高職院校共享型虛擬仿真實訓中心建設研究

劉 凱

（渤海船舶職業學院，遼寧 興城 125105）

隨著虛擬現實、云計算、信息及通信技術的快速發展，面對智能手機、平板電腦等智能移動終端設備的廣泛使用，以及慕課（MOOC）、線上精品課程、具有交互功能的開放式在線學習等新的教學模式的不斷豐富，顛覆性地變革了以往的 “教” 與“學” 方式。職業院校應該順應技術進步和時代發展趨勢，充分利用信息化技術，創新教學模式和教學手段[1-2]。虛擬仿真技術是在信息化教學改革推進的背景下應用而生的一種教學技術，其主要依托于信息技術、虛擬現實、仿真技術，創建一個逼真的、具有視、聽、觸等多種感知的虛擬教學環境。虛擬仿真實訓基于虛擬仿真技術，用戶通過各種交互設備，同虛擬環境中的實體進行互動、學習和交流，具有沉浸、臨場感和實時交互性特征，學生通過智能終端（手機、電腦等） 能達到于操作真實設備一樣的效果，使學生在虛擬環境中完成實訓項目，提升實踐能力。這樣很好地解決和彌補了學校實訓設備不足的問題。同時建設虛擬仿真實訓平臺，將視頻、動畫等虛擬資源上傳到平臺，學生可以隨時隨地觀看和學習，實現最大程度的資源共享。通過“虛實結合”，實現實訓教學手段和教學模式的多元化，拓寬學生的學習途徑[2]。

一、虛擬仿真實訓中心建設的意義與價值

（一）適應國家推進信息化教學要求

在國家 “互聯網+”、大數據、新一代人工智能等重大戰略背景下，為深入貫徹落實黨的 “十九大”關于職業教育改革文件精神，推進新時代教育信息化發展，培育創新驅動發展新引擎，國家教育部2018年4 月13 日制定了《教育信息化2.0 行動計劃》 （教技〔2018〕 6 號）。規劃將教育信息化發展放到戰略高度，強調要促進信息技術與教育教學深度融合，加強頂層設計、多方協同推進，堅持服務全局、融合創新、深化應用。

（二）促進信息技術、虛擬仿真技術與職業教育深度融合

我院（渤海船舶職業學院） 通過課題研究，探索信息技術、虛擬仿真技術與職業教育的深度融合，以信息技術為支撐開展新的教育教學設計，將物理環境、數字化環境和虛擬世界三者有機地結合起來，注重信息化教學環境、教學方式、教學結構、教學組織的融會貫通。

（三）有效地緩解職業院校實訓教學資源不足的問題

2019年，國家在原有職業教育招生規模的基礎上擴招100 萬人，將退役軍人、下崗職工、農民工納入到職業教育的體系中。2018年5 月3 日出臺的《國務院關于推行終身職業技能培訓制度的意見》（國發〔2018〕 11 號文） 提出：“建立職業技能培訓市場化社會化發展機制，提升職業院校社會培訓職能，努力培養造就適應我國經濟社會發展需要的知識型、技能型、創新型人才隊伍和高素質勞動者。”學校招生規模的擴大及社會培訓能力的提升，都有賴于相應培訓設備的支撐。在學生規模大幅增加的情況下，很多學校實訓設備沒有相應增多，而且學校由于師資和耗材等問題，實訓室開放時間有限，造成了很多職業院校的實訓環節的薄弱，對學生的職業技能的培養大打折扣。各校共享虛擬仿真實訓中心的建設，有效緩解了實訓教學資源不足的問題，提高了辦學效益和教學質量[3-4]。

（四）虛擬實訓平臺是傳統實訓教學的有效補充

與虛擬仿真實訓平臺同步建設的虛擬仿真實訓室和虛擬仿真實訓平臺，將更多的視頻、動畫等虛擬資源上傳到實訓平臺。同時借助于第三方軟件，實現虛擬仿真的遠程在線，學生可以隨時進行學習、互動和交流；也可以將課堂沒有完成，或者沒有充分理解的實訓項目在線上進行重做，實現了對傳統實訓教學的有效補充[4]。

二、虛擬仿真實訓中心建設現狀

各高校為了順應教育信息化的發展趨勢，同時為了彌補實訓設備不足的問題，根據教學、科研及社會服務等需要積極建設虛擬仿真實訓中心。虛擬仿真實訓中心在國內本科院校建設起步較早，60%左右本科院校建設有網絡實驗實訓平臺，但職業院校起步較晚，還是新鮮事物。調研顯示，遼寧省建設有虛擬仿真實訓中心的學校不到30%，而且普遍建設時間較短，而且存在如下問題[5]：一是在利用現代化的信息手段將信息技術、虛擬技術與實習實訓的有效結合方面缺乏頂層設計；二是虛擬仿真實訓中心的運行機制與管理機制建設不完善；三是虛擬仿真實訓中心建設為校企合作的新型平臺方面有待于機制創新；四是建立虛擬仿真實訓中心的資源共享長效機制方面有待于完善和創新。

三、虛擬仿真實訓中心建設的有效途徑

要以學生為中心，以信息技術和虛擬現實為技術手段，建立支撐自主實訓的虛擬和遠程實訓環境，在開放、互動的教學模式下，完成高效、低耗、多樣的實習實訓，實現實驗資源網絡化、實驗管理信息化、實驗活動遠程化。這既關乎到虛擬仿真實訓平臺建設與應用的持續性和有效性，也關乎到信息化教學改革的深度和廣度[2,4]。我院作為遼寧省 “雙高” 和國家 “雙高” 項目建設單位，積極探索虛擬仿真實訓中心建設的有效渠道和途徑，按照科學規劃、共享資源、突出重點、提高效益、持續發展的指導思想，在虛擬仿真實訓中心建設上取得了一定的經驗與成效。

（一）建設虛擬仿真實訓室

虛擬仿真實訓室的建設是虛擬仿真實訓中心建設最為重要和關鍵的一環。學校各建設單位應該根據其專業特色和現有實訓條件，按照有利于提高實訓效果、有利于教學組織實施、有利于虛實結合的原則，校企合作共建與人才培養方案和企業職業崗位緊密對接的虛擬仿真實訓室[5]。

我院是國家教育部確定的 “教育信息化試點單位”，近年來一直積極推進虛擬仿真實訓室建設，目前建有11 個虛擬仿真實訓室，在教學應用中的作用不斷凸顯，成為了我校信息化教學的一個品牌。現以機電一體化虛擬仿真實訓室為例進行介紹。

我院機電一體化虛擬仿真實訓室分為教學展示區、教學互動區、模擬仿真操作區三個區域。教學展示區主要展示典型元件、常用工具及儀器儀表、優秀的學生作品，在其旁邊放置相應的標牌，標牌包括名稱和相應的二維碼信息。通過終端智能移動設備掃描二維碼，可以獲得相關的文字、圖片、音頻及視頻信息，學習者可以了解其性能、特點、操作使用方法等。在仿真操作區可以利用實訓室電腦、虛擬交互設備（數據手套、3D 展示系統、空間跟蹤定位器、頭戴式立體顯示器等），完成在虛擬環境中的互動和學習，也可以進行線上登錄，獲得線上有效學習資源。教學互動區能夠滿足虛擬仿真與實訓相結合的教學需要，可以進行師生互動式教學。

（二）建設虛擬仿真實訓中心信息化網絡管理平臺

通過信息化管理平臺，實現了虛擬仿真實訓的智能化動態管理。虛擬實訓平臺提供登陸管理和身份認證管理，平臺根據用戶設置不同的角色并賦予相應權限，為各實訓項目提供接口，為實訓者提供全面的虛擬仿真實訓教學內容和實訓方法，實訓者可以實時進行在線自主學習和實訓[6]。

目前，我院積極推進虛擬仿真實訓中心信息化管理平臺建設，同時建成了虛擬化數據中心，在實際教學應用中取得了很好的效果，實現了虛擬仿真實訓管理的科學化、智能化。指導教師可以創建和管理實訓項目、發布討論的問題、監控和指導實訓過程、審核實訓報告、評價實訓效果、給定實訓成績，對學生實現試驗、實訓的動態監控和過程管理及考核評價。學員可以實現與其他學員及教師的互動交流、接受實訓指導、記錄實訓數據、提交實訓報告、查詢實訓成績，而且能夠回放自己的實訓過程，進行項目總結和過程糾錯。

（三）建設虛擬仿真實訓平臺的科學、智能的交互實現方式

虛擬平臺以信息及通信技術為主要手段，以虛擬漫游和虛擬場景等虛擬現實技術（VR）、增強現實（AR）、全息技術為實現方式，借助于相應的交互設備，重構實驗硬件實現對象的控制、定位與感知。通過超鏈接和虛擬場景進行關聯，生成交互式實訓數據，最大程度地還原真實的實訓項目[7]。

如我院機電一體化虛擬仿真實訓平臺，學生可以通過電腦或智能移動終端設備（手機、平板電腦等） 遠程進入到實訓室，觀看實訓設備和電氣元件，可以在線觀看電氣元件的介紹說明、工作原理、實訓設備的功能介紹及實訓操作要領。同時學生可根據教師設備的實訓任務，線上選擇相應的電氣元件，依托第三方的虛擬仿真軟件完成低壓電氣控制、PLC控制實訓項目；也可以線上完成設備仿真機械裝配、電氣接線及編程調試，并線上提交實訓報告；學生也可以使用虛擬實驗臺，完成配置、連接、調節和使用儀器設備。

（四）建設虛擬仿真與傳統實訓相結合的新教學模式，促進“三教”改革

虛擬仿真實訓中心是傳統實驗實訓方式的有效補充和延伸。根據教育部高等教育司《關于開展國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作的通知》 要求，實訓中心的建設應遵循 “虛實結合、相互補充、能實不虛” 的建設原則，通過虛擬仿真實訓中心建設，進一步豐富實踐教學內涵，創新教學模式和教學手段，進而帶動專業教學改革，促進學校 “三教” 改革的實施。在虛擬仿真實訓中心建設過程中，各專業要結合專業特色，考慮本專業的人才培養目標及所對接的職業崗位，確保所開發的實訓仿真項目的科學性和實用性，同時要做到虛實融合互補、以實為主，不能喧賓奪主[8]。

我院充分利用現有的虛擬仿真實訓室，做到虛擬結合，虛實互補。在具體教學組織實施過程中，按照項目資訊→相關知識講解→項目仿真練習→項目實施操作→項目考核評價的步驟進行，因此項目仿真可以作為在項目實施操作之前的預熱和準備，為后續的項目實施做好技術和經驗積累，確保實習實訓項目的知識目標和技能目標。

（五）建設虛擬仿真實訓中心的多方協作、企業參與的建設機制

學校培養的人才，終將為企業服務。為了增強實訓虛擬仿真實訓中心的適用性和實用性，要在多方協作、行業企業積極參與的基礎上進行建設。根據校企合作機制及相關訴求，企業選派工程師與學校教師、信息技術工程師共同研究、開發項目資源，進一步強化校企合作，使虛擬仿真實訓中心成為校企合作的紐帶。在項目的設計上，要根據企業的實際崗位能力需求，以學校現有資源為依托，有針對性地設置仿真實訓項目，校企雙方合作進行實訓中心的設計及功能完善[9]。

近年來，為了積極深化和落實國務院《國家職業教育改革實施方案》 等文件精神，深化產教融合，拓展校企合作的深度和廣度，我院積極與區域企業開展深入合作，現建有校企業合作懂事會、葫蘆島區域政校企合作理事會、環渤海船舶行業校企合作委員會，建有成熟的校企合作機制體制。

我院在現有校企合作的基礎上，按照 “優勢互補、資源共享、互惠雙贏、共同發展” 的原則，校企共建虛擬仿真實訓中心及虛擬資源。為了建立長效合作機制，充分激發企業參與熱情，雙方積極研究制定可實施的方案，這其中最為關鍵的是要充分考慮企業的利益訴求。我院從三個方面著手進行了改革：一是資源的開放性和共享性，即雙方合作共建虛擬仿真實訓室及線上虛擬資源，校企雙方都可以無償使用；二是共建項目和資源企業的實用性，要與企業的職業崗位技能培訓相對接；三是依托虛擬仿真實訓中心進行的證書考核，雙方互認，企業參與證書的考核的監督，并且可以作為企業崗前培訓的一部分，也可以作為企業錄用畢業生的一個參考條件。

（六）建設虛擬仿真實訓中心資源共享機制

虛擬仿真實訓中心的建設需要大量的資金、設備、人員、軟件、硬件等，因此中心建成后應得到更廣泛的應用。我院通過校校合作、校企合作，建立和完善資源共享的長效機制，實現了實訓中心校內各系部共享、學校之間共享、學校與參與建設的企業共享，避免重復建設，最大程度提升資源的利用率。同時 “共享” 機制也便于大家的互動交流，豐富線上資源，提出更多的合理化建議，有利于虛擬仿真平臺的不斷完善[10]。

我院虛擬仿真實訓中心共享機制，體現在兩個方面：一是虛擬仿真實訓室的共享，二是線上資源的共享。對于虛擬仿真實訓室，根據校企合作雙方的合作協議，在不影響學校正常使用和授課的前提下，企業利用周末或假期在虛擬仿真實訓室開展企業技術崗位技能培訓或新入職人員的崗前培訓。這樣一方面充分利用了現有資源，另一方面也為企業大大節省了培訓成本。對于線上資源，借助于我院虛擬仿真實訓中心信息化管理平臺，通過身份認證的學員可以隨時進行仿真實訓操作練習，通過遠程網絡實現儀器共享、遠程控制及學習互動，為校內外師生、科研人員及相關企業學習培訓人員提供實時的遠程教學服務和企業的崗位技術培訓服務。

（七）提升教師信息技術應用能力

以信息技術為主導的虛擬仿真技術虛擬現實（VR）、增強現實（AR）、全息技術能否在教學中發揮實效，取得良好的教學效果，教師的信息技術應用能力及水平是關鍵因素。因此，為了充分利用現有軟硬件資源，最大程度提升應用效果，學校必須制定相應的激勵機制，鼓勵教師通過培訓、學習或比賽，不斷提升應用信息化教學水平，確保教學效果的最大化。

為了提升學校教師的信息教學水平，我院從以下幾個方面著手：一是通過 “請進來” 和 “走出去”的形式，強化對教師信息技術相關技能的培訓；二是鼓勵教師參加各類信息化教學大賽和技能大賽，將大賽的成績作為績效考核的重要組成部分；三是每個專業確定2～3 門核心課程，進行信息化課程建設改革，要求教師必須參與信息化課程建設；四是每學期對教師應用信息化教學管理平臺的教學效果進行評估，包括學生評估和教師評估兩部分，監督教師的信息化教學手段的應用情況及虛擬仿真資源的使用情況；五是將信息化教學成果作為職稱評定的重要加分項，提高教師參與信息化教學改革的積極性。

總之，虛擬仿真實訓中心建設是國家信息化教學改革的重要組成部分，也是職業院校順應信息技術發展，推進信息化教學改革的必經之路。因此職業院校一方面要加強虛擬仿真實訓中心的軟硬件環境建設，并在建設過程中不斷探索總結經驗，提升虛擬仿真實訓中心的適用性和實用性，使其平臺真正發揮服務教學、提升學生實踐創新能力的作用；另一方面，要切實提升教師的信息化教學水平，提升虛擬仿真實訓平臺的線上運行管理水平，建設優質資源共享機制，按照 “服務學生、區域共享、培育創新能力” 的理念，將實訓仿真實訓中心建設為優質的線上教學輔助平臺。