虛擬仿真技術(shù)支持下的農(nóng)林類(lèi)高職院校實(shí)踐教學(xué)研究

郭莉敏 田崇峰

（江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 句容212400）

0 引言

《中共中央 國(guó)務(wù)院關(guān)于全面推進(jìn)鄉(xiāng)村振興加快農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化的意見(jiàn)》（2021年中央1號(hào)文件)的指出“鄉(xiāng)村振興關(guān)鍵是產(chǎn)業(yè)振興”[1]。產(chǎn)業(yè)振興人才先行，培養(yǎng)一大批“懂農(nóng)業(yè)，愛(ài)農(nóng)村、愛(ài)農(nóng)民”的高素質(zhì)技術(shù)技能型人才，當(dāng)前已成為全國(guó)農(nóng)業(yè)院校的緊迫任務(wù)。

隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)體系的調(diào)整，我國(guó)農(nóng)業(yè)必將向規(guī)模化農(nóng)業(yè)、新型農(nóng)業(yè)主體、互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)業(yè)、高科技農(nóng)業(yè)和農(nóng)產(chǎn)品精細(xì)化深加工的方向發(fā)展，對(duì)農(nóng)業(yè)從業(yè)人員的綜合素質(zhì)提出了新要求。長(zhǎng)期以來(lái)，因農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有季節(jié)性強(qiáng)、周期長(zhǎng)、有害生物風(fēng)險(xiǎn)等特點(diǎn)，涉農(nóng)從業(yè)人員的實(shí)訓(xùn)教學(xué)困難重重。虛擬仿真教學(xué)，具有不受季節(jié)、自然環(huán)境限制，且低代價(jià)、零風(fēng)險(xiǎn)和易重復(fù)等優(yōu)勢(shì)，必將成為破解農(nóng)林人才實(shí)訓(xùn)教學(xué)難題的有效手段。

虛擬仿真技術(shù)具有虛實(shí)結(jié)合、實(shí)時(shí)交互的特點(diǎn)[2]，將其應(yīng)用于職業(yè)教育實(shí)踐課程系統(tǒng)中，形成融合虛擬現(xiàn)實(shí)情境的實(shí)踐課程體系成為職業(yè)教育領(lǐng)域研究中所關(guān)注的主要話題與發(fā)展趨勢(shì)。虛擬仿真技術(shù)能夠針對(duì)職業(yè)教育注重課外實(shí)踐的特點(diǎn)，利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室為學(xué)生打造具有沉浸感的體驗(yàn)式職業(yè)教育實(shí)訓(xùn)課程，可通過(guò)動(dòng)作捕捉、眼球追蹤、手勢(shì)跟蹤等多通道交互途徑實(shí)現(xiàn)體驗(yàn)式互動(dòng)學(xué)習(xí)與實(shí)際操作訓(xùn)練，為學(xué)習(xí)者提供高度模擬的實(shí)戰(zhàn)環(huán)境，打造超越現(xiàn)實(shí)環(huán)境的多感知交互式體驗(yàn)學(xué)習(xí)方式[3]。

我國(guó)農(nóng)林仿真技術(shù)研發(fā)起步晚，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用在農(nóng)業(yè)實(shí)踐教學(xué)中，能真正實(shí)現(xiàn)將農(nóng)學(xué)教學(xué)與現(xiàn)代技術(shù)手段相結(jié)合，創(chuàng)新傳統(tǒng)高職院校實(shí)踐教學(xué)模式，促進(jìn)我國(guó)職業(yè)教育順應(yīng)教育信息化發(fā)展。

1 虛擬仿真技術(shù)在實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

1.1 建立創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的線上+線下虛實(shí)結(jié)合實(shí)訓(xùn)體系

推進(jìn)虛擬仿真教學(xué)與創(chuàng)新人才培養(yǎng)的有機(jī)結(jié)合，修訂人才培養(yǎng)方案，將虛擬仿真資源充分融入課程體系，融入“云實(shí)訓(xùn)”“云講臺(tái)”“云農(nóng)場(chǎng)”等新型虛擬仿真教學(xué)形式，示范開(kāi)展“線上+線下混合虛擬仿真教學(xué)”，創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式。

圖1 創(chuàng)新人才培養(yǎng)與課堂革命

充分利用虛擬仿真資源的泛在優(yōu)勢(shì)，大力推進(jìn)“噴滴混合式”仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)，即學(xué)生課堂實(shí)訓(xùn)（“噴灌式”）與“互聯(lián)網(wǎng)+”碎片化實(shí)訓(xùn)（“滴灌式”）相結(jié)合，基礎(chǔ)類(lèi)和創(chuàng)新類(lèi)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)任務(wù)課外“碎片化”自主實(shí)施，重難點(diǎn)以及實(shí)物操作類(lèi)課中引導(dǎo)實(shí)施，噴滴混合，虛實(shí)協(xié)同，線上線下齊發(fā)力，課前、課中、課后無(wú)縫銜接，引領(lǐng)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的課堂革命。

1.2 智慧育訓(xùn)診改，推進(jìn)教學(xué)增效

圖2 智慧教學(xué)診改

基于虛擬仿真技術(shù)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)管理診改系統(tǒng)，主要功能包括角色管理、行為大數(shù)據(jù)記錄、分析模型構(gòu)建、數(shù)據(jù)挖掘、可視化表達(dá)、教學(xué)診改等功能。通過(guò)記錄學(xué)生在虛實(shí)結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中的操作行為，生成仿真實(shí)訓(xùn)大數(shù)據(jù)；通過(guò)行為分析模型，對(duì)獲取的學(xué)生縱橫向成長(zhǎng)記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行研判分析，得到綜合教學(xué)評(píng)價(jià)結(jié)果；通過(guò)對(duì)學(xué)生成長(zhǎng)記錄可視化，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、促進(jìn)學(xué)生改進(jìn)學(xué)習(xí)方法；同時(shí)，可視化的教學(xué)評(píng)價(jià)促進(jìn)教師進(jìn)行教學(xué)方法、手段改革，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)訓(xùn)教學(xué)的全程跟蹤和及時(shí)評(píng)價(jià)。

結(jié)合仿真實(shí)訓(xùn)評(píng)價(jià)大數(shù)據(jù)增強(qiáng)學(xué)生知技學(xué)習(xí)與訓(xùn)練評(píng)價(jià)的數(shù)據(jù)智能分析功能，實(shí)現(xiàn)仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)過(guò)程中的實(shí)時(shí)教學(xué)診改，降低學(xué)生的難點(diǎn)錯(cuò)誤率，提高學(xué)生的課堂滿意度。

1.3 智慧考核評(píng)價(jià)，轉(zhuǎn)變管學(xué)思維

借助虛擬仿真技術(shù)，及時(shí)收集學(xué)生學(xué)習(xí)行為大數(shù)據(jù)，通過(guò)構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，將學(xué)生單純的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)操作行為變成綜合性的虛擬作業(yè)行為，從“成果導(dǎo)向”“成就驅(qū)動(dòng)”“成長(zhǎng)可視”三個(gè)維度，構(gòu)建一個(gè)立體考核評(píng)價(jià)系統(tǒng)，促成從“管學(xué)思維”到“促學(xué)思維”的轉(zhuǎn)變。

圖3 智慧考核評(píng)價(jià)

仿真實(shí)訓(xùn)考核評(píng)價(jià)借助于虛擬仿真的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，通過(guò)數(shù)學(xué)模型形成學(xué)生仿真操作后的不可逆生產(chǎn)結(jié)果，將學(xué)生的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)行為變成虛擬作業(yè)行為。

每一個(gè)仿真訓(xùn)練節(jié)點(diǎn)均設(shè)置一個(gè)三維表型的虛擬生產(chǎn)標(biāo)志性成果，使用學(xué)生有明確的可視化學(xué)習(xí)目標(biāo)，即“成果導(dǎo)向”。

虛擬仿真操作形成虛擬生產(chǎn)不可逆結(jié)果，并可視化表達(dá)，學(xué)生在仿真訓(xùn)練過(guò)程獲得的關(guān)鍵知識(shí)和技能，或技術(shù)技能存的不足，可設(shè)計(jì)虛擬場(chǎng)景的三維可視化呈現(xiàn)，形成“成就驅(qū)動(dòng)”。

大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)虛擬作業(yè)評(píng)價(jià)，形成學(xué)生技術(shù)技能成長(zhǎng)的縱橫向分析曲線，也就是成長(zhǎng)“可視”。

2 結(jié)語(yǔ)

長(zhǎng)期以來(lái)，在農(nóng)林類(lèi)人才培養(yǎng)過(guò)程中，深受季節(jié)、氣候、地理等時(shí)空條件的制約，以及動(dòng)植物生產(chǎn)過(guò)程的不可逆、周期長(zhǎng)、成本高，加之伴隨的生物危險(xiǎn)、化學(xué)危險(xiǎn)，傳統(tǒng)農(nóng)林類(lèi)實(shí)訓(xùn)教學(xué)必然存在周期長(zhǎng)、成效慢等育訓(xùn)困局，“三教改革”落地難。

運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)教學(xué)，具有不受季節(jié)、自然環(huán)境限制，且低代價(jià)、零風(fēng)險(xiǎn)和易重復(fù)等優(yōu)勢(shì)，必將成為破解農(nóng)林人才實(shí)訓(xùn)教學(xué)難題的有效手段，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代信息技術(shù)背景下的農(nóng)林專(zhuān)業(yè)內(nèi)涵式發(fā)展，進(jìn)而在實(shí)踐教學(xué)中培養(yǎng)面向未來(lái)的創(chuàng)新人才。