以虛擬仿真實訓基地為平臺的工科生創新應用能力培養＊

易飚，胡清

（蘇州市職業大學機電工程學院，江蘇 蘇州215104）

2020年起，教育部職業教育與成人教育司頒發了《關于開展職業教育示范性虛擬仿真實訓基地建設工作的通知》（教職成司函〔2020〕26號）。隨著信息化技術的高度發展，面向“新技術、新產業、新模式、新業態”，培養創新型人才已成為職業教育的重要使命。虛擬仿真實訓基地的建設，推動了數字化資源對傳統教學資源的升級換代，變革了傳統的育人手段，創新了高技能人才培養模式，使教育教學場景呈現可視化、立體化、交互化的發展趨勢，有助于提高工科生的創新應用能力。

1 工科生創新應用能力培養現狀

對于工科生來說，創新應用能力的培養不再局限于學科知識諸備和工程問題解決能力，還應該培育學生的科技創新能力、實踐應用能力。很多學者提出模擬企業生產環境、建設大學生實踐創新基地、構建雙創教育體系等手段來提高工科生的創新能力。

這些理論在高校被付諸了實施，對工科生創新能力培養有著積極推動作用，但仍存在以下問題。

1.1 創新應用能力培養的實訓項目來源單一

目前，工科生創新應用能力培養項目來源單一，以高校教師指導學生進行一些項目訓練為主，多數為參加創新大賽或省大創項目等，創意不夠，也不接地氣，未能結合產業結構轉型升級的實際與應用，也沒有搭準技術創新的脈絡。因此，使創新應用能力培養流于低層次的技能訓練。

1.2 創新應用能力培養的實訓資源有限

雖然高校中也設了大學生創新基地，但由于教學資源不夠豐富。在創新基地中，還是以理論教育和案例分析為主，實踐訓練為輔。由于場地和師資有限，可容納的學生也不多，受益學生的覆蓋面也不廣。

2 虛擬仿真實訓基地對工科生創新應用能力培養的優勢

虛擬仿真實訓基地是5G時代的發展趨勢，它顛覆了傳統的教學手段，彌補了資源不足，立足于技術實踐，有效解決傳統實訓基地“進不去、看不見、動不了、難再現”的難題。主要優勢如下。

2.1 虛擬仿真實訓基地的建設能豐富工科生實訓項目

虛擬仿真實訓基地的建設采取行業企業、技術公司與高校協作運營的模式。高校牽頭，提供場地和智力支持。行業企業提供行業一手資料，教育技術公司提供技術與工具，打造完整的新媒體資源創作模式，保障實訓基地的可持續發展。有了行業企業和技術公司的加盟，虛擬仿真實訓基地提供給學生的實踐訓練項目較之傳統基地，內容更豐富，更貼近實際，更對接技術前沿。企業的一些技術沿發、工作培訓也包含在實踐訓練項目中，學生在虛擬仿真環境中實現動手操作，促進了創新應用能力的提升。

2.2 虛擬仿真實訓基地的建設能拓展工科生的學習資源

虛擬仿真實訓基地的建設，能完成高校“自我造血、自主開發”的層次升級。在實訓資源上引進虛擬現實（VR）、增強現實（AR）、數字博物館、交互式媒體等開發平臺，打造新媒體技術研究及資源開發能力，解決了高校高水平數字化資源建設中普遍存在的“最后一公里”問題和“一次性工程”問題。學生在虛擬仿真實訓基地學習關鍵技術、重要原理，由于場景渲染和物體真實，可操作性也更好。學生可以發揮想象力，模擬生產條件，設置工藝，獲得真實的職業體驗，使創新應用能力得以拓展。

3 基于虛擬仿真實訓基地培養工科生創新能力的構建思路

虛擬仿真實訓技術提供了一個高級人機接口，使人沉浸其中，以信息交互完成真實的想象平臺。在實踐中，把傳統教育手段轉移到逼真的學習環境中。在構建工科類專業虛擬仿真實訓基地時，可融入制造領域關鍵技術、重要原理、發展新需求，借助VR/AR虛擬現實、數字孿生等先進技術，開發一套文化素養新媒體資源，構建一個工科專業虛擬仿真課程體系，打造一組虛擬仿真軟件+精品課程的資源庫，開發一套理、虛、實全場景教學系統，建成新媒體應用管理云平臺，設計一個數字化資源快速開發系統等。通過虛擬仿真實訓基地建設，可以彌補專業教學中的資源交互不足，補全知識技能基礎上的文化素養教育。基地以資源共享及創新創業帶動職業教育發展，形成“互補—共享—循環—提升”的教育閉環經濟生態鏈，推動工科生創新能力培養從“看中學”到“做中學、創中學”的升級。

虛擬仿真實訓基地構建思路如下：①以校企合作模式來探索運營機制。以校企合作模式創建高水平數字化資源研創中心，引進開發平臺，組建創新團隊，開設培訓課程，探索運營機制，實現項目的可持續發展。②引進虛擬現實（VR）、增強現實（AR）、數字博物館、交互式媒體等開發平臺，培養新媒體技術研究及資源開發能力。③提供創新服務。依托高水平數字化資源研創中心及其開發平臺向社會提供崗位工作培訓、技術創新、專利申報等服務，完成學校“自我造血、自主開發”的層次升級，以及實現“產教共建、創新創收”的收益升級。

4 基于虛擬仿真實訓基地培養工科生創新能力的構建內容

工科生創新應用能力培養主要包括科技創新能力和實踐應用能力兩大模塊。科技創新能力主要通過創新能力訓練項目提高學生的專業技能。在訓練過程中，關注學生發現問題、解決問題、提出方案的能力，以此來激發學生的創意和潛能。實踐應用能力主要采用模擬仿真的專業實訓等手段，進行產品的工藝設計、技術操作，讓學生獲得真實的創新實踐體驗，以此來調動原有的知識和技能儲備，構建系統的、集實踐與輔導為一體的創新應用能力培養體系。

基于虛擬仿真實訓基地在構建內容上，要體現出工科生創新應用能力培養的兩大能力模塊，在專業實訓中融入教學、實踐、課程設計、畢業設計，利用校企合作的數字化資源，充分利用行業產業的技術前沿以及市場動態分析來拓寬學生視野，增強學生的創新活動。總體構建方案以建設文化素養新媒體資源、知識技能（科技）新媒體資源和數字化資源研創中心為核心，把虛擬仿真實訓基地建成能滿足“創新知識+創新技能+創新素質+創新文化”并重的創新人才培養基地，實現資源、體系和能力的全面升級。

4.1 文化素養新媒體資源版塊

在虛擬仿真實訓基地中設立新媒體資源版塊，構建以數字博物館和增強現實（AR）智能導覽為代表的“線上+線下”（VR+AR）文化素養教育資源體系。以智能導游、全媒體聯接、時空穿越、角色扮演等功能層次來實現傳統的新生入學教育、行業通識教育、創新素質教育，形成創新文化處處在、處處學的全覆蓋格局。

4.2 知識技能新媒體資源版塊

在虛擬仿真實訓基地中設立知識技能新媒體資源版塊，建設以新媒體應用管理云平臺為主體，精品課程資源庫和虛擬仿真軟件庫為內容的“一體兩翼”的數字化教學資源體系，把專業理論教學、虛擬實訓及實物實訓等多場景貫穿在大學生創新教育中，積極探索理、虛、實一體化，線上線下（O2O）、遠程教育等新型教學模式在專業教學實訓中的應用，提高學生的科技創新能力和實踐應用能力。

4.3 高水平數字化資源研創中心

在虛擬仿真實訓基地中設立高水平數字化資源研創中心，創新現有教學與實訓模式。結合工科生專業教學，立足行業新理念，以“層級分明、課程聯通、創新融合”為原則，建設工科類專業虛擬仿真軟件，以此實現創新能力培養從淺到深，從基礎到綜合的升級。

4.4 實訓場地軟硬件資源設置

虛擬仿真實訓基地在場地建設的應用場景上主要以展示體驗、創新研發和教學實訓為主，整體文化建設上要充分考慮科技性與文化性的有機融合，打造創新教育的隱形陣地。展示體驗區以VR凸顯科普教育、人文教育等元素，創新研發區包含VR產品開發包和眾多3D素材的模型庫，教學實訓區包含工科類專業的教學實訓。實訓項目針對工科特色，建設開發基于真實工程項目、完整生產過程的共享課程，涵蓋商務、設計、制造、檢測、裝調等生產過程中的全部數據，包括各種生產管理文檔、制造工藝文檔、設計數據、全過程的加工制造視頻等，實現課程聯通、知識融合，最終達到提升工科生創新應用能力的目的。

4.5 創新團隊的建設

虛擬仿真實訓基地要有專門的教學和管理隊伍，也要有創新開發團隊。教師可扮演“產品經理”角色，學生可為“開發人員”。由學生作為數字化資源（虛擬仿真類項目）開發的主體，在軟件開發過程中，鞏固學生所學的專業知識，做到靈活運用、融匯貫通，在創中學。教師作為管理和領導者，負責規劃及開發指導，為學生提供開發培訓，寓教于創。同時，基地有校企深入合作的基礎，可讓企業骨干、技術專家入校，通過虛擬仿真實訓基地為學生的崗位實踐提供技術指導。

5 結束語

綜上所述，虛擬仿真實訓基地的建設，聚合了專業教學實訓中的人、資源、數據、功能和場景，融入智慧教學、智慧實訓、產教融合的核心理念，以優勢互補、資源共享、互惠互利、共同發展的原則，打通學校和企業壁壘，既能夠對外服務，為企業提供創新動力；又能對內用于教學，貫穿于工科生創新應用能力培養中，具有重要的現實意義。