虚实融合实训教学环境的基本特征、典型结构与主要功能

□朱孝平 张梦美 李静亚 李萌 陈桂涛

实训教学环境对实训教学的效果起到关键性的作用。近年来，随着技术的发展，实训教学环境发生了很大的变化，出现了越来越多的“虚实融合”趋势，教学环境中既有“实”的部分，又有“虚”的部分，虚实两种要素有机协同，形成相对稳定的结构，相互促进，发挥其支持教学的功能。目前在职业教育领域，虚实融合实训教学环境已成为一种重要的实训教学环境类型[1]。对虚实融合教学环境的研究目前主要集中在以下几个方面：一是从学习环境的视角，对该类环境进行特征分析与理论建构[2－3]，以期解释虚实融合的作用机制；二是环境的建构，通过各种技术的运用，主动建构相应的虚实融合实训教学环境[4]；三是应用研究，主要针对活动设计开展，研究其支持教学的功能等[5－6]；四是应用的效果分析，通过一定的实证，判断虚实融合实训环境的优势以及可能存在的问题[7]。整体而言，在虚实融合教学环境的研究方面还缺乏专门针对职业院校实训环境的“类型化”研究。

本文在广泛现场调研的基础上，通过不同教学环境之间的比较，分析虚实融合实训教学环境作为一种环境类型的一般特征。通过对已存的教学环境进行细致解构，抽象提取出其典型结构。通过教学活动的连续观察，分析教学环境支持实训教学的主要功能。

一、虚实融合实训教学环境的基本特征

近十年来，我们对职业院校的实训教学环境进行了跟踪性调查，发现实训教学环境具有多样性，以支持不同类型的实训教学，实训教学环境的分类如图1所示。

图1 实训教学环境的分类

在众多的实训教学环境当中，我们尤其关注了虚实融合实训教学环境。对于虚实融合，不同的学者有不同的定义。我们结合技术发展的趋势，对虚实融合实训环境作出初步的定义[1]：为了达成实训教学目标，由实体性设备与数字化资源组成，通过传感、互联等技术将现场环境与虚拟环境有机结合在一起，能支持系列化、弹性化实训教学任务的生成，促进学生知识技能学习并整合形成职业能力与综合素质的一类教学环境。

相对于传统的实训教学环境，该环境具有以下三个方面的基本特征。

（一）技术特征：多种技术的渗透与融合

虚实融合实训环境的最大特征在于“技术性”。分析发现这类环境的创设一般是基于技术的运用，其核心基础是计算机技术，以及与计算机技术高度关联的“虚拟现实技术”“机电一体化技术”与“物联网技术”，在实际的应用当中，这些技术本身又在不断相互渗透与融合。

技术实现的一般路径是“以实引虚”。即在一定的“实”的环境基础上引入“虚物”“虚像”“虚景”以及“虚的信息”等等，从而促进“物”“像”“景”“信息”等的有机结合或融合。

正是因为这种“技术性”，虚实融合的实训环境往往由专业公司经过专门的设计，虚实融合的载体多表现为一种“器具”或是“教学平台”。虚实融合的实训环境可以通过这种技术特征进行识别，识别的标志是环境中的要素，即与计算机技术相关的技术参与，以及虚实结合或是融合的程度。

（二）结构特征：多层次的结构与丰富联接

虚实融合实训环境不是简单的“技术组合”，而是作为“教学环境”经过了专门的设计与开发，因此其结构更加丰富与完整。表现在环境要素上，既有支持操作体验的各种“器具”与“物品”，也有支持“教”的各种设备；既有支持学习者之间交流的网络空间，也提供了现场学习的职业情景以及企业文化渗透的各种标志物。

在层次上表现为，支持操作的“器具”，支持教学的“设施”，支持交流的“空间”与“平台”，支持信息流动的“网络”（物联与互联），以及作为文化心理层面的职业情景以及文化渗透。这种层次性与传统的实训环境之间存在重要区别，它不仅仅支持技能的习得，更表现在支持职业情景下的全面学习。

在要素与要素之间，层次与层次之间，虚实融合的实训环境内部存在多种联接，有物理性的联接，即“器具”当中软、硬件之间的各种接口，器具之间的联接，即通过传感技术、互联网以及物联技术的各种联接。除此之外，还有作为环境氛围的各种人际间的联接。多层次的结构与丰富的联接在理论上使虚实融合环境“内部相洽”，同时又对“外部开放”。

（三）功能特征：全面支持学习者的“学习产出”

结构决定功能。虚实融合实训环境因为其较完备的结构，因而潜在地具有对教学的多向支持功能。从大的方面看，既可以支持问题解决，也可以支持非正式学习，打破时空限制，实现自主学习等；从具体的学习产出角度看，学习者通过与环境中的“器具”互动获得“知识与技能”，在相对真实任务的完成过程中获得能力，在职业情景下获得情感发展，同时提升相应的素养。

与一般的教学环境相比对，虚实融合实训环境充分方便了学习者与资源之间的互动。即在环境的支持下，师生协同，生成虚实融合的教学任务，学习者依据任务与环境展开互动，产生体验性学习，最后虚实融合体现在学习者身上，也就是学习产出的“虚实融合”，既有知识技能方面的产出，也有情感、态度与价值观等方面的产出。

因此，虚实融合是一个“自下向上”的发生过程，正如一根拉链，从下面开始结合，一直拉到上端，而在这个过程中，虚实的内涵也发生了变化，由具体的技术上升到教学的活动，再上升到人的素质发展层面。

二、虚实融合实训教学环境的典型结构

实训教学环境具有复杂性，它既有可视的显性结构，更具有抽象的隐性结构，要发现隐性的结构，并抽象出合理的模型需要从不同的视角出发。因此本研究中专门设计了三种不同的方式，从三个不同的视角研究其结构问题，一是现场调查，从物的视角进行分析；二是课堂观察，从活动的视角展开；三是互动分析，从信息流动的角度研究教学过程中教学环境作用发生的机制。

在职业院校实训教学环境当中，ERP 沙盘实训环境是一种较典型的虚实融合实训环境，由专业公司设计开发。本文以该环境作为研究对象，通过细致解构，同时与其他实训环境相比对，通过综合分析，得到了虚实融合实训环境“具象化”结构，如表1所示。

表1 ERP 沙盘实训环境的具体层级划分

通过现场的调查以及教学活动分析，发现该实训教学环境结构层次丰富，同时还发现它的另一个特点，即它的内部要素之间联系更加紧密，不同的物品之间，物品与学习者之间都有更加丰富的关联。

（一）虚实融合实训环境的四层级结构

虚实融合实训环境具有特定的结构，从ERP沙盘实训环境的解构出发，结合其他环境的结构分析，并进行适当的抽象，得到虚实融合实训环境的一种比较典型（或理想）的结构。虚实融合的实训环境具有四层级结构，外显的结构表现在实训室当中，即操作层与展演层；还有两层是既处于实训室之内又处于实训室之外，与外显的结构之间形成互补关系，定义为交流层以及支持层。各层级的存在形式，空间属性与功能如表2所示。

表2 虚实融合实训环境的典型结构分析

上述不同层级在功能上存在重叠。例如交流层，载体表现为课后的讨论区，基于网络的班级交流区，基于资料的资源等。支持层主要由企业提供教学支持，如技术保障、教师培训、活动组织、教学指导，当然也提供各种层次的交流。四个层级都有信息交流的功能，只是交流的层次与内容不同而已。

进一步地，可以把四个层级之间的关系用图2表示。

图2 虚实融合实训环境的四层级结构

（二）层级之间的联接与传导

需要进一步关注的是四个层级之间的联接与传导。这种联接是虚实结合的，实的联接通过数据连接、互联以及物联等手段实现的，虚的联接是通过人际关系实现的。

从信息流动的角度看，不同层级之间又是平行的，任意两个层级之间都存在信息流动通道，也存在信息流动。在实际教学的过程中，信息流动得越通畅，表明教学中的互动性越好，可以支持取得更好的教学效果，如图3所示。

图3 不同层级之间的联接与传导

联接是为了传导：如果没有传导，联接的功能得不到实际的发挥。在操作层产生的数据，如何有效传导到展演层，需要教师的控制，可见传导的开关控制在教师的手里，仔细分析教学发生的过程可以发现，不同的教师对于信息源的利用情况不一样，这就反映了其对传导开关的控制不同。

三、虚实融合实训教学环境的主要功能

虚实融合实训环境具有四个层级结构，各个层级之间具有丰富的联接，形成一个联系紧密的整体。正因为如此，虚实融合实训环境具有更加强大的支持教学的功能。对它的功能进行概括与抽象，主要分为五种，这五种功能相当于五个支柱，对实训教学活动起着支持、促进的作用，如图4所示。

图4 虚实融合实训环境的主要功能

（一）支持任务生成

虚实融合的实训环境，具有一定的“智能性”，因此能够帮助生成教学任务。事实上，许多虚实融合的实训环境其构成的主要设备是操作平台，这样的操作平台本身就是一个“任务生成器”，目前大量的技能考核设备就是因为能生成各种虚实融合的任务而在实训以及技能的考核与比赛中得到广泛的应用。

虚实融合环境下生成的教学任务往往是“虚实融合”的，虚实融合就是要把虚的变量与实的变量的优势都加以充分发挥，克服相对的弱点，这在理论上是可能的，在实践中是有价值的。“虚”可以实现大尺度的变量：虚拟加工中的零件直径，可以远远超越真实的车床；模拟驾驶中的道路，可以无限延长；企业经营中的资金，可以无限增长等等。

由教学环境生成的任务是对真实任务的教学化改造，其挑战性可以控制，即任务的难度是可以设置与控制的，一般通过参数设置的方式实现，在模拟驾驶中可以通过参数的控制来设定难度的系数。在ERP 沙盘实训中，同样可以通过实训软件平台的选择来控制任务的难度，从而控制任务的挑战性。

（二）支持操作体验

实训的过程在本质上是一个学习者自主行动与体验的过程。虚实融合环境提供了学习者自主操作与行动的巨大可能性，学习者在与环境的互动中模拟生产与服务的过程，这种体验是虚实融合的，至少有以下的三个层面。

1.感官体验。虚实融合的实训环境接供了各种经过设计的“器具”与“情景”，供学习者操作体验，学习者在与器具互动的过程中获得各种感官的刺激，这种“操作”保留了比较多的“实”的成分，或是通过引入“虚像”等做法，增强真实感。本质上虚实融合的实训环境提供了模拟真实生产与服务的可能性，在减低成本的情况下尽可能产生各种相对真实的体验，多器官参与学习。

2.情感体验。情感体验是实训教学中更复杂的部分，在各种感官体验的过程中，必然同时或是延时伴随着情感的体验。这种情感的体验是多样的，如任务之难易，快乐与忧伤，兴奋与沮丧；情感的体验具有学习个体的差异性，对于同样的任务，在完成的过程中不同的个体体验差异巨大；情感体验对学习会产生不确定的影响，一方面可能促进学习，同时也可能抑制学习。

3.认知体验。虚实融合的实训环境支持体验性学习，在操作体验的过程中自然形成情感体验，随着情感体验强度的增加以及积累，会产生新的认知体验，这是学习产出中的最重要部分，如经过ERP沙盘实训，在经营的过程中体验到了“父母挣钱的不容易”，从而产生新的认知“我要努力学习提高能力”，这样的认知对学习动机与工作动机都会产生正面的影响。

（三）支持多向互动

虚实融合的实训环境因其层级丰富以及相互之间的紧密联系，扩大了环境的内在时空，因而具有支持多向互动的功能。这种多向的互动，表现在以下几个方面。

“学习者与器具”：实际的虚实融合环境中多存有一种产品性设备即器具，学习者与器具之间的互动是方便的，而且可以做到半智能化，在这样的环境中，学习者可以实现相对自主的学习。器具的背后是资源，虚实融合的实训环境一般与相应的“资源库”联接，因此，学习者可以方便地查找相应的资源，在一定的程度上可以帮助学习者进行导航式或是补充式学习。

“学习者与同伴”：学生与学生之间的丰富互动是虚实融合实训环境的重要特点，在环境设计当中，一般都考虑了学习者进行角色的扮演，因此，学习活动的组织多是分工协作式的，学习者之间必然存在多样的互动；另一方面，由于虚实融合环境扩大了学习时空，因此学生之间的互动可以延伸到课外，学习者也可以由同组延伸到班际、甚至是校际。

“学习者与教师”：虚实融合的实训环境支持任务生成，学习者在一定的程度上可以自己选择任务进行操作，具有自主性与弹性，因而在实训的过程中会产生更多的具体问题，由此引发一种新的互动需求，即学习者向教师提出问题要求提供帮助，而不是教师向学习者提出问题，要求解答，这样的互动有助于导向深度学习。

“学习者与自己”：虚实融合环境下的实训具有丰富的体验性，在操作与行动的过程中，学习者需要自我决策，这是一个行动改进的过程，需要反思跟进。虚实融合环境下的教学在一个阶段结束之后，一般要求学习者进行总结与反思，作为档案资料进行交流与保存，因此，能促进学习者与自我的互动，开展反思性学习。

“学习者与企业”：虚实融合环境把互动的视角引向了企业，一方面这是由于企业的主动性以及培养市场的需要引起的，另一方面也是由于学习者的内生需要唤起的，当学习者与企业的产品、技术建立起联接之后，学习者与企业之间的互动，就能帮助学习者更早地了解企业文化，为职业生涯做好准备。

（四）支持过程记录

支持过程记录是虚实融合实训环境的最显著功能之一。在虚实融合环境的开发过程当中，计算机与信息技术总是被充分运用，因此，与一般的教学环境不同，它天然具有支持过程记录的功能，并且随着技术的发展，这样的功能越来越强大。

从已存在的实训环境来看，过程记录至少有三个层次。

第一个层次是操作结果的记录，与任务的设定相匹配，对于每一个学习者的每一次操作都记录相应的操作结果，并可以自动给出评价，这种记录可以帮助教师对学习者的操作情况做出评价，因此，可以大量应用于实训考证等环节，事实上，各专业性的公司开发的虚实融合实训设备都做到了这一层次的过程记录。

第二个层次是操作过程的数据化，即整个过程是以数据化的形式来呈现的，学习者操作的每一步，每一个参数都可以实时记录，一些先进的虚实融合装备甚至实现了操作过程的可视化，可以进行回放。操作过程的大数据记录对教学的支持作用表现在多个方面，它可以帮助教师提取相关的信息点进行集中的点评，可以帮助教师对教学的过程与效果作出评估，更可以帮助学习者自己进行回顾性反思。

第三个层次是学习过程的综合记录。就整个虚实融合的实训环境而言，因为存在一个交流层，建立了相应实训学习的交流区或是网站，学习者上传用于交流的总结体验报告等，便是一种更加综合的过程记录。这类记录有两个明显的特点，一是它与前述的系统自动记录的数据之间形成互补，可以相互说明相互解释；二是它具有系统记录或是机器记录不具备的优点，即它可以记录感受、心情以及收获等，而这些都是教学活动的结果也是教学成效重要的影响因素。

无论是通过技术的数据记录，还是通过网络平台保存与呈现的书面记录，都是在虚实融合实训环境下提供的，在本质上都能帮助学习者获取更加充分的信息，获得激励，实现反思性学习，找到改进路径等等，因而能提升学习的效果。

（五）支持素养提升

学习者在与环境的互动中获得学习产出。因此，学习环境的丰富程度很大程度上决定学习产出的丰富程度，也决定着产出的综合程度。虚实融合的实训环境提供了经过“放大”的学习时空，因此有可能帮助学习者获得更丰富的产出，并最大化地实现能力综合。

促进知识与技能的融合：一般的实训环境支持技能学习，学习者在与“工具”的互动中，经过反复的训练，形成技能。虚实融合的实训环境是一种更加综合的环境，它在支持技能学习的同时，通过各种层级之间的联系，获得知识性的资源，即学习者的技能习得与知识学习是同步的，这就有可能促进知识与技能的融合。

促进能力综合：虚实融合的实训环境提供职业的情景，学习者一般采用角色扮演的方式，在职业情景下，开展体验式学习。在学习的过程中，学习者之间依据角色分工相互合作、不断协调，可以帮助学习者学会处理工作中的各种关系。虚实融合的实训环境支持职业情景下的角色扮演与合作学习，在较高的程度上再现了真实的生产与服务，因而可能习得职业能力，并且学习者可以迁移与运用这样的能力，这就把技能学习提升到了能力的高度。

促进素养提升：虚实融合的实训环境一般由相应的企业与公司开发，因此，其天然具有企业的属性，在实训环境当中，无处不渗透着职业的文化，从环境中物品的摆设、环境的布置以及操作的规程，都会对学习者产生浸润式的影响，这在无形当中会帮助学生提升职业的素养。从管理的角度看，虚实融合的实训环境一般都采用7S 管理等方式，这样的管理从企业的要求出发，而不是从学校的要求出发，学习者需要以一个准职业人的身份与要求内观自己。

这几个方面的因素综合在一起，即把学习者置于一个更高的要求当中，学习者的习得会沿着环境支持的通道，由技能习得上升到能力获得，再上升到职业素养的形成。当然这样的上升过程是潜在的，需要教学活动与组织活动的进一步保证。

四、结语

从发展的历程上看，虚实融合实训环境是“技术”主动进入的结果。包括各种专业性公司主动研发虚实融合的数字化装备或是平台，进入职业教育的实训教学领域，服务实训教学活动的开展；以及职业院校利用各种已有的技术，主动构建实训教学环境，支持相对复杂的实训教学发生。无论是哪种形式的进入，都丰富了实训教学环境的形态，促进了职业院校的实训教学。

在这一技术进入与运用的过程中，逐步出现了“结构化”。虚实融合实训环境以多层级结构与丰富联接为特征，这一结构化特征表明，虚实融合实训教学环境的构建是“有章可循”的，即可以依据它的层级性与传导需要来建构实训教学环境，同时依据这一结构还可以对已存的实训教学环境进行诊断，判断是否存在结构性的缺失或是联接（传导）的异常，从而改进或是进一步增强实训教学环境。

结构决定功能。虚实融合实训教学环境的功能是潜在的，它的功能发挥有赖于教师的协同与主动作为。职业院校的教师需要深入研究虚实融合实训教学环境，参与实训教学环境的建设与改造，基于环境开展有针对性的教学设计，并在教学实施中充分关注环境的“内置”功能，人与环境协同，才能更好地支持有效教学的发生。在这一过程中，教师也能自然地加深对实训教学本质的理解，加速自身的专业成长。