產教融合下高職院校虛擬仿真實訓基地建設研究

余東先，趙建峰，王曉燕

河南職業技術學院，河南 鄭州 450046

0 引言

新一代信息技術的發展，尤其是大數據、人工智能、區塊鏈、虛擬現實技術的突飛猛進，為教育革新注入了新的活力，推動了教育信息化的飛速發展。虛擬仿真實訓基地以其獨有的優勢得到各大院校的青睞，在國家的大力倡導和各項政策的推動下，各大院校正在積極投入虛擬仿真實訓基地的建設。早在2006年，教育部《關于全面提高高等職業教育教學質量的若干意見》就指出：“要充分利用現代信息技術，開發虛擬工廠、虛擬車間、虛擬工藝、虛擬實驗[1]。”在《教育信息化十年規劃（2011-2020年）》中也提出了建設仿真實訓基地等信息化設施。從2013年起，教育部啟動了國家級虛擬仿真實驗教學中心的建設工作，陸續建立了300多個家國家級虛擬仿真實驗教學中心。2020年10月，教育部職成司印發了《關于開展職業教育示范性虛擬仿真實訓基地建設的通知》。2021年8月，教育部職成司又印發了《關于公布職業教育示范性虛擬仿真實訓基地培育項目名單的通知》，確定了215個職業教育示范性虛擬仿真實訓基地培育項目。為了最大限度地實現虛擬仿真教學資源的共享，2018年教育部上線了“實驗空間”，即國家虛擬仿真實驗教學課程共享平臺，目前該平臺擁有3250門虛擬仿真實驗課程，涵蓋電氣類、土木建筑等61個專業類別。為深入實施國家教育數字化戰略行動，國家高等教育智慧教育平臺在2022年6月推出了虛擬仿真實驗板塊，希望各高校充分利用好虛擬仿真實驗課程資源，為實踐教學做好服務。

虛擬仿真實訓是教育信息化標志性產物。它是實驗教學的重要組成部分，在職業教育實訓中，有效地解決了“看不到、進不去、成本高、危險性大、周期長”等棘手問題。尤其在疫情期間，虛擬仿真實訓在“停課不停學”的道路上發揮著無與倫比的作用。全國職業院校都在積極推進虛擬仿真實訓基地的建設，但在建設和運行的過程中，各種問題也開始露頭，阻礙了虛擬仿真實訓基地的健康發展，如泛化建設，重復建設，利用率低，虛實脫離等。虛擬仿真實訓基地，作為一種新生的事物，如何建好，如何用好，是一個值得深入研究和探討的話題。

1 虛擬仿真實訓的特點和優勢

虛擬仿真實訓是以“假”模擬“真”，為學生提供仿真的實驗或實踐環境，使學生模擬工作崗位角色，在生產組織、工藝流程、現場技術等方面得到訓練，從而達到走上工作崗位接近“零適應期”的目標。虛擬仿真實訓具有多感知性、沉浸性、互動性和構想性，顛覆了傳統的教學手段，可以有效解決傳統實訓基地的“三高三難”的痛點，如高投入、高損耗、高風險和難實施、難觀摩、難再現等難點，克服了是實驗教學項目“不能做”、“不敢做”、“不好做”的問題。虛擬仿真實訓可以脫離時空限制，擴大實驗教學的廣度和深度。虛擬仿真實訓基地具有占地小、投資少、見效快、環境好、維護省，更新易等諸多優點，深受學校和師生的喜愛，這也是職業院校競相創建虛擬仿真實訓基地的主要原因。

目前虛擬仿真實訓項目根據難度可分為以下三個層次。①展示型，便于學生理解老師課堂上講述的理論知識，比如汽車的內部結構。②實訓型，該類項目包含若干實驗步驟，實驗者通過動手操作，得出不同的實驗結果，主要用于學生熟悉和掌握工作流程和操作規范；比如化工制作。③創新型，此類項目提供了若干個實驗模塊，學生根據自己的想法可以自由組合，從實驗中得出新結論，比如新工藝的探究。

建設虛擬仿真實訓教學項目的途徑主要有以下三種。①學校教師自主設計和開發；②學校教師提出功能需求，編寫實驗內容，最終由企業進行技術實現；③學校直接購買企業已經開發好的實驗產品。這三種建設途徑各有特色，在虛擬仿真實訓基地的建設中發揮著各自的優勢[2]。

當真實的實驗條件不具備或實際運行有困難，比如高危或者極端環境，抑或成本高、消耗大、周期長、操作不可逆的實驗項目就需要依靠虛擬仿真實訓來實現。虛擬仿真要想更好地發揮作用，在設計時需要體現客觀結構、功能及其運動規律，還原真實實驗的教學要求、實驗原理、操作環境及互動感受。一個良好的虛擬仿真實驗項目，需要具備以下四個特征。①網絡化：用戶通過網絡隨時隨地可以進行實驗；②規模化：通用性要足夠強，才能發揮優勢虛擬仿真實驗的效能，解決核心課程的典型問題；③交互性，學生可以獲得良好的體驗感，便于自主學習；④易用性：界面設計合理，有適當的提示，學生易于操作。

2 虛擬仿真實訓基地建設現狀

在國家和各省市相關政策的推動下，在教育信息化、三教改革的背景下，各高校都在積極地建設虛擬仿真實訓基地，開發虛擬仿真軟件、管理平臺等資源，開展教、學、訓的融合應用，提升職業教育實踐環節的實訓效果，體現了“以能力為本”的職業教育思想，有效解決了實訓教學中難題，在培養高素質、強技能、復合型人才方面做出了重大貢獻，成為目前教學改革的重要抓手。然而，虛擬仿真實訓基地在建設、運營和管理方面也出現了很多不可回避的問題，影響了虛擬仿真實訓基地優勢的發揮，制約了基地的健康發展。

2.1 虛擬仿真實訓泛化現象嚴重

虛擬仿真實訓的優勢顯而易見，的確有其存在的必要，但某些高校過度挖掘它的優勢，曲解教育信息化，過度濫用虛擬仿真實訓，認為任何專業、任何知識點都可以應用虛擬仿真，似乎虛擬仿真實訓像萬金油一樣無所不能。甚至有的學校認為虛擬仿真實訓可以取代實際操作實訓，嚴重隔離虛實結合，大有避實就虛的傾向，認為教師不用虛擬仿真實訓的手段就落伍了。

2.2 資源共享缺乏頂層設計

虛擬仿真實訓顛覆了傳統的教學手段，立足于技術實踐，彌補了資源不足，有效解決了傳統實訓中的“三高三難”問題。虛擬仿真實訓激發了學生學習的好奇心，增強了參與度，提高了創造力，深受教師和學生的喜愛。各高校積極實踐，加大力度創建虛擬仿真實訓基地，但由于缺乏頂層設計和統籌管理，各院校、各專業只能獨自為戰。一方面，虛擬實驗共享的激勵機制不健全；另一方面，相似層次的高校采納其他學校項目的意愿和動力不足，再加上各高校在建設虛擬仿真實訓基地時缺乏全方位的調研，導致出現重復建設、缺乏特色、利用率低等問題。目前各高校的虛擬仿真實訓基地網絡化和智能化不足，各高校建設虛擬仿真實訓基地時，接口預留考慮不周全，建設標準不統一，不能有效地開放共享，更不能做到優勢互補[3]。

2.3 高質量的虛擬仿真實訓資源匱乏

目前各高校開發設計的虛擬仿真實訓項目已經形成了一定的規模，但是部分院校沒有結合本校的人才培養需求和當地的區域經濟以及行業發展的需要，創建的虛擬仿真實訓基地，僅僅起到體驗、宣傳、科普的目的，不能真正地為實訓服務。即便用于實踐教學，大多以鼠標和鍵盤作為交互方式，交互方式單一，沉浸感不強，宏觀流程可以保證，但具體專業的，細節部分還有待進一步挖掘。其中用于創新設計，靈活性和自主性強的虛擬仿真實訓項目尤其匱乏。

2.4 管理混亂，師資薄弱

科學的管理方法和規范的運行規則是虛擬仿真實訓基地高效運行的重要保障，虛擬仿真實訓基地的建設、使用、維護、評價和二次開發均需要專業人員來負責。目前大部分院校虛擬仿真實訓基地的管理由普通的機房管理人員負責，他們缺乏專業知識和專業培訓，無法保障基地的日常維護和可持續發展。例如虛擬仿真實驗專用的硬件維護、虛擬仿真實訓平臺或系統的信息安全防護以及常態化內容清查，這些工作均需要專業人員來完成。然而，目前這些工作一般都是臨時調用專業教師無償完成或者企業人員有償實現，制約了基地的長遠健康發展。

3 虛擬仿真實訓基地建設的思考

3.1 全面考慮，科學規劃

實際操作訓練是培養高技能綜合型人才的必經之路和根本保證。盡管虛擬仿真竭力貼近真實情景，但是虛擬環境與真實環境之間的差異是永遠無法消除的，而且很多突發事件并不是虛擬仿真實訓都可以囊括其中的。所以說虛擬仿真實訓并不是萬能的，哪些學科、哪些課程、哪些知識點、什么情境下更適合采用虛擬仿真實訓是需要全面考慮、科學規劃的。同時還要考慮成本、利用率、后期維護更新等實際問題，不能為了追求虛擬仿真而虛擬仿真。如何做到虛實結合？究竟是先實后虛還是先虛后實，各自權重如何？這都需要站在人才培養質量和效率的角度結合實際教學進行科學規劃[4]。

3.2 頂層設計，共建共享

建設虛擬仿真實訓基地，搭建虛擬仿真實訓平臺，開發虛擬仿真資源，最終目的是如何利用好虛擬仿真技術為教與學服務。如何最大限度地做到資源共享？成為各高職院校亟待解決的問題。對此，國家層面提供了強有力的支持。2018年教育部上線了“實驗空間”，即國家虛擬仿真實驗教學平臺，面向全國高校提供了虛擬仿真課程開放共享服務。2022年3月上線的國家高等教育智慧教育平臺，將于6月推出虛擬仿真實驗板塊，通過明確的標準吸納聚集一批高質量的虛擬仿真實訓課程，將在全國范圍免費開放這些資源，供教學實驗使用[5]。

各高職院校相同專業在建立虛擬仿真實訓基地，開發虛擬仿真實訓課程時，需要充分調研，在國家范圍或省市領域內，了解各個院校的實際需求，統籌各方資源，求同存異，最大程度內形成共享、共建、共用機制。一方面在創建虛擬仿真實訓課程之初，要留足接口、遵守行業標準、便于共享，還要確保對大規模并發數的網絡實驗請求做到及時響應，以及是否具有學生學習記錄功能、易于學分轉換等。另一方面還需要盡快建立利益分配機制和版權保護機制，保護資源創建者的既得利益和各高校的開放共享的積極性。

3.3 產教融合，推出精品

如何縮短虛擬仿真實訓與實際現場實訓的差距，提高實訓的效果，成為高校師生最大的需求。實踐證明，產教融合是提高虛擬仿真實訓產品的一條有效途徑。虛擬仿真實訓是產教融合強有力的載體，尤其是目前倡導的“三教改革”和“崗課賽證”，為產教融合指明了方向，真正讓產教融合落地。職業教育需要緊密對接崗位和產業需求，匯聚專業群和產業鏈，課程內容要對接職業標準，教學過程要對接生產過程，虛擬仿真實訓需要模擬真實工作場景，生產流程，必須依靠企業專業人員的經驗積累和技術專家的通力合作，才能更貼近復雜的工作情景。同時，通過產教融合，教師的專業能力也會得到進一步提升，對于教學質量的改善和學生學習效果的提升具有重要的促進作用。虛擬仿真實訓在產教融合的背景下，將對接產業崗位群，解析典型的工作任務，歸納關鍵技術的應用能力，將企業一線的新技術、新工藝、新方法及時有效的融入專業實踐教學中，滿足理論與實踐的、知識與技能的高度統一。

從某種程度上，產教融合是虛擬仿真實訓課程質量提升的必由之路。一個優秀的虛擬仿真實訓項目需要整合企業行業高手、虛擬仿真技術專家和教學專家的力量，根據實驗需求，盡可能地還原工作流程，增強感知維度，為實驗教學提供最好的體驗。同時，虛擬仿真實驗的開發還要考慮到整體性，學生在進行虛擬仿真實訓時，反饋評價是否及時、合理，系統能否確定學生的薄弱環節，提供針對性的改進方法，這些都將影響實踐教學的效果。

3.4 虛實結合，合理利用

虛擬仿真實訓是借助三維模型、動畫、程序等數據來模擬真實場景，實現實踐技能培養的教學方式。根據信息加工理論，認知過程是對信息的加工過程，學習者可以在類似真實的情境中學習、體驗并解決真實的問題。虛擬仿真實訓基地自身的優勢顯而易見，但絕對不能完全取代實際的操作訓練。新職業主義認為，行動體系課程特別關注在復雜的工作情境中做出判斷、采取行動并解決問題的能力培養。然而目前的虛擬現實技術并不能窮盡實際工作中的所有情景，許多經驗和技巧需要類似學徒制的言傳身教和親身反復實踐來傳遞。只有在真實的職業情景中構建知識，才易于提高學生最終的工作能力和工作習慣。

虛擬仿真實訓基地目前的功能主要集中在四大區域：實訓教學、職業培訓、科研和技術服務。在實際應用中，針對不同的功能區域，要遵守能實不虛、以實帶虛、虛實結合的原則，構建合理的實踐教學課程體系需要周密的設計。

3.5 科學管理，規范運營

作為新生事物，虛擬仿真實訓基地畢竟與一般的機房是不同的，它需要一套科學的管理機制。①創建管理基地的規章制度。比如學生使用手冊、安全管理辦法等。有了規章制度，教師和學生以及其他使用主體才可以按照流程規范應用基地，保證基地的安全運行。②充分利用信息化，進行智能化管理。創建虛擬仿真實訓基地管理平臺，開發相應的app，充分利用大數據、人工智能、云計算、物聯網等先進的信息化手段，實現基地預約、監控以及實訓設備智能化管理和維護，收集學生對虛擬仿真資源的評價信息。③還要組建強有力的管理隊伍。打造一支高水平模塊化、分工明確、專兼職結合的教學管理隊伍，負責基地的日常管理、硬件維護保養和技術服務，及時備份、清理平臺數據，確保平臺網絡安全以及虛擬仿真實訓項目的及時更新。

4 結語

在信息化教學改革的背景下，虛擬仿真實訓基地創新了教學方法，順應了職業發展的需要，成為產教融合的新平臺和載體，如何建好、用好虛擬仿真實訓基地，對高技能復合型人才的培養具有重要的意義。