摘要：虛擬仿真技術(shù)與教育教學(xué)的融合成為職業(yè)教育數(shù)字化發(fā)展的重要方向。虛擬仿真實(shí)訓(xùn)資源能豐富學(xué)習(xí)體驗(yàn)、拓展學(xué)習(xí)邊界、培養(yǎng)創(chuàng)新能力、打造個(gè)性化教學(xué)。虛擬仿真實(shí)訓(xùn)資源開(kāi)發(fā)流程主要包括確定實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)框架、開(kāi)發(fā)虛擬實(shí)訓(xùn)場(chǎng)景、設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)操作腳本、搭建虛擬仿真平臺(tái)、仿真系統(tǒng)部署運(yùn)維、教學(xué)應(yīng)用演示培訓(xùn)等環(huán)節(jié)。

關(guān)鍵詞：實(shí)訓(xùn)資源；虛擬仿真；職業(yè)教育

中圖分類(lèi)號(hào)：G712 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-9094（2024）09-0086-04

一、職業(yè)教育虛擬仿真實(shí)訓(xùn)資源及其開(kāi)發(fā)

虛擬仿真技術(shù)是一種利用計(jì)算機(jī)技術(shù)生成一個(gè)逼真的三維虛擬環(huán)境，并通過(guò)特殊的交互設(shè)備使用戶沉浸其中，實(shí)現(xiàn)與虛擬世界進(jìn)行自然交互的技術(shù)。它結(jié)合了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、仿真技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)、多媒體技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)，通過(guò)模擬真實(shí)世界的物理規(guī)律和行為，創(chuàng)建出一個(gè)高度逼真的虛擬環(huán)境。虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展歷程可以劃分為物理仿真（1920—1930年代）、模擬仿真（1940—1950年代）、數(shù)字仿真（1960—1980年代）、現(xiàn)代虛擬仿真（1980年代至今）四個(gè)階段。目前，虛擬仿真技術(shù)還在不斷融合新的元素，如增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和人工智能，為用戶提供更加沉浸化和智能化的體驗(yàn)。虛擬仿真技術(shù)具有多感知性、交互性、自主性等特征。

職業(yè)教育虛擬仿真實(shí)訓(xùn)資源的開(kāi)發(fā)正處于一個(gè)蓬勃發(fā)展的階段。國(guó)家對(duì)于職業(yè)教育虛擬仿真實(shí)訓(xùn)資源的開(kāi)發(fā)高度重視。例如，教育部提出了建設(shè)職業(yè)教育虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地的計(jì)劃，旨在利用虛擬現(xiàn)實(shí)、數(shù)字孿生等新一代信息技術(shù)，開(kāi)發(fā)資源、升級(jí)設(shè)備、構(gòu)建課程、組建團(tuán)隊(duì)，革新傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)模式。計(jì)劃到2025年建成200個(gè)左右全國(guó)示范性虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地，并帶動(dòng)各地1000個(gè)左右區(qū)域示范性虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)[1]。

2024年4月，筆者以中國(guó)知網(wǎng)CNKI為主要檢索平臺(tái)，以“虛擬仿真實(shí)訓(xùn)”為主題共檢索到學(xué)術(shù)期刊、學(xué)位論文、會(huì)議等文獻(xiàn)共計(jì)666篇，文獻(xiàn)發(fā)表時(shí)間集中在2018年至今，且數(shù)量呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。相關(guān)研究主題集中在虛擬仿真、虛擬仿真實(shí)訓(xùn)、虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)、虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)、虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)、虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)等。其中，與虛擬仿真實(shí)訓(xùn)資源建設(shè)、開(kāi)發(fā)相關(guān)的文獻(xiàn)共計(jì)29篇，虛擬仿真實(shí)訓(xùn)資源研究中針對(duì)實(shí)訓(xùn)腳本設(shè)計(jì)的研究較少。職業(yè)教育虛擬仿真實(shí)訓(xùn)資源的開(kāi)發(fā)也存在一些挑戰(zhàn)和問(wèn)題，如資源的整合與共享、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一、師資力量的培養(yǎng)等。因此，未來(lái)還需要進(jìn)一步加大投入，加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)和人才培養(yǎng)，推動(dòng)職業(yè)教育虛擬仿真實(shí)訓(xùn)資源的持續(xù)發(fā)展和優(yōu)化。

二、虛擬仿真實(shí)訓(xùn)資源在職業(yè)教育教學(xué)中的價(jià)值

虛擬仿真實(shí)訓(xùn)資源以其獨(dú)特的應(yīng)用方式和特點(diǎn)，能有效地解決教學(xué)實(shí)訓(xùn)中高投入、高難度、高風(fēng)險(xiǎn)以及難實(shí)施、難觀摩、難再現(xiàn)等“三高三難”的問(wèn)題[2]，有效提高教學(xué)實(shí)訓(xùn)的質(zhì)量和效率，促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)和發(fā)展。

（一）效果逼真、全景重現(xiàn)，豐富學(xué)習(xí)體驗(yàn)

虛擬仿真實(shí)訓(xùn)環(huán)境能夠模擬出非常逼真的操作環(huán)境和操作過(guò)程，這種高度仿真的環(huán)境有助于學(xué)生更深入地理解和掌握知識(shí)，提高學(xué)習(xí)效果。在虛擬環(huán)境中，學(xué)生可以進(jìn)行各種實(shí)訓(xùn)操作，而無(wú)需擔(dān)心實(shí)訓(xùn)材料的浪費(fèi)或安全問(wèn)題，同時(shí)也降低了實(shí)訓(xùn)設(shè)備的損耗和維護(hù)成本。

（二）內(nèi)容完整、操作細(xì)致，拓展學(xué)習(xí)邊界

在教學(xué)中，應(yīng)用虛擬仿真實(shí)訓(xùn)資源，學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)容將更加完整、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容將更加細(xì)致，無(wú)論體驗(yàn)不同應(yīng)用場(chǎng)景、研究?jī)?nèi)部構(gòu)造，還是探究工作原理，虛擬仿真教學(xué)都可以帶來(lái)全新的體驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生的探索精神，拓寬了視野。

（三）自主探索、項(xiàng)目實(shí)踐，培養(yǎng)創(chuàng)新能力

利用虛擬仿真實(shí)訓(xùn)資源，學(xué)生可以自主探索、解決問(wèn)題、進(jìn)行創(chuàng)新。可以在一個(gè)安全的虛擬環(huán)境中進(jìn)行試錯(cuò)和實(shí)踐，克服實(shí)訓(xùn)條件的限制，提高實(shí)踐技能和應(yīng)用能力。這種學(xué)習(xí)方式培養(yǎng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和解決問(wèn)題的能力，為他們未來(lái)的職業(yè)發(fā)展做好準(zhǔn)備。

（四）數(shù)據(jù)全面、反饋明顯，打造個(gè)性化教學(xué)

虛擬仿真實(shí)訓(xùn)資源提供了個(gè)性化和差異化學(xué)習(xí)的可能。每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和興趣不同，虛擬仿真教學(xué)可以根據(jù)學(xué)生的個(gè)性化需求進(jìn)行定制，提供不同難度的學(xué)習(xí)任務(wù)和個(gè)性化的反饋。這樣的個(gè)性化學(xué)習(xí)環(huán)境激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，提高了他們的學(xué)習(xí)效果。

三、虛擬仿真實(shí)訓(xùn)資源在職業(yè)教育教學(xué)中的開(kāi)發(fā)流程

虛擬仿真實(shí)訓(xùn)資源開(kāi)發(fā)是一個(gè)系統(tǒng)性工程，它涵蓋了確定框架、開(kāi)發(fā)場(chǎng)景、設(shè)計(jì)腳本、搭建平臺(tái)、部署與運(yùn)維、培訓(xùn)與演示等多個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。既為學(xué)生提供了沉浸式的學(xué)習(xí)環(huán)境，也能幫助他們更好地理解和掌握專(zhuān)業(yè)知識(shí)，最終實(shí)現(xiàn)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)資源與教育教學(xué)的深度融合，實(shí)現(xiàn)教育教學(xué)質(zhì)量的顯著提升。

（一）確定實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)框架：明確建設(shè)目標(biāo)，科學(xué)設(shè)計(jì)系統(tǒng)

一是需求分析。與教師、學(xué)生、企業(yè)專(zhuān)家等充分溝通，了解他們對(duì)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的具體需求和期望，包括實(shí)驗(yàn)種類(lèi)、操作流程、參數(shù)設(shè)置、響應(yīng)速度、系統(tǒng)穩(wěn)定性、界面友好性、交互便捷性等。同時(shí)，要分析學(xué)科特點(diǎn)、課程設(shè)置以及學(xué)生的實(shí)踐需求，確定虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)應(yīng)涵蓋的教學(xué)內(nèi)容和實(shí)踐場(chǎng)景，根據(jù)教學(xué)需求定制系統(tǒng)功能和特色，確保系統(tǒng)能夠滿足實(shí)際教學(xué)的要求。

二是詳細(xì)設(shè)計(jì)。根據(jù)需求分析結(jié)果，從系統(tǒng)架構(gòu)、模塊劃分、界面布局、交互邏輯等方面完成虛擬仿真實(shí)訓(xùn)資源開(kāi)發(fā)的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。確定系統(tǒng)各組成部分之間的交互方式和數(shù)據(jù)流，將系統(tǒng)劃分為不同的功能模塊，確定每個(gè)模塊的功能和職責(zé)，模塊之間的接口和依賴(lài)關(guān)系，設(shè)計(jì)直觀、友好的用戶界面，設(shè)計(jì)合理的交互邏輯和反饋機(jī)制，提高用戶操作的便捷性和滿意度。

三是技術(shù)選型。根據(jù)系統(tǒng)需求和特點(diǎn)選擇合適的開(kāi)發(fā)技術(shù)、框架和工具，考慮技術(shù)的成熟度、穩(wěn)定性、易用性以及社區(qū)支持等因素。使用專(zhuān)業(yè)的建模軟件創(chuàng)建虛擬環(huán)境和物體的三維模型，確保模型的準(zhǔn)確性、真實(shí)性和交互性，設(shè)計(jì)逼真的虛擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景和操作流程，提高用戶的沉浸感和參與度。

（二）開(kāi)發(fā)虛擬實(shí)訓(xùn)場(chǎng)景：合理運(yùn)用技術(shù)，虛擬實(shí)訓(xùn)操作

虛擬仿真實(shí)訓(xùn)場(chǎng)景是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建的一個(gè)模擬真實(shí)環(huán)境的學(xué)習(xí)空間。在這個(gè)場(chǎng)景中，學(xué)習(xí)者可以身臨其境地進(jìn)行各種實(shí)踐操作和訓(xùn)練，以達(dá)到提升技能、增強(qiáng)知識(shí)理解的目的。虛擬仿真實(shí)訓(xùn)場(chǎng)景由三維場(chǎng)景模型、交互系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)、硬件設(shè)備、內(nèi)容管理系統(tǒng)以及評(píng)估與反饋系統(tǒng)等部分組成。具有模擬環(huán)境、強(qiáng)交互性、可重復(fù)性、即時(shí)反饋、高靈活性等特點(diǎn)。

場(chǎng)景開(kāi)發(fā)階段，利用三維建模技術(shù)創(chuàng)建逼真的場(chǎng)景、物體。常用的建模軟件有Maya、3ds Max等，使用虛擬現(xiàn)實(shí)引擎Unity3D、Unreal Engine等進(jìn)行場(chǎng)景編程、開(kāi)發(fā)交互邏輯等，集成必要的傳感器技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)更真實(shí)的交互體驗(yàn)。通過(guò)場(chǎng)景的搭建，將可能遇到的“三高三難”的實(shí)訓(xùn)操作通過(guò)虛擬軟件轉(zhuǎn)移到三維模型中，詳細(xì)展示每個(gè)模塊之前的銜接關(guān)系，實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)操作的虛擬化，讓理論教學(xué)更加形象生動(dòng)，同時(shí)，虛擬仿真場(chǎng)景的統(tǒng)一發(fā)放和快速響應(yīng)，讓實(shí)訓(xùn)操作的探究性、可追溯性更強(qiáng)，為后續(xù)實(shí)訓(xùn)腳本設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。

（三）設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)操作腳本：依托教學(xué)步驟，引導(dǎo)實(shí)訓(xùn)操作

虛擬仿真實(shí)訓(xùn)腳本是為虛擬仿真實(shí)訓(xùn)課程設(shè)計(jì)的詳細(xì)教學(xué)計(jì)劃。設(shè)計(jì)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)腳本的主要目標(biāo)是指導(dǎo)教師和學(xué)生按照既定的教學(xué)路徑，高效地完成實(shí)訓(xùn)教學(xué)任務(wù)，達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果，將虛擬仿真實(shí)訓(xùn)場(chǎng)景中所有可執(zhí)行的操作按照教學(xué)流程有條理地呈現(xiàn)出來(lái)。它為教師提供了一個(gè)清晰的教學(xué)指南，減少了教學(xué)過(guò)程中的不確定性和隨意性。對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，一個(gè)明確的實(shí)訓(xùn)腳本有助于他們更好地理解和完成實(shí)訓(xùn)任務(wù)，確保了教學(xué)的系統(tǒng)性、科學(xué)性和有效性。

虛擬仿真實(shí)訓(xùn)腳本由課程介紹、實(shí)訓(xùn)準(zhǔn)備、實(shí)訓(xùn)步驟、教學(xué)方法、評(píng)估與反饋等內(nèi)容構(gòu)成。課程介紹包括課程名稱(chēng)、課程目標(biāo)、課程時(shí)間安排等基本信息。實(shí)訓(xùn)準(zhǔn)備中列出所需的軟件、硬件資源以及學(xué)生應(yīng)具備的預(yù)備知識(shí)。實(shí)訓(xùn)步驟詳細(xì)描述每個(gè)實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)的操作，包括場(chǎng)景設(shè)置、角色分配、任務(wù)說(shuō)明等。教學(xué)方法說(shuō)明了教師將如何引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)，包括講授、演示、討論、案例分析等多種方法。最后，設(shè)定明確的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，教師根據(jù)學(xué)生的表現(xiàn)和反饋來(lái)調(diào)整教學(xué)進(jìn)度和方法。

在仿真實(shí)訓(xùn)場(chǎng)景開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)上，腳本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了實(shí)訓(xùn)操作的虛擬化。根據(jù)腳本設(shè)計(jì)流程，將傳統(tǒng)的教學(xué)過(guò)程，在仿真實(shí)訓(xùn)場(chǎng)景中一步一步重現(xiàn)，并輔以相關(guān)的指導(dǎo)信息，學(xué)生可以根據(jù)指導(dǎo)信息完成虛擬化的實(shí)訓(xùn)操作，而腳本設(shè)計(jì)的流程則是學(xué)生完成自學(xué)與探究的重要指引。

（四）搭建虛擬仿真平臺(tái)：開(kāi)放用戶接口，優(yōu)化操作體驗(yàn)

基于虛擬仿真實(shí)訓(xùn)場(chǎng)景建設(shè)和虛擬仿真實(shí)訓(xùn)腳本設(shè)計(jì)，將制作完成的仿真資源鏈接到Web平臺(tái)，通過(guò)Web平臺(tái)搭建起用戶操作界面。虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)包括用戶管理模塊、虛擬實(shí)訓(xùn)模塊、教學(xué)資源模塊、交流與互動(dòng)模塊、評(píng)估與反饋模塊、系統(tǒng)管理模塊、實(shí)訓(xùn)管理與監(jiān)控模塊等七個(gè)模塊，涵蓋教學(xué)各個(gè)方面。

用戶管理模塊提供學(xué)生、教師和管理員等用戶的注冊(cè)與登錄功能，確保平臺(tái)的安全性。虛擬實(shí)訓(xùn)模塊包括虛擬實(shí)訓(xùn)操作和實(shí)訓(xùn)步驟指導(dǎo)。教學(xué)資源模塊包括教學(xué)視頻、實(shí)訓(xùn)資料。交流與互動(dòng)模塊由在線討論區(qū)和實(shí)時(shí)通信工具組成。評(píng)估與反饋模塊包括實(shí)訓(xùn)結(jié)果反饋、學(xué)習(xí)進(jìn)度跟蹤。系統(tǒng)管理模塊包括用戶權(quán)限管理和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。實(shí)訓(xùn)管理與監(jiān)控模塊包括實(shí)訓(xùn)課程管理和學(xué)生實(shí)訓(xùn)監(jiān)控。虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)是用戶使用虛擬仿真實(shí)訓(xùn)資源的入口，用戶可以根據(jù)需要快速定位到相應(yīng)的實(shí)訓(xùn)資源，同時(shí)，平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了對(duì)用戶的管理。平臺(tái)中的七大模塊支撐了教師教學(xué)、學(xué)生自學(xué)、實(shí)訓(xùn)操作、自主探究等各種不同的學(xué)習(xí)場(chǎng)景，用戶的操作體驗(yàn)得以優(yōu)化。

（五）仿真系統(tǒng)部署運(yùn)維：實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行，確保安全穩(wěn)定

虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的部署與運(yùn)維包括系統(tǒng)集成與測(cè)試、部署實(shí)施、運(yùn)維管理三個(gè)方面。將各個(gè)模塊集成到系統(tǒng)中，進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)試以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，測(cè)試環(huán)節(jié)可能包括負(fù)載測(cè)試、用戶體驗(yàn)測(cè)試、教學(xué)效果測(cè)試等。根據(jù)測(cè)試結(jié)果調(diào)整和優(yōu)化系統(tǒng)，確保用戶能獲得安全且穩(wěn)定的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。在確定系統(tǒng)滿足需求并經(jīng)過(guò)充分測(cè)試后，進(jìn)行系統(tǒng)的部署實(shí)施，這包括在目標(biāo)設(shè)備上安裝軟件、配置硬件環(huán)境以及進(jìn)行系統(tǒng)初始化等操作。運(yùn)維管理包括日常維護(hù)、故障處理、性能優(yōu)化、用戶支持、安全管理等。

（六）教學(xué)應(yīng)用演示培訓(xùn)：提升信息素養(yǎng)，改善教學(xué)實(shí)踐

為落實(shí)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)在教育教學(xué)中的應(yīng)用，還需要通過(guò)培訓(xùn)與演示，提升教師在使用虛擬仿真技術(shù)的能力和效率，提升教育教學(xué)效果。培訓(xùn)應(yīng)從虛擬仿真技術(shù)基礎(chǔ)、系統(tǒng)功能與使用、教學(xué)設(shè)計(jì)與課程開(kāi)發(fā)、教學(xué)實(shí)踐與交流分享等方面進(jìn)行。

通過(guò)教學(xué)應(yīng)用培訓(xùn)及教學(xué)案例演示，教師可以親手操作虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，熟悉操作流程和技巧；教師根據(jù)學(xué)科特點(diǎn)和教學(xué)需求，嘗試開(kāi)發(fā)適合虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的課程內(nèi)容和教學(xué)案例；培訓(xùn)中的優(yōu)秀案例還將引導(dǎo)教師將虛擬仿真技術(shù)融入課程教學(xué)中，創(chuàng)新教學(xué)方法和模式。

隨著VR、AR等新技術(shù)的不斷進(jìn)步，虛擬仿真實(shí)訓(xùn)為學(xué)生提供更加逼真、生動(dòng)的學(xué)習(xí)環(huán)境。未來(lái)，虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)有望根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和能力，為他們定制個(gè)性化的學(xué)習(xí)路徑，為學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)、泛在學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)提供有力保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]溫秀媛，陳良志，李家華.“雙高計(jì)劃”背景下高職“港口工程”智能建造虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)建設(shè)[J].現(xiàn)代職業(yè)教育，2024（8）：98-101.

[2]魯邦定.AIOT虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心建設(shè)探索[J].電腦與電信，2023（9）：110-113.

責(zé)任編輯：賈凌燕

*本文系教育部高等學(xué)校科學(xué)研究發(fā)展中心“虛擬仿真技術(shù)在職業(yè)教育教學(xué)中的創(chuàng)新應(yīng)用”專(zhuān)項(xiàng)課題“虛擬仿真實(shí)訓(xùn)資源開(kāi)發(fā)中的教學(xué)設(shè)計(jì)與腳本創(chuàng)作研究——以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)課程為例”（ZJXF2022290）、江蘇省職業(yè)教育教學(xué)改革研究課題“五年制高職產(chǎn)業(yè)學(xué)院育人體系構(gòu)建的實(shí)踐研究——以數(shù)字文化專(zhuān)業(yè)群為例”（ZYB174）的研究成果。

收稿日期：2024-04-28

作者簡(jiǎn)介：蔣光遠(yuǎn)，南京財(cái)經(jīng)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，南京市優(yōu)秀青年教師，主要研究方向?yàn)樵朴?jì)算技術(shù)應(yīng)用專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)；薛飛，南京財(cái)經(jīng)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校副校長(zhǎng)，正高級(jí)教師，江蘇省教學(xué)名師，南京市學(xué)科帶頭人，主要研究方向?yàn)樘摂M仿真實(shí)訓(xùn)資源開(kāi)發(fā)。