新時代職業院校智能制造虛擬仿真實訓基地建設研究

曾照香 劉哲 李金亮

2020年10月，教育部職成司印發《關于開展職業教育示范性虛擬仿真實訓基地建設的通知》，指出“隨著信息技術的發展，建設職業教育虛擬仿真實訓基地，既是改革傳統教學育人手段，推進人才培養模式創新的迫切需要，也是強化教學、學習、實訓相融合的教育教學活動，有效彌補職業教育實訓中看不到、進不去、成本高、危險性大等特殊困難的重要措施”。在推動新一代信息技術和職業教育改革結合的背景下，許多高職院校都在研究探索虛擬仿真實訓基地建設，希望通過“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。建設智能制造虛擬仿真實訓基地可以促進高職院校的人才供應、技術創新和服務供給真正融入企業生產進程，從而緊跟裝備制造數字化、網絡化、智能化的發展趨勢。

一、智能制造虛擬仿真實訓基地建設的必要性

虛擬仿真實訓是借助數據模擬真實場景，實現實踐技能培養的教學方式，模擬場景具有物理真實感、環境真實感和行為真實感。基于信息加工理論，人的認知過程就是對信息的加工過程，學習者能夠在類似真實的情境中去學習、體驗并解決真實的問題。虛擬仿真實訓教學雖是在虛擬環境中開展的，但是教學過程是基于行動導向或成果導向的一個完整教學環節。虛擬仿真技術作為虛擬仿真實訓基地建設的關鍵手段，尤其是基于數字孿生技術的仿真已廣泛融入高職院校智能制造類專業實踐教學，為整合實踐教學設施、創新教學方式、優化教學內容創造了條件，促進了現場工程師潛質的高素質技術技能人才培養。

第一，順應職業教育發展的需要。新一代信息技術背景下，職業教育要緊密對接崗位需求、產業需求，匯聚專業群與產業鏈、課程內容與職業標準、教學過程與生產過程對接要素，適應教育信息化、教學資源數字化發展，建立虛擬仿真實訓基地成為職教提質培優關鍵路徑。智能制造引領兩化融合，高職專業群與智能制造產業鏈對接愈發緊密。虛擬仿真技術作為智能制造關鍵技術之一，使企業案例、工程項目向教學資源轉化，為新技術、新工藝、新方法融入專業實踐教學創造了條件，滿足理論與實踐相統一、知識與技能相統一的需求。

第二，培養高水平復合型智能制造人才的需要。智能制造不斷演進背景下，專業群培養的學生技能呈現碎片化，專業技能成長畫像有缺失，導致高素質技術技能人才培養定位出現負偏離。通過建立智能制造虛擬仿真實訓基地，將虛擬仿真技術應用于智能制造類專業實踐教學，調動學生的學習主動性，能夠逐漸培養學生用技術、工程、創新思維意識去想、學、做，構建學生的技能成長畫像，有助于滿足未來社會對解決復雜工程問題的創新人才培養需求。

第三，助推“三教”改革的需要。課堂是職業教育教學主陣地，教師目前在教學方法創新、教學能力提升方面存在短板。教學資源是提升專業教學的保障，但目前資源陳舊、形式單一，缺乏創設數字化的教材以及資源庫。信息化教學改革背景下，虛擬仿真技術是創新教學方法、優化人才培養模式的重要手段，通過虛擬仿真實訓基地建設，開展教師信息化能力提升、教學方法創新、教學資源數字化建設，實現課堂革命。

第四，實現資源整合集聚的需要。智能制造類相關專業的虛擬仿真資源存在資源相互割裂、重復建設，應用存在泛化傾向，通過建設虛擬仿真實訓基地將資源整合、規劃，運用新一代信息技術實施智慧化管理，促進實訓基地的共建共享、開放應用。

第五，深化產教融合的必然需求。“虛擬仿真技術+”可以提升技術服務效率，“信息化+”可以增強終身教育開展水平，賦能職業教育跨界融合。因此，面向全民教育、社會服務，校企共建共享虛擬仿真基地，成為產教融合新的平臺和載體。

二、智能制造虛擬仿真實訓基地建設存在的問題

新一代信息技術與制造業融合，培育的智能制造生態體系呈現數字化、網絡化、智能化。各高職院校為了培養適應智能制造生態體系，組建專業群，建設虛擬仿真實訓基地等產教融合平臺。職業院校對虛擬仿真實訓基地認識乃至建設標準理解不深，尤其是面向智能制造多種細分行業的基地實踐教學體系、教學應用、資源建設及標準制定等方面存在諸多問題。

第一，信息技術與職業教育教學融合不夠。信息技術與職業教育教學融合不夠，未搭建適應職業教育智能制造相關專業的虛擬仿真實訓體系。職業院校為追求教育信息化，花費精力開展諸如“慕課”“微課”“翻轉課堂”等教學改革，僅是實現課堂的遷移，信息化技術與實踐技能培養未融合并開展實踐教學，對學生職業技能培養欠缺。職業教育信息化優勢體現不足，一方面是信息技術并未破解高職智能制造實訓教學瓶頸；另一方面是實踐技能考核、創新培養不足，未真正搭建起虛實結合的實踐教學體系，直接影響基地建設水平。

第二，虛擬仿真技術在實踐教學中應用水平不高。虛擬仿真資源建設水平及應用不足。虛擬仿真資源存在泛化傾向，重建設輕應用，同時忽視了學生的信息素養、教師的信息技術應用、管理者的信息技術領導力的培養與提高，使職業教育信息化水平得不到整體提升。

第三，虛擬仿真基地建設標準欠缺。由于缺乏具體詳盡的虛擬仿真基地建設標準，智能制造類相關專業未實現仿真資源集聚。虛擬仿真技術應用于職業教育還不成熟，標準不統一，導致基地建設中虛擬仿真環境建設、資源建設等參差不齊。高職院校智能制造相關專業群歸屬不同系院，基地管理運行機制不健全，致使基地利用率不高。

三、智能制造虛擬仿真實訓基地建設的基本思路

高職院校為了解決教育信息化滯后、教學資源數字化不足、基地建設標準模式不統一、服務能力不足的問題，依托專業（群）探索虛擬仿真實訓基地建設路徑研究。聚焦區域智能制造產業發展需求，存在學科建設、技術建設和產業鏈建設三種虛擬仿真實訓基地建設邏輯。基于學科的建設邏輯適用于應用型本科院校，基于技術的建設邏輯適用于研究型院校，基于產業鏈的建設邏輯適用于高職專業群。按照智能制造產品全流程與全生命周期，集約高職智能制造相關專業群實踐教學資源，研究智能制造虛擬仿真實訓基地建設有效路徑。基本建設思路如下：

第一，立足智能制造相關專業群建設及新一代信息技術賦能專業教學改革，融合共享性大型智能（仿真）實習實訓基地建設要求，突出智能制造技術為核心（“一核”），輻射帶動智能制造產業鏈中其他專業發展（“多極”），構建“一核多極”的智能制造虛擬仿真實訓集群，建設智能制造虛擬仿真實訓基地。

第二，以高水平產教融合實訓基地建設項目為主體，與領軍企業共建虛擬仿真實訓基地聯合體，創新產教融合、開放共享的示范性虛擬仿真實訓基地運行管理模式機制，探索符合學校實際需要和當地產業需求的創新路徑與方法。

第三，按照“遵循實訓教學規律、注重多專業多平臺交叉融合、示范引領虛擬仿真實訓模式改革、服務智能制造產業轉型升級”的思路，通過“改造、新引、融合、攻關、共建、共享”，優化完善“虛擬仿真技術+”集群實訓資源布局，破解專業實訓教學和企業生產過程中的瓶頸問題，促進教育教學改革，賦能職業教育高質量發展。

四、智能制造虛擬仿真實訓基地建設的具體措施

智能制造虛擬仿真實訓基地建設以學生為中心、以服務智能制造產業發展為宗旨，立足智能制造相關專業群，基于區域創新理論，著眼于推進人才創新活力，賦予產教融合的主體要素（政、校、行、企等）、功能要素（制度、人才培養、技術、管理和服務創新）和環境要素（體制、機制等各類保障措施）豐富內涵，圍繞“產學研訓創”基地功能定位進行整體設計。

第一，實訓場景及平臺建設。以“產學研訓創”為場景設計依據，深度對接專業、課程，提升專業實訓教學條件。基于產品全生命周期，重點打造“1工坊+3中心”的智慧化實訓場景，提升智能制造虛擬仿真實訓基地總體水平。破解資源孤島難題，實現基地整體管理及資源調配共享，打造“沒有圍墻的大學”。建設集“教、學、管、訓、評”于一體的智能制造云服務平臺，基于平臺實施“互聯網+虛擬仿真”“線上+線下”實訓教學模式改革。

第二，虛擬仿真資源建設。對接智能制造產業崗位群，解析典型工作任務，歸納關鍵技術應用能力，開發基于虛擬仿真的技能訓練資源，匯聚生產性實踐教學項目，構建實踐教學課程體系。依托智能制造云服務平臺，打破傳統課堂的時空限制，將碎片化的無邊界學習與課堂內系統化學習有機結合。建設虛擬仿真實訓教學資源，實施線上線下理實結合的混合式多元化實訓教學模式，實現學生借助手機、平板、筆記本電腦等任意智能終端進行線上簽到、測試、預習、虛擬實訓等內容。整合建設工業控制、加工制造、新能源汽車等“一核多極”虛擬仿真實訓集群專業虛擬仿真資源，分類設計形成專業基礎課程、智能工廠、培訓考證、綠色創新實踐、特色工坊五個虛擬仿真資源包架構。

第三，基地師資隊伍建設。發揮專家、名師引領作用，提升團隊治理水平和應用推廣能力。行業專家領銜開展關鍵信息技術攻關，名師引領開展教學理論研究，技術能手帶動成果轉化與匠心傳承。校企雙主體合作育人，組建高水平模塊化專兼結合教學管理團隊。通過分工協作，實現專兼教師互補融合、教學領域交叉融合、思政教育和技能培養融合、教育教學與項目研究融合，大幅提升人才培養質量。打造企業化運營管理團隊，運營管理團隊包含運營管理組、設備維護組、推廣應用組、運營監督組，管理團隊。以學校為主導，聯合企業共同管理，借鑒市場化運營模式，負責實訓基地的日常管理、實訓設施維護保養、技術服務等工作。加大信息技術應用力度，提升教師資源深度建設與應用能力。優化團隊構成，提升教師信息化應用水平。

第四，運行管理機制建設。充分發揮產教融合平臺資源集聚效應，融合新一代信息技術與智能制造領軍企業共建高水平產教融合實訓基地，打造成為智能制造示范性虛擬仿真實訓基地聯合體。堅持基地發展與產業發展相結合、基地機制創新與社會服務創新相結合、實訓體系改革與人才培養改革相結合，構建產教融合、開放共享的示范性虛擬仿真實訓基地運行管理模式。

一是構建實訓場景科學管理機制，實現實訓基地智能化管理、安全管理、開放管理。按照“全面布局、逐步推進、軟硬一體、自由組合”原則，對接各實訓場景管理需求，以實訓室智慧化管理為突破、安全穩固的智能設備為根本、實訓室的功能要素為抓手，借助工業互聯網、大數據技術、云計算等建設“感知全面、傳送可靠、處理智能”的實訓室智慧管理平臺。

二是構建虛擬仿真實訓基地運行評價機制，持續改進完善基地功能。虛擬仿真實訓基地投入使用后，通過云服務平臺管理接口進行遠程評價，為“二次開發”提供依據，完善實訓教學基地的功能，促進資源的持續改進與完善。評價機制包括評價指標體系構建、指標權重確定以及綜合評價等方面。

三是構建虛擬仿真基地管理新機制，實現科學管理、高效運行。首先，構建項目績效評價管理機制，建立目標和任務清單制度，制定團隊考核評價辦法，并且成立績效考核評價組，根據考核評價結果實施獎懲。其次，為了促進項目研究技術含量的提升、檢測虛擬仿真實訓基地的性能、積累專兼教師的實踐經驗，制定項目轉化開發機制，建立成果轉化制度，實施項目評價辦法。最后，在“互聯網+虛擬仿真”教學模式下，構建課程評價、虛擬實踐考核以及學生能力評價結合的多元化考核體系，實現對學生技能成長的科學判斷。