高职院校共享型虚拟仿真实训中心建设研究

刘 凯

（渤海船舶职业学院，辽宁 兴城 125105）

随着虚拟现实、云计算、信息及通信技术的快速发展，面对智能手机、平板电脑等智能移动终端设备的广泛使用，以及慕课（MOOC）、线上精品课程、具有交互功能的开放式在线学习等新的教学模式的不断丰富，颠覆性地变革了以往的 “教” 与“学” 方式。职业院校应该顺应技术进步和时代发展趋势，充分利用信息化技术，创新教学模式和教学手段[1-2]。虚拟仿真技术是在信息化教学改革推进的背景下应用而生的一种教学技术，其主要依托于信息技术、虚拟现实、仿真技术，创建一个逼真的、具有视、听、触等多种感知的虚拟教学环境。虚拟仿真实训基于虚拟仿真技术，用户通过各种交互设备，同虚拟环境中的实体进行互动、学习和交流，具有沉浸、临场感和实时交互性特征，学生通过智能终端（手机、电脑等） 能达到于操作真实设备一样的效果，使学生在虚拟环境中完成实训项目，提升实践能力。这样很好地解决和弥补了学校实训设备不足的问题。同时建设虚拟仿真实训平台，将视频、动画等虚拟资源上传到平台，学生可以随时随地观看和学习，实现最大程度的资源共享。通过“虚实结合”，实现实训教学手段和教学模式的多元化，拓宽学生的学习途径[2]。

一、虚拟仿真实训中心建设的意义与价值

（一）适应国家推进信息化教学要求

在国家 “互联网+”、大数据、新一代人工智能等重大战略背景下，为深入贯彻落实党的 “十九大”关于职业教育改革文件精神，推进新时代教育信息化发展，培育创新驱动发展新引擎，国家教育部2018年4 月13 日制定了《教育信息化2.0 行动计划》 （教技〔2018〕 6 号）。规划将教育信息化发展放到战略高度，强调要促进信息技术与教育教学深度融合，加强顶层设计、多方协同推进，坚持服务全局、融合创新、深化应用。

（二）促进信息技术、虚拟仿真技术与职业教育深度融合

我院（渤海船舶职业学院） 通过课题研究，探索信息技术、虚拟仿真技术与职业教育的深度融合，以信息技术为支撑开展新的教育教学设计，将物理环境、数字化环境和虚拟世界三者有机地结合起来，注重信息化教学环境、教学方式、教学结构、教学组织的融会贯通。

（三）有效地缓解职业院校实训教学资源不足的问题

2019年，国家在原有职业教育招生规模的基础上扩招100 万人，将退役军人、下岗职工、农民工纳入到职业教育的体系中。2018年5 月3 日出台的《国务院关于推行终身职业技能培训制度的意见》（国发〔2018〕 11 号文） 提出：“建立职业技能培训市场化社会化发展机制，提升职业院校社会培训职能，努力培养造就适应我国经济社会发展需要的知识型、技能型、创新型人才队伍和高素质劳动者。”学校招生规模的扩大及社会培训能力的提升，都有赖于相应培训设备的支撑。在学生规模大幅增加的情况下，很多学校实训设备没有相应增多，而且学校由于师资和耗材等问题，实训室开放时间有限，造成了很多职业院校的实训环节的薄弱，对学生的职业技能的培养大打折扣。各校共享虚拟仿真实训中心的建设，有效缓解了实训教学资源不足的问题，提高了办学效益和教学质量[3-4]。

（四）虚拟实训平台是传统实训教学的有效补充

与虚拟仿真实训平台同步建设的虚拟仿真实训室和虚拟仿真实训平台，将更多的视频、动画等虚拟资源上传到实训平台。同时借助于第三方软件，实现虚拟仿真的远程在线，学生可以随时进行学习、互动和交流；也可以将课堂没有完成，或者没有充分理解的实训项目在线上进行重做，实现了对传统实训教学的有效补充[4]。

二、虚拟仿真实训中心建设现状

各高校为了顺应教育信息化的发展趋势，同时为了弥补实训设备不足的问题，根据教学、科研及社会服务等需要积极建设虚拟仿真实训中心。虚拟仿真实训中心在国内本科院校建设起步较早，60%左右本科院校建设有网络实验实训平台，但职业院校起步较晚，还是新鲜事物。调研显示，辽宁省建设有虚拟仿真实训中心的学校不到30%，而且普遍建设时间较短，而且存在如下问题[5]：一是在利用现代化的信息手段将信息技术、虚拟技术与实习实训的有效结合方面缺乏顶层设计；二是虚拟仿真实训中心的运行机制与管理机制建设不完善；三是虚拟仿真实训中心建设为校企合作的新型平台方面有待于机制创新；四是建立虚拟仿真实训中心的资源共享长效机制方面有待于完善和创新。

三、虚拟仿真实训中心建设的有效途径

要以学生为中心，以信息技术和虚拟现实为技术手段，建立支撑自主实训的虚拟和远程实训环境，在开放、互动的教学模式下，完成高效、低耗、多样的实习实训，实现实验资源网络化、实验管理信息化、实验活动远程化。这既关乎到虚拟仿真实训平台建设与应用的持续性和有效性，也关乎到信息化教学改革的深度和广度[2,4]。我院作为辽宁省 “双高” 和国家 “双高” 项目建设单位，积极探索虚拟仿真实训中心建设的有效渠道和途径，按照科学规划、共享资源、突出重点、提高效益、持续发展的指导思想，在虚拟仿真实训中心建设上取得了一定的经验与成效。

（一）建设虚拟仿真实训室

虚拟仿真实训室的建设是虚拟仿真实训中心建设最为重要和关键的一环。学校各建设单位应该根据其专业特色和现有实训条件，按照有利于提高实训效果、有利于教学组织实施、有利于虚实结合的原则，校企合作共建与人才培养方案和企业职业岗位紧密对接的虚拟仿真实训室[5]。

我院是国家教育部确定的 “教育信息化试点单位”，近年来一直积极推进虚拟仿真实训室建设，目前建有11 个虚拟仿真实训室，在教学应用中的作用不断凸显，成为了我校信息化教学的一个品牌。现以机电一体化虚拟仿真实训室为例进行介绍。

我院机电一体化虚拟仿真实训室分为教学展示区、教学互动区、模拟仿真操作区三个区域。教学展示区主要展示典型元件、常用工具及仪器仪表、优秀的学生作品，在其旁边放置相应的标牌，标牌包括名称和相应的二维码信息。通过终端智能移动设备扫描二维码，可以获得相关的文字、图片、音频及视频信息，学习者可以了解其性能、特点、操作使用方法等。在仿真操作区可以利用实训室电脑、虚拟交互设备（数据手套、3D 展示系统、空间跟踪定位器、头戴式立体显示器等），完成在虚拟环境中的互动和学习，也可以进行线上登录，获得线上有效学习资源。教学互动区能够满足虚拟仿真与实训相结合的教学需要，可以进行师生互动式教学。

（二）建设虚拟仿真实训中心信息化网络管理平台

通过信息化管理平台，实现了虚拟仿真实训的智能化动态管理。虚拟实训平台提供登陆管理和身份认证管理，平台根据用户设置不同的角色并赋予相应权限，为各实训项目提供接口，为实训者提供全面的虚拟仿真实训教学内容和实训方法，实训者可以实时进行在线自主学习和实训[6]。

目前，我院积极推进虚拟仿真实训中心信息化管理平台建设，同时建成了虚拟化数据中心，在实际教学应用中取得了很好的效果，实现了虚拟仿真实训管理的科学化、智能化。指导教师可以创建和管理实训项目、发布讨论的问题、监控和指导实训过程、审核实训报告、评价实训效果、给定实训成绩，对学生实现试验、实训的动态监控和过程管理及考核评价。学员可以实现与其他学员及教师的互动交流、接受实训指导、记录实训数据、提交实训报告、查询实训成绩，而且能够回放自己的实训过程，进行项目总结和过程纠错。

（三）建设虚拟仿真实训平台的科学、智能的交互实现方式

虚拟平台以信息及通信技术为主要手段，以虚拟漫游和虚拟场景等虚拟现实技术（VR）、增强现实（AR）、全息技术为实现方式，借助于相应的交互设备，重构实验硬件实现对象的控制、定位与感知。通过超链接和虚拟场景进行关联，生成交互式实训数据，最大程度地还原真实的实训项目[7]。

如我院机电一体化虚拟仿真实训平台，学生可以通过电脑或智能移动终端设备（手机、平板电脑等） 远程进入到实训室，观看实训设备和电气元件，可以在线观看电气元件的介绍说明、工作原理、实训设备的功能介绍及实训操作要领。同时学生可根据教师设备的实训任务，线上选择相应的电气元件，依托第三方的虚拟仿真软件完成低压电气控制、PLC控制实训项目；也可以线上完成设备仿真机械装配、电气接线及编程调试，并线上提交实训报告；学生也可以使用虚拟实验台，完成配置、连接、调节和使用仪器设备。

（四）建设虚拟仿真与传统实训相结合的新教学模式，促进“三教”改革

虚拟仿真实训中心是传统实验实训方式的有效补充和延伸。根据教育部高等教育司《关于开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知》 要求，实训中心的建设应遵循 “虚实结合、相互补充、能实不虚” 的建设原则，通过虚拟仿真实训中心建设，进一步丰富实践教学内涵，创新教学模式和教学手段，进而带动专业教学改革，促进学校 “三教” 改革的实施。在虚拟仿真实训中心建设过程中，各专业要结合专业特色，考虑本专业的人才培养目标及所对接的职业岗位，确保所开发的实训仿真项目的科学性和实用性，同时要做到虚实融合互补、以实为主，不能喧宾夺主[8]。

我院充分利用现有的虚拟仿真实训室，做到虚拟结合，虚实互补。在具体教学组织实施过程中，按照项目资讯→相关知识讲解→项目仿真练习→项目实施操作→项目考核评价的步骤进行，因此项目仿真可以作为在项目实施操作之前的预热和准备，为后续的项目实施做好技术和经验积累，确保实习实训项目的知识目标和技能目标。

（五）建设虚拟仿真实训中心的多方协作、企业参与的建设机制

学校培养的人才，终将为企业服务。为了增强实训虚拟仿真实训中心的适用性和实用性，要在多方协作、行业企业积极参与的基础上进行建设。根据校企合作机制及相关诉求，企业选派工程师与学校教师、信息技术工程师共同研究、开发项目资源，进一步强化校企合作，使虚拟仿真实训中心成为校企合作的纽带。在项目的设计上，要根据企业的实际岗位能力需求，以学校现有资源为依托，有针对性地设置仿真实训项目，校企双方合作进行实训中心的设计及功能完善[9]。

近年来，为了积极深化和落实国务院《国家职业教育改革实施方案》 等文件精神，深化产教融合，拓展校企合作的深度和广度，我院积极与区域企业开展深入合作，现建有校企业合作懂事会、葫芦岛区域政校企合作理事会、环渤海船舶行业校企合作委员会，建有成熟的校企合作机制体制。

我院在现有校企合作的基础上，按照 “优势互补、资源共享、互惠双赢、共同发展” 的原则，校企共建虚拟仿真实训中心及虚拟资源。为了建立长效合作机制，充分激发企业参与热情，双方积极研究制定可实施的方案，这其中最为关键的是要充分考虑企业的利益诉求。我院从三个方面着手进行了改革：一是资源的开放性和共享性，即双方合作共建虚拟仿真实训室及线上虚拟资源，校企双方都可以无偿使用；二是共建项目和资源企业的实用性，要与企业的职业岗位技能培训相对接；三是依托虚拟仿真实训中心进行的证书考核，双方互认，企业参与证书的考核的监督，并且可以作为企业岗前培训的一部分，也可以作为企业录用毕业生的一个参考条件。

（六）建设虚拟仿真实训中心资源共享机制

虚拟仿真实训中心的建设需要大量的资金、设备、人员、软件、硬件等，因此中心建成后应得到更广泛的应用。我院通过校校合作、校企合作，建立和完善资源共享的长效机制，实现了实训中心校内各系部共享、学校之间共享、学校与参与建设的企业共享，避免重复建设，最大程度提升资源的利用率。同时 “共享” 机制也便于大家的互动交流，丰富线上资源，提出更多的合理化建议，有利于虚拟仿真平台的不断完善[10]。

我院虚拟仿真实训中心共享机制，体现在两个方面：一是虚拟仿真实训室的共享，二是线上资源的共享。对于虚拟仿真实训室，根据校企合作双方的合作协议，在不影响学校正常使用和授课的前提下，企业利用周末或假期在虚拟仿真实训室开展企业技术岗位技能培训或新入职人员的岗前培训。这样一方面充分利用了现有资源，另一方面也为企业大大节省了培训成本。对于线上资源，借助于我院虚拟仿真实训中心信息化管理平台，通过身份认证的学员可以随时进行仿真实训操作练习，通过远程网络实现仪器共享、远程控制及学习互动，为校内外师生、科研人员及相关企业学习培训人员提供实时的远程教学服务和企业的岗位技术培训服务。

（七）提升教师信息技术应用能力

以信息技术为主导的虚拟仿真技术虚拟现实（VR）、增强现实（AR）、全息技术能否在教学中发挥实效，取得良好的教学效果，教师的信息技术应用能力及水平是关键因素。因此，为了充分利用现有软硬件资源，最大程度提升应用效果，学校必须制定相应的激励机制，鼓励教师通过培训、学习或比赛，不断提升应用信息化教学水平，确保教学效果的最大化。

为了提升学校教师的信息教学水平，我院从以下几个方面着手：一是通过 “请进来” 和 “走出去”的形式，强化对教师信息技术相关技能的培训；二是鼓励教师参加各类信息化教学大赛和技能大赛，将大赛的成绩作为绩效考核的重要组成部分；三是每个专业确定2～3 门核心课程，进行信息化课程建设改革，要求教师必须参与信息化课程建设；四是每学期对教师应用信息化教学管理平台的教学效果进行评估，包括学生评估和教师评估两部分，监督教师的信息化教学手段的应用情况及虚拟仿真资源的使用情况；五是将信息化教学成果作为职称评定的重要加分项，提高教师参与信息化教学改革的积极性。

总之，虚拟仿真实训中心建设是国家信息化教学改革的重要组成部分，也是职业院校顺应信息技术发展，推进信息化教学改革的必经之路。因此职业院校一方面要加强虚拟仿真实训中心的软硬件环境建设，并在建设过程中不断探索总结经验，提升虚拟仿真实训中心的适用性和实用性，使其平台真正发挥服务教学、提升学生实践创新能力的作用；另一方面，要切实提升教师的信息化教学水平，提升虚拟仿真实训平台的线上运行管理水平，建设优质资源共享机制，按照 “服务学生、区域共享、培育创新能力” 的理念，将实训仿真实训中心建设为优质的线上教学辅助平台。