數智化時代職業院校專業課程教學設計：沉浸式學習視角

0 引言

人工智能、大數據、云計算、5G等新技術的發展催生了數智化時代，數智技術的快速迭代促使教育領域產生全方位變革。在數智技術賦能和“推進教育數字化，建設全民終身學習的學習型社會、學習型大國”的政策驅動下[，未來學習正朝著培養符合時代要求的創新人才、關注能使每一個學生獲得適合自身發展的學習服務，以及更加注重思維發展的趨勢變化。職業院校作為高素質技術技能人才、現代工匠型人才培養的重要陣地，已然迎來教育教學的數字化轉型浪潮。為適應數智化時代教育教學轉型發展趨勢和《國家職業教育改革實施方案》中相關要求，職業院校的教學應更加關注學生的學習體驗，通過創設虛實結合的學習環境，通過學習資源的便捷獲取，以及提供個性化的學習服務，不僅要提升學生的學習體驗，更要增強學生在學習過程中的參與感[2]。

已有研究表明，沉浸式學習是以學生為中心、以知識遷移規律為基礎、以學習能力提升為目標的一種學習方式，與職業教育校企共育、工學結合、做學合一的育人理念相一致。而且在沉浸式學習中，學生可以獲得更加真實的實踐體驗，學習效果較好。因此，沉浸式學習逐漸成為教育教學研究的熱點。

通常，職業院校專業課程的學習在現實中因為考慮到安全、成本等因素，能讓學生真實操作或工作的教學設計環節比較有限。如果設計能模擬和還原真實工作場景或技能操作的教學過程，結合安全性和實操性創設沉浸式學習環境，保證學生在安全環境中模擬操作，不僅可以實現“做學合一”，還能有效降低學生學習的試錯成本和安全風險，同時提升學生的深度學習能力和創新能力等數智化時代崗位需求的關鍵能力，為職業院校培養高素質技能人才奠定基礎[3]。因此，如何設計教學過程以使學生進入沉浸式學習狀態，從而實現沉浸體驗，提升學習能力，是職業院校專業課程教學數字化轉型迫切需要解決的問題。

1數智技術賦能職業院校專業課程教學轉型

1.1價值與轉型：創設沉浸式學習

隨著人工智能、大數據、虛擬現實、區塊鏈等技術在教育教學中的應用，教學生態各要素及其與教學環境的存在形態發生變化，新的教學樣態不斷創生，促使教學范式進入數智化時代。由于職業院校學生在基礎知識、學習習慣、學習能力等方面差異較大，且主動學習和探索能力較弱，因此，采用一般傳統的教學方法通常不易激發其學習興趣。特別是對于一些知識基礎薄弱、學習能力不足的學生，要想激發他們的學習興趣、增強學習效果，不斷優化學習方式就顯得尤為重要。相比其他學習范式，沉浸式學習因學習效果較好而得到教育界學者的重視。有研究表明，學生的學習效率、專注度、記憶時長、知識可遷移性、自我效能感在沉浸式學習模式中會有明顯提升。因此，沉浸式學習較適用于職業院校學生的知識和技能學習，已成為職業教育的一種新學習范式。

職業教育服務社會產業經濟發展，專業是職業教育與產業聯系的紐帶，強調學生實操技能的培養。隨著產教融合、校企共建共享，職業院校的專業建設不斷強化將專業建到產業鏈上、產業園區中。因此，職業院校的專業課程學習更需要接近真實的工作情境或崗位操作，使學生獲得與企業需求相統一的崗位能力和職業素養。結合人工智能（AI）、云計算、虛擬現實（VR）、增強現實（AR）、擴展現實（XR）、大數據等現代信息技術的綜合運用，沉浸式學習讓教學內容和教學過程更加可視化、數智化、個性化、交互化、協同化。創設沉浸式學習體驗的教學設計，不僅可以通過模擬操作與感官互動訓練學生在真實生產場景中解決問題的能力，還可以讓學生更加深入地參與學習過程，促成深度學習發生，增強學生的自我效能感，這有助于職業院校培養面向現代化、信息化、智能化產業發展需求的高素質技能人才。

1.2理論與特征：實現學生主體關照

傳統教學通過成批量地為社會培養模具化、標準件式的人才，保證了工業時代人才的需求，但隨著人工智能時代的到來以及新質生產力的發展，培養學生高階思維和個性化學習的需求不斷突出。自19世紀開始，基于歐美社會對兒童認知規律的研究，以帕克、杜威等為代表人物的進步主義教育運動產生了現代教學論，通過教學方式的改革更新了教與學的邏輯關系。現代教學論的核心觀點包括以兒童為中心的學生觀、淡化權威意識的教師觀、以解決問題為方法的教學觀，以及以生活為內容的課程觀等。杜威等教育家主張以學生為主體進行教學活動，同時提出體驗式學習理論。1918年，W.H.基爾帕特里克首次將設計一詞引入教育領域，設計教學法明確了學生的學習主體地位，指出學習是一種需要學生在特定環境下全身心投入的計劃性活動。學生是學習的主體，教師是學習的引導者，學生在教師設計的學習內容下可以根據自身興趣確定學習目標、自主探索學習內容，獲得相關的知識和技能。沉浸式學習強調學生學習的自主性和探索性，深刻影響了教育領域。教育者開始認識到革新學習方式的本質就是重新認識教與學的關系，打破傳統的以教為主的模式，回歸以學生的學為中心的教學邏輯起點[4]。

從來源來看，沉浸式學習就是植根于現代教學論中的以學生為中心和做中學的教學思想，其基本理念強調認知性（Cognitive）、關聯性（Associate）和情境性（Simulative）。其中，認知性是指學生的學習活動建立在經驗、反思、抽象和實驗的基礎上；關聯性是指學生的學習效果能得到即時反饋；情境性是指學生在沉浸式學習環境中的學習活動來源于實際的項目或者社會實踐活動。

總之，沉浸式學習方式是數字化學習的未來趨勢，沉浸式學習環境有助于更好地激發學生學習的主動性。首先，沉浸式學習為學生創設了接近真實體驗的虛擬學習情境，在模擬操作、互動的學習過程中引發深度學習，形成知識與技能的直接經驗和抽象概念；其次，進入新的學習情境，通過不斷強化和糾正概念模型，產生深度學習效果；最后，相比體驗式學習，利用增強現實、虛擬現實與移動設備等技術打造無干擾的學習環境和以學生為中心的學習模式是沉浸式學習的主要特點[5]。

1.3 框架與內涵：一中心·四轉化

教學設計是教師在促進學生綜合素養發展中富有創造性的工作，設計符合學生學習認知規律和個人能力發展的教學過程，對于教學質量的提升非常關鍵。以問題為核心，建立學習目標點，圍繞這個目標點設計學習情境、教學策略，收集學習資源、教學工具，進而開展教學活動，是建構主義教學設計模式，其核心主要集中在由教學目標、學生和學習內容決定的學習任務（問題、案例、項目、分歧）[6]。

“一中心·四轉化”是借鑒建構主義教學設計模式提出的一種用于實現職業院校專業課程沉浸式學習的教學設計框架：基于以學生為中心的學習模式，在精心選擇學習內容和表達方式的基礎上，將人工智能、大數據、云計算等數智技術融入教學過程，按照學情分析數據化、課程重構模塊化、資源整合協同化和學習服務個性化的教學設計思路，創設能模擬和還原真實的企業工作情境和崗位技能操作場景的沉浸式學習環境，通過不斷刺激學生的身心體驗，幫助學生降低主觀情緒影響，使得學生更容易深度參與學習，提升學生的知識遷移程度和遷移能力，促進深度學習發生，增強學生自我效能感的教學設計過程。

“一中心·四轉化”的教學設計中，學情分析利用數據統計、數據分析、數據挖掘和數據可視化等現代化信息技術對學生前期學習的行為過程與結果數據進行大數據分析，學情分析的數據化使得教師能全面掌握學生個體或班級群體的學習特點與習慣、學習能力和學習心理等學情，從而幫助教師科學預測和評估學生學習狀態并設計個性化學習服務。

課程重構主要基于學習領域課程設計理論和模塊化思想，引入校企合作科研項目的新技術，融入企業實踐，引崗入課，以工作過程為導向。課程重構的模塊化主要是為了創設與企業情境和崗位操作標準一致的教學內容，為“做中學、學中做”奠定教學基礎。

教學資源的整合主要是構建虛實融合的實訓平臺、線上線下立體化數字教學資源。通過虛擬仿真和數字孿生技術等軟件與教學工具，結合虛實融合、線上線下混合、課內課外貫通的數字化教學系統，實現課堂學習與企業實踐同頻共振、融通互補。

學習服務個性化主要基于虛實融合的教學資源支撐，設計可以動態調整以符合學生學習遷移規律的以學生為中心的學習任務和課堂活動。任務設計體現校企共育、多元融合、人機共生，不僅要盡可能滿足學生的個性發展需求，也要考慮企業智能制造人才需求，合理調配企業導師和學校導師，充分利用企業資源和學校資源。

2 數智化時代專業課程沉浸式學習教學設計

沉浸式學習的教學設計不僅有利于教學情境創設和知識智能化講解呈現，而且支持更加靈活、直觀、有效的知識傳遞與交互，有助于實現多維立體情境式課堂互動。利用數智化技術和工具打造的沉浸式學習環境，可以更加充分調動學生的視、聽、觸、嗅覺等感官，使其在虛實結合的環境中體驗身臨其境的學習和操作，也使得思政教育效果得到一定的改善。沉浸式學習中采用的數據采集、模型構建、學習診斷、優劣分析、精準推送等智能手段，是基于了解教情和學情，對教學整體特點和現狀的綜合分析，以及為教師和學生提供智能決策。這將為校企協同創新提供決策依據，也為教師教學和學生學習提供依據[7]。

2.1教學定位：學情分析數據化

建構主義教學設計中學生是學習主體。“內因是事物發展變化的決定因素，外因通過內因起作用。”學生自身是內因，外界環境的影響是外因。因此，在同一課堂進行同一教學內容，不同學生的學習效果卻不同。傳統的教學范式中，教師要在課前全面掌握每個學生的情況不易實施，因此，因材施教、個性化教學理念較難落地。數智化時代，利用現代化信息技術對學生前期學習的行為過程與結果數據進行大數據分析，使得學生個性化學習服務的教學設計得以實現。

教學設計過程中學情分析的主要目的是根據學生現有的知識和能力設計個性化的學習任務與問題，并提供個性化的學習資料和學習引導。沉浸式學習的學情分析可以采用的技術主要是學生數字畫像技術、大數據學情分析技術、學習測評診斷技術等。以工業機器人典型應用課程的“視覺引導焊接機器人工作站調試”項目為例，采用學生數字畫像技術了解到教學對象是五年制高職工業機器人技術專業三年級學生，工業機器人技術概論、工業機器人示教與編程、工業機器人安裝與調試等課程是先修課程。學生已經具備搬運、碼垛、拋光、分揀機器人編程與調試能力，對新興的機器人技術表現出濃厚的興趣，思維活躍，有一定的好奇心和觀察力，喜歡生動且具有情境感的學習方式。利用大數據學情分析技術對智慧教學系統中的學生前期學習數據、知識圖譜、調查問卷以及主題討論等學習過程數據進行分析顯示，學生表現出較好的自主學習和信息化素養，能有效地使用微課視頻掌握基礎知識點，能對照任務工單明確項目流程，并進行參數設置和編程，能夠獨立完成前期項目的編程和調試。通過學習測評診斷技術分析，學生首次接觸智能視覺引導技術和焊接功能調試，對新技術的學習缺乏自信。從企業導師評價和學習困境調查數據看，學生企業真實崗位實踐能力相對較弱，實際項目經驗不足，創新能力不強，個人能力參差不齊。通過學情分析的數據化，教師能夠全面掌握學生主體情況，了解教學設計中學生需要更多的實踐機會和個性化學習方案。

2.2 崗課結合：課程重構模塊化

沉浸式學習是創設身臨其境的學習環境，讓學生探索解決真實環境中的問題，并在此過程中實現學習目標。教學目標以教學內容為知識載體，解決真實問題的教學目標的體現需要通過學習內容的深入分析和知識體系結構的確定，進而在教學設計中通過設計恰當的學習問題來涵蓋教學目標設計的知識體系和教學內容，進而將學習內容根據知識類別的不同嵌入教學活動涉及的學習環境因素中。通常，通過學習資源方式提供陳述性知識，通過設計自主學習活動呈現策略性知識。

工業機器人典型應用課程是職業院校工業機器人技術專業的專業核心課程，基于國家專業教學標準，結合區域經濟發展，對接工業機器人專業崗位標準，依托校企合作成果轉化項目，立足職業教育類型定位，深化產教融合、科教融匯，結合崗課賽證理念和模塊化思想，在教學過程融入人工智能、虛擬仿真、數字孿生等現代信息技術，構建工業機器人搬運、碼垛、拋光、分揀、焊接的理實一體、虛實結合的數字化實訓工廠，以工作過程導向對職業能力清單進行模塊化處理，并梳理對應模塊涉及的知識點和技能點，并將其作為教學內容，形成包含搬運、涂膠、拋光、分揀、焊接機器人工作站調試的學習領域模塊[8]。創設真實的工作情境，讓學生沉浸式體驗工作環境和工作過程，加強學生崗位意識和能力。利用數字化課程資源，借助智慧平臺為學生設計課前學習方案，解決陳述性知識的學習問題；通過虛擬仿真軟件和實際案例，構建更深入的機器人編程教學空間，創設沉浸式線上學習環境，為學生提供自主探究的學習空間和課堂學習活動，通過沉浸式體驗的學習活動解決策略性知識的學習問題。

2.3虛實融合：資源整合協同化

為了實現沉浸式的學習環境，與之相適應的教學資源建設也是教學設計的重要內容。在互聯網、人工智能、大數據的深度融合中，教學設計中利用互聯網技術、人工智能、數字化資源等教學工具和平臺，構建虛實融合平臺，創設沉浸式體驗課堂活動，組建立體化數字資源，聚合校企大師資。通過協同整合和拓展校內專業課程與企業實際崗位的資源，實施線上線下、虛實融合的場景體驗式教學，模擬真實崗位工作活動，打造虛擬互動空間。

職業院校專業課程的沉浸式學習通過創設虛實結合的實訓環境，打造立體化數字資源，合理使用智能化教學工具，使得教學活動更加生動有趣，從而讓學生更好地參與，實現沉浸式學習。“視覺引導焊接機器人工作站調試”項目是焊接機器人的應用項目，教學資源采用線上線下立體化、可視化呈現形式。

首先，借助智能互動類工具、虛擬教研類工具、知識點微視頻類工具，通過智能仿真建模等技術將傳統教學中重難點問題涉及的知識內在機理及相關可變因素等，從多視角、多片段、便于交互控制等方面可視化呈現知識，能讓學生在互動中形成知識遷移。

其次，學生自主探究困難的問題，可以借助智慧學習平臺提供資源支架，即將相關優質的學習資料收集并上傳平臺，在學習內容索引機制的引導下高效學習[9]。

傳統焊接機器人在教學實施中通常會面臨存在安全隱患、實訓設備不足以及應用場景固定等問題，針對這些問題，可以利用虛擬仿真技術和數字孿生技術等與實踐操作相輔相成、相互融合的教學技術實現工作場景和實踐操作的模擬。具體來說，首先，借助模擬仿真軟件熟悉和掌握焊接工藝要求與實際操作要點，仿真場景的機器人與實際操作機器人的模型、場景要按照 1：1 模擬，并通過仿真軟件進行機器人焊接編程的基礎操作訓練；接著，利用通過模擬操作和編程獲得的知識與經驗操作實際工作的機器人，設計焊接任務的加工工藝和程序并驗證模擬仿真焊接方案的可行性，進一步鞏固加強焊接任務涉及的知識和技能，不斷強化知識和技能的掌握；最后，利用數字孿生技術平臺參與企業真實產品焊接任務，自主完成焊接編程調試方案，進一步激發學生的崗位責任意識，培養學生深度學習能力和創新思維[10]

2.4校企共育：學習服務個性化

職業院校的學習服務個性化，更加關注的是通過先進技術支持學生自主探究的學習。例如，利用大數據分析學生學習表現和需求，為學生精準提供適合自身特點的學習資源、專題練習和學習評估。同時，分析學生學習數據和個體特征，也有助于教師進行教學設計的決策驅動和個性化設計。此外，智能輔導工具和技術也可以為學生提供個性化的輔導與反饋，如“1對1”的虛擬輔導、智能化的學習評估以及個性化學習跟蹤和反饋。學習分析和預測技術不僅可以對學生的學習數據進行深入分析和模式識別，還可以預測學生的學習需求、困難和潛在問題，有助于教師設計更符合個性化需求的學習服務。

以工業機器人典型應用課程“視覺引導焊接機器人工作站調試”項目為例，針對學生學習易枯燥乏味的焊接工藝知識，可以利用AR、VR、MR等技術從焊接工藝知識的原理、知識和技能的掌握規律等方面，將任務或問題通過立體化、可視化呈現方式，增強知識的情景性和趣味性，便于學生從源頭理解任務或問題的實際應用。針對需要通過反復訓練形成的知識和技能可以以AR或VR、3D漫游等技術為核心，創設多場景、真實體驗的智能平臺和虛擬仿真實訓室，以及便于學生驗證規律方法和設計項目方案等活動的探究場景。這種場景可以動態記錄探究活動的過程數據和結果數據，便于運用大數據技術對多種學習情況進行綜合分析，進而引導學生構建從個別到一般的探究過程，提升自主學習探究能力。針對缺乏具身環境知識體驗與運用的問題，可以通過密切聯系學生真實生活的場景，并盡可能利用虛擬仿真技術構建真實體驗的場景，實現便于學生在模擬情境中深度學習，探索解決實際問題的策略和方法的高還原、強互動體驗的場景，從而真正意義上提升學生解決問題的能力。職業院校學習服務的個性化，不僅使得學生的學習過程更加靈活和高效，也為學生學習體驗和成長的個性化提供了一定的支持[]。

3數智化時代專業課程沉浸式學習應用展望

在國際競爭日趨激烈的背景下，新質生產力以高質量、高效能和高科技為特征，發揮著推動社會經濟發展的引擎作用。新質生產力不僅要求技能型人才具備一定的專業知識和技能水平，更強調創新能力、解決復雜問題能力、跨領域協作能力和可持續發展能力等方面的綜合素養。職業院校的教學轉型必須緊密結合新質生產力的發展，通過不斷進行教育教學改革，以適應新質生產力需求的高素質、高技能人才培養目標。沉浸式學習的教學改革符合新質生產力人才培養需求，適合職業院校關注學生創新能力和高階思維培養，以及為學生提供個性化學習服務的發展方向。

3.1人技共生：從泛技術化走向人技共生

沉浸式學習的教學設計要遵循以學生為中心這一基本原則。首先，根據數字化和智能化教學系統的學情分析數據制定教學目標，更能體現教學目標是從學習過程中提取出來的；其次，基于人工智能和數字孿生技術打造的校企雙元的學習環境與工作情景，便于架構學習內容的知識結構，從而有助于設計更加接近真實生產環境和生產任務的學習任務，降低試錯成本，增強教學效果。然而，沉浸式學習在為學習者創設學習環境，提供沉浸式學習體驗的同時，也產生了技術依賴性，這一特點使得教學設計易出現泛技術化。如果讓技術占據主導地位，教學中就很可能會出現學生主體性弱化的潛在風險。例如，在教學過程中采用個性化智能推薦系統，就有可能在一定程度上將學生的選擇權懸置，使學生陷入層層嵌套的“信息繭房”與“數字洞穴”。

應對教學設計可能存在的泛技術化，一方面可以在充分利用數智技術在計算和推理方面優勢的基礎上，堅持教育主體從事選擇、創造和決策等工作的原則，夯實以學生為主體的教育主體性根基；另一方面應大力培育師生的數字素養，使師生不僅具備駕馭數智技術的基本能力，還能夠在技術接納與技術拒絕之間做出正確轉換。教學泛技術化的本質就是技術邏輯與教育邏輯相沖突的結果，必須承認一個事實，那就是職業教育在與數智技術相融合的過程中必須在擁抱技術中與技術走向共生[12]。

3.2情感價值：從工具價值走向情感價值

沉浸式學習的教學設計中，數智技術與教學活動的融合一定程度上可以降低學生主觀情緒的影響，但因為一些技術在教學應用中還不太成熟，導致教學活動容易因技術問題出現卡頓現象。因此，沉浸式學習的教學設計不僅要考慮教學工具為學生學習帶來的便利性，也要考慮學生在學習活動中可能因為一些不良體驗而造成學習熱情減退的情況。有研究表明，情感體驗和學習是密切相關的，學習過程中的情感體驗對于知識的建構和發展具有重要意義。因此，在沉浸式學習教學設計中更應當注重創造積極的情感氛圍，以促進學生的知識建構和學習發展。

從人的終身學習與發展來看，從外賦式的價值引領到內生式的價值創生是技術工具性有待突破的發展方向。在利用數智技術設計沉浸式學習的過程中，職業教育教學不僅要關注人文與倫理價值的關聯性，也要關注技術與生命價值的耦合性；不僅要超越由技術知識或技能的簡單供給形成的身心協同，也要真正意義上賦予個體成為整全人的可能。

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