依托虚拟仿真实训基地构建一体化教学实践平台的应用研究

关键词：智慧教学；虚拟仿真实训平台；数字化转型；虚拟仿真技术；实践教学平台

0 引言

随着虚拟现实、云计算和大数据等技术的飞速发展，为教育领域的变革与创新提供了广阔空间，科技对教育的支撑引领作用日益突出。在此背景下，高校作为人才培养的核心基地，须深刻领悟并积极响应国家教育数字化战略的内涵与要求。

本研究团队所在的四川化工职业技术学院，积极探索数字技术与教育教学的融合，构建了基于“互联网+教育+虚拟仿真”技术的虚拟仿真实训资源管理平台，积极响应了国家教育数字化战略行动，并推动了教育教学模式创新。

教育数字化转型不仅是技术层面的革新，更是教育理念和教学模式的深刻变革[1]。本研究依托虚拟仿真实训基地构建的一体化教学实践平台，通过整合教学资源、优化教学过程，显著提升了教学效果，对推动教育现代化具有重要意义，并为其他院校提供可借鉴的经验。

1 一体化教学实践平台的构建

1.1 平台构建思路

本研究团队在构建一体化教学实践平台时，秉持创新理念，主要围绕资源云化、技术赋能和数据联动三大核心策略展开[2]。团队特别结合了学校的化工特色，确保平台构建与学校实际情况紧密融合，以期达到最优的教育成效

1.2 技术架构与功能设计

1.2.1 资源云化

云技术实现了全校实训资源的集中存储、管理和共享。在建设“虚拟仿真实训教学及资源共享管理平台”时，学校引入集约化理念，依托“互联网+教育+虚拟仿真”技术，统筹管理全校虚拟仿真实训教学资源于云端。平台提供了统一接口管理（如图1所示），简化了资源集成流程，减轻了管理人员和教师的工作负担。资源上传云端后，经分类、开发和共享，全校师生可灵活高效地调用，不受时空限制。

如图2虚仿平台架构所示，平台支持课程自由组合，教师可建设、发布、管理和调用实训教学资源，并根据学生群体，通过模块化组合课程，定制个性化培养方案，丰富并创新课程形式。例如，针对行政班学生进行生产链岗位技能培训，为短期培训学生自由搭配学习模块形成特定技能图谱，为社会访客提供开放共享资源，完成网络课程学习并获得相关认证。多模式并行运行，提升了学习效率，促进了教学模式的革新。

1.2.2 技术赋能，建设智慧教育生态[3]

数字技术被用于营造智慧化教学环境，推动教学理念、模式和内容的改革。平台上的实训资源以“项目”形式呈现，根据学校专业特色，秉承“对内应用，对外服务”理念，建设专业实训资源，并拓展应用场景，将“VR党建红色教育”“工伤预防安全教育”“自然科普教育”等资源融入平台（如图3所示）。平台采用最新云渲染技术，利用云计算平台强大计算能力，提高云资源渲染效率和质量，降低终端设备性能要求。只要终端设备支持视频流播放，用户即可通过网页交互操作仿真内容，使优质资源触手可及，扩大了对外服务范围，实现了专业与创新的融合。

“专创融合”是指将专业教育与创新创业教育相结合，通过平台整合和共享资源，促进两者深度融合。结合学院虚拟现实专业技术优势，自研和引进优质数字化教学资源，开发网络学习资源，建立“互联网+虚拟实验室”。教师和学生可根据需求自主开发实训内容，提升信息素养、创新意识和创新能力。同时，搭建了一个优良的数字化智慧教学生态。例如，化工类专业作为需求方，可向平台提出开发化工实训内容资源的要求。虚拟现实专业作为研创团队，根据需求开发新的虚拟仿真资源，不断扩充平台资源池，实现校本资源的自我循环和更新。

1.2.3 数据联动，探索个性化培养

面向新时代和信息社会人才培养需求，以信息化引领构建以学习者为中心的教育生态，积极探索个性化培养路径，促进学生全面发展。平台通过大数据技术采集和分析学生成绩记录、交互操作和用户行为等数据，为后续个性化教学方案的制定和跟踪评估提供数据支持。

平台将获取的数据进行可视化分析，为学生绘制个人能力画像，完善综合素质评价，推动教育评价主体多元化。学生可基于数据分析发现问题并改善学习。教师结合数据分析开展个性化、差异化指导，形成教学闭环，促进教育质量提升。全流程数据探索个性化培养模式的实施，使教师教学更加专业化、个性化，满足学生多元化学习需求，提高学习效率和质量。

该一体化实践教学平台通过深度整合教学、管理和服务要素，成功构建了“互联网+”条件下以学习者为中心的人才培养新模式。其核心在于建立数字教育资源的共建共享机制，并围绕共享优质数字化教学资源与实验实习教学资源展开。借助“互联网+教育+ 虚拟仿真”技术，平台实现了对线下实验装置应用情况和线上教学过程的整合管理，创新性地打造出满足开放、共享、翻转课堂需求的虚拟仿真教学和实验实习环境。

该平台集成了教学、管理、考核、评价等多种功能，形成了云端平台，为学生提供了个性化的学习路径。在教育教学方面，平台注重学生的个性化发展，通过连接学生、教师、资源等个体学习系统中的各个要素，建立起涵盖“记忆”“理解”“应用”“分析”“评价”“创造”等学习过程的个性化、精准化学习系统。该平台促进了学生从低阶思维向高阶思维的转变，并实现了对学习过程的精准监控和指导。

同时，平台通过收集和分析学生软硬件装置操作数据，为教师提供了全面的学情分析报告（如图4所示）。这些报告信息准确、反馈迅速，实现了数据可视化，使教师能够精准掌握每一个学生的学习情况，并据此制定有针对性的教学策略。此外，学生借助平台在课前、课中、课后精准对接学习任务，激发了学习兴趣，取得了理想的学习效果。

2.2 开放式虚拟仿真实训教学平台，解决化工”三高三难“问题[4]

该平台有效解决了化工传统实训中的高投入、高损耗、高风险及难实施、难观摩、难再现等问题。通过提供SDK下载，它使得第三方开发商或教师能够迅速对接实训资源，实现了各类虚拟仿真实训资源的统一管理（如图5所示，该图展示了平台如何整合并管理各类虚拟实训资源，确保资源的有效性和一致性），同时，利用流化技术，平台能够将虚拟实训内容输出至各类终端设备，创新性地打破了时间和空间的限制，使学生能够在任何时间、任何地点进行虚拟实验实训操作（如图6所示，学生可在线上进行三氯甲烷含量测定的虚拟仿真实训项目）。

2.3 虚拟仿真实训平台赋能党建教育，传承红色文化

学校与企业携手合作，创新性地构建了特色鲜明的“VR+党建”红色文化教育平台。该平台自主研发了大量VR思政教育资源，并通过答题系统、VR线上资源等形式，实现了向社会开放的VR红色教育培训（如图7所示）。

例如，2023年，团队精心制作的“重庆六五纪念馆”VR红色主题体验（如图8所示），就是该平台的一个重要成果。该项目通过3D 全实景建模，重现了1941年6月5日晚日机对重庆长达5个多小时的轰炸，以及震惊中外的“六五”大隧道惨案。用户借助VR技术，能够身临其境地感受当时的历史场景，重温那段悲壮的历史，从而被深深触动，激发强烈的爱国主义情怀。这一项目不仅有效传承了红色文化内容，还通过创新的虚拟现实技术，让红色文化的传播更加生动、深刻和广泛。

2.4 借助虚拟仿真实训平台助推社会服务

依托虚拟仿真实训平台，团队自主研发了《高空坠落》《危险化学品运输》等VR工伤预防项目，还策划了一系列科普知识教育活动。为了更有效地推动社会服务的发展，团队采取了“走出去、请进来”的策略，多次深入企业、学校和社区，利用这些平台进行安全科普教育宣传。

2022年，团队为自贡盐业博物馆量身打造了“盐都壮歌全景数字展馆”。该展馆采用全景展示技术，生动记录了自贡在抗击新冠疫情过程中的种种感人瞬间，并巧妙融入了预防新冠病毒感染的科普知识。这一项目不仅深受中小学生喜爱，还被广泛推广至多个学校，帮助学生迅速掌握相关知识。目前，“盐都壮歌全景数字展馆”仍挂载在自贡盐业博物馆的官方微信公众号上，借助互联网的力量，其安全科普教育宣传的成效日益显著。

3 特色与创新点分析

3.1 产业链教学资源全覆盖，课程形式多样化

四川化工职业技术学院的一体化教学实践平台，以其全面覆盖化工产业链的教学资源（如图9所示）为特色。该图详细展示了化工产业链的上下游关系，包括原料采集、生产加工、产品应用等各个环节，直观呈现了整个化工产业的运作流程。平台提供的多样化课程形式，如虚拟仿真实验、在线互动课堂等，使师生能够深入了解化工产业的各个方面。课程内容灵活组合，增强了课程的适用性，不仅满足了校内学生的学习需求，也为校外社会人员提供了定制化的培训课程。

3.2 大数据赋能多元化评价，彰显学生为中心

基于云端平台的教学体系，平台密切关注学生的学习行为数据，包括学习进度、时长、测评成绩及课堂参与度等。通过数据分析应用，建立了基于数据的学校、教师和学生评价体系，形成了全面、客观的评价标准。这一体系能够生成有价值的数据报告，帮助发现问题并改善学习。平台以学生为中心，鼓励学生利用信息技术进行主动学习，培养了良好的学习习惯，提高了学习质量。

3.3 数据中台汇聚消除孤岛，提升数据质量

平台通过对接学校开放接口，统一数据接口并建立数据交换中心，实现了全周期互联网教育应用融合治理。数据中台作为核心，负责收集、分析全过程数据，并将分析后的数据分发至其他业务平台，消除了信息孤岛现象。这一举措不仅提升了数据质量，还促进了教育管理的统筹优化，为智慧教学环境的打造提供了有力支持。

3.4 5G+云渲染技术打破时空间限制

平台引入5G+云渲染技术，将仿真和渲染后的3D 界面推送至“瘦客户端”，降低了访问门槛，摆脱了操作终端软硬件的束缚。这一技术革新打破了时空限制，使得虚拟仿真教学资源能够随时随地、通过多设备进行访问，大大提高了资源的使用效率和学习效果。

3.5 指导学生开发虚拟仿真资源，助力数智化培养

响应教育数字化的全面推进，平台积极探索信息技术在教育模式中的应用。通过具体项目指导，如“化工反应过程模拟”等虚拟仿真资源开发，平台不仅提升了学生的信息素养、创新意识和创新能力，还助力学生数智化培养。例如，在2023年度，指导学生开发的“尘肺病病变过程”项目，在全国智能医学大赛中荣获一等奖，充分展示了平台在数智化教育方面的显著成效。

4 结束语

一体化教学实践平台的建设，不仅是对党的二十大“推进教育数字化”号召的积极响应，也标志着学校在教育创新领域迈出了重要一步。该平台通过运用大数据和5G+云渲染技术，实现了学习评价的多元化与数据管理的智能化[5]，并成功打破了学习时空的限制，极大地提升了教学质量和学习效率。这些技术创新不仅为学生信息素养、创新意识和创新能力的培养提供了坚实支撑，也对教育模式产生了深远影响，推动了以学生为中心的教学模式的发展，并为教育数字化的全面推进提供了宝贵的探索和实践经验。

展望未来，随着技术的持续进步和教育理念的不断革新，本团队相信，该平台将持续发挥其引领作用，推动教育向更加智能化、个性化、高效化的方向发展，为教育事业的蓬勃发展贡献更多智慧与力量。在此过程中，我们也将不断总结经验，优化平台功能，以期实现更加卓越的教育成效。