虚拟仿真实训教学保障机制及评价机制研究

蒿丽萍

【摘 要】虚拟仿真教学是职业教育信息化、实践教学改革以及应用型技能人才培养的重要保障.针对虚拟仿真教学现状及存在问题,提出虚拟仿真教学管理及运行机制,确保虚拟仿真实训教学取得预期效果;从虚拟仿真实训平台功能及学习效果两个层面,研究分析了虚拟仿真教学评价指标体系及评价机制,开展制度化、常态化的虚拟仿真教学评价,将促进虚拟仿真实训平台功能的持续改进与完善. 【期刊名称】《内蒙古电大学刊》 【年(卷),期】2018(000)006 【总页数】6页(P88-92,102)

【关键词】虚拟仿真;保障机制;评价机制 【作 者】蒿丽萍

【作者单位】内蒙古广播电视大学,内蒙古呼和浩特010011 【正文语种】中 文 【中图分类】G718

一、虚拟仿真技术在职业教育中的应用意义

职业教育培养目标是“培养生产、建设、服务和管理一线应用型技能人才”，强调职业技能的培养，职业教育院校需要投入巨资建设开设专业岗位技能需要的实验室及实训基地，使学生具备就业岗位所需的职业技能。现实情况不尽如人意，职业教

育院校实践环境建设面临成本和设备更新升级的困境，学校没有足够的资金配全与企业生产需求步调一致的昂贵、复杂且精密的设备，还有些专业实训高污染、高危险性、耗材量大等等，即使有也“摸不得、进不去、看不透”。[1,2]基于虚拟仿真实训平台开展虚拟仿真教学是职业教育信息化、实践教学体系改革以及技能型人才培养的重要内容，它可以完成真实实验室及设备难以完成的实验项目，为学生开展自主实验和创新实践提供开放的共享平台。教育部2013年启动并建设了国家级虚拟仿真实验教学中心(以下称“中心”)，“中心”以培养学生创新精神和全面提高实践能力为宗旨，以共享优质实验教学资源为核心，以建设信息化实验教学资源为重点，推进实验教学信息化建设，推动高等学校实验教学的改革与创新，目前已批准建设了300多个“中心”。[3]搭建集教学、实训与管理于一体的虚拟仿真实验平台，构建多样化可选择实训教学资源，完善运行保障机制及评价机制，是确保虚拟仿真教学取得预期实效的关键。

虚拟仿真技术在职业教育中的应用意义在于：

1.推动职业教育信息化建设。目前我国的职业教育信息化已从基础条件建设，转入信息技术与教育教学的深度融合，注重教学模式的改革与实践、学科专业知识的融会贯通，强调融‘教、学、做’于一体，强化学生职业技能的培养。[4]虚拟仿真实训平台的共享性、易扩充性和易变更性，在职业教育中应用，可有效地避免实训场所建设、实训设备购置、更新及损耗、耗材等产生的巨额经费支出，避免易燃、易爆等常规实践危险，使学校实训设备紧跟新技术、新设备的发展趋势，[5]有效地解决校内外实习成本高、风险大以及时空等问题，形成校内实训教学与校外真实工程实践有机结合的实践教学体系，提高职业院校实验教学信息化水平。 2.促进虚拟仿真实验教学资源开放共享，推动校企深度合作。虚拟仿真实训平台建设必须探索与实践校企共建共享的新模式和新途径，组建由专业教学专家、企业现场专家、软件研发专家构成的研发团队，开发出实用性强的虚拟仿真教学软件。由

于企业专家对职业岗位、工艺流程非常熟悉，积累了丰富的工作经验，使平台更加真实地模拟实践场景、职业情境和标准的工艺流程；平台建设中专业教师通过深入企业生产一线，感受职业情境，研究职业岗位需求、分析专业技能，使平台更贴近学生就业和上岗需求，推动院校与企业的深度合作，实现校企共赢。

3.构建高仿真虚拟实验环境，提升专业实践教学效果。虚拟仿真教学不受设备、技术以及时空和地域的，学生可随时随地进行实验模拟和训练。基于虚拟仿真实训平台开展实验，让学生预先了解实验操作流程和实训环境，拓展实验教学的广度及深度，有效地解决了理论教学与实践教学、课程教学与实习环节对学生技能培养的矛盾，调动了学生学习的兴趣，培养学生创新意识和科学严谨的工作作风。教师通过平台建设及使用，自觉地学习和掌握现代信息技术以及基于信息化的教学改革与实践，提升教育教学设计与实践能力。

4.实现“顶岗实习”。虚拟仿真教学基于虚拟仿真技术，基于真实的仿真、模拟数字模型，以企业生产设备为基础，构建虚拟真实职业岗位生产设备的工作原理、运动仿真分析、人机交互的自主实验远程实训环境。利用虚拟仿真实训平台组织教学，让学生“身临其境”地在工作岗位上实习、实训，体验职业情境、熟悉工艺流程，获取逼真的体验，实现教学实训与岗位的零对接，[6]大大提高了实践教学效率，获得工作体验。实验不限时开放、预约开放和全天候开放等，使现有资源最大限度地得到利用。

5.改变传统实验教学模式，培养实践创新人才。将信息技术应用于实验室建设和实验教学，有利于培养教师信息技术素养，促进教师积极投入实验教学改革、实验模式创新和新技术应用研究。虚拟仿真实训为学生提供更多实验环境、扩充实验内容、开阔学生视野，开展虚实结合的实验训练，灵活地增加设计类实验内容，让学生自己设计符合实验大纲要求的实验项目，提高学生发散性思维和归纳总结的能力，培养思考能力、创新精神和实践能力。实训演练和智能化考核，改革了传统实验

教学模式，使学习者能够便捷、灵活地获取优质教学资源，通过学习过程中的交流、互动、自主实验，完成高效、低耗、多样的实验项目。 二、虚拟仿真教学现状及存在问题

近年来，许多职业院校认识到了虚拟仿真教学对深化教育教学改革、提高人才培养质量的重要作用，通过模拟仿真教学弥补了传统实践教学的不足，使许多在真实实验环境中无法完成的实操得以实现，提高了实践教学质量。但从整体情况来看，虚拟仿真教学尚未实现应有的教学效果。

1. 虚拟仿真技术应用和资源建设与人才培养需求和企业发展不相符。随着虚拟仿真技术的快速发展，许多职业院校已经将虚拟仿真实训作为专业实践教学的重要环节，许多企业将虚拟仿真实训作为企业员工职业技能培训的重要手段。但目前的情况是，购买或合作开发的虚拟仿真实训平台中选取的大多是一些结构、操作及性能比较简单且容易仿真的生产设备或仪器，与企业发展需求不符，与生产岗位需求脱节，无法满足应用型人才培养需求，学生毕业后上岗前还需要接受再培训。 2.资源的规模和覆盖面有待提高。开放共享需要建设学科门类齐全、高质量的虚拟仿真实验资源，通过开放的资源管理共享机制，进行资源的有序整合和有效对接，实现实验教学资源的最大化利用，学生可以随时随地进行实时或远程实验操作、数据运算及分析等实验活动。然而目前大多数虚拟仿真实验教学资源开发的出发点只是为了解决本校实践教学需求，缺乏长远规划、共享意识和学科资源的均衡，首批建设的“中心”以及应用较成熟的虚拟仿真教学资源中，60% 属于工学学科，[7]其他学科严重不足，具有自主知识产权的实训教学资源相对较少。

3.缺乏协作机制和实训资源及平台建设标准。各高校为满足自身实验需求自行研发，追求实训教学体系的完整，“宁滥勿缺”，数量呈现爆发式增长态势，但许多资源的适用范围却很窄，学科及课程实训资源重复建设严重；缺乏统一的技术标准和规范，各高校各自为战，不同研发团队开发的平台系统架构、数据库支持以及功能模

块各有特点，产生了开发环境、异构平台整合问题，相互对接存在障碍，许多资源由于系统的异构问题无法正常使用，既影响了教学资源的使用，也不利于资源的统筹规划与开放共享。

4.人员与经费保障问题。开放共享需要高质量的教学资源，资源及平台搭建需要投入大量的经费，少则几万，多则数百万，通常情况下高校用于虚拟仿真实训资源及平台建设的专项经费很有限；虚拟仿真教学平台开发需要非常复杂的技术支持，需要组建能力较强的研发团队。然而目前许多高校不重视实训带头人的培养，缺乏激励机制，将实验系列教师列为辅系列，实验教学改革中取得的成果在职称评聘中分值很低，因此实验教师不重视个人业务提升，导致实训带头人断层，受教师专业水平及视野，无法开发出高水平资源，平台性价比不高，甚至半途而废，造成资金及教师资源的浪费。

5.虚拟仿真教学资源质量亟待提高。虚拟仿真教学资源及平台建设缺乏教学设计，呈现的教学内容和教材存在脱节或滞后现象，系统提供的虚拟环境不够逼真，无法让学生产生身临其境的现实感；制作水平低，开发的虚拟仿真平台基本上处于演示型的简单教学课件水平，缺乏互动性及拓展性，缺乏与实体实验室的结合和融合，缺乏对学生自主学习的引导。学生的学习漫无目的，不关注实质性的教学内容，没有达到培养学生综合设计及实践创新能力的目的；受网络速度影响，许多虚拟仿真平台无法正常、稳定运行。

三、职业教育虚拟仿真实践教行机制

1.加大虚拟仿真资源建设力度，引领职业教育信息化建设。虚拟仿真教学资源及实训平台建设和应用承载着我国职业教育信息化、现代化实现的重任，为推进职业教育模拟仿真教学进程，我国颁布且实施了一系列和措施。教育部在《教育信息化十年发展规划(2011-2020 年)》中提出：“遴选和开发 1500 套虚拟仿真实训实验系统，创新仿真实训资源应用模式”。同时，教育部在“中心”建设中强调必

须坚持“科学规划、共享资源、突出重点、提高效益、持续发展”。各级应加大虚拟仿真实训教学资源及平台建设相关执行力度,鼓励职业院校利用现代信息技术、虚拟仿真技术等，开发实训教学资源及实训平台，构建开放共享的长效机制和环境，合理调配和使用仿真教学资源，协调各责任主体承担任务以及利益分配，推进实训教学资源及平台的开放共享；地方教育行政机构加强本区域实训教学资源及平台建设指导和经费支持，高校应根据学校专业人才培养需求、行业企业发展状况及用人需求，不断优化和完善资源，实现专业实践教学与工程实际、社会应用相结合，确保资源开放共享的常态化和可持续化。

2.探索虚拟仿真教学资源共建共享模式，实现优质资源共享。[8]教学资源共享就是有效整合各类实训教学资源，构建创新型人才培养的实验教学资源体系，构建技术先进、功能集约、开放共享、虚实结合高度仿真的虚拟实验环境，使学生随时随地进行自主学习、自主实验和创新实践。[9]模拟仿真实训教学资源及平台建设中，必须深入调查研究，根据现状及需求，探索和实践校企共建共享的新模式和新途径，本文选择“外购、自主开发、合作开发”模式。一是，外购。目前我国已建设了许多被职业院校专业教师广泛认可并使用的产品，应鼓励学校及教师优先选用，使资源共享可持续，特别是一些相对高端又是学校专业教学急需的资源。二是，自主开发。如果学校具有优秀的软件研发团队，而且平台复杂程度及难度相对较低，可以选择自主研发。三是，合作开发。组建由专业教学专家、行业专家、软件专家构成的研发团队，各司其职。教学专家参与实训资源及平台建设，可以依托学校学科专业优势，根据学生认知规律、人才培养需求，进行科学合理的教学设计，在整合学校现有实训资源的基础上，进行模拟仿真实训教学资源及平台建设；企业专家参与实训教学平台的研发、维护、升级管理、运营与服务以及教学活动的管理、评价和支持服务等，可以充分利用企业的开发实力和支持服务能力，将企业的效益观念与高校的教学需要结合起来，为平台建设提供各类技术资料、工艺规程等生产资料，

确保平台良好的运行状态并始终与企业发展同步，同时可以大大缩短资源及平台开发时间；软件专家负责脚本编写和系统功能实现。

3.构建虚实结合的实践教学体系。根据专业培养目标，坚持“虚实结合、相互补充、能实不虚”的原则，构建实践教学体系。实践教学体系包括专业实践教学方案、课程实践教学大纲、实践教学项目以及实训基地建设等等。随着信息通信技术、多媒体技术、虚拟仿真技术的发展，实践教学体系建设中必须把学生专业技能和实践、应用能力、研究和创新能力的培养放在首位，形成符合教学目标的校内实验室、虚拟仿真实训系统与校外企业真实工程实践环境有机结合的实践教学基地。虚拟仿真平台建设中，要注重与工作过程相关的知识与技能的教学设计，融入具有代表性、先进的设备与工艺，使学生基于虚拟仿真平台学习后对工作岗位的工程技术流程、操作方式及岗位技能有较深的理解，实现人才培养目标与社会需求的有机结合。 4.完善经费投入和激励机制。建设高质量的实训教学资源及平台，资金投入为物质基础，研发团队为智力基础。首先，加大支持和引导性投入力度。及学校提高对虚拟仿真教学的认识，加大投资，开发或者购买高质量的虚拟仿真教学资源，补齐相对于传统实验教学资源的短板，提高企业和其他社会力量提供个性化虚拟仿真实训教学资源服务能力，提供个性化的资源服务，支持使用者按需购买资源与服务，促进学校间、区域内实训课程互选和平台共用。其次，完善激励机制，培养结构合理、稳定，科研与实践互融，理论与实践互通的师资队伍。鼓励教师开展仿真系统的开发与应用，发挥教师的主导地位和机智,对额外付出的工作要予以认定，对取得较好成果的教师给予资金、职称评聘倾斜，将虚拟仿真教学中取得的成果与科研课题及发表论文同等待遇。

5.完善虚拟仿真教学资源建设标准。虚拟仿真实训资源及平台建设的目的是实现优质教学资源的共享，虚拟仿真实验平台建设已超越单一机构范畴，由学科专业发展历史悠久且积淀深厚的高校，或拥有其他高校没有或不具备条件开设特色专业的高

校，主导开发，可以开发出体现学科优势、特色专业的高质量教学资源，才能放到平台真正实现资源的开放共享。因此，国家必须做好整体规划和顶层设计，制定虚拟仿真实训教学资源及平台开发及应用标准和技术规范，明确以资源共享、远程控制虚拟实验为主的资源质量要求和遴选流程，规范和加强虚拟仿真实验设备、平台、资源、信息等技术要求，实现异构系统间的实验数据共享与交换、实验过程和远程访问管理等。

6.完善利益分配机制和知识产权保护。虚拟仿真实验教学资源及平台建设，不仅需要大量的经费投入，也凝聚着研发团队成员的智力投入，通过资源建设中的实物资本、资金资本和知识资本等投入的评价与利益分享机制，[7]确保资源持续更新与丰富，实现多地区、多学校的实验教学资源共享，不断提升资源使用效益。目前我国已建设和拥有一大批优质的虚拟仿真实训教学资源和平台，虽然具有共享特征，提倡广大用户选择使用，但无限传播与使用会侵犯产权人的权益。必须注重知识产权保护和利益补偿，对各种有形和无形资本价值进行评估，明确资源开发者、提供者和使用者的权责，遵循“谁投入、谁受益，多投入、多受益”的市场模式，切实保护资源开发者的合法权益，使用者使用时必须支付相应的费用，形成良性循环；完善奖惩机制。教育行政部门定期组织专家对高校虚拟仿真实训教学资源及平台建设和开放共享情况进行全面的评估，对开放共享范围广、受众多、实效好的资源及平台开发者进行后经费支持或表彰。

7.完善学分银行机制，实现学分互认。学分银行通过“学分”的“通存通兑”，将学习者在不同教育机构选择课程进行学习，获得的学习成果进行互认、积累与转换，实现各级各类教育纵向衔接和横向沟通。学生根据专业培养方案、实验教学要求，优先选择本校模拟仿真实训平台中开出的实验项目进行学习和实验。也可以选择其他高校开出的虚拟仿真实验课程及实验项目，完成相关课程学习及实验后取得的学分，通过“学分银行”学习成果认证及转换标准，转化为本校相应专业课程学分，

计入学籍档案。通过学分互认，资源的开放共享范围将更加广泛，通过学生的使用与评价使优质资源及课程脱颖而出；加强交流学习与培训。加强虚拟仿真实训资源及实训平台建设、实验教学改革等相关培训，提高教师对模拟仿真教学的认识以及资源建设能力，促进模拟仿真教学改革。 四、虚拟仿真实践教学评价机制

虚拟仿真实训平台投入使用后，通过平台管理接口进行远程评价，为二次开发提供依据，完善实训教学平台的功能，促进资源的持续改进与完善。评价机制包括：评价指标体系构建、指标权重确定以及综合评价等方面。[10]

1.评价指标体系。评价指标体系是借助数学方法，将虚拟仿真教学质量影响因素、相互关系及其重要程度进行量化的指标体系。虚拟仿真教学评价包括实训平台功能和基于平台的学习效果评价。实训平台评价是对平台教学设计科学性、教育性、艺术性以及运行情况等进行评价；学习效果评价是对教师基于平台进行实践教学资源建设、实验项目设计及推出、学生实验报告评阅等情况进行评价，对学生基于平台进行自主学习和实验情况、实验报告提交及质量等评价，评价指标体系见表1。 2.确定评价指标权重。评价指标体系中各指标性能存在模糊性和不确定性，只能进行模糊评价，本研究评价结果分为很好、好、一般、差、很差等五个等级。指标权重根据各指标在评价指标体系中的相对重要程度确定，本文采用模糊一致判断矩阵法进行权重确定。

3.综合评价。采用教师自评、学生自评、教师互评以及专家评价相结合的方法，基于平台进行远程评价，有效地提高评价结果的客观性、真实性和有效性。用户进入实训平台的“评价”模块对观测点进行评价，点击“提交”按钮，系统根据设定的公式计算评价结果。

专家根据线上评价结果、实训平台资源建设及运行情况等进行综合分析，写出评价报告。及时向评价主体反馈评价结果，评价主体针对评价报告提出的整改意见，进

行整改，完善平台功能。

表1 模拟仿真实训教学评价指标体系一级指标二级指标观测点等级很好好一般差很差实训平台科学性①体现“以学习者为中心”的教育理念,符合学生认知规律,体现理论教学与实践教学相结合;②实验项目设计合理,平台引用设备体现现代企业发展需求,所用文字及语言准确规范。教育性①资源建设规范、科学合理,教学目标明确,教学过程设计符合学生自主学习,有助于学生拓展知识面和深化学习;②提供了多样化、可选择的实训教学资源;③集学习资源、互动、实训于一体,实现远程实践教学组织与管理,提供平台和学习资源使用指南。艺术性①图像、图片、动画等设计和选择合理,系统互动性好。运行情况①系统运行安全、稳定、操作简便且功能齐全,运行可靠、响应速度快;②用户注册、登录便捷,易于远程访问,平台使用率高。学习效果教学效果①科学、合理地进行实训资源及实验项目设计,及时上传和更新资源、发布实验项目,注重引导和指导学生使用平台进行自主学习和实验;②及时查看学生实验过程、评阅实验报告、撰写评语;③教学监督与反馈及时,对学生学习过程和学习效果进行有效管理和指导。学习效果①根据个人学习需求,进行自主学习和实验,实验中能发现问题、分析问题和解决问题,能进行自我管理和控制;②按要求完成指定的实验项目,及时提交实验报告,实验报告质量高,根据教师提出的要求进行完善等;③及时应答教师提出的问题,提出解决问题方案。

虚拟仿真实训教学资源及共享平台的建设，弥补了传统实践教学的不足，使许多在真实实验环境中无法完成的实验项目得以实现，推动职业教育虚拟仿真实验教学改革与发展。虚拟仿真教行机制及评价机制的完善，促进了虚拟仿真实训教学资源及系统功能不断改进与完善，提高了虚拟仿真实训教学质量。 [参考文献]

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