职业院校虚拟仿真学习资源的建设与思考

【摘 要】現代职业教育强调学习活动的情境化与个性化，通过对高职粮食工程专业核心技能的分析，遵循基本原则与步骤，利用Sketch Up进行三维建型，利用Unity 3D平台进行仿真开发，创建粮库典型业务流程虚拟场景和典型操作交互功能，从漫游、仿真、考核、管理等方面构建由简到繁、从单一技能到复合技能的沉浸式粮库虚拟仿真学习资源系统。在提高课堂学习互动性、促进学生自主学习和为粮食行业提供更好服务的同时，有效改变了教与学的关系，有助于新型师生关系和良好课堂教学生态的形成。

【关键词】高职院校;虚拟仿真学习资源;粮食工程专业

【中图分类号】G712  【文献标志码】A  【文章编号】1005-6009（2019）84-0070-03

【作者简介】白桂彩，江苏联合职业技术学院连云港工贸分院（江苏连云港，222061）教师，正高级讲师，主要研究方向为职业院校信息化教学与管理。

2013年教育部启动了国家级虚拟仿真教学中心建设工程，2017年《国家教育事业发展“十三五”规划》提出推进建设网络公共资源服务平台，中共中央办公厅、国务院办公厅印发的《加快推进教育现代化实施方案（2018—2022年）》进一步提出促进信息技术与教育教学深度融合。在诸多政策引领下，在高职院校全面推进虚拟仿真学习资源建设已成为建设智慧学习环境的重要任务。

当前，我国高职粮食工程专业教学多采用PPT配合板书的形式，对专业设备的结构及运动原理通过图片或动画进行演示，学生不能自主、全方位地观察设备结构与运动，课堂互动性差。技能的形成主要依靠入库实习训练，但由于粮食保管的特殊性，粮库80%的时间都处于密封保管期，学生无法随时现场观察粮库内部设备与实践技能，尤其是粮库熏蒸作业，有害的磷化氢气体使实训操作基本无法组织，学生不能真实进行各种典型操作，实习教学效果不佳。而虚拟仿真学习资源的应用有利于提高课堂的互动性。将虚拟仿真学习资源引入教学后，教师在讲解设备结构、操作原理、实训过程、安全生产等知识时有了系统的模拟演示平台。教学中教师实时演示粮库的虚拟操作，展示设备三维结构;学生即时虚拟操作、互动讨论，全面了解设备的结构及粮库操作流程，增加了学习的互动性，改善了传统教学中存在的讲练脱节问题，从而有效提升了高职人才培养的效果。同时，粮库虚拟仿真学习系统也可应用于行业员工岗位的技能培训工作，为现代数字化粮库的管理输送更多操作能力强的专业人才，具有广阔的应用市场。

一、虚拟仿真学习资源建设的影响因素

现代职业教育强调学习活动的情境化与个性化。学习是以资源为载体，以服务为支撑，满足学生认知建构与知识创造的过程。高职粮食工程专业教学应以生为本，围绕专业核心技能，通过对真实工作流程的虚拟呈现，将复杂知识技能转换为实际技能，使学生在虚拟情境中了解工作场景、熟悉操作流程、规范岗位操作、培养职业意识，促进了粮食工程专业核心技能的形成。这种有效学习的发生，主要取决于对学习过程中学习者偏好的把握以及合理向学习者提供学习资源两个方面。

（一）学习者学习偏好对资源构建的影响

高职教育应关注学生这一学习主体，关注其学习需求和兴趣偏好，通过识别、学习、更新与量化，最终归纳出学生的学习偏好，为资源开发与定向推送提供依据。这一过程一般通过对学生的偏好数据抽取、偏好数据量化与偏好数据更新等来完成。在虚拟仿真学习资源的开发中，我们采用基于关键词、矢量空间以及本体和多级学习者模型的常用技术，注重评分矩阵技术的采用，实现对资源的个性化推送。

（二）技术的合理使用对资源构建的影响

学习资源是课堂中学生互动、交流、协作的基础与介质，资源与学习需求的适当匹配是实现高效课堂的根本。资源的序化方法很多，可按学习主题分类序化、按知识点语义关联序化、按学习进度序化等，然后再从提高学习效率出发进行资源聚类。比如，可采用个性化推荐技术实现相似学生兴趣资源的聚类，从而实现向相邻学生推荐相似资源的目的。但要实现持续的资源服务，关键是对学习资源的不断开发。

构建高职粮食工程专业虚拟仿真学习资源系统时，应遵循先进实用、高度集成、稳定可靠等基本原则;应选择成熟平台，支持国际标准，符合技术最新发展潮流;应既易于安装使用又便于工程连接，预留新功能扩充接口，形成一体化协作的整体，能长期稳定工作。

二、虚拟仿真学习资源的构建

（一）虚拟仿真学习资源的建设思路

围绕粮食工程专业的核心技能，从漫游、仿真、考核、管理等方面构建沉浸式的粮库虚拟仿真学习资源系统。学生在虚拟岗位通过信息的选择、加工、处理和存储，以及与人协作、沟通和交流等，开展自主学习，最终完成知识与技能的建构，从而提升专业核心技能。虚拟仿真学习资源模型注重考虑粮库基础环境因素、内外部因素、设施设备因素，围绕粮库业务核心技能展开（如下页图1所示）。

依据粮食工程专业核心技能要求，构建由简到繁、从单一技能到复合技能的四项建设内容。

1.漫游模块：构建粮库虚拟实景，让学生在虚拟环境中学习粮库知识。进入指定区域即触发学习卡和语音弹出，介绍相应设施的名称、规格与功能。漫游模块中设置安全巡视、粮情巡视等项目，让学生自主进行体验式学习。虚拟仿真技术让使用者有身临其境的感受，从而对粮库现场设施设备、现场安全生产等形成总体认识。

2.仿真模块：主要是粮食运输与出入库作业、粮情检查、粮情控制与处理、粮食储藏综合技术、粮食卫生指标检验等内容。系统提供操作模拟演示、虚拟操作环境和互动平台，通过交互式虚拟仿真练习，学生在虚拟环境中巩固正确操作、纠正错误动作，掌握粮库各岗位工作流程和操作技能。

3.考核模块：通过设置粮库运行参数，虚拟相应的操作结果，形成模拟运行。也可与粮库远程联网，显示真实的运行数据，供学生针对储粮中的问题制订解决方案并反复操作。系统可对每个操作自动评分，形成完整的岗位技能考核评价体系。

4.管理模块：系统对学生的信息、操作过程、考核结果进行记录、自动保存并实时反馈。

（二）虚拟仿真学习资源的构建过程

1.系统建模与开发平台的选择。虚拟仿真系统开发中充分考虑粮库管理业务的实际特点以及系统设定功能的需求，选择恰当的建模工具及合适的虚拟仿真开发平台。选用Sketch Up作为建模软件，主要是考虑到粮库典型业务涉及的三维模型有粮食输送机械、烘干塔及各种阀门和泵等，模型工作量大，设备多为规则形体。该软件基础模型操作工具丰富，独特的推拉工具、路径跟随工具等很适合创建粮库设备中的管路和塔类设备。同时，Sketch Up方便管理模型外部与内部结构的群组关系，通过简单设置即可导出模型文件，便于在引擎中编辑使用。虚拟仿真平台则采用Unity 3D软件，这主要是基于粮库常规管理涉及设备多、封闭管路系统复杂的现状。Unity 3D便于为设备和管路添加合适的碰撞器，还支持自编Unity编辑器：既能编译后立即进行运行测试，又能在运行过程中实时编辑，查看效果。Unity  3D支持多平台发布，用户多，生态圈良好，比较适合作为粮库虚拟仿真学习资源系统开发的平台。

2.虚拟仿真学习资源的开发流程。首先对设备和管路进行处理。通过对粮库业务详细信息、各专用设备选型及结构的调研，了解典型业务流程，形成相关资料。对照粮库实地修正资料，结合DCS控制流程图，利用Sketch Up完成典型业务和场景的建模工作。其次，针对初步优化后的三维模型实施场景编辑，创建粮库工作流程虚拟场景。将模型文件导入Unity 3D，给模型添加合适的材质贴图、着色器、场景灯光等，添加场景地形，创建虚拟粮库操作场景。再次，开发虚拟粮库典型操作中的交互功能。现场了解数字粮库在运行中的技术规范以及日常检测中形成的各类实际数据，并围绕这些数据类型，使用Unity 3D控制器组件开发虚拟交互功能，模拟出粮库运行中的生产操作、相关安全生产规范与考核、典型事故以及粮库整体结构漫游等场景。最后，以PC版或移动版发布，进行运行测试，及时修复完善。