真教学体验的全面建构与深入思考尚不完善。新的数字教学体验中，学生与老师的个人数字化素养以及对于新技术的适应运用程度具有较大的差异性，例如在以学生为中心的混合式教学模式中，教师角色是以教学过程的引导者为主，因此对教师数字化技术的适应与掌握程度有较高要求。对于年龄较大的教师来说，其自身状况以及其对于知识内容获取方式的传统路径依赖性对于掌握当前高速迭代的新技术具有一定限制；年轻教师又由于教学经验有限，对于教学过程的掌控能力还相对不成熟。此外，虚拟仿真教学效果受到硬软件基础建设的影响很大，且引进及管理成本较高，因此虚拟仿真技术平台在各校建设和管理的情况参差不齐。在数字化教学体验实践中，理想状态下的数字化教学优势尚未发挥最大优势。

其次，新内容中课程资源建设不足。新技术为学生带来了获取新知识、新内容的机会，但针对虚拟仿真教学的数字化教学资源建设目前仍然不足。以往传统授课的信息展示方式主要依赖于文字、图片及视频，而全新的信息展示方式则需要大量数字模型及三维信息内容，但课程资源从理论实践整理再到运用多媒体展示的过程需要较长建设周期，且目前相关资源开发成本较高，因此在实际上课过程中，相关的课程资源选择性较少，尤其是对于工业设计专业实践部分的教学资源建设存在极大欠缺。

最后，新模式中评价体系构建不全面。尽管新技术为学生提供了全新的学习体验，但目前混合式教学模式中评价体系构建尚不全面，这将阻碍教师对于学习效果的检测与教学过程的把控。以往设计专业考核主要通过教师对学生学习过程的形成性评估和以笔试或设计汇报等以最终结果为导向的终结性评价作为学生的学习效果依据[6]。但随着线上比重不断加强，学生在教学环节中的主体地位愈加清晰，因此着重其学习行为、学习态度和学习效果的综合性评价体系需要进一步更新完善，并且如何区别于以往以教师评价为核心的模式，建设更加公平全面的评价体系也是目前亟须解决的重要问题。

三、虚拟仿真时代高校工业设计专业教学策略

虚拟仿真教学系统的技术赋能为专业数字化教育带来全新的体验，混合式教学模式通过线上线下同步联动为工业设计专业的学习过程优化提供保障，然而当前发展过程中也不断产生新的问题与挑战。因此，为了建设更加完善的专业数字化教学体系，需要学生与教师、高校与社会更多的参与和投入支持（见图1）。

1．加强线上线下联动，提升用户信息素养

充分发挥线上与线下的教学优势，帮助学生在趣味性的互动数字体验中加深对于知识内容的理解，需要教师与学生良好的信息素养作为保障[7-8]。作为在数字化转型时代带领学生结合线上与线下优势的前锋开拓者，教师自身对于数字化教学模式的理解与能力发挥着榜样作用，因此在进入全新教学模式和场景之前，教师需加强自身对于虚拟仿真技术的了解。通过当前多元的学习途径，对于新兴技术的原理、操作及模式有基础了解，并且充分发挥主观能动性，数字平台搭建技术端和工业设计方向前端企业保持紧密联系，对于相关知识内容的前沿性及具体虚拟空间操作使用中的细节要点精准把控，从而保障学生的线上教学体验。另外，教师在教学过程中需灵活利用线上教学与线下教学模块，充分发挥各环节优势。例如在线下教学模块着重培养学生对理论知识的掌握，从而提高线上体验教学模块的效率，并且在线上体验后及时补充线下教学的专项点评总结，帮助学生重新温习体验教学中涉及的要点，通过“三明治”教学法（线下—线上—线下），促进学生对于教学内容的深入理解。做好教学过程中引导者的角色，做好数字化工业设计教学的把关人、引导人和监督人。

学生学习效果的提升是数字教学质量的评判关键[9]，技术赋能为学生的学习带来了全新体验，所以如何在此基础上保障学生的学习效果也是虚拟仿真系统支持下混合式教学的主要奋斗方向。因此，对于学生信息素养的提升也成为必不可少的教学内容。教师通过提供相关资料，进行模拟操作试验环节，加强体验内容提前预习，实际操作提前预热，帮助学生从理念到操作做好充足准备，提高学生的信息素養。在线下时间教师除了夯实学生的理论部分，保持良好的体验互动反思与总结之外，也应鼓励学生积极预习线上体验基本流程，以此减少学生线上操作的试错成本，并鼓励学生充分发挥对于数字教学内容的主动学习性，保障学生更流畅地完成线上学习环节[10]。

2．发挥产教融合优势，完善课程资源建设

基于产教融合的建设要求，活用企业力量与高校优势，重构传统教学资源体系[11]，形

成“数字技术端—高校端—企业实践端”的新型知识架构，拓展学生的知识内容维度。通过整合数字技术端的数字技术优势，联合企业专业新兴技术的补充，加强高校人才孵化能力，为我国储备符合数字化转型需求与掌握市场最新动向的复合型工业设计人才。

首先，加强企业技术端赋能。虚拟仿真平台建设目前主要以任课教师负责内容信息整理、教学环节设计、实施顺序安排等准备环节，之后与科技开发公司沟通框架与细节后进行软件施工执行。因此，在搭建课程虚拟仿真平台的过程中，技术开发端为教师提供丰富的信息化相关技术内容及建议，帮助教师在数字化教学过程中更加游刃有余，在数字教学资源准备过程中规避盲点，发挥出数字化教学的技术力量，并且在此过程中教师专业知识也将反馈优化技术开发端，良性推动专业教育虚拟仿真教学建设的发展。

其次，促进企业实践端赋能。产教融合作为高校将产业与教学密切结合、相互支持、相互促进的新型办学模式，其中专业相关企业所提供的市场前沿时讯在工业设计专业教育中发挥着重要作用。在具体落实过程中，例如“双师制”、企业实训等方式将技术导师引入专业教育课程安排，为学生补充工业设计市场的相关实战知识。因此数字时代的产教融合可以充分运用市场当前最新技术搭建学科与产业之间的沟通桥梁，扩充数字教学资源的知识面覆盖，使学生能够在实践教学过程中实时掌握学科和产业发展动态，保障学科与企业之间的密切互动。

最后，强化高校人才端赋能。融合新兴技术发展与专业相关企业对于市场发展最新趋势的双重助力，高校教师与技术管理人员则吸纳各方优势，将技术与内容、理论与实战进行整合，从而更好地提高教学质量，摆脱教学瓶颈。数字化教学以三维实景技术为核心，使教学在虚拟场景中完成，同时以逼真的临场感、丰富的交互性，提高学生自主学习和操作的兴趣和效率。同时，数字化教学资源在吸纳工业设计市场时讯后，通过更加详细、更加全面、更加逼真的技术转换，由教师在教学过程中进行展现与引导，从而为学生更好地呈现出来[12]。这也为高校在培养适用于当前数字型经济发展的优质工业设计人才提供了坚实保障。

3．以学生为中心，构建全面持续评价体系

与以往以结果导向作为评价标准的方式不同，由于虚拟仿真技术可以帮助学生在更为广泛的技术空间中沉浸式体验学习，对于其学习过程的评价将被更加重视。并且随着技术加持，以学生为中心的教学理念使得对学生的评判标准向多元化发展，因而在线上虚拟空间搭建中对于评估板块的全面性架构尤为重要。数字化专业课程评价体系需要囊括评价对象多元化、评价指标多元化、评价方式多元化[13]。从另一个角度讲，评价不应仅仅作为衡量学生所学的方法，还应通过提供多种方式来展示学生的学习情况，从而培养和加强学生能力。为了更加全面掌握学生和教师需要改进的地方，需要通过加强共同评价、自我评价、同学评价和教师评价等持续评价体系的建设，才能更加有效检验混合式教学的效果。共同评价不仅是教师和学生共同使用的评价方式，帮助学习者了解其目前的学习进展，确定自身学习的弱项，而且还为学生提供相互学习的机会。自我评价是学生自我学习效果的评价体系，能帮助学生掌握自身学习的进展和弱项，客观地了解自己的学习情况。通过合作小组中各成员之间的同学评价能够更加客观地评价学生的进步，有助于发现学生的不足和缺点，使得学生获得改进的建议，同时通过同学评价，能够增强学生的团队意识和领导能力培养。通过借助在线的学习评价系统和人工智能，作为全程参与教学的教师开展的教师评价，不仅可以帮助检查整个教学过程，而且可以激励教师的教学，提升教师的数字化素养。

4．进一步加强主要利益相关方在混合式教学中的作用

专业数字化教育的蓬勃发展不仅为学生获取更加深入多元的专业知识提供帮助，同时也为高校、企业及国家培育优质人才提供了坚实的技术保障。因此，该教学模式的利益相关者应为保障其顺利建设提供帮助与支持。

在政府层面，政府和教育主管机构拥有管理权，应主要负责制定混合式教学的相关政策，明确利益相关方的角色、资源保障和实施策略等问题；鼓励企业、学术机构以及相关部门对于数字化教育提供支持，集聚行业力量，为高校培育数字时代的工业设计人才提供内容和资源；与此同时，作为教育主管部门，应该持续做好检测和评价工作，制定关键的评价指标，保证教育教学质量和跟踪学习结果。在学术机构方面，研究表明，政府和学术机构之间的嵌入式合作关系可以持续带来积极的变化[14]。在企业层面，需要专业相关企业提供技术支持和人才支持，保障数字教学资源建设，与高校深度融合，共同助力人才培养。在高校層面，需要建立健全相关机制，鼓励学生与教师拥抱新技术、新机遇、新改变。各级学院定期组织教研活动，积极倡导建设教研资源及数字化教育师资培训等相关活动，支持教师研发符合数字化转型的相关3D/VR特色数字资源，编写相关线上教学教辅书籍与开发教研工具，提升教师应对新变化的教研能力，为学生起到示范带头作用。

四、结语

随着国家对于智慧教育的深入推进以及我国当前数字化社会转型步伐的持续迈进，教育数字化转型为传统教育模式带来了更多的突破与发展。工业设计应大力支持国家发展举措，拥抱新兴技术赋能。通过拓展混合式教学的边界，充分发挥线上与线下教学优势，加强校企深入沟通与互相促进，深入探索教育信息化的发展空间，充分调动各方的支持力量，协力参与数字化建设，共同推进高性能数字化教育系统的建设，为国家培育基于信息社会背景下适应当前市场发展的高质量应用型工业设计人才，共创国家工业未来发展的辉煌篇章。

参考文献：

[1] 谷艳华，苗广文，杨得军. 混合教学模式下虚拟仿真教学的探索与实践[J]. 实验技术与管理，2019，36（7）：188-191.

[2] 梁中锋，李小娟，张媛，等. 融合新媒体的混合式教学设计与应用研究[J]. 新疆师范大学学报（自然科学版），2022，41（2）：25-32.

[3] 王伟荣. 实践类课程双核驱动教学模式探索——

以广告学专业为例[J]. 杭州电子科技大学学报（社会科学版），2021，17（1）：74-78.

[4] 韩筠.“互联网+”时代教与学的新发展[J]. 中国大学教学，2019（12）：4-7.

[5] 颜晓，熊江波，吴建富，等. 基于VR技术的翻转课堂模式在教育实践类课程中的应用[J].大学教育，2020（11）：85-87.

[6] 赵洱岽，刘雯君. 中国大学教學改革的新探索——慕课与体验式教学的融合[C]//Singapore Management and Sports Science Institute、Information Engineering Research Institute. Proceedings of 2015 International Conference on Education Research and Reform（ERR 2015 V9）. Singapore Management and Sports Science Institute， Information Engineering Research Institute， 2015： 60-65.

[7] 金石，王璐露，宛敏. 线上线下混合式教学的反思与策略优化[J]. 中国大学教学，2022（11）：72-77.

[8] 俞福丽. 混合式教学模式下高校教师信息化素养提升路径研究[J]. 中国大学教学，2021（3）：86-90.

[9] MARGARYAN A， BIANCO M， LITTLEJOHN A. Instructional quality of Massive Open Online Courses （MOOCs）[J]. Computers & Education， 2015， 80（1）：77-83.

[10] LONG S et al. Online Learning Satisfaction During COVID-19 Pandemic Among Chinese University Students： The Serial Mediation Model[J]. Frontiers in Psychology， 2021（12）： 743936-743936.

[11] 柳友荣，项桂娥，王剑程. 应用型本科院校产教融合模式及其影响因素研究[J]. 中国高教研究，2015（5）：64-68.

[12] 杨一帆，程鲲，尹显明. 基于设计思维的工业设计教育改革研究[J]. 工业设计，2022（2）：34-36.

[13] 李海东，吴昊. 基于全过程的混合式教学质量评价体系研究——以国家级线上线下混合式一流课程为例[J]. 中国大学教学，2021（5）：65-71，91.

[14] BANO M. Partnerships and the good-governance agenda： Improving service delivery through state-NGO collaborations[J]. International Journal of Voluntary and Nonprofit Organizations， 2019， 30（6）： 1270-1283.

[责任编辑：余大品]