職業院校數字農業技術虛擬仿真實訓基地在教學中的實踐與思考

摘" 要：虛擬仿真實訓基地的建設是當代高職院校教學領域的一大突破。隨著科技的發展，傳統的教學模式已經逐漸不能滿足教學需求，而虛擬仿真實訓基地的出現，能提供更加真實的實訓環境，為教學提供全新的可能性。該文主要針對數字農業虛擬仿真實訓基地建設現狀，從技能提升、實訓教學、三教改革方面探討其建設的必要性，重點闡述教學應用成效和下一步工作目標，以期為職業院校虛擬仿真實訓基地的建設提供有效建議。

關鍵詞：職業院校；數字農業；虛擬仿真；實訓基地；教學實踐

中圖分類號：G712 " " 文獻標志碼：A 文章編號：2096-9902（2023）21-0154-04

Abstract： The construction of virtual simulation training base is a great breakthrough in the teaching field of contemporary vocational colleges. With the development of science and technology， the traditional teaching mode has been gradually unable to meet the teaching needs， and the emergence of virtual simulation training base can provide a more real training environment and provide a new possibility for teaching. Aiming at the present situation of the construction of digital agriculture virtual simulation training base， this paper discusses the necessity of its construction from the aspects of skill improvement， training teaching and three education reform， and focuses on the effectiveness of teaching application and the goal of the next step， in order to provide effective suggestions for the construction of virtual simulation training base in vocational colleges.

Keywords： vocational college; digital agriculture; virtual simulation; training base; teaching practice

《教育部辦公廳關于加快推進現代職業教育體系建設改革重點任務的通知》中明確提出，要瞄準專業實訓教學中“高投入高難度高風險、難實施難觀摩難再現”等現實問題，結合自身實際，建設職業教育虛擬仿真實訓基地。虛擬仿真實訓基地建設已成為提高職業教育整體水平和學生實踐能力的有效途徑，其有助于提升教學質量、降低教學成本、擴大教學范圍、提高學生的學習積極性和滿足企業的人才需求。同時，它也是推進信息技術和職業教育深度融合的重要途徑。虛擬仿真實訓基地的建設能夠模擬真實的工作場景，讓學生親身體驗在學習中可能遇到的問題，并提高學習興趣和效果[1]。同時，虛擬仿真實訓基地還可以提供更加科學、客觀的評價方式，幫助教師更好地了解學生的學習情況，優化教學策略，提高教學質量。此外，虛擬仿真實訓基地建設還能有效提高教學資源的利用效率，減少實訓設施的投入成本，同時也能降低實訓過程中可能出現的安全風險，提高實訓教學的安全性[2]。例如在農機操作教學中存在一定的安全隱患，而虛擬仿真實訓基地可以為學生提供一個安全的學習環境，降低了實際操作中的風險，還可以提供現實中難以模擬極端天氣或災害等場景，這對于了解農業在各種情況下的反應和應對策略具有重要意義。因此，虛擬仿真實訓基地的建設有助于提高教育的質量和效率，推動高職教育發展。

1" 數字農業技術虛擬仿真實訓基地建設現狀

2021年教育部發布的《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》（教職成司函 〔2021〕35號）公布了215個職業教育示范性虛擬仿真實訓基地，強調各地要致力于優化職業教育的發展環境，探索產教融合、校企合作的創新模式，加強政策支持，保障經費投入，并積極動員各方力量支持相關項目的建設。經過自愿申報、省級教育行政部門推薦、線上線下專家遴選和公示等環節，2021年8月新疆石河子職業技術學院數字農業技術虛擬仿真實訓基地入選職業教育示范性虛擬仿真實訓基地培育項目?；鼗讵毺氐膶I優勢，分析了兵團現代農業行業對高素質技能型人才的需求，建立了相應農業產業的虛擬仿真實訓環境，使得學生能夠充分利用虛擬仿真技術的沉浸性和交互性等特點，積極融合農業實際的工作場景和工作任務[2]。通過積極建設數字農業虛擬仿真實訓基地環境、資源、項目團隊及管理平臺，將智慧農業示范區建設、現代農業節水技術虛擬仿真實訓區建設、現代農業裝備虛擬仿真實訓區建設、虛擬仿真實訓教學共享管理平臺建設作為主要任務。

數字農業虛擬仿真實訓基地在原有實訓室基礎上，整合實訓教學資源，將現代農業機械虛擬仿真實訓區、智慧農業示范區、現代農業節水技術虛擬仿真實訓區三大板塊組合，包含了智慧節水灌溉物聯網平臺、灌溉虛擬仿真VR軟件系統、節水灌溉技術虛實結合實訓設備、農業裝備生產實踐虛擬仿真VR實訓系統和農業裝備結構認知虛擬仿真VR實訓系統。通過虛擬仿真、虛實結合、虛實互補，滿足區域內院?，F代農業技術、機電排灌工程技術、現代農業裝備應用技術等多個專業的實驗實訓、人才培養和創新服務，能開展農業灌區規劃設計、灌溉系統施工安裝、節水灌溉技術一體化實訓、農業裝備生產實踐模擬操作實訓等多項實訓項目。每個虛擬仿真實訓板塊下設若干按一定邏輯組合的虛擬仿真實訓室，組合邏輯遵循產業鏈邏輯、人才培養邏輯、工序工藝邏輯、生產流程邏輯，覆蓋現代農業行業企業前沿技術和新業態。

2" 數字農業技術虛擬仿真實訓基地建設的必要性

2.1" 實訓教學的需要

依托數字農業技術虛擬仿真實訓基地開展相關實訓教學，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，也是強化教學與實訓相融合的教育教學手段[3]。數字農業技術虛擬仿真實訓基地在高職涉農相關專業實訓課程節水灌溉實訓，節水系統設計、安裝、運行、維護實訓，采棉機維護中發揮巨大的作用。如傳統教學農機具拆裝實訓課中，簡單的多媒體教學和教師講授很難讓學生直觀了解農機具的結構，而虛擬仿真技術將拖拉機運行與維修、收獲機運行與維修、發動機拆裝結構、收割機運行與維修直觀的呈現在學生面前，從二維的PPT投影逐步演進到3D視覺呈現和操作，使學生對真實環境中難以開展的實訓項目更深入地學習和練習，讓學生體驗身臨其境的實訓過程，提高學生學習的積極性和主動性[4]。此外，能夠為學生提供相對安全的學習環境，使學生可以在沒有實際風險的情況下進行反復練習和模擬操作，從而更好地掌握相關技能。通過對學生實訓過程監控、實訓數據查詢分析和實訓學術資源管理等功能為一體，打破傳統實訓應用封閉、無法共享的枷鎖，實現隨時隨地仿真學習，降低設備損耗、緩解實踐教學資源不足的同時，提升實訓軟件共享水平及教學效果。有效彌補實訓課程中看不到、進不去、成本高和危險性大等特殊困難，解決實訓教學過程中高投入、高損耗、高風險及難實施、難觀摩、難再現的“三高三難”問題[2]。在去相關企業實訓之前，學生通過虛擬仿真實訓資源掌握了實訓項目的具體操作要點，增強了動手能力和實踐能力，能夠滿足實習實訓，實現了豐富“實踐教學”，提升了“興趣教學”、達成“共享教育”的目的，更好地踐行職業技能培養的根本任務。

2.2" 技能提升的需要

虛擬仿真實訓基地在職業教育技能提升方面具有重大意義，能夠提供一種高效、便捷、安全、低成本的培訓方式，提高培訓的針對性和實效性。虛擬仿真實訓基地為學員提供了高效且便捷的培訓方式，學員來自各種背景和不同職業領域，時間和精力都十分有限。為更好的適應“互聯網+職業教育”發展需求，數字農業虛擬仿真實訓基地的應用可以滿足在校學生、企業人員等不同群體的社會培訓，學員可以根據自己的情況進行學習，無需受傳統課堂的時間和地點限制。作為實訓基地中的板塊之一的智慧農業示范區，在結構上包含智慧水利（節水灌溉可視化中心）系統和節水灌溉技術虛實結合實訓室兩大體系。智慧水利（節水灌溉可視化）系統以井水灌區水系為特征可視化布置水源、首部樞紐、管網系統、各類過濾器和水肥一體化系統，能夠動態演示水循環過程、灌溉水源和取水方式、首部樞紐設備控制、不同的農田灌水等方式。節水灌溉技術虛實結合實訓室在設計上積極響應國家數據互聯共享的政策，數據對上級系統、下級平臺開放，可實現園區農事管理總控、生產環境總控、物聯設備總控、智能大棚總控、物資總控和農產品質量追溯，系統可提供農業大數據知識庫。數字農業虛擬仿真實訓基地針對不同的職業領域和實際需求，設計出更加貼近實際工作的實訓課程。在培訓中，先通過虛擬仿真實訓平臺學習各項實訓項目的操作要點，待掌握之后即可實操，使培訓學員能夠更快地掌握所需的技能。

2.3" 三教改革的需要

虛擬仿真實訓基地為職業教育的三教改革提供了新的思路和方法。通過虛擬仿真技術，提供真實、生動的實訓環境，幫助學生更好地理解和掌握所需技能。同時，教師還能借助多樣化的教學方法和手段，嘗試新的教學策略，如問題導向學習，培養學生的創新和問題解決能力。同時，虛擬仿真技術還能為教師提供準確的學生學習數據，幫助其更好地了解學生的學習情況，為教學反思和改進提供支持。數字農業虛擬仿真實訓平臺有針對性地開發農業節水灌溉施工仿真實訓資源、智慧農業虛擬仿真體驗資源、農業裝備生產仿真實訓資源，所建資源可隨現代農業產業轉型升級持續更新升級，切實遵循“以實帶虛、以虛助實、虛實結合”原則，充分發揮不同類型及交互方式虛擬仿真實訓資源的優勢。在傳統實訓教學過程中，部分實訓課程受制于實訓設備采購昂貴、實訓指導教師有限等因素，教學方法單一，理論知識的學習和學生的實踐操作結合不夠緊密，不能滿足新形勢下的教學改革的需要[5]，而虛擬仿真實訓資源按照現代農業技術專業“三教改革”要求，對傳統的實訓教學模式進行創新再造，實現實訓教學的生動性、趣味性、互動性和自主性[6]。能提供虛實結合的專業學習場所，運用現有教學資源庫更新虛擬仿真實訓課程資源，對農作物生產技術、微灌工程設備運行與管理、農機具應用技術等課程進行理、虛、實一體化教學改革，推進課程資源建設。

3" 數字農業技術虛擬仿真實訓基地教學應用成效

3.1" 實現多維度、系統化實訓教學

虛擬仿真實訓不僅能鍛煉學生的獨立構思和設計能力，還可以激發學生學習興趣和求知欲，培養學生的創新意識和探究能力，為全校師生提供更佳的實驗學習環境和體驗。在傳統實訓教學中，理論教學與實訓教學是分開的，通過借助虛擬仿真實訓平臺資源，將理論與實踐知識相融合，發揮實訓教學的最大作用。虛擬仿真實訓資源逼真的模擬現實實訓場景，有著傳統教學無可比擬的優勢。在教學中將教師授課、學生操作、教學器材、教學內容等融為一體，形成了智能化、多元化的課堂，其功能與優勢有效地解決了傳統教學中的痛點和難點問題[2]，促進教育內容、教學手段和方法現代化，引領教師開展創新化的實踐教學。

3.2" 教學效果顯著提升

數字農業虛擬仿真實訓基地通過虛擬仿真VR技術讓實訓更真實，增強了學生的動手能力和實踐能力，能夠滿足機電排灌工程技術專業、現代農業技術專業和農業裝備應用技術專業的實訓和相關企業員工的培訓。如作為實訓基地板塊之一的現代農業裝備仿真實訓區，包括農業裝備理虛實仿真維保區和農業裝備理虛實仿真作業區。其中，維保區可以完成的項目有拖拉機使用與維修、收獲機械三維結構認知、四缸發動機三維拆裝結構認知、六缸發動機三維拆裝結構認知、農用發電機三維拆裝結構認知和拖拉機三維拆裝實訓6大項目，包含41個子項目；作業區由拖拉機原理運行虛擬仿真實訓模塊、收割機原理運行虛擬仿真實訓模塊、農業裝備生產實踐模擬操作實訓模塊3個實訓模塊構成，可完成5項生產實踐模擬操作。實現了豐富“實踐教學”提升“興趣教學”、達成了“共享教育”的目的，更好地踐行職業技能培養的根本任務，既打造富有科技感的多個學科虛擬仿真實驗，豐富了教學模式，也大大推進了教學資源共享化和教育信息數字化[3]。

3.3" 有效解決實訓“三高三難”問題

目前，數字農業技術虛擬仿真實訓基地服務的專業包括現代農業技術專業、機電排灌工程技術專業和現代農業裝備應用技術專業，涉及多門專業核心課的實訓環節。實訓內容包含了豐富的知識點以及職業技能，每門實訓課程均對應不同的專業理論課程，如農作物生產技術，采棉機應用技術，微灌工程技術與應用實例對應春播實習，秋收實習，節水系統設計、安裝、運行、維護實訓，等等，現已建成對應的網絡課程資源，采用線上線下混合式教學使學生能夠熟練掌握教學內容，更加深入、直觀地學習理論內容。針對課程體系中的教學難點問題，如農作物季節氣候制約、生產難以重復、農業裝備故障不可復制等特點，結合實際生產場景和流程，融合區域特色產業與需要，建設農業裝備生產實踐模擬操作實訓、節水灌溉系統安裝與施工、田間工程規劃設計、農機具拆裝、虛擬駕駛和診斷排故等虛擬仿真資源，形成專業覆蓋、課程體系覆蓋、兵團特色覆蓋和產業服務覆蓋。

3.4" 形成“產學研”一體的建設模式

數字農業虛擬仿真實訓基地在規劃建設之初，與社會各界進行廣泛的合作研究，在互利共贏的原則之下共謀基地建設發展，完善中心論證機制和運行規范，探索校企共建的新模式和新途徑，提高中心建設和管理的科學化水平，實現了中心與企業共同建設的良好模式。我院現代農業裝備虛擬仿真實訓區與新疆銀豐農業裝備有限公司、石河子鑫昌盛農機有限公司等多家本地企業積極開展合作研究，以現代農業裝備為原型，建立農機虛擬資源，并對主要農業機械進行虛擬仿真教學，充分利用農機企業在虛擬仿真資源方面的人才優勢和資源優勢開發虛擬仿真教學資源，構建完善的虛擬仿真實訓教學體系。

4" 數字農業技術虛擬仿真實訓基地建設下階段工作目標

4.1" 建成示范性虛擬仿真實訓基地

圍繞服務現代農業裝備應用、農業灌溉節水、智慧農業等領域，建成包含農業機械虛擬仿真實訓區、現代農業節水技術虛擬仿真實訓區、智慧農業示范區三大板塊的數字農業技術虛擬仿真實訓基地，可服務于當地高職院?，F代農業技術專業、現代農業裝備應用技術、機電排灌工程技術等專業；與本地企業深度合作，通過3年左右建設期爭取開展服務于現代農業的技術培訓，建設高職院校產教融合的創研工坊、“1+X”技能鑒定與認證中心；建成綜合性最強、線上可模擬實訓、能為新疆、兵團及其他地方各農業單位提供農機服務、節水灌溉、智慧農業建設方案、技術咨詢、技術支持等多項服務的具有示范性作用的“產、學、研、培”一體的數字農業技術虛擬仿真實訓基地。

4.2" 人才培養質量進一步提升

通過虛擬仿真實訓基地的建設，使得實訓設備內部結構可視化、操作流程動態化、數據收集自動化；一是解決涉農專業以往教學過程中，抽象理論難以形象化、實訓設備易損壞、材料消耗大等問題；二是解決高職院校涉農專業實訓項目受季節限制的問題；三是加強“虛擬仿真實訓+實訓資源”建設，更新實訓項目，有效調動學生的學習積極性和為學生自主學習提供便利；四是借助虛擬仿真實訓基地，校企合作搭建產教融合平臺，有效地提高教師的教學水平和學生的學習效果。依托我院職業技能鑒定所，對校內外學員開展農機駕駛員、無人機操控、灌排工程工、農業技術員和農作物植保員等培訓，通過3年左右建設期，申報開展“1+X”項目的等級培訓與鑒定。

4.3" 社會服務能力進一步凸顯

通過校企合作、產教融合虛擬仿真實訓基地的建設，將信息技術和實訓設施深度融合，全面落實以實帶虛、以虛助實、虛實結合；實現合作企業從教學資源開發、實訓基地建設、資源利用上的共建共享，實現高職院校培養人才與企業無縫對接，滿足企業、當地團場人才質量需要，降成本，實現共贏局面[7]。滿足現代農業相關專業的“農業裝備生產實踐”“農業裝備結構認知” “農業裝備原理仿真”“農業裝備應用與維修”“節水灌溉系統規劃設計、施工”等實訓，為相關課程提供虛實結合的專業學習場所，實現實訓手段現代化。

5" 結束語

數字農業虛擬仿真實訓基地的建設，克服了現代農業相關專業傳統實訓課程在實踐環節不足的困難，切實解決了實訓中的痛點、難點問題。在此基礎上，如果可以建立完善的運行管理體制，就可以進一步提高該平臺的共享性，集人才培養、實踐教學、教學改革探索、教學成果培育于一體，為構建新型教學體系形成數字化、信息化教學能力，提供教學保障，更好地適應“互聯網+職業教育”發展需求。

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