“三融三创”路径下教学仿真系统在中职机械专业教学中的研究与实践

引言

信息技术创造了生动、形象、交互的开放式教学环境，给课堂教学注入了新的生机和活力。近年来，我国高度重视教育信息化建设，各部门出台的政策文件都强调了数字化在推动教育现代化进程中的关键地位。

“三融三创”中的“三融”是指信息技术与课堂教学的线上与线下相融合、课内与课外相融合、教学与岗位相融合；“三创”是指创新新理念、创设新方法、创造新资源。基于“三融三创”路径的教学实践与研究，将有效发挥信息技术与课堂教学深度融合的作用，打破学生学习时空的界限，实现混合式一体化教学模式，是提升学生适合企业需求的实用性技能的有效策略。

本文以机械专业核心课程为例，分析现阶段机械专业教学实践中存在的主要问题，并提出基于“三融三创”路径的教学仿真系统的一体化教学改革思路，以解决机械专业课堂教学中理论与实践脱节的问题，为中职学校的专业教学提供改革思路，满足企业转型升级对技术技能人才的需求。

一、研究背景、思路与方法

（一）研究背景

江门作为粤港澳大湾区珠江西岸的新增长极，其五金制造业、不锈钢厨具、卫浴设备加工等产业为珠三角西部的经济发展做出了积极贡献，《江门创造2025》提出要打造成为华南地区重要的先进装备制造业高地。机械制造业作为现代工业生产的重要支柱产业，在江门地区工业生产中的地位日益突出，企业的数字化制造、信息化管理，数控设备的智能化和精密化发展，也对机械制造技术专业人才提出了更高的要求。

目前各中职学校机械专业课程教学普遍存在教学设备相对陈旧、教材内容和教学方法单一、理论知识与实践能力不一致等问题，以致近年来毕业生的职业能力明显滞后于行业企业的快速发展，满足不了现代制造业对信息技术的技能要求。

信息时代背景下，随着各种CAD/CAM/CAE计算机辅助加工技术在机械制造行业的广泛应用，以及数控加工技术的快速发展，对机械专业学生的数字化和信息化应用能力也提出了更高的要求。

中等职业教育作为职业教育的基础性教育，一方面要为高等职业学校输送具有扎实技术技能基础的生源；一方面要为社会输送合格的劳动人才。现阶段的主要任务是要“就业与升学并重”，据笔者跟踪近两年本校模具和数控专业毕业生的就业情况，19模具班30名毕业生中，24人（占比80%）选择继续升学；19级数控班70名毕业生中，也仅13人选择到企业就业，81%的学生继续升学。20模具班33名毕业生中仅6人到企业工作，27人（占比82%）选择继续升学，呈现稳中有升的趋势。

通过对机械制造企业的调研了解到，企业对机械专业毕业生的岗位需求大致如图1和图2所示。企业为中职毕业生安排的岗位大多是机械制造加工所需的机床操作工。究其原因，由于中职学校实训设备、经费和师资的限制，培养出来的学生只能满足企业在基本的车削和铣削（包括数控车、铣）加工岗位的需求，而在数控编程工艺以及模具的调试、维修等岗位仍有一定差距。故中职阶段的课程设置要与高职衔接，课程目标要循序递进，教学模式要遵循中职学生的认知规律，技能培养要以认知为主，够用就好，能够让学生了解岗位工作内容、掌握行业基本技能、初步培养职业情感。

综上，信息化教学既是教育行业大势所趋，也是提高当前江门地区中职机械专业的人才培养质量所需，同时有助于促进本地区机械制造产业转型升级。掌握面对现代化制造业的信息处理、加工和分析技能，适应服务江门地区产业发展的初中级技能人才，是当前中职机械专业教学的重要改革方向。

基于VR的教学仿真系统通过在多维空间创建虚拟信息环境，可以多方位调动学生的视觉、听觉和触觉，实现多空间、多主体的虚拟仿真教学场域，增强师生的沉浸交互，实用性强、应用范围广，适用于打造线上线下的混合教学模式，是未来教育教学模式改革的新方向和提升教学质量的教学工具。

（二）研究思路

在中职课程教学信息化、数字化的研究背景下，以机械专业中模具专业核心课程为切入点，辅以信息技术为保障，以点带面推进“三融三创”路径与策略的探索与实践，促进信息技术与机械专业课程教学的有效融合。

研究的基本思路是通过对地方企业进行实地调研，了解用人单位对模具专业技能人才的需求状况，通过对学生进行《中职学校模具专业教育现状调查问卷》，了解中职学校模具专业学生目前的学习状况，调整确定新时代背景下的人才培养目标。为实现该目标，本研究提出通过三教改革，校企合作共同制定并实施新的教学计划和教学内容。在新的人才培养目标和培养模式下培养出的毕业生通过相关企业和学校的多元综合评价，再反馈到学校，以检验三教改革的效果。同时，为适应和满足企业经济转型升级发展需求，倒逼中职学校软硬件设施的改善升级和专业建设，进一步提升中职学生的职业能力，从而形成相互促进的良性循环（图3）。

（三）研究方法

本研究拟采用理论与实践相结合的方式进行。一方面，通过文献检索，获得使用多媒体教学设备、教学软件平台等信息技术辅助教学的相关研究，并进行分析总结。另一方面，通过在教学实践中运用多媒体教学设备和教学仿真软件等信息技术进行教学的行动研究，提炼、总结出“三融三创”路径下的教学策略。

1.调查分析法

深入中职机械专业课程教学现状，了解教师、学生在实际教学中存在的共性问题，为本研究的确立提供现实依据。

2.行动研究法

在实践过程中，通过对“三融三创”教学策略的常态研究，获取真实有价值的研究信息和资料，针对现有问题，探究解决问题的策略，并运用于教学实践，以展开下一轮的行动研究。

3.经验总结法

在教学实践中不断积累经验，总结形成有价值的“三融三创”教学策略，并上升推广至其他学科。

二、文献综述

从研究文献来看，教学仿真系统已经受到职业院校的普遍重视，特别是在高职及本科院校工科专业的教学研究，既注重理论研究，又关注实践效果分析。山东建筑大学的陈清奎（2019）等人认为，传统的教学模式难以使学生对模具专业课程有可视化的认识，教学效果不理想。以虚拟现实技术为核心的仿真教学系统，集“学、练、考”于一体，以虚带实、虚实结合，促进理论与实践的融合，对于实践性强的模具专业教学有较大的应用价值。

潍坊工程职业学院的聂永涛、赵书锐（2022）认为，通过使用柴油机保养维修教学仿真系统能快速提升学生技能水平，提高实训的教学效果，有利于学生创新实践能力的提升。

军械工程学院的王文婷等人（2013）认为教学仿真系统操作方便，可用于教师的课堂教学演示中，加深学生对理论知识的理解。

同时，笔者在文献梳理中也发现当前研究存在一定不足。

1.研究目标和研究范围过于集中

以往相关文献的研究目标主要聚焦在教学仿真系统的平台开发和系统设计上，对于系统的应用方面相对较少。知网中搜索“教学仿真系统”主题仅有8篇，“中职教学仿真系统”数量则为0，研究范围主要集中在大学和高职院校，针对从初中直升中职、对模具缺乏直观感受、学习能力相对不足的中职学生的研究则相对较少。

2.缺乏在具体教学实践中的应用实证效果研究

已有的研究多数聚焦在仿真教学系统的设计和可行性分析等理论思辨的层次；而在为数不多的实践效果分析研究中，也多是简要说明教学效果，结论缺乏实证数据支撑。

三、实证研究：教学仿真系统在中职机械专业的教学实践

（一）现阶段教学实践中存在的主要问题

总结过往研究成果以及我校机械专业教师的教学实践，当前中职机械专业教学主要存在以下问题。

1.教学模式单一，理论与实践教学脱节，难以调动学生学习的积极性

机械专业课程教学仍处于以纸质教材、课件、动画、视频等为代表的教学资源水平，为传统的老师讲、学生听的教学模式，很难激发中职学生学习理论性较强的专业课的学习兴趣，难以调动学生学习的主动性和积极性，不适应“三教改革”的发展方向。

2.校内实训设备陈旧，滞后于行业企业发展需求

机械专业课程实训设备一般价格昂贵，且大多中职学校存在经费短缺、设施陈旧和场地受限等问题，导致实训难度较大，效果不理想，学生的动手能力和创新思维培养明显滞后于行业企业发展需求。

3.实训教学中存在安全隐患

在机械模具专业实训教学过程中，模具钳工、模具装拆等教学内容都不可避免地需要手工操作，且实物一般重量偏大，操作中也会出现学生不按规程操作的突发状况，存在一定的安全隐患。

（二）教学改革思路

1.整合教学内容，改革教学模式

根据企业专业技能人才岗位和能力素质需求，确定人才培养目标。专业教师在教授机械专业核心课程时，教学内容根据企业岗位与机械加工实训课程相结合，整合成《模具制作实训教程》和《数控加工实训教程》，教学过程采用如图4所示的教学模式，各教学模块以基于VR的教学仿真系统贯穿全程的课程体系为重点，实现“理论仿真一体化，专业技能集成化”的教学模式，学生通过使用VR智能设备身临其境在虚拟工厂中自由活动，提高了对机械制造工厂工作环境及设备设施的认识，熟悉了机械加工的工艺流程，学习效率大幅提高。基于VR技术的教学仿真系统是贯彻“四双”教学策略、实现高素质技能人才培训的重要方向。

2.优化教学组织形式

根据项目教学的需要，理论课教师和实操课教师组建“双师结构”教学团队，共同计划、共同实施项目教学任务，分工明确、优势互补，打破教师间每人一门课，互不干涉的传统理念。多位教师共同参与完成教学项目任务，教师间进行跨课程的合作，构成合作型的教学组织形式（图5）。

用小组合作法，共同制定学习计划、合理分工，讨论切磋，合作完成项目任务，小组之间通过自评、互评，取长补短，有效激发学生的学习积极性，同时促使学生主动探索学习，教学效果良好。

（三）基于“三融三创”路径的虚拟仿真教学改革实践

教材和教法的改革直接决定着教学实践改革的成败，针对上述关键问题，本研究以模具制造专业为例，根据企业对专业技能人才岗位和能力素质需求，以及各中职学校基于教学仿真系统在教学实践中的应用现状，修订基于VR教学仿真系统的专业人才培养方案，整合各教学模块内容，制定以教学仿真系统贯穿全程的课程体系；根据中职学校的教育特点，制定基于教学与岗位相融合，课内与课外相融合的人才培养“四双”模式，即通过智能制造产业学院与学校“双基地”，企业导师与学校教师“双导师”，专业技能与企业实战“双导向”，学校考核与企业认证“双评价”的教学模式，创新新理念、创设新方法、创造新资源，实现基于“三融三创”路径的“理论仿真一体化，专业技能集成化”的教学模式。学生通过VR智能设备应用“VR模具工厂应用仿真软件”进行三维交互操作，在虚拟的工厂环境中，通过三维立体可视化模型进行冲压模具和注塑模具的仿真拆装，可以提高对模具的结构、拆装工艺等知识的理解，使学生身临其境，还原最真实的实训环境和操作训练，让学习变得更加生动、直观、有趣，提高了学习效率和教学质量。

本研究以我校模具制造技术专业20级和21级两个班学生为研究对象，分别采用VR模具仿真系统组织教学活动和常规教学模式实施教学，对其教学效果进行对比分析。在此过程中收集相关数据，并在学期末整理数据，对比分析学生的学习情况，进而得出结论。如实验效果良好，则可在职教集团内其他中职学校推广，并进一步探讨基于VR的教学仿真系统在中职专业课程的教学模式。

调查问卷结果显示，整体上近70%学生对该系统作出较好评价，认为其能帮助正确使用工具（69%）、学习效果较好（66%）、帮助学习模具拆装（59%）。在与传统二维仿真系统进行对比时，69%学生认为VR模具仿真系统学习体验更好、更能引起兴趣，90%学生认为该系统较容易操作。

为了检验20级与21级学生使用VR仿真系统学习效果的差异是否显著，本文采用的是双总体t检验，表1为“操作体验”“学习体验”“学习兴趣”三项的T检验统计结果。具体而言，“操作体验比传统二维仿真系统更好”“学习体验比传统二维仿真系统更好”“比传统二维仿真系统更能引起学习兴趣”这三项论述的P值分别为8.70E-07、2.72E-07、3.00E-07（科学计数法），均小于设定置信水平0.05，实验结果验证了VR仿真系统具备良好的应用效果，相比传统二维仿真系统具有显著优势。

短暂使用过VR仿真系统的20级模具班学生的教学效果和教学质量通过企业对顶岗实习学生的评价来检验。评价体系分为学生总体评价、职业道德、专业基础知识、实践操作能力、团结协作能力、创新能力和掌握使用前沿知识情况7个指标。图6列示了企业对参与顶岗实习的20级模具班学生的评价，总体评价100%满意，在掌握、使用前沿知识方面100%达到企业预期水平，获“满意”评价，95%的学生在创新能力上也获得企业较好评价。

四、研究结论

基于VR的教学仿真系统的教学模式经过近2年的教学实践应用，教师和学生的信息化能力得到较大提高。学生培养质量明显提高，教师指导模具、数控班学生参加职业技能竞赛的成绩取得较大进步，学生参加职业技能等级考证的通过率大幅提升。经过研究梳理、实验分析，本文认为基于“三融三创”路径的教学仿真系统的教学模式在中职模具专业教学中具备以下意义。

（一）有助于改革传统教学模式，优化中职模具专业课程体系，提高教学质量

通过基于VR的教学仿真系统的教学模式，解决机械专业课程教学理论与实践之间平衡问题，以虚带实、虚实结合，促进理论与实践的融合，实现了线上线下混合教学模式，对于机械专业教学有较大的应用价值。

（二）有助于提高人才培养质量，培养社会发展所需的可持续发展人才

从机械行业急需的技能人才培养目标入手，研究中将基于VR技术的教学仿真系统引入课堂教学中，可以激发、调动学生学习的积极性，课内课外一体化学习方式，提高了学生主动学习能力。教学内容与企业岗位相融合，能够提升学生掌握企业所需的实用性技能，增强学生的职业竞争能力，为产业发展提供强有力的人才保障，为江门市模具产业转型升级输送高质量的生力军，为大湾区建设作出应有的贡献。

（三）有助于进一步探索“三融三创”路径下仿真教学系统应用于中职课程教学策略

在专业实践设备条件不足的情况下，通过基于VR的仿真教学系统来主导教学过程，创新了教学资源，打通了实践教学与理论教学之间的壁垒，实现虚拟可视化，形成一种体验式的互动学习模式，能有效开拓学生思维，使教与学达到最优效果。探索与信息技术深度融合的课程教学模式，为中职课程教学改革提供实践经验。

结束语

目前，通过信息技术与中职课堂教学的线上与线下相融合、课内与课外相融合、教学与岗位相融合的“三融”策略，提高了专业教师使用信息化教学的能力，通过创新新理念、创设新方法、创造新资源的“三创”路径，基于VR教学仿真系统构建与信息化深度融合的专业课程体系，解决以往教学模式中遇到的“三高、三难”等问题，以企业需求为导向，以提高能力为核心，深化教育教学改革，按“教、学、做一体化”原则组织教学，在教学过程中充分利用智能多媒体等现代化教学工具，采用基于VR的教学仿真系统的教学模式在教材、课程、教学评估等方面改革效果显著。

基于“三融三创”路径的教学仿真系统的教学模式在我校模具制造技术和数控技术应用专业课程教学中已得到广泛应用，根据教学效果反馈，研究成果可以进一步拓展应用到职教集团内其他中职学校相关专业的教学实践中，也适用于社会培训等相关职业教育行业的教学策略。

[课题项目：广东省中小学教师信息技术应用能力提升工程2.0专项科研课题（课题批准号：TSGCKT2023332）。]

责任编辑 何丽华