關(guān)鍵詞：智慧教學(xué)；虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)；數(shù)字化轉(zhuǎn)型；虛擬仿真技術(shù)；實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)

0 引言

隨著虛擬現(xiàn)實(shí)、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)等技術(shù)的飛速發(fā)展，為教育領(lǐng)域的變革與創(chuàng)新提供了廣闊空間，科技對(duì)教育的支撐引領(lǐng)作用日益突出。在此背景下，高校作為人才培養(yǎng)的核心基地，須深刻領(lǐng)悟并積極響應(yīng)國(guó)家教育數(shù)字化戰(zhàn)略的內(nèi)涵與要求。

本研究團(tuán)隊(duì)所在的四川化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，積極探索數(shù)字技術(shù)與教育教學(xué)的融合，構(gòu)建了基于“互聯(lián)網(wǎng)+教育+虛擬仿真”技術(shù)的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)資源管理平臺(tái)，積極響應(yīng)了國(guó)家教育數(shù)字化戰(zhàn)略行動(dòng)，并推動(dòng)了教育教學(xué)模式創(chuàng)新。

教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型不僅是技術(shù)層面的革新，更是教育理念和教學(xué)模式的深刻變革[1]。本研究依托虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地構(gòu)建的一體化教學(xué)實(shí)踐平臺(tái)，通過整合教學(xué)資源、優(yōu)化教學(xué)過程，顯著提升了教學(xué)效果，對(duì)推動(dòng)教育現(xiàn)代化具有重要意義，并為其他院校提供可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

1 一體化教學(xué)實(shí)踐平臺(tái)的構(gòu)建

1.1 平臺(tái)構(gòu)建思路

本研究團(tuán)隊(duì)在構(gòu)建一體化教學(xué)實(shí)踐平臺(tái)時(shí)，秉持創(chuàng)新理念，主要圍繞資源云化、技術(shù)賦能和數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)三大核心策略展開[2]。團(tuán)隊(duì)特別結(jié)合了學(xué)校的化工特色，確保平臺(tái)構(gòu)建與學(xué)校實(shí)際情況緊密融合，以期達(dá)到最優(yōu)的教育成效

1.2 技術(shù)架構(gòu)與功能設(shè)計(jì)

1.2.1 資源云化

云技術(shù)實(shí)現(xiàn)了全校實(shí)訓(xùn)資源的集中存儲(chǔ)、管理和共享。在建設(shè)“虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)及資源共享管理平臺(tái)”時(shí)，學(xué)校引入集約化理念，依托“互聯(lián)網(wǎng)+教育+虛擬仿真”技術(shù)，統(tǒng)籌管理全校虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源于云端。平臺(tái)提供了統(tǒng)一接口管理（如圖1所示），簡(jiǎn)化了資源集成流程，減輕了管理人員和教師的工作負(fù)擔(dān)。資源上傳云端后，經(jīng)分類、開發(fā)和共享，全校師生可靈活高效地調(diào)用，不受時(shí)空限制。

如圖2虛仿平臺(tái)架構(gòu)所示，平臺(tái)支持課程自由組合，教師可建設(shè)、發(fā)布、管理和調(diào)用實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源，并根據(jù)學(xué)生群體，通過模塊化組合課程，定制個(gè)性化培養(yǎng)方案，豐富并創(chuàng)新課程形式。例如，針對(duì)行政班學(xué)生進(jìn)行生產(chǎn)鏈崗位技能培訓(xùn)，為短期培訓(xùn)學(xué)生自由搭配學(xué)習(xí)模塊形成特定技能圖譜，為社會(huì)訪客提供開放共享資源，完成網(wǎng)絡(luò)課程學(xué)習(xí)并獲得相關(guān)認(rèn)證。多模式并行運(yùn)行，提升了學(xué)習(xí)效率，促進(jìn)了教學(xué)模式的革新。

1.2.2 技術(shù)賦能，建設(shè)智慧教育生態(tài)[3]

數(shù)字技術(shù)被用于營(yíng)造智慧化教學(xué)環(huán)境，推動(dòng)教學(xué)理念、模式和內(nèi)容的改革。平臺(tái)上的實(shí)訓(xùn)資源以“項(xiàng)目”形式呈現(xiàn)，根據(jù)學(xué)校專業(yè)特色，秉承“對(duì)內(nèi)應(yīng)用，對(duì)外服務(wù)”理念，建設(shè)專業(yè)實(shí)訓(xùn)資源，并拓展應(yīng)用場(chǎng)景，將“VR黨建紅色教育”“工傷預(yù)防安全教育”“自然科普教育”等資源融入平臺(tái)（如圖3所示）。平臺(tái)采用最新云渲染技術(shù)，利用云計(jì)算平臺(tái)強(qiáng)大計(jì)算能力，提高云資源渲染效率和質(zhì)量，降低終端設(shè)備性能要求。只要終端設(shè)備支持視頻流播放，用戶即可通過網(wǎng)頁(yè)交互操作仿真內(nèi)容，使優(yōu)質(zhì)資源觸手可及，擴(kuò)大了對(duì)外服務(wù)范圍，實(shí)現(xiàn)了專業(yè)與創(chuàng)新的融合。

“專創(chuàng)融合”是指將專業(yè)教育與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育相結(jié)合，通過平臺(tái)整合和共享資源，促進(jìn)兩者深度融合。結(jié)合學(xué)院虛擬現(xiàn)實(shí)專業(yè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，自研和引進(jìn)優(yōu)質(zhì)數(shù)字化教學(xué)資源，開發(fā)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源，建立“互聯(lián)網(wǎng)+虛擬實(shí)驗(yàn)室”。教師和學(xué)生可根據(jù)需求自主開發(fā)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，提升信息素養(yǎng)、創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。同時(shí)，搭建了一個(gè)優(yōu)良的數(shù)字化智慧教學(xué)生態(tài)。例如，化工類專業(yè)作為需求方，可向平臺(tái)提出開發(fā)化工實(shí)訓(xùn)內(nèi)容資源的要求。虛擬現(xiàn)實(shí)專業(yè)作為研創(chuàng)團(tuán)隊(duì)，根據(jù)需求開發(fā)新的虛擬仿真資源，不斷擴(kuò)充平臺(tái)資源池，實(shí)現(xiàn)校本資源的自我循環(huán)和更新。

1.2.3 數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)，探索個(gè)性化培養(yǎng)

面向新時(shí)代和信息社會(huì)人才培養(yǎng)需求，以信息化引領(lǐng)構(gòu)建以學(xué)習(xí)者為中心的教育生態(tài)，積極探索個(gè)性化培養(yǎng)路徑，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展。平臺(tái)通過大數(shù)據(jù)技術(shù)采集和分析學(xué)生成績(jī)記錄、交互操作和用戶行為等數(shù)據(jù)，為后續(xù)個(gè)性化教學(xué)方案的制定和跟蹤評(píng)估提供數(shù)據(jù)支持。

平臺(tái)將獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化分析，為學(xué)生繪制個(gè)人能力畫像，完善綜合素質(zhì)評(píng)價(jià)，推動(dòng)教育評(píng)價(jià)主體多元化。學(xué)生可基于數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)問題并改善學(xué)習(xí)。教師結(jié)合數(shù)據(jù)分析開展個(gè)性化、差異化指導(dǎo)，形成教學(xué)閉環(huán)，促進(jìn)教育質(zhì)量提升。全流程數(shù)據(jù)探索個(gè)性化培養(yǎng)模式的實(shí)施，使教師教學(xué)更加專業(yè)化、個(gè)性化，滿足學(xué)生多元化學(xué)習(xí)需求，提高學(xué)習(xí)效率和質(zhì)量。

該一體化實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)通過深度整合教學(xué)、管理和服務(wù)要素，成功構(gòu)建了“互聯(lián)網(wǎng)+”條件下以學(xué)習(xí)者為中心的人才培養(yǎng)新模式。其核心在于建立數(shù)字教育資源的共建共享機(jī)制，并圍繞共享優(yōu)質(zhì)數(shù)字化教學(xué)資源與實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)教學(xué)資源展開。借助“互聯(lián)網(wǎng)+教育+ 虛擬仿真”技術(shù)，平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了對(duì)線下實(shí)驗(yàn)裝置應(yīng)用情況和線上教學(xué)過程的整合管理，創(chuàng)新性地打造出滿足開放、共享、翻轉(zhuǎn)課堂需求的虛擬仿真教學(xué)和實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)環(huán)境。

該平臺(tái)集成了教學(xué)、管理、考核、評(píng)價(jià)等多種功能，形成了云端平臺(tái)，為學(xué)生提供了個(gè)性化的學(xué)習(xí)路徑。在教育教學(xué)方面，平臺(tái)注重學(xué)生的個(gè)性化發(fā)展，通過連接學(xué)生、教師、資源等個(gè)體學(xué)習(xí)系統(tǒng)中的各個(gè)要素，建立起涵蓋“記憶”“理解”“應(yīng)用”“分析”“評(píng)價(jià)”“創(chuàng)造”等學(xué)習(xí)過程的個(gè)性化、精準(zhǔn)化學(xué)習(xí)系統(tǒng)。該平臺(tái)促進(jìn)了學(xué)生從低階思維向高階思維的轉(zhuǎn)變，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)學(xué)習(xí)過程的精準(zhǔn)監(jiān)控和指導(dǎo)。

同時(shí)，平臺(tái)通過收集和分析學(xué)生軟硬件裝置操作數(shù)據(jù)，為教師提供了全面的學(xué)情分析報(bào)告（如圖4所示）。這些報(bào)告信息準(zhǔn)確、反饋迅速，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)可視化，使教師能夠精準(zhǔn)掌握每一個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，并據(jù)此制定有針對(duì)性的教學(xué)策略。此外，學(xué)生借助平臺(tái)在課前、課中、課后精準(zhǔn)對(duì)接學(xué)習(xí)任務(wù)，激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣，取得了理想的學(xué)習(xí)效果。

2.2 開放式虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)，解決化工”三高三難“問題[4]

該平臺(tái)有效解決了化工傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)中的高投入、高損耗、高風(fēng)險(xiǎn)及難實(shí)施、難觀摩、難再現(xiàn)等問題。通過提供SDK下載，它使得第三方開發(fā)商或教師能夠迅速對(duì)接實(shí)訓(xùn)資源，實(shí)現(xiàn)了各類虛擬仿真實(shí)訓(xùn)資源的統(tǒng)一管理（如圖5所示，該圖展示了平臺(tái)如何整合并管理各類虛擬實(shí)訓(xùn)資源，確保資源的有效性和一致性），同時(shí)，利用流化技術(shù)，平臺(tái)能夠?qū)⑻摂M實(shí)訓(xùn)內(nèi)容輸出至各類終端設(shè)備，創(chuàng)新性地打破了時(shí)間和空間的限制，使學(xué)生能夠在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)操作（如圖6所示，學(xué)生可在線上進(jìn)行三氯甲烷含量測(cè)定的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目）。

2.3 虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)賦能黨建教育，傳承紅色文化

學(xué)校與企業(yè)攜手合作，創(chuàng)新性地構(gòu)建了特色鮮明的“VR+黨建”紅色文化教育平臺(tái)。該平臺(tái)自主研發(fā)了大量VR思政教育資源，并通過答題系統(tǒng)、VR線上資源等形式，實(shí)現(xiàn)了向社會(huì)開放的VR紅色教育培訓(xùn)（如圖7所示）。

例如，2023年，團(tuán)隊(duì)精心制作的“重慶六五紀(jì)念館”VR紅色主題體驗(yàn)（如圖8所示），就是該平臺(tái)的一個(gè)重要成果。該項(xiàng)目通過3D 全實(shí)景建模，重現(xiàn)了1941年6月5日晚日機(jī)對(duì)重慶長(zhǎng)達(dá)5個(gè)多小時(shí)的轟炸，以及震驚中外的“六五”大隧道慘案。用戶借助VR技術(shù)，能夠身臨其境地感受當(dāng)時(shí)的歷史場(chǎng)景，重溫那段悲壯的歷史，從而被深深觸動(dòng)，激發(fā)強(qiáng)烈的愛國(guó)主義情懷。這一項(xiàng)目不僅有效傳承了紅色文化內(nèi)容，還通過創(chuàng)新的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，讓紅色文化的傳播更加生動(dòng)、深刻和廣泛。

2.4 借助虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)助推社會(huì)服務(wù)

依托虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)了《高空墜落》《危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸》等VR工傷預(yù)防項(xiàng)目，還策劃了一系列科普知識(shí)教育活動(dòng)。為了更有效地推動(dòng)社會(huì)服務(wù)的發(fā)展，團(tuán)隊(duì)采取了“走出去、請(qǐng)進(jìn)來(lái)”的策略，多次深入企業(yè)、學(xué)校和社區(qū)，利用這些平臺(tái)進(jìn)行安全科普教育宣傳。

2022年，團(tuán)隊(duì)為自貢鹽業(yè)博物館量身打造了“鹽都?jí)迅枞皵?shù)字展館”。該展館采用全景展示技術(shù)，生動(dòng)記錄了自貢在抗擊新冠疫情過程中的種種感人瞬間，并巧妙融入了預(yù)防新冠病毒感染的科普知識(shí)。這一項(xiàng)目不僅深受中小學(xué)生喜愛，還被廣泛推廣至多個(gè)學(xué)校，幫助學(xué)生迅速掌握相關(guān)知識(shí)。目前，“鹽都?jí)迅枞皵?shù)字展館”仍掛載在自貢鹽業(yè)博物館的官方微信公眾號(hào)上，借助互聯(lián)網(wǎng)的力量，其安全科普教育宣傳的成效日益顯著。

3 特色與創(chuàng)新點(diǎn)分析

3.1 產(chǎn)業(yè)鏈教學(xué)資源全覆蓋，課程形式多樣化

四川化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院的一體化教學(xué)實(shí)踐平臺(tái)，以其全面覆蓋化工產(chǎn)業(yè)鏈的教學(xué)資源（如圖9所示）為特色。該圖詳細(xì)展示了化工產(chǎn)業(yè)鏈的上下游關(guān)系，包括原料采集、生產(chǎn)加工、產(chǎn)品應(yīng)用等各個(gè)環(huán)節(jié)，直觀呈現(xiàn)了整個(gè)化工產(chǎn)業(yè)的運(yùn)作流程。平臺(tái)提供的多樣化課程形式，如虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、在線互動(dòng)課堂等，使師生能夠深入了解化工產(chǎn)業(yè)的各個(gè)方面。課程內(nèi)容靈活組合，增強(qiáng)了課程的適用性，不僅滿足了校內(nèi)學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，也為校外社會(huì)人員提供了定制化的培訓(xùn)課程。

3.2 大數(shù)據(jù)賦能多元化評(píng)價(jià)，彰顯學(xué)生為中心

基于云端平臺(tái)的教學(xué)體系，平臺(tái)密切關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)，包括學(xué)習(xí)進(jìn)度、時(shí)長(zhǎng)、測(cè)評(píng)成績(jī)及課堂參與度等。通過數(shù)據(jù)分析應(yīng)用，建立了基于數(shù)據(jù)的學(xué)校、教師和學(xué)生評(píng)價(jià)體系，形成了全面、客觀的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。這一體系能夠生成有價(jià)值的數(shù)據(jù)報(bào)告，幫助發(fā)現(xiàn)問題并改善學(xué)習(xí)。平臺(tái)以學(xué)生為中心，鼓勵(lì)學(xué)生利用信息技術(shù)進(jìn)行主動(dòng)學(xué)習(xí)，培養(yǎng)了良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，提高了學(xué)習(xí)質(zhì)量。

3.3 數(shù)據(jù)中臺(tái)匯聚消除孤島，提升數(shù)據(jù)質(zhì)量

平臺(tái)通過對(duì)接學(xué)校開放接口，統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口并建立數(shù)據(jù)交換中心，實(shí)現(xiàn)了全周期互聯(lián)網(wǎng)教育應(yīng)用融合治理。數(shù)據(jù)中臺(tái)作為核心，負(fù)責(zé)收集、分析全過程數(shù)據(jù)，并將分析后的數(shù)據(jù)分發(fā)至其他業(yè)務(wù)平臺(tái)，消除了信息孤島現(xiàn)象。這一舉措不僅提升了數(shù)據(jù)質(zhì)量，還促進(jìn)了教育管理的統(tǒng)籌優(yōu)化，為智慧教學(xué)環(huán)境的打造提供了有力支持。

3.4 5G+云渲染技術(shù)打破時(shí)空間限制

平臺(tái)引入5G+云渲染技術(shù)，將仿真和渲染后的3D 界面推送至“瘦客戶端”，降低了訪問門檻，擺脫了操作終端軟硬件的束縛。這一技術(shù)革新打破了時(shí)空限制，使得虛擬仿真教學(xué)資源能夠隨時(shí)隨地、通過多設(shè)備進(jìn)行訪問，大大提高了資源的使用效率和學(xué)習(xí)效果。

3.5 指導(dǎo)學(xué)生開發(fā)虛擬仿真資源，助力數(shù)智化培養(yǎng)

響應(yīng)教育數(shù)字化的全面推進(jìn)，平臺(tái)積極探索信息技術(shù)在教育模式中的應(yīng)用。通過具體項(xiàng)目指導(dǎo)，如“化工反應(yīng)過程模擬”等虛擬仿真資源開發(fā)，平臺(tái)不僅提升了學(xué)生的信息素養(yǎng)、創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力，還助力學(xué)生數(shù)智化培養(yǎng)。例如，在2023年度，指導(dǎo)學(xué)生開發(fā)的“塵肺病病變過程”項(xiàng)目，在全國(guó)智能醫(yī)學(xué)大賽中榮獲一等獎(jiǎng)，充分展示了平臺(tái)在數(shù)智化教育方面的顯著成效。

4 結(jié)束語(yǔ)

一體化教學(xué)實(shí)踐平臺(tái)的建設(shè)，不僅是對(duì)黨的二十大“推進(jìn)教育數(shù)字化”號(hào)召的積極響應(yīng)，也標(biāo)志著學(xué)校在教育創(chuàng)新領(lǐng)域邁出了重要一步。該平臺(tái)通過運(yùn)用大數(shù)據(jù)和5G+云渲染技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)的多元化與數(shù)據(jù)管理的智能化[5]，并成功打破了學(xué)習(xí)時(shí)空的限制，極大地提升了教學(xué)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效率。這些技術(shù)創(chuàng)新不僅為學(xué)生信息素養(yǎng)、創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供了堅(jiān)實(shí)支撐，也對(duì)教育模式產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，推動(dòng)了以學(xué)生為中心的教學(xué)模式的發(fā)展，并為教育數(shù)字化的全面推進(jìn)提供了寶貴的探索和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

展望未來(lái)，隨著技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步和教育理念的不斷革新，本團(tuán)隊(duì)相信，該平臺(tái)將持續(xù)發(fā)揮其引領(lǐng)作用，推動(dòng)教育向更加智能化、個(gè)性化、高效化的方向發(fā)展，為教育事業(yè)的蓬勃發(fā)展貢獻(xiàn)更多智慧與力量。在此過程中，我們也將不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化平臺(tái)功能，以期實(shí)現(xiàn)更加卓越的教育成效。