高職院校虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)研究與實(shí)踐

李華勇

（濰坊職業(yè)學(xué)院，山東 濰坊 262737）

0 引言

隨著虛擬仿真技術(shù)逐漸成熟，各職業(yè)院校積極投入虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)，力圖通過(guò)新技術(shù)、新模式改革傳統(tǒng)教育教學(xué)手段，解決職業(yè)教育實(shí)訓(xùn)中看不到、進(jìn)不去、成本高、危險(xiǎn)性大等問(wèn)題，提升實(shí)訓(xùn)教學(xué)水平和質(zhì)量。對(duì)接產(chǎn)業(yè)發(fā)展，融合政行企校多方資源，探索用新思路、新機(jī)制設(shè)計(jì)建設(shè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地成為職業(yè)教育面臨的新課題。

1 高職院校虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)面臨的問(wèn)題與挑戰(zhàn)

1.1 頂層設(shè)計(jì)規(guī)劃不合理

目前虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)沒(méi)有專(zhuān)項(xiàng)建設(shè)規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，各專(zhuān)業(yè)實(shí)訓(xùn)室建設(shè)局限于本專(zhuān)業(yè)課程的實(shí)訓(xùn)需求，軟硬件建設(shè)未充分考慮跨專(zhuān)業(yè)交叉實(shí)訓(xùn)的兼容性，基地建設(shè)功能模塊重復(fù)建設(shè)。未做好與虛擬仿真實(shí)訓(xùn)“虛實(shí)結(jié)合，先虛后實(shí)”模式的銜接，存在盲目建設(shè)現(xiàn)象。

1.2 運(yùn)行與共享機(jī)制不健全

職業(yè)院校虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地集教學(xué)、科研、培訓(xùn)等多功能于一體，基地管理運(yùn)行環(huán)節(jié)多、難度大。基地開(kāi)放式管理模式與傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)管理模式截然不同，必須實(shí)施智能化管理[1]。完善運(yùn)行與共享機(jī)制，實(shí)施智能化管理，是基地運(yùn)行機(jī)制建設(shè)面臨著新挑戰(zhàn)。

1.3 資源開(kāi)發(fā)共享程度不夠

造成虛擬仿真資源缺口較大，不能覆蓋課程知識(shí)點(diǎn)，無(wú)法滿足日常教學(xué)的要求，對(duì)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)的支撐力度不夠。虛擬仿真資源開(kāi)發(fā)難度高、投入大、周期長(zhǎng)，各資源開(kāi)發(fā)商對(duì)虛擬仿真資源采取了加密措施，資源共享難度大。

需要對(duì)場(chǎng)所、設(shè)備、系統(tǒng)、資源、課程體系和管理制度進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)資源的開(kāi)放共享和持續(xù)應(yīng)用。

2 高職院校虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)思路與指導(dǎo)思想

（1）堅(jiān)持科技引領(lǐng)，虛實(shí)結(jié)合。將先進(jìn)的VR/AR/MR虛擬仿真技術(shù)融入實(shí)訓(xùn)教學(xué)，虛實(shí)結(jié)合，理實(shí)一體，建設(shè)儀器設(shè)備和技術(shù)能力達(dá)到先進(jìn)水平的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)場(chǎng)所，建設(shè)集虛擬仿真資源、教學(xué)、管理、評(píng)價(jià)于一體的基地綜合服務(wù)平臺(tái)。

（2）堅(jiān)持校企合作，共建共享。建立校企共建實(shí)訓(xùn)基地聯(lián)合體，實(shí)現(xiàn)企業(yè)化運(yùn)營(yíng)，社會(huì)化管理，促進(jìn)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)資源向社會(huì)開(kāi)放共享。創(chuàng)新基地建設(shè)模式與管理模式，解決實(shí)訓(xùn)中存在的痛點(diǎn)與難點(diǎn)，滿足學(xué)校實(shí)際需要和區(qū)域產(chǎn)業(yè)需求。

（3）堅(jiān)持科學(xué)管理，規(guī)范考核。建立基地管理專(zhuān)門(mén)機(jī)構(gòu)，校企組織專(zhuān)兼結(jié)合的師資隊(duì)伍，引入企業(yè)化運(yùn)行機(jī)制，保障實(shí)訓(xùn)基地可持續(xù)發(fā)展。實(shí)施智能化管理，進(jìn)行大數(shù)據(jù)的績(jī)效考核評(píng)價(jià)[2]。

（4）堅(jiān)持資源共享，示范引領(lǐng)。對(duì)接高端產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)業(yè)高端，充分體現(xiàn)新技術(shù)、新模式、新業(yè)態(tài)，示范引領(lǐng)帶動(dòng)區(qū)域各類(lèi)實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)，打造產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的技術(shù)高地和培訓(xùn)培養(yǎng)緊缺技能人才的實(shí)踐中心，為增強(qiáng)區(qū)域產(chǎn)業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力、匯聚發(fā)展新動(dòng)能提供有力支撐[3]。

3 高職院校虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)途徑與策略

濰坊職業(yè)學(xué)院建立智能裝備虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地，聚焦區(qū)域智能裝備制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，充分運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、虛擬仿真技術(shù)、人工智能技術(shù)等新一代信息技術(shù)，建設(shè)對(duì)接智能制造、智能控制、新能源汽車(chē)、化工裝備、智慧農(nóng)業(yè)等智能裝備產(chǎn)業(yè)的符合教學(xué)需要的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)場(chǎng)景和育人文化環(huán)境[3]。搭建“教學(xué)訓(xùn)評(píng)管”一體化的虛擬仿真綜合教學(xué)平臺(tái)，校企共建虛擬仿真研發(fā)中心，共建共享虛擬仿真資源，校企協(xié)同建成集教學(xué)實(shí)訓(xùn)、科研創(chuàng)新、技術(shù)服務(wù)、社會(huì)培訓(xùn)、證書(shū)認(rèn)證等功能于一體的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地。

3.1 智能裝備虛擬仿真基地實(shí)訓(xùn)環(huán)境建設(shè)

智能裝備虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地分為職業(yè)體驗(yàn)實(shí)訓(xùn)區(qū)、全息3D實(shí)訓(xùn)區(qū)、工業(yè)仿真實(shí)訓(xùn)區(qū)、虛實(shí)一體實(shí)訓(xùn)區(qū)、仿真資源開(kāi)發(fā)區(qū)等5大功能區(qū)，搭建硬件虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)和虛擬資源開(kāi)發(fā)平臺(tái)，建設(shè)智能制造裝備、智能控制裝備、智慧農(nóng)業(yè)裝備、汽車(chē)裝備、化工裝備等五個(gè)虛擬仿真中心，每個(gè)實(shí)訓(xùn)區(qū)根據(jù)不同的產(chǎn)業(yè)和專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)建設(shè)實(shí)訓(xùn)室，實(shí)訓(xùn)室引進(jìn)企業(yè)生產(chǎn)場(chǎng)景和企業(yè)文化，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、人工智能、大數(shù)據(jù)，構(gòu)建“教-學(xué)-做-創(chuàng)-用”閉環(huán)，打造集“展示體驗(yàn)、教學(xué)實(shí)訓(xùn)、創(chuàng)研開(kāi)發(fā)、專(zhuān)業(yè)提升”于一體的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地。面向區(qū)域內(nèi)社會(huì)人才需求開(kāi)展智能制造、智能控制、農(nóng)業(yè)裝備、新能源汽車(chē)、化工等領(lǐng)域人才培養(yǎng)培訓(xùn)，實(shí)現(xiàn)資源技術(shù)、科研成果等共建共享。

圖1 智能裝備虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地構(gòu)架圖

3.1.1 職業(yè)體驗(yàn)實(shí)訓(xùn)區(qū)

職業(yè)體驗(yàn)實(shí)訓(xùn)區(qū)建設(shè)沉浸式VR實(shí)訓(xùn)室，主要用于智能制造裝備、智能控制裝備等各專(zhuān)業(yè)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)認(rèn)知和職業(yè)認(rèn)知教育教學(xué)。沉浸式VR實(shí)訓(xùn)室采用兩通道激光環(huán)幕立體投影系統(tǒng)作為展示大屏幕，配合大空間激光定位系統(tǒng)，應(yīng)用于大課堂集中授課教學(xué)及互動(dòng)展示，學(xué)生佩戴3D眼鏡，借助空間定位系統(tǒng)，以三維互動(dòng)實(shí)踐的形式將專(zhuān)業(yè)認(rèn)知教育、課程認(rèn)知教育、企業(yè)文化教育、實(shí)踐創(chuàng)新教育相融合，構(gòu)建出完善立體的工業(yè)產(chǎn)業(yè)認(rèn)知和職業(yè)認(rèn)知學(xué)習(xí)和實(shí)踐空間。

3.1.2 全息3D 實(shí)訓(xùn)區(qū)

全息3D實(shí)訓(xùn)區(qū)是智能制造裝備、智能控制裝備、汽車(chē)裝備、化工裝備、智慧農(nóng)業(yè)等共享的VR/AR/MR項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)區(qū)域。全息3D實(shí)訓(xùn)區(qū)校企共建全息3D實(shí)訓(xùn)室，配備桌面式全息3D交互機(jī)。系統(tǒng)由24吋3D顯示器以及位置追蹤套件構(gòu)成，搭載全息資源供學(xué)生虛擬實(shí)驗(yàn)，學(xué)生佩戴立體眼鏡，可以看到懸浮于眼前的立體模型，手持紅外感應(yīng)筆可以直接對(duì)空間中的模型進(jìn)行互動(dòng)操作。

3.1.3 工業(yè)仿真實(shí)訓(xùn)區(qū)

工業(yè)仿真實(shí)訓(xùn)區(qū)建設(shè)智能控制裝備仿真實(shí)訓(xùn)中心、化工裝備仿真實(shí)訓(xùn)中心，針對(duì)智能控制裝備、化工裝備等專(zhuān)業(yè)進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)線的仿真實(shí)訓(xùn)。智能控制裝備仿真實(shí)訓(xùn)中心，面向區(qū)域智能裝備優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)，在智能控制裝備領(lǐng)域開(kāi)展智能產(chǎn)線虛擬仿真、智能控制虛擬仿真教學(xué)。化工裝備仿真實(shí)訓(xùn)中心在化工生產(chǎn)線領(lǐng)域開(kāi)展化工工藝仿真、現(xiàn)代智能化工廠仿真、化工DCS仿真教學(xué)[4]。

3.1.4 虛實(shí)一體實(shí)訓(xùn)區(qū)

針對(duì)已有實(shí)訓(xùn)設(shè)備或生產(chǎn)線開(kāi)發(fā)分布式虛擬仿真實(shí)訓(xùn)資源，將虛擬仿真軟硬件部署在真實(shí)實(shí)訓(xùn)現(xiàn)場(chǎng)，如五軸數(shù)控、化工產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)、新能源汽車(chē)裝配等。教學(xué)完成以實(shí)帶虛，以虛助實(shí)、虛實(shí)結(jié)合的教學(xué)設(shè)計(jì)。重點(diǎn)建設(shè)智能制造裝備、智慧農(nóng)業(yè)裝備、汽車(chē)裝備等虛實(shí)一體化實(shí)訓(xùn)中心[5]。

3.1.5 仿真資源開(kāi)發(fā)區(qū)

仿真資源開(kāi)發(fā)區(qū)面向智能制造類(lèi)專(zhuān)業(yè)，校企聯(lián)合進(jìn)行虛擬仿真實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目研發(fā)，為基地提供優(yōu)質(zhì)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源。仿真資源開(kāi)發(fā)區(qū)建設(shè)全景制作實(shí)訓(xùn)室、三維建模實(shí)訓(xùn)室，主要開(kāi)發(fā)裝備安裝與維護(hù)、工業(yè)機(jī)器人、汽車(chē)設(shè)備、化學(xué)實(shí)驗(yàn)等VR項(xiàng)目。

3.2 搭建一體化的虛擬仿真綜合服務(wù)平臺(tái)

建立集資源開(kāi)發(fā)、教學(xué)、實(shí)訓(xùn)、評(píng)價(jià)、管理于一體的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地合服務(wù)平臺(tái)[6]。綜合服務(wù)平臺(tái)基于“云物大智移”技術(shù)，通過(guò)人臉識(shí)別、設(shè)備智能化改造、遠(yuǎn)程網(wǎng)聯(lián)與控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控、實(shí)訓(xùn)教學(xué)指導(dǎo)、大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析等手段，實(shí)現(xiàn)管理平臺(tái)與實(shí)訓(xùn)設(shè)備的數(shù)據(jù)共享以及線上管理。

3.2.1 虛擬仿真資源庫(kù)

將基地各功能區(qū)的虛擬仿真資源集成在統(tǒng)一平臺(tái)上，實(shí)施集約化管理，實(shí)現(xiàn)資源的開(kāi)放共享。

3.2.2 智慧教學(xué)管理

以AI智慧教學(xué)平臺(tái)為核心，建設(shè)一體化課程、微課程，實(shí)現(xiàn)在線練習(xí)、互動(dòng)、考試，實(shí)現(xiàn)線上線下混合教學(xué)[7]。

3.2.3 實(shí)訓(xùn)設(shè)備管理

基于物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)，針對(duì)原有實(shí)訓(xùn)設(shè)備進(jìn)行智能化改造，通過(guò)遠(yuǎn)程網(wǎng)聯(lián)與控制，進(jìn)行實(shí)訓(xùn)設(shè)備日常管理和維護(hù)。通過(guò)硬件嵌入式編碼，實(shí)現(xiàn)設(shè)備信息采集、自動(dòng)調(diào)節(jié)及遠(yuǎn)程控制等功能。

3.2.4 基地智慧管理

實(shí)現(xiàn)智能化基地管理，結(jié)合人臉識(shí)別門(mén)禁系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)一鍵預(yù)約、遠(yuǎn)程監(jiān)控、真實(shí)數(shù)據(jù)采集等功能，采集監(jiān)測(cè)學(xué)校設(shè)備使用記錄、軟件使用記錄、故障報(bào)修記錄，提高實(shí)訓(xùn)室的利用率[8]。

3.2.5 大數(shù)據(jù)管理分析

統(tǒng)計(jì)分析實(shí)訓(xùn)室使用情況、學(xué)習(xí)情況、考核情況等數(shù)據(jù)信息，精準(zhǔn)定位學(xué)生實(shí)訓(xùn)薄弱環(huán)節(jié)，將數(shù)據(jù)智能分析運(yùn)用于實(shí)訓(xùn)教學(xué)、實(shí)訓(xùn)管理及專(zhuān)業(yè)優(yōu)化升級(jí)。

3.3 構(gòu)建開(kāi)放共享的基地運(yùn)營(yíng)管理模式

遵循合作共建原則，成立虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地管理理事會(huì)，由學(xué)校與企業(yè)有關(guān)人員共同組成，負(fù)責(zé)基地運(yùn)營(yíng)與管理。引入第三方認(rèn)證鑒定機(jī)構(gòu)，進(jìn)行技能認(rèn)證與鑒定工作，對(duì)實(shí)訓(xùn)培訓(xùn)滿意度考核[9]。

虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地實(shí)施企業(yè)化管理 ，市場(chǎng)化運(yùn)營(yíng)。按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，進(jìn)行基地運(yùn)行管理。基地按照校企合作準(zhǔn)入管理、無(wú)償和有償服務(wù)相結(jié)合的原則，進(jìn)行基地市場(chǎng)化運(yùn)營(yíng)。建立虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地運(yùn)營(yíng)制度、建立由專(zhuān)項(xiàng)訓(xùn)練、綜合實(shí)訓(xùn)、生產(chǎn)性實(shí)訓(xùn)、創(chuàng)新訓(xùn)練、技術(shù)服務(wù)與科技研發(fā)六個(gè)層面的工作與管理制度。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著虛擬仿真技術(shù)逐漸成熟，基于新技術(shù)、新模式的虛擬仿真技能實(shí)訓(xùn)基地，成為培養(yǎng)高職學(xué)生技術(shù)技能的重要實(shí)踐平臺(tái)[10]。與數(shù)字校園建設(shè)相結(jié)合，與“三教”改革、校企合作、技術(shù)研發(fā)、社會(huì)培訓(xùn)相融合，對(duì)實(shí)訓(xùn)場(chǎng)所、設(shè)備、系統(tǒng)、資源、課程體系和管理制度進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，建立科學(xué)、合理的運(yùn)行與共享機(jī)制，建設(shè)多功能、高效運(yùn)行虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地，不僅是高職院校自身發(fā)展的需要，對(duì)培養(yǎng)大批創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力強(qiáng)的技術(shù)技能人才，提升人才培養(yǎng)質(zhì)量具有重要意義。