基于沉浸式虛擬仿真的物流專業創新人才培養研究

張園園 孫兆統 余沛東 周恒勝

摘? 要：2018年教育部發布的《教育信息化2.0行動計劃》明確指出：“加強職業院校、高等學校虛擬仿真實訓教學環境建設，服務信息化教學需要[1]。”文章針對物流專業學生在專業技術的學習中被動接受的情況，嘗試使用沉浸式虛擬仿真實驗教學培養專業型、技能型人才，探索傳統教學與虛擬仿真教學深度融合的教學新模式，培養學生的創新能力，為實現高等教育改革、創新人才培養模式提供堅實的基礎。

關鍵詞：虛擬現實;增強現實;物流教學;創新人才培養

中圖分類號：G642??? 文獻標識碼：A

Abstract： In 2018， “Education informatization 2.0 action plan”which is issued by Ministry of Education of the People's Republic of China indicated：“strengthen the construction of virtual simulation training teaching environment in vocational colleges and universities to satisfy the needs of informatization teaching”. Base on the fact that students in logistics science are sometimes passively obtaining the expertise in their majors， this study attempts to use the immersion virtual simulation experiment teaching to cultivate professional and skilled talents， and explores a new teaching model by integrating the traditional teaching and the virtual simulation teaching. It is intended to cultivate the innovation ability of the students and to provide a solid foundation for the realization of higher education reform and innovative talent training mode.

Key words： virtual reality; augmented reality; logistics teaching; cultivation of creative personnel

0? 引? 言

隨著物聯網、人工智能、大數據技術的快速發展以及虛擬仿真技術的日趨成熟，高等教育已慢慢孕育出新的教學模式。物流學科實踐性、應用性較強，本身又屬于交叉邊緣新興學科，強調綜合技能的整合和重組，而計算機仿真技術可控性較強，可視化、不受場地限制且成本比較低，故其在物流中的應用有非常真實的現場體驗度，可大大提高學生的動手能力和案例分析能力。目前全國各高校物流工程教學所使用的虛擬仿真軟件主要有：Flexism、RaLC、Supply Chain Guru、Witness（SDX）、SIMAnima-tion、Automod、ShowFlow、Arena、Classwarehouse和SimLab。但這些虛擬仿真軟件并不具有精確性較高的建模功能，也不能通過多元非線性參數建立三維實體參數化建模。此外，在教育部積極推進新工科建設的基礎上，結合5G戰略、物聯網、人工智能、大數據、VR等技術的融合應用，以培養創新型、應用型、復合型的綜合物流人才為目標，以虛擬仿真技術為手段，建立課堂教學與實際應用相結合的課程體系，培養物流專業創新人才，是物流工程專業一條值得持續探索和實驗的方向。

另外，教育部在2013～2015年啟動了國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作，得到了社會各界的積極響應和支持，現已遴選出300個國家級虛擬仿真實驗教學中心，分別發布在26個省市自治區，其中理工類211個，農林醫藥類53個，人文社科類36個[1]。近年來，為深入推進信息技術與高等教育實驗教學的深度融合，推動高校積極探索線上線下相結合的教學方式，根據《教育信息化十年發展規劃（2011-2020年）》和《2017年教育信息化工作要點》等相關內容，教育部2017年印發了《關于2017-2020年開展示范性虛擬仿真實驗教學項目建設的通知》，統籌規劃到2020年認定1 000項左右示范性虛擬仿真實驗教學項目[1]，國內高校掀起了一股積極開發應用虛擬仿真教學項目的新風潮。

1? 沉浸式虛擬仿真技術的教學優勢

虛擬仿真是用一個虛擬的系統模仿另一個現實世界的操作技術，將沉浸式虛擬仿真技術應用于實驗教學，能夠使實驗者產生身臨其境的感受和體驗。通過探索傳統教學和虛擬仿真教學深度融合的教學新模式，可以為實現高校實驗教學改革，創新人才培養提供新思路。其在教學上的優勢可以總結為如下四點。

1.1? 緊貼5G技術，具備創新可能

隨著5G的加速到來，物流行業將全面進入科技化時代，持續向智慧化、綠色化、數字化方向發展，物流網絡進一步優化，躍上新臺階，迎來新變化。當前大多虛擬仿真課件更多是從內容上仿真，不具備網絡化、物聯網化的可能性，未來物流工程將融合更多的技術。沉浸式虛擬仿真技術在應用時應充分考慮國情，迎合即將到來的5G浪潮，條件成熟時將5G網絡與物流場景產生關聯。

1.2? 解決教學實際困難，發揮虛擬仿真優勢

能實不虛，充分發揮“虛”的好處，解決教學中的環境模擬和實際體驗的痛點。物流工程的教學痛點中，包括了環境搭建、實景體驗不足等眾多瓶頸問題，雖然已有的三維仿真可以象征性地演示和操作，但對學生而言，在沒有接觸過實際物流環境之前，難以帶來真正的感性認知。而這些痛點，正是沉浸式虛擬仿真技術手段的長處。

1.3? 支持遠程教學，利于賽事孵化

建設虛擬仿真教學平臺，可以充分共享虛擬仿真的建設成果，不局限于實驗室內的教學。由于此次疫情的影響，很多學科競賽被迫采取了在線競賽的方式。因此，虛擬仿真平臺建設，需要考慮兼容遠程教學，除了目前的視頻在線教學外，如果能發揮沉浸式虛擬仿真的能力疊加網絡化教學，那么既可以發揮沉浸式虛擬仿真固有的優勢，又實現了網絡化教學的架構，對于學科競賽利大于弊。

1.4? 實現數據統一，便于集中管理

建設通用型的教學內容平臺，研究、歸納多個實驗和教學場景需求的共性特點，設計兼容性框架結構，可實現整體的可復用，內容課件可復用，學習流程、組織管理、乃至評價手段都應可復用，通過系統進行流程化管理，構成一個開放的、易擴充的、穩定的、統一軟件的系統。

2? 物流專業創新人才培養的實施途徑

2018年教育部在《教育信息化2.0行動計劃》中明確指出：“加強職業院校、高等學校虛擬仿真實訓教學環境建設，服務信息化教學需要。”為響應國家號召，本文針對物流專業學生在專業技術的學習中被動接受的情況，嘗試使用沉浸式虛擬仿真實驗培養專業型、技能型人才，實現理論和實踐的有機結合，提高教學質量，促進學生自身發展的同時，培養學生的創新能力，使學生成為社會發展所需的人才。其實施途徑歸納如下：

2.1? 構建教學管理平臺，打造虛擬仿真教學體系建設

通過物流工程沉浸式虛擬仿真教學管理平臺建設，如圖1所示，逐步打造虛擬仿真教學管控體系建設，實現包括課件內容集中管控、學習終端權限管控、教學數據采集與分析、虛擬操作考核成績管理等主要模塊。

如圖2所示，教學平臺目標定位為“VR+物聯網+5G”的技術方向概念，構造一個面向物流工程智能化能力模型的教學、實訓和創新操作平臺雛形。未來將可支持遠程、分布式的教學，組件式的專業課件內容積木規則，逐步形成觀摩認知、專業教學、操作模擬、項目實操的學習路線圖。

2.2? 制作虛擬仿真課件，優化課程設計

通過虛擬仿真技術將物流冷鏈基礎知識制作成為課件，展示并加強學生對物流文化的整體認知，實現自由探索與物流虛擬世界互動。如以普洛斯冷鏈物流為藍本，進行虛擬仿真冷鏈物流實訓，讓學生掌握冷鏈物流實操技能、冷鏈物流流程、冷鏈物流裝備、冷鏈物流安全等一系列的學習任務。利用VR全景視頻處理技術，足不出戶就可以360°沉浸式體驗物流企業的工作場景，交互式地參與物流企業的工作流程，全景視頻所帶來的沉浸感、現場感以及交互性能夠讓教師和學生置身于真實的業務環境中，觀察真實公司的業務流程，讓學生掌握行業工作的全流程和真實場景。

2.3? 利用虛擬仿真技術，構建實訓環境

利用每年雙十一實習的倉儲視頻為模型應用虛擬仿真技術，展示雙十一實習倉庫的布局及其具體設施，支持主要的虛擬操作功能并實時同步互動，學生可以通過觸摸按鈕，對某一設備（如叉車設備模型等）進行更具體的觀察和認識。其所展現出的物流模型真實、細致，可加強學生對物流裝備設備的整體認知，幫助學生全方位、深層次，多角度學習物流裝備設備，實現自由探索與物流虛擬世界雙向互動。通過沉浸式虛擬仿真技術將虛擬模型疊加到真實的環境中，展現出更加真實的物流設施設備模型，同時，利用互動操作和配音講解全面介紹物流設施設備的使用和作業原理，極大的豐富了教學資源，使學生在玩中學、學中做。

2.4? 以賽促學，重塑知識能力結構

大學生學科競賽是學生展示自我的平臺，在這個舞臺上專業能力、團隊精神等將得到淋漓盡致的發揮。以物流虛擬仿真設計大賽、物聯網大賽、物流設計大賽等與專業密切相關的賽事為契機，促進學生全面發展，理實一體化。通過參加虛擬仿真大學生競賽，引導學生自主學習，完成從學生到職業人的轉化，引導學生通過專業相關比賽學習技能、交流經驗，不斷促進學生專業水平的提高，注重理論和實踐相結合，培養學生的創新意識和創新能力，使學生從“模仿”到“真會”，重塑學生的知識能力結構。

3? 總? 結

將沉浸式虛擬仿真技術應用于物流專業人才的培養，可以節省教學成本，方便設備擴展;靈活教學，提高學生學習興趣;規避風險，增強實訓安全性。通過制作VR課件，優化課程設計;利用VR技術，構建實訓環境;以賽促學，重塑知識能力構建等方式實現，以此積極探索傳統教學與虛擬仿真教學深度融合的教學新模式，為實現高等教育改革、創新物流專業人才培養模式提供堅實的基礎。

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