专本贯通分段培养模式下装备制造类专业“VR+”教学改革与实践

陈庆强 陈清奎 何芹 王忠雷

基金项目：本文系山东省本科教学改革研究项目“课程思政引领的工匠精神及创新能力主动提升培养模式构建与实践”（项目编号：M2022218）研究成果之一。

作者简介：陈庆强（1992—），男，博士，山东建筑大学机电工程学院塑性制造技术与装备教研室副主任，副教授，研究方向为教育信息化；陈清奎（1963—），男，博士，山东建筑大学机电工程学院国家级建筑工程及装备虚拟仿真实验教学中心主任，济南科明数码技术股份有限公司董事长，教授，研究方向为虚拟现实技术、数字化设计与制造、教育信息化；何芹（1977—），女，博士，山东建筑大学机电工程学院院长，教授，研究方向为虚拟现实技术、教育信息化；王忠雷（1977—），男，博士，山东建筑大学机电工程学院教学院长，教授，研究方向为教育信息化。

摘  要：专本贯通分段培养模式是促进职业教育高质量发展的重要途径。如何促进课程体系和教学方法的融通、实现培养过程的无缝衔接是目前亟须解决的关键问题。文章以山东建筑大学和枣庄科技职业学院的专本贯通专业——机械工程为例，针对装备制造类专业人才贯通培养过程中理论实践知识难教难学、分段培养专/本教学脱节、信息化教学缺乏相应教学资源和教学方法支撑等问题，探索构建了基于VR云平台的“VR+”教学改革新路径。提出了“理实虚用、四位一体”教学改革思想、创建机械工程“VR+”虚拟教研室、开辟VR技术全面助力“三教”改革新思路，以期实现专、本阶段人才培养过程的有效衔接，为专本贯通人才培养模式的改革和进步提供方法和思路。

关键词：专本贯通；装备制造类专业；VR云平台；VR教学模式；VR教学资源

中图分类号：G642    文献标识码：A    文章编号：1673-7164（2024）14-0141-04

近年来，国务院先后印发了《关于加快发展现代职业教育的决定》《国家职业教育改革实施方案》等一系列指导性文件，为促进职业教育的高质量发展奠定了基础。［1-2］专本贯通作为一种新型人才培养方式，可实现高职与本科两种类型的高等教育資源的有效衔接，搭建起学生从技能型人才到专业型人才的职业成长“立交桥”。［3-4］高职专科院校和应用型本科院校属于两种截然不同的教育主体，在培养目标、毕业要求、课程体系和教学模式等方面存在巨大差异。如何促进专业和课程的横向融通和纵向贯通、实现人才培养过程的无缝衔接和培养目标的稳健推进，进而完成从培养技能型人才到培养高素质应用型工程技术人才的转变，成为专本贯通分段培养模式实践过程中亟须解决的问题。［5-6］对此，相关学者从不同的角度进行了探索和实践，例如齐攀等针对专本贯通应用型人才培养过程中专本课程不衔接等问题，以广东省“三二分段”专升本应用型人才培养试点专业电子信息工程为例，设计了专本贯通培养的一体化专业课程体系；［7］王伟等从学生的学情分析入手，探索了“3+2”专本贯通人才培养模式中培养质量的保障措施［8］；李正东等则从“专本贯通”人才培养的目标定位、课程体系构建、师资队伍建设三个方面进行了研究和探索。［9］

在我国全面推进教师、教材、教法“三教”改革的政策指引下，虚拟现实（VR）技术、互联网技术与教育教学的深度融合，成为“新兴技术范式下的教师教学方法创新与实践”的重要探索方向。［10-11］在此背景下，本研究以山东建筑大学和枣庄科技职业学院的“3+2”专本贯通专业——机械工程专业为例，针对装备制造类专业理论实践知识的教学难点、对口贯通分段培养专/本教学衔接难、信息化教学缺乏相应教学资源和教学方法支撑的问题，探索构建了基于VR云平台的“VR+”教学新模式和以虚拟教研室为核心的专本互通教研组织新形态，以期形成“3+2”专本贯通一体化衔接、层次递进的培养模式和师资交流、教学资源共享机制，推动新兴VR技术范式下的“三教”改革联动，助力装备制造类应用型高级技术人才的培养。

一、装备制造类专业专本贯通培养的困境

机械等装备制造类专业属于典型的工科类专业，其专业理论知识抽象晦涩，在教学过程中常出现教师讲授难、学生理解难、师生交流难的问题。传统的装备制造类专业的实验和实训教学常需要大型机械设备和仪器，实践教学过程存在高投入、高损耗、高风险及难实施、难观摩、难再现的“三高三难”问题。［12］

“3+2”专本贯通人才培养涉及高职和本科两个育人阶段，需要高职院校和本科院校双育人主体的协同配合。但是，由于人才培养定位不明确、课程设置缺乏顶层设计、师资贯通不足等原因，最终导致对口贯通分段培养过程中的课程体系衔接不足、教学内容前后脱节、遗漏、重叠等问题。［13］

VR技术具备沉浸性、构想性、交互性以及资源易共享等优势，是解决专本贯通分段培养模式下装备制造类专业教育教学难题的有效途径，正不断从教学方法、教学资源和系统平台等方面重塑教学过程。目前VR技术与教师、教材、教学方法的融合仍不够深入，难以充分发挥VR技术的“沉浸性、构想性、交互性”优势。

二、创新教学改革思想，构建教学新形态

在传统的教学过程中，理论教学在教室进行，实践教学通常发生在实验室或实训室。理论教学和实践教学出现在不同的时间和空间。若能借助VR版教材、VR教学资源、VR教学系统，将课程中的理论知识与实验、实习等环节的实践技能贯通，便可搭建起VR技术的桥梁，将“理”论知识、“实”践技能用“虚”拟现实技术与其应“用”场景进行有机融合。进而构建起以虚拟仿真资源为核心，以云平台为基础，以装备制造类专业应用型高级技术人才培养为目标的“理实虚用、四位一体”教学改革思想，如图1所示。

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图1 “理实虚用、四位一体”教学改革思想内涵

三、创建虚拟教研模式，实现专本全贯通

（一）构建一体化衔接、层次递进的课程体系

成立由高职和本科相关专业的骨干教师共同组成的“VR+”虚拟教研室。虚拟教研室的教研活动以装备制造行业需求为导向，以人才培养的职业性、技能性为标准。专科阶段以专业技能培养为主、本科阶段以专业知识的综合运用和创新发展能力培养为目标。双方骨干教师在课程体系的合理性评价、培养方案的修订等环节进行协调，通过协同优化课程内容，实现知识体系的层次递进和无缝衔接。

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图2 VR云平台架构示意图

（二）共建共享的教学平台及实习实训基地

针对VR教学资源使用中需下载插件、体验差等问题，“VR+”虚拟教研室应用虚拟化技术，建设“山东建筑大学—枣庄科技职业学院装备制造类专业VR教学云平台”。VR教学资源的运行在云端完成，用户侧允许使用低配的瘦终端或云终端盒设备，普通接入带宽条件即可满足流畅使用，如图2所示。

用户可通过普通计算机、手机、平板、VR黑板、VR触控一体机、VR头盔、MR眼镜、桌面3D交互机等多种终端访问VR在线学习空间上的颗粒化VR资源、测评、VR授课视频等，从而为“VR+”在线学习方式的创新提供了技术基础。在此基础上，學生可在教室、图书馆、宿舍、户外等多个地点访问学习资源，从而实现了不限时间和地点的、场景多样的、资源丰富的“VR+”教与学。

更为重要的是，专本共建共享的教学平台可实现本专科教师共用平台教学系统，不仅保证了实现专、本阶段教学方法的统一，也使得学生在不同阶段的学习内容、考评结果前可追溯、后可延伸，保证了“教”与“学”的前后连贯性。

通过建设两校共享的实训基地，将相应的生产场景孪生教学资源置于VR教学云平台，协同指导学生在专、本阶段开展前后衔接、各有侧重的实践活动。

（三）创新教师研修与教学资源共享机制

通过在VR教学云平台上建设开辟机械工程“VR+”虚拟教研室活动专区，可以实现线上讲堂、线上集体视导与课程视导等教研活动的平台化。进而以此为基础进行本、专科虚拟教研室的混合式教研活动，开拓组织管理的新方法，畅通专本师资交流渠道，形成组织高效、形式多样的专、本教师线上线下混合式跨校研修机制。

表1  已开发体系化VR教学资源数量

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通过云平台的绩效奖励机制，充分调动发挥专本师资优势与特长，共建VR教学资源，形成教学建设和教学应用的优势合力，实现教学资源的跨校、跨区域专本共建、共用、共享、共赢。目前，山东建筑大学与枣庄科技职业学院共建的VR教学资源已经涵盖了不同教学场景（VR课堂、VR实验、VR工程训练、VR生产实习）、不同应用终端（VR黑板、手机、VR头盔等）。已建设的VR教学资源、VR孪生资源、VR教学走廊等数量情况具体见表1。

四、融合虚拟现实技术，改革“三教”新路径

在山东建筑大学机电学院与枣庄科技职业学院的共同努力下，探索开辟出了VR技术全面助力“三教”改革的新路径，如图3所示。

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图3  深度融合VR技术，全面落实“三教”改革

（一）教师层面

通过组织开展虚拟教研室定期研讨、教育信息化能力培训等手段，提升教师应用VR教学资源进行教学设计、教学组织的能力。针对VR资源开发专业性强、成本高的问题，与科明数码技术有限公司合作开发了0编程VR教学资源开发平台（图4），制订了资源开发规范。通过该平台的应用，实现了非专业人员无须程序编码制作VR资源，降低了开发门槛，进一步满足了教师对个性化VR教学资源的需求。

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图4 0编程VR教学资源开发平台的界面

（二）教材层面

在教材的改革层面，重点根据课程教学大纲各知识点的教学要求，包括教学形式、学习形式、练习形式、考核模块等，开发与知识点配套的颗粒化VR教学资源，通过二维码与纸质教材、VR教学云平台链接，形成了《互换性与测量技术基础》《机械制图》《画法几何》等一系列的“VR+”新形态教材，如图5所示。

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图5 出版的部分“VR+”新形态教材

（二）教法层面

在教法层面，基于VR教学云平台，构建了“VR+”教学模式，涵盖“VR+”课堂教学、“VR+”实验实训教学和“VR+”自主学习等“教”与“学”的新形态。［14］

“VR+”课堂教学是指教师在多媒体教室、智慧课堂、线上课堂等多种教学环境中，借助VR黑板、VR触控一体机等载体，使用VR教学资源进行理论知识的讲解。

“VR+”实验实训教学则是将VR资源融入实践教学的各个环节，包含课前学生通过3D版实验指导书预习，课中教师借助VR资源进行虚实结合的讲解、学生借助手机和平板电脑上的VR资源探讨实验室碰到的问题，课后使用VR教学平台进行学习效果的评价等。

“VR+”自主学习是指在课前和课后，学生使用手机、PC等个人终端访问VR教学云平台里的教学资源进行自主学习活动，从而实现了不限时间、不限地点的沉浸式学习。

五、结语

针对现阶段装备制造类专业专本贯通分段培养模式下存在的课程体系融合难、人才培养衔接难等难题，本研究探索构建了基于VR云平台的“VR+”教学新模式和以虚拟教研室为核心的专本互通教研组织新形态。通过提出了“理实虚用、四位一体”教学改革思想，建设了理论知识、实践技能和应用场景沉浸体验交互的VR教学环境。通过创建机械工程“VR+”虚拟教研室，促进了跨校教研，建设了“对口贯通分段培养”的课程体系、教学内容、教学资源。通过开辟VR技术全面助力“三教”改革新路径，提升了教师“VR+”应用能力，开发了“VR+”教材，构建了“VR+”教学模式。本研究成果可为专本贯通人才培养模式的改革和进步提供方法和思路上的借鉴。

参考文献：

［1］ 孙翠香. 新时代职业教育高质量发展的内涵、特征与推进策略［J］. 教育与职业，2022（03）：5-12.

［2］ 林俊. “十四五”时期我国高等职业教育深化改革的导向、任务与路径［J］. 教育与职业，2022（04）：5-12.

［3］ 李先强. 专本贯通培养模式下的高职航海技术专业课程体系的构建［J］. 青岛远洋船员职业学院学报，2018，39（02）：52-55.

［4］ 张金芝，成晓利. 山东省“3+2”本科贯通培养有效衔接实证研究［J］. 九江职业技术学院学报，2015（03）：8-9.

［5］ 孟宪宁，王伟. 计算机应用技术专业专本贯通人才培养方案设计与实施［J］. 电脑知识与技术，2019，15（29）：107-108+113.

［6］ 魏云暖. 基于“专本贯通”模式下的职业本科市场营销专业课程体系的构建［J］. 老字号品牌营销，2021（08）：163-164.

［7］ 齐攀，邬志锋，徐操喜，等. 电子信息工程专业“三二分段”专升本贯通培养的课程体系研究［J］. 2018，40（08）：33-35.

［8］ 王伟，赵春霞，李志文. “3+2”专本贯通人才培养模式中培养质量保障措施探索［J］. 科技视界，2019（36）：230-231+242.

［9］ 李正東，李秀玲，牟刚. “专本贯通”应用型人才培养的研究与实践——以电气自动化专业为例［J］. 科技风，2021（05）：175-176.

［10］ 余胜泉. 教育数字化转型的层次［J］. 中国电化教育，2023（02）：55-59+66.

［11］ 刘娜. “互联网+ ”背景下线上线下混合式教学探讨［J］. 专业与课程建设，2022（02）：45-50.

［12］ 陈清奎，何芹，李学东，等. VR技术与传统教育深度融合——“VR+”教学模式创新与实践［J］. 中国信息技术教育，2018（23）：83-84.

［13］ 隋美娥，杨俊卿. 高职与本科贯通培养一体化课程体系探索［J］. 电气电子教学学报，2018，40（05）：27-30.

［14］ 陈清奎，魏鑫鑫，何芹，等. 基于“VR+云平台”的机械类专业实验教学模式改革与实践［J］. 实验技术与管理，2020，37（07）：1-4+30.

（责任编辑：邵秋露）