職業(yè)教育虛擬仿真教學資源開發(fā)研究

趙妮娜

［摘? ? ? ? ? ?要］? 新時期下，職業(yè)教育應充分發(fā)揮數字化技術優(yōu)勢，與專業(yè)教學需求相結合，深入挖掘虛擬仿真教學資源，從而有效解決實驗實訓設施不足、設備落后以及實驗實訓安全性不強等問題。通過現(xiàn)實教學課程與虛擬仿真教學資源相結合，有助于推動職業(yè)教育教學質量及效率的整體提升，為社會培養(yǎng)高精尖人才。將虛擬仿真教學軟件應用到教學平臺中，成立虛擬仿真教學資源研究中心，并進行大量實證及調試，可以實現(xiàn)校企合作，為技術推廣提供基礎。通過構建“三位一體”的協(xié)同模式，使職業(yè)院校、企業(yè)以及平臺共同參與到研發(fā)中。虛擬仿真教學資源能夠推動職業(yè)院校教育模式的整體創(chuàng)新，同時也是職業(yè)教育未來發(fā)展的主要方向，能夠創(chuàng)造更高的經濟效益及社會效益。

［關? ? 鍵? ?詞］? 職業(yè)教育；虛擬仿真技術；教學資源開發(fā)

［中圖分類號］? G710? ? ? ? ? ? ? ? ? ?［文獻標志碼］? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?［文章編號］? 2096-0603（2023）09-0135-04

將現(xiàn)代教育思想作為根據，以現(xiàn)代教學技術作為基礎，與專業(yè)教學需求相結合，開發(fā)虛擬仿真教學資源，能夠使職業(yè)教育過程中實驗實訓設施不足、設備落后以及實驗實訓安全性不強等問題得到有效解決。職業(yè)院校開展綜合技能創(chuàng)新教學過程中，通常存在個別科目不具備實驗條件或者無法進行實驗的教學內容，諸如高電壓設備倒閘或者巡視、大電流運行環(huán)境實訓、鐵路接觸網運維保養(yǎng)及調試等，學生無法投入教學實驗中。另外，個別科目需要較高的實訓成本、存在安全風險或者存在不可逆因素等。通過虛擬仿真實訓系統(tǒng)構建真實的作業(yè)場景，利用虛擬仿真技術創(chuàng)造全新教學模式，克服教學過程中存在的各種困難，幫助學生積累更多的實踐經驗，從根本上提升學生的專業(yè)能力，培養(yǎng)更多高層次技術型人才。

一、虛擬仿真教學的內涵

現(xiàn)代信息化教育模式及實驗教學示范中心的建設均離不開虛擬仿真教學，這也是教育信息化的主要路徑。隨著人工智能、學習分析、虛擬現(xiàn)實以及增強現(xiàn)實等教育技術的廣泛應用，教學融合信息技術成為當前的虛擬仿真技術，其最大優(yōu)勢便是能夠完成現(xiàn)實中無法完成的工作，在技術的支持下為學生創(chuàng)造更加廣闊的學習空間，將體驗式學習與虛擬實驗結合在一起，形成新的教學模式，這也是當前國內外教學工作者熱議的焦點話題。

虛擬仿真教學本質上就是在教學過程中依托虛擬實驗技術，為學生呈現(xiàn)真實的教學情景，學生在人機交互界面作用下產生身臨其境的學習體驗，通過豐富的知識庫系統(tǒng)回顧整個學習過程，挖掘其中的相關數據，同時可以獲得不同的反饋意見，從而形成個性化知識系統(tǒng)，使學生獲得全新的學習體驗和成就感。

二、虛擬仿真教學資源的特點及其應用

（一）虛擬仿真教學資源的特點

虛擬仿真技術同時涉及虛擬現(xiàn)實技術和仿真模擬技術兩個層面。其中虛擬現(xiàn)實技術通常指的是利用計算機創(chuàng)造特殊環(huán)境，人在特殊設備支持下置身于這種環(huán)境，不僅可以控制環(huán)境本身，還可以進行各種操作，完成作業(yè)目標。仿真模擬技術指的是利用各種專業(yè)設備及模型，在不同場地及環(huán)境中模仿現(xiàn)實中的作業(yè)場景、流程標準以及技術要點等，實現(xiàn)科學研究、考核評估、工業(yè)設計、教學實訓以及模擬加工等技術教學。在職業(yè)教育中應用虛擬仿真技術能夠有效提升學生的想象力，兼具沉浸性及交互性優(yōu)勢，讓學生感受到物理真實感、行為真實感以及環(huán)境真實感，從而沉浸在虛擬環(huán)境中進行問題處理，獲得更理想的處理效果。同時，學生在這種環(huán)境中可以對其中的變化因素進行控制，探索事物發(fā)展規(guī)律，了解自身行為可能引發(fā)的后果，幫助學生形成歸納式學習，在不斷練習及學習中實現(xiàn)學以致用。

（二）虛擬仿真教學資源的作用及應用方式

1.解決職教領域存在的實踐教學困境

職業(yè)教育主要是為生產、管理、建設及服務等各行各業(yè)培養(yǎng)高素質、技術型精英人才，因此，學生應具備足夠的實踐操作經驗[1]?；诖耍舐殬I(yè)院校具備開設專業(yè)所需的實訓、培訓基地，讓學生在進入工作崗位前熟悉操作流程，了解工作內容和設備，但實際上受到資金、企業(yè)、技術、時間、空間等方面的限制，學校無法為學生提供真實的練習環(huán)境，使職業(yè)教育過程中面臨以下困難：（1）由于資金短缺，無法彌補設備缺失的不足，更無法為所有學生提供充足的實操機會，導致學生缺乏實踐經驗，出現(xiàn)“教育機會不平等”的情況。（2）個別科目的教學設備需要投入大量資金，或者工藝精密，諸如五軸聯(lián)動生產設備或者SMT設備等，存在“看不透、摸不得以及進不去”的特征。（3）個別專業(yè)具有一定的風險性或者污染性，無法進行實訓，諸如污水處理或者化工專業(yè)等。（4）部分專業(yè)開展實訓需要消耗大量資源及資金，諸如焊接以及數控加工等。不僅對實訓質量造成影響，還降低教學效益。如果采用虛擬仿真技術創(chuàng)造實訓場景，此類問題將迎刃而解。

2.主要應用方式

（1）漫游功能

漫游功能所涉及的教學內容一般包括認識現(xiàn)場環(huán)境、現(xiàn)場設備以及了解安全生產要求等。需要實現(xiàn)以下教學效果：能夠充分認識作業(yè)環(huán)境，處理實習過程中遇到的專業(yè)問題，同時可以詳細了解現(xiàn)場設備和基礎設施。諸如學生利用專業(yè)實習軟件中的箭頭鍵，對車間內生產設備、零部件等進行觀摩學習，從而提升對設備的掌握水平，并且可以完成其他設備類型的觀察與學習。

（2）演示功能

演示功能主要涉及的內容包括操作流程、操作失誤結果、操作方法以及偶然性事件等。比如演示操作失誤結果時，能夠發(fā)揮明顯的刺激作用，加深學生的學習記憶。通過演示功能需要實現(xiàn)以下教學效果：讓學生熟練掌握操作流程，明確操作過程中的邏輯關系，使學生了解安全操作及安全生產的重要性，強化操作失誤結果在學生記憶中的印象。比如，為學生演示三維動畫，能夠深刻認識貼片機的物理拆解原理。

（3）互動功能

虛擬仿真實訓中應用最廣泛、最關鍵的一環(huán)便是虛擬仿真實訓的互動功能，能夠讓學生在操作及學習過程中掌握相應的操作規(guī)范，以滿足實際操作需求。互動功能涉及的教學內容主要包括：通過多媒體技術呈現(xiàn)真實的教學內容；在計算機設備支持下完成預期的操作練習等[2]?；庸δ苄枰瓿傻慕虒W目標主要包括：為學生展示生動的教學內容，使其能夠加深課堂印象，強化記憶，再現(xiàn)教學設計中的“實訓點”達到教學目標。比如，在三相異步電動機仿真實訓軟件支持下，學生能夠利用鼠標逐步針對三相異步電動機進行拆解練習。

（4）考核功能

學生學習成果及能力可以通過仿真實訓考核進行檢驗，體現(xiàn)關鍵技能點，可以調動學生的學習興趣，并且具有明確的公平性、方向性、趣味性以及誘導性。對仿真實訓考核系統(tǒng)進行評估的標準同時包含選題的隨機性、題庫的豐富性、考核內容和關鍵技能是否對應、考核方式是否具備靈活、科學以及合理性、是否能夠充分體現(xiàn)考核功能的核心價值。

（5）綜合功能

現(xiàn)實中，針對大規(guī)模的虛擬仿真實訓來講，其所發(fā)揮的作用較多，尤其是多種功能相結合[3]。比如，針對維修電工開展的仿真實訓考核機制，同時包含仿真實訓及仿真考核兩個部分。仿真考核系統(tǒng)的運行模式為客戶機服務器模式（C/S），僅需要連接局域網便能夠完成三維全交互無紙化考核，考核任務主要涉及考核要求、故障檢修、器件選擇、通電運行、線路排查、器件檢查和布局以及電氣連接等，教師選題時可以利用數據庫資源，與此同時，系統(tǒng)兼具登錄、成績總結、操作、自動打分、計時以及提交等功能。仿真實訓與考核系統(tǒng)存在一定的相似之處，即均利用網絡環(huán)境運行，采取B/S模式，主要任務包括實訓目標、故障檢修、實訓器材、模擬操作、典型電路、線路排查、運行原理以及電路連接等，能夠在學生實施技能訓練過程中提供引導。使用過程中，學生可以先通過仿真實訓軟件接受仿真實訓，待熟悉后便可接受考核。

三、虛擬仿真教學資源開發(fā)需注意的事項

（一）虛擬教學資源建設要與課程內容對接

開發(fā)虛擬仿真教學資源應有一定的針對性，避免沖動購置，需要與教學需求相結合，考慮教學內容，以滿足學生的學習要求。虛擬教學資源建設過程中，可以進行合理規(guī)劃，厘清資源規(guī)模、交互方式及涉及的知識點等。針對理論課程或者理實一體課程來講，應著重構建中小規(guī)模的資源包；從實踐課程層面出發(fā)，需要重視虛擬實訓系統(tǒng)構建，強化學生的綜合實踐能力。另外，構建虛擬教學資源過程中，需要充分考慮精品資源共享課程，推動精品課程共享化及網絡化。

（二）虛擬仿真教學資源建設要與傳統(tǒng)教學資源對接

在虛擬教學資源進行研發(fā)過程中，應該和傳統(tǒng)教學資源進行銜接，諸如文本教材、教學視頻、圖片以及動畫等，需要在規(guī)劃過程中明確應用傳統(tǒng)資源的教學內容，確定應用虛擬教學資源的內容，在發(fā)揮兩種資源優(yōu)勢的前提下形成互補。

（三）虛擬教學資源應該盡量仿真并體現(xiàn)真實工作環(huán)境

排除解釋原理的教學資源以外，其他類型虛擬仿真教學資源應該保證仿真，諸如操作類或者實體認知類，無論顏色、質感以及操作界面，均應與真實設備保持一致，為學生由虛擬教學資源向真實設備轉移[4]。尤其對大規(guī)模實訓類虛擬教學資源來講，同時需要考慮場地規(guī)劃及情景布局等，盡量模擬真實的操作場景。

（四）虛擬教學資源建設應考慮二次開發(fā)問題

隨著技術更新、設備更替或者項目課程的改革，教學內容和能力培養(yǎng)目標都會發(fā)生一定的變化。因此，在規(guī)劃和建設虛擬教學資源時，尤其是在確定每個虛擬教學資源的模塊大小和接口時，應該考慮課程的動態(tài)變化，提高資源的可重用性，并盡量具備二次開發(fā)能力。

（五）虛擬教學資源開發(fā)過程中要不斷測試和調整設計方案

由于虛擬教學資源開發(fā)工作量大，投資大，開發(fā)時間長，因此在起步階段不能求大求全、全面展開，可以先從某門課程、某個關鍵能力、某個實訓設備出發(fā)，由點帶面，逐步展開。開發(fā)過程中不斷對已完成的工作進行測試，及時找出問題并修改，可根據開發(fā)和測試過程中遇到的問題調整原規(guī)劃設計方案。

四、開發(fā)虛擬仿真教學資源的建議

（一）選準有價值的資源建設項目

因為虛擬仿真資源可能造成人力資源浪費及資金過度消耗，加之可能因此提高工作的復雜性，因此應該慎重選擇。首先，可以將傳統(tǒng)教學無法提升教學效率或不能實現(xiàn)的教學領域作為首選，諸如上述所講的內容。其次，開發(fā)前期需要論證，保證開發(fā)或者購置軟件的必要性[5]。職業(yè)教師應在前期準備階段進行調研，由多家軟件開發(fā)公司著手，篩選條件合適的對象，之后通過集體論證，敲定最終的目標。集體論證時，可將專業(yè)教師、校領導、行業(yè)專家以及軟件工程師作為主要群體，從不同視角出發(fā)考慮軟件在教學中的作用。大量實踐經驗表明，即使教師認為一些軟件能夠對教學產生作用，但行業(yè)專家往往持反對意見，對于存在瑕疵而不影響使用的軟件，可以暫時應用，或者與開發(fā)商商議進行優(yōu)化之后應用。

（二）探索高效的資源建設模式

1.開辟立體建設渠道

從學校層面來講，可通過外購、自主研發(fā)以及合作開發(fā)相結合的方式[6]。外購需要考慮目標軟件是否在同類院校得到廣泛應用，并且得到專業(yè)教師的認可，是否能夠提升教學效果，特別是能夠彌補不足的高端軟件，均可通過外購的方式實現(xiàn)；自主研發(fā)需要根據技術難易程度及程序復雜性，了解專業(yè)教師的具體需求，可以為教學設計提供一定的參考，同時學校本身具備優(yōu)秀的軟件開發(fā)團隊；合作開發(fā)則應該將需求量大但缺乏成熟產品的軟件作為目標，教師具有明確要求，可以保證教學設計科學、合理，專業(yè)軟件開發(fā)商及團隊能夠提供技術支持，可以確保軟件的專業(yè)性等。學校需要積極尋找能夠吸引專業(yè)團隊及企業(yè)加入的合作模式，協(xié)同促進學校師資力量的壯大與發(fā)展，加大人才培養(yǎng)力度，提升軟件開發(fā)水平。

2.組織高效的研發(fā)團隊

研發(fā)虛擬仿真教學軟件需要專業(yè)教師、軟件開發(fā)人員以及行業(yè)專家協(xié)同合作。專業(yè)教師發(fā)揮主導作用，并進行科學設計，制作腳本，行業(yè)專家從旁指導，軟件制作則由軟件開發(fā)人員來完成，多方協(xié)作實現(xiàn)虛擬仿真教學軟件開發(fā)工作[7]。這里特別強調行業(yè)領域專家是必不可少的一個有機組成部分，他們對于學習者發(fā)展某個特定領域中的高級技能有著重要的作用。在軟件開發(fā)過程的早期，行業(yè)領域專家為有關軟件中適合設計什么內容的決策提供建議。在隨后的開發(fā)過程中，教學設計人員將教學目標、媒體材料以及評估方法等提供給行業(yè)領域專家，由他們根據專業(yè)經驗和實踐經驗提出反饋意見。

3.明確各方的主責

最好形成“上級業(yè)務部門統(tǒng)一規(guī)劃組織，專業(yè)公司精工制作，學校出資引進，教師教學應用，學生自主選學提高”這樣良性的資源建設與應用的生態(tài)環(huán)境。劉雍潛提出“教師是資源的使用者是世界性的，教師是資源的制作者不是世界性的”，所以不要期望任課教師花費時間、精力去研制虛擬仿真資源，否則會事與愿違[8]。鑒于虛擬仿真教學資源對技能教學的重要性以及研發(fā)這類程序的困難、花費資金的巨大，建議仿照統(tǒng)編教材的模式，由上級業(yè)務部門（如教育部、教育廳、教指委、專業(yè)教學協(xié)會等機構或組織）牽頭，組織最優(yōu)秀的專業(yè)教學專家、行業(yè)領域專家、教育技術專家對虛擬仿真資源進行選題、教學設計和制作設計，然后通過招標等形式選擇技術實力強的專業(yè)制造商，投入大量資金打造出高質量的虛擬仿真教學軟件，然后向學校推廣，由于適用面廣、購買量大，雖然制作成本高，但市場售價可以降低[9]。學校在選用資源時，由于有專業(yè)權威組織的推介加上性價比高，就可以放心大膽地引進這樣的資源供教師和學生使用。若能開發(fā)網絡版的虛擬仿真教學系統(tǒng)，因為可以通過互聯(lián)網進行廣泛的發(fā)布，可以降低使用成本。

（三）創(chuàng)造激勵教師建設與應用虛擬仿真資源的環(huán)境

1.提供支持

職業(yè)院校不僅應具備良好的創(chuàng)新意識，同時還應該對教育改革加以重視，加大投資力度[10]。盡管職業(yè)教育過程中所需的仿真軟件需要投入大量資金，但校方應該明確其對職業(yè)教育的重要價值，從而能夠產生投資意向。當教師提出研發(fā)需求后，應該和企業(yè)形成聯(lián)動機制，為教學資源的開發(fā)提供資金及技術支持，為教師創(chuàng)造“綠色通道”，激發(fā)教師的職業(yè)熱情。

2.搭建平臺

將“虛擬實訓示范基地”作為出發(fā)點，為學生構建綜合虛擬仿真資源平臺[11]。2008年，中國教育技術協(xié)會提出“虛擬實訓示范基地”項目，主要目的在于通過仿真技術專委會的引導，借助IT行業(yè)提供支持，在3年至5年的時間內，充分發(fā)揮“基地”對于虛擬仿真技術的應用價值，為職業(yè)教育打造信息化發(fā)展的重要渠道，使仿真實訓教學的價值得到充分體現(xiàn)，在中國職業(yè)教育，特別是技術實訓現(xiàn)代教學過程中發(fā)揮引導作用，為其他院校學習及發(fā)展提供一定的借鑒。構建“仿真實訓示范基地”過程中，職業(yè)院校應針對實訓基地整體結構進行調整及完善，以虛實結合的方式創(chuàng)造全新的實訓方法，致力于“污染環(huán)境、成本投入大、資源消耗高及教學效率低”等缺陷的完善與優(yōu)化，使職業(yè)教師專業(yè)水平及設計能力得到整體提升，同時提升學生的實踐能力，以信息化、現(xiàn)代化方式實現(xiàn)高技術人才的培養(yǎng)目標[12]。由此可見，構建“仿真實訓示范基地”充分體現(xiàn)了職業(yè)教育模式、觀念、方法、內容及手段的創(chuàng)新與改革。教師通過這個平臺可以有針對性、有組織及有目的地開發(fā)虛擬仿真教學資源。

3.給予獎勵

教師如果可以為學生創(chuàng)造優(yōu)質的虛擬仿真教學資源，并在教學活動中加以應用，學?？梢赃m當予以獎勵，或在績效考核中設置加分項，對教師的教學成績做出肯定，激發(fā)教師的工作信心。

五、結語

職業(yè)教育是專業(yè)型人才的主要輸出途徑，將培養(yǎng)學生的專業(yè)實踐能力作為主要任務。而虛擬仿真教學在虛擬仿真實驗室、虛擬仿真實訓平臺以及虛擬仿真教學軟件的支持下，為學生創(chuàng)造真實的職業(yè)場景及環(huán)境，幫助學生實現(xiàn)理論與實際相結合的目標，促進職業(yè)教育創(chuàng)新與改革，并且獲得良好的教學成果。學生在身臨其境的學習環(huán)境中產生學習興趣，積極參與課堂教學活動[13]。利用口袋工程師等虛擬仿真學習軟件，在任務驅動教學中融入游戲化教學，使學生的學習主體地位得到充分體現(xiàn)，同時推動學生提升自身學習能力。未來階段，教育工作在虛擬仿真教學軟件及教學工具的推動下，必將實現(xiàn)更高層次的發(fā)展與飛躍。

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◎編輯 魯翠紅