工业4.0背景下技工院校智能制造专业群虚拟仿真实训环境的创建和应用

李章伟 谭美坤

摘要：在工业4.0背景下，技工院校智能制造专业群的建设与教学工作备受各界关注。尤其是加快专业群虚拟仿真实训环境的创建，对提高实训教学质量具有显著影响。基于此，文章着重探讨工业4.0背景下技工院校智能制造专业群虚拟仿真实训环境的创建和应用，提出虚拟仿真实训环境建设、应用思路和工作建议。

关键词：技工院校；智能制造；专业群；虚拟仿真；实训环境

2020年9月，教育部等九部门印发《职业教育提质培优行动计划（2020—2023年）》，对职业教育跨越式发展进行了明确部署，给技工院校推进教学工作指明了方向。在此背景下，结合工业4.0的现实要求，技工院校要围绕智能制造发展趋势，推动专业群虚拟仿真实训环境的有效创建和应用，为教师开展多层次、立体化教学创造良好条件。

一、相关概念解读

（一）工业4.0

工业4.0是基于工业发展的不同阶段作出的概念划分，是相对于过往工业化时代的概念而形成的全新论述。按照业界共识，工业1.0是指蒸汽机时代，工业2.0是指电气化时代，工业3.0是信息化时代，工业4.0则是利用信息化技术促进产业变革的时代，也就是智能化时代。

（二）智能制造专业群

智能制造专业群是技工院校多个制造业相关专业构筑而成的专业集群，其主要特征是信息化、智能化与专业化。智能制造专业群以智能化的生产制造为主要标志，以不同专业的集群建设和协同发展为主要路径，以高水平人才培养为主要目标。

（三）虚拟仿真实训环境

虚拟仿真实训环境是指技工院校为了提高实训教学品质和功能，着力打造的具备模拟与展示特性，具有岗位化、职业化特点的实践教学场景与环境，力求让学生在实训环境中掌握实操技能，感受职业化氛围，锤炼应用能力。

二、工业4.0背景下技工院校智能制造专业群虚拟仿真实训环境的创建意义

首先，技工院校通过虚拟仿真实训环境的创建和应用，能夯实智能制造专业群教学基础，为常态化实训教学提供有力支撑。比如，教师可以利用实训环境对学生进行现场指导、细节修订，帮助学生掌握智能制造专业的实操技能和經验。

其次，技工院校创建虚拟仿真实训环境，可以与上下游企业、合作单位形成合力，搭建虚拟仿真实训环境，提高“产教融合”“工学结合”水平，为学生提供实操、实习、顶岗作业的机会，培养学生的职业素质。

最后，技工院校通过虚拟仿真实训环境的创建与应用，很好地匹配了智能制造人才的培养需求，能为社会与相关产业输送高质量的应用型人才。在虚拟仿真实训环境下，技工院校可以针对学生进行动态培养，对接产业、企业需求，设定周期性考核与审查目标，让学生全面掌握实训技能和岗位实操技巧，为学生后续的就业、创新创业夯实基础。

三、工业4.0背景下技工院校智能制造专业群虚拟仿真实训环境的创建和应用策略

（一）开设虚拟仿真课程，丰富实训教学资源

以工业4.0为大背景，技工院校推动智能制造专业群教学和育人工作，应以虚拟仿真实训环境的创建为前提，高度重视虚拟仿真课程的开发与应用，确保学生能在完善的课程资源中，感知智能制造的岗位氛围，掌握最新的智能制造发展动向，实现知识能力与实践能力的同步提高。为此，技工院校要开展专业化研讨与深度协同，推动课程开发与教学资源的有效集成。

首先，技工院校根据智能制造专业群的教学需求，开设虚拟仿真实训课程，增加课程占比，体现常态化实训要求，充分发挥虚拟仿真环境的优势，从而对现有课程进行补充和完善。例如，技工院校围绕“人工智能+”需要，开发智能制造机器人专业课程，与常规课程进行融合，丰富课程教学体系。

其次，校企合作推进特色虚拟仿真实训课程的开发与资源利用，完善多层次课程体系，对接智能制造产业需求，实现实训教学的常态化。如技工院校智能制造专业群数控加工专业零件数控车床加工的课程开发，校企双方要统筹合作，细化课程开发目标，打造实训课程方案，为学生实训提供资源保障。

最后，技工院校要立足本地，开发校本课程与个性化课程，丰富虚拟仿真实训课程内涵，深化实训教学。例如，教师根据专业群中工业机器人相关课程的特点，开发特色校本，融入竞赛元素，与职业比赛形成对接，确保实训课程体现虚拟仿真特色，有效锤炼和打磨学生的职业技能。

（二）校企共建实训基地，推进工学融合教学

以工业4.0为实践背景，技工院校在智能制造专业群的实训教学过程中，必须重视虚拟仿真实训基地的创建和应用。技工院校要主动加强与相关企业的联动，共同制订实训教学方案，共建共享优质的教学资源和素材，实现高水平实训基地的创建与应用。通过校企双方共建实训基地，技术院校能为智能制造专业群教学、育人工作提供实体环境支撑，能为工学结合和“订单式人才”培养创造有利条件，保证学生实现全面发展。

例如，校企双方开展全方位合作，围绕数控加工、模具制造、工业机器人应用与维护、电气自动化设备安装与维护四个专业，打造智能制造专业群。为此，校企双方制订实训基地建设方案，按照“订单式人才”培养要求，在实训基地中融入虚拟仿真元素，突出岗位化、车间化要求，为实训教学创造良好条件。例如，在硬件设施方面，校企双方协同发力，配备完善的多媒体教室、虚拟仿真实训室、岗位实操区域、虚拟现实设备和其他演示教学的设施等；在软件技术方面，校企双方按照协同教学要求，合作开发软件资源与数字化课程，重点对接虚拟仿真软件和现有实训设备，为虚拟仿真实训教学提供优渥的环境条件。

此外，校企双方要不断调整实训基地教学方案，补齐实训基地短板。例如，校企双方共建智能制造产线、专业群实训室、多媒体理论教学区和智能制造场景仿真软件资源库等，提高实训基地创建与应用效率。

（三）强化教师能力培养，实现软性环境构建

随着工业4.0的深入发展，技工院校智能制造专业群的创建，提高了对实训环境的要求。为此，技工院校要加大师资队伍的投入力度，提高专业群教师的业务能力、管理水平和形象化素养，为实训教学奠定基础。

首先，技工院校智能制造专业群的教师队伍建设与培养工作，要突出常态化特性，着力打造一支结构合理、技术过硬、执教得法的“工学一体化”师资队伍，确保虚拟仿真实训教学稳步发展。如在技工院校工业机器人、电气自动化、数控加工等专业课程构成的专业群中，针对教师的培养工作要更为具体。技工院校可以采取定期轮岗、定期培训、专业群交流、课堂互鉴等方式，提高教师的专业技能。

其次，技工院校要在校企合作基础上推动“双师制”建设，为专业群的虚拟仿真实训环境构建提供动态化补充，实现实训环境下的高水平教学。“双师制”建设是指专业教师与企业师傅的有效协同，“双师制”实训教学模式设计如表1所示。

为构建更好的虚拟仿真实训环境，校企双方要协同发力，构建“双师制”环境和实践制度，发挥专业教师与企业师傅的优势，让学生在不同的虚拟仿真实训环境中掌握理论知识、专业技巧与岗位经验，逐步提高综合技能和职业素养。同时，校企双方要对专业教师、企业师傅进行定期轮换和培养，提高他们的综合能力。

（四）开展常态主题活动，优化学生实训体验

技工院校的智能制造专业群创建，在很大程度上依赖虚拟仿真实训环境的支持，这也符合工业4.0的现实要求。为此，技工院校智能制造专业群要充分认识到“工学一体化”教学的价值和意义，借助实训环境的建设和运用，优化专业群学生的实训体验，使其在虚拟仿真氛围和环境中革新思维、磨炼技能。此外，技工院校要加强内部协调，依托虚拟仿真实训环境，开展周期性的主題实践活动，如职业技能比赛、专业群年度竞赛、智能制造专业“大比武”等，通过主题性实践活动的开展，为学生提供验证专业知识和技能的“舞台”，补齐虚拟仿真实训环境的短板，确保学生在竞赛环境中有效磨砺职业技能 。

例如，教师可以根据智能制造专业群虚拟仿真实训要求，定期开展“电气自动化设备安装与维护”主题竞赛活动，在实训基地内设立比赛场地和区域，对学生进行竞赛性考核与评价。教师通过限定比赛主题、规则与时间，考查学生在虚拟仿真环境下对电气设备的熟练程度和安装维护的能力。在比赛过程中，涉及电气自动化设备的相关细节问题，教师可以一一记录，以此作为调整实训教学的依据。

又如，校企双方可以围绕模具制造专业要求，定期开展虚拟仿真实训实践活动，由专业教师与企业师傅进行监督，着重考查学生模具的加工和制造能力，对学生进行现场点拨和指导，使学生扎实掌握实操技能。总之，推动主题实践活动常态化，是虚拟仿真实训环境软文化的体现，既能丰富实训教学内涵，又能增强虚拟仿真实训效果。

综上所述，随着工业4.0背景下技工院校智能制造专业群建设水平的提高，技工院校虚拟仿真实训环境的创建和应用成为基本趋势。为此，技工院校要细化实训环境创建方案，加强与相关企业协同，在课程开发、实训基地建设、师资力量配备、教学活动组织等方面发力，深化智能制造专业群虚拟仿真实训教学。

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基金项目：2022年度广西技工教育立项科研课题“工业4.0背景下，技工院校智能制造专业群虚拟仿真实训教学环境研究”，项目编号：2022JGY135。

（作者单位：广西玉林技师学院）