职业教育虚拟仿真教学资源开发研究

［摘           要］  新时期下，职业教育应充分发挥数字化技术优势，与专业教学需求相结合，深入挖掘虚拟仿真教学资源，从而有效解决实验实训设施不足、设备落后以及实验实训安全性不强等问题。通过现实教学课程与虚拟仿真教学资源相结合，有助于推动职业教育教学质量及效率的整体提升，为社会培养高精尖人才。将虚拟仿真教学软件应用到教学平台中，成立虚拟仿真教学资源研究中心，并进行大量实证及调试，可以实现校企合作，为技术推广提供基础。通过构建“三位一体”的协同模式，使职业院校、企业以及平台共同参与到研发中。虚拟仿真教学资源能够推动职业院校教育模式的整体创新，同时也是职业教育未来发展的主要方向，能够创造更高的经济效益及社会效益。

［关    键   词］  职业教育；虚拟仿真技术；教学资源开发

［中图分类号］  G710                   ［文献标志码］  A                   ［文章编号］  2096-0603（2023）09-0135-04

将现代教育思想作为根据，以现代教学技术作为基础，与专业教学需求相结合，开发虚拟仿真教学资源，能够使职业教育过程中实验实训设施不足、设备落后以及实验实训安全性不强等问题得到有效解决。职业院校开展综合技能创新教学过程中，通常存在个别科目不具备实验条件或者无法进行实验的教学内容，诸如高电压设备倒闸或者巡视、大电流运行环境实训、铁路接触网运维保养及调试等，学生无法投入教学实验中。另外，个别科目需要较高的实训成本、存在安全风险或者存在不可逆因素等。通过虚拟仿真实训系统构建真实的作业场景，利用虚拟仿真技术创造全新教学模式，克服教学过程中存在的各种困难，帮助学生积累更多的实践经验，从根本上提升学生的专业能力，培养更多高层次技术型人才。

一、虚拟仿真教学的内涵

现代信息化教育模式及实验教学示范中心的建设均离不开虚拟仿真教学，这也是教育信息化的主要路径。随着人工智能、学习分析、虚拟现实以及增强现实等教育技术的广泛应用，教学融合信息技术成为当前的虚拟仿真技术，其最大优势便是能够完成现实中无法完成的工作，在技术的支持下为学生创造更加广阔的学习空间，将体验式学习与虚拟实验结合在一起，形成新的教学模式，这也是当前国内外教学工作者热议的焦点话题。

虚拟仿真教学本质上就是在教学过程中依托虚拟实验技术，为学生呈现真实的教学情景，学生在人机交互界面作用下产生身临其境的学习体验，通过丰富的知识库系统回顾整个学习过程，挖掘其中的相关数据，同时可以获得不同的反馈意见，从而形成个性化知识系统，使学生获得全新的学习体验和成就感。

二、虚拟仿真教学资源的特点及其应用

（一）虚拟仿真教学资源的特点

虚拟仿真技术同时涉及虚拟现实技术和仿真模拟技术两个层面。其中虚拟现实技术通常指的是利用计算机创造特殊环境，人在特殊设备支持下置身于这种环境，不仅可以控制环境本身，还可以进行各种操作，完成作业目标。仿真模拟技术指的是利用各种专业设备及模型，在不同场地及环境中模仿现实中的作业场景、流程标准以及技术要点等，实现科学研究、考核评估、工业设计、教学实训以及模拟加工等技术教学。在职业教育中应用虚拟仿真技术能够有效提升学生的想象力，兼具沉浸性及交互性优势，让学生感受到物理真实感、行为真实感以及环境真实感，从而沉浸在虚拟环境中进行问题处理，获得更理想的处理效果。同时，学生在这种环境中可以对其中的变化因素进行控制，探索事物发展规律，了解自身行为可能引发的后果，帮助学生形成归纳式学习，在不断练习及学习中实现学以致用。

（二）虚拟仿真教学资源的作用及应用方式

1.解决职教领域存在的实践教学困境

职业教育主要是为生产、管理、建设及服务等各行各业培养高素质、技术型精英人才，因此，学生应具备足够的实践操作经验[1]。基于此，要求职业院校具备开设专业所需的实训、培训基地，让学生在进入工作岗位前熟悉操作流程，了解工作内容和设备，但实际上受到资金、企业、技术、时间、空间等方面的限制，学校无法为学生提供真实的练习环境，使职业教育过程中面临以下困难：（1）由于资金短缺，无法弥补设备缺失的不足，更无法为所有学生提供充足的实操机会，导致学生缺乏实践经验，出现“教育机会不平等”的情况。（2）个别科目的教学设备需要投入大量资金，或者工艺精密，诸如五轴联动生产设备或者SMT设备等，存在“看不透、摸不得以及进不去”的特征。（3）个别专业具有一定的风险性或者污染性，无法进行实训，诸如污水处理或者化工专业等。（4）部分专业开展实训需要消耗大量资源及资金，诸如焊接以及数控加工等。不仅对实训质量造成影响，还降低教学效益。如果采用虚拟仿真技术创造实训场景，此类问题将迎刃而解。

2.主要应用方式

（1）漫游功能

漫游功能所涉及的教学内容一般包括认识现场环境、现场设备以及了解安全生产要求等。需要实现以下教学效果：能够充分认识作业环境，处理实习过程中遇到的专业问题，同时可以详细了解现场设备和基础设施。诸如学生利用专业实习软件中的箭头键，对车间内生产设备、零部件等进行观摩学习，从而提升对设备的掌握水平，并且可以完成其他设备类型的观察与学习。

（2）演示功能

演示功能主要涉及的内容包括操作流程、操作失误结果、操作方法以及偶然性事件等。比如演示操作失误结果时，能够发挥明显的刺激作用，加深学生的学习记忆。通过演示功能需要实现以下教学效果：让学生熟练掌握操作流程，明确操作过程中的逻辑关系，使学生了解安全操作及安全生产的重要性，强化操作失误结果在学生记忆中的印象。比如，为学生演示三维动画，能够深刻认识贴片机的物理拆解原理。

（3）互动功能

虚拟仿真实训中应用最广泛、最关键的一环便是虚拟仿真实训的互动功能，能够让学生在操作及学习过程中掌握相应的操作规范，以满足实际操作需求。互动功能涉及的教学内容主要包括：通过多媒体技术呈现真实的教学内容；在计算机设备支持下完成预期的操作练习等[2]。互动功能需要完成的教学目标主要包括：为学生展示生动的教学内容，使其能够加深课堂印象，强化记忆，再现教学设计中的“实训点”达到教学目标。比如，在三相异步电动机仿真实训软件支持下，学生能够利用鼠标逐步针对三相异步电动机进行拆解练习。

（4）考核功能

学生学习成果及能力可以通过仿真实训考核进行检验，体现关键技能点，可以调动学生的学习兴趣，并且具有明确的公平性、方向性、趣味性以及诱导性。对仿真实训考核系统进行评估的标准同时包含选题的随机性、题库的丰富性、考核内容和关键技能是否对应、考核方式是否具备灵活、科学以及合理性、是否能够充分体现考核功能的核心价值。

（5）综合功能

现实中，针对大规模的虚拟仿真实训来讲，其所发挥的作用较多，尤其是多种功能相结合[3]。比如，针对维修电工开展的仿真实训考核机制，同时包含仿真实训及仿真考核两个部分。仿真考核系统的运行模式为客户机服务器模式（C/S），仅需要连接局域网便能够完成三维全交互无纸化考核，考核任务主要涉及考核要求、故障检修、器件选择、通电运行、线路排查、器件检查和布局以及电气连接等，教师选题时可以利用数据库资源，与此同时，系统兼具登录、成绩总结、操作、自动打分、计时以及提交等功能。仿真实训与考核系统存在一定的相似之处，即均利用网络环境运行，采取B/S模式，主要任务包括实训目标、故障检修、实训器材、模拟操作、典型电路、线路排查、运行原理以及电路连接等，能够在学生实施技能训练过程中提供引导。使用过程中，学生可以先通过仿真实训软件接受仿真实训，待熟悉后便可接受考核。

三、虚拟仿真教学资源开发需注意的事项

（一）虚拟教学资源建设要与课程内容对接

开发虚拟仿真教学资源应有一定的针对性，避免冲动购置，需要与教学需求相结合，考虑教学内容，以满足学生的学习要求。虚拟教学资源建设过程中，可以进行合理规划，厘清资源规模、交互方式及涉及的知识点等。针对理论课程或者理实一体课程来讲，应着重构建中小规模的资源包；从实践课程层面出发，需要重视虚拟实训系统构建，强化学生的综合实践能力。另外，构建虚拟教学资源过程中，需要充分考虑精品资源共享课程，推动精品课程共享化及网络化。

（二）虚拟仿真教学资源建设要与传统教学资源对接

在虚拟教学资源进行研发过程中，应该和传统教学资源进行衔接，诸如文本教材、教学视频、图片以及动画等，需要在规划过程中明确应用传统资源的教学内容，确定应用虚拟教学资源的内容，在发挥两种资源优势的前提下形成互补。

（三）虚拟教学资源应该尽量仿真并体现真实工作环境

排除解释原理的教学资源以外，其他类型虚拟仿真教学资源应该保证仿真，诸如操作类或者实体认知类，无论颜色、质感以及操作界面，均应与真实设备保持一致，为学生由虚拟教学资源向真实设备转移[4]。尤其对大规模实训类虚拟教学资源来讲，同时需要考虑场地规划及情景布局等，尽量模拟真实的操作场景。

（四）虚拟教学资源建设应考虑二次开发问题

随着技术更新、设备更替或者项目课程的改革，教学内容和能力培养目标都会发生一定的变化。因此，在规划和建设虚拟教学资源时，尤其是在确定每个虚拟教学资源的模块大小和接口时，应该考虑课程的动态变化，提高资源的可重用性，并尽量具备二次开发能力。

（五）虚拟教学资源开发过程中要不断测试和调整设计方案

由于虚拟教学资源开发工作量大，投资大，开发时间长，因此在起步阶段不能求大求全、全面展开，可以先从某门课程、某个关键能力、某个实训设备出发，由点带面，逐步展开。开发过程中不断对已完成的工作进行测试，及时找出问题并修改，可根据开发和测试过程中遇到的问题调整原规划设计方案。

四、开发虚拟仿真教学资源的建议

（一）选准有价值的资源建设项目

因为虚拟仿真资源可能造成人力资源浪费及资金过度消耗，加之可能因此提高工作的复杂性，因此应该慎重选择。首先，可以将传统教学无法提升教学效率或不能实现的教学领域作为首选，诸如上述所讲的内容。其次，开发前期需要论证，保证开发或者购置软件的必要性[5]。职业教师应在前期准备阶段进行调研，由多家软件开发公司着手，筛选条件合适的对象，之后通过集体论证，敲定最终的目标。集体论证时，可将专业教师、校领导、行业专家以及软件工程师作为主要群体，从不同视角出发考虑软件在教学中的作用。大量实践经验表明，即使教师认为一些软件能够对教学产生作用，但行业专家往往持反对意见，对于存在瑕疵而不影响使用的软件，可以暂时应用，或者与开发商商议进行优化之后应用。

（二）探索高效的资源建设模式

1.开辟立体建设渠道

从学校层面来讲，可通过外购、自主研发以及合作开发相结合的方式[6]。外购需要考虑目标软件是否在同类院校得到广泛应用，并且得到专业教师的认可，是否能够提升教学效果，特别是能够弥补不足的高端软件，均可通过外购的方式实现；自主研发需要根据技术难易程度及程序复杂性，了解专业教师的具体需求，可以为教学设计提供一定的参考，同时学校本身具备优秀的软件开发团队；合作开发则应该将需求量大但缺乏成熟产品的软件作为目标，教师具有明确要求，可以保证教学设计科学、合理，专业软件开发商及团队能够提供技术支持，可以确保软件的专业性等。学校需要积极寻找能够吸引专业团队及企业加入的合作模式，协同促进学校师资力量的壮大与发展，加大人才培养力度，提升软件开发水平。