基于CiteSpace的國內職業教育虛擬仿真研究現狀及趨勢

秦銘謙 劉 煒 黃如玥

（廣州番禺職業技術學院,廣東 廣州 511483 ；2.澳門科技大學,中國 澳門 999078）

1 引言

虛擬仿真的概念最早由Suther land博士提出[1]，是指利用計算機技術高度仿真模擬各類技能訓練所需的操作環境和操作過程，使學習者在特定的仿真操作環境中，反復練習與實踐，并掌握相應的技能。高職通過建設虛擬仿真實訓室，可以解決高職院校所面臨的教學硬件設備更新頻繁，實驗耗材大量堆疊、資金投入大、實驗環境建設重復、實驗資源利用率低等問題[2]。2020年，教育部計劃遴選100個左右示范性虛擬仿真實訓基地[3]，并出臺了《關于開展職業教育示范性虛擬仿真實訓基地建設工作的通知（教職成司函〔2020〕26號）》，在全國各職院校中掀起虛擬仿真實訓基地建設熱潮，吸引了大批職業教育工作者開展虛擬仿真與職業教育結合研究。

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源

選取2021年4月中國知網的“中國期刊全文數據庫”為主要文獻樣本來源，使用數據庫高級檢索功能獲取的文獻數據。中國知網（www.cnki.net）是以各學科基礎和前沿知識以及專家知識與經驗為基本內容,以高性能計算機和信息基礎設施為支撐,以建設國家級知識基礎和創新體系為目標的超大型知識信息管理系統[4]，是全球信息量最大、最具價值的中文知識網站[5]，目前已經是國內科研工作者獲取文獻資料進行科學研究的主要工具之一。

2.2 檢索表達式

選擇并確定涵蓋所有檢索字段以建立全面高質的研究數據庫是文獻研究較為重要的一步[6]。為盡可能精準地獲取相關文獻，選取“高級檢索”中“專業檢索”模式，對“主題”設置限定條件，全面檢索包含檢索詞匯的全部中文文獻。

2.2.1 初步設定檢索式

設定檢索式為“SU=職業教育*虛擬仿真”檢索所有文獻，僅獲取183條記錄，檢索數據較小，無法進行統計分析。

2.2.2 擴展主題詞，增加檢索范圍

經分析發現，各職業院校在虛擬仿真技術應用方面的研究不僅會以“虛擬仿真”為主題，部分研究者還會使用“虛擬現實”“增強現實”“擴展現實”，“AR”“VR”“MR”和“XR”等簡稱作為文獻的題目或關鍵字，將上述字段通過邏輯運算符“+”連接，其次職業教育研究主要關注在教育、教學、實驗、實訓方面，故將檢索主題修改為“SU=（教育+教學+實驗+實訓）*（虛擬現實+虛擬仿真+增強現實+擴展現實+AR+VR+MR+XR）”重新檢索，共獲取22 118條記錄。

2.2.3 限定主題詞，圈定研究領域在職業教育

因職業教育體系包括“初等職業教育”“中等職業教育”“高等職業教育”“職業培訓”4類，其中“初等職業教育”即職業初中；“中等職業教育”包括中等專業學校、技工學校、職業高級中學、成人中等專業學校（簡稱“成人中專”）；“高等職業教育”包括職業技術學院、高等專科學校；“職業培訓”包括成人技術培訓學校（職工技術培訓學校、農民技術培訓學校）、各級各類職業學校和就業訓練中心[7]。為了不遺漏上述職業院校的文獻數據，盡量涵蓋所有數據源，將檢索主題修改為“SU=（職業+中專+技工+中職+職高+高職+高等專科+專科+大專+職業學校+職業技術學院）*（教育+教學+實驗+實訓）*（虛擬現實+虛擬仿真+增強現實+擴展現實+AR+VR+MR+XR）”重新檢索，共獲取1 732條記錄。

2.2.4 過濾干擾主題詞

經分析檢索結果發現，論壇文獻中包含了部分論壇、會議、訪談、研討報告，不在本次研究范圍內。檢索結果中出現3個與VR、XR同名但不屬于虛擬仿真技術的簡稱（ARM、AR基因、XR公司）。因此，將檢索主題調整為“SU=（職業+中專+技工+中職+職高+高職+高等專科+專科+大專+職業學校+職業技術學院）*（教育+教學+實驗+實訓）*（虛擬現實+虛擬仿真+增強現實+擴展現實+AR+VR+MR+XR）-（論壇+年會+講話+專訪+研討會+ARM+AR基因+XR公司）”，再次進行檢索后獲取1 702條記錄，排除2條報紙記錄，2條圖書記錄，共計1 698條記錄，其中學術期刊1 232條，特色期刊349條，學位論文103條，會議18條。

2.3 研究數據庫的優化

為了保證研究結果的準確性，對1 698條記錄使用“知網研學”軟件進行人工初篩和除重，刪除了重復記錄、無作者的卷首語，以及論文摘要中未提及虛擬仿真相關技術的文獻，最終獲得本文研究所需的文獻數據庫（以下簡稱“數據庫”），共1 478條。

2.4 研究工具及方法

本研究主要采用文獻計量法，利用知識圖譜分析應用軟件Cite Space從發文量、發文機構、研究作者、研究熱點、被引等維度對職業院校虛擬仿真相關研究的文獻進行統計分析，并運用共現分析等方法繪制相應的知識圖譜，分析在職業教育領域對虛擬仿真研究的熱點及發展前景，為其在我國職業教育領域虛擬仿真應用、研究的推廣提供參考。

3 數據統計與分析

3.1 年度發文量

2002—2021年我國虛擬仿真在職業教育領域的發文量及趨勢情況如下1所示，可以看出以年度發文量每增加50篇為一個發文級別來看，基于虛擬仿真在職業教育領域的研究經歷了探索期（2002—2016，14年）、推廣期（2017—2018，2年），爆發期（2019—至今）。2002年文獻[8]和文獻[9]分別探討了虛擬現實技術在高等職業教育、高職電子專業課程實訓中的應用，之后的14年里，虛擬仿真在職業教育領域的研究進入了探索期，在此期間發文量平緩的增長了1個發文級別，并在2017年一次跨2個發文級別，在2019年一次跨3個發文級別。

信息技術在教育教學領域的發展與信息技術的提升和政策引導密不可分，而信息技術在職業教育領域的應用緊隨高等教育應用研究的步伐。1989—2001年，虛擬仿真實驗教學模式在高等教育領域已經掀起了一番熱潮，尤其是在2001年底，因教育部批準47所高校設立網絡研究中心，開展遠程教育和協同科研工作，探索面向學習開展線上實驗，在高等教育領域出現了一次虛擬仿真實驗教學的發文量的小高峰，職業教育領域緊隨其后，于2002年開始，相繼開始探索虛擬仿真在職業教育中的應用研究。2017年，教育部出臺的《關于2017—2020年開展示范性虛擬仿真實驗教學項目建設的通知》，再次帶動高等教育領域研究、建設虛擬仿真技術和應用的積極性，在高等教育領域再次出現了一次的發文量的小高峰，職業教育領域也同步開始積極探索虛擬仿真的應用研究，也同步出現了一次發文量小跨越，達到了峰值。2020年，教育部出臺了《關于開展職業教育示范性虛擬仿真實訓基地建設工作的通知（教職成司函〔2020〕26號）》，這次政策文件的出臺與以往不同，將虛擬仿真技術的應用直接導向職業教育，因此，職業教育領域在未來3年將迎來虛擬仿真應用研究的爆發期。當前的2019—2020年已然出現了一次大跨越，達到當前最高峰值，加上2021年1月到4月的累計發文量已達44篇，按照年度內發文量的規律、政策利好對發文量影響的規律，2021年的總發文量預計將超300篇。

3.2 研究機構共現

我國虛擬仿真在職業教育領域的研究機構合作情況如圖2所示，其中，機構以節點表示，節點的圓環厚度表示發文總數，不同顏色深淺的圓環表示發文時區，節點連線表示機構合作研究發文情況，連線顏色深淺表示合作研究發文的時區。由圖1可以看出，2008—2010年，共8組研究機構間存在合作發文關系，其中日照職業技術學院與公司合作發文，北京農業職業學院、浙江水利水電專科學校、鶴壁職業技術學院分別與大學合作發文。2020年至今，有1組研究機構間存在合作發文關系即天津生物工程職業技術學院與天津市芯慧鴻業科技有限公司。天津職業技術師范大學、廣州工程技術職業學院的發文總數最多，且兩家機構在近10年間積累了一定的研究成果。

圖1 年度發文量分布

圖2 研究機構合作網絡

研究機構合作網絡表明目前國內虛擬仿真在職業領域的研究仍傾向于同機構內的合作，跨機構研究較少，尤其是校企合作研究量與當前虛擬仿真技術在職業教育領域推廣的需求反差較大，存在明顯缺口。

由此可見，國內虛擬仿真職業教育領域傾向于同機構內合作研究，缺乏職業院校之間、高等院校與職業院校之間、職業院校與企業之間的合作。一方面因為各職業院校在積極探索虛擬仿真技術與職業院校特色結合有關，深度挖掘專業人才培養需求，虛擬仿真技術應用在人才培養、專業和課程的需求；另一方面，高等院校的技術成果尚未較好地向職業院校轉化，企業的實際生產技術需求、人才培養需求尚未有效與職業院校達成共識，因此虛擬仿真在職業教育領域的應用研究出現了技術和應用的斷層，出現技術不成熟、教學資源不豐富、教學應用不滿足、人才技能培養需求不完善的問題。

3.3 研究作者共現

我國在虛擬仿真職業教育領域的研究作者合作網絡情況如圖3所示。其中，節點表示作者，節點的圓環厚度大小表示發文總數，圓環顏色深淺表示發文時區，節點連線表示作者合作研究發文強度情況，連線顏色深淺表示合作研究發文的時區。從圖3可以看出，李和香近10年在數字媒體技術人才培養領域持續發文并相對高產，而在近2年王建磊在VR動畫領域發文相對較高。在圖中共有10個團隊合作發文。

圖3 作者合作網絡

此外，依據普賴斯定律(Price Law)，即科學家總人數開平方，所得到的人數撰寫了全部科學論文的[10]50%，即核心作者的發文量總數M1，其中為最高發文量，根據公式計算得，則1.83。統計數據表明，發表論文在2篇及以上的作者共有134位，撰寫論文篇數共300篇，占論文總數的20%，低于普賴斯所界定的核心作者發文量，可見當前的研究領域尚未形成核心作者群。

但在10個合作團隊中，過半數的團隊成員發表2篇及2篇以上論文的有7個團隊，且有3個團隊為2017年之后出現的研究團隊，這3個團隊中以“80后”為主力，雖有利于及時掌握、學習和引入新的技術，但由于年齡架構不合理，受限于其經驗、閱歷和科研教學資歷，需要不斷進行嘗試探索，無法快速形成將新技術應用的示范。如能引入在科研、教學方面的經驗、閱歷較豐富的團隊成員，使團隊結構更為合理，隨著團隊合作研究的進一步深入，將很快產出更具特色的研究和應用成果。

3.4 研究熱點

對往年虛擬仿真在職業教育領域的研究文獻進行了關鍵詞分析，考慮到不同作者對同一概念在關鍵詞表述的差異性，如直接使用當前數據庫對關鍵詞分析會影響分析準確性，因此通過統計關鍵詞出現頻率，并對同一概念出現多個關鍵詞的數據信息統計后，編寫了近同義詞合并文件，對概念相同的多個關鍵詞合并成“虛擬現實”“虛擬仿真”“增強現實”“混合現實”，同時隱去了學校性質這類關鍵詞節點，包括“技工”“中職”“高職”“職業教育”等，設置時間切片為3，選擇器為g-index，參數k=25，最終得到高頻關鍵詞和中心度排名，其中前5名的關鍵詞分別為“虛擬現實”“虛擬仿真”“實踐教學”“教學”“應用”。可見虛擬仿真的研究仍處于分析熱門技術在教學的應用方面，尚未針對某一特定的技術或者某一特定專業或課程進行深入研究，處于初步探索階段。

在檢索出高頻關鍵詞和中心度的基礎上，對關鍵詞進行聚類，得到的圖譜包含415個節點，420條連線，網絡密度為0.004 9，模塊值（Modularity Q）=0.884 9，平均輪廓值（Mean Sihouette）=0.978 3，分別大于0.8和0.9，說明社團結構、聚類特征較為明顯，在該領域的研究較為集中，最終導出17個聚類，如圖4所示。

圖4 關鍵詞聚類圖譜

其中，聚類塊的位置代表兩個聚類的相關程度，由于數據庫中2021年文獻獲取數據不代表全年度的發布情況，因此對應時間段的聚類未體現。

從圖4可以看出兩大密切相關的聚類群。第一大聚類群是以淺灰色為主體的聚類群，包括“#1應用”“#2虛擬實驗”“#5信息技術”“#10人才培養”“#12學生”5大聚類塊，從區塊的顏色深淺代表時間約為2011—2016年，研究主要關注虛擬仿真等信息技術在實驗、人才培養上的應用。第二大聚類群是以深灰色為主體的聚類群，包括“#6教學效果”“#8虛擬實驗室”“#11實訓教學”“#16實訓基地”4大聚類塊，代表時間年度約為2017—2019年，研究主要關注“實訓”相關的“教學效果”應用。從2大階段關注轉移可發現，研究正從“如何應用”轉移到“應用效果”上，已開始探索虛擬仿真技術在職業教育領域如何應用并真正改善教學效果。但從關鍵詞中可看出，當前尚未出現較為成熟的虛擬仿真應用技術、軟件或產品，沒有出現大范圍的應用推廣，這與虛擬仿真技術研究受限于虛擬仿真硬件和軟件環境有一定關系。虛擬仿真應用的研究依托于教學環境，若教師沒有支撐起教學的硬件軟件環境，則無法進一步開展精細化的研究。其次，在具體的專業課程、某一行業的人才培養方面未形成較好的經驗和模式，無法將其有效推廣，除工業機器人的應用研究屬于較為熱門關鍵詞外，其他專業或課程尚未出現。目前虛擬仿真技術僅在部分高新技術產業行業熱門，但傳統的行業領域沒有引入虛擬仿真的需求，導致專業、行業人才陪需求尚未探索到合適的虛擬仿真教學資源，需要教師企業共同探索研究，設計更細致、具體的崗位操作規范、操作流程等環節，合作開發更能面向技能操作實訓的虛擬仿真平臺。

3.5 發展趨勢與前沿

關鍵詞突現是依據關鍵詞在某一時間段出現頻次的高低耦合判斷得到，關鍵詞突現情況可以反映研究發展的趨勢，并對研究做出預測。2002—2021年的虛擬仿真在職業教育領域的文獻中，排名前25的高頻關鍵詞突現如圖5所示，可以看出虛擬仿真技術在職業教育的研究可以分為以下四個階段，第一個階段（2002—2010年）研究虛擬現實在實驗、教學中的應用；第二個階段（2010—2013年）研究虛擬仿真的軟件、平臺對實驗、實訓及教學模式的支持；第三個階段（2011—2019年）研究在課堂、教學、具體專業的應用；第四個階段（2017年— ）研究具體課程、課程體系、人才培養體系、新的虛擬仿真技術的應用。由此可見虛擬仿真在職業教育領域從最初提出應用的設想、到探索應用技術實現對實驗、實訓的支撐、再到分析研究具體教學的應用，最后發展到支撐職業技能人才培養體系的應用實現探索上。

圖5 2002—2021年前25名高頻關鍵詞突現圖

未來，隨著政策利好的導向，人工智能、大數據等新技術在教學教育領域的深度融合，5G網絡技術的蓬勃發展，基于人工智能、大數據的遠程教育、虛擬實訓模式有可能會成為職業教育的主流趨勢，加上沉浸式虛擬仿真設備技術的不斷改進，職業教育將依托新技術與虛擬仿真技術的融合，與高校、企業開發出深度定制化的、共享平臺化的實驗和實訓課程資源。

3.6 被引分析

本文通過“知網研學”軟件查出引證文獻數超過30的僅有9篇文獻，其中，中國職業技術教育期刊4篇，作者王金崗2篇，且有1篇被引用達91次，可看出中國職業技術教育期刊在虛擬仿真技術研究領域的論文被多數作者所認可，作者王金崗在虛擬現實技術的研究成果較好。

同時，本文借鑒影響因子關注發文2年內的被引次數，獲取并統計了該文獻發表近2年內被引數，如表1所示，由表1可以看出2017年發表的2篇論文《在職業教育應用視角下的VR/AR技術》《“互聯網+”背景下職業教育課程智慧教學研究》被引用較多，是其他年份的文獻被引數的2倍以上，說明自2017年起虛擬仿真可以在職業教育的應用得到廣泛認可，但因被引期刊的數量較少，說明當前尚未形成較為成熟的理論體系，也未形成可具推廣價值的應用示范。

表1 引證文獻超30的文獻被引數和被引（2年）數統計

4 結論與啟示

4.1 結論

綜上所述，當前各職業院校已逐步開展了虛擬仿真應用研究，成為職業院校研究信息技術的熱點，年度發文量分別在2017年、2019年出現了小高峰，預計在2021年底有更大規模的增長。但同時也存在以下問題：一是同機構內的合作多，跨機構研究較少，缺乏高等院校與職業院校之間、企業與職業院校之間、職業院校之間的合作，二是現階段的研究領域尚未形成核心作者群，合作的團隊年齡架構不合理；三是當前研究正從“如何應用”轉移到“應用效果”上，但主要集中在實驗實訓和教學的應用領域，尚未形成較好的經驗和模式，也缺少虛擬仿真應用的關鍵技術研究；四是當前研究尚未形成較為成熟的理論或理論體系，也未形成可具推廣價值的應用示范。

4.2 啟示

信息技術能以最快的速度、最準確的信息、最靈活的方式更新教學內容，使教學內容始終保持科學性、新穎性、系統性和綜合性等特點，以適應培養高素質人才的需要[11]，硬件設施和軟件資源是院校應用現代教育技術的基本保障[12]，但當前職業教育工作者和學者受限于虛擬仿真的設備的購置成本，教師無法憑借個人或者科研團隊的經費和資源購置大量的新技術產品來探索教學應用，成為虛擬仿真在職業院校應用研究和推廣的難題。推動虛擬仿真在職業院校應用研究，必然要從外部環境（政策層面、合作層面、院校層面）以及內在條件（個人層面、團隊層面）同時改進。

4.2.1 上級政策引導，鼓勵合作提升研究水平

政府有關的科研主管部門、教學主管部門需盡快出臺有利于虛擬仿真在職業教育領域科研、教學應用的政策，加大在虛擬仿真技術應用的科技發明、科研課題、專利成果、教學成果等方面的支持力度，鼓勵高校與職業院校合作、校外企業與職業院校合作、職業院校之間合作，共同建設虛擬仿真資源、虛擬仿真實訓室、合作科研平臺或虛擬仿真應用產品，完善共享機制，促進虛擬仿真技術的應用推廣。通過政策導向，將職業院校以外的優質高校資源、企業資源引入職業院校，創造良好的合作研發環境，既可對當地的創新發展戰略起到支撐作用，又可提升當地的創新活力和企業聚集能力，同時也增強了當地職業院校在虛擬仿真領域的區域影響力。

4.2.2 院校搭建聯盟，支持共建形成研究閉環

2018年12月，工業和信息化部印發《關于加快推進虛擬現實產業發展的指導意見》，制定出我國虛擬現實產業整體實力到2025年進入全球前列的發展目標[13]，虛擬現實產業進入蓬勃發展時期。各職業院校應利用當前發展的利好環境，搭建職業教育虛擬仿真合作聯盟，引入虛擬仿真行業的知名專家學者與企業技術骨干，指導職業院校做好虛擬仿真教學環境的建設規劃；分期分步驟對院校現有的實訓場地進行升級改造，提供可以使用虛擬仿真技術進行實驗實訓的軟件硬件環境；借助大數據等新技術，共建虛擬仿真資源平臺，為虛擬仿真技術提供豐富的教學資源；依托聯盟定期召開研討會、培訓、交流會等，定期發布新技術訊息，分享新技術、新思路，及時分享并推廣行業較成熟的應用成果，拓寬教育工作者和研究學者的研究途徑。

4.2.3 加快建設投入，支持科研打磨優質課程

（1）職業院校需增加虛擬仿真在教學、實訓方面的建設投入，為職業教育工作者和研究學者創造良好的研究環境，使職業教育工作者和學者將研究精力集中在現有的虛擬仿真教學環境、軟件在專業、課程、教學的應用上。

（2）職業院校可在科研、科技上加大政策支持經費的投入，由于虛擬仿真等信息技術研發的設備投入成本較高，導致職業教育工作者和研究學者無法選擇最新技術進行研究；導致其科研后期的研究結論不具有普遍性，無法獲得具有示范效應的科研和應用成果。職業院校需依據科研、科技項目研究的內容，為新技術新領域的研究提供合理的支持，如可設立虛擬仿真研究專項經費，建設虛擬仿真研究所，面向院校對虛擬仿真感興趣的職業教育工作者和研究學者，提供設備、技術和經費方面的支持。

（3）職業院校可在教學課程、資源建設上鼓勵和支持虛擬仿真優質課程、優質資源的建設。新技術能否在課程教學中進行合理應用，取決于教師能否熟練使用新技術。這就需要教師投入更多時間和精力去學習摸索，相對于傳統課堂，教師在使用新技術應用課堂所耗費的時間、精力更多。因此，職業院校可通過課時補償、獎勵等方式，鼓勵教師探索建設虛擬仿真優質課程、優質資源。

4.2.4 教師細化研究，探索創新提高科研能力

已有研究多為虛擬仿真技術與教學應用簡單疊加，缺乏有效的理論框架設計。職業院校的教育工作者和研究學者在進行職業教育領域虛擬仿真技術應用研究之前，應轉換思路，充分調研，多方合作，結合專業課程教學需求、行業專業人才培養需求探索研究。

（1）從前期的教學環節的設計、教學資源設計、收集學習者反饋信息、分析學習數據、教學評價全過程各方面，進行科學規劃，合理分工，精準采集、可視化對比分析，深度剖析虛擬仿真技術應用于教學的效果，形成有效的應用示范。

（2）探索跨行業的融合創新，積極探索“虛擬仿真+”行業應用的可行性，探索虛擬仿真資源或虛擬仿真軟件的教學應用，探索基于人工智能、大數據等新技術與虛擬仿真技術的融合創新。

（3）可以與高校、企業合作，探索創新的合作模式，深入剖析課程需求、專業需求和人才培養需求，精準設計、開發出具有深度定制化的、共享平臺化的、面向具體崗位和具體操作流程的虛擬仿真實訓軟件和教學資源。

4.2.5 團隊科學培育，積極孵化共建核心團隊

結構合理的學術梯隊和持續的人才培養是科研團隊保持持續創新能力的核心[14]，職業院校虛擬仿真研究團隊中，架構“金字塔式”的梯隊有利于團隊良性發展，團隊目標一致，形成能夠充分發揮潛能的分工、并與外部環境協調一致時，才能產生推動整個團隊發展的協同力[15]。因此，研究團隊中應由擁有卓越的學術帶頭人、較高學術水準的學術骨干、年輕教師組成，結合團隊特長和特色做好明確清晰的研究規劃，通過加強產學研合作、校企合作，共同孵化研究成果，培養和孵化核心研究團隊，實現助力虛擬仿真科研成果的研發和轉化推廣。

虛擬仿真技術廣泛地應用到職業院校的課堂教學中是職業教育發展的必然方向，它將和新信息技術一起與職業教育融合，促成新的教學模式和教學方法的形成。如何讓虛擬仿真技術在職業教育領域中發揮其更大的積極效用，還需要廣大職業教育工作者和研究學者不斷的探索和實踐。