面向深度学习的高职混合式虚拟实训教学模式探究

□李亚昕 冯瑞 张栋科

引言

创新型高技能人才培养是提升高职适应力，服务我国产业迈向全球中高端的关键。2019年4月，教育部、财政部联合印发《关于实施中国特色高水平高职学校和专业建设计划的意见》，指出要加强高职学生创新能力培养[1]。2022年10月，中共中央办公厅和国务院办公厅印发《关于加强新时代高技能人才队伍建设的意见》，再次强调加强具备创新能力的高技能人才培养目标[2]。由此，高职教育不但要注重学生技术技能培养，同时应注重创新能力培养，以增强学生技术创新应用能力，进而实现高技能人才占比1/3的规划目标。

高职实训教学作为理论与实践的衔接环节，不仅是知识应用的场域，更是高技能人才创新能力与自我学习能力培养的关键[3]。深度学习旨在培养学生高阶思维，有助于学生创新思维的形成和创新能力的培养[4]。因此将深度学习融入高职实训教学有利于释放高职对创新型高技能人才培养的潜力。当前，在高职实训教学中开展深度学习的模式尚未明晰，还有诸多问题亟待解决，比如高职实训教学如何与深度学习相结合、实训教学开展深度学习需要做出哪些改进及如何开展等，且已有研究鲜有对以深度学习为目标的高职实训教学模式进行研究。基于此，研究在探究深度学习融入高职实训教学具体路径基础上，综合利用相关理论和技术构建相应的教学模式，并对其有效性进行验证，以提升高职实训教学对创新型高技能人才的培养质量。

一、深度学习融入高职实训教学的基础分析

为探究高职实训教学开展深度学习的理论和现实基础，研究对高职实训教学和深度学习之间的关系以及影响因素进行了分析，并对当前高职实训教学开展深度学习的切入点进行了相应梳理。

（一）深度学习融入高职实训教学的适切性

高职实训教学和深度学习在目标和过程上的内在联系，是深度学习融入高职实训教学的基础。在目标方面，高职实训教学作为联系理论与实践应用的教学形式，通过鼓励学生运用创新思维来解决综合性、复杂性问题，促进其创新能力的培养；深度学习是让学生在教师引领下，围绕具有挑战性的学习主题进行全身心参与体验，最终促进其高阶思维发展的有意义学习过程[5]46。可见，高职实训教学和深度学习都以创新能力培养为目标。在过程方面，高职实训教学包括知识学习、知识迁移应用两阶段，即利用知识学习过程来深度理解知识，利用知识迁移过程来应用知识，并在以创新思维解决综合性问题情境中促进创新能力的发展。深度学习是在实现学生对知识记忆、理解的低阶思维基础上，促进学生对知识应用、分析、评价和创新等高阶思维的发展，以此来促进创新思维的形成和学生创新能力的发展。实训教学的知识学习、知识迁移两阶段分别对应深度学习经验到知识，以及亲身体验知识发现和建构两个过程，体现了两者的过程一致性。高职实训教学与深度学习在目标和过程上的一致性 （见表1），说明深度学习能够融入高职实训教学，在知识学习和应用过程中促进学生创新思维的发展。

表1 深度学习与实训教学的内在联系

（二）深度学习融入高职实训教学的切入点

教学目标的明确性、教学过程的自主性和教学评价的伴随性是影响高职实训教学中深度学习效果的重要因素。深度学习作为有意义的学习过程，旨在培养学生应用、分析、评价、创新高阶思维[6]，具有建构性、情境性、融合性和迁移性的特点[7]，进而要求其开展要有明确的学习主题和学习目标、科学的学习活动设计和持续性的评价方式[5]92。明确的学习主题和学习目标要求深度学习要有挑战性的情景和清晰的教学目标，让学生在教学目标的指导下利用所学知识和技能在完成挑战性的情景任务过程中，促进创新思维的形成。科学的学习活动设计要求充分发挥学生的自主性，让学生亲身经历知识发现和建构过程，利用及时性地迁移应用促进知识与经验的转化，实现对知识的深度加工。持续性评价要求教师能够综合运用形成性和总结性评价，利用问题、对话、测验等方式实现深度学习中对学生知识建构情况的掌握。

根据高职实训教学中深度学习的影响因素，研究从教学目标、教学策略和教学评价三个方面对高职实训教学现状进行调查，以探究深度学习融入高职实训教学的现实基础。高职实训教学现状调查以A学院学生为调查对象，首先通过网络平台进行问卷发放，共收到505份作答问卷。而后以规律性作答为标准进行无效问卷筛选，最终得到497份有效问卷，有效问卷回收率为98%。最后，根据调查结果制作出高职实训教学现状调查结果统计表（见表 2）。

表2 高职实训教学现状调查结果

调查结果显示，教学策略不当是高职实训教学难以有效实现学生深度学习的主要障碍。深度学习开展的三个影响因素，表明开展面向深度学习的实训教学需要有明确的教学目标和挑战性的情景，采用充分发挥学生学习自主性的教学策略，综合运用形成性与总结性评价。当前，高职实训在教学目标方面以明确性的教学目标为主，教师基本上能够设计清晰且富有挑战性的教学目标。在教学策略方面以讲授式为主，教师利用讲授策略对知识和技能分别进行讲解和演示，学生在教师的主导作用下进行知识和技能应用练习。教学评价方面以形成性和总结性相结合应用为主，教师能够合理应用形成性和总结性评价，实现对学生学习过程和学习结果的评价。调查结果表明，以讲授式为主的教学策略阻碍了深度学习的融入，不利于学生自主性的发挥；同时发现课堂教学时间不足是导致讲授式策略大范围应用的关键因素。因此，拓展教学环境以充分利用非课堂环境进行知识和技能学习，保障学生有充足时间进行自主探究学习是高职实训与深度学习融合的关键。

二、面向深度学习的高职混合式虚拟实训教学模式构建

拓展教学环境，充分利用课堂和非课堂开展实训教学，是深度学习融入高职实训教学的基础。为此，需要创建混合式的学习环境，设计相应的教学策略和技术支持，进而形成与构建相应的混合式教学模式。

（一）理论和技术基础

混合式学习需要将面对面课堂环境与技术支撑的网络环境相融合[8]，通过线上与线下相结合的教学形式，拓展学生自主学习环境，满足学生自主学习需求[9]。混合式学习利用互联网技术拓展传统教学的空间和时间，在空间上表现为综合运用线上虚拟环境与线下课堂环境，在时间上表现为师生异步交流与同步交流相融合[10]。研究应用混合式学习对实训教学环境进行拓展，充分利用线上线下两种教学环境。线上环境进行知识学习和迁移应用，通过记忆、理解模仿和迁移应用的形式，实现低阶思维培养；线下环境通过设计并完成情境任务，实现高阶思维培养。

借助探究社区模型，可进一步优化该教学策略。探究社区模型认为社会临场感、教学临场感、认知临场感是影响混合式学习效果的关键因素[11]。社会临场感指学生在学习过程中产生的对学习共同体的认同感；教学临场感是教师在学生学习过程中能够促进学生对知识学习的作用；认知临场感是教师和学生综合运用各种因素促进学生知识建构的过程。据此，高职实训教学要在不同教学阶段采用不同教学策略，初期阶段需要采用侧重于增强社会临场感的教学策略；中期阶段需要采用侧重于增强教学临场感的教学策略；后期阶段需要采用侧重于增强认知临场感的教学策略。研究运用探究社区模型设计实训教学策略，以提升不同教学阶段中教学策略的适配度。在前期应用问题策略，在呈现问题、分析问题和解决问题的过程中提升学生的社会临场感、教学临场感和认知临场感。在后期应用探究策略，以认知临场感为基础进行挑战性情境的知识迁移应用。

为提高知识迁移应用及时性，可融入虚拟仿真技术。作为能够创建具有较强三维视觉表现力和环境交互能力的虚拟技术[12]，将其应用于实训教学开展虚拟实训能够提高知识与技术迁移应用的即时性。可以说虚拟仿真技术是开展虚拟实训的基础，根据实现虚拟仿真技术的设备类型可以将虚拟实训分为桌面式和沉浸式两类[13]。其中桌面式虚拟实训是在利用个人计算机创建和呈现的虚拟环境中进行实训教学，而沉浸式虚拟实训是在利用高性能计算机创建并利用VR头盔进行呈现的虚拟环境中进行实训教学。桌面式虚拟实训和沉浸式虚拟实训分别在学生自主对知识和技能学习结束后，教师引领学生对知识和技能回顾结束后开展，可大大提高迁移应用的及时性。

（二）教学流程设计

研究利用混合式学习来拓展实训教学环境，基于探究社区模型来优化实训教学策略，创新虚拟实训形式来提高知识迁移应用的及时性，由此构建起面向深度学习的高职混合式虚拟实训教学模式（见图1）。面向深度学习的高职混合式虚拟实训教学模式，让教师在线上和线下混合的教学环境中，通过九个环节构成的五阶段教学过程，实现学生从记忆到创新的思维培养。

图1 面向深度学习的高职混合式虚拟实训教学模式

在线上环境中，教师主要任务是引导学生自主对知识进行学习和应用练习，包括呈现问题和分析问题两个阶段。呈现问题阶段以问题导向为主线，该阶段教师需要根据真实情况创设源于生活的情境，发布到线上学习平台，并回答学生的疑问，以此来促进学生社会临场感；分析问题阶段以分析问题为主线，让学生在教师指导下进行自主学习，掌握完成情境任务所需要的知识和技能，并使用桌面式虚拟实训资源进行模仿迁移应用，以此来增强学生的教学临场感。首先，教师指导学生利用线上学习资源对新授知识进行学习并及时解答学生疑问，其次，指导学生利用桌面式虚拟实训资源进行模仿迁移应用，再次，利用学生自制的知识图谱对学生知识内化情况进行评价。

在线下环境中，教师主要任务是引导学生进行探究式学习，包括解决问题、挑战性情境迁移应用和学习结果评价三个阶段。解决问题阶段以问题解决为主线，教师引领学生进行知识和技能的回顾，指导学生利用所学知识设计情境任务的完成方案，并鼓励学生使用沉浸式虚拟实训资源对完成方案的有效性进行验证，增强学生的认知临场感；挑战性情境迁移应用阶段以探究式学习为主，教师创建新的具有挑战性情境，并指导学生利用真实设备完成情境任务。学习结果评价阶段，教师利用测试题等形式对学生学习结果进行评价。

学生的创新思维培养是在学习知识、理解知识和创造性应用知识的过程中实现。学习知识过程包括呈现问题、分析问题两个阶段，首先，需要学生利用线上学习资源对新授知识进行学习，并将疑难点呈现在线上学习平台让教师进行解答。其次，学生利用所学知识和桌面式虚拟实训资源，对所学知识和技能进行模仿迁移应用。再次，学生制作新授知识图谱让教师对知识内化程度进行评价。理解知识过程包括解决问题阶段，需要学生在知识和技能回顾的基础上设计情境任务的完成方案，并利用沉浸式虚拟实训资源对完成方案的有效性进行验证。创造性应用知识过程包括挑战性情境迁移应用阶段，需要学生利用真实设备完成新的挑战性情境任务。

（三）模式突出特点

面向深度学习的高职混合式虚拟实训教学模式，以线上线下为主的教学环境混合为基础，实现了实训活动、实训资源和实训评价的混合。实训活动的混合表现为线上实训练习和线下实训练习的混合。线上实训练习是学生利用线上桌面式虚拟实训资源，对习得的知识和技能进行模仿操作练习；线下实训练习是学生利用沉浸式虚拟实训资源和真实设备，对设计的问题解决方案进行验证和迁移应用。实训资源的混合表现为虚拟资源和真实资源的混合。虚拟资源指的是桌面式和沉浸式虚拟实训资源，分别用于知识学习后的模仿练习和问题解决方案的验证；真实资源是利用真实设备组成的实训资源，用于培养学生创造性应用知识的能力。实训评价的混合表现为知识学习评价和实践操作评价的混合，以实现对教学结果的全面化评价。知识学习评价是利用知识图谱这一呈现知识间关系的工具，对学生知识学习结果进行评价；实践操作评价是通过学生利用真实设备解决挑战性问题的呈现，对学生实践技能进行评价。

（四）教学实施建议

面向深度学习的混合式虚拟实训教学模式实施，需要明确的教学目标来指导整个教学过程，要有适当的教学策略发挥混合式环境的功能，有高质量的虚拟实训资源让学生在实践练习中促进知识理解。因此，特别需要注重教学目标设计、教学策略设计和虚拟实训资源开发三方面的工作。

教学内容分析是混合式虚拟实训教学目标设计的重要基础，是综合目标和具体目标产生的重要依据。以教学目标设计为目的，首先，需要对教学内容的知识结构、知识类型和知识转化进行分析。知识结构分析是根据知识点所包含的内容，对不同知识点之间的上位或下位逻辑关系进行分析；知识类型分析是根据陈述性知识的特点，总结出教学内容中所包含的陈述性知识；知识转化分析是利用问题解决的方法，将陈述性知识转化为程序性知识。其次，根据转化的程序性知识，总结课程所要解决的中心问题和内容。再次，以中心问题和内容为基础，总结出知识理解能力和实践操作能力两方面的综合目标。最后，从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个维度对综合目标进行细化，产生完整的教学目标。

探究社区模型可作为混合式虚拟实训教学设计的基础，有助于充分发挥教学环境的作用。模型将教学活动分成前期、中期和后期三个阶段。混合式虚拟实训教学环境包括线上环境和线下环境。线上环境的作用是对知识和技能进行初步学习，是开展前期、中期教学活动的环境基础。线下环境的作用是对知识和技能进行巩固学习，是开展后期教学活动的环境基础。线上环境应用问题教学策略，在呈现问题过程中增强社会临场感让学生产生对学习共同体的认同感，在分析问题的过程中增强教学临场感让学生对理论知识和操作技能进行初步学习，在解决问题的过程中增强教学临场感让学生设计问题解决方案。线下环境应用探究策略，在练习过程中增强认知临场感，让学生自主应用所学知识和技能解决问题，充分发挥线下环境的巩固学习作用。

注重虚拟实训资源质量，发挥促进知识理解和实践操作作用。虚拟实训的关键功能是实现知识抽象化向具象化转变，能够让学生在实践练习中促进知识学习，因此需要注重虚拟实训资源质量。提高虚拟实训资源的质量，需在设计环节和开发环节分别注重知识具象化的形式分析和实现方式开发。知识具象化的形式分析是分析如何实现知识的具象化，做好形式分析需要教师能够十分清楚问题情境的解决流程和知识的作用原理。实现方式开发是利用相关技术实现知识的具象化呈现，做好实现方式开发需要教师拥有较高的信息技术素养，并且能够较为熟练地应用计算机语言和开发工具。

三、面向深度学习的高职混合式虚拟实训教学模式验证

为验证面向深度学习的高职混合式虚拟实训教学模式应用效果，研究设计了以实验法为基础的应用过程，并通过数据分析模式的应用对促进学生创新思维发展的效果进行验证。

（一）实验设计和实施

以A学院2021级某专业60名学生为对象，首先，以上学期期末成绩为基础，利用分层抽样的方法确定实验组、控制组的各30个教学对象构成。其次，为控制学习动机和空间能力两个干扰变量分别利用Motivated strategies for learning questionnaire（MSLQ）[14]、Kit of Factor-Referenced Cognitive Tests两个问卷对学生学习动机和空间能力进行测量[15]，根据测量结果进行T检验后发现两组在两个问卷中的数据差异性P值都大于0.05，证明两组动机水平和空间能力不存在显著差异[16]。再次，确定实验组采用面向深度学习的高职混合式虚拟实训教学模式进行授课，控制组采用传统讲授式为主的实训教学模式进行授课。

教学内容以《网络技术基础与应用》第三章的交换机、路由器、网关和局域网构建实例这四节为主，每一节包括不同的具体教学内容（见表3）。交换机、路由器、网关和局域网构建实例这四节内容具有综合性、实践性的特点。综合性指学习这四节内容需要之前所学的知识，比如关于IP地址、网络传输设备两方面的知识。实践性指这四节教学内容应用性较强，在现实生活中能够实现对知识、技能的应用练习。

表3 教学内容

评价内容包括以记忆和理解为主的低阶思维评价，以及以应用、评价、分析和创新为主的高阶思维评价。低阶思维采用知识图谱进行评价，因为知识图谱能够清晰显示教学内容中各知识点之间的关系，所以能够对知识建构水平进行评价[17]。知识图谱的评价维度为宽度、深度和层级结构[18]，其打分标准为每个分知识点1分，每个关键知识点深度为2分。不同章节教学内容知识点数量不同，所以交换机、路由器、网关和局域网构建实例四部分知识图谱分数分别为48、45、30、36。高阶思维采用成品进行评价，并利用过程性评价表作为赋分依据，让学生在完成新情境任务的过程中对学生应用、分析、评价和创新高阶思维进行评价。过程性评价表每个小任务分值为3分，因为不同部分教学内容任务数量不同，所以交换机、路由器、网关和局域网构建实例四部分过程性评价表总分分别为99、102、39、123。

研究根据实验组和控制组采用的教学模式设计了两组的教学过程表（见表4）。实验历时4周，每节教学内容占用两个课时。实验组每节教学内容的第一个课时在线上进行知识自主学习和桌面式虚拟实训，在线下进行知识、技能回顾和沉浸式虚拟实训。第二个课时在线上进行知识、技能回顾性学习和桌面式虚拟实训，在线下进行挑战性情境的迁移应用和知识、技能评价。控制组每节教学内容的第一个课时进行知识讲授，第二个课时进行技能演示、迁移应用练习和知识、技能评价。

表4 实验组和控制组教学过程

（二）实验结果分析

低阶思维方面，首先，对实验组、控制组的交换机、路由器、网关和局域网构建实例总计240份知识图谱进行打分。其次，利用SPSS对实验组和控制组的知识图谱得分进行了正态分布检验，发现两组不同教学内容的知识图谱得分都符合正态分布。再次，对得分进行了独立样本T检验，并根据结果制作了统计表（见表5）。

表5 实验组和控制组低阶思维评价得分独立样本T检验结果

实验组和控制组在不同教学内容中低阶思维得分T检验结果中P值都大于0.05，表明两组对知识的记忆、理解不存在显著差异。在不同教学内容实验组和控制组得分差异性P值方面，局域网构建实例这一节知识点实践性与其他三节内容相比更强，并且局域网构建实例这一节知识图谱得分差异性P值明显小于其他三节的知识图谱得分差异性P值，这表明面向深度学习的高职混合式虚拟实训教学模式更有利于学生对具有强实践性特点知识的记忆和理解。

高阶思维方面，研究以学生解决新问题情境为过程，使用过程性评价表对学生高阶思维进行评价。首先，对实验组、控制组的交换机、路由器、网关和局域网构建实例总计240份过程性评价表进行打分；其次，利用SPSS对实验组和控制组的过程性评价表得分进行正态分布检验，发现两组不同教学内容的过程性评价表得分都符合正态分布；再次，对得分进行了独立样本T检验，并根据结果制作出统计表（见表6）。

表6 实验组和控制组高阶思维评价得分独立样本T检验结果

实验组和控制组在不同教学内容中高阶思维得分T检验结果中P值都小于0.05，说明两组对知识的应用、分析、评价和创新水平存在显著差异。实验组的交换机、路由器、网关和局域网构建实例平均分高于控制组，且均达到显著水平，表明面向深度学习的高职混合虚拟实训教学模式能显著促进学生高阶思维发展和创新思维的形成。在不同教学内容实验组和控制组得分差异性P值方面，局域网构建实例这一节内容实现了交换机、路由器和网关三节知识和技能的综合应用，且评价得分差异性P值小于其他三节，这表明面向深度学习的高职混合式虚拟实训教学模式更有利于学生对综合性知识和技能的应用、分析、评价和创新。

结语

创新思维的形成对高职学生创新能力的培养具有重要意义，而面向深度学习的实训教学以培养学生高阶思维为目标，有助于创新思维的形成和创新能力的培养。研究以混合式学习、探究社区模型和虚拟仿真技术为基础，构建起面向深度学习的高职混合式虚拟实训教学模式，设计了促进学生创新思维形成的实训教学模式。通过为期四周的教学实践，研究证明相较于传统讲授式实训教学模式，混合式虚拟实训教学不仅能够促进知识的记忆和理解，更能以多种形式的迁移应用练习促进学生高阶思维和创新思维的形成，有助于我国高职创新型高技能人才的培养。