基于沉浸式虛擬仿真的物流專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)研究

張園園 孫兆統(tǒng) 余沛東 周恒勝

摘? 要：2018年教育部發(fā)布的《教育信息化2.0行動計劃》明確指出：“加強職業(yè)院校、高等學校虛擬仿真實訓教學環(huán)境建設，服務信息化教學需要[1]。”文章針對物流專業(yè)學生在專業(yè)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(yǎng)專業(yè)型、技能型人才，探索傳統(tǒng)教學與虛擬仿真教學深度融合的教學新模式，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，為實現(xiàn)高等教育改革、創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式提供堅實的基礎。

關鍵詞：虛擬現(xiàn)實;增強現(xiàn)實;物流教學;創(chuàng)新人才培養(yǎng)

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(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)技術的快速發(fā)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(diào)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(xiàn)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(shù)建立三維實體參數(shù)化建模。此外，在教育部積極推進新工科建設的基礎上，結(jié)合5G戰(zhàn)略、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、VR等技術的融合應用，以培養(yǎng)創(chuàng)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(jié)合的課程體系，培養(yǎng)物流專業(yè)創(chuàng)新人才，是物流工程專業(yè)一條值得持續(xù)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(xiàn)已遴選出300個國家級虛擬仿真實驗教學中心，分別發(fā)布在26個省市自治區(qū)，其中理工類211個，農(nóng)林醫(yī)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(jié)合的教學方式，根據(jù)《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》和《2017年教育信息化工作要點》等相關內(nèi)容，教育部2017年印發(fā)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(tǒng)籌規(guī)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(nèi)高校掀起了一股積極開發(fā)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(yōu)勢

虛擬仿真是用一個虛擬的系統(tǒng)模仿另一個現(xiàn)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(chǎn)生身臨其境的感受和體驗。通過探索傳統(tǒng)教學和虛擬仿真教學深度融合的教學新模式，可以為實現(xiàn)高校實驗教學改革，創(chuàng)新人才培養(yǎng)提供新思路。其在教學上的優(yōu)勢可以總結(jié)為如下四點。

1.1? 緊貼5G技術，具備創(chuàng)新可能

隨著5G的加速到來，物流行業(yè)將全面進入科技化時代，持續(xù)向智慧化、綠色化、數(shù)字化方向發(fā)展，物流網(wǎng)絡進一步優(yōu)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(nèi)容上仿真，不具備網(wǎng)絡化、物聯(lián)網(wǎng)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(wǎng)絡與物流場景產(chǎn)生關聯(lián)。

1.2? 解決教學實際困難，發(fā)揮虛擬仿真優(yōu)勢

能實不虛，充分發(fā)揮“虛”的好處，解決教學中的環(huán)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(huán)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(huán)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(nèi)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(fā)揮沉浸式虛擬仿真的能力疊加網(wǎng)絡化教學，那么既可以發(fā)揮沉浸式虛擬仿真固有的優(yōu)勢，又實現(xiàn)了網(wǎng)絡化教學的架構(gòu)，對于學科競賽利大于弊。

1.4? 實現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一，便于集中管理

建設通用型的教學內(nèi)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(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)整體的可復用，內(nèi)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(tǒng)進行流程化管理，構(gòu)成一個開放的、易擴充的、穩(wěn)定的、統(tǒng)一軟件的系統(tǒng)。

2? 物流專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)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(yè)院校、高等學校虛擬仿真實訓教學環(huán)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(yè)學生在專業(yè)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(yǎng)專業(yè)型、技能型人才，實現(xiàn)理論和實踐的有機結(jié)合，提高教學質(zhì)量，促進學生自身發(fā)展的同時，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，使學生成為社會發(fā)展所需的人才。其實施途徑歸納如下：

2.1? 構(gòu)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(xiàn)包括課件內(nèi)容集中管控、學習終端權限管控、教學數(shù)據(jù)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(lián)網(wǎng)+5G”的技術方向概念，構(gòu)造一個面向物流工程智能化能力模型的教學、實訓和創(chuàng)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(yè)課件內(nèi)容積木規(guī)則，逐步形成觀摩認知、專業(yè)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(yōu)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(xiàn)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(yè)的工作場景，交互式地參與物流企業(yè)的工作流程，全景視頻所帶來的沉浸感、現(xiàn)場感以及交互性能夠讓教師和學生置身于真實的業(yè)務環(huán)境中，觀察真實公司的業(yè)務流程，讓學生掌握行業(yè)工作的全流程和真實場景。

2.3? 利用虛擬仿真技術，構(gòu)建實訓環(huán)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(xiàn)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(xiàn)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(huán)境中，展現(xiàn)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(yè)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(jié)構(gòu)

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(yè)能力、團隊精神等將得到淋漓盡致的發(fā)揮。以物流虛擬仿真設計大賽、物聯(lián)網(wǎng)大賽、物流設計大賽等與專業(yè)密切相關的賽事為契機，促進學生全面發(fā)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(yè)人的轉(zhuǎn)化，引導學生通過專業(yè)相關比賽學習技能、交流經(jīng)驗，不斷促進學生專業(yè)水平的提高，注重理論和實踐相結(jié)合，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，使學生從“模仿”到“真會”，重塑學生的知識能力結(jié)構(gòu)。

3? 總? 結(jié)

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

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