智能制造背景下基于數(shù)字孿生技術的倉儲與配送管理課程教學改革研究

［摘要］數(shù)字孿生技術作為推動智能制造發(fā)展的重要技術，近年來備受教育界關注。為適應智能制造背景下物流行業(yè)轉型升級對高素質技術技能型人才的需求，本文以倉儲與配送管理課程為例，在分析課程教學存在問題的基礎上，把數(shù)字孿生技術作為教學改革的切入點，通過升級教學內容、創(chuàng)新教學模式、豐富數(shù)字化教學資源、提升教師教學能力等，進行基于數(shù)字孿生技術的課程教學改革探索，以期對提升課程教學效果和提高人才培養(yǎng)質量提供參考和借鑒。［關鍵詞］數(shù)字孿生；課程教學改革；智能制造0引言國家明確提出，要加快物流業(yè)智能化、數(shù)字化發(fā)展，提升物流運作效率和智能化水平，推進制造業(yè)與物流業(yè)深度融合，引領制造業(yè)向智能化、數(shù)字化轉型升級。在此背景下，技術賦能讓物流行業(yè)越來越智能化、智慧化的同時，也引發(fā)了就業(yè)崗位及就業(yè)環(huán)境的相應調整，這對個人技術技能提出了新的挑戰(zhàn)。職業(yè)教育作為高素質技術技能型人才的主要供給方，傳統(tǒng)的教學模式和教學內容已經(jīng)無法完全適應智能制造背景下的人才發(fā)展要求，職業(yè)教育教學改革任務迫在眉睫。數(shù)字孿生作為推動智能制造發(fā)展的重要技術之一，正受到工業(yè)界和學術界的高度關注，將數(shù)字孿生技術應用于教學，也是當前職業(yè)教育數(shù)字化轉型改革的新方向。本文以倉儲與配送管理這門專業(yè)課程為例，針對當前教學中存在問題和不足，探索基于數(shù)字孿生技術的課程教學改革，以期為物流管理專業(yè)人才培養(yǎng)和課程改革提供新的思路和借鑒。1倉儲與配送管理課程教學中存在的問題1.1課程授課內容相對陳舊現(xiàn)有倉儲與配送管理課程教學內容主要包括倉儲管理認知、倉儲設施設備管理、倉儲作業(yè)管理、倉儲經(jīng)營管理、配送認知、配送作業(yè)管理等，課程培養(yǎng)目標以倉儲管理和配送管理的綜合知識傳授和倉儲與配送作業(yè)組織與操作為主。隨著倉儲與配送的數(shù)字化、智能化發(fā)展，人的角色正在經(jīng)歷轉型，企業(yè)需要的是能夠掌握與運用現(xiàn)代信息技術和智能化設備技術，能夠配合智能制造進行倉配活動的智慧化設備改造與布局規(guī)劃，能夠完成智能化運營目標并不斷優(yōu)化運營績效的復合型、綜合型高素質技術技能人才。而現(xiàn)有課程教學內容相對陳舊，與物流行業(yè)的數(shù)字化發(fā)展融合不足，對學生的信息技術發(fā)展變化適應能力、規(guī)劃設計和創(chuàng)新能力培養(yǎng)不夠，導致學生的綜合素質與智能制造背景下企業(yè)數(shù)字化轉型人才需求脫節(jié)。1.2課程實踐教學資源不足當前，絕大多數(shù)職業(yè)院校倉儲與配送管理課程的實踐教學中，會使用到如RF手持、電子標簽貨架、揀選臺車、立體自動化倉庫等實訓設備。盡管這些實訓設備對培養(yǎng)學生智能化設備操作技能有一定的幫助。但隨著AGV機器人、機器臂、無人倉、無人機、無人配送車等越廣泛應用到倉儲與配送作業(yè)場景，倉儲與配送運營模式正隨之轉變。對很多院校來說，新設備需要巨大投入，受制于資金壓力無法及時更換或升級現(xiàn)有實訓設備。實踐教學資源的不足，使得教師和學生無法接觸到最新技術，因此，一些新的實訓項目如智能設備運行與維護、智慧倉配規(guī)劃與設計、智慧倉配運營管理等也無法開展。人才培養(yǎng)前瞻性的缺乏，導致技能人才在智能制造環(huán)境下的職業(yè)發(fā)展后勁不足。1.3智慧倉配數(shù)字化教學資源匱乏倉儲與配送管理作為物流管理專業(yè)的核心課程，大多數(shù)職業(yè)院校該門課都建有網(wǎng)絡學習平臺，配有一些相關的文檔、課件、微課、動畫、圖片、視頻等數(shù)字化資源。然而，這些資源大都是基于傳統(tǒng)倉配入庫、出庫、配送業(yè)務流程開發(fā)出來的，教學資源側重于倉配業(yè)務操作能力培養(yǎng)，其中涉及智慧倉應用場景、智慧倉業(yè)務需求分析、智慧倉設備配置、智慧倉布局規(guī)劃、智慧倉仿真分析等方面的數(shù)字化教學資源非常稀少，智能制造背景下與制造業(yè)深度融合的智慧倉配設備配置、布局規(guī)劃和運營仿真等數(shù)字化教學資源更是匱乏。1.4教師教學能力有待提升目前，物流管理專業(yè)的教師團隊中絕大多數(shù)教師畢業(yè)于經(jīng)濟管理類專業(yè)，其中具有工科背景的教師非常少。其在信息技術知識與技能方面的短板，導致他們對新技術的理解深度不夠，因而在教學過程中，對于如何把行業(yè)新發(fā)展的智慧倉配內容引入課堂，如何結合智能制造背景有針對性地設計智慧倉配實訓項目等都無所適從。加之，大多數(shù)教師真正的企業(yè)實戰(zhàn)經(jīng)驗缺乏，走出去參與新技術學習培訓的機會又較少，致使課堂中在教授物流行業(yè)新技術的發(fā)展與應用時，仍然采取較為傳統(tǒng)的教學模式，授課方式以教師口頭講授為主，輔助一些圖片或視頻讓學生簡單了解。這樣既無法達到培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維和實踐技能的目標，也無法真正調動學生的學習熱情和積極性。2數(shù)字孿生技術及其在教育領域的應用研究數(shù)字孿生技術，也稱為“信息鏡像模型”。它能夠將物理實體高保真映射到孿生的虛擬模型上，借助孿生的虛擬模型來復制和映射物理實體的狀態(tài)，并通過虛實互聯(lián)融合，最終實現(xiàn)以虛控實、以虛促實目標的一種先進技術。在智能制造活動中，利用數(shù)字孿生技術可以搭建虛擬生產制造模型，模擬、監(jiān)控、預測生產活動擾動因素，開展更加科學的生產調度分析，制定更加準確的管理控制優(yōu)化策略，并用于指導現(xiàn)實生產實踐［1-3］，這也是數(shù)字孿生技術服務于智能制造最主要的價值體現(xiàn)之一。在教育領域，數(shù)字孿生技術的應用研究還處于起步階段。蘭國帥等（2019）指出數(shù)字孿生技術為學習者描繪了一個虛實映射的新領域，帶來了全新的學習體驗，并開拓了實體操控的新空間［4］。張樂敏等（2021）在未來城市課程教改中構建了數(shù)字孿生智慧教學系統(tǒng)框架，展示了數(shù)字孿生技術在教育領域的應用［5］。張?zhí)祚Y等（2023）在智慧虛擬現(xiàn)實與元宇宙課程中探討了基于數(shù)字孿生技術的教學改革探索及改革效果，進一步推動了數(shù)字孿生技術在教育領域的應用和發(fā)展［6］。此外，還有學者從自適應學習、學情智能診斷、智慧課堂評價等角度進行了相關探索，并取得了很好的研究成果。然而，在實踐操作層面，基于數(shù)字孿生技術的課程教學改革研究還不夠深入。因此，筆者嘗試將數(shù)字孿生技術應用于倉儲與配送管理課程開展教學改革探索。3基于數(shù)字孿生技術的倉儲與配送管理課程教學改革建議3.1借助數(shù)字孿生技術升級倉儲與配送管理課程教學內容智能制造背景下倉儲與配送管理課程的教學重點應從“面向操作能力設計”轉變?yōu)椤懊嫦蚵殬I(yè)未來發(fā)展設計”，要更加重視學生的信息技術發(fā)展變化適應能力和規(guī)劃設計與創(chuàng)新能力培養(yǎng)，提高學習內容的前瞻性，增強學生職業(yè)發(fā)展后勁。因此，倉儲與配送管理課程教學內容也需要不斷更新和完善，新的課程體系應增加智慧倉應用場景、智慧倉設備配置需求分析、智慧倉布局規(guī)劃、智慧倉仿真與運營成本分析等教學內容，豐富課程體系。針對新增加的教學內容，依托現(xiàn)有實訓室建設基礎，借助數(shù)字孿生技術將企業(yè)實際案例設計成數(shù)字化的虛擬教學載體，在虛擬教學空間中，讓學生利用所學知識，開展智慧倉的規(guī)劃與設計，進行動態(tài)的仿真模擬，并根據(jù)實時接收的數(shù)據(jù)反饋信息，評估智慧倉運行績效，完成智慧倉運行策略調整優(yōu)化。這樣既能讓學生直觀體驗所學專業(yè)知識的應用，加深對知識點的理解和掌握，也能培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力，真正實現(xiàn)教、學、做的深度融合。3.2借助數(shù)字孿生技術創(chuàng)新教學模式，提升教學效果基于數(shù)字孿生技術可以重新思考教學內容的呈現(xiàn)以及傳遞的途徑，開展基于數(shù)字孿生技術虛實融合的一體化教學模式改革。以智慧倉布局與規(guī)劃為例，在教學過程中可以引入企業(yè)真實項目，聚焦企業(yè)痛點來展開項目化學習。課前教師利用課程學習平臺，將相關資源推給學生，學生可以利用數(shù)字孿生體模型開展自主探索學習；課中學生可以利用數(shù)字孿生體模型進行智慧倉的功能區(qū)域規(guī)劃、設施設備位置規(guī)劃、設備參數(shù)配置等，再結合智慧倉的空間布局進行AGV機器人的動線規(guī)劃及設施設備站節(jié)點在不同功能區(qū)域的點位設計等。然后，可以將原材料存儲信息、出入庫任務數(shù)據(jù)等導入數(shù)字孿生體上，對智慧倉的布局規(guī)劃進行運行仿真，以驗證布局規(guī)劃的有效性和合理性。最后，可以根據(jù)仿真結果，讓學生進行仿真運行數(shù)據(jù)分析，提出優(yōu)化改進方案；課后學生還可以再進一步針對更多不同的工作場景進行虛擬拓展訓練，增強實踐經(jīng)驗。可見，基于數(shù)字孿生技術開展的虛實融合教學模式，整個教學過程以學生為主體，以行動導向教學法為中心，改造了傳統(tǒng)教學與實踐方式，將枯燥知識趣味化、抽象問題形象化，提升了課程內容直觀性與互動性，最大限度地挖掘了學生的興趣和潛能，知識技能有序推進、重點難點逐層突破，實現(xiàn)了教學目標的有效達成。3.3借助數(shù)字孿生技術豐富數(shù)字化教學資源，注重課程思政建設豐富優(yōu)質的數(shù)字化教學資源，是推動課程模式變革，是學生開展自主、探究、合作學習的重要支撐。因此，為了融入企業(yè)最先進的生產力要素，保證教學內容與時代技術發(fā)展同步，建設基于數(shù)字孿生技術的課程數(shù)字化教學資源迫在眉睫。為此，應以《高職物流管理專業(yè)教學標準》和《物流服務師國家職業(yè)技能標準（二級）》為依據(jù)，以“智慧物流”技能大賽為抓手，融入物流管理“1+X”職業(yè)技能等級考試，按照“課崗對接、課證融合，課賽融通”育人理念，以企業(yè)真實工作過程中的典型案例為載體，與行業(yè)企業(yè)合作，共同開發(fā)出滿足教學需要的課件、動畫、視頻、圖片、試題等，豐富現(xiàn)有的數(shù)字化教學資源，為開展虛實融合的教學提供強有力支撐。同時，要注重課程思政建設，應以踐行社會主義核心價值觀為主線，從“知、意、行、思”四階深入挖掘課程思政元素，將思政教育有機融合到數(shù)字化資源中，培育學生的勞模精神、勞動精神、工匠精神，增強學生的民族自豪感、科技強國夢、職業(yè)榮譽感，同時，還需注重培養(yǎng)學生的邏輯分析、演繹歸納、科學創(chuàng)新等思維方法，努力把學生培養(yǎng)成有靈魂、有技術、德技兼?zhèn)涞男滦吐殬I(yè)物流人。3.4借助數(shù)字孿生技術提升教師教學能力，建設高水平“雙師”團隊教師是課程教學改革與實施的主體，“誰來教”是育人的根本問題。學生新技能的獲得與發(fā)展必然要求與之相適應的教師作為“催化劑”來引導、促進。習近平總書記在全國教育大會上特別指出，堅持把教師隊伍建設作為基礎工作，強教必先強師?；跀?shù)字孿生技術的課程教學改革應關注教師發(fā)展，解決目前課程教師教學能力有待提升的問題?？稍谠袑I(yè)教學團隊建設工作基礎上，依托教師教育、日常教學和教研活動等，發(fā)揮教學團隊協(xié)作優(yōu)勢，開展老中青“傳幫帶”活動，幫助教師提升教學能力。同時，與行業(yè)企業(yè)建立深度的合作關系，融合多方優(yōu)質資源，加大對教師專業(yè)技能培訓力度，鼓勵教師赴企業(yè)一線鍛煉、考取職業(yè)技能等級相關師資證書等，實現(xiàn)教師自我知識儲備的不斷更新迭代。此外，還可聘請企業(yè)技術技能人才到學校參與課程教學，通過企業(yè)兼職教師與專任教師的相互合作、優(yōu)勢互補，建設一支具有較高教學水平和較強實踐能力、專兼職結合、結構合理的德技雙馨高水平“雙師”團隊，進而實現(xiàn)課堂教學的深度變革。4結束語在智能制造背景下基于數(shù)字孿生技術對物流管理專業(yè)倉儲與配送管理課程進行探索性改革