中國智造2025背景下高職教育體系改革路徑研究

曹玲 南京工業職業技術大學

一、數字時代對高職教育的影響

自進入21世紀尤其2010年以后，基于“互聯網+”的物聯網技術迅速成長，設備智能化網聯化水平不斷提高，萬物互聯時代即將來臨，物理世界的數字化鏡像成為可能。中國制造2025應運而生，其核心思想即為智能制造。

從中國制造2025對未來智造的特征定義，我們可以看出，伴隨著工業設備的不斷智能化，工業企業對于基礎人才的需求將大幅縮減，取而代之的是更多的能適應各種定制化需求的技術技能人才。為了適應這一發展趨勢，針對職業教育這部分，教育部頒發了《職業院校專業人才培養方案制定與實施工作的指導意見》，該指導意見就職業院校如何開展和制定人才培養方案，為培養高素質人才提出了明確要求。

職業教育起源于工業革命，是國家為適應工業化大生產和提高工人職業技術水平而成立的專門教育，而隨著科技的演變， 生產分工不斷細化，企業對人才的選拔標準也在產生變化。

職業教育是為工業化大生產服務的專業技能教育，相對于注重系統性理論教學的普通本科教育，其具有極強的目的性，因此需要時刻保持不同時期企業生產對人才的需求方向的敏銳度，使之培養的人才與企業生產需求具有較高的契合度。伴隨著中國制造2025的提出，國家和企業對于未來職業技術人才的需求和篩選標準給出了新的定義，信息化能力、寬基礎技術、終生學習能力成為新時代職業技術人才合格與否的衡量標準，而為了適應這一趨勢，職業教育應當與時俱進，及時摸索出一條與之相匹配的人才培養模式路徑。

二、數字時代高職教育人才培養模式變革

1.人才培養目標重定位

伴隨著第四次工業革命的到來，制造業呈現出新的特征—生產過程智能化，工廠設備全智能化，整個工廠將作為一個整體被有機聯結，形成一個龐大的物理生產系統，統一調度。因此，在人才需求方面，不同于以往的單機械操作和調整，需要工人能夠對整個系統有所把握。為此，在高職人才培養過程中應重點針對學生的信息能力、實踐能力、創新能力和持續學習能力等方向的培養，以其均衡提高人才的綜合素質。

2.綜合課程體系建設

高職院校作為培養職業型技術人才的主要單位，承擔著培養出符合企業要求的高素質、寬基礎、實踐能力強的職責。在明確高職人才培養目標的基本前提下，必須建立適應物聯網時代職業技術人才技能需求的綜合課程體系。在課程體系規劃和建設過程中，需要將理論、實踐、能力三個方面一齊納入課程評價指標，建立綜合理論教育、實踐教育和能力拓展相結合的課程體系。

3.人才培養方式革新與不足

為了培養出符合未來社會發展趨勢的職業技術人才，國內各大高職院校對新型人才培養模式進行了深入而廣泛的探討。經過多年理論研究和實踐總結，各大院校形成了一批有益成果，這些成果對于豐富現代高職教學體系起到了很大作用，以其中的典型代表為例：

(1）校企合作—現代學徒制

職業院校作為為企業輸送專職人才的院校，與企業具有天然密不可分的聯系。學校為企業供應專業技術人才，企業則為在校學生提供實訓機會，這種合作模式一直以來都是校企合作的基礎。特別是近些年，為適應時代變化，高職院校開始推進基于校企合作下的現代學徒制，這種方式將傳統的輕工業時代的學徒制度與現代高等教育相融合，以期培養出適應于現代智造企業規模化生產的現代學徒。在現代學徒制中，通過建立特定工人與學生的師徒關系，加強二者之間的聯系，再加上企業和學校的不斷調和，以催化形成相對穩固的培養模式，幫助學生提高實踐能力。

但是，以現代學徒制為基礎的校企合作也有其固有的缺陷。教育的主體在學校，而企業的核心價值在于生產和盈利。現代學徒制在一定程度上模糊了學校和企業的責任主體，讓企業過多的承擔了人才培養的責任和支出，這對于企業的利益相沖突。因此在實際推行過程中將遇到一定的困難，而且實際效果也并不理想。

(2）基于混合模式下的虛擬仿真教學

虛擬仿真教學是一種利用虛擬現實技術的前沿教學方式，在教學過程中，通過虛擬現實系統將待仿真的物理模型虛擬化，生成數字模型及其外圍模型，給人一種身臨其境的感覺，并允許用戶在該世界中完成相應的操作、設計、驗證等工作的教學方式。虛擬仿真相對于以往的教學方式，具備以下優點：1、采用虛擬仿真技術，支持虛擬化教學，解決了實踐教學的設備不足的問題；2、通過豐富多樣的授課體驗，解決理論教學抽象枯燥的問題；3、解放教學時間和場地限制。

虛擬仿真教學的特點在于物理系統的全景虛擬化，對于虛擬仿真技術要求高，且以現有的技術水平，很難高保真模擬。

三、基于孿生仿真教學的體系改革路徑

1.孿生仿真教學理念

孿生仿真是基于物理現實與數字模擬相結合的一種仿真模式，它是將數字孿生技術、物聯網技術和仿真技術相互融合的一種新興技術。孿生仿真教學的教學理念是理論與實際結合，物理與數字相連接。在孿生仿真中，控制器和仿真在其中作為橋梁的作用連接了理論與實操。孿生仿真教學中涉及理論、建模、控制器編程、仿真以及智能設備五大方面。在教學過程中，通過對智能設備進行建模，系統提供保留設備機械微觀特征的高保真模型；通過控制器與仿真平臺提供的接口，將兩者進行協議連接，使得學生可以通過控制器操作控制仿真平臺上的模型的行為動作；通過對控制器代碼進行再編程，可以改變數字模型的模擬行為模式。而經過仿真系統驗證的控制器編程代碼可以直接應用于智能設備及智能生產線控制，具有極高的準確率。孿生仿真教學的核心目標在于通過支持學生進行高復現目標的仿真、模擬、行為模式判定，幫助學生將課本上的理論知識轉化為自身的實踐經驗，從而提升學生對知識的吸收效率。

2.基于孿生仿真教學的人才培養路徑分析

基于孿生仿真教學的教學課程體系在教學過程中側重人才理論和實踐基礎積累、復合技能培訓，確保學生學以致用，即學即用。

首先，孿生仿真教學在教學主線上涵蓋信息、機械、自動化、電子、計算機等多個領域理論知識指導，為學生應對第四次工業革命挑戰打下理論基礎；其次，在教學過程中，可以培養學生三維建模能力、PLC編程能力、物聯網接入能力甚至軟件語言編程能力，幫助學生全方位理解；再次，孿生仿真教學資源與現有大型制造業主流智能化設備/生產線/生產系統保持同步接軌，使得學生在學習過程中即培養對現代工業生產的直觀感覺和理性理解。

3.孿生仿真教學優勢

孿生仿真教學以其獨特的教學方式，在現代職業教育中具有重要地位。根據其教學特點，可以歸納為以下一個優勢：1、普適性和專業性相結合；2、高容錯率；3、可重用；4、理論與實踐融通；5、即學即用。

孿生仿真教學因其強大的虛擬化能力，可將物理設備進行高保真數字化，使得在教學過程中，學生能夠接觸到各式專業設備，而不再被局限到某種單一廠商生產的單一型號設備，擴寬學生學習的廣度。同時針對不同的設備，其控制節點具有較高的集成性，可實現一對多的編碼操作，以避免出現一種控制器只能適配一種設備的局面，并且通過對編碼過程的不斷反復和深化，能夠幫助學員更好的掌握控制器編碼與調試能力，加深學生學習的深度。因此具有較高的專業性和普適性。

同時通過控制器控制的數字模型不會由于學生的誤操作或誤編碼導致設備的損壞，支持學生的重復性試驗和微調，具備了高容錯率的特點。每一個數字模型和控制器代碼均具備共享功能，通過本地存儲或云分享即可實現模型或代碼的重用。

由于孿生仿真教學本身即建立在對真實物理系統的高保真數字模擬，因此所產生的的控制器編碼與物理系統具有高契合度，支持直接復用。即做到了即學即用、將理論和實踐有效的耦合在一起。

四、結語

中國智造2025背景下，第四次工業革命已然到來，面對新時代新特征，高職教育改革迫在眉睫，本文通過分析論述孿生仿真教學，進一步明確了其在現代高職教育中的應用價值。