高職土建類專業虛擬仿真實訓基地建設的研究與實踐

楊 勃 劉明學 夏雪剛

陜西鐵路工程職業技術學院，陜西 渭南 714000

隨著我國土木建筑行業的迅速發展，尤其新基建的發展，企業急需大量的高素質、高技能人才，這對學校的職業教育和企業的員工培訓提出更高的要求［2］。傳統的實訓條件不能完全滿足企業對人才崗位的要求。從新基建的發展需求出發，急需涵蓋土建行業多專業、多工種的綜合性實訓平臺，基于科學的職業教育理念和先進的虛擬仿真技術建設的虛擬仿真實訓基地，可實現理論教學與實踐教學有機高效結合，可為提升學生和企業員工的實際作業能力提供極佳的訓練平臺［3］。此外，受一些不確定性因素的影響，倒逼教學實踐教學方式和方法的創新改革。學校在高速鐵路智慧建造虛擬仿真軟硬件資源、仿真資源突破教學實訓難點以及資源共建共享等方面加大了建設力度，取得了一些成績。

一、建設的目標

打造“教、學、做、評、創”五位一體虛擬仿真實訓基地；構建“分層次、模塊化、遞進式”實踐教學體系和標準；開發“職教特色、行業標準”的智能化虛擬仿真教學資源建設方案；培育一支結構多元、團結協作的高水平虛擬仿真實訓教學和資源開發團隊；打造育訓結合的智慧化實訓課堂；創新共建共享虛擬仿真實訓基地建設機制，將虛擬仿真實訓基地打造成集教學、實訓、培訓、科研、競賽、科普等功能于一體的綜合性實訓基地、虛擬仿真實訓技術成果展示與應用推廣平臺。

二、要解決的教學問題和解決的方法

（一）解決土建類專業教學中的“三高三難”問題

線路、橋梁、隧道等土建類專業傳統實訓基地建設高投入、高難度、高風險、難實施、難觀摩、難再現的“三高三難”問題，難以完全實現實訓項目與企業生產項目無縫對接。以AR、VR、MR 等虛擬科技為引領，依托交互桌面、動作捕捉等多種虛擬現實設備等創新實踐教學模式，打造高度真實沉浸的顯示環境，實現多維仿真和真實場景模擬，實現在虛擬施工場景中的人機交互教學和漫游體驗，以真實的工程項目為載體，以線路、橋梁、隧道等工程結構智慧建造施工工藝為主線，虛實結合、數據對接，化解實踐教學難點。

（二）解決土建類專業虛擬仿真實訓建設應用資源不足、標準體系不健全問題

當前虛擬仿真實訓基地建設偏重于硬件環境，缺乏與硬件相互匹配的軟件資源，新基建對從業者綜合素質和技能有新的要求，當前土建類專業的虛擬仿真實訓資源項目與企業要求的生產項目不對應，并且數量不多，質量不高，特色不明。聚焦行業“四新”技術，融合課程思政，按照技能要點或操作步驟確定模塊或單元，實施三項對接，即與崗位技能對接、與人才培養方案和職業培訓方案對接、與實習實訓對接，進行資源開發，制定《高職土建類專業虛擬仿真實訓教學資源開發與應用標準》。

虛擬仿真實訓基地建設和應用缺乏科學、統一、實用的建設標準，存在軟硬件不匹配，虛擬的實訓項目與生產項目不匹配，虛擬的實訓環境與生產環境不匹配問題，育訓結合難，理實一體難。對接崗位人才培養培訓需求，圍繞線路、橋梁、隧道土建類實踐教學重點和難點，整體規劃，分步實施，堅持邊建設、邊應用、邊完善、邊推廣，制定《高職土建類專業虛擬仿真實訓基地建設標準》。

（三）解決土建類專業虛擬仿真實訓基地共建共享機制不健全問題

目前因共建共享機制不健全，導致校企實質性共建難，深度共享難的問題依然不同程度存在。強化三項機制保障，實現校企互融、六聯六共，即校企聯姻，事業共榮；基地聯建，資源共享；人員聯誼，隊伍共建；課程聯開，人才共育；技術聯創，成果共用；活動聯辦，文化共振。以機制創新為動力，以真實項目為牽引，以共建共享為紐帶，聯合中鐵一局集團有限公司等行業一流企業、雙高建設院校和骨干虛擬仿真企業，構建校企命運共同體保障機制；建立校企協同聯動機制；形成多元反饋評價機制，破解共建難，共享不足的問題。

三、建設的內容

（一）高職土建類專業智慧建造虛擬仿真實訓基地建設的研究與實踐

1.研創一流的虛擬仿真實訓基地建設方案

聚焦虛擬現實和人工智能技術，優化建設方案架構設計，將信息技術和實訓設施深度融合，與技術先進企業合作研創虛擬仿真實訓基地建設方案，構建具有感知性、沉浸性、交互性、構想性、智能性的虛擬仿真實訓教學場所，即1 中心和4 場所，新建虛擬仿真實訓基地管控中心，新建基于3R 技術的高速鐵路智慧建造技能訓練和技術創新工坊，新建實景體驗類施工安全應急演練館，升級全真實體類實訓基地虛擬仿真功能，升級PC端類的工程仿真實訓室；配置應達到行業企業前沿技術和新業態所要求的先進水平的虛擬仿真實訓設備，并且實訓設備與實訓教學模式及虛擬仿真實訓資源的展現形式相匹配。

2.開發9 大虛擬仿真實訓系統方案

厘清“三高三難”項目，與核心技術企業共同搭建以實帶虛、以虛助實、虛實結合的虛擬仿真實訓9 大系統詳實方案，即升級和開發高鐵線路、高鐵橋梁、高鐵隧道、高鐵站場、智慧檢測、工程施工安全應急演練、無人機低空攝影測量、高鐵智慧建造工地空中對接、高鐵智慧建造仿真訓練雙語系統等9 個系統，使學習者實現施工全過程訓練。

3.創建3 類虛擬仿真實訓資源開發方案

聚焦行業“四新”技術，即新技術、新工藝、新材料、新設備，融合課程思政，按照技能要點或操作步驟確定模塊或單元，與行業知名的企業研創虛擬仿真實訓資源開發方案。資源開發與崗位技能對接、與人才培養方案和職業培訓方案對接、與實習實訓對接等3 項對接，創建3 類虛擬仿真資源開發方案，即以實帶虛的純虛擬資源開發方案、以虛助實的模塊化資源開發方案、虛實結合的數字孿生資源開發方案。

（二）高職土建類專業智慧建造虛擬仿真實訓基地的應用研究與實踐

1.構建虛擬仿真實踐教學體系和標準

課程共振、能力遞進，構建虛擬仿真實踐教學體系。基于崗位分析和典型工作場分析，完善“七維度”專業群實踐教學體系，優化完善“校企協同育人有機制、專業技能訓練有基地、技能等級證書有對接、實踐教學模式有創新、實踐教學資源有保障、教學團隊建設有措施、工匠精神培育有載體”的綜合實踐教學體系。緊盯“裝配化施工、智能化檢測、動態化監測、數據化分析、智慧化管理”等智慧建造關鍵技術，創建“分層次、模塊化、遞進式”實踐教學課程體系。根據職業崗位要求，將專業能力劃分為基礎能力、核心能力和拓展能力三個層次，每個層次對應開發模塊化的理實一體課程和實訓課程，各專業根據專業人才培養目標，在各層次選擇模塊化課程進行實踐訓練，實現專業能力的遞進式上升。校企聯合開發《高職土建類專業虛擬仿真實訓基地建設標準》《高職土建類專業虛擬仿真實訓教學資源開發與應用標準》等系列標準，跟蹤行業企業新技術、新工藝、新材料、新設備，不斷優化改進，形成動態調整的專業群實踐教學標準體系。

2.打造育訓結合的智慧化實訓課堂

基于跨專業實訓教學和職業培訓的不同特點，創新實訓教學模式和方法，科學安排虛擬仿真實訓教學體系所需課程時長、教學要求和考核標準等。依托虛擬仿真實訓教學管理和共享平臺，利用人工智能和虛擬仿真技術，創建職場化、自主性、交互式、沉浸式、個性化的智慧實訓環境。深化實踐教學的混合式教學改革和課程思政改革，形成師生、生生之間探究式、討論式、參與式學習生態。按照“三教改革”要求，對傳統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。

3.建立虛擬仿真實踐教學團隊培育標準

依托教師發展中心、虛擬仿真實訓基地等平臺，制定虛擬仿真實踐教學團隊培育標準，實施教師能力提升等計劃，構建實訓指導教師發展與培訓機制，全面提升團隊成員三項核心能力，即信息化教學能力、虛擬仿真資源開發能力、虛擬仿真技術應用能力。項目團隊以院校及科研院所專家為引領，以跨專業的“雙師型”專業教師、校企合作企業的技術能手、虛擬仿真實訓資源開發企業的技術人員為骨干，建成一支結構多元、團結協作的高水平虛擬仿真實訓教學和資源開發團隊。

（三）高職土建類專業智慧建造虛擬仿真實訓基地的共建共享機制的研究與實踐

創新虛擬仿真實訓基地建設機制，以學校牽頭組建的陜西鐵路建筑職教集團為紐帶，堅持開發共享、校企合作、產教融合、工學結合，將實訓基地建設與技術研發、現代學徒制人才培養等工作相結合，構建校企命運共同體保障機制；建立校企協同聯動機制；形成多元反饋評價機制。

（四）高職土建類專業智慧建造虛擬仿真實訓基地的建設應用評價體系研究與實踐

按照“成果突出、特色鮮明、示范引領、量化考核”的原則，政府、行業、企業、學校四方聯動共同制定《高職土建類專業虛擬仿真實訓基地建設標準》和《高職土建類專業虛擬仿真實訓基地應用管理辦法》等管理制度，參照教育部科技發展中心等政府部門的建設指南要求，參照知名的生產企業先進工藝，與掌握核心技術的虛擬仿真企業共同開發高職土建類專業虛擬仿真實訓基地建設標準體系。

四、取得的成效

（一）校企雙方深度融合，打造“教、學、做、評、創”五位一體虛擬仿真實訓基地，形成虛擬仿真實訓基地建設品牌

構建具有感知性、沉浸性、交互性、構想性、智能性的虛擬仿真實訓教學場所，聚焦“三高三難”項目，使學習者實現施工全過程訓練，創建3 類虛擬仿真實訓資源，有效解決實訓教學過程中的“三高三難”痛點和難點，校企雙方深度融合，形成虛擬仿真實訓基地建設品牌。

（二）創建“分層次、模塊化、遞進式”實踐教學課程體系，教學改革成果豐碩，形成育訓結合人才培養品牌

基于崗位分析和典型工作場分析，將專業能力劃分為基礎能力、核心能力和拓展能力三個層次，每個層次對應開發模塊化的理實一體課程和實訓課程，各專業根據專業人才培養目標，在各層次選擇模塊化課程進行實踐訓練，實現專業能力的遞進式上升。堅持育訓結合，實現虛擬仿真實訓教學資源與理論教學有機銜接，形成育訓結合人才培養品牌。

通過創新育訓結合人才培養模式、優化實踐教學體系、實施模塊化教學改革，構建基于虛擬仿真實訓基地泛在學習新生態，形成對接職業標準的實訓課程標準、實訓基地建設標準等，建成高水平虛實結合、產教融合實訓基地和優質教學資源，支撐現代學徒制培養、“1+X”制度試點、分層分類培養、學分制改革。

五、結論

通過虛擬仿真實訓基地建設，實訓條件更加完善，實訓教學資源更加豐富，教師專業實踐水平明顯提升，培養出一批施工急需、技藝高超、符合時代特征的復合型技術技能人才。實訓基地建設、實踐教學團隊建設、實踐教學改革等方面的先進經驗示范全國，引領新時代高鐵專業群三教改革，服務高鐵“走出去”企業的本土化人才培訓。在總結教學實踐經驗和改革成果的基礎上，在兄弟院校中全面推廣實施。同時，為全國其他土木工程類專業提供學習樣板，為其他同類院校提供學習借鑒范式。