“三融三創(chuàng)”路徑下教學仿真系統(tǒng)在中職機械專業(yè)教學中的研究與實踐

引言信息技術(shù)創(chuàng)造了生動、形象、交互的開放式教學環(huán)境，給課堂教學注入了新的生機和活力。近年來，我國高度重視教育信息化建設(shè)，各部門出臺的政策文件都強調(diào)了數(shù)字化在推動教育現(xiàn)代化進程中的關(guān)鍵地位?！叭谌齽?chuàng)”中的“三融”是指信息技術(shù)與課堂教學的線上與線下相融合、課內(nèi)與課外相融合、教學與崗位相融合；“三創(chuàng)”是指創(chuàng)新新理念、創(chuàng)設(shè)新方法、創(chuàng)造新資源?；凇叭谌齽?chuàng)”路徑的教學實踐與研究，將有效發(fā)揮信息技術(shù)與課堂教學深度融合的作用，打破學生學習時空的界限，實現(xiàn)混合式一體化教學模式，是提升學生適合企業(yè)需求的實用性技能的有效策略。本文以機械專業(yè)核心課程為例，分析現(xiàn)階段機械專業(yè)教學實踐中存在的主要問題，并提出基于“三融三創(chuàng)”路徑的教學仿真系統(tǒng)的一體化教學改革思路，以解決機械專業(yè)課堂教學中理論與實踐脫節(jié)的問題，為中職學校的專業(yè)教學提供改革思路，滿足企業(yè)轉(zhuǎn)型升級對技術(shù)技能人才的需求。一、研究背景、思路與方法（一）研究背景江門作為粵港澳大灣區(qū)珠江西岸的新增長極，其五金制造業(yè)、不銹鋼廚具、衛(wèi)浴設(shè)備加工等產(chǎn)業(yè)為珠三角西部的經(jīng)濟發(fā)展做出了積極貢獻，《江門創(chuàng)造2025》提出要打造成為華南地區(qū)重要的先進裝備制造業(yè)高地。機械制造業(yè)作為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的重要支柱產(chǎn)業(yè)，在江門地區(qū)工業(yè)生產(chǎn)中的地位日益突出，企業(yè)的數(shù)字化制造、信息化管理，數(shù)控設(shè)備的智能化和精密化發(fā)展，也對機械制造技術(shù)專業(yè)人才提出了更高的要求。目前各中職學校機械專業(yè)課程教學普遍存在教學設(shè)備相對陳舊、教材內(nèi)容和教學方法單一、理論知識與實踐能力不一致等問題，以致近年來畢業(yè)生的職業(yè)能力明顯滯后于行業(yè)企業(yè)的快速發(fā)展，滿足不了現(xiàn)代制造業(yè)對信息技術(shù)的技能要求。信息時代背景下，隨著各種CAD/CAM/CAE計算機輔助加工技術(shù)在機械制造行業(yè)的廣泛應用，以及數(shù)控加工技術(shù)的快速發(fā)展，對機械專業(yè)學生的數(shù)字化和信息化應用能力也提出了更高的要求。中等職業(yè)教育作為職業(yè)教育的基礎(chǔ)性教育，一方面要為高等職業(yè)學校輸送具有扎實技術(shù)技能基礎(chǔ)的生源；一方面要為社會輸送合格的勞動人才?，F(xiàn)階段的主要任務是要“就業(yè)與升學并重”，據(jù)筆者跟蹤近兩年本校模具和數(shù)控專業(yè)畢業(yè)生的就業(yè)情況，19模具班30名畢業(yè)生中，24人（占比80%）選擇繼續(xù)升學；19級數(shù)控班70名畢業(yè)生中，也僅13人選擇到企業(yè)就業(yè)，81%的學生繼續(xù)升學。20模具班33名畢業(yè)生中僅6人到企業(yè)工作，27人（占比82%）選擇繼續(xù)升學，呈現(xiàn)穩(wěn)中有升的趨勢。通過對機械制造企業(yè)的調(diào)研了解到，企業(yè)對機械專業(yè)畢業(yè)生的崗位需求大致如圖1和圖2所示。企業(yè)為中職畢業(yè)生安排的崗位大多是機械制造加工所需的機床操作工。究其原因，由于中職學校實訓設(shè)備、經(jīng)費和師資的限制，培養(yǎng)出來的學生只能滿足企業(yè)在基本的車削和銑削（包括數(shù)控車、銑）加工崗位的需求，而在數(shù)控編程工藝以及模具的調(diào)試、維修等崗位仍有一定差距。故中職階段的課程設(shè)置要與高職銜接，課程目標要循序遞進，教學模式要遵循中職學生的認知規(guī)律，技能培養(yǎng)要以認知為主，夠用就好，能夠讓學生了解崗位工作內(nèi)容、掌握行業(yè)基本技能、初步培養(yǎng)職業(yè)情感。綜上，信息化教學既是教育行業(yè)大勢所趨，也是提高當前江門地區(qū)中職機械專業(yè)的人才培養(yǎng)質(zhì)量所需，同時有助于促進本地區(qū)機械制造產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。掌握面對現(xiàn)代化制造業(yè)的信息處理、加工和分析技能，適應服務江門地區(qū)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的初中級技能人才，是當前中職機械專業(yè)教學的重要改革方向。基于VR的教學仿真系統(tǒng)通過在多維空間創(chuàng)建虛擬信息環(huán)境，可以多方位調(diào)動學生的視覺、聽覺和觸覺，實現(xiàn)多空間、多主體的虛擬仿真教學場域，增強師生的沉浸交互，實用性強、應用范圍廣，適用于打造線上線下的混合教學模式，是未來教育教學模式改革的新方向和提升教學質(zhì)量的教學工具。（二）研究思路在中職課程教學信息化、數(shù)字化的研究背景下，以機械專業(yè)中模具專業(yè)核心課程為切入點，輔以信息技術(shù)為保障，以點帶面推進“三融三創(chuàng)”路徑與策略的探索與實踐，促進信息技術(shù)與機械專業(yè)課程教學的有效融合。研究的基本思路是通過對地方企業(yè)進行實地調(diào)研，了解用人單位對模具專業(yè)技能人才的需求狀況，通過對學生進行《中職學校模具專業(yè)教育現(xiàn)狀調(diào)查問卷》，了解中職學校模具專業(yè)學生目前的學習狀況，調(diào)整確定新時代背景下的人才培養(yǎng)目標。為實現(xiàn)該目標，本研究提出通過三教改革，校企合作共同制定并實施新的教學計劃和教學內(nèi)容。在新的人才培養(yǎng)目標和培養(yǎng)模式下培養(yǎng)出的畢業(yè)生通過相關(guān)企業(yè)和學校的多元綜合評價，再反饋到學校，以檢驗三教改革的效果。同時，為適應和滿足企業(yè)經(jīng)濟轉(zhuǎn)型升級發(fā)展需求，倒逼中職學校軟硬件設(shè)施的改善升級和專業(yè)建設(shè)，進一步提升中職學生的職業(yè)能力，從而形成相互促進的良性循環(huán)（圖3）。（三）研究方法本研究擬采用理論與實踐相結(jié)合的方式進行。一方面，通過文獻檢索，獲得使用多媒體教學設(shè)備、教學軟件平臺等信息技術(shù)輔助教學的相關(guān)研究，并進行分析總結(jié)。另一方面，通過在教學實踐中運用多媒體教學設(shè)備和教學仿真軟件等信息技術(shù)進行教學的行動研究，提煉、總結(jié)出“三融三創(chuàng)”路徑下的教學策略。1.調(diào)查分析法深入中職機械專業(yè)課程教學現(xiàn)狀，了解教師、學生在實際教學中存在的共性問題，為本研究的確立提供現(xiàn)實依據(jù)。2.行動研究法在實踐過程中，通過對“三融三創(chuàng)”教學策略的常態(tài)研究，獲取真實有價值的研究信息和資料，針對現(xiàn)有問題，探究解決問題的策略，并運用于教學實踐，以展開下一輪的行動研究。3.經(jīng)驗總結(jié)法在教學實踐中不斷積累經(jīng)驗，總結(jié)形成有價值的“三融三創(chuàng)”教學策略，并上升推廣至其他學科。二、文獻綜述從研究文獻來看，教學仿真系統(tǒng)已經(jīng)受到職業(yè)院校的普遍重視，特別是在高職及本科院校工科專業(yè)的教學研究，既注重理論研究，又關(guān)注實踐效果分析。山東建筑大學的陳清奎（2019）等人認為，傳統(tǒng)的教學模式難以使學生對模具專業(yè)課程有可視化的認識，教學效果不理想。以虛擬現(xiàn)實技術(shù)為核心的仿真教學系統(tǒng)，集“學、練、考”于一體，以虛帶實、虛實結(jié)合，促進理論與實踐的融合，對于實踐性強的模具專業(yè)教學有較大的應用價值。濰坊工程職業(yè)學院的聶永濤、趙書銳（2022）認為，通過使用柴油機保養(yǎng)維修教學仿真系統(tǒng)能快速提升學生技能水平，提高實訓的教學效果，有利于學生創(chuàng)新實踐能力的提升。軍械工程學院的王文婷等人（2013）認為教學仿真系統(tǒng)操作方便，可用于教師的課堂教學演示中，加深學生對理論知識的理解。同時，筆者在文獻梳理中也發(fā)現(xiàn)當前研究存在一定不足。1.研究目標和研究范圍過于集中以往相關(guān)文獻的研究目標主要聚焦在教學仿真系統(tǒng)的平臺開發(fā)和系統(tǒng)設(shè)計上，對于系統(tǒng)的應用方面相對較少。知網(wǎng)中搜索“教學仿真系統(tǒng)”主題僅有8篇，“中職教學仿真系統(tǒng)”數(shù)量則為0，研究范圍主要集中在大學和高職院校，針對從初中直升中職、對模具缺乏直觀感受、學習能力相對不足的中職學生的研究則相對較少。2.缺乏在具體教學實踐中的應用實證效果研究已有的研究多數(shù)聚焦在仿真教學系統(tǒng)的設(shè)計和可行性分析等理論思辨的層次；而在為數(shù)不多的實踐效果分析研究中，也多是簡要說明教學效果，結(jié)論缺乏實證數(shù)據(jù)支撐。三、實證研究：教學仿真系統(tǒng)在中職機械專業(yè)的教學實踐（一）現(xiàn)階段教學實踐中存在的主要問題總結(jié)過往研究成果以及我校機械專業(yè)教師的教學實踐，當前中職機械專業(yè)教學主要存在以下問題。1.教學模式單一，理論與實踐教學脫節(jié)，難以調(diào)動學生學習的積極性機械專業(yè)課程教學仍處于以紙質(zhì)教材、課件、動畫、視頻等為代表的教學資源水平，為傳統(tǒng)的老師講、學生聽的教學模式，很難激發(fā)中職學生學習理論性較強的專業(yè)課的學習興趣，難以調(diào)動學生學習的主動性和積極性，不適應“三教改革”的發(fā)展方向。2.校內(nèi)實訓設(shè)備陳舊，滯后于行業(yè)企業(yè)發(fā)展需求機械專業(yè)課程實訓設(shè)備一般價格昂貴，且大多中職學校存在經(jīng)費短缺、設(shè)施陳舊和場地受限等問題，導致實訓難度較大，效果不理想，學生的動手能力和創(chuàng)新思維培養(yǎng)明顯滯后于行業(yè)企業(yè)發(fā)展需求。3.實訓教學中存在安全隱患在機械模具專業(yè)實訓教學過程中，模具鉗工、模具裝拆等教學內(nèi)容都不可避免地需要手工操作，且實物一般重量偏大，操作中也會出現(xiàn)學生不按規(guī)程操作的突發(fā)狀況，存在一定的安全隱患。（二）教學改革思路1.整合教學內(nèi)容，改革教學模式根據(jù)企業(yè)專業(yè)技能人才崗位和能力素質(zhì)需求，確定人才培養(yǎng)目標。專業(yè)教師在教授機械專業(yè)核心課程時，教學內(nèi)容根據(jù)企業(yè)崗位與機械加工實訓課程相結(jié)合，整合成《模具制作實訓教程》和《數(shù)控加工實訓教程》，教學過程采用如圖4所示的教學模式，各教學模塊以基于VR的教學仿真系統(tǒng)貫穿全程的課程體系為重點，實現(xiàn)“理論仿真一體化，專業(yè)技能集成化”的教學模式，學生通過使用VR智能設(shè)備身臨其境在虛擬工廠中自由活動，提高了對機械制造工廠工作環(huán)境及設(shè)備設(shè)施的認識，熟悉了機械加工的工藝流程，學習效率大幅提高?；赩R技術(shù)的教學仿真系統(tǒng)是貫徹“四雙”教學策略、實現(xiàn)高素質(zhì)技能人才培訓的重要方向。2.優(yōu)化教學組織形式根據(jù)項目教學的需要，理論課教師和實操課教師組建“雙師結(jié)構(gòu)”教學團隊，共同計劃、共同實施項目教學任務，分工明確、優(yōu)勢互補，打破教師間每人一門課，互不干涉的傳統(tǒng)理念。多位教師共同參與完成教學項目任務，教師間進行跨課程的合作，構(gòu)成合作型的教學組織形式（圖5）。用小組合作法，共同制定學習計劃、合理分工，討論切磋，合作完成項目任務，小組之間通過自評、互評，取長補短，有效激發(fā)學生的學習積極性，同時促使學生主動探索學習，教學效果良好。（三）基于“三融三創(chuàng)”路徑的虛擬仿真教學改革實踐教材和教法的改革直接決定著教學實踐改革的成敗，針對上述關(guān)鍵問題，本研究以模具制造專業(yè)為例，根據(jù)企業(yè)對專業(yè)技能人才崗位和能力素質(zhì)需求，以及各中職學?；诮虒W仿真系統(tǒng)在教學實踐中的應用現(xiàn)狀，修訂基于VR教學仿真系統(tǒng)的專業(yè)人才培養(yǎng)方案，整合各教學模塊內(nèi)容，制定以教學仿真系統(tǒng)貫穿全程的課程體系；根據(jù)中職學校的教育特點，制定基于教學與崗位相融合，課內(nèi)與課外相融合的人才培養(yǎng)“四雙”模式，即通過智能制造產(chǎn)業(yè)學院與學?！半p基地”，企業(yè)導師與學校教師“雙導師”，專業(yè)技能與企業(yè)實戰(zhàn)“雙導向”，學?？己伺c企業(yè)認證“雙評價”的教學模式，創(chuàng)新新理念、創(chuàng)設(shè)新方法、創(chuàng)造新資源，實現(xiàn)基于“三融三創(chuàng)”路徑的“理論仿真一體化，專業(yè)技能集成化”的教學模式。學生通過VR智能設(shè)備應用“VR模具工廠應用仿真軟件”進行三維交互操作，在虛擬的工廠環(huán)境中，通過三維立體可視化模型進行沖壓模具和注塑模具的仿真拆裝，可以提高對模具的結(jié)構(gòu)、拆裝工藝等知識的理解，使學生身臨其境，還原最真實的實訓環(huán)境和操作訓練，讓學習變得更加生動、直觀、有趣，提高了學習效率和教學質(zhì)量。本研究以我校模具制造技術(shù)專業(yè)20級和21級兩個班學生為研究對象，分別采用VR模具仿真系統(tǒng)組織教學活動和常規(guī)教學模式實施教學，對其教學效果進行對比分析。在此過程中收集相關(guān)數(shù)據(jù)，并在學期末整理數(shù)據(jù)，對比分析學生的學習情況，進而得出結(jié)論。如實驗效果良好，則可在職教集團內(nèi)其他中職學校推廣，并進一步探討基于VR的教學仿真系統(tǒng)在中職專業(yè)課程的教學模式。調(diào)查問卷結(jié)果顯示，整體上近70%學生對該系統(tǒng)作出較好評價，認為其能幫助正確使用工具（69%）、學習效果較好（66%）、幫助學習模具拆裝（59%）。在與傳統(tǒng)二維仿真系統(tǒng)進行對比時，69%學生認為VR模具仿真系統(tǒng)學習體驗更好、更能引起興趣，90%學生認為該系統(tǒng)較容易操作。為了檢驗20級與21級學生使用VR仿真系統(tǒng)學習效果的差異是否顯著，本文采用的是雙總體t檢驗，表1為“操作體驗”“學習體驗”“學習興趣”三項的T檢驗統(tǒng)計結(jié)果。具體而言，“操作體驗比傳統(tǒng)二維仿真系統(tǒng)更好”“學習體驗比傳統(tǒng)二維仿真系統(tǒng)更好”“比傳統(tǒng)二維仿真系統(tǒng)更能引起學習興趣”這三項論述的P值分別為8.70E-07、2.72E-07、3.00E-07（科學計數(shù)法），均小于設(shè)定置信水平0.05，實驗結(jié)果驗證了VR仿真系統(tǒng)具備良好的應用效果，相比傳統(tǒng)二維仿真系統(tǒng)具有顯著優(yōu)勢。短暫使用過VR仿真系統(tǒng)的20級模具班學生的教學效果和教學質(zhì)量通過企業(yè)對頂崗實習學生的評價來檢驗。評價體系分為學生總體評價、職業(yè)道德、專業(yè)基礎(chǔ)知識、實踐操作能力、團結(jié)協(xié)作能力、創(chuàng)新能力和掌握使用前沿知識情況7個指標。圖6列示了企業(yè)對參與頂崗實習的20級模具班學生的評價，總體評價100%滿意，在掌握、使用前沿知識方面100%達到企業(yè)預期水平，獲“滿意”評價，95%的學生在創(chuàng)新能力上也獲得企業(yè)較好評價。四、研究結(jié)論基于VR的教學仿真系統(tǒng)的教學模式經(jīng)過近2年的教學實踐應用，教師和學生的信息化能力得到較大提高。學生培養(yǎng)質(zhì)量明顯提高，教師指導模具、數(shù)控班學生參加職業(yè)技能競賽的成績?nèi)〉幂^大進步，學生參加職業(yè)技能等級考證的通過率大幅提升。經(jīng)過研究梳理、實驗分析，本文認為基于“三融三創(chuàng)”路徑的教學仿真系統(tǒng)的教學模式在中職模具專業(yè)教學中具備以下意義。（一）有助于改革傳統(tǒng)教學模式，優(yōu)化中職模具專業(yè)課程體系，提高教學質(zhì)量通過基于VR的教學仿真系統(tǒng)的教學模式，解決機械專業(yè)課程教學理論與實踐之間平衡問題，以虛帶實、虛實結(jié)合，促進理論與實踐的融合，實現(xiàn)了線上線下混合教學模式，對于機械專業(yè)教學有較大的應用價值。（二）有助于提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，培養(yǎng)社會發(fā)展所需的可持續(xù)發(fā)展人才從機械行業(yè)急需的技能人才培養(yǎng)目標入手，研究中將基于VR技術(shù)的教學仿真系統(tǒng)引入課堂教學中，可以激發(fā)、調(diào)動學生學習的積極性，課內(nèi)課外一體化學習方式，提高了學生主動學習能力。教學內(nèi)容與企業(yè)崗位相融合，能夠提升學生掌握企業(yè)所需的實用性技能，增強學生的職業(yè)競爭能力