数字化转型背景下高职院校虚拟仿真实训教学创新模式研究

摘"要：针对传统实训教学存在的问题，探索融入虚拟仿真技术的实训教学模式。以测绘地理信息技术专业群为例，通过建设数字化虚拟仿真时空数据库，搭建虚拟仿真实训教学管理平台，构建虚拟仿真实训课程资源体系，构建“能实不虚、虚实结合、以虚助实”的真实实训教学与虚拟仿真实训教学相结合的混合式实训教学模式，并对实训效果开展多元化评价，提高学生的综合实践能力，为职业教育实训教学改革提供参考。关键词：数字化转型；职业教育；测绘地理信息技术；虚拟仿真实训教学；混合式实训教学0"引言顺应数字潮流、把握时代脉搏，推进教育变革和创新，对于教育现代化和教育强国建设具有重要意义[1]。2022年1月，全国教育工作会议正式启动全面推进教育数字化转型的新征程。职业教育数字化转型升级是中国式教育现代化的重要组成部分，是职业教育主动适应数字技术发展趋势，变革教学和评价模式，创新体制机制的必然要求[2]。职业教育是我国国民教育体系和人力资源开发的重要组成部分，肩负着培养多样化人才、传承技术技能、促进就业创业的重要职责。职业教育实训教学过程中存在较多典型的高投入、高难度、高风险和难实施、难观摩、难再现的“三高三难”问题，是当前职业教育实训教学面临的挑战[3]。新一代数字技术的发展，尤其是虚拟仿真[4]、数字孪生等技术的突飞猛进，为职业教育开展具有感知性、沉浸性、交互性、构想性、智能性的虚拟仿真实训教学提供了技术支持，推动了职业教育数字化、多元化的快速发展。借助虚拟仿真技术创建虚拟的数字化环境，用户能够在虚拟环境中进行各种活动和交互。虚拟仿真技术可以提供高质量的数字教育培训资源，缩小数字社会下的实践距离，帮助学生更好地适应当前和未来的工作环境，满足现代职业教育的需求，从而推动职业教育与培训向数字化、网络化、智能化和全球化转型。虚拟仿真技术赋能职业教育实训教学已经成为高职教育改革研究的热点[5]。本文依托广东工贸职业技术学院国家“双高”专业群——测绘地理信息技术专业群，建设国家级职业教育示范性虚拟仿真基地，积极探索职业教育教学改革的新思路、新模式，助力职业教育数字化转型，提升职业教育质量。1"传统实训教学存在的问题测绘地理信息技术专业群服务于国家战略性新兴产业中的测绘地理信息产业。我国测绘历史悠久，经历了模拟测绘、数字测绘、信息化测绘三个阶段[6]。随着云计算、物联网、大数据、智能处理等先进技术的迅猛发展，测绘行业正步入智能化测绘阶段，这对测绘高职教育提出新的要求和挑战。然而，传统实训教学存在如下难题。1.1"实训教学硬件设备资源不足传统测绘实训教学往往需要大量的测绘仪器设备，如无人机[7]、三维激光扫描仪、全球导航卫星系统（GNSS）、多波束海洋测绘设备等，这些仪器设备的采购和维护成本高昂，部分院校在设备方面存在不足，直接限制了实训的效果和覆盖面。1.2"实训过程中存在较多的安全隐患测绘实训过程中确实存在一定的安全隐患，比如测绘实训涉及使用各种测绘仪器设备（如激光器、无人机等），设备的操作涉及高风险的操作环境（如高空、山区、水域等），对仪器设备不正确的操作和管理可能导致伤害和事故的发生；学生在实训过程中可能对测绘仪器设备的操作不熟悉，或者使用不当，导致设备损坏、数据丢失等问题；测绘实训区域常常是开放的自然环境，可能存在不平整的地形、潜在的危险物等安全隐患。1.3"实训教学质量往往过度依赖教师的教学质量和经验测绘地理信息技术专业课程实训要求教师有一定的现场工作经验，传统实训教学质量高度依赖教师的教学质量和经验是当前实训教学存在的普遍问题。测绘实践教学内容较为专业且涉及面较宽，教师需要具备较丰富的实践经验和较高技能才能够进行教学。实训教学过程中需要经验丰富的教师进行现场指导和解决问题，尤其是一些较为复杂的实践项目，需要教师具有高超的实践能力才能确保实训的效果。教师水平不一，可能导致培训结果花样百出，质量参差不齐。目前，实训教学的课程建设和教学方法还存在很大的局限性，需要教师进行创新和优化，才能更好地满足学生的需求。1.4"实训过程受时间和空间的限制大传统实训教学通常在固定的实训场地或校园内进行，受到空间和时间的限制，学生只能在排定的课时内进行实训。有些课程的实训需要较长的时间，比如变形监测、地震观测[8]等，在一定程度上限制了学生的实践时间。有些课程的实训需要到特定的工作场所，比如矿山测量、桥梁测量、海洋测绘等，受空间限制。1.5"难以模拟真实的工作环境校园内模拟场景的实训中，部分场景可能难以模拟真实的工作环境，传统实训很难模拟这些情况让学生在安全环境下磨练应对能力。传统测绘实训所涉及的设备、设施和场地等资源存在一定限制[9]。实际工作中需要进行许多实地测量和数据处理，传统实训条件下难以模拟实地环境和操作。传统的实训教学更为注重基础理论和基本操作技能的讲解与实践，难以涉及工作中的复杂案例和问题。常用的实践环境缺乏动态性，失去了真实环境的复杂性与随机性。1.6"实训效果的反馈和评估不及时及时有效的反馈和评估对学生学习过程至关重要。然而，在传统实训教学中面对较多的学生，教师难以做到实时观察、指导和评价每个学生，很容易延误学生在关键技能上的进步和纠错。2"虚拟仿真实训教学创新模式研究2.1"建设数字化全景虚拟仿真时空数据库针对不同专业、不同课程涉及的工作场景，利用最先进的空间数据采集、处理技术，构建数字化全景虚拟仿真时空数据库，为各虚拟仿真教学应用系统提供必要的数据支撑。数字化全景虚拟仿真时空数据库可以将各种多维数据资源进行整合和集成，以空间为主线，提供各类空间数据模型，包括基础地理数据库、专业测绘数据库、城市三维数据库等。同时，数字化全景虚拟仿真时空数据库应充分利用大数据中心的数据资源共享机制，促进数据资源积累和充分使用，为上层各类应用系统建设提供必要的数据支撑。2.2"建设虚拟仿真实训教学共享管理平台建设虚拟仿真实训教学共享管理平台是实训基地建设的重点任务和关键要素之一。该平台需要提供应用接口和数据接口，实现与职业教育数字化学习平台的资源和信息交互，从业务管理和应用层面融合成为一个整体。平台可以实现与示范基地各专业虚拟仿真系统实训数据、评测数据的无缝对接。通过与虚拟仿真门户网站、教务教学管理平台、实训教学资源共享管理平台等管理平台对接，实现对虚拟仿真实训交互步骤、知识点资源的教学和共享。通过平台提供的虚拟现实门户网站入口，可以实现校内、校外、公众用户对于各专业虚拟仿真系统的用户身份认证、统一登录等功能，实现不同类型实验软件统一接入和学生在平台上进行统一实验的目的，实现系统间的无缝连接，实现跨学科专业、跨校、跨区域的虚拟仿真实训教学资源的开放共享。2.3"构建虚拟仿真实训资源体系在虚拟仿真实训教学中，建设虚拟仿真实训资源体系是至关重要的一步。结合测绘地理信息技术专业群实训教学内容，需要整合现有的实训资源，包括教材、教案、实验设备、模型等。资源通过数字化手段进行整合，并与虚拟仿真平台对接，形成一个统一的资源库。根据实训教学内容的要求，开发虚拟仿真模型，模拟真实的测绘任务和操作过程。利用虚拟仿真技术打造一个综合的实训环境，包括无人机测绘环境、海洋测绘环境、三维激光扫描环境等。学生可以在这些环境中进行实际操作和练习，获得真实的实训体验。针对每个虚拟仿真实训环境制定详细的操作指南和教学案例，指导学生进行虚拟实训。通过建设虚拟仿真实训资源体系，可以克服实训场地要求苛刻、成本高、危险性大等挑战，提供安全、低成本的实训环境，并帮助学生全面提升实际操作能力和解决问题的能力。2.4"构建混合式实训教学模式在数字化转型背景下，针对测绘地理信息技术专业群实训教学遇到的难题，紧密围绕人才培养方案，结合最新的信息技术，将虚拟仿真教学作为一种新的教学模式融入实训教学，并坚持“能实不虚、虚实结合、以虚助实”的原则，构建真实实训教学与虚拟仿真实训教学相结合的实训教学模式。结合线上线下混合式实训教学模式，通过在线上环境中提供虚拟仿真实训资源和学习活动，以及在线下实践环境中进行真实实训操作和实践活动，实现教学的线上线下结合与互补，为学生提供更加全面和综合的学习体验。具体的混合式实训教学模式如图1所示。2.4.1"课前：学生线上自主预习教师发布预习任务，明确实训内容和要求。学生课余时间线上登录管理平台，选择课程对应的虚拟仿真实训教学系统进行“学”。在实训教学平台上，学生可以通过实训目的、实训准备、虚拟实训互动操作和知识测试等环节进行自主学习。学生学习结束后，可以在留言区提出问题并发表学习感想，教师和其他学生可以对问题进行解答与讨论交流。教师可以通过虚拟平台后台记录的学生在各模块停留时长、操作失误点、知识点测试结果和留言区反馈评估学生的学习情况，有助于了解学生的真实需求和弱点，进而设计和调整面授课堂的教学内容与侧重点。2.4.2"课中：教师重点讲解教师会根据学生在虚拟仿真平台上的预习情况，对课堂内容的重点和难点进行深入解析，并针对性地解答学生留言中的共性问题和个性问题。当学生通过实际操作深入理解所学内容后，教师会引导学生分组，开展深层次的讨论，以加深对知识点的理解和掌握，同时进一步培养学生的思辨能力和团队合作精神。通过课中学习，学生可以及时得到教师的指导和帮助，加深对所学知识的理解和掌握，有助于提高学习效率。2.4.3"课后：学生巩固与反复训练课后，学生可以通过虚拟仿真实训系统进行课后作业，巩固学习内容，查漏补缺。教师可以通过后台数据中的操作考试记录分和知识问答得分了解学生对实训课的掌握情况，及时解决学生的学习问题。同时，这些数据也为教师修改和完善教学设计提供了参考。通过这样的反馈机制，教师能更好地了解学生的学习情况，并根据学生的需求进行个性化指导，有效增强学生的学习效果。2.5"多元化实训教学评价职业技能人才的培养要以培养实际能力为目标，并兼顾学生的多方面表现。综合线上学习和线下实训的特点，设计多样化的评价方式和体系，并注重过程性评价和结果性评价的结合。在评价上，综合考虑学生的实际能力，包括实践技能、协作能力、学习资源利用能力、实践创新能力和自我决策能力等。通过确定评价指标和体系，可以全面评估学生的能力发展水平。充分发挥线上与线下各自的优势，线上学习可以利用网络技术监控、记录、评价学生在网络环境中的学习过程和效果，线下实训则由教师在学生完成操作后实时评价。评价体系要综合线上线下评价维度和指标体系，以确保评价全面准确。评价注重过程性和结果性的结合。过程性评价关注学生的主动性和反思性，监控、记录和评估学生的学习状态、过程与成果。而结果性评价侧重学生的学习成果、实践能力和能力应用，可以根据实际操作表现和实训成果进行评价与反馈。采用多元化的评价主体，由教师、学生和行业专家构成。虚拟仿真混合式实训教学评价通过确立评价目标，采用多样化的评价方式与工具，构建科学合理的评价体系，注重多元化评价主体，实时反馈与改进。科学评价有助于提高学生的能力水平，增强实训教学模式的实践性与有效性。3"结论本文深入探讨了数字化转型背景下高职院校测绘地理信息技术人才实训教学面临的诸多难题，并提出融入虚拟仿真教学的实训教学创新模式。为了满足测绘地理信息不同场景虚拟仿真实训要求，建设数字化全景虚拟仿真时空数据库，建设虚拟仿真实训教学共享管理平台，构建虚拟仿真实训资源体系，为实训教学提供资源保障。将虚拟仿真教学作为一种新的教学模式融入实训教学，并坚持“能实不虚、虚实结合、以虚助实”的原则，构建真实实训教学与虚拟仿真实训教学相结合的实训教学模式。最后，开展多元化的虚拟仿真实训教学评价。研究的主要意义在于为高职院校的教育教学提供一种可行的创新模式