基于沉浸式虚拟仿真的物流专业创新人才培养研究

张园园 孙兆统 余沛东 周恒胜

摘  要：2018年教育部发布的《教育信息化2.0行动计划》明确指出：“加强职业院校、高等学校虚拟仿真实训教学环境建设，服务信息化教学需要[1]。”文章针对物流专业学生在专业技术的学习中被动接受的情况，尝试使用沉浸式虚拟仿真实验教学培养专业型、技能型人才，探索传统教学与虚拟仿真教学深度融合的教学新模式，培养学生的创新能力，为实现高等教育改革、创新人才培养模式提供坚实的基础。

关键词：虚拟现实;增强现实;物流教学;创新人才培养

中图分类号：G642    文献标识码：A

Abstract： In 2018， “Education informatization 2.0 action plan”which is issued by Ministry of Education of the People's Republic of China indicated：“strengthen the construction of virtual simulation training teaching environment in vocational colleges and universities to satisfy the needs of informatization teaching”. Base on the fact that students in logistics science are sometimes passively obtaining the expertise in their majors， this study attempts to use the immersion virtual simulation experiment teaching to cultivate professional and skilled talents， and explores a new teaching model by integrating the traditional teaching and the virtual simulation teaching. It is intended to cultivate the innovation ability of the students and to provide a solid foundation for the realization of higher education reform and innovative talent training mode.

Key words： virtual reality; augmented reality; logistics teaching; cultivation of creative personnel

0  引  言

隨着物联网、人工智能、大数据技术的快速发展以及虚拟仿真技术的日趋成熟，高等教育已慢慢孕育出新的教学模式。物流学科实践性、应用性较强，本身又属于交叉边缘新兴学科，强调综合技能的整合和重组，而计算机仿真技术可控性较强，可视化、不受场地限制且成本比较低，故其在物流中的应用有非常真实的现场体验度，可大大提高学生的动手能力和案例分析能力。目前全国各高校物流工程教学所使用的虚拟仿真软件主要有：Flexism、RaLC、Supply Chain Guru、Witness（SDX）、SIMAnima-tion、Automod、ShowFlow、Arena、Classwarehouse和SimLab。但这些虚拟仿真软件并不具有精确性较高的建模功能，也不能通过多元非线性参数建立三维实体参数化建模。此外，在教育部积极推进新工科建设的基础上，结合5G战略、物联网、人工智能、大数据、VR等技术的融合应用，以培养创新型、应用型、复合型的综合物流人才为目标，以虚拟仿真技术为手段，建立课堂教学与实际应用相结合的课程体系，培养物流专业创新人才，是物流工程专业一条值得持续探索和实验的方向。

另外，教育部在2013～2015年启动了国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作，得到了社会各界的积极响应和支持，现已遴选出300个国家级虚拟仿真实验教学中心，分别发布在26个省市自治区，其中理工类211个，农林医药类53个，人文社科类36个[1]。近年来，为深入推进信息技术与高等教育实验教学的深度融合，推动高校积极探索线上线下相结合的教学方式，根据《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》和《2017年教育信息化工作要点》等相关内容，教育部2017年印发了《关于2017-2020年开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知》，统筹规划到2020年认定1 000项左右示范性虚拟仿真实验教学项目[1]，国内高校掀起了一股积极开发应用虚拟仿真教学项目的新风潮。

1  沉浸式虚拟仿真技术的教学优势

虚拟仿真是用一个虚拟的系统模仿另一个现实世界的操作技术，将沉浸式虚拟仿真技术应用于实验教学，能够使实验者产生身临其境的感受和体验。通过探索传统教学和虚拟仿真教学深度融合的教学新模式，可以为实现高校实验教学改革，创新人才培养提供新思路。其在教学上的优势可以总结为如下四点。

1.1  紧贴5G技术，具备创新可能

随着5G的加速到来，物流行业将全面进入科技化时代，持续向智慧化、绿色化、数字化方向发展，物流网络进一步优化，跃上新台阶，迎来新变化。当前大多虚拟仿真课件更多是从内容上仿真，不具备网络化、物联网化的可能性，未来物流工程将融合更多的技术。沉浸式虚拟仿真技术在应用时应充分考虑国情，迎合即将到来的5G浪潮，条件成熟时将5G网络与物流场景产生关联。

1.2  解决教学实际困难，发挥虚拟仿真优势

能实不虚，充分发挥“虚”的好处，解决教学中的环境模拟和实际体验的痛点。物流工程的教学痛点中，包括了环境搭建、实景体验不足等众多瓶颈问题，虽然已有的三维仿真可以象征性地演示和操作，但对学生而言，在没有接触过实际物流环境之前，难以带来真正的感性认知。而这些痛点，正是沉浸式虚拟仿真技术手段的长处。

1.3  支持远程教学，利于赛事孵化

建设虚拟仿真教学平台，可以充分共享虚拟仿真的建设成果，不局限于实验室内的教学。由于此次疫情的影响，很多学科竞赛被迫采取了在线竞赛的方式。因此，虚拟仿真平台建设，需要考虑兼容远程教学，除了目前的视频在线教学外，如果能发挥沉浸式虚拟仿真的能力叠加网络化教学，那么既可以发挥沉浸式虚拟仿真固有的优势，又实现了网络化教学的架构，对于学科竞赛利大于弊。

1.4  实现数据统一，便于集中管理

建设通用型的教学内容平台，研究、归纳多个实验和教学场景需求的共性特点，设计兼容性框架结构，可实现整体的可复用，内容课件可复用，学习流程、组织管理、乃至评价手段都应可复用，通过系统进行流程化管理，构成一个开放的、易扩充的、稳定的、统一软件的系统。

2  物流专业创新人才培养的实施途径

2018年教育部在《教育信息化2.0行动计划》中明确指出：“加强职业院校、高等学校虚拟仿真实训教学环境建设，服务信息化教学需要。”为响应国家号召，本文針对物流专业学生在专业技术的学习中被动接受的情况，尝试使用沉浸式虚拟仿真实验培养专业型、技能型人才，实现理论和实践的有机结合，提高教学质量，促进学生自身发展的同时，培养学生的创新能力，使学生成为社会发展所需的人才。其实施途径归纳如下：

2.1  构建教学管理平台，打造虚拟仿真教学体系建设

通过物流工程沉浸式虚拟仿真教学管理平台建设，如图1所示，逐步打造虚拟仿真教学管控体系建设，实现包括课件内容集中管控、学习终端权限管控、教学数据采集与分析、虚拟操作考核成绩管理等主要模块。

如图2所示，教学平台目标定位为“VR+物联网+5G”的技术方向概念，构造一个面向物流工程智能化能力模型的教学、实训和创新操作平台雏形。未来将可支持远程、分布式的教学，组件式的专业课件内容积木规则，逐步形成观摩认知、专业教学、操作模拟、项目实操的学习路线图。

2.2  制作虚拟仿真课件，优化课程设计

通过虚拟仿真技术将物流冷链基础知识制作成为课件，展示并加强学生对物流文化的整体认知，实现自由探索与物流虚拟世界互动。如以普洛斯冷链物流为蓝本，进行虚拟仿真冷链物流实训，让学生掌握冷链物流实操技能、冷链物流流程、冷链物流装备、冷链物流安全等一系列的学习任务。利用VR全景视频处理技术，足不出户就可以360°沉浸式体验物流企业的工作场景，交互式地参与物流企业的工作流程，全景视频所带来的沉浸感、现场感以及交互性能够让教师和学生置身于真实的业务环境中，观察真实公司的业务流程，让学生掌握行业工作的全流程和真实场景。

2.3  利用虚拟仿真技术，构建实训环境

利用每年双十一实习的仓储视频为模型应用虚拟仿真技术，展示双十一实习仓库的布局及其具体设施，支持主要的虚拟操作功能并实时同步互动，学生可以通过触摸按钮，对某一设备（如叉车设备模型等）进行更具体的观察和认识。其所展现出的物流模型真实、细致，可加强学生对物流装备设备的整体认知，帮助学生全方位、深层次，多角度学习物流装备设备，实现自由探索与物流虚拟世界双向互动。通过沉浸式虚拟仿真技术将虚拟模型叠加到真实的环境中，展现出更加真实的物流设施设备模型，同时，利用互动操作和配音讲解全面介绍物流设施设备的使用和作业原理，极大的丰富了教学资源，使学生在玩中学、学中做。

2.4  以赛促学，重塑知识能力结构

大学生学科竞赛是学生展示自我的平台，在这个舞台上专业能力、团队精神等将得到淋漓尽致的发挥。以物流虚拟仿真设计大赛、物联网大赛、物流设计大赛等与专业密切相关的赛事为契机，促进学生全面发展，理实一体化。通过参加虚拟仿真大学生竞赛，引导学生自主学习，完成从学生到职业人的转化，引导学生通过专业相关比赛学习技能、交流经验，不断促进学生专业水平的提高，注重理论和实践相结合，培养学生的创新意识和创新能力，使学生从“模仿”到“真会”，重塑学生的知识能力结构。

3  总  结

将沉浸式虚拟仿真技术应用于物流专业人才的培养，可以节省教学成本，方便设备扩展;灵活教学，提高学生学习兴趣;规避风险，增强实训安全性。通过制作VR课件，优化课程设计;利用VR技术，构建实训环境;以赛促学，重塑知识能力构建等方式实现，以此积极探索传统教学与虚拟仿真教学深度融合的教学新模式，为实现高等教育改革、创新物流专业人才培养模式提供坚实的基础。

参考文献：

[1] 中华人民共和国教育部. 关于印发《教育信息化2.0行动计划》的通知[Z]. 2018.

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[3] 中华人民共和国教育部办公厅. 关于2017-2020年开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知[Z]. 2017.

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[6] 侯玲娟，李贵春. VR技术在物流管理专业实践教学中的应用研究[J]. 物流科技，2019，42（10）：175-177.

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