虛擬仿真技術(shù)在高職物流管理專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用

□ 劉 燁

(武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430000)

1 前言

黨的十八大報(bào)告中提出“加快發(fā)展現(xiàn)代職業(yè)教育”，賦予了職業(yè)教育新的發(fā)展目標(biāo)與內(nèi)涵?，F(xiàn)代職業(yè)教育要求教育觀念現(xiàn)代化，教育體制現(xiàn)代化，教育方式現(xiàn)代化，教育內(nèi)容現(xiàn)代化，教育途徑現(xiàn)代化。對于高職物流管理專業(yè)而言，可建設(shè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室的設(shè)備現(xiàn)代化進(jìn)而達(dá)到教育內(nèi)容現(xiàn)代化和教育途徑現(xiàn)代化。

2 物流管理專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的問題

高職物流管理專業(yè)在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中存在投入大、危險(xiǎn)大、實(shí)施難、觀摩難的兩大兩難問題。以物流倉儲(chǔ)管理實(shí)訓(xùn)為例，主要的問題有：①校內(nèi)場地受限?，F(xiàn)代化的物流倉儲(chǔ)中心建有大型立體倉庫以及叉車、AGV、自動(dòng)堆高機(jī)、分揀機(jī)等機(jī)械設(shè)備的使用，校內(nèi)無論是場地還是資金都受到限制，無法操作。②倉儲(chǔ)中心的存儲(chǔ)、揀貨、分貨等操作不能在真實(shí)的環(huán)境下操作體現(xiàn)。③現(xiàn)有的實(shí)訓(xùn)室購置部分電子堆高機(jī)，但因指導(dǎo)教師人數(shù)受限，在學(xué)生學(xué)習(xí)中很容易因操作不當(dāng)而存在安全隱患。④受交通、制度等限制，學(xué)生很難長時(shí)間、多頻次到倉儲(chǔ)企業(yè)實(shí)訓(xùn)。在現(xiàn)代化的職業(yè)教育中，物流專業(yè)屬于實(shí)踐性、應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科，對于培養(yǎng)高職物流專業(yè)學(xué)生來說，僅僅靠課堂上的理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須加強(qiáng)其操作動(dòng)手能力，熟悉設(shè)備操作及行業(yè)環(huán)境，提升學(xué)生的專業(yè)技能和創(chuàng)新能力。對于這種情況，虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展為實(shí)踐教學(xué)提供了新的可能。通過虛擬仿真技術(shù)建立的教學(xué)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，可以彌補(bǔ)校內(nèi)實(shí)訓(xùn)條件的不足，根據(jù)需要滿足學(xué)生技能的掌握。因此，虛擬仿真在高職應(yīng)用類專業(yè)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用研究有一定價(jià)值和意義。

3 虛擬仿真系統(tǒng)的發(fā)展與在教學(xué)中的應(yīng)用

虛擬仿真技術(shù)是20世紀(jì)80年代新崛起的一種綜合集成技術(shù)，涉及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)交互技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能等技術(shù)知識。它由計(jì)算機(jī)硬件、軟件以及各種傳感器構(gòu)成的三維信息的人工環(huán)境——虛擬環(huán)境，可以逼真地模擬現(xiàn)實(shí)世界(甚至是不存在的)的事物和環(huán)境，人投入到這種環(huán)境中，立即有“親臨其境”的感覺，并可親自操作，自然地與虛擬環(huán)境進(jìn)行交互?，F(xiàn)階段，利用該技術(shù)開發(fā)的教學(xué)系統(tǒng)根據(jù)設(shè)備的不同可以分為下列四種：①桌面式虛擬仿真系統(tǒng)，該系統(tǒng)是以普通計(jì)算機(jī)和低級工作站為依托來實(shí)現(xiàn)仿真功能，用戶通過計(jì)算機(jī)的屏幕了解虛擬環(huán)境，通過計(jì)算機(jī)的鍵盤和鼠標(biāo)等相關(guān)設(shè)備與虛擬環(huán)境互動(dòng)。②沉浸式虛擬仿真系統(tǒng)，該系統(tǒng)是通過頭盔和手柄等電子設(shè)備的使用讓用戶和虛擬環(huán)境來互動(dòng)，用戶是環(huán)境中的一個(gè)參加者，這種方式沉浸性較強(qiáng)，在很多游戲中都可以看到。③分布式虛擬仿真系統(tǒng)，該系統(tǒng)不是用戶參與的虛擬仿真，而是在不同地理位置的多個(gè)用戶通過網(wǎng)絡(luò)相連，共同分享信息。④增強(qiáng)式虛擬仿真系統(tǒng)，該系統(tǒng)是以真實(shí)的環(huán)境為基礎(chǔ)，同時(shí)結(jié)合虛擬環(huán)境來共同模擬所需的真實(shí)環(huán)境和系統(tǒng)。使用虛擬仿真系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)訓(xùn)教學(xué)，不僅可以讓學(xué)生直接獲得視覺上的感受，還能獲得操作經(jīng)驗(yàn)，對場景和作業(yè)環(huán)境有一定是熟悉度，獲得比圖像影音資料等更具體、直接的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

虛擬實(shí)訓(xùn)的前提是實(shí)訓(xùn)內(nèi)容的程序性。所以，在教學(xué)中判斷現(xiàn)階段的條件是否能滿足知識的學(xué)習(xí)是基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上判斷教授內(nèi)容的展示難度，根據(jù)難度采取不同的實(shí)訓(xùn)方式。當(dāng)已有的教學(xué)實(shí)訓(xùn)條件滿足的情況下，低等難度的內(nèi)容可以通過教師的直接演示學(xué)習(xí)。中等難度的知識可以借助虛擬仿真系統(tǒng)來擴(kuò)大學(xué)習(xí)范圍，強(qiáng)化難點(diǎn)，學(xué)生通過演練進(jìn)一步增強(qiáng)實(shí)踐體驗(yàn)。但是當(dāng)已有的教學(xué)實(shí)訓(xùn)條件不具備，實(shí)訓(xùn)知識展示難度較大時(shí)，虛擬仿真系統(tǒng)就可以全程演示流程各環(huán)節(jié)，學(xué)生對整體過程有更直觀、全面的、系統(tǒng)的認(rèn)識。在學(xué)習(xí)過程中，由局部到整體，由感性到理性，由具體到抽象是認(rèn)識事物的基本規(guī)律。學(xué)生在學(xué)習(xí)中，通過實(shí)踐性操作的感性認(rèn)識后就會(huì)得到具體的操作經(jīng)驗(yàn)，再結(jié)合前期的理論知識及教師對操作要點(diǎn)的歸納總結(jié)，獲得整體的、理性的、全面的學(xué)科知識。同時(shí)，必須意識到，虛擬系統(tǒng)再仿真，再貼近現(xiàn)實(shí)，也無法取代實(shí)際操作。所以，在學(xué)生走上實(shí)習(xí)崗位后，真正接觸真實(shí)環(huán)境后，是虛擬仿真教學(xué)優(yōu)勢的最大體現(xiàn)階段。這個(gè)階段中，由于條件的限制，接受傳統(tǒng)教學(xué)的學(xué)生主要通過觀察企業(yè)師傅的操作，由師帶徒的方式掌握技能，從零開始學(xué)習(xí)。而已經(jīng)在校接觸過虛擬環(huán)境的學(xué)生，由于虛擬環(huán)境基本涵蓋倉儲(chǔ)、配送等全過程，學(xué)生已經(jīng)經(jīng)過初步模擬階段，可以快速進(jìn)入實(shí)習(xí)階段。

本研究以武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院的物流虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室的建設(shè)環(huán)境為依據(jù)，該實(shí)訓(xùn)室使用的是沉浸式虛擬仿真系統(tǒng)，實(shí)訓(xùn)室內(nèi)各種物流設(shè)施和場地都是虛擬的，并且教學(xué)內(nèi)容可以根據(jù)學(xué)生的情況不斷改變，適應(yīng)不同學(xué)生的掌握程度。同時(shí)，虛擬設(shè)備的交互性使得全身心的投入在模擬的環(huán)境中。并且該系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)和頭盔手柄為主要工具，無危險(xiǎn)性，學(xué)生可以重復(fù)練習(xí)掌握技能。

4 虛擬仿真系統(tǒng)教學(xué)案例應(yīng)用(以倉儲(chǔ)中心貨物入庫作業(yè)為例)

本節(jié)課的主要教學(xué)過程分為：“回顧理論，問題引出實(shí)操內(nèi)容—演示倉儲(chǔ)中心貨物入庫作業(yè)—學(xué)生實(shí)操—?dú)w納總結(jié)”四個(gè)環(huán)節(jié)。具體的課堂教學(xué)過程、師生活動(dòng)、虛擬仿真系統(tǒng)應(yīng)用情況如下：

圖1 虛擬實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式

4.1 回顧理論知識，問題引出實(shí)操內(nèi)容

師生回顧《倉儲(chǔ)運(yùn)輸管理》課程知識，由問題“倉儲(chǔ)中心貨物入庫時(shí)需要注意哪些問題？入庫操作中步驟的先后順序如何？”引入實(shí)操內(nèi)容。學(xué)生觀看設(shè)備和配送中心環(huán)境圖片，回憶貨物入庫時(shí)配送中心操作順序，并思考如果各環(huán)節(jié)順序變化可能出現(xiàn)的后果。

4.2 虛擬演示倉儲(chǔ)中心貨物入庫作業(yè)

首先，教師借助虛擬仿真系統(tǒng)中的倉儲(chǔ)配送中心倉庫的虛擬環(huán)境，通過局部放大功能來介紹貨物入庫過程中用到的設(shè)施設(shè)備，讓學(xué)生快速進(jìn)入貨物入庫作業(yè)的狀態(tài)，認(rèn)識和熟悉作業(yè)中所需的設(shè)施。然后，虛擬演示“系統(tǒng)入庫管理——搬運(yùn)貨物——理貨——系統(tǒng)錄入——掃描信息——立庫自動(dòng)上架”的過程。最后，學(xué)生分小組分角色(入庫管理員、司機(jī)、搬運(yùn)工、理貨員)互動(dòng)參與全過程。

4.3 歸納總結(jié)，布置作業(yè)

教師肯定學(xué)生們的學(xué)習(xí)成果，并針對操作過程中的不足，順序問題進(jìn)行更正；強(qiáng)調(diào)“信息流應(yīng)先于物流”讓學(xué)生對貨物入庫的知識要點(diǎn)進(jìn)行梳理和強(qiáng)化。

4.4 布置作業(yè)

教師匯總本節(jié)課的學(xué)習(xí)成績，布置課后作業(yè)。

5 虛擬仿真系統(tǒng)教學(xué)效果

運(yùn)用虛擬仿真系統(tǒng)，學(xué)生可以根據(jù)自己的實(shí)際情況進(jìn)行自主選擇操作，對于已經(jīng)掌握的情景快速訓(xùn)練，未掌握的情景進(jìn)入某項(xiàng)訓(xùn)練反復(fù)實(shí)踐，增加薄弱環(huán)節(jié)，提高效率。同時(shí)，系統(tǒng)中界面下方設(shè)置“操作提示”，用于初學(xué)者熟悉操作步驟，為學(xué)生搭建學(xué)習(xí)梯，因材施教。此外，系統(tǒng)還會(huì)根據(jù)學(xué)生操作給予評分，充分調(diào)動(dòng)小組間的競爭意識，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)效果。其中，教師的虛擬演示是虛擬仿真系統(tǒng)中較為基本的應(yīng)用，在此基礎(chǔ)上的學(xué)生虛擬互動(dòng)是系統(tǒng)中廣泛的教學(xué)應(yīng)用，而在這兩者基礎(chǔ)上的虛擬評估是該體驗(yàn)式學(xué)習(xí)中很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。虛擬評估是在學(xué)生基本掌握的基礎(chǔ)上要求學(xué)生熟練運(yùn)用設(shè)施設(shè)備及環(huán)境流程。是對虛擬體驗(yàn)效果的檢驗(yàn)。通過對上課過程中學(xué)生學(xué)習(xí)的觀察，該實(shí)訓(xùn)室的課堂擺脫了傳統(tǒng)教學(xué)中“低頭睡覺，抬頭玩手機(jī)”的現(xiàn)象。學(xué)生在操作過程中遇到的問題可以小組內(nèi)獨(dú)立解決。學(xué)生根據(jù)個(gè)人特點(diǎn)選擇不同的角色進(jìn)行系統(tǒng)操作，充分展示了自我的獨(dú)特性，并在小組中增強(qiáng)了合作的意識和能力。理論教學(xué)中，學(xué)生只是簡單的知道使用機(jī)械設(shè)備將貨物要放入倉庫，但使用機(jī)械設(shè)備時(shí)的注意事項(xiàng)以及不正確操作以及貨物先入庫后入系統(tǒng)可能引起的后果不是很明確，通過虛擬仿真教學(xué)使學(xué)生對整個(gè)流程更明確，清晰。并且，學(xué)生在系統(tǒng)中互動(dòng)時(shí)，教師可以有更多的時(shí)間關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)情況，進(jìn)行針對性的個(gè)別指導(dǎo)。

虛擬仿真教學(xué)對于學(xué)生提高動(dòng)作技能及流程掌握的方面的給予較大幫助，尤其對于使用沉浸式虛擬仿真系統(tǒng)而言，教師虛擬演示，學(xué)生通過觀看擴(kuò)大了教學(xué)范圍，提高了教學(xué)效率。通過分小組分角色在系統(tǒng)中互動(dòng)，突破了時(shí)間和空間的限制，避免了投入大、危險(xiǎn)大，較好的解決了實(shí)施難、觀摩難的問題。通過虛擬體驗(yàn)，可以較好調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，學(xué)生對該類設(shè)備有較大的好奇心，積極參與互動(dòng)。在學(xué)生操作過程中，教師可以得到學(xué)生操作的現(xiàn)場反饋，對學(xué)生掌握薄弱的環(huán)節(jié)進(jìn)行再次強(qiáng)化。