虚拟仿真教学模式下高职学生工程实践能力培养研究

摘 要：职业教育现场工程师培养是国家积极推动的强国策略，努力提升高职学生的工程实践能力是职业教育的一项重要任务。文章分析了职业教育中工程实践能力培养的困境，通过以虚拟仿真教学应用为突破点，简述虚拟仿真技术在高职教学中的作用，采取虚实结合的教学模式可加强高职学生工程实践的培养。

关键词：虚拟仿真 工程实践能力 职业教育

自2015年以来，我国积极推进制造业智能化升级，陆续推出了“工业4.0”、中国智造、现场工程师等一系列策略，不仅增加国家的综合实力，也对工程教育提出了新的要求。在工程应用领域，急需拥有培养多工种、跨学科的基本知识，具备高难度技术操作能力，在一线岗位上能够现场解决实际问题的工程技术人才[1]。近期高等职业教育规模发展得很大，但实践教育中的设备、场地等硬件使用成本较高，且现场工程技术与设备快速更新使得教学内容滞后，使得一线技能人才的培养还是存在不足之处。而通过融入虚拟仿真教学新模式，利用数字传感器、计算机模拟等信息化技术，将实际的工程项目在虚拟环境中运行，便于更新教学项目内容，解决实践教学的“三高三难”问题，为高职学生的工程实践能力培养开辟新途径。

1 工程实践能力的内涵

1.1 现场工程师的理念

高新技术的发展促进我国传统产业结构不断升级，数字化、智能化的装备在工程领域中的应用越来越广泛，使得对中高端产业技术技能人才的要求不断更新，急需能在企业现场解决实际问题的高素质人才，这也成为职业教育的重要目标。2022年9月，教育部办公厅等五部门发布的《关于实施职业教育现场工程师专项培养计划》指出：“以中国特色学徒制为主要培养形式，在实践中探索形成现场工程师培养标准，培养一大批具备工匠精神，精操作、懂工艺、会管理、善协作、能创新的现场工程师。到2025年，累计不少于500所职业院校、1000家企业参加项目实施，累计培养不少于20万名现场工程师。”[2-3]区别于一般流水线上的普通技术工人，为适应产业升级转型，现场工程师应具备快速学习能力和多岗位、多技能的知识储备，在企业生产实践中能从事设计与创新、管理与监控、调试与操作等工作任务，以面对生产系统的复杂化、智能化。

1.2 现场工程实践能力界定

尽管目前关于工程实践能力的研究很多，但是由于工程应用的范围很广，国内外对于工程实践能力具体涵义没有完全确定，一般认为[4]，工程实践能力是技术人员处理工程问题时所需的必备技能，是由设计、创新、沟通等多个方面的能力组成，具体见图1。仅仅掌握单一技能的技术人员，将难以适应社会产业的新发展，因此职业教育应注重培养的是，在企业现场定义问题并提出分析与解决问题的思维与工作措施。

2 工程实践能力的培养现状

2.1 高职部分课程内容设置难度偏高

我国高等职业教育的院校基本是从高等教育的专业教育分支演变而来，许多课程内容还是依据原来精英教育的思维范式，但随着职业教育的大众化普及，理论性偏强的课程学习难度偏大，知识维度偏深，学生的兴趣低，学习的主动性差。

2.2 课程教学方式落后

行业企业对高职毕业生的实践能力水平要求提升了，但职业教育中“灌输式”的理论教学依然存在，且许多学校的实训教学条件的完备程度偏低，理实一体化课程教学效果不佳，不够重视培养学生工程实践能力。相对而言，高职学生的培养时间比高等教育普遍少一年，但实习实训类课程的课时量大，公共基础、职业素养等课程课时量偏低，专业课程教学培养目标单一，缺乏综合性、持续性教育的课程，不利于培养学生的综合素质。而且工程领域新技术的更新很快，职业教育的教学内容总是很难及时融入教材或课堂中，工程教育内容更新缓慢，导致实践类课程的教学存在着一定的滞后现象。

2.3 行业企业人才需求与培养目标的偏差

新技术的快速发展，新产业在不同区域的变化很大，但职业教育的实践教学设备必定存在不适用的情况，且实践教学实施过程中部分项目也存在着“投入高、损耗高、风险高”和“实施难、观摩难、再现难”的三高三难问题，导致教师和学生实习实训意愿不强，易形成职业教育中重理论、轻实践的教学实际问题。因此，近年来高职毕业生的专业对口率呈现一定的下降趋势，毕业的换岗率一直升高，升本、考公等非企业就业的比率持续上升；通过第三方调查（麦克思等），部分毕业生难以匹配实习岗位需求，特别是新产业中对智能化、数字化技术要求偏高的岗位群[5]。

3 虚拟仿真模式下工程能力培养的策略分析

分析目前职业教育学生工程实践能力培养的原因，必须采取有效的教育教学改革措施才能改变现状，而虚拟仿真实践教学是利用信息化技术，将教学资源数字化，将工程应用场景呈现到计算机模拟场景中，虚拟现实并可发生交互式的教学过程，实现现场工程师培养目标的有力保障，虚拟仿真教学改革策略分析见图2。

虚拟仿真VR是学习者借助于外在的显像设备（头盔、手柄等），创建一个达成多重感知的虚拟仿真情景，能将传统教学中难以实现的教学场景具象化，将受现实条件限制的教学过程模拟实施，成为传统教学的良性补充，因此一直是教育教学改革的重要方向。职业教育的发展，不仅体现在整体的学生人数规模上，还需大力提升教学办学理念，将工程应用以虚拟仿真方式展现，提高高等职业教育的办学实力，培养拥有综合素质的技能型人才。

3.1 构建数字化虚拟仿真平台

数字化虚拟仿真平台的构建是以行业企业对人才需求为核心，结合本专业的服务面向，面向不同的职业领域，开发不同的虚拟仿真任务，建立“理论-实践-虚拟”一体化的专业教学体系，以掌握工程应用知识基础，强化工程实践能力的培养。借助虚拟仿真教学平台，改进教育教学方式，项目化教学，任务化实训，科学化竞赛，动态化评价，以培养学生的工程项目思维和工程实践应用为目标，提升学生的综合认知和职业素质。虚拟仿真教学平台可为学生提供涉及本专业岗位群的多职业教学情景，开发针对性的实习实训项目，多角色职业体验，多岗位职业实践，不仅能培养基本的专业技能，还能提升学生的协同合作、决策分析的工程实践能力[6]。

3.2 校企联合开发虚拟仿真教学任务

项目化教学在职业教育中早有应用，但工程领域的OBE理论、CDIO理论等运用不多，可见工程实践能力并没有得到重视；项目化教学过程中，不仅要开展专业技能实训，还应注重非技术要素能力的开发，团队合作、多人协同地完成教学任务。

为提升项目化教学的针对性，笔者认为需开展行业企业的工程应用调研，开发基于工作过程导向的课程体系，依据行业岗位结构变化→才培养目标确立→设置专业课程定位→专业课程遴选的路线，优化职业教育的人才培养定位，序化人才培养的课程体系，模拟不同的职业教育场景，融入能替代真实教学过程的虚拟仿真教学任务。为了提升工程项目的教学针对性，应校企联合开发教学的任务，将真实生产任务、项目引入课程，利用虚拟仿真技术模拟企业生产实景，将工作岗位的典型任务引入其中，把岗位任务相关知识点、技能点体现在虚拟任务的实施过程。

3.3 以能力递进原则重构工程体系

在专业课程中加入虚拟仿真的教学任务后，引入工程实践教育理念，构建虚实结合的课程体系是高等职业教育专业建设的重要任务，重排当前高职专业的课程分布，注重培养高职学生的工程应用能力、现场实践能力，也是职业教育未来的重要发展趋势。特别是对于工科类专业，需要依据行业内工程应用的特点，创设一个贯穿式专业课程内容的具体项目，例如智能控制技术专业可以选一个智能产线的制造过程与数字化调试项目，项目的内容需求包含了机械制造、电工电子、自动控制等多学科交叉知识。因此对于综合性知识的项目内容，笔者认为可依据工程实践能力培养的规律，以能力递进为原则构建多层多块的课程体系。

首先课程体系的模块一为工程思维培养为主，教学内容为工程基础能力相关的知识，例如工科类的工程制图、电工电子、智能制造概论等课程，主要培养行业知识、基础工科思维。模块二内容基本由专业核心课程组成，将工程技术以工作项目化的形式开展教学，培养本专业的职业核心能力。模块三为工程能力拓展课程，将各专业中行业岗位的其他需求都引入到课程中，在拓展能力的培养过程中注重工程素养的宣贯。最后一个模块是在与企业行业对接的基础上，改变以学校教育为中心的培养模式，增加以工程实践能力为核心的多种岗位实习课程，整个培养过程中始终贯穿着匹配社会通识能力的综合素质教育课程，如英语、专业英语、数学等。图3是以智能控制技术为例的课程体系示意图。

3.4 提升教师虚拟仿真教学能力

从多方调研可知，面对教学领域中虚拟仿真技术的快速发展，教师的接受度普遍不高。首先应加强虚拟仿真技术的实施效果的宣传，政府、学校、行业等多方联动，全面推进大范围的虚拟仿真教学，强化教学硬件的保障。其次，应坚持以教师发展为核心，推动将虚拟仿真教学应用于教学能力竞赛中，促进教师学习虚拟仿真教学相关知识和教学操作技能，能依据自身的教学经验、专业技能、信息化水平，构建个性化的虚拟仿真教学模式。最终要求教师能将虚拟仿真技术与实践教学深度融合，积极开发虚拟仿真资源的自主性、互动性、具象性等方面的潜能，保证虚拟仿真教学的深度应用[7]。

4 结语

为适应社会产业变革需求，不仅需要高等教育的卓越工程师，也需要大量具备工程实践能力的现场工程师。高等职业教育应尽快将工程教育理念融入人才培养的理论中，在强化通识教育的同时，在课程教学中融入工匠精神、创新精神的思想，加大对学生工程实践能力的培养力度，以虚拟仿真教学为突破口，以虚助实、虚实结合地探索高职学生工程实践能力的培养路径，以有效提升学生的技术技能水平，培养出能解决实际现场工程问题的高素质人才。

基金项目：2022年度江西省教育改革重点课题“新工科背景下基于VR+的智能焊接实践教学体系探索与研究”（项目JXJG-22-49-3）。

参考文献：

[1]马俊.教育部等五部门发布《关于实施职业教育现场工程师专项培养计划的通知》[J].汽车维护与修理，2022（22）：2-3.

[2]中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要[J].中国水利，2021（6）：1-38.

[3]曲欣悦.“量产”现场工程师，职业院校要过哪几关？[N].工人日报，2023-02-01（6）.

[4]尹立苹.构建实践创新平台与提高学生工程实践能力的探索[J].实验技术与管理，2018，35（7）：40-43.

[5]翟懿奎.工科大学生工程实践能力培养与探索[J].教育教学论坛，2018，38（9）：53-54.

[6]李强.高职机电类专业学生工程实践能力培养探讨[J].职业教育，2023（04）：82-85.

[7]赵永辉，王黎明，等.工科专业学生工程创造力培养研究[J].中国电力教育，2023，12（039）：63-64.