基于理實一體化的虛擬仿真實訓平臺構(gòu)建與應(yīng)用研究

年立輝 魏靜 武永峰 袁明慧

[摘? ? ? ? ? ?要]? 以裝飾工程構(gòu)造與施工課程為例，在分析其傳統(tǒng)實訓教學環(huán)節(jié)存在的普遍性問題基礎(chǔ)上，構(gòu)建基于虛擬仿真技術(shù)的課程實訓平臺，實施理實一體化教學模式，以提高教學質(zhì)量和學習效果，培養(yǎng)復(fù)合型技術(shù)技能型人才。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? 理實一體化;虛擬仿真;實訓平臺

[中圖分類號]? G712? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2020）35-0099-03

伴隨國家加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式，建筑業(yè)的轉(zhuǎn)型升級迫在眉睫，而高素質(zhì)技術(shù)技能型人才培養(yǎng)是其關(guān)鍵環(huán)節(jié)。國務(wù)院《職業(yè)技能提升行動方案（2019—2021年）》要求3年開展職業(yè)技能培訓5000萬人次以上。[1]教育部“職教20條”提出，從2019年啟動“1+X證書”制度試點工作，推進虛擬工廠等網(wǎng)絡(luò)學習空間建設(shè)和普遍應(yīng)用。[2]按照《高等職業(yè)教育創(chuàng)新發(fā)展行動計劃（2015—2018年）》提出的“應(yīng)用信息技術(shù)改造傳統(tǒng)教學，促進泛在、移動、個性化學習方式的形成”要求[3]，通過開發(fā)虛擬仿真實訓平臺，與真實實訓場地相配合，著力解決實訓教學中實訓組織周期較長、實訓材料浪費嚴重、實習場地安排困難、學生實操能力培養(yǎng)不足等問題。為培養(yǎng)建筑高技能人才，推動建筑業(yè)技術(shù)轉(zhuǎn)型升級，本文提出虛擬仿真系統(tǒng)化解決方案，助力建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化。

一、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

國外職業(yè)教育比較發(fā)達，對虛擬仿真實驗教育的研究相對比較成熟。從1965年薩瑟蘭（Ivan Sutherland）博士最早對虛擬現(xiàn)實技術(shù)的設(shè)想，到“Virtual Reality”這個詞的創(chuàng)造，再到“virtual lab”虛擬實驗室的概念的提出，最終發(fā)展成為具有虛擬操作感官的虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)。按照目前構(gòu)建虛擬仿真實訓平臺的方式，可將其分為仿真類虛擬實訓室和遠程操作類實訓實驗室。仿真類虛擬實訓室是以軟件為基礎(chǔ)，搭建仿真環(huán)境，對工程建設(shè)及過程進行模擬實訓，具有高可靠性、高安全性、高性價比等特點，如新加坡國立大學正式推出了虛擬校園，為學生與教師提供溝通的平臺;美國布法羅大學的虛擬青蛙解剖軟件，是虛擬仿真技術(shù)在教育領(lǐng)域的一個新的里程碑。遠程操作類虛擬實驗室是虛擬實驗室開發(fā)的一個重要方向，它在教育領(lǐng)域的應(yīng)用中已有許多成功案例，如美國麻省理工學院的微電子網(wǎng)絡(luò)實驗室、卡內(nèi)基梅隆虛擬實驗室、德國漢諾威大學的虛擬自動化實驗室、西班牙大學電子系的電子儀器虛擬工作平臺、新加坡大學的自動控制實驗室等。

國內(nèi)虛擬仿真研究起步較晚。教育部教高函〔2015〕24號文件指出，虛擬仿真實驗教學是高等教育信息化建設(shè)和實驗教學示范中心建設(shè)的重要內(nèi)容，是學科專業(yè)與信息技術(shù)深度融合的產(chǎn)物。教育部教高函〔2018〕5號文件指出，國家虛擬仿真實驗教學項目是推進現(xiàn)代信息技術(shù)融入實驗教學項目、拓展實驗教學內(nèi)容廣度和深度、延伸實驗教學時間和空間、提升實驗教學質(zhì)量和水平的重要舉措。目前，我國普通本科高校已建立300個國家級虛擬仿真實驗教學中心和401個國家級示范性虛擬仿真實驗教學項目，都屬于普通本科教育領(lǐng)域?？梢姡呗氃盒Ｌ摂M仿真實驗教學中心建設(shè)比較薄弱。

基于虛擬仿真技術(shù)進行實訓教學將是職業(yè)教育領(lǐng)域發(fā)展的一個熱點方向。2020年《政府工作報告》提出高職擴招200萬，教育部《高職擴招專項工作實施方案》明確提出針對生源多樣化特點，采取彈性學制和靈活多元教學模式，合理安排學習時間，分段完成學業(yè)。虛擬仿真實訓平臺的建設(shè)可以為不脫產(chǎn)高職學生提供線上實訓教學資源，滿足多元化需求。2020年春季學期，教育部做出“停課不停教、停課不停學”的工作部署，全國大中小學依托各級各類在線課程平臺，積極開展在線教學活動，在線課程一夜之間成為超大規(guī)模教學的新常態(tài)。理論課程可以通過線上教學達到預(yù)定教學目標，但實驗實訓類課程無法實現(xiàn)正常教學，究其原因職業(yè)院校實訓課程采取的是傳統(tǒng)教學模式。

國內(nèi)外有關(guān)研究缺乏對職業(yè)教育領(lǐng)域的深度關(guān)注，而高職擴招和大規(guī)模在線教學凸顯高職院校線上實訓教學的現(xiàn)實短板。通過構(gòu)建虛擬仿真實訓教學平臺，學生可以通過遠程模擬操作的方式接受實訓安全教育，學習儀器設(shè)備使用方法，掌握實訓技術(shù)，完成虛擬實訓任務(wù)。這為高職擴招帶來的實踐教學問題和線上實訓教學資源短缺提供了解決方案。

二、概念界定

（一）理實一體化課程

理實一體化課程是以學生的工作職業(yè)為導(dǎo)向，以校內(nèi)外企業(yè)合作為基礎(chǔ)，以綜合職業(yè)能力為核心，采用理論與實踐有機結(jié)合的方式，來促進學生認知能力的發(fā)展和職業(yè)素養(yǎng)能力的提高。通過大量的課內(nèi)實訓與課外實踐，把工作過程作為導(dǎo)向，以項目任務(wù)為中心，將學生學到的知識完美地融入以后的職業(yè)當中。理實一體化課程，實現(xiàn)了理論和實踐一體化、學習環(huán)境和產(chǎn)業(yè)環(huán)境一體化、能力和素養(yǎng)一體化、“教、學、做”一體化等。

（二）虛擬仿真實訓平臺

虛擬仿真實訓平臺是以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合立體顯示技術(shù)、計算機圖形技術(shù)、傳感器技術(shù)、人機交互技術(shù)等科技，創(chuàng)建一種逼真的虛擬實習、實訓環(huán)境。

裝飾工程實施虛擬仿真實訓平臺是在高職工程管理專業(yè)的現(xiàn)有教學模式基礎(chǔ)上，以理實一體化為原則，按照職業(yè)標準要求，以真實工作項目設(shè)置操作流程，通過實時操作幫助學生感知、獲得身臨其境的真實體驗，逐步提升職業(yè)認知和素養(yǎng);建立接近真實的職業(yè)情景，突破時空的限制，實現(xiàn)反復(fù)的、無障礙的情境式實踐教學。

三、傳統(tǒng)實訓教學存在的問題

（一）理實分離

裝飾工程構(gòu)造與施工課程傳統(tǒng)實訓教學環(huán)節(jié)存在理實分離的現(xiàn)實問題。傳統(tǒng)教學中先教授理論知識，再進行實訓實踐學習，導(dǎo)致重理論輕實踐，而該課程是一門實踐性比較強的課程，大多數(shù)學生缺乏學習理論知識的積極性，同時，教師在講授理論知識時也缺乏直觀性教學素材，從而使學生喪失學習的興趣。

（二）供需失衡

推進建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化，必須培養(yǎng)建筑產(chǎn)業(yè)工人，而建筑產(chǎn)業(yè)工人的培養(yǎng)離不開高等職業(yè)教育，但高職院校實訓條件供給與建筑裝飾行業(yè)發(fā)展需求失衡，滿足不了建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展要求。在實訓條件方面，高職院校由于資金、人力、教學資源及場地限制，使人才培養(yǎng)質(zhì)量跟不上行業(yè)需求。高校現(xiàn)有人才供給和行業(yè)現(xiàn)實人才需求的矛盾突出，導(dǎo)致供需失衡，這種失衡主要表現(xiàn)在供給方面無法滿足需求方面的要求，所以高職院校必須推進人才培養(yǎng)模式改革，加強人才培養(yǎng)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，主動應(yīng)對技術(shù)技能型人才需求。

（三）時空沖突

校外實訓場地施工進度與教學時間沖突，無法同步。校內(nèi)實訓場地空間有限（如家裝現(xiàn)場場地較小），無法滿足人數(shù)多的教學班實訓要求。而裝飾施工工藝流程需要完整性和連續(xù)性，學生沒有足夠時間到現(xiàn)場反復(fù)練習，而且真實施工現(xiàn)場存在安全隱患，增加了教學難度。

（四）實操不足

職業(yè)院校非常注重對學生實際操作能力的培養(yǎng)，實操能力培養(yǎng)即需要設(shè)施、場地等硬性條件，更需要在教學軟性條件方面取得突破，以保證實操技能得到有效訓練。構(gòu)建虛擬仿真實訓平臺，可以解決目前傳統(tǒng)實訓教學存在的理實分離、供需失衡、時空沖突等問題，教學資源也可以反復(fù)利用，并且可以避免因施工操作不當導(dǎo)致安全事故。

四、裝飾工程施工虛擬仿真實訓平臺

基于理實一體化理念，構(gòu)建裝飾工程施工虛擬仿真實訓平臺。平臺由學習、實操、考核、協(xié)同四個模塊組成，既可以提供理論知識學習，又可以提供實操訓練，同時具有協(xié)同、考核功能。從平臺內(nèi)容設(shè)計、平臺功能模塊與平臺系統(tǒng)特征等方面介紹裝飾工程施工虛擬仿真實訓平臺。

（一）平臺內(nèi)容設(shè)計

實訓平臺按照裝飾工程施工要求，基于真實工作環(huán)境設(shè)計了包括花崗巖地面虛擬施工、瓷磚面層虛擬施工、實木地板虛擬施工、復(fù)合地板虛擬施工、地毯虛擬施工、干掛石材虛擬施工、濕貼石材飾面虛擬施工、瓷磚墻面虛擬施工、墻面木裝飾虛擬施工、玻璃幕墻虛擬施工、輕鋼龍骨石膏板吊頂（U型暗龍骨）虛擬施工、明龍骨吊頂（T龍骨）虛擬施工、多層夾板門窗套包邊虛擬施工、輕鋼龍骨隔墻虛擬施工等14個虛擬實訓項目，涵蓋裝飾工程所有典型分部分項工程。

（二）平臺功能模塊

實訓平臺由學習、實操、考核、協(xié)同四個模塊組成。學習模塊，了解實訓基礎(chǔ)知識，熟悉工具使用、操作流程，加深對施工工藝難點和重點的理解。實操模塊，學習者可自主制定實施方案，按照裝飾工程施工工藝流程操作與訓練?？己四K，檢驗學習成果，根據(jù)專業(yè)施工規(guī)范進行設(shè)置，可準確指出學習者操作中出現(xiàn)的錯誤，幫助學習者通過實操加深對知識的理解。協(xié)同模塊，實現(xiàn)多人協(xié)同參與，教師亦可參與其中，示范教學。

（三）平臺系統(tǒng)特征

實訓平臺，操作簡單，開發(fā)了導(dǎo)航系統(tǒng)，人機交互便捷，按照導(dǎo)航指引即可選擇目標任務(wù)。場景逼真，平臺開發(fā)的素材均來自工程現(xiàn)場，與施工場景深度匹配。平臺兼容性好，具備可配置性與靈活性，教師可根據(jù)課程需求對實訓項目進行設(shè)計規(guī)劃和調(diào)整，自行更新學習資源，學習者在實操中也可根據(jù)自主制定的方案實施。平臺具備考核評價功能，學生完成相應(yīng)任務(wù)之后，自動檢測學習成果。

五、理實一體化教學模式的實施

虛擬仿真實訓教學模式有別于傳統(tǒng)實訓教學模式，必須構(gòu)建理實一體化教學模式。通過建設(shè)理實一體化實訓室、完善理實一體化教學內(nèi)容、編制理實一體化教材及培養(yǎng)一體化師資隊伍，實現(xiàn)教、學、做、考有機融合，提高學生技術(shù)技能水平。

（一）建設(shè)理實一體化實訓室

理實一體化教學模式需要配備與教學要求相適應(yīng)的軟硬件設(shè)備，構(gòu)建理實一體化實訓室。裝飾工程施工虛擬仿真實訓平臺為理實一體化教學提供了一套完整的信息化解決方案，方案既包括軟件系統(tǒng)，又要有相應(yīng)硬件設(shè)備，完全可以滿足建設(shè)理實一體化實訓室要求。

（二）完善理實一體化教學內(nèi)容

理實一體化教學模式需要制定符合教學規(guī)范的教學大綱，該教學大綱需要體現(xiàn)理實一體化教學理念。教學內(nèi)容設(shè)置應(yīng)當以工作任務(wù)為導(dǎo)向，以學生能力提升為核心，根據(jù)崗位技能要求對現(xiàn)有教學內(nèi)容體系教學進行調(diào)整優(yōu)化。裝飾工程施工虛擬仿真實訓平臺按照裝飾工程施工要求，基于真實工作環(huán)境設(shè)計了包括花崗巖地面、瓷磚面層、干掛石材虛擬施工等14個虛擬實訓項目，涵蓋裝飾工程所有典型分部分項工程。理實一體化教學內(nèi)容使學生在完成具體學習任務(wù)的過程中形成系統(tǒng)化的理論知識體系，使抽象知識形象化、復(fù)雜過程簡單化，實現(xiàn)與實際工作崗位的有機對接。

（三）編制理實一體化教材

理實一體化教學模式需要與教學要求相匹配的一體化教材?？梢愿鶕?jù)教學目標和任務(wù)，編寫工作任務(wù)導(dǎo)向的理實一體化教材。教材內(nèi)容應(yīng)該突出理實一體化教學理念，對原有課程結(jié)構(gòu)、內(nèi)容和教學方法進行改革，以任務(wù)驅(qū)動為導(dǎo)向，編制一本既符合實際工作崗位需求又符合校本實際的理實一體化教材。裝飾工程施工虛擬仿真實訓平臺需要編制滿足理實一體化教學要求的教材。

（四）培養(yǎng)理實一體化師資隊伍

理實一體化教學模式需要一支既能勝任理論教學，又能擔任實踐教學的教師隊伍。理實一體化師資隊伍區(qū)別于傳統(tǒng)的雙師素質(zhì)教師，更多強調(diào)教師是否具有真正的專業(yè)業(yè)務(wù)操作能力，是否能夠?qū)崿F(xiàn)理論與實際、教學與業(yè)務(wù)實踐的有機結(jié)合。虛擬仿真實訓平臺實施理實一體化教學模式，既要求教師隊伍掌握基本理論知識，又需要教師隊伍具備裝飾工程施工的業(yè)務(wù)實踐能力。

六、結(jié)語

構(gòu)建基于理實一體化理念的裝飾工程施工虛擬仿真實訓平臺，有助于解決當前教學存在的弊端。通過實施理實一體化教學模式，可以提高學生的學習積極性和學習效果，培養(yǎng)學生創(chuàng)新實踐能力，滿足復(fù)合型、技術(shù)技能型人才的培養(yǎng)要求。

參考文獻：

[1]國務(wù)院辦公廳.國務(wù)院辦公廳關(guān)于印發(fā)職業(yè)技能提升行動方案（2019—2021年）的通知[EB/OL].（2019-5-24）.http：//www.gov.cn/zhengce/content/2019-05/24/content_5394415.htm.

[2]國務(wù)院.國務(wù)院關(guān)于印發(fā)國家職業(yè)教育改革實施方案的通知[EB/OL].（2019-02-13）.http：//www.gov.cn/zhengce/content/2019-02/13/content_5365341.htm.

[3]教育部.教育部關(guān)于印發(fā)《高等職業(yè)教育創(chuàng)新發(fā)展行動計劃（2015—2018年）》的通知[EB/OL].（2015-10-21）.http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A07/moe_737/s3876_cxfz/201511/t20151102_216985.html.

◎編輯 常超波

Research on the Construction and Application of Virtual Simulation Training Platform Based on Theory-Practice Integration

NIAN Li-hui，WEI Jing，WU Yong-feng，YUAN Ming-hui

Abstract：In this paper the decoration engineering construction and the construction course as an example，based on the analysis of the universal problems of the traditional practice teaching link，on the basis of building courses training platform based on virtual simulation technology，the implementation of real integration teaching mode，in order to improve the quality of teaching and learning effect，cultivate technology skilled talents.

Key words：theory-practice integration; virtual simulation;training platform