基于數字孿生與仿真推演的工程教育深度學習模式構建研究

摘要：數字孿生與仿真推演的融合所具備的虛實映射、現實場景復刻等功能為工程教育深度學習的實現提供了具象表達的有力載體。數字孿生與仿真推演的融合構筑工程教育深度學習展開的載體基礎、多向度實現工程教育認證核心理念貫穿課堂教學始終、全方位重塑面向工程實踐應用的工程能力和思維等是數字孿生在工程教育深度學習中得以推進的主要路徑。該文在剖析基于數字孿生與仿真推演融合的工程教育深度學習包含開辟知識傳遞路徑、建構立體化高效課堂、創建驗證情境、重構師生角色及關系、支持實現持續改進的多維評價等維度的理論框架基礎上，探索并構建了基于數字孿生與仿真推演融合的三階段五環節工程教育深度學習模式，以期為工程教育深度學習的有效展開、提升工程教育專業人才的培養質量提供具有參考意義的視角和思路。

關鍵詞：數字孿生；仿真推演；工程教育；深度學習；模式構建

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A

* 本文受2024年廣東省科技創新戰略專項資金（大學生科技創新培育）重點項目“粵港澳大灣區高校學術創業效率評價及影響因素研究”（項目編號：pdjh2024a116）、2023年度清遠市產教融合社科專項課題規劃項目“政府+高校+企業”聯合培養工程碩博士的實踐研究（項目編號：ZJCYJY202310）資助。

① 楊光為本文通訊作者。

一、引言

工程教育培養造就了一大批實現技術自主創新、解決復雜工程問題的工程科技人才隊伍[1]，是推動產業迭代升級、助力經濟轉型發展以及賦能技術創新的中流砥柱。黨的二十大報告指出：“加快建設國家戰略人才力量，努力培養造就更多大師、戰略科學家、一流科技領軍人才和創新團隊、青年科技人才、卓越工程師、大國工匠、高技能人才”。作為培育工程科技人才的沃土，工程教育被擺在了更加突出的位置。

2016年，我國成為《華盛頓協議》的正式成員國，這標志著我國工程教育的培養質量、認證體系和組織架構得到了其他成員國的認可并實現了國際上的實質等效。但在工程教育專業人才培養方面，當前我國的工程教育依然沿用傳統普通本科教育的教學模式，仍然存在理論學習與實踐操作的脫節[2]、學生工程思維轉變滯后、教師教學缺少知識原理展開的客觀載體、工程倫理及價值觀的培養有待加強等不足。如何培養具備跨學科、系統思維、工程思維的能夠引領未來科技革命和產業革命的工程專業人才[3]，逐步構建職普融通、本碩銜接的工程教育認證標準體系[4]，將政治立場堅定、知識底蘊深厚、創新能力突出、業務素養精湛四種導向高度統一于工程人才培養的全過程[5]，是推動我國工程教育質量提升的關鍵所在。

學習的本質是理解，數智化時代的深度學習要求學習者從淺層記憶走向深度理解[6]。深度學習是指教師引導學生超越知識的淺層記憶與表層理解，建構知識之間的邏輯架構和意義關聯，注重知識體系背后蘊藏的學科內涵與實踐價值，并促進學生塑造正向的情感、態度及價值觀念。注重理解和強調遷移是深度學習的鮮明特點[7]。工程教育中所要求的工程能力和工程思維的培養及訓練離不開深度學習提供的方向性指引，以引導學生從對知識的淺層認識轉向關注知識背后隱藏的邏輯、情感和價值觀，進而實現知識原理在結構上的聯結和意義理解的網絡化。工程教育深度學習的實現仰賴外在學習工具的具象表達，作為傳統工程教育課堂中主要傳遞信息媒介的語言往往只能抽象地描述輪廓，而無法詳盡呈現其細節。數字孿生與仿真推演的融合所具備的虛實映射、現實場景復刻、實時信息傳輸等功能為我們解決當前工程教育存在的問題帶來了嶄新的契機?；诖?，我們提出基于數字孿生與仿真推演融合的工程教育深度學習模式，以期改善和解決當前我國工程教育發展面臨的困境。

二、數字孿生在工程教育深度學習應用中的路徑分析

（一）數字孿生的特征與要素

數字孿生是對物理實體精確而完整的數字化表達，是形成物理世界中某一生產流程的模型及其在數字世界中的數字化鏡像的過程和方法[8]，通過整合系統運行的歷史數據、傳感器采集的實時數據以及自我挖掘而衍生的數據，利用多尺度、多概率、多物理量的仿真過程實現物理實體世界與數字孿生世界在全生命周期過程的虛實映射。數字孿生系統具有虛實共生、數據驅動、友好交互、動態更新等特征[9]。

數字孿生系統在誕生之初主要包含物理空間、虛擬空間和虛擬映射三個基本要素。當前數字化信息系統的復雜性難以用單一學科/專業、單元化、分散式的知識架構和資源進行表達，全鏈條/工業級的實踐育人手段的缺乏致使其不足以應對高要求、復雜化的信息物理系統工程問題，不利于實現對產業數字化、智能化快速轉型下的系統性工程思維以及跨界整合能力的培養[10]。在傳統數字孿生三維模型已無法滿足現階段技術發展與應用需求的背景下，陶飛等將傳統數字孿生三維模型擴展為包含物理實體、虛擬實體、孿生數據、服務和連接等維度的五維概念模型[11]，如圖1所示。

物理實體及其環境組成了物理空間，虛擬實體及其操作部件組成了虛擬空間。物理空間的探測器、傳感器對物理實體的具體參數實時采集信息，并傳送到數據處理及交互系統，識別指令后傳送到虛擬空間，并對虛擬實體做出相應的操作。虛擬實體主要面向數字孿生系統的使用者，使用者需要根據自身的需要對虛擬實體下達操作指令，在虛擬空間識別后傳送給數據處理及交互系統，最后傳送到物理實體。數據處理及交互系統構成物理空間和虛擬空間相互映射的橋梁，從而形成物理世界和虛擬世界能夠信息同步、實時相互映射的數字孿生系統。

（二）數字孿生在工程教育深度學習應用中的推進路徑

1.數字孿生與仿真推演的融合構筑工程教育深度學習展開的載體基礎

仿真推演是一種依據部分真實環境信息通過計算機技術和程序建立合適的數學模型“仿真”出“全部”的客觀條件和環境，對現實世界中的事件或系統的變化過程和發展趨勢進行“推演”以得出可能結果的一種數字化方法。通過比較不同條件下仿真推演的結果差異，可以幫助人們理解現實復雜環境和系統的運行機制并預測未來可能發生的情形。不僅如此，仿真推演超越了時空的限制，能夠根據自身需要測試方案和計劃的同時規避在真實環境中實際操作的風險和成本。數字孿生為學習者提供了與物理實體等同的虛擬映像，仿真推演則為改變不同條件下的操作與應用提供了復現客觀真實場景的工具，而這些特點和功能正是當前工程教育中所缺少和需要的部分，因而兩者的融合為工程教育深度學習的展開構筑了堅實的載體基礎。

2.多向度實現工程教育認證核心理念貫穿課堂教學始終

數字孿生因能夠將實踐全程地帶入，這從根本上改變了實踐的體驗及其認知與改造世界的方式[12]。數字孿生與仿真推演的融合使教師能夠以廣闊的全局視野審視教學的縱向進展及每位學生的橫向對比。教師能夠在兼顧教學效果、把控教學進程的同時，及時切換并扮演課前準備、課中教學、課后反饋等不同階段或環節所要求的角色，圍繞學生在工程能力與思維培養、工程理論知識與實踐操作的學習、工程倫理及價值觀的塑造等方面的培養，依據學生“最近發展區”的動態變化而不斷調整課堂教學的進程、策略或評價起點，以積極、開放、主動的姿態迎接和包容學生對所學知識的思考、質疑和批判，從多個向度實現工程教育認證核心理念在課堂教學中的滲透并將其貫穿始終，推動工程教育深度學習的有效實現。

3.全方位重塑面向工程實踐應用的工程能力和思維

數字孿生與仿真推演的融合能夠為學生在“真實”場景中解決復雜工程問題提供完整的任務情景和充分的構成條件。進一步而言，學生通過數字孿生與仿真推演的融合這一載體工具展開復雜工程任務解決方案的設計，并在這一過程中實現自身復雜工程問題解決能力、跨學科能力、系統思維等工程能力和思維自然舒展的調用和培養。在這樣的課堂學習中，學生逐漸能夠以工程項目實踐者的身份自信地站在政府、企業和用戶等工程實踐中利益相關者的視角識別、分析和表達工程開展中的問題，在堅持正向工程倫理及價值觀的前提下提出解決復雜工程問題、跨學科問題等問題的方案，使隨著自身的學習與成長所重塑的全方位工程能力與思維更加貼近于工程實踐的應用。

三、基于數字孿生與仿真推演融合的工程教育深度學習理論框架

學科知識、教學環節等彼此間的深度整合應是工程教育深度學習堅持的邏輯，更加強調知行合一，即理論與實踐的辯證統一[13]?；跀底謱\生與仿真推演融合的工程教育深度學習能夠允許理論學習和實踐操作的同時發生與進行。從理論學習維度看，它強調的是對知識原理的前后拓展，建立連續意義的關聯，促進新舊知識、新舊經驗和新舊認知在更大范圍內的流動，及在此基礎上孕育而生的多維理解和建立起來的立體知識結構。從實踐操作維度看，它關注的是學習者根據自身需要改變問題的初始條件并驗證結果，在不同結果的差異中產生多維體驗、比較中生成自發反思，進而引發在不同觀念的認知沖突中達成對知識原理的批判性認識與理解。從理論學習與實踐操作的關系看，它使理論學習與實踐操作融為一體成為了可能，在理論學習中獲得能夠從課堂學習靈活遷移并過渡到真實實踐的能力，在實踐操作中加深對理論學習的認識與理解，在理論學習和實踐操作的交融互動中實現相互促進的動態循環。從教學效果看，它使傳統課堂教學中靜態、單維的知識講解進化為以動態性、立體化的方式呈現，更是對能夠兼顧知識、技能、工程倫理及價值觀培養的拓展性、包容性、開放性教學的呼喚，幫助教師在課堂教學中實現知識解讀的深刻、生活經驗的聯結、思想文化的浸潤、核心素養的培養，真正達到有力量、有發展性的教學[14]。其理論框架如圖2所示。

在數字孿生與仿真推演融合支持下的工程教育深度學習模式中，實踐操作將成為課堂學習的核心，課程體系及課程內容將會在物理實體世界和虛擬數字世界融合的數字孿生空間得到重新的審視和構造[15]。數字孿生和仿真推演的融合在重現“真實”情景的同時為學生發展認知水平提供了附著點，激發學生的學習興趣并提高學生學習主動性和積極性的同時，能夠在不超越其思維局限性的前提下提供有針對性的學習內容以最大限度地輔助其思維進階的實現，進而發展學生的“以解決復雜問題為核心、在驗證過程中提高能力、批判性地形成信念”為基本特點的高階思維[16]，及以復雜工程問題解決能力為典型代表的工程能力和思維。具體而言，基于數字孿生與仿真推演融合的工程教育深度學習理論框架由五部分組成。

（一）數字孿生與仿真推演開辟“自下而上”的工程教育知識傳遞路徑

不同于傳統工程教育課堂教學是教師根據教學進程的需要自上而下地構思和設計教學過程，在數字孿生與仿真推演融合支持下的工程教育深度學習中，教師教學的邏輯起點不再是教師想讓學生學會什么，而是學生自己通過探究能夠學會什么，課堂的中心由教師的“教”轉移到學生的“學”。與此一致的是，知識傳遞的路徑從純粹的由教師向學生的單向傳遞演變為學生在教師教學目標的統領下完成對理論學習的探究，從原有的知識結構和經驗水平的基礎上建構起自身的知識體系，并在與教師所教知識的“博弈”中逐漸趨于完善。

（二）數字孿生與仿真推演的“操作載體”建構立體化形態的工程教育高效課堂

數字孿生與仿真推演的融合因其自身具備虛實映射、現實場景復刻、實時信息傳輸等功能而能夠為教師和學生創建與所學知識相匹配的學習情景，同時也成為學生的思考足跡得以向外邁出并深入探索的操作載體。載體的建立與拓展為教師引導學生跳出知識的表層認識并獲得深層理解進而完成知識彼此聯系的解構和重組提供了有力工具，課堂教學形態逐漸從扁平化向立體化跨越，知識的廣度和密度也因信息傳遞渠道的多樣化和呈現載體的進一步擴容而得到大幅的提升，課堂單位時間內能夠囊括并在師生互動中承載和傳遞更多的信息量，課堂教學效率也會隨之得到顯著提高。

（三）數字孿生與仿真推演創建工程教育課堂學習的驗證情境

數字孿生和仿真推演的融合能夠為工程教育的課堂提供完整而連續的知識載體，學生據此可以還原出知識原理被發現之初的條件，并以可視化的方式呈現知識原理在邏輯上運行的模樣。觸手可及的虛擬映像和復刻的現實場景為學生學習創造了解決問題的真實情境，學生能夠根據學習的實際需要，改變知識原理呈現的條件，獨立自主地探索和驗證條件改變后的結果。例如，在虛擬實體端通過調整不同參數狀態下的數控機床以觀察數控刀具的切割形態、運行速度及行動軌跡等，學生在不斷嘗試的過程中不僅完成了對這一問題的探究，同時學生的預想和推測能夠得到及時而有效的驗證，并進一步鞏固對知識原理的理解和應用場景的把握、加強工程思維和方法系統而完整的訓練。

（四）數字孿生與仿真推演重構工程教育的師生角色及關系

課堂主體的轉變是數字孿生與仿真推演融合條件下實現工程教育深度學習所必須做出的改變。此時，教師的角色從傳統教學中知識的傳授者和基本教學資料的提供者轉變為學生學習的組織者、啟發者、引導者、激勵者和促進者，同時肩負著學習環境的建設者和維護者等角色[17]，學生也將由被動的知識信息接收者轉變為知識原理的探究者、關聯意義的建構者。教師是實施者，學生是執行者，深度學習由教師首先發起，最終在學生身上得到落實和體現。教師和學生在角色上的轉變會自然地喚醒學生作為“探究者”的潛能，激發學生探究好奇心和學習興趣，觸發工程思維、系統思維、批判思維的啟動，為工程教育深度學習的實現奠定課堂角色的基礎。與此同時，教師與學生的關系也會隨角色的轉變而發生變化，教師不再是特定教學場景下知識的權威解釋者，學生會在不斷的審視、質疑和驗證中發現教師關于基礎知識和工程原理未曾涉及的內涵與外延并嘗試予以建構和解釋，教師與學生會在更加趨向于平等的師生關系中建立并完成課堂學習的互動與對話。

（五）數字孿生與仿真推演支持并實現持續動態改進的多維評價

工程學習是一個動態發展的過程[18]，與傳統工程教育收斂而又趨同的線性思維培養的課堂不同的是，工程教育深度學習更加注重發散而具有個性差異的曲線思維的訓練，如果只要求學生進行定義明確、結構良好的趨同性問題的學習，那么他們解決復雜問題所需要的批判性思維和創造能力將無法獲得長足的發展[19]。數字孿生與仿真推演的融合系統能夠實時地追蹤每一位學生的學習進程，監測、分析和預測學生的學習行為與動作，以持續動態地把握學生的學習狀態，收集學生課堂學習過程中的學習進度、行為軌跡、錯誤率以及所關注的焦點等多維度的數據，并據此分析、歸納學生的共性問題及個體差異，進而構建主要面向學生的動態學習過程、突出強調根據學生的發展水平而持續動態地改進并能夠描述學生畫像的多維評價。

數字孿生與仿真推演的融合支持的虛擬映像和現實場景復刻所具備的全要素表達、全過程呈現、全周期可塑等屬性賦予了工程教育深度學習廣闊的發展空間?；跀底謱\生與仿真推演融合的工程教育深度學習模式能夠助推學生在解決來源于工程實踐的復雜工程問題的過程中逐漸掌握基本概念和工程原理，學會使用工程思維和方法審視和解決復雜工程問題，遵循正向工程倫理及價值觀設計、創造和驗證更加適切于工程實踐應用的解決方案，提升能夠應對不確定環境和因素的動態適應工程實踐的能力，從而深化和貫徹工程教育深度學習的理論內涵及價值意蘊。

四、基于數字孿生與仿真推演融合的三階段五環節工程教育深度學習模式

集中式的課堂學習按照時間順序上的開始、進行和結束可以劃分為課前、課中和課后三個階段，但根據數字孿生和仿真推演融合后的課堂學習特點以及教師與學生在不同階段所發揮的主體作用，可以將課堂學習全程分為師生課前準備、師生課堂學習、學生自主探究、師生課堂互動、師生課后評價等五個環節。據此構建了基于數字孿生與仿真推演融合的三階段五環節工程教育深度學習模式，如圖3所示。

高質量的課堂學習應是教師和學生雙方共同努力與合作追求的目標?；跀底謱\生與仿真推演融合的三階段五環節工程教育深度學習模式注重理論學習和實踐操作結合的特點，決定了教師和學生均需要全身心地投入課堂，共同實現教師教學和學生學習的預期成效。

（一）師生課前準備階段：搭建課堂環境、構建課堂情景、設計課堂活動與任務

教師以上節課師生課后評價的內容及存在問題為出發點，結合本次課堂教學目標和教學內容搭建課堂環境。具體如下：首先，通過AI智能引擎、人物屬性模擬、關聯分析等方法，獲取學生的包括學習成績、性格特征、學習風格等在內的相關信息；其次，工程技術人員運用傾斜攝影、三維激光掃描、輪廓模型構建、建筑信息模型構建等數字孿生核心技術，以及符號庫、3D模型庫等資源，構建工程專業實驗場景，接入物聯設備及數據資源，將物理環境復刻到數字孿生場景，使學生能夠在虛實結合的環境中觀察瀏覽、交互操作、信息同步；最后，將工程專業知識、物理規則建立知識圖譜，構建融合教學情景、智能體（人）和工程領域知識圖譜的仿真推演模型，通過對物理世界的多源異構數據集成、多維空間數據索引、3D可視化渲染等途徑實現多終端交互。

教師需要根據教學內容、教學目標及學生的個人準備構建課堂情境，并據此設計課堂活動與任務。學生根據數字孿生系統對自身學習行為、學習狀況及目前專業基礎知識掌握水平的檢測及歷史記錄做出相應的查漏補缺，同時檢測結果會推送給教師以及學校教學監管部門；此外，學生需要根據檢測結果結合以往的自我表現及課程內容的掌握情況調整本節課的改進重點，針對本次課程中將要使用的數字孿生和仿真推演融合平臺的學習內容和場景規劃學習步驟。在上述基礎上，教師根據系統收集到的學生學習基礎及個體差異等信息，結合具體的工程實踐、教學內容及教學目標，提出符合學生當前水平但又具有挑戰性的工程實踐問題，設計包括個人任務、小組任務和班級任務等形式的課堂活動，并預測課堂進程及可能出現的問題。在激發學生學習的興趣和熱情、調動學生探究的積極性和主動性的同時，培養學生在考慮工程環境、工程倫理等制約因素的條件下識別、分析、表達工程問題及解決方案的能力。

（二）課中學習階段：師生課堂學習、學生自主探究、師生課堂互動

1.師生課堂學習

一方面，教師根據學生的多維屬性特征設定不同的學習目標、學習訓練內容和階段考核標準，使得所有學生借助數字孿生平臺能夠身臨其境地完成工程教育學習的全過程，從而達到體驗工程原理、提升工程能力、培養工程思維、提高學習效率等目的。另一方面，根據數字孿生與仿真推演融合系統收集到的學生學習基礎的差異以及普遍出現的問題等信息，教師更有針對性地展開對基本概念、工程原理等內容的教學，并在學生現有的學習基礎上適當地加以拓展。

2.學生自主探究

與傳統課堂中從教材到題目的自主探究不同，基于數字孿生與仿真推演的工程教育深度學習模式課堂中的自主探究以數字孿生與仿真推演融合平臺作為實施操作的載體，學生完全能夠在所學基礎知識和工程原理的基礎上對自身的猜想展開驗證，是工程教育深度學習得以實現的關鍵環節。

在課堂學習后，學生對本節課的學習內容已經具備初步的認識與理解，接下來需要借助數字孿生與仿真推演的平臺對基本概念、工程原理的內容展開驗證，實現對工程原理及情境的向后還原和向前延伸的假設與檢驗。至此，學科基礎知識的掌握已由純粹的機械性識記轉向解釋性理解的層面。然后，按照教師課前設計的具有挑戰性的個人、小組或班級任務，學生帶著自身的猜想以及解決問題的方案在數字孿生和仿真推演的融合平臺展開進一步的實施，“身臨其境”地體驗工程實踐中如何在充滿未知的情景下通過自身獨立探究或團隊協作的力量解決復雜工程問題，逐漸具備需要站在政府、企業及用戶等利益相關者的角度并以工程投入長期使用后的眼光和思維驗證和審視解決方案的可行性、有效性及科學性的能力。最后，學生可將自身對基本概念、工程原理檢驗后的內涵與外延的新認識、新理解加以介紹與說明，并將個人或小組方案的具體步驟、實施過程及執行結果匯總為個人或小組成果并準備在班級內分享。

需要注意的是，自主探究意味著在充滿不確定性的未知中探尋解決問題的可行路徑，當學生遇到阻礙而進展較慢甚至無法繼續進行時，教師需要及時地采取干預行動，在問題解讀、方案設計及方案可行性驗證等方面予以提示或指引，助推學生對基本概念、工程原理、解決方案等已經姍姍來遲的理解與構思加速到來以緊跟課堂學習進程的整體步伐。

3.師生課堂互動

課堂教學進行到該環節時，學生對學習內容的探索已經幾近結束，此時需要全體師生在已有基本內容的學習和小組成果的基礎上進行充分的討論。首先，學生需要對基本學習內容的認識與理解、方案設計及成果進行演示與解說；其次，其他學生與教師在途中可隨時對演示中的同學進行發問，演示的同學或小組需要做出積極的回應；再次，無論是學生的演示還是提問，教師均需要審時度勢地在學生的基礎上進行可能的延伸，并予以必要的鼓勵和糾正；最后，針對共同討論的工程實踐問題，將不同個人或小組的解決方案進行對比，同時也可與學生預先的猜想或數字孿生和仿真推演的一般做法進行對比，在不同解決方案的彼此交鋒中使學生對基本概念、工程原理、方案設計、工程倫理及價值觀等的認識與理解得到進一步的深度加工。

（三）師生課后評價階段：評價、反思及改進

首先將課堂教學中各個階段效果與最優的推演效果做對比，同時將比對結果反饋給教師和學生；然后，根據課中教學的實踐效果建立數據圖表進行統計和智能分析，構建數字孿生駕駛艙，可以讓教師和學生對課堂學習效果有直觀的認識，進而修訂階段性的教學目標和學習目標，通過個性化和差異化的評價引導學生思考、選擇和使用適合自己的學習路線。

需要強調的是，評價及反饋是為了讓學生客觀、全面地了解自身的學習狀況，并作為教師了解和掌握教學效果以更具針對性地進行教學改進的參考依據。教師和學生均需要分別對自身教學和學習過程中存在的優點與不足靈活采取不同的評價方法加以總結與反思，思考課中改進的時機與內容，并將反思結果及改進方案作用到下一節課的課前準備階段，實現數字孿生與仿真推演融合支持下的工程教育深度學習螺旋式前進的動態循環。

五、結語

數字孿生與仿真推演的融合為工程教育深度學習的實現提供了具象表達的外顯工具，為學生搭建了具身沉浸式地參與工程問題解決的過程以在“最近發展區”取得進步的“腳手架”，是師生共同對基礎知識和工程原理展開全面而又深入的探討與對話的有力載體。本研究對數字孿生與仿真推演在工程教育中的應用進行了有益的嘗試和探索，針對工程教育重在實踐操作的學習特點，結合數字孿生與仿真推演的虛實映射、現實場景復刻等功能構建了基于數字孿生與仿真推演融合的工程教育深度學習理論框架，并由此提出了基于數字孿生和仿真推演融合的三階段五環節工程教育深度學習模式，為數字孿生在教育中的應用、工程教育深度學習的有效展開提供了具有參考意義的視角和思路。

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作者簡介：

蔣林浩：副研究員，博士，碩士生導師，常務副院長，研究方向為高等教育、研究生教育，科學教育。

張艷鹿：在讀碩士，研究方向為教育管理、教師教育、教育信息化。

楊光：副研究員，博士，碩士生導師，研究方向為數字孿生、人工智能。

Research on the Construction of Deep Learning Mode of Engineering Education Based on Digital Twin and Simulation Deduction

Jiang Linhao1， Zhang Yanlu2， Yang Guang3

1.（Qingyuan） Institute of Science and Technology Innovation， South China Normal University， Qingyuan 511517， Guangdong 2.College of Teacher Education， South China Normal University， Guangzhou 510631， Guangdong 3.School of Artificial Intelligence， Guangdong Mechanical & Electrical Polytechnic， Guangzhou 510550， Guangdong

Abstract： The integration of digital twin and simulation deduction has the functions of mapping reality to reality and reproducing realistic scenes. The integration of digital twin and simulation deduction provides a powerful carrier for the realization of deep learning in engineering education. Digital twin can promote the application of deep learning in engineering education through integrating simulation deduction to construct a foundation of carrier for the development of deep learning in engineering education， realize the core concepts of engineering education accreditation throughout classroom teaching， and reshape the engineering ability and thinking for practical engineering application in an all-round way. On the basis of analyzing the theoretical framework that the deep learning in engineering education based on the integration of digital twin and simulation deduction includes opening up the knowledge transfer path， constructing three-dimensional and efficient classroom， creating validation situations， reconstructing teacher-student roles and relationships， and supporting the realization of multi-dimensional and continuous evaluation for improvement， this paper explored and constructed a three-phase and five-link deep learning model of engineering education based on the integration of digital twin and simulation deduction， in order to provide a referential perspective and idea for the effective development of deep learning in engineering education and the enhancement of the cultivation quality of engineering education professionals.

Keywords： digital twin； simulation deduction； engineering education； deep learning； model construction