孫青鋒，楊 浩

(1.安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程學(xué)院，安徽 蕪湖 241002；2.天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院，天津 300222)

1 我國虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究現(xiàn)狀

2019年9月，以中國知網(wǎng)(CNKI)為數(shù)據(jù)源，檢索策略為：中國學(xué)術(shù)期刊網(wǎng)絡(luò)出版總庫(期刊、教育期刊、特色期刊)、中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫、中國優(yōu)秀碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫、國內(nèi)外會(huì)議數(shù)據(jù)庫；為了更加精確研究主題相關(guān)文獻(xiàn)以及比較，分別設(shè)置檢索條件“篇名‘虛擬仿真&教學(xué)’”和“篇名‘虛擬仿真&教學(xué)’&主題‘高職’”進(jìn)行檢索，發(fā)表時(shí)間和出版文獻(xiàn)來源設(shè)為默認(rèn)。在上述條件下，分別得到1784篇和99篇。具體分布如圖1、圖2所示。

圖1 我國虛擬仿真教學(xué)相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)展趨勢圖

圖2 我國高職院校虛擬仿真教學(xué)相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)展趨勢圖

比較圖1和圖2，可以看出，高等職業(yè)教育對虛擬仿真技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用相對滯后，但基本保持著與我國虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)整體研究一致的發(fā)展過程。結(jié)合全國和高職院校虛擬仿真教學(xué)的文獻(xiàn)研究，可以判斷圍繞虛擬仿真技術(shù)開展教學(xué)實(shí)踐大概經(jīng)歷了三個(gè)階段：

(1)起步成長期(2003-2010)。在此期間，文獻(xiàn)較少，研究者關(guān)注到虛擬仿真軟件與虛擬仿真技術(shù)參與教學(xué)的必要性，以及虛擬仿真在解決專業(yè)教學(xué)矛盾[1]、改善理論與實(shí)踐教學(xué)[2]、豐富教學(xué)手段、提高學(xué)習(xí)率等方面具有良好效果[3]。

(2)迅速發(fā)展期(2011-2015)。在明確虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)提升教學(xué)質(zhì)量的理論與實(shí)踐摸索后，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)得到迅速發(fā)展。這個(gè)時(shí)期的研究文獻(xiàn)大多是各院校在不同的專業(yè)[4]、課程中[5]，探索應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)[6]、實(shí)踐教學(xué)方式，得到較大范圍的實(shí)踐成果并形成一定的教學(xué)模式[7]。

(3)穩(wěn)定成熟期(2016-至今)。隨著信息技術(shù)的大力發(fā)展，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的手段更加豐富。更多的職業(yè)院校、更多的專業(yè)投入到虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐中，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)已逐漸成為當(dāng)前高職院校實(shí)踐教學(xué)過程的主要輔助形式。

2 當(dāng)前虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的主要問題

現(xiàn)代信息技術(shù)開發(fā)虛擬仿真教學(xué)軟件，讓學(xué)生通過虛擬仿真項(xiàng)目的反復(fù)模擬練習(xí)，再進(jìn)入企業(yè)進(jìn)行實(shí)操、實(shí)訓(xùn)，可大大節(jié)省學(xué)校和企業(yè)的實(shí)訓(xùn)成本，減輕學(xué)生個(gè)人安全風(fēng)險(xiǎn)[8]。

作為實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要手段，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)一直扮演著重要角色，尤其是近年來教育信息化理念的不斷深入和虛擬仿真技術(shù)的飛速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)等走進(jìn)課堂，不斷豐富著知識(shí)體現(xiàn)形式和教學(xué)形式。但是，每次由技術(shù)變革引起的教育變革，在初始階段都會(huì)存在一些問題。當(dāng)前，在虛擬仿真已然推進(jìn)教學(xué)變革、改善教學(xué)效果的同時(shí)，在高職院校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐中有以下亟需解決的問題：

2.1 研究層度與深度比較低

從文獻(xiàn)的數(shù)量來說，相比于整個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究體量，高職領(lǐng)域的文獻(xiàn)數(shù)量較少，約占5.5%；從文獻(xiàn)質(zhì)量來說，在已搜到的高職主題虛擬仿真教學(xué)文獻(xiàn)中，中文核心類期刊發(fā)表的論文僅有5篇，占比僅5%。這體現(xiàn)出研究者對于該領(lǐng)域的研究不夠深入。

上述兩個(gè)問題一方面說明高職虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究還整體處在初步階段，偏重于應(yīng)用性介紹，在理論深度與模式提煉、經(jīng)驗(yàn)深化方面較為欠缺；另一方面，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的體系還不夠完善，單個(gè)專業(yè)或單門課程的研究較多，而系統(tǒng)層面的架構(gòu)較少涉及且不夠深入。

2.2 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)針對性和通用性不強(qiáng)

經(jīng)過近十年的發(fā)展，高職院校已逐漸完成由學(xué)科體系到能力導(dǎo)向的教學(xué)轉(zhuǎn)變。實(shí)踐教學(xué)的比重日益加大。工作過程和職業(yè)能力成為課程教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)的主要理念。但是在實(shí)際教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)室設(shè)備和臺(tái)套數(shù)依然難以完全支撐對工作過程的實(shí)際模擬，實(shí)踐動(dòng)手教學(xué)也面臨由于熟練度不夠而導(dǎo)致的人身和設(shè)備安全隱患，實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)存在“做不到”“做不好”“做不了”“做不上”的問題。基于此，虛擬仿真教學(xué)成為連接從理論了解到實(shí)踐操作過渡的重要環(huán)節(jié)，然而，受限于虛擬仿真平臺(tái)開發(fā)難度大、標(biāo)準(zhǔn)不一和各院校教學(xué)內(nèi)容與方式的差異以及對虛擬教學(xué)平臺(tái)研發(fā)的重視程度不同，當(dāng)前虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)針對性和通用性不強(qiáng)。很多虛擬仿真教學(xué)與實(shí)踐環(huán)節(jié)脫離，孤立地利用虛擬仿真教學(xué)便捷、低成本、易推廣的優(yōu)點(diǎn)，但局限于單門課程或單個(gè)知識(shí)點(diǎn)的獲得，缺乏針對整個(gè)專業(yè)或某一個(gè)完整技能體系、崗位能力群開發(fā)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。

2.3 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目缺乏

教學(xué)項(xiàng)目是貫徹落實(shí)教學(xué)思想的關(guān)鍵。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是國家教育信息化戰(zhàn)略在實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)然選擇，是解決高職院校辦學(xué)規(guī)模迅速擴(kuò)大但教學(xué)經(jīng)費(fèi)、教學(xué)設(shè)備相對不足問題的有效手段。從高職院校的教育實(shí)踐中來看，使用軟件模擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)一直是教師開展教學(xué)實(shí)踐的重要方式，但很多都偏于對理論教學(xué)的單一驗(yàn)證，對于實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的規(guī)劃缺乏深入的思考與開發(fā)，虛擬仿真教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)存在簡單化、無序化和重復(fù)性的弱點(diǎn)。對虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)的項(xiàng)目化提煉與拓展較為欠缺，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目大多處在“水課”水平，達(dá)不到“金課”標(biāo)準(zhǔn)。

3 高職開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的建議

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)的課有可能是一種新的教育生產(chǎn)力，是“互聯(lián)+教育”邁向“智能+教育”的關(guān)鍵[9]。針對當(dāng)前高職院校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀與存在的問題，提出幾點(diǎn)體會(huì)和建議。

3.1 國家政策保障

在本科教育階段，國家層面在2013年由教育部高等教育司發(fā)布《關(guān)于開展國家級虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作的通知》[10]，在全國本科院校建設(shè)國家級虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，推動(dòng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)。另外，2017年，教育部在本科院校開展國家示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)，并于2018、2019年分別認(rèn)定105個(gè)[11]和296個(gè)[12]國家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，這極大地推動(dòng)了本科院校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的范圍與質(zhì)量。在搜到的文獻(xiàn)中，有很多介紹國家級虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心和項(xiàng)目建設(shè)成果。可以說，在國家政策的有力保障與推動(dòng)下，本科院校的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)已形成常態(tài)化發(fā)展。

高職教育領(lǐng)域，早在2006年，教育部在《關(guān)于全面提高高等職業(yè)教育教學(xué)質(zhì)量的若干意見》中就提出：“要充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)，開發(fā)虛擬工廠、虛擬車間、虛擬工藝、虛擬實(shí)驗(yàn)”，各省也有虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心項(xiàng)目申報(bào)建設(shè)文件，但具體到實(shí)踐，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要看各院校專業(yè)設(shè)置、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)情況，教師主觀意愿占據(jù)重要因素?？偟貋碚f，高職院校能夠認(rèn)識(shí)到虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要教學(xué)意義，也有意愿，但相比于本科院校，缺乏一定的國家政策導(dǎo)向與實(shí)際政策推動(dòng)。因此，發(fā)展高職院校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，需要自上而下的政策保障與評估驗(yàn)收機(jī)制，需要從觀念上強(qiáng)調(diào)、重視高職院校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐推廣，引導(dǎo)高職院校扎實(shí)開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)。

3.2 構(gòu)建“虛實(shí)共進(jìn)”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高不僅僅在于一個(gè)專業(yè)、一門課或一個(gè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，需要從系統(tǒng)的角度建構(gòu)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為職業(yè)院校技術(shù)技能人才培養(yǎng)的常態(tài)，搭建虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)開放平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)校際共享、專業(yè)相關(guān)、課程互通、資源開放的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為高職教育實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)的重要手段，在職業(yè)教育生態(tài)中具有積極地位。但是，職業(yè)教育最終培養(yǎng)的人，是解決實(shí)際問題，是具有實(shí)踐動(dòng)手能力的復(fù)合型人才，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)盡管擁有眾多優(yōu)點(diǎn)，但也只能處于補(bǔ)充和輔助教學(xué)的地位[13]。

2013年，教育部高等教育司發(fā)布的《關(guān)于開展國家級虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作的通知》指出：“虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)應(yīng)充分體現(xiàn)虛實(shí)結(jié)合、相互補(bǔ)充、能實(shí)不虛的原則。”也就是說，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為新的“教育生產(chǎn)力”，并不是為了虛擬而虛擬，虛擬突破了原先實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)必須基于實(shí)物、到工廠真刀實(shí)槍做的局限，突破了想象到虛擬現(xiàn)實(shí)的壁壘，解決了不好做、不能做、不安全的問題，但離開實(shí)踐，虛擬仿真也僅僅是虛擬，是“仿真”，不會(huì)是“真”。而職業(yè)教育，是就業(yè)導(dǎo)向的教育，是技術(shù)技能應(yīng)用的教育，是求“真”務(wù)“實(shí)”的教育。開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，要考慮到專業(yè)與專業(yè)之間、課程與課程之間、知識(shí)與知識(shí)之間、技能與技能之間的聯(lián)系，要考慮到校際平臺(tái)共享、資源共享，突顯虛擬仿真教學(xué)與智能技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合，貫徹“虛實(shí)結(jié)合、相互補(bǔ)充、能實(shí)不虛”的原則，構(gòu)建“實(shí)為本，虛為輔”，“虛實(shí)共進(jìn)”的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。

3.3 校企合作開發(fā)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)

2019年，國務(wù)院發(fā)布的《國家職業(yè)教育改革實(shí)施方案》明確提出要“適應(yīng)互‘聯(lián)網(wǎng)+職業(yè)教育’發(fā)展需求，運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)改進(jìn)教學(xué)方式方法，推進(jìn)虛擬工廠等網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間建設(shè)和普遍應(yīng)用”。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)是教學(xué)的重要載體與實(shí)踐操作對象，是虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基礎(chǔ)。但是，建造兼具技術(shù)性、智能性和教育性的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)是一項(xiàng)復(fù)雜工程。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)涉及的仿真模擬技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)[14]主要掌握在專業(yè)人員手上，但其優(yōu)勢是站在技術(shù)實(shí)現(xiàn)的角度看待問題，缺乏教育教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)。專業(yè)教師具備按照教育學(xué)規(guī)律與學(xué)生成長的角度傳授專業(yè)技術(shù)知識(shí)的能力，但缺乏仿真模擬技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研發(fā)教育平臺(tái)的經(jīng)歷，將企業(yè)技術(shù)人員與一線教師組成團(tuán)隊(duì)，是解決教育設(shè)備脫離教學(xué)的關(guān)鍵。

聯(lián)合企業(yè)共同開發(fā)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，既是“產(chǎn)教融合”的基本要求，也是虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)適應(yīng)型人才的內(nèi)在訴求。考慮到各院校實(shí)驗(yàn)設(shè)備、人才培養(yǎng)方案的差異，在建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)時(shí)應(yīng)兼顧已有專業(yè)設(shè)備，站在專業(yè)群的角度全面、系統(tǒng)考慮，做到虛中有實(shí)，虛實(shí)結(jié)合。

3.4 建設(shè)“金課”級虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目

2017年7月，教育部辦公廳《關(guān)于2017-2020年開展示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)的通知》指出：“開展示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)，是推進(jìn)現(xiàn)代信息技術(shù)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目深度融合、拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容廣度和深度、延伸實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間和空間、提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和水平的重要舉措”。如果說平臺(tái)是虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基礎(chǔ)，那么項(xiàng)目建設(shè)就是保障平臺(tái)物盡其用和實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)能力目標(biāo)的關(guān)鍵。在項(xiàng)目建設(shè)過程中，可以以“金課”“兩性一度”作為評判標(biāo)準(zhǔn)，即保證虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度[9]。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目應(yīng)以學(xué)生為中心，以培養(yǎng)綜合能力和創(chuàng)新思維為目標(biāo)，融合知識(shí)、能力、素質(zhì)，注意項(xiàng)目難度的層級性，引導(dǎo)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)、去探究。

另外，2019年，《國家職業(yè)教育改革實(shí)施方案》提出“學(xué)歷證書+若干職業(yè)技能等級證書”制度(1+X證書制度)，這是引領(lǐng)職業(yè)教育改革的新指導(dǎo)思想。由第三方制定，眾多企業(yè)、學(xué)校參與的職業(yè)技能等級證書標(biāo)準(zhǔn)將成為職業(yè)教育專業(yè)人才培養(yǎng)的指示燈，在建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目時(shí)，應(yīng)圍繞“1+X”證書技術(shù)技能要求，院校教師與企業(yè)專家一起深入分析職業(yè)能力元素，根據(jù)職業(yè)技能等級要求，建設(shè)內(nèi)容精彩、構(gòu)思巧妙、技術(shù)先進(jìn)、做法靈活、評價(jià)客觀、形象展現(xiàn)抽象、拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的廣度與深度、實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)平衡的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目[15]。

3.5 探索多元教學(xué)管理方式

互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，教與學(xué)的方式將發(fā)生歷史性變革。隨著5G的到來，學(xué)習(xí)無處不在的泛在性需要虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)具備遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)功能，因此，開發(fā)線上教學(xué)資源與遠(yuǎn)程訪問系統(tǒng)，實(shí)行線上線下混合式學(xué)習(xí)，是時(shí)代的需求，也是虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)由“互聯(lián)網(wǎng)+”走向“智能+”的必然選擇。另外，線上互動(dòng)交流與管理、線上考評等也需要從技術(shù)上和教育實(shí)踐上予以重視。教育信息化背景下，探索多元化教學(xué)管理方式，是時(shí)代需求，更是現(xiàn)實(shí)需求。