高職院校制造類專業(yè)虛擬仿真實訓(xùn)基地建設(shè)研究

摘要：建設(shè)虛擬仿真實訓(xùn)基地是促進(jìn)高等職業(yè)教育教學(xué)改革，拓寬人才培養(yǎng)渠道的一項重要舉措。本文以制造類專業(yè)為例，首先指出了基地建設(shè)的必要性，然后分析了實訓(xùn)基地建設(shè)的現(xiàn)狀，總結(jié)了建設(shè)應(yīng)遵循的總體原則。提出了共建共享、虛實結(jié)合、科學(xué)管理三個方面的建設(shè)思路，為其他職業(yè)院校的建設(shè)思路提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真；教學(xué)改革；實訓(xùn)基地

中圖分類號：F24文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2025.10.045

0引言

新一代信息技術(shù)的發(fā)展，尤其是人工智能、虛擬現(xiàn)實、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的突飛猛進(jìn)，給職業(yè)教育帶來了全新的發(fā)展機(jī)遇。國家層面一直在出臺相關(guān)政策，鼓勵支持各地結(jié)合實際建設(shè)高水平的虛擬仿真實訓(xùn)基地。早在2006年，教育部就頒布了《關(guān)于全面提高高等職業(yè)教育教學(xué)質(zhì)量的若干意見》，文件提到要充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)，開發(fā)虛擬工廠、虛擬車間、虛擬工藝、虛擬實驗。2021 年，教育部發(fā)布了《職業(yè)教育示范性虛擬仿真實訓(xùn)基地建設(shè)指南》，文中明確指出要“不斷提升虛擬現(xiàn)實和人工智能等新一代信息技術(shù)在實訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用水平，將信息技術(shù)和實訓(xùn)設(shè)施深度融合，構(gòu)建具有感知性、沉浸性、交互性、構(gòu)想性、智能性的虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)場所，搭建以實帶虛、以虛助實、虛實結(jié)合的虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)”。2023年，教育部出臺了《關(guān)于加快推進(jìn)現(xiàn)代職業(yè)教育體系建設(shè)改革重點任務(wù)的通知》，通知明確指出“各校要瞄準(zhǔn)專業(yè)實訓(xùn)中“高投入高難度高風(fēng)險、難實施難觀摩難再現(xiàn)”等現(xiàn)實問題，結(jié)合自身實際，建設(shè)職業(yè)教育虛擬仿真實訓(xùn)基地”。隨著國家層面各種政策的出臺，各職業(yè)院校都在積極推動虛擬仿真實訓(xùn)基地的建設(shè)，探索如何進(jìn)一步優(yōu)化實訓(xùn)條件，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。

1制造類專業(yè)虛擬仿真實訓(xùn)基地建設(shè)的必要性

虛擬仿真技術(shù)，是一種高度集成化的信息技術(shù)，它通過計算機(jī)硬件、軟件以及各種傳感器構(gòu)建一個三維信息的人工虛擬環(huán)境，形象地模擬真實世界的事物和環(huán)境，使用戶能夠身臨其境地感受和操作[1]。這種高度數(shù)字化的應(yīng)用場景也給生產(chǎn)制造類專業(yè)虛擬仿真實訓(xùn)帶來了新的發(fā)展方向，彌補(bǔ)了原有實訓(xùn)項目不足的突出問題。虛擬仿真實訓(xùn)基地的建設(shè)必要性主要從安全性、便利性及學(xué)習(xí)體驗3個方面來談。

1.1安全性探究

高職院校制造類專業(yè)實踐性較強(qiáng)，需要綜合開展PLC控制技術(shù)、視覺傳感器、工業(yè)機(jī)器人及數(shù)控加工等方向的實操。實操中的電機(jī)控制項目、工業(yè)機(jī)器人、機(jī)床加工比較常見，是生產(chǎn)制造過程中重要的工藝，而恰恰又是實際中安全事故多發(fā)的項目。由于操作不熟練，實訓(xùn)設(shè)備老化，安全措施不到位等原因，學(xué)生很容易在實訓(xùn)中出安全事故。而引入虛擬仿真技術(shù)后，可以直接通過數(shù)字驅(qū)動各種形象的三維模型，按照預(yù)先制定的規(guī)則進(jìn)行生產(chǎn)制造。這樣大大提升了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，同時消除了實訓(xùn)過程中的安全風(fēng)險。

1.2便利性

傳統(tǒng)的高職制造類專業(yè)實訓(xùn)室能開展的實訓(xùn)項目較為單一，且受限于場地、資金及師資能力等原因，實訓(xùn)質(zhì)量往往會達(dá)不到預(yù)期。采用虛擬仿真技術(shù)后，實訓(xùn)項目就可以大量地重組與拓展，甚至不再受限于空間限制，學(xué)生隨時隨地都可以登錄終端進(jìn)行學(xué)習(xí)，提高了學(xué)習(xí)的便利性及靈活性。結(jié)合虛擬仿真技術(shù)，選取企業(yè)一線真實生產(chǎn)案例進(jìn)行實訓(xùn)，這樣既可以節(jié)省成本，又極大地提高了學(xué)生學(xué)習(xí)效率。

1.3學(xué)習(xí)體驗分析

高職學(xué)生普遍學(xué)習(xí)自制力較弱，尤其對于技術(shù)性較強(qiáng)的內(nèi)容，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高的話，遇到問題后很容易產(chǎn)生畏難情緒。而隨著虛擬仿真技術(shù)的引入，學(xué)生在操作之前就可以細(xì)致全面地理解學(xué)習(xí)目的，更加直觀地觀察到完整的自動化生產(chǎn)過程，學(xué)習(xí)起來更有針對性，理解起來更加全面。還可以在原有實訓(xùn)過程中引入虛擬仿真技術(shù)，將傳統(tǒng)的生產(chǎn)制造技術(shù)與數(shù)字孿生相結(jié)合，學(xué)生可以接觸最前沿的知識，開闊了視野，還增強(qiáng)了學(xué)習(xí)的體驗感。

2制造類專業(yè)虛擬仿真實訓(xùn)基地現(xiàn)狀

在國家及各省市政策的推動及教育數(shù)字化背景下，各地職業(yè)院校都在積極推動虛擬仿真實訓(xùn)基地的建設(shè)，尤其是智能制造類專業(yè)。在開發(fā)虛擬仿真實訓(xùn)項目的同時，各地也在積極探索開發(fā)與之配套的實訓(xùn)管理平臺，形成可監(jiān)管、有記錄、互動性強(qiáng)的管理機(jī)制，實現(xiàn)實訓(xùn)環(huán)節(jié)的閉環(huán)反饋。事實上，虛擬仿真實訓(xùn)基地在頂層設(shè)計、互用共享及優(yōu)質(zhì)資源上還存在諸多問題，很大程度上影響了實訓(xùn)效果。

2.1缺乏自上而下的頂層設(shè)計

近年來各地職業(yè)院校都在投入大量資金，建設(shè)虛擬仿真實訓(xùn)基地。校企雙方在確定實訓(xùn)項目，制定管理規(guī)范時往往因為建設(shè)周期短，參與教學(xué)的人員少而沒有形成系統(tǒng)而全面的設(shè)計規(guī)劃。這種缺乏頂層設(shè)計的情況導(dǎo)致實訓(xùn)基地的建設(shè)和管理往往處于零散和自發(fā)的狀態(tài)，難以形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和體系[2]。而且，虛擬仿真環(huán)境下，各類數(shù)據(jù)的接口及與硬件之間的聯(lián)動方式還未統(tǒng)一，這樣也會導(dǎo)致跨專業(yè)之間的虛擬仿真數(shù)據(jù)兼容性差。因此，制造類專業(yè)虛擬仿真實訓(xùn)基地的發(fā)展受到了制約，無法充分發(fā)揮其在提升學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新精神方面的潛力。為了改變這一現(xiàn)狀，必須從頂層設(shè)計的角度，對實訓(xùn)項目及數(shù)據(jù)接口進(jìn)行整體規(guī)劃和統(tǒng)籌，促進(jìn)其持續(xù)、健康地發(fā)展。

2.2資源共享機(jī)制有待完善

高職院校虛擬仿真實訓(xùn)基地結(jié)合了大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實、數(shù)字孿生等眾多前沿技術(shù)為一體，是新時代職業(yè)教育發(fā)展創(chuàng)新的一大創(chuàng)新性成果。對比傳統(tǒng)的制造類專業(yè)實訓(xùn)場所，虛擬仿真實訓(xùn)基地集合了教育教學(xué)、技能培訓(xùn)、創(chuàng)新科研、教學(xué)監(jiān)督與評價等多種功能，擺脫了真實實訓(xùn)場地的限制，且具備共享開放的特性[3]。在服務(wù)器允許的情況下，可以同時容納近千人在線學(xué)習(xí)，大大提高了資源的利用效率，而且安全性高。但是這種開放共享式的管理模式需要智能型接口，必須搭建智慧管理平臺來實施智能化管理。如果學(xué)校缺乏頂層設(shè)計，虛擬實訓(xùn)共享的激勵機(jī)制不健全，各院校、各專業(yè)只能獨自為戰(zhàn)，智能化管理往往很難高質(zhì)量地落地；另一方面，具有相似專業(yè)的高校及相關(guān)優(yōu)質(zhì)企業(yè)之間難以建立長效的溝通機(jī)制，這也導(dǎo)致了需求方難以形成一個共同的采購體，容易形成資金分散，最終基地的利用率也不高。此外，還存在部分職業(yè)院校的虛擬仿真實訓(xùn)基地網(wǎng)絡(luò)化和智能化不足，各高校建設(shè)虛擬仿真實訓(xùn)基地時，預(yù)留共享接口考慮不周全，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，不能有效地開放共享，更不能做到優(yōu)勢互補(bǔ)[4]。因此達(dá)到完善運行機(jī)制與共享機(jī)制相結(jié)合的方式實施智能化管理，這也是虛擬仿真實訓(xùn)基地建設(shè)的新挑戰(zhàn)。

2.3優(yōu)質(zhì)的虛擬仿真實訓(xùn)基地缺乏

雖然現(xiàn)在有很多的職業(yè)院校制造類專業(yè)已經(jīng)建設(shè)了虛擬仿真實訓(xùn)基地并投入使用，但是在實訓(xùn)項目的選取上還存在諸多問題。一方面，有些實訓(xùn)項目選取的過于基礎(chǔ)，交互方式單一，甚至還出現(xiàn)與實際生產(chǎn)過程相脫節(jié)的情況；另一方面，有些職業(yè)院校在建設(shè)實訓(xùn)基地時，將實訓(xùn)基地建設(shè)得太過龐大，過于注重宣傳、參觀等目的。這種實訓(xùn)項目外觀看起來雖然比較壯觀，但是給老師實施教學(xué)時帶來了很大的困惑，甚至無法選取適合的教學(xué)項目，這也為學(xué)生樹立了不好的形象。

優(yōu)質(zhì)的虛擬仿真實訓(xùn)基地不僅需要先進(jìn)的虛擬仿真平臺，而且還要結(jié)合優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源，這就要求教師具備豐富的教學(xué)經(jīng)驗，并且具有開闊的專業(yè)視角。顯然這與傳統(tǒng)的實訓(xùn)教學(xué)存在較大的差異，很多職業(yè)院校教師習(xí)慣于之前的認(rèn)知，不能適應(yīng)新的變化。且部分教師開發(fā)新教學(xué)資源的動力不足，這就導(dǎo)致了優(yōu)質(zhì)虛擬仿真實訓(xùn)基地的缺乏，達(dá)不到理想的實訓(xùn)效果。

3制造類專業(yè)虛擬仿真實訓(xùn)基地建設(shè)總體原則

3.1融入“校企生”三方元素，滿足綜合性實踐項目的要求

職業(yè)教育需緊密對接產(chǎn)業(yè)需求及企業(yè)一線崗位，虛擬仿真實訓(xùn)必須模擬真實工作場景與生產(chǎn)流程，并綜合考慮“校企生”三方需求，以服務(wù)于高質(zhì)量人才培養(yǎng)。首先，需要從制造行業(yè)中遴選出優(yōu)質(zhì)的仿真虛擬企業(yè)，且該企業(yè)還愿意投入時間精力到人才培養(yǎng)中。其次，責(zé)任教師需要具備豐富的專業(yè)知識，愿意打破傳統(tǒng)的實訓(xùn)思維并接受新的知識。教師還需熱愛教書育人工作，愿意嘗試多樣化的教學(xué)方法。最后，虛擬仿真實訓(xùn)基地的建設(shè)必須全面滿足學(xué)生多樣化的學(xué)習(xí)需求，確保每位學(xué)生都能獲得量身定制般的學(xué)習(xí)體驗，而且還要通過高度模擬真實場景與互動機(jī)制，有效激發(fā)學(xué)生的主動思考能力和問題解決能力，從而促進(jìn)知識向技能的深度轉(zhuǎn)化，為學(xué)生未來的實踐應(yīng)用奠定堅實基礎(chǔ)。

3.2以學(xué)生技能成才為中心，打造優(yōu)質(zhì)的虛擬仿真實訓(xùn)基地

為了促進(jìn)學(xué)生技能成才，需將傳統(tǒng)實訓(xùn)室從單一技術(shù)應(yīng)用向多種技術(shù)綜合運用的虛擬仿真訓(xùn)練平臺轉(zhuǎn)型升級。這一轉(zhuǎn)型應(yīng)緊緊圍繞學(xué)生技能發(fā)展，提升其問題分析與動手操作能力。通過視覺、聽覺、觸覺等多感官全方位模擬，營造沉浸式學(xué)習(xí)環(huán)境，讓學(xué)生高效掌握專業(yè)技術(shù)，為高素質(zhì)人才的培養(yǎng)奠定堅實基礎(chǔ)。

滿足學(xué)生多方面綜合技能培養(yǎng)的需求，提升實訓(xùn)效果，使虛擬仿真實訓(xùn)更貼近實際現(xiàn)場，已成為高校師生的迫切愿望。實踐證明，產(chǎn)教融合是高質(zhì)量建設(shè)虛擬仿真實訓(xùn)基地的有效途徑，也是推動職業(yè)教育高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵。因此，打造優(yōu)質(zhì)的虛擬仿真實訓(xùn)基地，需要緊密對接產(chǎn)業(yè)崗位群，深入分析典型崗位的工作任務(wù)，提煉其中關(guān)鍵技術(shù)，并將企業(yè)一線的新技術(shù)、新工藝、新方法及時有效地融入專業(yè)實踐教學(xué)中，實現(xiàn)理論與實踐、知識與技能的高度統(tǒng)一[5]。

3.3優(yōu)化師資隊伍建設(shè)，提升教師數(shù)字化專業(yè)素養(yǎng)

在“三教改革”與“崗課賽證”的大背景下，制造類專業(yè)的教師不僅需要具備PLC控制技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及智能制造技術(shù)等核心專業(yè)能力，還需緊跟時代步伐，了解人工智能、大數(shù)據(jù)及數(shù)字孿生等新興技術(shù)。同時，他們應(yīng)善于洞察職業(yè)教育的發(fā)展規(guī)律，靈活運用多種教學(xué)方法，以實現(xiàn)因材施教的目標(biāo)。為此，我們應(yīng)著重培養(yǎng)“雙師型”教師隊伍，即打造一支不僅專業(yè)技能精湛、教學(xué)經(jīng)驗豐富，而且職業(yè)責(zé)任感強(qiáng)烈、信息化素養(yǎng)高的教育團(tuán)隊。

教師高質(zhì)量、高水平的教學(xué)理念和教學(xué)能力能夠促進(jìn)虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)向更具合理性、科學(xué)性轉(zhuǎn)變。借助虛擬仿真基地的建設(shè)，我們應(yīng)鼓勵專業(yè)教師與業(yè)界技術(shù)精英緊密合作，通過深入企業(yè)實踐、橫向課題等方式，不斷提升教師的專業(yè)技能水平。此外，還需完善教師隊伍的考核、獎勵機(jī)制，出臺政策激勵教師積極參與虛擬仿真實訓(xùn)基地的建設(shè)，以持續(xù)增強(qiáng)他們的信息化應(yīng)用能力與水平。

4制造類專業(yè)虛擬仿真實訓(xùn)基地建設(shè)思路

4.1完善頂層設(shè)計，突出共建共享

建設(shè)虛擬仿真實訓(xùn)基地，開發(fā)虛擬仿真教學(xué)資源，最終目的是培養(yǎng)更多有素養(yǎng)、高技能的應(yīng)用型人才。如何最大限度地做到資源共享，提高資金利用效率，成為各職業(yè)院校必須要解決的問題。對此，國家層面提供了強(qiáng)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(xué)平臺，面向全國高校提供了虛擬仿真課程開放共享服務(wù)，這個平臺上線的虛擬仿真實驗課程已經(jīng)達(dá)到3250多門，涵蓋了61個專業(yè)類。對于學(xué)校層面，必須扎實推進(jìn)產(chǎn)教融合，充分發(fā)揮好產(chǎn)教聯(lián)合體與行業(yè)產(chǎn)教融合共同體的作用，做好基地共建共享。在項目建設(shè)前，必須完善好頂層設(shè)計，統(tǒng)籌考慮跨學(xué)院、跨學(xué)校及相近專業(yè)，類似課程的重復(fù)利用問題。項目負(fù)責(zé)人首先需要充分地調(diào)研，學(xué)習(xí)兄弟院校虛擬仿真教學(xué)案例，還需要走訪行業(yè)龍頭企業(yè)，了解企業(yè)一線真實案例，然后經(jīng)過充分的論證，聽取各方專家的意見。在跨院校間進(jìn)行共建共享時，還需要明晰實訓(xùn)基地的版權(quán)問題。明確校企各方的利益訴求，完善版權(quán)保護(hù)機(jī)制，保護(hù)資源建設(shè)者的利益[6]。

4.2堅持能實不虛，體現(xiàn)虛實結(jié)合

建設(shè)虛擬仿真實訓(xùn)基地，要瞄準(zhǔn)專業(yè)需求和教學(xué)實際，本質(zhì)上要以解決“高成本、高危險、難復(fù)現(xiàn)”的實訓(xùn)任務(wù)為主。因此，制造類專業(yè)實訓(xùn)任務(wù)必須堅持以實際實訓(xùn)項目為主，讓學(xué)生深層次地體驗真實產(chǎn)業(yè)一線的項目任務(wù)，而不能僅僅依靠虛擬仿真環(huán)境完成。在滿足場地需求、資金允許的前提下，要堅持能實不虛，虛擴(kuò)充實，虛來完善實。虛實結(jié)合，也就是說虛擬要作為實際的補(bǔ)充，在存在場地限制、安全隱患較大的實訓(xùn)任務(wù)，可以在虛擬仿真空間完成。虛實結(jié)合，還需要在實訓(xùn)任務(wù)中體現(xiàn)制造領(lǐng)域的新技術(shù)，數(shù)字孿生。給學(xué)生灌輸一種數(shù)字化的工程思維，不僅能夠提升他們解決復(fù)雜問題的能力，還能夠培養(yǎng)他們在未來科技領(lǐng)域中持續(xù)創(chuàng)新與適應(yīng)變化的能力。能實不虛，虛實結(jié)合，總的來說就是要建設(shè)夠用、好用的虛擬仿真教學(xué)場所，以補(bǔ)充常規(guī)實訓(xùn)任務(wù)的不足，但是也要避免貪大求新，建而不用。

4.3科學(xué)管理，實現(xiàn)全過程教學(xué)評估

科學(xué)管理虛擬仿真實訓(xùn)平臺，通過集成先進(jìn)的信息技術(shù)和教學(xué)方法，能夠全面監(jiān)控和記錄學(xué)生在實訓(xùn)過程中的表現(xiàn)與進(jìn)展。這一平臺不僅提供了高度模擬真實環(huán)境的學(xué)習(xí)場景，還實現(xiàn)了對實訓(xùn)全過程的精細(xì)化管理和即時反饋，從而有效提升了教學(xué)評估的準(zhǔn)確性和時效性。借助該平臺，教師可以對學(xué)生的學(xué)習(xí)行為和學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)進(jìn)行全過程、全場景的追蹤與采集，并進(jìn)行挖掘、分析與整理，實現(xiàn)教學(xué)實施可視化、精準(zhǔn)化、實效化，最終可以更準(zhǔn)確地掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)。在教學(xué)過程中，還可以及時調(diào)整教學(xué)策略，確保每位學(xué)生都能在虛擬實訓(xùn)中獲得最佳的學(xué)習(xí)體驗和成長。

5結(jié)語

在構(gòu)建虛擬仿真實訓(xùn)基地時，必須強(qiáng)化整體設(shè)計思路，著重展現(xiàn)各專業(yè)的獨特之處，并聚焦于實際問題的解決。基地應(yīng)緊密圍繞學(xué)生這一中心，以教學(xué)內(nèi)容為骨干，利用案例作為教學(xué)工具，以教師團(tuán)隊為關(guān)鍵，以評價標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，盡力遵循3個總體原則進(jìn)行建設(shè)。然而，作為職業(yè)教育信息化的一環(huán)，虛擬仿真實訓(xùn)基地的建設(shè)還可以考慮融入智慧校園的整體布局之中，需確保它能與其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)相互連通，從而實現(xiàn)學(xué)校內(nèi)部各專業(yè)、學(xué)校與其合作伙伴之間的數(shù)據(jù)和資源共享，徹底消除數(shù)據(jù)孤島現(xiàn)象。這樣做的目的是滿足新時代對于認(rèn)證統(tǒng)一、數(shù)據(jù)集中、管理和決策一體化的需求，這也是未來基地建設(shè)過程中必須深入探討的問題。

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