陳福坤,張麗微,吳琴琴,張馨月,孫德林

(1.廣西生態(tài)工程職業(yè)技術學院,廣西柳州,545004;2.山東歐倍爾軟件科技有限責任公司,山東濟南,250021)

一、引言

在教育數字化戰(zhàn)略行動背景下,虛擬仿真技術與職業(yè)教育不斷融合,在賦能教育數字化變革、促進教育公平、改善教學效果等方面做出了突出貢獻。2020年,《關于開展職業(yè)教育示范性虛擬仿真實訓基地建設工作的通知》指出,建設職業(yè)教育虛擬仿真實訓基地既是改革傳統(tǒng)教學育人手段的要求,也是推進人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新的迫切需要。[1］虛擬仿真實訓基地建設是職業(yè)教育數字化轉型升級的重要路徑,也是學科專業(yè)與信息技術深度融合的產物。國家在虛擬仿真實訓基地建設中的一系列舉措和已取得的成果為建設職業(yè)教育示范性虛擬仿真實訓基地提供了良好的政策保障、發(fā)展機遇和建設經驗。本文研究如何將智能環(huán)保虛擬仿真實訓基地打造成集教學、實訓、培訓、競賽、科普于一身的智能化綜合性實訓基地,旨在解決實訓教學過程中高投入、高損耗、高風險及難實施、難觀摩、難再現的“三高”“三難”問題[2］,創(chuàng)新職業(yè)教育環(huán)保類專業(yè)“虛實結合”教學新路徑、新機制和新模式,形成校企共建共享、協(xié)同創(chuàng)新、管理高效的智能環(huán)保虛擬仿真實訓基地建設模式,有力推動產教深度融合,構建校企命運共同體,推動職業(yè)教育數字化能力和水平的提升[3］,有力提高環(huán)保類專業(yè)技術技能人才的培養(yǎng)質量。

二、必要性

職業(yè)教育教學的特色是突出真實的工作環(huán)境,學生在真實或仿真實的工作環(huán)境下學習和實訓,通過工學交替、突出真實工作過程的項目教學等方式培養(yǎng)學生與崗位需求相適應的職業(yè)技能和職業(yè)素養(yǎng)。[4］一方面,智能環(huán)保虛擬仿真實訓基地能夠充分拓展實訓教學內容的深度和廣度,延伸實訓教學的時間和空間[5］,提高實訓教學的質量和水平,激發(fā)學生探究式學習和自主學習的內生動力;另一方面,智能環(huán)保虛擬仿真實訓基地能夠幫助解決環(huán)保類專業(yè)教學中的“三高”“三難”問題,如因實驗實訓設備占地面積較大、建設費用高、運行維護難等帶來的職業(yè)技能培養(yǎng)與崗位需求不匹配的問題,因實訓設備昂貴、損壞風險高使得現場設備操作不易實現等問題。建設智能環(huán)保虛擬仿真實訓基地豐富了學生參與實驗實訓的手段和形式,學生可以在課前、課中和課后,通過數字化平臺預習、練習、驗證和復習,鞏固知識和技能。[6］智能環(huán)保虛擬仿真實訓基地的建設符合環(huán)保產業(yè)轉型升級對技術技能人才的高要求,推動教育鏈、產業(yè)鏈與人才鏈的有機銜接。

三、建設原則與路徑

虛擬仿真實訓基地建設遵循《職業(yè)教育虛擬仿真實訓基地建設指南》,以習近平生態(tài)文明思想為指導,以立德樹人為根本任務,以“思政育人、成果導向、學習者主體、可持續(xù)發(fā)展”為理念,圍繞工匠培養(yǎng),突出環(huán)保類專業(yè)特色,面向區(qū)域,對接環(huán)保產業(yè),服務企業(yè)人才需求,以全面提高人才培養(yǎng)質量為目標。職業(yè)教育智能環(huán)保虛擬仿真實訓基地建設以職業(yè)教育環(huán)保類專業(yè)人才培養(yǎng)方案和相關崗位職業(yè)標準為基礎,秉持“能實不虛、以實帶虛、以虛助實、虛實結合”的原則,由政府主導,通過職業(yè)院校、行業(yè)協(xié)會、環(huán)保企業(yè)和技術公司通力合作,共同打造育訓結合、產教融合、管理平臺共建、資源共享的虛擬仿真實訓基地,賦能環(huán)保類專業(yè)職業(yè)教育數字化轉型升級。[7-8］

四、建設思路

聚焦“三教”改革,強化教學、實訓、培訓、競賽相融合的教育教學活動,實現工廠與實訓室、校內教師與產業(yè)導師、學生與學徒、學習與培訓的四合一。通過建設一系列虛擬仿真資源、共建與共管綜合管理平臺、硬件環(huán)境、高水平虛擬仿真團隊,實現基地共建、共享、共管和共評,有效解決實訓中的“三高”“三難”問題。采用校內與校外、理論與實踐、虛仿與實操、講授與訓練多維度結合的教學方式,將基地打造成集教學、實訓、培訓、競賽、科普于一身的智能化綜合性虛擬仿真實訓基地。建設思路如圖1所示。

圖1 智能環(huán)保虛擬仿真實訓基地建設思路

五、建設內容與資源體系

建設內容以實體實訓室為基礎,以仿真技術為手段,通過持續(xù)探索與建設,緊密對接環(huán)保類專業(yè)崗位,從智能環(huán)保虛擬仿真資源、共建共享綜合管理平臺、實訓環(huán)境條件、高水平虛仿團隊四個方面開展建設,促進環(huán)保類專業(yè)實訓教學改革與創(chuàng)新,更好地為企業(yè)培養(yǎng)創(chuàng)新型、復合型技術技能人才。建設內容同時滿足社會培訓、技能競賽和科普宣教的需求,建成集教學、實訓、培訓、競賽、科普于一身的智能化綜合性虛擬仿真實訓基地。

(一)智能環(huán)保虛擬仿真資源開發(fā)

本文基于“互惠互利、共建共享、育訓結合”的運作機制,對接環(huán)保產業(yè),面向環(huán)境治理、環(huán)境監(jiān)測、生態(tài)修復、環(huán)境管理和環(huán)保裝備制造等方向,建設虛擬仿真教學課程體系和教學資源,構建基礎共用虛擬仿真平臺、專業(yè)核心技能虛擬仿真平臺和綜合職業(yè)能力虛擬仿真平臺三類平臺。

1.虛擬仿真三大平臺

基礎共用虛擬仿真平臺包含兩山理論研究展示體驗中心和生態(tài)博物館兩個模塊,內容涵蓋政策宣傳、認知類項目、展示類項目,課程一般設在大一學年,也可以用于科教宣傳。專業(yè)核心技能虛擬仿真平臺包括環(huán)境監(jiān)測、水污染控制、大氣污染控制、固體廢棄物處理與處置、環(huán)境管理與測繪、大型高精密儀器和電子電工及自動化七大模塊,覆蓋專業(yè)崗位核心課程必備的知識、技能及素養(yǎng)培養(yǎng)的實訓項目,涉及環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境治理、儀器設備的使用等領域,一般設在大二學年的課前預習、課中學習和課后復習環(huán)節(jié)。綜合職業(yè)能力虛擬仿真平臺包括智能水廠運行與調控和生態(tài)修復兩大模塊,涉及設計類實驗、綜合治理和水廠運行等內容,以綜合實訓實習為主,一般設在大二的課后拓展環(huán)節(jié)和大三的學習環(huán)節(jié),著重培養(yǎng)學生的創(chuàng)新性思維與綜合實踐能力。11個模塊和開發(fā)的虛擬仿真實訓課程教學資源形成有機整體,有效拓展實訓的深度和廣度,提升實訓教學和社會培訓的數字化水平,具體如表1所示。

表1 智能環(huán)保虛擬仿真三大平臺實訓項目

2.典型實訓項目開發(fā)

緊密對接環(huán)保類專業(yè)崗位技能要求,探索“虛實結合”的教學模式,開發(fā)課程中的虛擬仿真實訓項目,創(chuàng)造性地將實訓室設施設備、線上教學資源與三大虛擬仿真平臺進行有機融合,促進課程體系改革創(chuàng)新,推動數字化條件下自主學習、探究學習、協(xié)作學習等實訓教學方法的改革,豐富教學內容,拓展實踐領域,降低實訓成本和風險,提高實訓教學成效。三大平臺包含11個模塊,25個項目,對應若干子項目(根據崗位需求可進行持續(xù)開發(fā)),每個子項目開發(fā)出3D虛擬仿真資源和實訓指導文件,構成課程的重要資源,如水污染控制仿真模塊包含基礎實驗(14個子項目)和水污染治理實訓仿真工廠(6個子項目),具體如表1所示。學生或企業(yè)人員可通過線上線下混合式教學在真實教師或虛擬教師的指導下快速掌握技能要點、完成操作步驟并通過考核,通過這些方式建成基地實訓設備先進、教學資源可拓展升級的立體化虛擬仿真實訓平臺。

(二)共建共享綜合管理平臺建設

本文遵循“共建、共商、共享、共贏”的原則,聯(lián)合環(huán)保類職業(yè)院校、環(huán)保企業(yè)、科研院所和虛擬仿真技術公司,通過校企合作打造環(huán)保虛擬仿真資源的共建共享管理平臺。

1.建設高水平育訓承載能力管理平臺

當前職業(yè)教育教學存在資源跨專業(yè)、跨學校和校企共享渠道不通暢,學習形式較為單一,實踐過程評價體系不客觀、不系統(tǒng)、不全面等問題。通過搭建實訓基地智慧學習綜合管理平臺,構建實訓管理系統(tǒng)、資源共享系統(tǒng)、智慧評價系統(tǒng),實現虛擬教學資源在專業(yè)、學校和校企之間自由共享,構建學員實訓與職工培訓全過程、全方位的科學系統(tǒng)化考核評價體系。

智慧學習綜合管理平臺依托校園網絡,借助虛擬仿真技術和網絡信息技術進行搭建,根據實際教學工作管理模式,平臺架構包含門戶網站、基礎管理系統(tǒng)、教學管理系統(tǒng)、學習中心系統(tǒng)和數據管理系統(tǒng),具體如圖2所示。智慧學習綜合管理平臺能夠滿足虛擬仿真實訓教學的綜合管理需求,網絡平臺功能模塊可以滿足日常的教學管理及學習需求,從而提高實訓教學及管理工作的質量和效率。

圖2 智慧學習綜合管理平臺架構

2.共建共享平臺管理機制

在平臺管理中,通過強化與同類院校、環(huán)保企業(yè)、科研院所和技術公司等多元主體的協(xié)同合作,優(yōu)化創(chuàng)新資源配置模式,增強仿真基地“自我造血”的能力,形成共建、共管、共享平臺管理委員會,探討管理委員會的管理模式,為基地配備相應的資源,構建科學高效、保障有力的平臺管理體系。管理體系可充分發(fā)揮院校治理能力,構建同類院校、企業(yè)等多元主體協(xié)同共建共享的模式,實現教育鏈、產業(yè)鏈、創(chuàng)新鏈的深度融合。

(三)實訓環(huán)境硬件建設

學生可通過智慧學習綜合管理平臺在電腦端或移動設備端進行虛擬仿真軟件的學習與操作。為了讓學習者感受真實的環(huán)境,基地除了建設桌面式電腦機房,還配置了若干沉浸式虛擬仿真硬件系統(tǒng)。VR實訓室通過引入世界先進的VR/AR/MR技術,搭建沉浸式實訓體驗環(huán)境,學生可以進行虛擬練習實驗實訓操作。VR/AR/MR技術可以直觀展示環(huán)保類專業(yè)課程中的實驗實訓項目過程,尤其是課堂上難以展現的知識點,從微觀的反應機理到不易觀察的設備內部結構、介質流向,再到對整個工藝流程、正在運行的生產車間及整個廠區(qū)等都能夠通過VR/AR/MR技術真實地呈現出來。具有高度沉浸感和真實性的場景能夠形成具有沖擊力的體驗,幫助學生理解專業(yè)理論知識,激發(fā)學生的主觀能動性。此外,電腦機房和VR實訓室都引入了環(huán)保相關的課程思政元素和數字化元素,以營造良好的立德樹人氛圍。

(四)高水平虛仿團隊建設

1.建立融合型虛擬仿真實訓基地管理團隊

為保障虛擬仿真實訓基地能夠高效且可持續(xù)地運轉,需組建由政校行企共同組成的管理團隊。管理團隊的主要職責是改進和完善基地的管理制度、運行機制與績效考核等內容,指導建立有利于提高教學質量的效果考核、評價和反饋機制,強化基地教學創(chuàng)新團隊、技術保障團隊的管理,確?；貓F隊結構的合理性、成員的穩(wěn)定性和人員的充足性。

2.教學創(chuàng)新團隊建設

教學團隊應同時具備虛擬仿真實訓教學和虛擬仿真實訓資源開發(fā)的雙重能力,團隊成員包括院校、企業(yè)、科研院所專家和虛擬仿真資源開發(fā)企業(yè)的技術人員。通過雙向流動、內培外引、互兼互聘打造一支大師引領、德技雙馨、創(chuàng)新引領的高水平教學創(chuàng)新團隊。

(1)教學創(chuàng)新團隊可持續(xù)發(fā)展

教學創(chuàng)新團隊應對接環(huán)保產業(yè)發(fā)展,以智能環(huán)保虛擬仿真實訓基地為依托,統(tǒng)籌校企優(yōu)質人才資源。第一,設立虛仿基地示范開放課題,通過技術能手培訓計劃、教師入企實踐等人才交流項目,接收院校、企業(yè)的人員來基地開展教學實踐,承擔科技研發(fā)工作,形成示范輻射。第二,通過將教學團隊參與開發(fā)和持續(xù)完善虛擬仿真實訓資源、開展虛擬仿真實訓教學設計和虛擬仿真實訓教學模式研究等工作納入教師績效考核、評先評優(yōu)和職稱評聘考察的范圍,形成一套靈活合理、可持續(xù)發(fā)展的師資團隊發(fā)展機制。第三,教學團隊應不定期地開展智能環(huán)保虛擬仿真資源建設和應用研討會,探索虛擬仿真實訓基地在高素質技術技能人才培養(yǎng)中的教學模式和路徑,加強教學團隊的虛擬仿真資源建設能力和應用能力。

(2)加強教學團隊培養(yǎng)

高水平的教學創(chuàng)新團隊成員應優(yōu)化年齡結構、職稱結構和來源結構。第一,既要有知識經驗豐富的專家,也要有能力出眾、沉穩(wěn)實干的中年骨干,同時還要不斷吸收青年教師加入團隊,增強團隊活力。第二,以學校為主體,鼓勵環(huán)保企業(yè)、科研院所專家和虛擬仿真資源開發(fā)企業(yè)的技術人員通過專兼結合的方式共同組成教學團隊。第三,校內專任教師主動走進企業(yè)開展生產實踐,企業(yè)兼職教師和專任教師共同講授課程,融合虛擬仿真平臺內容,開展虛實結合、理論與實踐相互融合的教學,提升實訓教學質量。第四,企業(yè)一線的專家或技術能手可以通過線上網絡教學、線下實體車間實踐教學等方式培養(yǎng)和提升學生的崗位能力和職業(yè)素養(yǎng)。第五,教學創(chuàng)新團隊可以參與人才培養(yǎng)方案和實踐教學標準的制定,參與實訓教學課程體系的構建,通過實施課程改革、拓展社會服務,全面提升基地教學創(chuàng)新團隊的水平。

六、結語

本文分析了基地建設的必要性、建設原則與路徑、建設內容與資源體系等方面的問題,旨在建設集教學、實訓、培訓、競賽、科普于一身的智能化綜合性實訓基地,主要包括以下內容:通過強化與行業(yè)協(xié)會、企業(yè)、研究機構等多元主體的協(xié)同合作,增強基地“自我造血”的能力,建設共建、共管、共享的虛擬仿真綜合管理平臺;建設包含思政元素和數字化元素的沉浸式VR實訓室和電腦機房;建設融合型基地管理團隊,通過雙向流動、內培外引、互兼互聘等方式打造一支大師引領、德技雙馨、創(chuàng)新引領的高水平教學創(chuàng)新團隊;通過建設智能環(huán)保虛擬仿真實訓基地,持續(xù)優(yōu)化專業(yè)人才培養(yǎng)方案和課程體系,形成良性循環(huán)。數字化驅動職業(yè)教育“三教”改革是職業(yè)教育發(fā)展的新趨勢,職業(yè)院校應轉變教育理念,加強研究、加大投入,不斷提高人才培養(yǎng)質量。