职业院校虚拟仿真实训基地建设深度学习模型研究的要素和路径

［摘要］受益于政策的积极扶持和大规模资源的投入，职业院校在虚拟仿真实训基地基础设施建设方面取得了显著成效。然而，在教学实践中发现，高职院校的学生仍然倾向于将其长期依赖的、主要基于机械记忆的浅层学习方式带入虚拟学习环境中。本研究以提升学习者职业能力为出发点，借助深度学习理论的指导，构建了以“职业认知—职业实践—职业情感”为理论框架的研究模型。在此基础上，提出了虚拟仿真实训基地的六个一级建设要素和十二个二级建设要素，并据此提出了相应的建设路径。

［关键词］虚拟仿真；实训基地建设；深度学习理论；模型构建

［作者简介］高春瑾（1989- ），女，黑龙江大庆人，广州民航职业技术学院飞机维修工程学院，副教授，硕士。（广东  广州  510403）艾冬生（1977- ），男，河南驻马店人，广州商学院体育学院，副教授，硕士。（广东  广州  511363）孔磊（1981- ），男，山东曲阜人，广州民航职业技术学院飞机维修工程学院，副教授，硕士。（广东  广州  510403）

［基金项目］本文系2022年教育部高等学校科学研究发展中心“虚拟仿真技术在职业教育教学中的创新应用”专项课题“国家级虚拟仿真实训中心飞机机电设备维修专业指向深度学习的教学设计与效果评价研究”的阶段性研究成果。（项目编号：ZJXF2022025）

［中图分类号］G717    ［文献标识码］A    ［文章编号］1004-3985（2024）22-0058-08

一、当前职业院校虚拟仿真实训基地建设存在的问题

2020年10月，教育部职业教育与成人教育司印发《关于开展职业教育示范性虚拟仿真实训基地建设工作的通知》，明确要求推进虚拟仿真实训基地建设，改革传统教学方法，促进人才培养模式创新，有效应对职业教育实训中“三高三难”问题。截至2022年底的调查数据显示，我国职业院校每个专业平均拥有13.69间虚拟仿真实训室［1］。国家智慧教育平台“虚拟仿真实训中心”收录了778项虚拟实训软件及779项3D仿真模型，涉及装备制造、土木建筑、电子信息、交通运输等17个专业大类［2］。这些数据反映了我国在虚拟仿真实训基础设施建设方面的大力支持，表明国内虚拟仿真实训基地的基础设施建设已初步取得成效。

然而，教师们在实施虚拟仿真实训教学时发现，高职院校的学生往往将其长期依赖的、以机械记忆为主的浅层学习方式带入虚拟学习环境中［3］。有学者在对国内虚拟仿真实训基地建设情况的调查中发现，技术仿真与课程教学融合不足、虚拟实训项目提供的实际实践水平不足等问题［4］。此外，教学过程中教师虽尝试采用混合式教学、翻转课堂等新教学模式以提升教学效果，但大多数情况却是形式大于实质。究其原因，主要是课程设计不够贴近实际职业情境［5］、教师教学侧重技能演示和操作训练［6］、教学缺乏全面性的评价和反馈机制［7］等。综上所述，我国虚拟仿真实训基地建设尚缺乏一种站在学习者视角、以全面促进学习者职业能力发展为目标的系统性设计架构。

为改善高职院校学生在虚拟仿真实训学习中出现的浅层次学习问题，本研究以深度学习理论为指导，着眼于提升学习者的职业能力，探索职业院校虚拟仿真实训基地建设要素和优化路径，并构建了虚拟仿真实训基地建设的深度学习模型，为职业院校虚拟仿真实训基地（下文简称“基地”）建设提供新思路和方法。

二、深度学习理论的内涵阐释与文献综述

深度学习的概念最早始于Marton和Säljö［8］在1976年开展的一项旨在探究学生在阅读大量散文段落时所表现出的信息处理水平的实验。研究发现，学生的信息处理水平取决于其采用的学习策略，即浅层学习或深层学习。浅层学习的学生专注于可能会被提问的段落，并尝试通过机械记忆复述文章内容，而深层学习的学生则通过关联新旧知识进行深度思考来理解文章的主旨。换言之，深度学习强调学习过程中的有意义知识建构，而非机械式的重复记忆。1987年，Biggs［9］在989名11岁的学生和997名14岁的学生中开展关于学习行为模型的研究，使用调查量表探究学生学习过程中出现深度学习和浅层学习的各种影响因素。研究发现，除了前置性学习经验、元认知等认知因素外，学生的学习兴趣和学习动机等情感因素也对深度学习有显著影响。2008年，Jensen和Nickelsen［10］根据多年的教学实践设计了“深度学习路线”（Deep Learning Circle，DELC），用于指导教师如何引导学习者进行深度学习的全过程。该路线包括标准和内容规划、预评估、营造积极的学习文化、预备与激活先前知识、获取新知识、深度加工知识、评价学习七个环节。美国国家研究理事会［11］（National Research Council，NRC）在2012年重新将深度学习定义为“学习者将在某一情境下所学到的知识和技能应用于新情境中的过程（即知识的迁移应用）”，以认知、人际关系和个人发展三个领域为框架。其中，认知领域包括掌握核心学术内容和批判性思维解决复杂问题；人际关系领域包括协同工作和有效沟通；个人发展领域包括学会学习和发展学术思维。2014年美国威廉和弗洛拉·休利特基金会［12］（The William & Flora Hewlett Foundation）发起了一项深度学习研究项目（Study of Deeper Learning，SDL）。该项目以19所高中为实验对象实践3年深度学习改革，结果显示，与11所没有实行深度学习项目的学校相比，参与深度学习项目的学习者在学业成绩、自我效能感、团队协作能力等方面均表现出更高水平。

我国对深度学习的研究起始于何玲和黎加厚［13］在2005年发表的《促进学生深度学习》一文。他们指出，深度学习不限于理解新思想和事实，而是学习者能够批判性地将其整合到现有认知结构中，在多种思想之间建立联系，并将已有知识迁移到新情境中并解决问题或做出决策。随着时代的发展，深度学习的内涵也在不断发展。钟启泉［14］认为深度学习是学习者积极参与、体验成功并获得发展的有意义的学习过程，强调“对话指导”和“反思指导”是支撑深度学习的关键支柱。穆肃［15］从在线学习的角度，梳理了国内外文献中深度学习概念的演变脉络，建构了由情感、行为和认知三个维度构成的在线深层次学习表征框架。在认知层面，深度学习是一种基于理解、追求知识迁移应用、促进高阶思维发展的学习；在行为层面，它是一种主动参与、采用高级学习策略的学习；在情感层面，它是享受学习过程、保持持久的学习兴趣且有意义感的学习。王胜兰［16］采用元分析方法从国内外62篇实验或准实验研究文献中发现，不同的教学策略对学生深度学习的提升存在较大差异，其中同伴反馈、项目教学、情境教学和案例教学的作用最为明显。刘哲宇［17］通过对比实验揭示：与无反思相比，反思行为的出现能唤醒积极的学业情绪，但反思并未明显提升理解水平；与描述性反思相比，批判性反思使学习者投入更多的认知加工资源，对相关认知负荷有重要的调节作用，能最大限度地激发知识的外部拓展与迁移。

三、职业院校虚拟仿真实训基地深度学习模型构建

本文借鉴穆肃提出的“认知—行为—情感”的深度学习理论三维框架，结合职业教育类型教育特征的相关研究，将职业教育的深度学习引申为“职业认知—职业实践—职业情感”三个维度，并进一步对三个维度的内涵进行详细阐述。在职业认知维度上，深度学习强调学习者对相关职业领域的专业知识和技能进行深入理解和应用，重视解决实际问题的能力和验证方法；在职业实践维度上，深度学习指学习者积极主动地应对各种职业情境，勇于面对职业场景中的挑战和困难；在职业情感维度上，深度学习要求学习者保持对所从事职业的持续兴趣和积极态度，内化并践行职业价值观。

与普通高等教育相比，职业教育领域的深度学习更强调学习完整的工作知识体系和职业实践的体验，倡导学生深度参与课堂和解决实际问题，将学到的知识转化为解决实际工作情境中问题的思路与方法［18］。将深度学习理论用于指导职业教育虚拟仿真实训基地建设，有助于在认知、行为、情感等方面促进学习者的深度学习。虚拟仿真技术在职业知识的程序性、规则性、有效性、可靠性、整合性以及跨界性［19］方面，可以为学生提供前置性的职业体验。这种全面的学习方式也是学习者迈向深度学习的重要途径。因此，基于深度学习理论的职业教育虚拟仿真实训基地建设，有望改善当前学生的浅层次学习问题，进而提升虚拟仿真实训的教学效果。基于职业教育深度学习“职业认知—职业实践—职业情感”三维框架，本文构建了虚拟仿真实训基地建设的深度学习模型（如图1所示）。

（一）职业认知的建设要素与路径

1.职业认知的建设要素。在职业认知逐步提升的过程中，深度学习表现为从“边缘参与者”的新手阶段逐步发展为“实践共同体核心成员”的专家阶段［20］。专家与新手之间的本质区别在于，专家通过与学习环境的互动，运用自我监测、自我反思以及自我调节等元认知能力，有目标地提升自身职业能力水平。换言之，从新手到专家的发展过程不仅是技能认知的提升过程，也是元认知能力的提升过程。基于此，将职业认知分为技能认知和职业元认知两个建设要素。

在技能认知方面，根据马扎诺教育目标分类学中“记忆、理解、分析、应用”的四个思维层次，学习思维的发展从简单的知识记忆开始，逐步深入到更高层次的知识理解和问题分析，最终达到将知识应用于解决实际问题的阶段。为此，基地需要提供技能层次逐渐提升、与不同学习层次相适配的课程设计和评价标准。课程设计指的是根据具体的教学目标和教学要求，系统规划和设计教学内容、教学方法以及教学资源的过程。评价标准则是用于衡量课程教学效果的标准。

在职业元认知方面，基地应提供具有明确目标指引的学习地图和有效的反思引导。反思策略能促进学习者元认知能力的提升［21］。它要求学习者对自己的学习过程、方法和结果进行审视和评价。学习者对内在认知的反思并非一个自然而然的过程，而是需要通过适当的思维工具和专门针对反思技能的引导训练来学习。学习地图作为一种可视化工具，用于展示学习路径、学习内容和学习资源［22］，有助于学生清晰地了解学习目标、学习进度和学习资源。

2.职业认知的建设路径。第一，课程设计应以解决问题为导向。职业教育强调学生对实际问题的分析、解决和验证，因此虚拟仿真实训课程的设计应以解决问题为中心。目前，解决问题为导向的课程设计通常采用“任务驱动”和“问题驱动”两种模式。任务驱动的课程设计以实际任务为核心，将学习内容和实训任务分解为多个任务节点，每个节点都与特定的子任务相关联。学生逐步完成这些任务节点以积累解决问题的经验和技能，最终达成整体解决问题的目标。然而，任务驱动设计有时过于专注于任务本身，可能忽略对问题本质的深入思考和探讨，导致学生只是完成任务而未真正理解问题的实质。相比之下，问题驱动的课程设计首先会对问题进行整体分析与拆解，引导学生逐一解决各个子问题。问题驱动式课程设计则更强调培养学生解决问题的能力，要求他们深入思考问题的本质和解决方法。两种模式各有利弊，如结合在一起，即学生在完成任务的过程中实践，在解决问题的过程中思考，有助于弥补各自的不足，既能积累实践经验，又能提升认知水平。

第二，注重“多元多维”的评价标准体系建设。当前院校的教学内容普遍滞后于产业发展，因此，职业院校必须与社会力量形成紧密的人才培养共同体和教学学术共同体，持续为社会培养高素质人才。为此，一方面，基地应积极贯彻校企合作和产教融合政策，建立校企“双导师”制度，将优秀企业人员引入基地作为教学评价主体。另一方面，基地应合理借鉴相关行业标准，积极推进职业资格证书和国际互认标准的对接，使基地的人才培养评价标准与企业的用人标准相匹配。近年来一些院校已经将智能平台纳入评价体系。例如，浙江金融职业学院通过整合线上和线下学习系统数据，利用智能技术分析学生的学习行为数据，并建立学生职业能力成长模型，以推动个性化学习发展。在评价维度方面，应全面评估学生在职业认知、实践和情感三个维度的深度学习成果。在职业认知方面，评估学生对专业技能的理解、应用、分析等深层次认知水平。在职业实践方面，评估学生解决问题、团队合作等能力。在职业情感维度，评估学生对专业的投入程度、学习动机和职业认同感等。在这种“校、企、智”多元主体，“知、行、意”多维内容的评价体系下，学生可以从不同视角认识职业，形成更全面、深入的职业认知。

第三，通过学习地图构建技能进阶发展路径。学生通过学习地图可以清晰地了解课程结构、课程内容和训练任务之间的关系，帮助学生更好地规划学习路径。设计学习地图包括几个重要步骤：首先，基地将典型工作任务按照职业能力水平进行分类和排序；其次，将多样化的学习资源融入不同职业能力等级的训练任务；最后，形成以“能力等级—任务或问题—学习目标—学习内容”为层级的可视化学习地图。学生通过可视化学习地图，清晰地了解自己当前的职业技能水平，以及达到下一个技能等级所需完成的任务。此外，基地还应提供丰富的虚拟实训资源，使学生能够自主选择符合个人需求的任务，制订个性化的技能提升计划。在学习地图的指导下，学生可以从基础任务开始，在实践中提升技能水平，并逐步解锁更高级别的虚拟任务。随着完成任务数量的增加，学生的技能将逐渐提升，学习的动机和成就感也将被极大地激发。