新時(shí)代職業(yè)院校智能制造虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)研究

曾照香 劉哲 李金亮

2020年10月，教育部職成司印發(fā)《關(guān)于開展職業(yè)教育示范性虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)的通知》，指出“隨著信息技術(shù)的發(fā)展，建設(shè)職業(yè)教育虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地，既是改革傳統(tǒng)教學(xué)育人手段，推進(jìn)人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新的迫切需要，也是強(qiáng)化教學(xué)、學(xué)習(xí)、實(shí)訓(xùn)相融合的教育教學(xué)活動(dòng)，有效彌補(bǔ)職業(yè)教育實(shí)訓(xùn)中看不到、進(jìn)不去、成本高、危險(xiǎn)性大等特殊困難的重要措施”。在推動(dòng)新一代信息技術(shù)和職業(yè)教育改革結(jié)合的背景下，許多高職院校都在研究探索虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)，希望通過“虛實(shí)結(jié)合”實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)手段和教學(xué)模式的多元化，拓寬學(xué)生的學(xué)習(xí)途徑。建設(shè)智能制造虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地可以促進(jìn)高職院校的人才供應(yīng)、技術(shù)創(chuàng)新和服務(wù)供給真正融入企業(yè)生產(chǎn)進(jìn)程，從而緊跟裝備制造數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的發(fā)展趨勢。

一、智能制造虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)的必要性

虛擬仿真實(shí)訓(xùn)是借助數(shù)據(jù)模擬真實(shí)場景，實(shí)現(xiàn)實(shí)踐技能培養(yǎng)的教學(xué)方式，模擬場景具有物理真實(shí)感、環(huán)境真實(shí)感和行為真實(shí)感。基于信息加工理論，人的認(rèn)知過程就是對信息的加工過程，學(xué)習(xí)者能夠在類似真實(shí)的情境中去學(xué)習(xí)、體驗(yàn)并解決真實(shí)的問題。虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)雖是在虛擬環(huán)境中開展的，但是教學(xué)過程是基于行動(dòng)導(dǎo)向或成果導(dǎo)向的一個(gè)完整教學(xué)環(huán)節(jié)。虛擬仿真技術(shù)作為虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)的關(guān)鍵手段，尤其是基于數(shù)字孿生技術(shù)的仿真已廣泛融入高職院校智能制造類專業(yè)實(shí)踐教學(xué)，為整合實(shí)踐教學(xué)設(shè)施、創(chuàng)新教學(xué)方式、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)造了條件，促進(jìn)了現(xiàn)場工程師潛質(zhì)的高素質(zhì)技術(shù)技能人才培養(yǎng)。

第一，順應(yīng)職業(yè)教育發(fā)展的需要。新一代信息技術(shù)背景下，職業(yè)教育要緊密對接崗位需求、產(chǎn)業(yè)需求，匯聚專業(yè)群與產(chǎn)業(yè)鏈、課程內(nèi)容與職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、教學(xué)過程與生產(chǎn)過程對接要素，適應(yīng)教育信息化、教學(xué)資源數(shù)字化發(fā)展，建立虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地成為職教提質(zhì)培優(yōu)關(guān)鍵路徑。智能制造引領(lǐng)兩化融合，高職專業(yè)群與智能制造產(chǎn)業(yè)鏈對接愈發(fā)緊密。虛擬仿真技術(shù)作為智能制造關(guān)鍵技術(shù)之一，使企業(yè)案例、工程項(xiàng)目向教學(xué)資源轉(zhuǎn)化，為新技術(shù)、新工藝、新方法融入專業(yè)實(shí)踐教學(xué)創(chuàng)造了條件，滿足理論與實(shí)踐相統(tǒng)一、知識與技能相統(tǒng)一的需求。

第二，培養(yǎng)高水平復(fù)合型智能制造人才的需要。智能制造不斷演進(jìn)背景下，專業(yè)群培養(yǎng)的學(xué)生技能呈現(xiàn)碎片化，專業(yè)技能成長畫像有缺失，導(dǎo)致高素質(zhì)技術(shù)技能人才培養(yǎng)定位出現(xiàn)負(fù)偏離。通過建立智能制造虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地，將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于智能制造類專業(yè)實(shí)踐教學(xué)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，能夠逐漸培養(yǎng)學(xué)生用技術(shù)、工程、創(chuàng)新思維意識去想、學(xué)、做，構(gòu)建學(xué)生的技能成長畫像，有助于滿足未來社會對解決復(fù)雜工程問題的創(chuàng)新人才培養(yǎng)需求。

第三，助推“三教”改革的需要。課堂是職業(yè)教育教學(xué)主陣地，教師目前在教學(xué)方法創(chuàng)新、教學(xué)能力提升方面存在短板。教學(xué)資源是提升專業(yè)教學(xué)的保障，但目前資源陳舊、形式單一，缺乏創(chuàng)設(shè)數(shù)字化的教材以及資源庫。信息化教學(xué)改革背景下，虛擬仿真技術(shù)是創(chuàng)新教學(xué)方法、優(yōu)化人才培養(yǎng)模式的重要手段，通過虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)，開展教師信息化能力提升、教學(xué)方法創(chuàng)新、教學(xué)資源數(shù)字化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)課堂革命。

第四，實(shí)現(xiàn)資源整合集聚的需要。智能制造類相關(guān)專業(yè)的虛擬仿真資源存在資源相互割裂、重復(fù)建設(shè)，應(yīng)用存在泛化傾向，通過建設(shè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地將資源整合、規(guī)劃，運(yùn)用新一代信息技術(shù)實(shí)施智慧化管理，促進(jìn)實(shí)訓(xùn)基地的共建共享、開放應(yīng)用。

第五，深化產(chǎn)教融合的必然需求。“虛擬仿真技術(shù)+”可以提升技術(shù)服務(wù)效率，“信息化+”可以增強(qiáng)終身教育開展水平，賦能職業(yè)教育跨界融合。因此，面向全民教育、社會服務(wù)，校企共建共享虛擬仿真基地，成為產(chǎn)教融合新的平臺和載體。

二、智能制造虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)存在的問題

新一代信息技術(shù)與制造業(yè)融合，培育的智能制造生態(tài)體系呈現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化。各高職院校為了培養(yǎng)適應(yīng)智能制造生態(tài)體系，組建專業(yè)群，建設(shè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地等產(chǎn)教融合平臺。職業(yè)院校對虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地認(rèn)識乃至建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)理解不深，尤其是面向智能制造多種細(xì)分行業(yè)的基地實(shí)踐教學(xué)體系、教學(xué)應(yīng)用、資源建設(shè)及標(biāo)準(zhǔn)制定等方面存在諸多問題。

第一，信息技術(shù)與職業(yè)教育教學(xué)融合不夠。信息技術(shù)與職業(yè)教育教學(xué)融合不夠，未搭建適應(yīng)職業(yè)教育智能制造相關(guān)專業(yè)的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)體系。職業(yè)院校為追求教育信息化，花費(fèi)精力開展諸如“慕課”“微課”“翻轉(zhuǎn)課堂”等教學(xué)改革，僅是實(shí)現(xiàn)課堂的遷移，信息化技術(shù)與實(shí)踐技能培養(yǎng)未融合并開展實(shí)踐教學(xué)，對學(xué)生職業(yè)技能培養(yǎng)欠缺。職業(yè)教育信息化優(yōu)勢體現(xiàn)不足，一方面是信息技術(shù)并未破解高職智能制造實(shí)訓(xùn)教學(xué)瓶頸；另一方面是實(shí)踐技能考核、創(chuàng)新培養(yǎng)不足，未真正搭建起虛實(shí)結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)體系，直接影響基地建設(shè)水平。

第二，虛擬仿真技術(shù)在實(shí)踐教學(xué)中應(yīng)用水平不高。虛擬仿真資源建設(shè)水平及應(yīng)用不足。虛擬仿真資源存在泛化傾向，重建設(shè)輕應(yīng)用，同時(shí)忽視了學(xué)生的信息素養(yǎng)、教師的信息技術(shù)應(yīng)用、管理者的信息技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)力的培養(yǎng)與提高，使職業(yè)教育信息化水平得不到整體提升。

第三，虛擬仿真基地建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)欠缺。由于缺乏具體詳盡的虛擬仿真基地建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，智能制造類相關(guān)專業(yè)未實(shí)現(xiàn)仿真資源集聚。虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于職業(yè)教育還不成熟，標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，導(dǎo)致基地建設(shè)中虛擬仿真環(huán)境建設(shè)、資源建設(shè)等參差不齊。高職院校智能制造相關(guān)專業(yè)群歸屬不同系院，基地管理運(yùn)行機(jī)制不健全，致使基地利用率不高。

三、智能制造虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)的基本思路

高職院校為了解決教育信息化滯后、教學(xué)資源數(shù)字化不足、基地建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)模式不統(tǒng)一、服務(wù)能力不足的問題，依托專業(yè)（群）探索虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)路徑研究。聚焦區(qū)域智能制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，存在學(xué)科建設(shè)、技術(shù)建設(shè)和產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)三種虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)邏輯。基于學(xué)科的建設(shè)邏輯適用于應(yīng)用型本科院校，基于技術(shù)的建設(shè)邏輯適用于研究型院校，基于產(chǎn)業(yè)鏈的建設(shè)邏輯適用于高職專業(yè)群。按照智能制造產(chǎn)品全流程與全生命周期，集約高職智能制造相關(guān)專業(yè)群實(shí)踐教學(xué)資源，研究智能制造虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)有效路徑。基本建設(shè)思路如下：

第一，立足智能制造相關(guān)專業(yè)群建設(shè)及新一代信息技術(shù)賦能專業(yè)教學(xué)改革，融合共享性大型智能（仿真）實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)要求，突出智能制造技術(shù)為核心（“一核”），輻射帶動(dòng)智能制造產(chǎn)業(yè)鏈中其他專業(yè)發(fā)展（“多極”），構(gòu)建“一核多極”的智能制造虛擬仿真實(shí)訓(xùn)集群，建設(shè)智能制造虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地。

第二，以高水平產(chǎn)教融合實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)項(xiàng)目為主體，與領(lǐng)軍企業(yè)共建虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地聯(lián)合體，創(chuàng)新產(chǎn)教融合、開放共享的示范性虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地運(yùn)行管理模式機(jī)制，探索符合學(xué)校實(shí)際需要和當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)需求的創(chuàng)新路徑與方法。

第三，按照“遵循實(shí)訓(xùn)教學(xué)規(guī)律、注重多專業(yè)多平臺交叉融合、示范引領(lǐng)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)模式改革、服務(wù)智能制造產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級”的思路，通過“改造、新引、融合、攻關(guān)、共建、共享”，優(yōu)化完善“虛擬仿真技術(shù)+”集群實(shí)訓(xùn)資源布局，破解專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)和企業(yè)生產(chǎn)過程中的瓶頸問題，促進(jìn)教育教學(xué)改革，賦能職業(yè)教育高質(zhì)量發(fā)展。

四、智能制造虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)的具體措施

智能制造虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)以學(xué)生為中心、以服務(wù)智能制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展為宗旨，立足智能制造相關(guān)專業(yè)群，基于區(qū)域創(chuàng)新理論，著眼于推進(jìn)人才創(chuàng)新活力，賦予產(chǎn)教融合的主體要素（政、校、行、企等）、功能要素（制度、人才培養(yǎng)、技術(shù)、管理和服務(wù)創(chuàng)新）和環(huán)境要素（體制、機(jī)制等各類保障措施）豐富內(nèi)涵，圍繞“產(chǎn)學(xué)研訓(xùn)創(chuàng)”基地功能定位進(jìn)行整體設(shè)計(jì)。

第一，實(shí)訓(xùn)場景及平臺建設(shè)。以“產(chǎn)學(xué)研訓(xùn)創(chuàng)”為場景設(shè)計(jì)依據(jù)，深度對接專業(yè)、課程，提升專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)條件。基于產(chǎn)品全生命周期，重點(diǎn)打造“1工坊+3中心”的智慧化實(shí)訓(xùn)場景，提升智能制造虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地總體水平。破解資源孤島難題，實(shí)現(xiàn)基地整體管理及資源調(diào)配共享，打造“沒有圍墻的大學(xué)”。建設(shè)集“教、學(xué)、管、訓(xùn)、評”于一體的智能制造云服務(wù)平臺，基于平臺實(shí)施“互聯(lián)網(wǎng)+虛擬仿真”“線上+線下”實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式改革。

第二，虛擬仿真資源建設(shè)。對接智能制造產(chǎn)業(yè)崗位群，解析典型工作任務(wù)，歸納關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用能力，開發(fā)基于虛擬仿真的技能訓(xùn)練資源，匯聚生產(chǎn)性實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目，構(gòu)建實(shí)踐教學(xué)課程體系。依托智能制造云服務(wù)平臺，打破傳統(tǒng)課堂的時(shí)空限制，將碎片化的無邊界學(xué)習(xí)與課堂內(nèi)系統(tǒng)化學(xué)習(xí)有機(jī)結(jié)合。建設(shè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源，實(shí)施線上線下理實(shí)結(jié)合的混合式多元化實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)學(xué)生借助手機(jī)、平板、筆記本電腦等任意智能終端進(jìn)行線上簽到、測試、預(yù)習(xí)、虛擬實(shí)訓(xùn)等內(nèi)容。整合建設(shè)工業(yè)控制、加工制造、新能源汽車等“一核多極”虛擬仿真實(shí)訓(xùn)集群專業(yè)虛擬仿真資源，分類設(shè)計(jì)形成專業(yè)基礎(chǔ)課程、智能工廠、培訓(xùn)考證、綠色創(chuàng)新實(shí)踐、特色工坊五個(gè)虛擬仿真資源包架構(gòu)。

第三，基地師資隊(duì)伍建設(shè)。發(fā)揮專家、名師引領(lǐng)作用，提升團(tuán)隊(duì)治理水平和應(yīng)用推廣能力。行業(yè)專家領(lǐng)銜開展關(guān)鍵信息技術(shù)攻關(guān)，名師引領(lǐng)開展教學(xué)理論研究，技術(shù)能手帶動(dòng)成果轉(zhuǎn)化與匠心傳承。校企雙主體合作育人，組建高水平模塊化專兼結(jié)合教學(xué)管理團(tuán)隊(duì)。通過分工協(xié)作，實(shí)現(xiàn)專兼教師互補(bǔ)融合、教學(xué)領(lǐng)域交叉融合、思政教育和技能培養(yǎng)融合、教育教學(xué)與項(xiàng)目研究融合，大幅提升人才培養(yǎng)質(zhì)量。打造企業(yè)化運(yùn)營管理團(tuán)隊(duì)，運(yùn)營管理團(tuán)隊(duì)包含運(yùn)營管理組、設(shè)備維護(hù)組、推廣應(yīng)用組、運(yùn)營監(jiān)督組，管理團(tuán)隊(duì)。以學(xué)校為主導(dǎo)，聯(lián)合企業(yè)共同管理，借鑒市場化運(yùn)營模式，負(fù)責(zé)實(shí)訓(xùn)基地的日常管理、實(shí)訓(xùn)設(shè)施維護(hù)保養(yǎng)、技術(shù)服務(wù)等工作。加大信息技術(shù)應(yīng)用力度，提升教師資源深度建設(shè)與應(yīng)用能力。優(yōu)化團(tuán)隊(duì)構(gòu)成，提升教師信息化應(yīng)用水平。

第四，運(yùn)行管理機(jī)制建設(shè)。充分發(fā)揮產(chǎn)教融合平臺資源集聚效應(yīng)，融合新一代信息技術(shù)與智能制造領(lǐng)軍企業(yè)共建高水平產(chǎn)教融合實(shí)訓(xùn)基地，打造成為智能制造示范性虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地聯(lián)合體。堅(jiān)持基地發(fā)展與產(chǎn)業(yè)發(fā)展相結(jié)合、基地機(jī)制創(chuàng)新與社會服務(wù)創(chuàng)新相結(jié)合、實(shí)訓(xùn)體系改革與人才培養(yǎng)改革相結(jié)合，構(gòu)建產(chǎn)教融合、開放共享的示范性虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地運(yùn)行管理模式。

一是構(gòu)建實(shí)訓(xùn)場景科學(xué)管理機(jī)制，實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)基地智能化管理、安全管理、開放管理。按照“全面布局、逐步推進(jìn)、軟硬一體、自由組合”原則，對接各實(shí)訓(xùn)場景管理需求，以實(shí)訓(xùn)室智慧化管理為突破、安全穩(wěn)固的智能設(shè)備為根本、實(shí)訓(xùn)室的功能要素為抓手，借助工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計(jì)算等建設(shè)“感知全面、傳送可靠、處理智能”的實(shí)訓(xùn)室智慧管理平臺。

二是構(gòu)建虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地運(yùn)行評價(jià)機(jī)制，持續(xù)改進(jìn)完善基地功能。虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地投入使用后，通過云服務(wù)平臺管理接口進(jìn)行遠(yuǎn)程評價(jià)，為“二次開發(fā)”提供依據(jù)，完善實(shí)訓(xùn)教學(xué)基地的功能，促進(jìn)資源的持續(xù)改進(jìn)與完善。評價(jià)機(jī)制包括評價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建、指標(biāo)權(quán)重確定以及綜合評價(jià)等方面。

三是構(gòu)建虛擬仿真基地管理新機(jī)制，實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理、高效運(yùn)行。首先，構(gòu)建項(xiàng)目績效評價(jià)管理機(jī)制，建立目標(biāo)和任務(wù)清單制度，制定團(tuán)隊(duì)考核評價(jià)辦法，并且成立績效考核評價(jià)組，根據(jù)考核評價(jià)結(jié)果實(shí)施獎(jiǎng)懲。其次，為了促進(jìn)項(xiàng)目研究技術(shù)含量的提升、檢測虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地的性能、積累專兼教師的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，制定項(xiàng)目轉(zhuǎn)化開發(fā)機(jī)制，建立成果轉(zhuǎn)化制度，實(shí)施項(xiàng)目評價(jià)辦法。最后，在“互聯(lián)網(wǎng)+虛擬仿真”教學(xué)模式下，構(gòu)建課程評價(jià)、虛擬實(shí)踐考核以及學(xué)生能力評價(jià)結(jié)合的多元化考核體系，實(shí)現(xiàn)對學(xué)生技能成長的科學(xué)判斷。