基于虛擬現實仿真實訓基地的實踐教學過程性評價應用研究

摘要：文章探討了職業教育數字化轉型的路徑與實踐。以虛擬仿真實訓基地在實踐教學中的應用為切入點，分析其在提升教學質量和效率中的作用。探討了基于多源數據的學生大數據分析在教學指導中的應用，強調了全過程、多維度、全方位綜合評價的重要性。提出了以學生能力提升和全面發展為核心的評價指標體系，包含資源評價、過程評價和結果評價。聚焦過程性評價的應用實踐，介紹了跨數據源軌跡與業務數據融合、異構數據源集成、時空數據挖掘等技術的應用。討論了這些技術對學生個性化分析、基準化教學和數據化管理的促進作用，以及持續改進和評估過程性評價模型的必要性。通過應用實踐，闡明了虛仿基地在推動教育現代化、實現教育數字化賦能中的重要作用，以及在培養高技能人才方面的潛力。

關鍵詞：職業教育；數字化轉型；虛擬仿真技術；實踐教學評價；學生大數據分析

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）32-0150-03 開放科學（資源服務）標識碼（OSID） ：

0 引言

《中國教育現代化2035》提出推進教育現代化的指導思想、戰略任務和保障措施，強調利用智能技術加快推動人才培養模式和教學方法改革，構建包含智慧學習、交互式學習的新型教育體系。各級政策文件的出臺為職業教育數字化指明了方向。《職業教育提質培優行動計劃（2020—2023年）》要求信息技術與教育教學深度融合，大力推進“互聯網+”“智能+”教育形態。倡導聯合企業打造智能化、仿真化實訓基地，提高實訓效率與水平，實現教育的數字化賦能。各高職院校積極參與國家職業教育示范性虛擬仿真實訓基地（以下簡稱虛仿基地）培育項目，促進現代信息技術與教育教學的深度融合，推動職業教育與產業需求對接，提升技術技能人才培養質量。

傳統實踐教學評價主要依據學生的考勤、實踐結果、實踐報告等內容，針對人才培養所需的創新能力、思考能力、自主學習能力、職業意識等沒有涉獵，評價內容較為表面而且滯后，缺乏根據學生學習進度和能力發展動態調整評價策略的機制，容易忽視教學過程中的動態化評價，導致評價與學生實際能力發展不同步。

隨著融媒體、數據庫、5G網絡以及虛擬仿真技術的成熟，虛仿基地在教育領域的應用價值日益凸顯，憑借其高效率、高拓展性、高安全性、高開放性、高資源共享性以及低成本等優點逐步應用于高職院校實踐教學[1]。目前虛擬仿真教學建設與運行主要解決專業實驗和實踐教學中“三高三難”等問題，探索高職層次職業教育虛擬現實實踐體系的研究與實踐，尤其對于構建與之適應的實踐教學評價體系少有涉及。為進一步促進對學生的綜合評價，引導價值觀，強化學生管理，提高對學生學業的指導性、預見性，提高學生培養質量，項目組提出利用基于多源數據的學生大數據分析，精準診斷學情進行教學指導，全過程、多維度、全方位實施綜合評價，賦能教育教學。基于此，本文將探討虛仿基地在實踐教學中的應用，構建實踐教學評價體系，以期為職業教育數字化轉型提供借鑒。

1 虛仿基地構建的理論與實踐

1.1 虛仿基地的概念及特點

在職業院校的教學改革中，虛仿基地的建設已成為提升教學質量和效率的有效策略。虛仿基地通常包含實訓場地、數字化教學資源、管理云平臺以及虛擬仿真軟件開發平臺等內容，依托虛擬現實（VR） 和分布式交互仿真（DIS） 等先進信息技術，旨在創建與真實工作場景高度相似的虛擬環境，使學生能夠在一個安全、可控的環境中進行實踐操作，從而提高其實踐能力和職業素養。這樣的虛擬環境不僅與專業群的特點緊密結合，而且能夠為學生提供與實際操作無異的項目體驗，有效補充了傳統教學中難以實現的實訓條件，如無法觀察、無法進入、成本高昂以及高風險等。此外，虛仿基地建設還促進了高校教學模式的創新，推動線上線下教學相結合，實現個性化、智能化和泛在化的實驗教學。這種模式適應了產業結構的轉型升級和人才培養目標的變化，通過與企業的緊密合作，共同開發符合行業需求的實踐課程和教學資源，保持教學內容與市場需求同步，從而培養出更符合未來職場需求的高技能人才。

為構建虛仿基地應用基礎，學校需要與專注于虛擬仿真、前端開發、大數據處理、云渲染等領域的企業建立了深度合作。結合自身的教學需求，開放API接口以實現系統間的交互，在確保數據和網絡安全性的前提下，共同探索開發一套高度集成的虛擬仿真實驗實訓平臺。通過收集和分析學生的學習數據，精確地把握學生的學習進度和需求，實施更加個性化的教學策略。構建這樣一個科學的虛擬仿真實驗實訓平臺，是提升教育資源利用效率、確保教學質量的重要措施。

核心技術是基于云渲染的VR管理平臺，這樣的技術從根本上簡化了資源管理流程，提高了課程共享的效率，優化了線上體驗，提升了資源的利用率，并簡化了課程操作與維護管理。通過云重塑的XR教學模式，模擬真實的實驗和教學環境，允許用戶通過人機交互方式進行虛擬操作，高度匹配真實環境中難以實現的場景，從而完成實驗和教學任務。XR實時云渲染技術實現了對所有VR課程資源和IT資源的集中管理、統一運維和共享使用，實現了終端的輕量化，解決了課程資源的碎片化問題。使用戶無需特定的設備配置，任何支持視頻流播放的設備，如電腦、手機、平板或VR眼鏡，都能夠通過網頁訪問并進行交互操作，使得優質教育資源更加易于獲取。

1.2 虛仿平臺在實踐教學中的應用

結合學校專業特色，綜合運用虛擬現實、分布式交互仿真等現代信息技術，以化工產業鏈為基礎，學校打造了虛擬仿真實訓基地的VR資源及內容共享協作云平臺。建設了覆蓋化工全產業鏈的虛擬仿真教學資源，積極融入行業發展，更新產業鏈資源，幫助學生全面了解產業，提高學習效率和學習動力，降低教學成本，培養實踐能力，并促進化工產業鏈上下游技術人才的交流與合作，提升產業鏈專業群實力。

通過對接學校的開放接口，統一數據接口，并建立數據交換中心，降低了訪問難度，消除了信息孤島，實現虛擬仿真實踐教學的全面資源共享。平臺集成了虛擬現實資源、仿真軟件、試題庫、教學課件以及學員信息等資源，實現了對這些資源的集中管理與統籌。同時，平臺還負責收集學生的成績和實踐行為數據，并能夠監測特定采集區域的安全違規行為及人員操作規范行為。通過對操作數據的教學分析，匯總基地的綜合數據和實訓數據，包括實訓科目的完成情況等，來構建用戶畫像。這一過程實現了數據采集、分析和反饋的自動化，從而提高了評價的全面性、實時性和準確性。平臺引入5G+云渲染技術，打破了時間和空間的限制，擺脫了操作終端的軟硬件依賴，實現了多設備隨時隨地的虛擬仿真資源訪問，顯著提升了虛擬仿真資源的使用率和學習效果。

虛仿平臺在基地建設方面，實現了對虛擬仿真實訓室和設備的有效管理，并促進了優質資源的開放共享。在虛擬仿真教學管理方面，實現了對各院系專業建設的零散仿真資源的集中化管理，解決了信息孤島問題，并為后續的仿真資源建設提供了統一的數據交互接口。這有助于形成具有分析價值的數據，為仿真資源建設的決策提供數據支持。

2 實踐教學評價體系的構建

學校本身涉及學生的相關業務系統以及AI識別業務，產生和積累了大量的結構化與非結構化數據，已具備極強的數據關聯性和挖掘價值，可以進一步對學校學生學情分析與教師教學發展能力進行深入分析挖掘。將虛仿實踐數據引入后，進一步完善已有評價體系，借助學生大數據分析平臺對學生全方位行為數據分析，以便更全面地理解學生的學習和生活狀況，綜合性地評價學生成長發展態勢，為學生提供積極的、個性化的教育支持和干預措施，促進學生個性化發展。

2.1 評價指標的構建

評價體系設計以學生能力提升和全面發展為核心。評價指標基于專業特點和人才培養目標，圍繞學生在實踐教學活動中獲得的知識、技能和素養進行構建[2]。結合線上平臺和線下活動，提高評價的全面性和互動性，構建線上與線下相結合的評價方式。平臺采集的數據中，重視實踐教學的過程數據采集，包括學生的參與度和教師的指導情況等。通過學生反饋、討論和互評等方式，提高學生在實踐教學中的參與度和對教學效果的滿意度。評價引入多元化的評價主體，包括教師、學生、企業導師和行業專家等，從不同角度和層面對學生的實踐能力進行評價，使評價結果更加全面和客觀。

2.2 評價體系的實施

評價體系是過程與結果的結合，不僅關注學生的學習成果，也重視學習過程。通過設置多個監控點，實時跟蹤學生的學習進展和教師的教學過程，確保教學活動的有效性和針對性[3]。結合線上虛擬仿真實踐和線下實際操作，能夠適應不同學習場景，提高評價的靈活性和適應性。這種混合式評價方式能夠更好地適應現代教育的需要。

由于高職院校的人才培養方案是基于自身特色和地區發展需求制定的，因此評價體系也需根據各專業特點進行定制。評價體系結合了化工專業的特點，如化工實踐操作安全意識的增強和過程性考核指標的強化。評價體系側重理論知識應用能力、行業新技術融合能力和創新思維能力的培養，這些都是針對專業技術領域的特點定制的。

2.3 過程性評價的應用實踐

評價體系分為資源評價、過程評價和結果評價三方面，包括實踐教學條件、教學內容完善度、教師實踐教學能力、教師素養、學生學習效果、學習滿意度、認知和定位提升、理論知識轉化應用、社會服務能力、協調組織能力、個人素養等。尤其是在過程性評價中，根據虛仿實驗實訓自身特點和專業特色分解實訓操作步驟，對每步操作的正確性、規范性、安全性進行自動記錄、評估、計分、計時，并輸出詳細的考核記錄單[4]。從管理員、教師、學生角度進行數據的分析，形成針對性的數據集。根據分析結果，向學生提供有針對性的反饋和建議，幫助他們改進學習方法、克服困難并取得更好的成績，教師可以調整教學策略，采取更適合學生的教學方法和教學資源。分析應該綜合考慮學生的個人情況、學習需求和學習表現，以提供個性化的支持和指導，促進更有效的學習過程。再通過組織各類競賽和項目，鼓勵學生積極參與實踐，以實際操作和成果來展示學習效果，納入增值評價，激發學生的學習興趣和創新能力。

想要完成過程性評價的分析，數據是實現研究目標的關鍵，平臺首先對接收集和整合多源的學生行為數據，以便進行全面的分析。依托于“大數據技術+人工智能”算法的大數據應用系統，對數據資源進行管理，實現對不同源頭原始數據的治理和標準統一。

2.3.1 跨數據源軌跡和業務數據融合

利用數據中心將虛仿平臺與多個數據源和平臺無縫對接，例如教務系統、教學過程管理系統、學工系統、二課系統等，實現全面的數據收集和分析，這樣的集成能力可以從不同系統中獲取數據，實現學生在校活動數據的全方位記錄，通過數據中心，將跨數據源數據進行統一融合流轉。

2.3.2 異構數據源的集成

通過采集學生信息數據、學習行為數據、活動數據、硬件設備數據，進行數據轉換、清洗和合并，促進了不同系統和數據庫之間的數據流轉和整合，確保數據的一致性和準確性，以供分析使用。例如對全部數據源的數據視圖、數據表、字段進行全量異步抽取，基于國家的數據標準和教育部的數據標準制定校級數據標準確源，再根據各類原生數據處理加工后構建不同維度的精細化數據模型，深入研究學生學習效果的影響因素。

2.3.3 時空數據挖掘

應用機器學習和數據挖掘技術，從學生數據（例如開始時間、結束時間、實訓項目累計時長、實訓成績、綜合分、過程步驟得分）中發現隱藏的時空模式和關聯規律，為決策提供更深入的洞察。運用算法分析模型，展現不同學生的個性化特點，幫助教師對學生培養和管理。

著重通過學生多維數據管理標記，生成學生各維度的原生及衍生信息，便于管理人員洞悉影響學生學業的負面因素，通過對影響因素的層層數據分析與挖掘，直達學生的問題根源，實現學生個性化分析、基準化教學、數據化管理的實踐教學新模式。

3 過程性評價的應用效果

3.1 能力固化不斷增強

虛仿基地借助于虛擬仿真手段使化工生產高危險、高風險、不可及、不可視等操作過程變得直觀、形象，更具可操作性，實現了化工實訓教學“過程虛擬化、環境真實化、設備生產化”的功能，提高了學生實踐動手能力，幫助兩個專業實現了學生國家級技能大賽獲獎的突破。實踐教學過程性評價幫助教師了解實踐教學中的問題，促使教師不斷提升自身的教學能力和專業素養，促進了教學方法的改進。學生通過評價體系更清晰地認識到自己的不足，促進了自主學習能力的發展，評價體系的實施，提高了學生的實踐操作能力和創新思維。企業參與評價標準的制定，加強了校企合作，提高了教育的適應性和靈活性。

3.2 “ 理、虛、實”得以融通

利用虛仿平臺搭建虛擬工作場景，完成綜合性實訓項目，實現信息發布、數據收集分析、互動交流、成績評定、成果展示等功能為過程性評價提供了可能。以技術驅動教學變革，引入虛擬現實實現“理、虛、實”一體化的教學，做到了維度、真實、交互三個方面的升級。通過案例流程化的操作步驟，學生熟悉掌握專業實驗的操作步驟和要點；同時采用提示、自動化記錄的考查方式，以保證學生操作練習的無限性和結果的可追溯性[5]。學院實施實驗實訓準入制度，將平臺作為實驗實訓準入學習、考核的入口，覆蓋率已達100%。

3.3 自研實現良性教學生態

通過虛擬仿真平臺，培養雙創團隊，參與專業研究，以虛擬仿真的技術手段解決實際技術難題。借助“虛擬現實+”技術，實現教學內容的具象化、直觀化、立體化，增強了趣味性和實用性，激發學生學習熱情；同時，通過VR軟件自我開發與更新，學院已自研了7 個具有自主知識產權的VR應用項目，創收二十余萬。以創促教、以創促學，比做中學更加深刻，實現產教共建、自我造血、持續升級。學生在深度的學習和作品開發過程中鞏固技能，達到了解一個行業，愛上一個專業的效果。

4 結束語

虛仿基地的實踐教學中，過程性評價模型仍需持續改進和評估，以確保其緊密跟隨教育環境的動態變化和學生需求的不斷更新。一是不斷豐富和完善數據的多樣性。例如，通過將部分教師頻繁使用的公共在線學習平臺數據無縫接入系統，就可以填補數據拼圖的空白，進而形成更為全面、細致的數據集合。二是在現有的原始數據基礎上進行深入挖掘，以提取更多具有價值的新特征值。以學生的在線行為為例，可以將其進一步精細劃分為公共學習相關和專業學習相關兩大類別，從而更精確地把握學生的線上活動習慣與偏好。三是對評估指標進行細致的梳理與分析，根據虛仿基地實踐教學的具體實際情況，不斷調整和優化指標的合理性、準確性以及權重分配，確保評估體系能夠真實反映學生實踐環節學習的實際情況與發展態勢。

參考文獻：

[1] 王忠，康東，王麒霽.高等職業教育虛擬仿真實訓基地建設研究[J].計算機時代，2022（11）：134-136，140.

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[3] 張金果，史文革.職業院校工程實踐教學質量評價體系分析[J].科學咨詢（科技·管理），2024（5）：193-196.

[4] 武芳，呂利霞.化工單元操作過程性考核評價改革與實踐[J]. 內蒙古石油化工，2024，50（4）：56-59.

[5] 郜源，王金友.化工虛擬仿真實訓基地建設探究[J].天津化工，2023，37（3）：146-149.

【通聯編輯：光文玲】

基金項目：四川省教育廳2022-2024 年職業教育人才培養和教育教學改革研究重點項目“高職院校現代化工虛擬現實實踐教學新模式的探索與研究”（項目編號：GZJG2022-442）