高職院校虛擬仿真實訓(xùn)基地建設(shè)研究與實踐

李華勇

（濰坊職業(yè)學(xué)院，山東 濰坊 262737）

0 引言

隨著虛擬仿真技術(shù)逐漸成熟，各職業(yè)院校積極投入虛擬仿真實訓(xùn)基地建設(shè)，力圖通過新技術(shù)、新模式改革傳統(tǒng)教育教學(xué)手段，解決職業(yè)教育實訓(xùn)中看不到、進(jìn)不去、成本高、危險性大等問題，提升實訓(xùn)教學(xué)水平和質(zhì)量。對接產(chǎn)業(yè)發(fā)展，融合政行企校多方資源，探索用新思路、新機(jī)制設(shè)計建設(shè)虛擬仿真實訓(xùn)基地成為職業(yè)教育面臨的新課題。

1 高職院校虛擬仿真實訓(xùn)基地建設(shè)面臨的問題與挑戰(zhàn)

1.1 頂層設(shè)計規(guī)劃不合理

目前虛擬仿真實訓(xùn)基地建設(shè)沒有專項建設(shè)規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，各專業(yè)實訓(xùn)室建設(shè)局限于本專業(yè)課程的實訓(xùn)需求，軟硬件建設(shè)未充分考慮跨專業(yè)交叉實訓(xùn)的兼容性，基地建設(shè)功能模塊重復(fù)建設(shè)。未做好與虛擬仿真實訓(xùn)“虛實結(jié)合，先虛后實”模式的銜接，存在盲目建設(shè)現(xiàn)象。

1.2 運行與共享機(jī)制不健全

職業(yè)院校虛擬仿真實訓(xùn)基地集教學(xué)、科研、培訓(xùn)等多功能于一體，基地管理運行環(huán)節(jié)多、難度大?；亻_放式管理模式與傳統(tǒng)實訓(xùn)管理模式截然不同，必須實施智能化管理[1]。完善運行與共享機(jī)制，實施智能化管理，是基地運行機(jī)制建設(shè)面臨著新挑戰(zhàn)。

1.3 資源開發(fā)共享程度不夠

造成虛擬仿真資源缺口較大，不能覆蓋課程知識點，無法滿足日常教學(xué)的要求，對虛擬仿真實訓(xùn)基地建設(shè)的支撐力度不夠。虛擬仿真資源開發(fā)難度高、投入大、周期長，各資源開發(fā)商對虛擬仿真資源采取了加密措施，資源共享難度大。

需要對場所、設(shè)備、系統(tǒng)、資源、課程體系和管理制度進(jìn)行整體設(shè)計，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)虛擬仿真實訓(xùn)資源的開放共享和持續(xù)應(yīng)用。

2 高職院校虛擬仿真實訓(xùn)基地建設(shè)思路與指導(dǎo)思想

（1）堅持科技引領(lǐng)，虛實結(jié)合。將先進(jìn)的VR/AR/MR虛擬仿真技術(shù)融入實訓(xùn)教學(xué)，虛實結(jié)合，理實一體，建設(shè)儀器設(shè)備和技術(shù)能力達(dá)到先進(jìn)水平的虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)場所，建設(shè)集虛擬仿真資源、教學(xué)、管理、評價于一體的基地綜合服務(wù)平臺。

（2）堅持校企合作，共建共享。建立校企共建實訓(xùn)基地聯(lián)合體，實現(xiàn)企業(yè)化運營，社會化管理，促進(jìn)虛擬仿真實訓(xùn)資源向社會開放共享。創(chuàng)新基地建設(shè)模式與管理模式，解決實訓(xùn)中存在的痛點與難點，滿足學(xué)校實際需要和區(qū)域產(chǎn)業(yè)需求。

（3）堅持科學(xué)管理，規(guī)范考核。建立基地管理專門機(jī)構(gòu)，校企組織專兼結(jié)合的師資隊伍，引入企業(yè)化運行機(jī)制，保障實訓(xùn)基地可持續(xù)發(fā)展。實施智能化管理，進(jìn)行大數(shù)據(jù)的績效考核評價[2]。

（4）堅持資源共享，示范引領(lǐng)。對接高端產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)業(yè)高端，充分體現(xiàn)新技術(shù)、新模式、新業(yè)態(tài)，示范引領(lǐng)帶動區(qū)域各類實訓(xùn)基地建設(shè)，打造產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的技術(shù)高地和培訓(xùn)培養(yǎng)緊缺技能人才的實踐中心，為增強區(qū)域產(chǎn)業(yè)核心競爭力、匯聚發(fā)展新動能提供有力支撐[3]。

3 高職院校虛擬仿真實訓(xùn)基地建設(shè)途徑與策略

濰坊職業(yè)學(xué)院建立智能裝備虛擬仿真實訓(xùn)基地，聚焦區(qū)域智能裝備制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，充分運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)、虛擬仿真技術(shù)、人工智能技術(shù)等新一代信息技術(shù)，建設(shè)對接智能制造、智能控制、新能源汽車、化工裝備、智慧農(nóng)業(yè)等智能裝備產(chǎn)業(yè)的符合教學(xué)需要的虛擬仿真實訓(xùn)場景和育人文化環(huán)境[3]。搭建“教學(xué)訓(xùn)評管”一體化的虛擬仿真綜合教學(xué)平臺，校企共建虛擬仿真研發(fā)中心，共建共享虛擬仿真資源，校企協(xié)同建成集教學(xué)實訓(xùn)、科研創(chuàng)新、技術(shù)服務(wù)、社會培訓(xùn)、證書認(rèn)證等功能于一體的虛擬仿真實訓(xùn)基地。

3.1 智能裝備虛擬仿真基地實訓(xùn)環(huán)境建設(shè)

智能裝備虛擬仿真實訓(xùn)基地分為職業(yè)體驗實訓(xùn)區(qū)、全息3D實訓(xùn)區(qū)、工業(yè)仿真實訓(xùn)區(qū)、虛實一體實訓(xùn)區(qū)、仿真資源開發(fā)區(qū)等5大功能區(qū)，搭建硬件虛擬仿真實訓(xùn)平臺和虛擬資源開發(fā)平臺，建設(shè)智能制造裝備、智能控制裝備、智慧農(nóng)業(yè)裝備、汽車裝備、化工裝備等五個虛擬仿真中心，每個實訓(xùn)區(qū)根據(jù)不同的產(chǎn)業(yè)和專業(yè)特點建設(shè)實訓(xùn)室，實訓(xùn)室引進(jìn)企業(yè)生產(chǎn)場景和企業(yè)文化，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)、人工智能、大數(shù)據(jù)，構(gòu)建“教-學(xué)-做-創(chuàng)-用”閉環(huán)，打造集“展示體驗、教學(xué)實訓(xùn)、創(chuàng)研開發(fā)、專業(yè)提升”于一體的虛擬仿真實訓(xùn)基地。面向區(qū)域內(nèi)社會人才需求開展智能制造、智能控制、農(nóng)業(yè)裝備、新能源汽車、化工等領(lǐng)域人才培養(yǎng)培訓(xùn)，實現(xiàn)資源技術(shù)、科研成果等共建共享。

圖1 智能裝備虛擬仿真實訓(xùn)基地構(gòu)架圖

3.1.1 職業(yè)體驗實訓(xùn)區(qū)

職業(yè)體驗實訓(xùn)區(qū)建設(shè)沉浸式VR實訓(xùn)室，主要用于智能制造裝備、智能控制裝備等各專業(yè)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)認(rèn)知和職業(yè)認(rèn)知教育教學(xué)。沉浸式VR實訓(xùn)室采用兩通道激光環(huán)幕立體投影系統(tǒng)作為展示大屏幕，配合大空間激光定位系統(tǒng)，應(yīng)用于大課堂集中授課教學(xué)及互動展示，學(xué)生佩戴3D眼鏡，借助空間定位系統(tǒng)，以三維互動實踐的形式將專業(yè)認(rèn)知教育、課程認(rèn)知教育、企業(yè)文化教育、實踐創(chuàng)新教育相融合，構(gòu)建出完善立體的工業(yè)產(chǎn)業(yè)認(rèn)知和職業(yè)認(rèn)知學(xué)習(xí)和實踐空間。

3.1.2 全息3D 實訓(xùn)區(qū)

全息3D實訓(xùn)區(qū)是智能制造裝備、智能控制裝備、汽車裝備、化工裝備、智慧農(nóng)業(yè)等共享的VR/AR/MR項目實訓(xùn)區(qū)域。全息3D實訓(xùn)區(qū)校企共建全息3D實訓(xùn)室，配備桌面式全息3D交互機(jī)。系統(tǒng)由24吋3D顯示器以及位置追蹤套件構(gòu)成，搭載全息資源供學(xué)生虛擬實驗，學(xué)生佩戴立體眼鏡，可以看到懸浮于眼前的立體模型，手持紅外感應(yīng)筆可以直接對空間中的模型進(jìn)行互動操作。

3.1.3 工業(yè)仿真實訓(xùn)區(qū)

工業(yè)仿真實訓(xùn)區(qū)建設(shè)智能控制裝備仿真實訓(xùn)中心、化工裝備仿真實訓(xùn)中心，針對智能控制裝備、化工裝備等專業(yè)進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)線的仿真實訓(xùn)。智能控制裝備仿真實訓(xùn)中心，面向區(qū)域智能裝備優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，在智能控制裝備領(lǐng)域開展智能產(chǎn)線虛擬仿真、智能控制虛擬仿真教學(xué)?；ぱb備仿真實訓(xùn)中心在化工生產(chǎn)線領(lǐng)域開展化工工藝仿真、現(xiàn)代智能化工廠仿真、化工DCS仿真教學(xué)[4]。

3.1.4 虛實一體實訓(xùn)區(qū)

針對已有實訓(xùn)設(shè)備或生產(chǎn)線開發(fā)分布式虛擬仿真實訓(xùn)資源，將虛擬仿真軟硬件部署在真實實訓(xùn)現(xiàn)場，如五軸數(shù)控、化工產(chǎn)線實訓(xùn)、新能源汽車裝配等。教學(xué)完成以實帶虛，以虛助實、虛實結(jié)合的教學(xué)設(shè)計。重點建設(shè)智能制造裝備、智慧農(nóng)業(yè)裝備、汽車裝備等虛實一體化實訓(xùn)中心[5]。

3.1.5 仿真資源開發(fā)區(qū)

仿真資源開發(fā)區(qū)面向智能制造類專業(yè)，校企聯(lián)合進(jìn)行虛擬仿真實訓(xùn)項目研發(fā)，為基地提供優(yōu)質(zhì)虛擬實驗教學(xué)資源。仿真資源開發(fā)區(qū)建設(shè)全景制作實訓(xùn)室、三維建模實訓(xùn)室，主要開發(fā)裝備安裝與維護(hù)、工業(yè)機(jī)器人、汽車設(shè)備、化學(xué)實驗等VR項目。

3.2 搭建一體化的虛擬仿真綜合服務(wù)平臺

建立集資源開發(fā)、教學(xué)、實訓(xùn)、評價、管理于一體的虛擬仿真實訓(xùn)基地合服務(wù)平臺[6]。綜合服務(wù)平臺基于“云物大智移”技術(shù)，通過人臉識別、設(shè)備智能化改造、遠(yuǎn)程網(wǎng)聯(lián)與控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控、實訓(xùn)教學(xué)指導(dǎo)、大數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析等手段，實現(xiàn)管理平臺與實訓(xùn)設(shè)備的數(shù)據(jù)共享以及線上管理。

3.2.1 虛擬仿真資源庫

將基地各功能區(qū)的虛擬仿真資源集成在統(tǒng)一平臺上，實施集約化管理，實現(xiàn)資源的開放共享。

3.2.2 智慧教學(xué)管理

以AI智慧教學(xué)平臺為核心，建設(shè)一體化課程、微課程，實現(xiàn)在線練習(xí)、互動、考試，實現(xiàn)線上線下混合教學(xué)[7]。

3.2.3 實訓(xùn)設(shè)備管理

基于物聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術(shù)，針對原有實訓(xùn)設(shè)備進(jìn)行智能化改造，通過遠(yuǎn)程網(wǎng)聯(lián)與控制，進(jìn)行實訓(xùn)設(shè)備日常管理和維護(hù)。通過硬件嵌入式編碼，實現(xiàn)設(shè)備信息采集、自動調(diào)節(jié)及遠(yuǎn)程控制等功能。

3.2.4 基地智慧管理

實現(xiàn)智能化基地管理，結(jié)合人臉識別門禁系統(tǒng)，實現(xiàn)一鍵預(yù)約、遠(yuǎn)程監(jiān)控、真實數(shù)據(jù)采集等功能，采集監(jiān)測學(xué)校設(shè)備使用記錄、軟件使用記錄、故障報修記錄，提高實訓(xùn)室的利用率[8]。

3.2.5 大數(shù)據(jù)管理分析

統(tǒng)計分析實訓(xùn)室使用情況、學(xué)習(xí)情況、考核情況等數(shù)據(jù)信息，精準(zhǔn)定位學(xué)生實訓(xùn)薄弱環(huán)節(jié)，將數(shù)據(jù)智能分析運用于實訓(xùn)教學(xué)、實訓(xùn)管理及專業(yè)優(yōu)化升級。

3.3 構(gòu)建開放共享的基地運營管理模式

遵循合作共建原則，成立虛擬仿真實訓(xùn)基地管理理事會，由學(xué)校與企業(yè)有關(guān)人員共同組成，負(fù)責(zé)基地運營與管理。引入第三方認(rèn)證鑒定機(jī)構(gòu)，進(jìn)行技能認(rèn)證與鑒定工作，對實訓(xùn)培訓(xùn)滿意度考核[9]。

虛擬仿真實訓(xùn)基地實施企業(yè)化管理 ，市場化運營。按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，進(jìn)行基地運行管理?；匕凑招Ｆ蠛献鳒?zhǔn)入管理、無償和有償服務(wù)相結(jié)合的原則，進(jìn)行基地市場化運營。建立虛擬仿真實訓(xùn)基地運營制度、建立由專項訓(xùn)練、綜合實訓(xùn)、生產(chǎn)性實訓(xùn)、創(chuàng)新訓(xùn)練、技術(shù)服務(wù)與科技研發(fā)六個層面的工作與管理制度。

4 結(jié)語

隨著虛擬仿真技術(shù)逐漸成熟，基于新技術(shù)、新模式的虛擬仿真技能實訓(xùn)基地，成為培養(yǎng)高職學(xué)生技術(shù)技能的重要實踐平臺[10]。與數(shù)字校園建設(shè)相結(jié)合，與“三教”改革、校企合作、技術(shù)研發(fā)、社會培訓(xùn)相融合，對實訓(xùn)場所、設(shè)備、系統(tǒng)、資源、課程體系和管理制度進(jìn)行整體設(shè)計，建立科學(xué)、合理的運行與共享機(jī)制，建設(shè)多功能、高效運行虛擬仿真實訓(xùn)基地，不僅是高職院校自身發(fā)展的需要，對培養(yǎng)大批創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力強的技術(shù)技能人才，提升人才培養(yǎng)質(zhì)量具有重要意義。