數(shù)字孿生賦能專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革的探索與實(shí)踐

摘要：專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革是高等教育適應(yīng)新時代發(fā)展及學(xué)生應(yīng)用能力培養(yǎng)的必然趨勢，也是響應(yīng)國家政策、適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提升教學(xué)質(zhì)量和促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展的現(xiàn)實(shí)導(dǎo)向。就價(jià)值維度而言，信息技術(shù)的飛速發(fā)展使數(shù)字孿生技術(shù)逐漸成為教育領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，數(shù)字孿生技術(shù)為專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革提供了系統(tǒng)化支撐，有利于從學(xué)生的學(xué)習(xí)模式、學(xué)習(xí)內(nèi)容以及管理方式、評價(jià)效果等方面建立良好的學(xué)習(xí)生態(tài)系統(tǒng)。由此，提出建立支撐數(shù)字孿生賦能專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的新教育理論，構(gòu)建基于數(shù)字孿生技術(shù)賦能專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革的創(chuàng)新手段，創(chuàng)新專業(yè)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容等實(shí)踐理路。本研究旨在為高校教學(xué)改革提供新的思路和方法，期望為數(shù)字孿生更好賦能專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革提供保障，推動教育信息化的深入發(fā)展。

關(guān)鍵詞：數(shù)字孿生；專業(yè)實(shí)踐；教學(xué)改革；

中圖分類號：F2"""""" 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A""""" doi：10.19311/j.cnki.16723198.2025.18.009

0 引言

專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革的背景，源于社會進(jìn)步的推動和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。傳統(tǒng)的教育模式，往往注重知識的灌輸和記憶，實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的更新速度也滯后于市場需求，導(dǎo)致學(xué)生所學(xué)內(nèi)容與實(shí)際所需脫節(jié)，并且課內(nèi)實(shí)踐教學(xué)缺乏實(shí)戰(zhàn)性和全真性演練，忽視了對學(xué)生實(shí)際能力和應(yīng)用能力的培養(yǎng)，使學(xué)生處于被動學(xué)習(xí)的狀態(tài)[1]。隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字孿生技術(shù)作為一種新興的技術(shù)手段，正在逐漸滲透到高等教育領(lǐng)域。專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革的目標(biāo)是培養(yǎng)具備創(chuàng)新思維、實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)合作精神的人才，以適應(yīng)社會進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。數(shù)字技術(shù)已經(jīng)逐漸對專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的存在形態(tài)、體系結(jié)構(gòu)和治理方式進(jìn)行了重構(gòu)，有關(guān)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的發(fā)展常態(tài)以及既定范式已發(fā)生改變，當(dāng)今專業(yè)教育的實(shí)踐改革已無法無視數(shù)字化浪潮的推進(jìn)，但學(xué)生對社會中出現(xiàn)的新興技術(shù)整體了解程度有限，對未來就業(yè)有一定局限性[2]。基于此，要加快推進(jìn)數(shù)字孿生賦能專業(yè)實(shí)踐教學(xué)，以數(shù)字孿生賦能的優(yōu)勢深度推動專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的改革。

1 數(shù)字孿生賦能專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革的現(xiàn)實(shí)導(dǎo)向

1.1 響應(yīng)國家政策

黨中央圍繞教育信息化、教育數(shù)字化、數(shù)字中國建設(shè)發(fā)布了一系列政策文件，提出了一系列改革舉措，為高等教育數(shù)字化改革提供了政策支持。隨著國家對教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重視，數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用已成為推動教育現(xiàn)代化的重要抓手。國家在《中國教育現(xiàn)代化2035》等政策文件中明確提出，要利用信息技術(shù)推動教育教學(xué)改革，提高教育質(zhì)量。數(shù)字孿生技術(shù)通過構(gòu)建虛擬實(shí)踐環(huán)境，為學(xué)生提供了一個高度仿真的學(xué)習(xí)平臺，使學(xué)生能夠在沒有物理限制的情況下進(jìn)行實(shí)踐操作，這不僅響應(yīng)了國家對教育創(chuàng)新的號召，也為專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革提供了技術(shù)支持。

1.2 適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求

社會應(yīng)用問題紛繁復(fù)雜，不同的社會應(yīng)用問題往往需要多種能力或綜合能力的應(yīng)用才能解決[3]。在人才培養(yǎng)方面，新商科注重培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維、交流與協(xié)作能力、思考能力、終身學(xué)習(xí)及解決復(fù)雜問題的能力[4]。在高等教育體系中，職業(yè)能力的培育對學(xué)生未來的工作效率與質(zhì)量具有決定性影響。實(shí)踐教學(xué)的強(qiáng)化構(gòu)成了職業(yè)能力培養(yǎng)的核心基石，它通過模擬真實(shí)的工作環(huán)境，培養(yǎng)學(xué)生在壓力管理、知識吸收、適應(yīng)性以及問題解決等多方面的關(guān)鍵能力。這些能力的提升不僅為學(xué)生的職業(yè)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，而且對于他們在未來的職業(yè)生涯中保持競爭力、實(shí)現(xiàn)自我超越具有重要意義。

1.3 提升教學(xué)質(zhì)量

通過專業(yè)實(shí)踐教育的改革，我們可以優(yōu)化實(shí)踐教育的模式、內(nèi)容和方法，提高實(shí)踐教育的質(zhì)量。推進(jìn)數(shù)字孿生賦能專業(yè)實(shí)踐教育，是高度匹配數(shù)字時代發(fā)展要求的舉措，也彰顯了人的價(jià)值。在數(shù)字孿生技術(shù)的驅(qū)動下，教育領(lǐng)域正經(jīng)歷一場深刻的變革，該技術(shù)不僅為學(xué)習(xí)方式的創(chuàng)新提供了持續(xù)動力，還極大地?cái)U(kuò)展了教學(xué)空間的邊界，使得教學(xué)活動不再局限于傳統(tǒng)的物理課堂。

通過精準(zhǔn)映射現(xiàn)實(shí)世界的復(fù)雜系統(tǒng)，數(shù)字孿生平臺能夠?qū)崿F(xiàn)教育資源的數(shù)字化優(yōu)化配置，從而為學(xué)生提供更加豐富和靈活的學(xué)習(xí)材料。在教學(xué)評價(jià)方面，數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用使得評價(jià)過程更加精準(zhǔn)和個性化，能夠根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)展和成效，提供及時的反饋和指導(dǎo)。

1.4 促成學(xué)生全面發(fā)展

在高等教育教學(xué)實(shí)踐中，數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用，可以為學(xué)生提供一種全新的學(xué)習(xí)方式，有助于促進(jìn)學(xué)生在知識、技能、情感、態(tài)度等方面的全面發(fā)展。在數(shù)字孿生構(gòu)建的虛擬環(huán)境中，學(xué)生可以進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)、虛擬操作等活動，這些活動不僅能夠提高學(xué)生的實(shí)踐技能，還促進(jìn)了團(tuán)隊(duì)協(xié)作、解決實(shí)際問題以及批判性思維等綜合能力的發(fā)展。

此外，數(shù)字孿生技術(shù)通過個性化學(xué)習(xí)路徑的提供，能夠根據(jù)學(xué)生的個別差異和學(xué)習(xí)需求進(jìn)行定制化教學(xué)，確保每位學(xué)生都能在適宜的學(xué)習(xí)節(jié)奏中獲得知識和技能的提升。這種個性化和差異化的教學(xué)方法，不僅促進(jìn)了學(xué)生的全面成長，還增強(qiáng)了他們在未來職場中的競爭力和實(shí)踐能力。

2 數(shù)字孿生賦能專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革的價(jià)值維度

數(shù)字孿生技術(shù)作為一種創(chuàng)新的信息技術(shù)，正在逐漸改變高校的教學(xué)模式和教育生態(tài)，為高校教學(xué)改革提供了多方面的作用和價(jià)值。

2.1 數(shù)字孿生為專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革提供了新動力

數(shù)字孿生技術(shù)賦能專業(yè)實(shí)踐教學(xué)，融入教學(xué)各環(huán)節(jié)和全過程，變革了教學(xué)模式和教學(xué)組織形式，突破了傳統(tǒng)教學(xué)時間和空間的限制，可有效提高教學(xué)效果和人才培養(yǎng)質(zhì)量[5]。

第一，數(shù)字孿生技術(shù)的運(yùn)用是創(chuàng)新教學(xué)模式的推動者。作為一種先進(jìn)的信息化手段，數(shù)字孿生技術(shù)的運(yùn)用能夠創(chuàng)建一個與現(xiàn)實(shí)世界相映射的虛擬環(huán)境，為學(xué)生提供了一個沉浸式的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。在這個虛擬環(huán)境中，學(xué)生可以進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)、操作練習(xí)和故障排除等活動，而這些活動在現(xiàn)實(shí)世界中可能由于成本、安全等因素而難以實(shí)現(xiàn)。數(shù)字孿生不僅增強(qiáng)了教學(xué)的互動性和實(shí)踐性，還極大地提高了教學(xué)資源的利用效率和教學(xué)的靈活性，為專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革注入了新的動力。

第二，數(shù)字孿生技術(shù)的運(yùn)用是實(shí)踐能力培養(yǎng)的加速器。數(shù)字孿生技術(shù)依托其高精度的仿真能力，構(gòu)建了模擬復(fù)雜工程系統(tǒng)與生產(chǎn)流程的虛擬環(huán)境，提供了一個風(fēng)險(xiǎn)隔離且高度可控的教育平臺。在此環(huán)境中，學(xué)生得以在零風(fēng)險(xiǎn)的條件下，執(zhí)行實(shí)際操作演練和決策制定過程，有效地加速了其專業(yè)技術(shù)能力的提升，并增強(qiáng)了應(yīng)對現(xiàn)實(shí)世界問題的能力。這種以學(xué)生為中心的教學(xué)方法，不僅激發(fā)了學(xué)生對學(xué)術(shù)探索的內(nèi)在動機(jī)，而且通過實(shí)踐導(dǎo)向的教學(xué)活動，加快了學(xué)生專業(yè)技能的掌握和應(yīng)用能力的提升。

第三，數(shù)字孿生技術(shù)的運(yùn)用是教育資源共享的橋梁。通過構(gòu)建統(tǒng)一的數(shù)字孿生平臺，不同地區(qū)、不同院校的教師和學(xué)生可以共享高質(zhì)量的教學(xué)資源，包括虛擬實(shí)驗(yàn)室、模擬軟件和在線課程等。這種資源共享機(jī)制不僅提高了教育資源的使用效率，還為偏遠(yuǎn)地區(qū)和資源匱乏的學(xué)校提供了更多的學(xué)習(xí)機(jī)會。通過這種方式，數(shù)字孿生技術(shù)不僅為專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革提供了新動力，還為構(gòu)建開放、協(xié)作的教育生態(tài)提供了可能。

2.2 數(shù)字孿生是專業(yè)實(shí)踐教學(xué)資源配置的新動力

大數(shù)據(jù)、VR、AR、數(shù)字孿生和人工智能等數(shù)字孿生技術(shù)為專業(yè)實(shí)踐教學(xué)數(shù)字化資源建設(shè)提供了新支撐，促使專業(yè)實(shí)踐教學(xué)數(shù)字資源平臺建設(shè)日趨成熟[6]。主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

第一，促進(jìn)資源優(yōu)化。在資源優(yōu)化方面，數(shù)字孿生使得教學(xué)資源的分配更加精準(zhǔn)和高效，通過模擬和分析實(shí)體的性能和狀態(tài)，教師能夠更好地理解資源的使用情況和學(xué)生的實(shí)際操作需求。數(shù)字孿生還支持遠(yuǎn)程訪問和操作，打破了地理限制，使得優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源得以跨區(qū)域共享，提高了資源的利用效率和教學(xué)的靈活性。

第二，虛擬仿真增強(qiáng)實(shí)踐能力。數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用顯著提升了學(xué)生的操作技能和實(shí)踐應(yīng)用能力。利用該技術(shù)構(gòu)建的高保真虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，學(xué)生得以在零風(fēng)險(xiǎn)的情境下開展多樣化的實(shí)驗(yàn)操作，突破了傳統(tǒng)教學(xué)模式的局限，為學(xué)生提供了一個安全且高效的實(shí)踐學(xué)習(xí)平臺。這種基于虛擬仿真的學(xué)習(xí)方法使學(xué)生能夠在一個無風(fēng)險(xiǎn)的學(xué)習(xí)氛圍中，實(shí)踐復(fù)雜的概念和技能，從而為他們的職業(yè)生涯提供了寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和理論基礎(chǔ)。

第三，數(shù)據(jù)驅(qū)動改善教學(xué)策略。數(shù)字孿生技術(shù)為教學(xué)策略的制定和調(diào)整提供了數(shù)據(jù)支持。在虛擬教學(xué)環(huán)境中，通過對學(xué)生行為數(shù)據(jù)和學(xué)業(yè)成就的聚合與解析，教師能夠?qū)嵤﹦討B(tài)的教學(xué)效果監(jiān)測，并針對性地優(yōu)化教學(xué)策略和教學(xué)手段。同時，數(shù)字孿生技術(shù)還支持教學(xué)評價(jià)的多元化，教師可以利用數(shù)據(jù)分析工具對學(xué)生的操作技能、決策能力和創(chuàng)新能力進(jìn)行綜合評價(jià)，從而更全面地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。

2.3 數(shù)字孿生技術(shù)為專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革成效提供新優(yōu)勢

首先，數(shù)字孿生技術(shù)通過實(shí)施對學(xué)生學(xué)習(xí)過程的連續(xù)性監(jiān)測和分析，使教育者能夠精準(zhǔn)把握學(xué)生的學(xué)習(xí)動態(tài)和成效，據(jù)此動態(tài)優(yōu)化教學(xué)方案

其次，數(shù)字孿生技術(shù)支持遠(yuǎn)程教育和協(xié)作學(xué)習(xí)，打破地理和時間的限制，促進(jìn)教育資源的公平分配和國際化教育的發(fā)展。

最后，數(shù)字孿生技術(shù)通過模擬實(shí)際工作場景，為學(xué)習(xí)者營造了一種高度仿真的職業(yè)環(huán)境，這不僅強(qiáng)化了學(xué)生的專業(yè)技能，也提升了他們應(yīng)對職場挑戰(zhàn)的能力，從而在激烈的就業(yè)市場中增強(qiáng)了他們的競爭力。

3 數(shù)字孿生賦能專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革的創(chuàng)新手段

3.1 虛擬實(shí)驗(yàn)室和仿真環(huán)境的創(chuàng)建

數(shù)字孿生技術(shù)可以用于創(chuàng)建高度真實(shí)的虛擬實(shí)驗(yàn)室和仿真環(huán)境，使學(xué)生能夠在沒有物理實(shí)驗(yàn)設(shè)備的情況下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作和學(xué)習(xí)。這些虛擬環(huán)境可以模擬各種實(shí)驗(yàn)條件和場景，使學(xué)生能夠進(jìn)行復(fù)雜的科學(xué)實(shí)驗(yàn)、工程設(shè)計(jì)和醫(yī)學(xué)模擬等，進(jìn)而增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)操技能與創(chuàng)新能力。

3.2 個性化和差異化學(xué)習(xí)路徑的設(shè)計(jì)

利用數(shù)字孿生技術(shù)促進(jìn)教學(xué)的個性化和差異化，教師能夠根據(jù)該技術(shù)為學(xué)生定制專屬的學(xué)習(xí)軌跡與路徑。學(xué)生能夠依據(jù)個人的學(xué)習(xí)節(jié)奏和興趣點(diǎn)進(jìn)行學(xué)習(xí)內(nèi)容的選擇，而教師則能依據(jù)學(xué)習(xí)模型的反饋對教學(xué)方案和指導(dǎo)策略進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。這種定制化的學(xué)習(xí)模式不僅增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和效率，還培養(yǎng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，最終提升了教學(xué)成效和學(xué)生滿意度。

3.3 遠(yuǎn)程教學(xué)和協(xié)作學(xué)習(xí)

借助數(shù)字孿生技術(shù)，高校可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程教學(xué)和協(xié)作學(xué)習(xí)。通過創(chuàng)建數(shù)字孿生的教室和會議空間，教師和學(xué)生可以在虛擬空間中進(jìn)行實(shí)時互動和交流，打破地理和時間的限制。

3.4 實(shí)時監(jiān)控和教學(xué)評估

數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用使得教育者能夠?qū)嵤W(xué)生學(xué)習(xí)活動的持續(xù)監(jiān)控，并獲取即時反饋，從而為教學(xué)評估和動態(tài)調(diào)整提供支持。此外，數(shù)字孿生技術(shù)還可以用于模擬考試和評估，通過模擬真實(shí)考試環(huán)境和生成個性化的考試題目，幫助學(xué)生更好地準(zhǔn)備考試，同時也為教師提供了更加精確和全面的教學(xué)評估工具。

4 面臨的挑戰(zhàn)與展望

4.1 技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施和資源投入

財(cái)經(jīng)類高校在推進(jìn)數(shù)字孿生技術(shù)時，首先面臨的挑戰(zhàn)是建立和維護(hù)先進(jìn)的技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施。這包括高端計(jì)算資源的配置、可靠的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施以及先進(jìn)的虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）設(shè)備等。這些資源的投入往往需要大量的資金支持，對于資源有限的高校來說，可能是一個不小的負(fù)擔(dān)。此外，隨著技術(shù)的快速發(fā)展，持續(xù)更新和升級這些設(shè)施也會帶來持續(xù)的成本壓力。

4.2 教師技能和培訓(xùn)

數(shù)字孿生技術(shù)的引入要求教師不僅要掌握傳統(tǒng)的教學(xué)技能，還需要熟悉新的數(shù)字工具和方法。財(cái)經(jīng)類高校的教師可能缺乏與數(shù)字孿生技術(shù)相關(guān)的知識和經(jīng)驗(yàn)，因此需要進(jìn)行系統(tǒng)的培訓(xùn)和專業(yè)發(fā)展。這不僅包括技術(shù)操作的培訓(xùn)，還包括如何將數(shù)字孿生技術(shù)有效地融入課程設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)踐中。缺乏有效的培訓(xùn)和支持可能會影響教師的教學(xué)效果和學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

4.3 數(shù)據(jù)安全和隱私保護(hù)

在數(shù)字孿生技術(shù)融入專業(yè)教學(xué)實(shí)踐的背景下，教育領(lǐng)域?qū)⒚媾R大規(guī)模學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)及個人隱私信息的采集與分析工作。在此過程中，確保數(shù)據(jù)的保密性和學(xué)生隱私權(quán)益的保護(hù)成為一項(xiàng)緊迫任務(wù)。高校需制定和實(shí)施一套嚴(yán)密的數(shù)據(jù)管理與保護(hù)措施，以抵御網(wǎng)絡(luò)攻擊和數(shù)據(jù)泄露等潛在安全威脅。

數(shù)字孿生技術(shù)為高校教學(xué)改革提供了新的視角和工具，通過優(yōu)化教學(xué)資源配置、創(chuàng)新教學(xué)方法和提升教學(xué)質(zhì)量，為學(xué)生創(chuàng)造了更加豐富和高效的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。未來，高校應(yīng)積極擁抱數(shù)字孿生技術(shù)，不斷探索和實(shí)踐，以促進(jìn)教育的現(xiàn)代化和國際化。

主要參考文獻(xiàn)

[1]柴金煥.“互聯(lián)網(wǎng)+教育”背景下基于威客的數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)模式研究[J].信息與電腦（理論版），2021，33（10）：218221.

[2]羅艷妮.數(shù)智化背景下應(yīng)用型本科財(cái)會類專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系探究[J].陜西教育（高教），2023，（12）：3942.

[3]羅靜，侯長林，蔣炎益.應(yīng)用型和技術(shù)技能型人才的區(qū)別[J].高教發(fā)展與評估，2022，38（05）：1322+119120.

[4]王艷華，齊文浩，楊興龍.“新商科”背景下地方農(nóng)業(yè)院校工商管理類專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)定位及其實(shí)現(xiàn)路徑探討[J].現(xiàn)代教育科學(xué)，2019，（11）：116120+132.

[5]鄧會敏，白玲，李桂婷.數(shù)字化賦能職業(yè)教育高質(zhì)量發(fā)展的耦合邏輯、作用機(jī)理與實(shí)踐向度[J].教育與職業(yè)，2023，（23）：2228.

[6]劉曉鈺，楊濱源.加快推進(jìn)數(shù)字技術(shù)賦能教育現(xiàn)代化建設(shè)[N].科學(xué)導(dǎo)報(bào)，20231124（B04）.