虛擬仿真教學視域下工業設計專業混合式教學策略淺析

王永生 薛小群

摘 要：在數字化技術引領教育高質量發展的當下，工業設計作為制造業發展的重要基石，其專業教育模式在新興技術的賦能下展現出更為廣闊的發展前景。本文以虛擬仿真教學作為切入點，分析該技術對工業設計的專業建設所帶來的影響，剖析當前面臨的機遇與挑戰，并結合實際開展的混合式教學內容，提出通過提升師生信息素養、完善課程資源、構建持續評價體系、整合利益相關方的作用等方面，對工業設計專業混合式教學策略優化給出建議，助力高校培養出數字化時代的高水準工業設計人才。

關鍵詞：虛擬仿真；工業設計；教學設計；教育數字化

新技術賦能高等教育逐步向數字化、網絡化、智能化和多媒體化推進。2021年12月，國務院印發了《“十四五”數字經濟發展規劃》，提出要深入推進智慧教育，構建高質量教育支撐體系，推動“互聯網+教育”持續健康發展等目標。2023年1月教育部的工作重點中提出進一步縱深推進教育數字化戰略行動，主動服務學習型社會。針對高等教育數字化建設，教育部高等教育司提出應進一步加快完善高等教育教學數字化體系、提升數字化應用能力、提升數字化治理能力、提升數字化國際影響力；要開發建設一批多介質、數字化、智能化、快速迭代的新形態教材；推進“虛擬仿真實驗教學2.0”建設，強化“實驗空間”平臺應用；加快課程思政數字化資源庫建設。因此，在國家政策支持及技術不斷迭代的當下，對于如何將虛擬仿真教學模式更好應用于教學過程中也成為混合式教學的重要研究方向[1]。

虛擬仿真技術是用戶通過自然的方式與虛擬客體進行交互作用，在計算機網絡技術和多媒體技術創造出的虛擬環境中，產生身臨其境的體驗。自2010年《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020年）》首次發布我國對虛擬教學發展規劃開始，各大高校便開始積極進行教育數字化轉型布局，高校積極建立虛擬仿真實驗室以加強實驗教學的真實性與互動性，例如幻境科技合作研發的清華大學精密儀器仿真實驗室，北京交通大學交通仿真實驗室，河南大學土木工程虛擬仿真實驗室，中央美術學院藝術、設計與建筑虛擬仿真實驗教學中心等。根據知網2002—2022年之間對以“虛擬仿真教學”為主題的文獻數據進行趨勢分析可以看出，近年來關于虛擬仿真教學的相關研究也呈現突飛猛進的態勢，為當前教學改革提供了豐富的理論基礎。

在數字化轉型時代背景下，實踐與理論并重的工業設計專業也迎來了新的機遇與挑戰。工業設計是技術和藝術、科技和人文等多學科的相互融合，是與企業的產品開發、生產制造緊密聯系的交叉學科，在國家經濟建設中占有重要地位。受到數字時代大潮的影響，工業設計專業的教育模式及教學策略也開始發生變革，新技術與新教學方式深度融合，發揮出混合式教學的巨大優勢。工業設計專業的混合式教學將在線教學和傳統教學的優勢結合起來，形成一種全新的“線上+線下”混合式教學模式，通過兩種教學組織形式的有機結合，將學習者引向深度學習[2]。作為一種多樣且靈活的教學模式以及基于專業對實踐實操環節的需求，虛擬仿真教學可以幫助學生和教師在線上打破空間與時間的限制，并憑借其自身沉浸感、臨場感的作用輔助學生在學習過程突破時空阻礙，實現虛實融合，為教育過程帶來全新的體驗。

與此同時，工業設計專業基于虛擬仿真技術的混合式教學也在發展的過程中面臨著嚴峻的挑戰。盡管隨著數字技術不斷提升，數字技術與教育結合得越來越緊密，但與此同時，還存在著數字教育用戶體驗過程中的友好程度尚未達到完善水平、工業設計數字教學資源建設不足以及線上線下混合式教學模式針對學生的評價體系建構還不全面等方面的問題。因此，符合時代要求的工業設計的教育內容與教學方式需要緊跟國家發展步伐，把握數字化專業教育帶來的新機遇，解決新技術帶來的嚴峻問題，真正做到以學生為中心，提升學生的學習效果，培養符合中國特色數字化發展的工業設計技術人才[3]。

一、虛擬仿真教學在高校工業設計專業混合式教學中的機遇

虛擬仿真教學以新技術為基石，為工業設計專業帶來了新的機遇，引領了全新的教學改革熱潮。例如2022年湖南大學設計藝術學院帶頭的“工業設計專業虛擬教研室”成功入選教育部首批試點，通過組建多元協作的高校聯合教研室，共同探索“智能+”時代工業設計專業建設，肩負起培養面向未來、具有自主創新能力的工業設計領軍人才。目前，我國數字化教育建設正處于蓬勃發展的關鍵時期，新技術所帶來的新體驗、新內容和新模式，為我國教育事業的發展帶來了新契機。

1．新技術帶來全新的教學體驗

首先，新技術帶來了全新的展示形式，通過創建由計算機生成的三維數字環境，利用硬件、軟件和感官同步性結合實現知識可視化。由于工業設計專業與三維實體之間的密切關系，當人探索周圍環境或三維產品時，虛擬端會即時提供適當的響應，對于三維實體可以有更清晰的了解認知。其次，由于感官體驗的拓展，以往受到媒介展示限制而無法傳達的知識內容也成為可能，涉及觸覺的內容以往只能通過教師以文字或圖片/視頻的方式傳授給學生，但是在虛擬空間，可以通過觸點實時反饋幫助學生進一步了解內容。

因此，基于線上數字化平臺的強互動性、沉浸性幫助學生在虛擬空間利用三維技術將二維信息以更逼真的實體性進行展現，帶來全新的學習體驗[4]。例如對于工業設計學生來說，材料與工藝的相關知識掌握是專業內容的重要基礎環節。在虛擬仿真環境中，將傳統教學中以文字、圖像、視頻信息為主要展現形式的內容變為在三維空間展示，讓學生“真看見、真操作、真體驗、真掌握”。

2．新技術帶來更加全面的教學內容

技術賦能突破了以往因為教學條件、教學成本、安全問題等因素制約的教學內容困境，為學生獲得更加多元的學習內容提供了可能。目前虛擬仿真技術由于其自身獨特的構想性、沉浸性和交互性的特點，在我國各大高校的專業課程建設中發揮著重要的作用[5]。以往只能通過有限途徑呈現的知識內容如今可以通過多維度、多感官的方式傳遞給學生。例如，在工業設計專業建筑史等課程中的作品賞析教學環節中，以往學生主要依靠文字、圖片及視頻等形式了解，而在新技術的影響下，學生可以“身臨其境”地體驗設計作品，多維度多感官地與作品進行互動，充分發揮學生在學習過程中的自主學習能力，使得學習者全面深入獲取

知識。

3．新技術帶來更加有效的教學模式

混合式教學通過將線上教學和線下教學的優勢結合起來，將學習者引入深度學習過程。基于虛擬仿真技術的線上教學體驗使得“以學生為中心”的教學理念得到更加深入的貫徹，通過充分發揮學生的認知能力，使學生在學習過程中以體驗式學習為基礎，更好地實現理論與實踐內容的銜接[6]。并且隨著線上教學體驗的持續拓展，線下教學以及線上線下融合部分的教學思考也不斷完善。例如針對目前線下授課部分，教師在進入虛擬空間體驗前便為學生打好理論基礎，在線上虛擬體驗過程中加以引導指正，在課后線下討論環節中幫助學生復習鞏固知識要點，通過“三明治”結構幫助學生掌握學習要點，且具有趣味性的體驗流程及學生的“體驗實感”有利于提高學生的學習興趣，在保證理論知識的掌握基礎上提升實踐能力。

二、虛擬仿真技術賦能的工業設計專業教學當前所面臨的挑戰

虛擬仿真技術所帶來的新機遇、新體驗、新內容、新模式為數字化教育注入了全新的血液。與此同時，由于各部分重點環節構建完善程度仍存在明顯不足，這也給工業設計專業教學改革帶來了嚴峻挑戰。

首先，新體驗中用戶友好程度尚不完善。以學生為中心的教學理念，通過技術賦能學生體驗，從而加強其學習效果，提升教育質量；然而目前對于虛擬仿真教學體驗的全面建構與深入思考尚不完善。新的數字教學體驗中，學生與老師的個人數字化素養以及對于新技術的適應運用程度具有較大的差異性，例如在以學生為中心的混合式教學模式中，教師角色是以教學過程的引導者為主，因此對教師數字化技術的適應與掌握程度有較高要求。對于年齡較大的教師來說，其自身狀況以及其對于知識內容獲取方式的傳統路徑依賴性對于掌握當前高速迭代的新技術具有一定限制；年輕教師又由于教學經驗有限，對于教學過程的掌控能力還相對不成熟。此外，虛擬仿真教學效果受到硬軟件基礎建設的影響很大，且引進及管理成本較高，因此虛擬仿真技術平臺在各校建設和管理的情況參差不齊。在數字化教學體驗實踐中，理想狀態下的數字化教學優勢尚未發揮最大優勢。

其次，新內容中課程資源建設不足。新技術為學生帶來了獲取新知識、新內容的機會，但針對虛擬仿真教學的數字化教學資源建設目前仍然不足。以往傳統授課的信息展示方式主要依賴于文字、圖片及視頻，而全新的信息展示方式則需要大量數字模型及三維信息內容，但課程資源從理論實踐整理再到運用多媒體展示的過程需要較長建設周期，且目前相關資源開發成本較高，因此在實際上課過程中，相關的課程資源選擇性較少，尤其是對于工業設計專業實踐部分的教學資源建設存在極大欠缺。

最后，新模式中評價體系構建不全面。盡管新技術為學生提供了全新的學習體驗，但目前混合式教學模式中評價體系構建尚不全面，這將阻礙教師對于學習效果的檢測與教學過程的把控。以往設計專業考核主要通過教師對學生學習過程的形成性評估和以筆試或設計匯報等以最終結果為導向的終結性評價作為學生的學習效果依據[6]。但隨著線上比重不斷加強，學生在教學環節中的主體地位愈加清晰，因此著重其學習行為、學習態度和學習效果的綜合性評價體系需要進一步更新完善，并且如何區別于以往以教師評價為核心的模式，建設更加公平全面的評價體系也是目前亟須解決的重要問題。

三、虛擬仿真時代高校工業設計專業教學策略

虛擬仿真教學系統的技術賦能為專業數字化教育帶來全新的體驗，混合式教學模式通過線上線下同步聯動為工業設計專業的學習過程優化提供保障，然而當前發展過程中也不斷產生新的問題與挑戰。因此，為了建設更加完善的專業數字化教學體系，需要學生與教師、高校與社會更多的參與和投入支持（見圖1）。

1．加強線上線下聯動，提升用戶信息素養

充分發揮線上與線下的教學優勢，幫助學生在趣味性的互動數字體驗中加深對于知識內容的理解，需要教師與學生良好的信息素養作為保障[7-8]。作為在數字化轉型時代帶領學生結合線上與線下優勢的前鋒開拓者，教師自身對于數字化教學模式的理解與能力發揮著榜樣作用，因此在進入全新教學模式和場景之前，教師需加強自身對于虛擬仿真技術的了解。通過當前多元的學習途徑，對于新興技術的原理、操作及模式有基礎了解，并且充分發揮主觀能動性，數字平臺搭建技術端和工業設計方向前端企業保持緊密聯系，對于相關知識內容的前沿性及具體虛擬空間操作使用中的細節要點精準把控，從而保障學生的線上教學體驗。另外，教師在教學過程中需靈活利用線上教學與線下教學模塊，充分發揮各環節優勢。例如在線下教學模塊著重培養學生對理論知識的掌握，從而提高線上體驗教學模塊的效率，并且在線上體驗后及時補充線下教學的專項點評總結，幫助學生重新溫習體驗教學中涉及的要點，通過“三明治”教學法（線下—線上—線下），促進學生對于教學內容的深入理解。做好教學過程中引導者的角色，做好數字化工業設計教學的把關人、引導人和監督人。

學生學習效果的提升是數字教學質量的評判關鍵[9]，技術賦能為學生的學習帶來了全新體驗，所以如何在此基礎上保障學生的學習效果也是虛擬仿真系統支持下混合式教學的主要奮斗方向。因此，對于學生信息素養的提升也成為必不可少的教學內容。教師通過提供相關資料，進行模擬操作試驗環節，加強體驗內容提前預習，實際操作提前預熱，幫助學生從理念到操作做好充足準備，提高學生的信息素養。在線下時間教師除了夯實學生的理論部分，保持良好的體驗互動反思與總結之外，也應鼓勵學生積極預習線上體驗基本流程，以此減少學生線上操作的試錯成本，并鼓勵學生充分發揮對于數字教學內容的主動學習性，保障學生更流暢地完成線上學習環節[10]。

2．發揮產教融合優勢，完善課程資源建設

基于產教融合的建設要求，活用企業力量與高校優勢，重構傳統教學資源體系[11]，形

成“數字技術端—高校端—企業實踐端”的新型知識架構，拓展學生的知識內容維度。通過整合數字技術端的數字技術優勢，聯合企業專業新興技術的補充，加強高校人才孵化能力，為我國儲備符合數字化轉型需求與掌握市場最新動向的復合型工業設計人才。

首先，加強企業技術端賦能。虛擬仿真平臺建設目前主要以任課教師負責內容信息整理、教學環節設計、實施順序安排等準備環節，之后與科技開發公司溝通框架與細節后進行軟件施工執行。因此，在搭建課程虛擬仿真平臺的過程中，技術開發端為教師提供豐富的信息化相關技術內容及建議，幫助教師在數字化教學過程中更加游刃有余，在數字教學資源準備過程中規避盲點，發揮出數字化教學的技術力量，并且在此過程中教師專業知識也將反饋優化技術開發端，良性推動專業教育虛擬仿真教學建設的發展。

其次，促進企業實踐端賦能。產教融合作為高校將產業與教學密切結合、相互支持、相互促進的新型辦學模式，其中專業相關企業所提供的市場前沿時訊在工業設計專業教育中發揮著重要作用。在具體落實過程中，例如“雙師制”、企業實訓等方式將技術導師引入專業教育課程安排，為學生補充工業設計市場的相關實戰知識。因此數字時代的產教融合可以充分運用市場當前最新技術搭建學科與產業之間的溝通橋梁，擴充數字教學資源的知識面覆蓋，使學生能夠在實踐教學過程中實時掌握學科和產業發展動態，保障學科與企業之間的密切互動。

最后，強化高校人才端賦能。融合新興技術發展與專業相關企業對于市場發展最新趨勢的雙重助力，高校教師與技術管理人員則吸納各方優勢，將技術與內容、理論與實戰進行整合，從而更好地提高教學質量，擺脫教學瓶頸。數字化教學以三維實景技術為核心，使教學在虛擬場景中完成，同時以逼真的臨場感、豐富的交互性，提高學生自主學習和操作的興趣和效率。同時，數字化教學資源在吸納工業設計市場時訊后，通過更加詳細、更加全面、更加逼真的技術轉換，由教師在教學過程中進行展現與引導，從而為學生更好地呈現出來[12]。這也為高校在培養適用于當前數字型經濟發展的優質工業設計人才提供了堅實保障。

3．以學生為中心，構建全面持續評價體系

與以往以結果導向作為評價標準的方式不同，由于虛擬仿真技術可以幫助學生在更為廣泛的技術空間中沉浸式體驗學習，對于其學習過程的評價將被更加重視。并且隨著技術加持，以學生為中心的教學理念使得對學生的評判標準向多元化發展，因而在線上虛擬空間搭建中對于評估板塊的全面性架構尤為重要。數字化專業課程評價體系需要囊括評價對象多元化、評價指標多元化、評價方式多元化[13]。從另一個角度講，評價不應僅僅作為衡量學生所學的方法，還應通過提供多種方式來展示學生的學習情況，從而培養和加強學生能力。為了更加全面掌握學生和教師需要改進的地方，需要通過加強共同評價、自我評價、同學評價和教師評價等持續評價體系的建設，才能更加有效檢驗混合式教學的效果。共同評價不僅是教師和學生共同使用的評價方式，幫助學習者了解其目前的學習進展，確定自身學習的弱項，而且還為學生提供相互學習的機會。自我評價是學生自我學習效果的評價體系，能幫助學生掌握自身學習的進展和弱項，客觀地了解自己的學習情況。通過合作小組中各成員之間的同學評價能夠更加客觀地評價學生的進步，有助于發現學生的不足和缺點，使得學生獲得改進的建議，同時通過同學評價，能夠增強學生的團隊意識和領導能力培養。通過借助在線的學習評價系統和人工智能，作為全程參與教學的教師開展的教師評價，不僅可以幫助檢查整個教學過程，而且可以激勵教師的教學，提升教師的數字化素養。

4．進一步加強主要利益相關方在混合式教學中的作用

專業數字化教育的蓬勃發展不僅為學生獲取更加深入多元的專業知識提供幫助，同時也為高校、企業及國家培育優質人才提供了堅實的技術保障。因此，該教學模式的利益相關者應為保障其順利建設提供幫助與支持。

在政府層面，政府和教育主管機構擁有管理權，應主要負責制定混合式教學的相關政策，明確利益相關方的角色、資源保障和實施策略等問題；鼓勵企業、學術機構以及相關部門對于數字化教育提供支持，集聚行業力量，為高校培育數字時代的工業設計人才提供內容和資源；與此同時，作為教育主管部門，應該持續做好檢測和評價工作，制定關鍵的評價指標，保證教育教學質量和跟蹤學習結果。在學術機構方面，研究表明，政府和學術機構之間的嵌入式合作關系可以持續帶來積極的變化[14]。在企業層面，需要專業相關企業提供技術支持和人才支持，保障數字教學資源建設，與高校深度融合，共同助力人才培養。在高校層面，需要建立健全相關機制，鼓勵學生與教師擁抱新技術、新機遇、新改變。各級學院定期組織教研活動，積極倡導建設教研資源及數字化教育師資培訓等相關活動，支持教師研發符合數字化轉型的相關3D/VR特色數字資源，編寫相關線上教學教輔書籍與開發教研工具，提升教師應對新變化的教研能力，為學生起到示范帶頭作用。

四、結語

隨著國家對于智慧教育的深入推進以及我國當前數字化社會轉型步伐的持續邁進，教育數字化轉型為傳統教育模式帶來了更多的突破與發展。工業設計應大力支持國家發展舉措，擁抱新興技術賦能。通過拓展混合式教學的邊界，充分發揮線上與線下教學優勢，加強校企深入溝通與互相促進，深入探索教育信息化的發展空間，充分調動各方的支持力量，協力參與數字化建設，共同推進高性能數字化教育系統的建設，為國家培育基于信息社會背景下適應當前市場發展的高質量應用型工業設計人才，共創國家工業未來發展的輝煌篇章。

參考文獻：

[1] 谷艷華，苗廣文，楊得軍. 混合教學模式下虛擬仿真教學的探索與實踐[J]. 實驗技術與管理，2019，36（7）：188-191.

[2] 梁中鋒，李小娟，張媛，等. 融合新媒體的混合式教學設計與應用研究[J]. 新疆師范大學學報（自然科學版），2022，41（2）：25-32.

[3] 王偉榮. 實踐類課程雙核驅動教學模式探索——

以廣告學專業為例[J]. 杭州電子科技大學學報（社會科學版），2021，17（1）：74-78.

[4] 韓筠.“互聯網+”時代教與學的新發展[J]. 中國大學教學，2019（12）：4-7.

[5] 顏曉，熊江波，吳建富，等. 基于VR技術的翻轉課堂模式在教育實踐類課程中的應用[J].大學教育，2020（11）：85-87.

[6] 趙洱崠，劉雯君. 中國大學教學改革的新探索——慕課與體驗式教學的融合[C]//Singapore Management and Sports Science Institute、Information Engineering Research Institute. Proceedings of 2015 International Conference on Education Research and Reform（ERR 2015 V9）. Singapore Management and Sports Science Institute， Information Engineering Research Institute， 2015： 60-65.

[7] 金石，王璐露，宛敏. 線上線下混合式教學的反思與策略優化[J]. 中國大學教學，2022（11）：72-77.

[8] 俞福麗. 混合式教學模式下高校教師信息化素養提升路徑研究[J]. 中國大學教學，2021（3）：86-90.

[9] MARGARYAN A， BIANCO M， LITTLEJOHN A. Instructional quality of Massive Open Online Courses （MOOCs）[J]. Computers & Education， 2015， 80（1）：77-83.

[10] LONG S et al. Online Learning Satisfaction During COVID-19 Pandemic Among Chinese University Students： The Serial Mediation Model[J]. Frontiers in Psychology， 2021（12）： 743936-743936.

[11] 柳友榮，項桂娥，王劍程. 應用型本科院校產教融合模式及其影響因素研究[J]. 中國高教研究，2015（5）：64-68.

[12] 楊一帆，程鯤，尹顯明. 基于設計思維的工業設計教育改革研究[J]. 工業設計，2022（2）：34-36.

[13] 李海東，吳昊. 基于全過程的混合式教學質量評價體系研究——以國家級線上線下混合式一流課程為例[J]. 中國大學教學，2021（5）：65-71，91.

[14] BANO M. Partnerships and the good-governance agenda： Improving service delivery through state-NGO collaborations[J]. International Journal of Voluntary and Nonprofit Organizations， 2019， 30（6）： 1270-1283.

[責任編輯：余大品]