虛擬仿真技術在高職物流管理專業實訓教學中的應用

□ 劉 燁

(武漢職業技術學院，湖北 武漢 430000)

1 前言

黨的十八大報告中提出“加快發展現代職業教育”，賦予了職業教育新的發展目標與內涵。現代職業教育要求教育觀念現代化，教育體制現代化，教育方式現代化，教育內容現代化，教育途徑現代化。對于高職物流管理專業而言，可建設虛擬仿真實訓室的設備現代化進而達到教育內容現代化和教育途徑現代化。

2 物流管理專業實訓教學中的問題

高職物流管理專業在實訓教學中存在投入大、危險大、實施難、觀摩難的兩大兩難問題。以物流倉儲管理實訓為例，主要的問題有：①校內場地受限。現代化的物流倉儲中心建有大型立體倉庫以及叉車、AGV、自動堆高機、分揀機等機械設備的使用，校內無論是場地還是資金都受到限制，無法操作。②倉儲中心的存儲、揀貨、分貨等操作不能在真實的環境下操作體現。③現有的實訓室購置部分電子堆高機，但因指導教師人數受限，在學生學習中很容易因操作不當而存在安全隱患。④受交通、制度等限制，學生很難長時間、多頻次到倉儲企業實訓。在現代化的職業教育中，物流專業屬于實踐性、應用性很強的學科，對于培養高職物流專業學生來說，僅僅靠課堂上的理論知識是遠遠不夠的，必須加強其操作動手能力，熟悉設備操作及行業環境，提升學生的專業技能和創新能力。對于這種情況，虛擬仿真技術的發展為實踐教學提供了新的可能。通過虛擬仿真技術建立的教學實訓系統，可以彌補校內實訓條件的不足，根據需要滿足學生技能的掌握。因此，虛擬仿真在高職應用類專業的實訓教學中的應用研究有一定價值和意義。

3 虛擬仿真系統的發展與在教學中的應用

虛擬仿真技術是20世紀80年代新崛起的一種綜合集成技術，涉及計算機圖形學、人機交互技術、傳感技術、人工智能等技術知識。它由計算機硬件、軟件以及各種傳感器構成的三維信息的人工環境——虛擬環境，可以逼真地模擬現實世界(甚至是不存在的)的事物和環境，人投入到這種環境中，立即有“親臨其境”的感覺，并可親自操作，自然地與虛擬環境進行交互。現階段，利用該技術開發的教學系統根據設備的不同可以分為下列四種：①桌面式虛擬仿真系統，該系統是以普通計算機和低級工作站為依托來實現仿真功能，用戶通過計算機的屏幕了解虛擬環境，通過計算機的鍵盤和鼠標等相關設備與虛擬環境互動。②沉浸式虛擬仿真系統，該系統是通過頭盔和手柄等電子設備的使用讓用戶和虛擬環境來互動，用戶是環境中的一個參加者，這種方式沉浸性較強，在很多游戲中都可以看到。③分布式虛擬仿真系統，該系統不是用戶參與的虛擬仿真，而是在不同地理位置的多個用戶通過網絡相連，共同分享信息。④增強式虛擬仿真系統，該系統是以真實的環境為基礎，同時結合虛擬環境來共同模擬所需的真實環境和系統。使用虛擬仿真系統進行實訓教學，不僅可以讓學生直接獲得視覺上的感受，還能獲得操作經驗，對場景和作業環境有一定是熟悉度，獲得比圖像影音資料等更具體、直接的實踐經驗。

虛擬實訓的前提是實訓內容的程序性。所以，在教學中判斷現階段的條件是否能滿足知識的學習是基礎，在此基礎上判斷教授內容的展示難度，根據難度采取不同的實訓方式。當已有的教學實訓條件滿足的情況下，低等難度的內容可以通過教師的直接演示學習。中等難度的知識可以借助虛擬仿真系統來擴大學習范圍，強化難點，學生通過演練進一步增強實踐體驗。但是當已有的教學實訓條件不具備，實訓知識展示難度較大時，虛擬仿真系統就可以全程演示流程各環節，學生對整體過程有更直觀、全面的、系統的認識。在學習過程中，由局部到整體，由感性到理性，由具體到抽象是認識事物的基本規律。學生在學習中，通過實踐性操作的感性認識后就會得到具體的操作經驗，再結合前期的理論知識及教師對操作要點的歸納總結，獲得整體的、理性的、全面的學科知識。同時，必須意識到，虛擬系統再仿真，再貼近現實，也無法取代實際操作。所以，在學生走上實習崗位后，真正接觸真實環境后，是虛擬仿真教學優勢的最大體現階段。這個階段中，由于條件的限制，接受傳統教學的學生主要通過觀察企業師傅的操作，由師帶徒的方式掌握技能，從零開始學習。而已經在校接觸過虛擬環境的學生，由于虛擬環境基本涵蓋倉儲、配送等全過程，學生已經經過初步模擬階段，可以快速進入實習階段。

本研究以武漢職業技術學院的物流虛擬仿真實訓室的建設環境為依據，該實訓室使用的是沉浸式虛擬仿真系統，實訓室內各種物流設施和場地都是虛擬的，并且教學內容可以根據學生的情況不斷改變，適應不同學生的掌握程度。同時，虛擬設備的交互性使得全身心的投入在模擬的環境中。并且該系統以計算機和頭盔手柄為主要工具，無危險性，學生可以重復練習掌握技能。

4 虛擬仿真系統教學案例應用(以倉儲中心貨物入庫作業為例)

本節課的主要教學過程分為：“回顧理論，問題引出實操內容—演示倉儲中心貨物入庫作業—學生實操—歸納總結”四個環節。具體的課堂教學過程、師生活動、虛擬仿真系統應用情況如下：

圖1 虛擬實訓教學模式

4.1 回顧理論知識，問題引出實操內容

師生回顧《倉儲運輸管理》課程知識，由問題“倉儲中心貨物入庫時需要注意哪些問題？入庫操作中步驟的先后順序如何？”引入實操內容。學生觀看設備和配送中心環境圖片，回憶貨物入庫時配送中心操作順序，并思考如果各環節順序變化可能出現的后果。

4.2 虛擬演示倉儲中心貨物入庫作業

首先，教師借助虛擬仿真系統中的倉儲配送中心倉庫的虛擬環境，通過局部放大功能來介紹貨物入庫過程中用到的設施設備，讓學生快速進入貨物入庫作業的狀態，認識和熟悉作業中所需的設施。然后，虛擬演示“系統入庫管理——搬運貨物——理貨——系統錄入——掃描信息——立庫自動上架”的過程。最后，學生分小組分角色(入庫管理員、司機、搬運工、理貨員)互動參與全過程。

4.3 歸納總結，布置作業

教師肯定學生們的學習成果，并針對操作過程中的不足，順序問題進行更正；強調“信息流應先于物流”讓學生對貨物入庫的知識要點進行梳理和強化。

4.4 布置作業

教師匯總本節課的學習成績，布置課后作業。

5 虛擬仿真系統教學效果

運用虛擬仿真系統，學生可以根據自己的實際情況進行自主選擇操作，對于已經掌握的情景快速訓練，未掌握的情景進入某項訓練反復實踐，增加薄弱環節，提高效率。同時，系統中界面下方設置“操作提示”，用于初學者熟悉操作步驟，為學生搭建學習梯，因材施教。此外，系統還會根據學生操作給予評分，充分調動小組間的競爭意識，增強了學習效果。其中，教師的虛擬演示是虛擬仿真系統中較為基本的應用，在此基礎上的學生虛擬互動是系統中廣泛的教學應用，而在這兩者基礎上的虛擬評估是該體驗式學習中很重要的一個環節。虛擬評估是在學生基本掌握的基礎上要求學生熟練運用設施設備及環境流程。是對虛擬體驗效果的檢驗。通過對上課過程中學生學習的觀察，該實訓室的課堂擺脫了傳統教學中“低頭睡覺，抬頭玩手機”的現象。學生在操作過程中遇到的問題可以小組內獨立解決。學生根據個人特點選擇不同的角色進行系統操作，充分展示了自我的獨特性，并在小組中增強了合作的意識和能力。理論教學中，學生只是簡單的知道使用機械設備將貨物要放入倉庫，但使用機械設備時的注意事項以及不正確操作以及貨物先入庫后入系統可能引起的后果不是很明確，通過虛擬仿真教學使學生對整個流程更明確，清晰。并且，學生在系統中互動時，教師可以有更多的時間關注學生學習情況，進行針對性的個別指導。

虛擬仿真教學對于學生提高動作技能及流程掌握的方面的給予較大幫助，尤其對于使用沉浸式虛擬仿真系統而言，教師虛擬演示，學生通過觀看擴大了教學范圍，提高了教學效率。通過分小組分角色在系統中互動，突破了時間和空間的限制，避免了投入大、危險大，較好的解決了實施難、觀摩難的問題。通過虛擬體驗，可以較好調動學生積極性，學生對該類設備有較大的好奇心，積極參與互動。在學生操作過程中，教師可以得到學生操作的現場反饋，對學生掌握薄弱的環節進行再次強化。