虛擬仿真實訓基地建設與虛擬仿真實訓教學模式研究

文章編號：1671-489X（2025）06-0028-03DOI：10.3969/j.issn.1671-489X.2025.06.028

0 引言

2020年9月21日，教育部職業教育與成人教育司發布《關于開展職業教育示范性虛擬仿真實訓基地建設工作的通知》（教職成司函（2020）26號）。山東省淄博市工業學校為充分發揮網絡教育和人工智能優勢，積極利用虛擬現實（VR）等先進技術開展虛擬仿真教學應用模式的實踐探索，力求在人才培養模式、教學方式和教師專業發展等方面實現創新。依據教育部關于虛擬仿真實訓基地的建設要求與規范，學校組織專班開展申報工作。

2021年8月3日，教育部職業教育與成人教育司發布《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》，山東省淄博市工業學校成功獲批省級虛擬仿真實訓基地培育項目，并納入國家級虛擬仿真實訓基地驗收范疇。學校緊抓建設機遇，確立“校企合作、服務區域、共建共享、特色創新”的建設思路，編制任務書，完成實訓基地網上填報，建立工作臺賬，實施掛圖作戰。

2021年起，學校著手籌建國家職業教育示范性虛擬仿真實訓基地[]，建成公共虛擬仿真實訓中心、虛擬仿真技術研創中心、虛擬仿真管理平臺和專業仿真中心四大中心，涵蓋數字孿生虛擬調試實訓室、智慧車間實訓中心、虛擬仿真研創中心等23個功能室，形成“集中 + 分散”的實訓室布局。學校與上海曼恒數字技術股份有限公司、北京華航唯實機器人科技有限公司、武漢華中數控股份有限公司、上海景格科技股份有限公司等企業合作，開展基地建設與資源開發，開發虛擬仿真軟件17套、教學資源庫25個、校企合作課程24門，出版正式教材28本、校本教材48本，建設共享專業資源庫資源35012個、微課程資源4057個。秉持邊建設邊使用原則，該基地于2022年下半年投入使用，構建“一平臺 三融合 三應用 全過程 全時空 ”的虛擬仿真實訓教學模式，如圖1所示。

1國家職業教育示范性虛擬仿真實訓基地實訓教學成效

自2021年建設虛擬仿真實訓基地以來，學校已建成公共虛擬仿真實訓中心，涵蓋汽車結構演示VR展示系統、虛擬柔性制造系統、VR化工危險品教育等10項核心應用，以及其他40余項應用。教學應用測試已全面完成，目前正式投入教學使用，累計服務師生4.2萬余人次。

虛擬仿真技術研創中心包含資源創作中心和技術研發中心，已完成線上線下技術培訓1200余人次，建設虛擬現實相關素材達4.1TB。2021年和2022年，學校連續兩年成功承辦全國職業院校技能大賽（中職組）“虛擬現實（VR）制作與應用”賽項。

虛擬仿真管理平臺建成高標準網控中心，打造“骨干萬兆化、有線／無線全覆蓋”的新型校園網絡，融合虛擬仿真資源，對學校網站和虛擬仿真使用系統提供 7×24 小時云安全防護，確保平臺安全穩定運行。

工業生產虛擬仿真實訓中心完成智慧車間建設，涵蓋MES系統、課程資源包、機床加工監控系統、智慧講臺等信息化、智能化高端虛擬仿真實訓設施。與上海數林軟件公司合作，完成機電技術虛擬仿真實訓室建設和虛擬仿真軟件資源開發，累計培訓18300人次以上；與北京華航唯實機器人科技有限公司合作，建成數字孿生虛擬調試實訓室，并配套開發數字孿生資源。

汽車虛擬仿真實訓中心建成新能源汽車虛擬仿真資源庫，涵蓋新能源汽車電池、電機、控制、充電系統虛擬仿真實訓及考核軟件，累計培訓2000人次。

化工虛擬仿真實訓基地建設化學化工仿真實訓課程資源，目前，3D課程資源正在建設中，累計培訓20000余人次。2022年成功承辦化工分析與檢驗省賽，2023、2024年承辦化工生產技術國賽。

學校2021—2024年連續四年承辦全國職業院校技能大賽，共獲全國大賽一等獎七項、二等獎九項、三等獎七項，創造了虛擬現實賽項兩連冠、網絡安全賽項四連冠的佳績。96名學生被認定為“齊魯工匠后備人才”，為淄博市培養了一批高素質技術技能人才。

2024年，學校職教高考再創佳績：1720名學生升入高等院校，其中39名“3+4”貫通培養專業學生、270名“ 3+2 ”專業學生全部轉段成功，365名學生順利升入本科院校，為高等教育輸送了大批具有扎實技術技能基礎和合格文化基礎的生源。

通過對虛擬仿真實訓系統的使用和研究，學校承擔了三項國家級課題研究，“國家級虛擬仿真實訓基地建設路徑與成效”獲得山東省教改重點課題立項，依托虛擬仿真應用的教學成果榮獲山東省特等獎、國家級二等獎。

2 國家職業教育示范性虛擬仿真實訓基地實訓教學模式創新

2.1多元構建智能制造育人平臺

依托學校國家職業教育示范性虛擬仿真實訓基地，聯合當地政府、齊魯石化公司、北京華航唯實機器人科技有限公司、上海曼恒數字技術股份有限公司等多方力量，構建“生產實訓、技術創新、成果轉化”一體化智能制造育人平臺。

2.2構建三融合人才培養方案

學校依托虛擬仿真研創中心，聯合上海曼恒數字技術股份有限公司、北京華航唯實機器人科技有限公司、濟南科明數碼技術股份有限公司等企業共同參與工業機器人技術應用人才培養方案的制訂[2]。將虛擬現實、增強現實、混合現實等先進虛擬技術與智能制造前沿技術、產業需求深度融合，開發基于虛擬仿真平臺的專業教材和教學資源，如機器人操作編程、機器人系統集成、機器人維護維修等。根據不同課程內容和實訓任務，采用相應虛擬仿真技術手段輔助開展實訓教學，構建“專業設置對接產業需求、人才培養規格對接崗位職業標準、教學內容更新對接技術進步”的三融合人才培養方案。

2.3三應用升級教學過程

2.3.1 應用VR教學

借助虛擬現實技術，以逼真效果呈現復雜知識原理，解決傳統教學難以體現的知識點難題。通過虛擬現實技術一比一復現工業機器人內部結構、工作原理和機械拆裝過程，助力學生掌握相關課程知識，如工業機器人技術基礎、工業機器人維護與維修等。

2.3.2應用數字孿生技術與設備虛實結合

在虛擬環境[3]中，讓學生反復練習危險性實訓內容，提升對抽象知識和危險操作的理解與實操能力。針對機器人系統集成相關課程，完成PLC、HMI、機器人、傳感器、運動機構等系統綜合調試。利用數字孿生技術平臺，結合真實電控單元和數字孿生軟件，配套 1：1 的數字孿生資源，實現“一人一工位”的虛擬調試環境，強化學生機器人系統集成綜合調試能力。

2.3.3 應用虛擬仿真實訓云平臺

初步建立虛擬仿真技術大數據評價模式[4]，最大化拓展現實校園教學時間和空間維度，對學生學習效果進行信息采集、分析、判斷和評價，提升教學效率與信息化水平。

實現對工業機器人虛擬現實平臺、數字孿生平臺實訓過程實時跟蹤，與工業機器人實訓資源互聯互通，實現實訓場景全覆蓋，與工業機器人虛擬仿真實訓資源共建共享，實現實訓的全過程跟蹤和智慧化管理，為打破實訓數據孤島、實訓應用孤島奠定基礎。

通過管理平臺，教師對工業機器人的拆裝與維護、系統集成等虛擬仿真實訓內容開展實訓任務，任務的發布可以指定不同的實訓對象、設置實訓時間、管理實訓內容等。同時，教師可以對作業、考核內容進行上傳與管理。學生通過云平臺隨時隨地掌握自己課程管理情況、作業管理情況、課程復習安排等。

2.4虛擬仿真實訓教學融入人才培養全過程

將虛擬現實等技術與紅色教育、產教融合銜接，構建多感知、沉浸式、交互式思政課虛擬仿真系統，融入工業機器人虛擬仿真教學[5]；依據“1+X”技能證書考核要求，引進數字孿生技術平臺和實訓資源，將虛擬仿真教學納入人才培養方案，貫穿技能大賽和案例教學。與北京華航唯實機器人科技有限公司、上海曼恒數字技術股份有限公司合作開發工業機器人技術應用專業碎片化虛擬教學資源1805個，營造虛擬仿真助力教學的濃厚氛圍，解決機器人硬件設備與學生數量不匹配問題，培育重基礎、懂技術、能創新的德技兼修的現代工匠。

2.5 全時空“VR+”教學模式

采用“ VR⁺教育\"“互聯網+教育\"方式，以“VR⁺”教學云平臺為載體，滿足教師、學生、技能培訓學員、科普教育學員等隨時隨地使用平臺豐富的教學資源，主要包括機器人操作編程、機器人系統集成、機器人維護維修等，進行專業教學、技能提升、技能培訓、科普教育等活動，構建“處處是學習之地、時時是學習之時”的全時空“VR⁺ ”教學模式，實現“VR+課堂教學\"\"VR+實驗教學”“VR^+”實訓教學\" VR⁺學生自學”等教學活動，創建“沒有圍墻的學校”，實現不限時間、不限地點的自主學習機制。

3 結束語

面對職業教育發展的新形勢、新任務，山東省淄博市工業學校以國家職業教育示范性虛擬仿真實訓基地建設為契機，聚焦數字化提升，全力鑄就示范性虛擬仿真實訓基地品牌，充分發揮國家培育項目的輻射帶動作用，彰顯引領示范效應，為區域經濟社會發展貢獻職教力量，鑄就職教輝煌。

4參考文獻

[1]曾照香，劉哲，李金亮．新時代職業院校智能制造虛擬仿真實訓基地建設研究[J].教育與職業，2022（9）：109-112.

[2]張志禎.虛擬現實教育應用：追求身心一體的教育：從北京師范大學“智慧學習與VR教育應用學術周”說起[J].中國遠程教育，2016（6）：5-15，79.

[3]劉革平，王星．虛擬現實重塑在線教育：學習資源、教學組織與系統平臺［J]：中國電化教育，2020（11）：87-96.

[4]唐紀瑛.數字化轉型背景下職業院校模塊化定制實訓教學模式研究［J].教育與職業，2023（8）：90-94.

[5]YANG BAI.VR Technology：Development Status andTypical Applications inIndustry[C]//Proceedingsof3rd International Conference on MechatronicsEngineering and Information Technology （ICMEIT2019）.Paris：Atlantis Press，2019：130-136.