基于沉浸式虛擬仿真的物流專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)研究

張園園 孫兆統(tǒng) 余沛東 周恒勝

摘? 要：2018年教育部發(fā)布的《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》明確指出：“加強(qiáng)職業(yè)院校、高等學(xué)校虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)境建設(shè)，服務(wù)信息化教學(xué)需要[1]?！蔽恼箩槍?duì)物流專業(yè)學(xué)生在專業(yè)技術(shù)的學(xué)習(xí)中被動(dòng)接受的情況，嘗試使用沉浸式虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)專業(yè)型、技能型人才，探索傳統(tǒng)教學(xué)與虛擬仿真教學(xué)深度融合的教學(xué)新模式，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，為實(shí)現(xiàn)高等教育改革、創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí);增強(qiáng)現(xiàn)實(shí);物流教學(xué);創(chuàng)新人才培養(yǎng)

中圖分類號(hào)：G642??? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： In 2018， “Education informatization 2.0 action plan”which is issued by Ministry of Education of the People's Republic of China indicated：“strengthen the construction of virtual simulation training teaching environment in vocational colleges and universities to satisfy the needs of informatization teaching”. Base on the fact that students in logistics science are sometimes passively obtaining the expertise in their majors， this study attempts to use the immersion virtual simulation experiment teaching to cultivate professional and skilled talents， and explores a new teaching model by integrating the traditional teaching and the virtual simulation teaching. It is intended to cultivate the innovation ability of the students and to provide a solid foundation for the realization of higher education reform and innovative talent training mode.

Key words： virtual reality; augmented reality; logistics teaching; cultivation of creative personnel

0? 引? 言

隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)技術(shù)的快速發(fā)展以及虛擬仿真技術(shù)的日趨成熟，高等教育已慢慢孕育出新的教學(xué)模式。物流學(xué)科實(shí)踐性、應(yīng)用性較強(qiáng)，本身又屬于交叉邊緣新興學(xué)科，強(qiáng)調(diào)綜合技能的整合和重組，而計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)可控性較強(qiáng)，可視化、不受場(chǎng)地限制且成本比較低，故其在物流中的應(yīng)用有非常真實(shí)的現(xiàn)場(chǎng)體驗(yàn)度，可大大提高學(xué)生的動(dòng)手能力和案例分析能力。目前全國(guó)各高校物流工程教學(xué)所使用的虛擬仿真軟件主要有：Flexism、RaLC、Supply Chain Guru、Witness（SDX）、SIMAnima-tion、Automod、ShowFlow、Arena、Classwarehouse和SimLab。但這些虛擬仿真軟件并不具有精確性較高的建模功能，也不能通過(guò)多元非線性參數(shù)建立三維實(shí)體參數(shù)化建模。此外，在教育部積極推進(jìn)新工科建設(shè)的基礎(chǔ)上，結(jié)合5G戰(zhàn)略、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、VR等技術(shù)的融合應(yīng)用，以培養(yǎng)創(chuàng)新型、應(yīng)用型、復(fù)合型的綜合物流人才為目標(biāo)，以虛擬仿真技術(shù)為手段，建立課堂教學(xué)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合的課程體系，培養(yǎng)物流專業(yè)創(chuàng)新人才，是物流工程專業(yè)一條值得持續(xù)探索和實(shí)驗(yàn)的方向。

另外，教育部在2013～2015年啟動(dòng)了國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作，得到了社會(huì)各界的積極響應(yīng)和支持，現(xiàn)已遴選出300個(gè)國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，分別發(fā)布在26個(gè)省市自治區(qū)，其中理工類211個(gè)，農(nóng)林醫(yī)藥類53個(gè)，人文社科類36個(gè)[1]。近年來(lái)，為深入推進(jìn)信息技術(shù)與高等教育實(shí)驗(yàn)教學(xué)的深度融合，推動(dòng)高校積極探索線上線下相結(jié)合的教學(xué)方式，根據(jù)《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》和《2017年教育信息化工作要點(diǎn)》等相關(guān)內(nèi)容，教育部2017年印發(fā)了《關(guān)于2017-2020年開(kāi)展示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)的通知》，統(tǒng)籌規(guī)劃到2020年認(rèn)定1 000項(xiàng)左右示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目[1]，國(guó)內(nèi)高校掀起了一股積極開(kāi)發(fā)應(yīng)用虛擬仿真教學(xué)項(xiàng)目的新風(fēng)潮。

1? 沉浸式虛擬仿真技術(shù)的教學(xué)優(yōu)勢(shì)

虛擬仿真是用一個(gè)虛擬的系統(tǒng)模仿另一個(gè)現(xiàn)實(shí)世界的操作技術(shù)，將沉浸式虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，能夠使實(shí)驗(yàn)者產(chǎn)生身臨其境的感受和體驗(yàn)。通過(guò)探索傳統(tǒng)教學(xué)和虛擬仿真教學(xué)深度融合的教學(xué)新模式，可以為實(shí)現(xiàn)高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，創(chuàng)新人才培養(yǎng)提供新思路。其在教學(xué)上的優(yōu)勢(shì)可以總結(jié)為如下四點(diǎn)。

1.1? 緊貼5G技術(shù)，具備創(chuàng)新可能

隨著5G的加速到來(lái)，物流行業(yè)將全面進(jìn)入科技化時(shí)代，持續(xù)向智慧化、綠色化、數(shù)字化方向發(fā)展，物流網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步優(yōu)化，躍上新臺(tái)階，迎來(lái)新變化。當(dāng)前大多虛擬仿真課件更多是從內(nèi)容上仿真，不具備網(wǎng)絡(luò)化、物聯(lián)網(wǎng)化的可能性，未來(lái)物流工程將融合更多的技術(shù)。沉浸式虛擬仿真技術(shù)在應(yīng)用時(shí)應(yīng)充分考慮國(guó)情，迎合即將到來(lái)的5G浪潮，條件成熟時(shí)將5G網(wǎng)絡(luò)與物流場(chǎng)景產(chǎn)生關(guān)聯(lián)。

1.2? 解決教學(xué)實(shí)際困難，發(fā)揮虛擬仿真優(yōu)勢(shì)

能實(shí)不虛，充分發(fā)揮“虛”的好處，解決教學(xué)中的環(huán)境模擬和實(shí)際體驗(yàn)的痛點(diǎn)。物流工程的教學(xué)痛點(diǎn)中，包括了環(huán)境搭建、實(shí)景體驗(yàn)不足等眾多瓶頸問(wèn)題，雖然已有的三維仿真可以象征性地演示和操作，但對(duì)學(xué)生而言，在沒(méi)有接觸過(guò)實(shí)際物流環(huán)境之前，難以帶來(lái)真正的感性認(rèn)知。而這些痛點(diǎn)，正是沉浸式虛擬仿真技術(shù)手段的長(zhǎng)處。

1.3? 支持遠(yuǎn)程教學(xué)，利于賽事孵化

建設(shè)虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)，可以充分共享虛擬仿真的建設(shè)成果，不局限于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的教學(xué)。由于此次疫情的影響，很多學(xué)科競(jìng)賽被迫采取了在線競(jìng)賽的方式。因此，虛擬仿真平臺(tái)建設(shè)，需要考慮兼容遠(yuǎn)程教學(xué)，除了目前的視頻在線教學(xué)外，如果能發(fā)揮沉浸式虛擬仿真的能力疊加網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)，那么既可以發(fā)揮沉浸式虛擬仿真固有的優(yōu)勢(shì)，又實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)的架構(gòu)，對(duì)于學(xué)科競(jìng)賽利大于弊。

1.4? 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一，便于集中管理

建設(shè)通用型的教學(xué)內(nèi)容平臺(tái)，研究、歸納多個(gè)實(shí)驗(yàn)和教學(xué)場(chǎng)景需求的共性特點(diǎn)，設(shè)計(jì)兼容性框架結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)整體的可復(fù)用，內(nèi)容課件可復(fù)用，學(xué)習(xí)流程、組織管理、乃至評(píng)價(jià)手段都應(yīng)可復(fù)用，通過(guò)系統(tǒng)進(jìn)行流程化管理，構(gòu)成一個(gè)開(kāi)放的、易擴(kuò)充的、穩(wěn)定的、統(tǒng)一軟件的系統(tǒng)。

2? 物流專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的實(shí)施途徑

2018年教育部在《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》中明確指出：“加強(qiáng)職業(yè)院校、高等學(xué)校虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)境建設(shè)，服務(wù)信息化教學(xué)需要?！睘轫憫?yīng)國(guó)家號(hào)召，本文針對(duì)物流專業(yè)學(xué)生在專業(yè)技術(shù)的學(xué)習(xí)中被動(dòng)接受的情況，嘗試使用沉浸式虛擬仿真實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)專業(yè)型、技能型人才，實(shí)現(xiàn)理論和實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合，提高教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)學(xué)生自身發(fā)展的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，使學(xué)生成為社會(huì)發(fā)展所需的人才。其實(shí)施途徑歸納如下：

2.1? 構(gòu)建教學(xué)管理平臺(tái)，打造虛擬仿真教學(xué)體系建設(shè)

通過(guò)物流工程沉浸式虛擬仿真教學(xué)管理平臺(tái)建設(shè)，如圖1所示，逐步打造虛擬仿真教學(xué)管控體系建設(shè)，實(shí)現(xiàn)包括課件內(nèi)容集中管控、學(xué)習(xí)終端權(quán)限管控、教學(xué)數(shù)據(jù)采集與分析、虛擬操作考核成績(jī)管理等主要模塊。

如圖2所示，教學(xué)平臺(tái)目標(biāo)定位為“VR+物聯(lián)網(wǎng)+5G”的技術(shù)方向概念，構(gòu)造一個(gè)面向物流工程智能化能力模型的教學(xué)、實(shí)訓(xùn)和創(chuàng)新操作平臺(tái)雛形。未來(lái)將可支持遠(yuǎn)程、分布式的教學(xué)，組件式的專業(yè)課件內(nèi)容積木規(guī)則，逐步形成觀摩認(rèn)知、專業(yè)教學(xué)、操作模擬、項(xiàng)目實(shí)操的學(xué)習(xí)路線圖。

2.2? 制作虛擬仿真課件，優(yōu)化課程設(shè)計(jì)

通過(guò)虛擬仿真技術(shù)將物流冷鏈基礎(chǔ)知識(shí)制作成為課件，展示并加強(qiáng)學(xué)生對(duì)物流文化的整體認(rèn)知，實(shí)現(xiàn)自由探索與物流虛擬世界互動(dòng)。如以普洛斯冷鏈物流為藍(lán)本，進(jìn)行虛擬仿真冷鏈物流實(shí)訓(xùn)，讓學(xué)生掌握冷鏈物流實(shí)操技能、冷鏈物流流程、冷鏈物流裝備、冷鏈物流安全等一系列的學(xué)習(xí)任務(wù)。利用VR全景視頻處理技術(shù)，足不出戶就可以360°沉浸式體驗(yàn)物流企業(yè)的工作場(chǎng)景，交互式地參與物流企業(yè)的工作流程，全景視頻所帶來(lái)的沉浸感、現(xiàn)場(chǎng)感以及交互性能夠讓教師和學(xué)生置身于真實(shí)的業(yè)務(wù)環(huán)境中，觀察真實(shí)公司的業(yè)務(wù)流程，讓學(xué)生掌握行業(yè)工作的全流程和真實(shí)場(chǎng)景。

2.3? 利用虛擬仿真技術(shù)，構(gòu)建實(shí)訓(xùn)環(huán)境

利用每年雙十一實(shí)習(xí)的倉(cāng)儲(chǔ)視頻為模型應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)，展示雙十一實(shí)習(xí)倉(cāng)庫(kù)的布局及其具體設(shè)施，支持主要的虛擬操作功能并實(shí)時(shí)同步互動(dòng)，學(xué)生可以通過(guò)觸摸按鈕，對(duì)某一設(shè)備（如叉車(chē)設(shè)備模型等）進(jìn)行更具體的觀察和認(rèn)識(shí)。其所展現(xiàn)出的物流模型真實(shí)、細(xì)致，可加強(qiáng)學(xué)生對(duì)物流裝備設(shè)備的整體認(rèn)知，幫助學(xué)生全方位、深層次，多角度學(xué)習(xí)物流裝備設(shè)備，實(shí)現(xiàn)自由探索與物流虛擬世界雙向互動(dòng)。通過(guò)沉浸式虛擬仿真技術(shù)將虛擬模型疊加到真實(shí)的環(huán)境中，展現(xiàn)出更加真實(shí)的物流設(shè)施設(shè)備模型，同時(shí)，利用互動(dòng)操作和配音講解全面介紹物流設(shè)施設(shè)備的使用和作業(yè)原理，極大的豐富了教學(xué)資源，使學(xué)生在玩中學(xué)、學(xué)中做。

2.4? 以賽促學(xué)，重塑知識(shí)能力結(jié)構(gòu)

大學(xué)生學(xué)科競(jìng)賽是學(xué)生展示自我的平臺(tái)，在這個(gè)舞臺(tái)上專業(yè)能力、團(tuán)隊(duì)精神等將得到淋漓盡致的發(fā)揮。以物流虛擬仿真設(shè)計(jì)大賽、物聯(lián)網(wǎng)大賽、物流設(shè)計(jì)大賽等與專業(yè)密切相關(guān)的賽事為契機(jī)，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展，理實(shí)一體化。通過(guò)參加虛擬仿真大學(xué)生競(jìng)賽，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，完成從學(xué)生到職業(yè)人的轉(zhuǎn)化，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)專業(yè)相關(guān)比賽學(xué)習(xí)技能、交流經(jīng)驗(yàn)，不斷促進(jìn)學(xué)生專業(yè)水平的提高，注重理論和實(shí)踐相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力，使學(xué)生從“模仿”到“真會(huì)”，重塑學(xué)生的知識(shí)能力結(jié)構(gòu)。

3? 總? 結(jié)

將沉浸式虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于物流專業(yè)人才的培養(yǎng)，可以節(jié)省教學(xué)成本，方便設(shè)備擴(kuò)展;靈活教學(xué)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣;規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，增強(qiáng)實(shí)訓(xùn)安全性。通過(guò)制作VR課件，優(yōu)化課程設(shè)計(jì);利用VR技術(shù)，構(gòu)建實(shí)訓(xùn)環(huán)境;以賽促學(xué)，重塑知識(shí)能力構(gòu)建等方式實(shí)現(xiàn)，以此積極探索傳統(tǒng)教學(xué)與虛擬仿真教學(xué)深度融合的教學(xué)新模式，為實(shí)現(xiàn)高等教育改革、創(chuàng)新物流專業(yè)人才培養(yǎng)模式提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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