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虚实融合数据驱动：高职院校智能化实践教学环境革新探索与应用实施
文章字数：1942
科技革命席卷世界，促使智能制造快速发展，对职业教育体系中技术型人才实际操作能力提出更高要求。目前大多数实训基地都存在诸多问题：资金投入大，操作过程中存在较大安全隐患，教学内容不能及时跟进行业发展，而且评价体系不够完善，这些问题都是影响人才培养质量的重要因素。本文以智能控制实训基地为切入点，提出一种基于环境重塑、体系融合以及数据循环的三维智能化改革思路。该思路从人工智能视角出发分析虚拟与现实相结合的教学环境产生原因，详细说明智能控制实践教学体系如何进行整合，以及教学云端数据如何产生及其使用方式。
根据《“十四五”智能制造发展规划》的要求，到2025年底，国家要建设超过500个具有示范意义的智能制造职业教育实训基地，为产业发展提供坚实基础。智能化实训平台是利用最新信息技术打造的一个教育环境，是一种沉浸式的虚拟与现实相结合的学习环境，分层次的能力培养模式，以数据为依据进行评价，不断改进的教学反馈机制，能够快速适应产业技术进步，满足智能制造行业对高技能人才的需求。
一、人工智能支持的虚实融合教学环境构建
为了使学生掌握PLC程序调试的能力，在本文中，利用虚拟仿真软件以及经过改进的实物设备，搭建一个包括云上设计仿真、本地数据通信以及实物操作验证三个层次的系统，完成从设计、仿真到实物的应用过程。先进行模拟优化，然后进行实物检验，形成一种理论－仿真－实操三者结合的教学模式，同时把云端设计、云端制造等新技术引入到职业教育中来。这个平台以四个基本理念为基础搭建而成，分别是工业级精度再现、全流程支持、高度可配置性以及过程数据追踪。它的设计目的就是解决传统实训中存在的问题，可以满足目前大多数行业所用到的各种PLC产品的要求，而且具有良好的扩展性来应对未来的发展需求。
相对于传统实训方式而言，虚实融合模式解决了四大难题：一是利用先进技术大大降低前期投入和后期运营成本，前期改造费用下降超过40%，每年维护费用下降超过80%，大大减轻学校经济压力。二是把高危操作的基础练习放在虚拟世界中进行，在过去无法实现的教学内容现在可以正常进行，大大丰富了教学内容。三是克服由于设备资源不足而造成的训练难题，每人实际操作时间是原来的三倍以上，大大提高学生的实际操作能力。四是改变内容更新方式，虚拟功能模块更新时间由原来的24-36个月缩短到2-3个月，使最新技术和成果能够迅速进入课堂，提高课程内容对社会需求的适应性。
二、智能控制实践教学体系的全流程整合
针对高职PLC实践教学体系中存在要素割裂、操作不规范、效果不稳定等问题，本文基于虚实结合实训环境，以“产业需求驱动、能力渐进培养、全过程规范化”为指导思想，从资源整合、执行优化、应用扩展三个方面对分散孤立的实训项目进行整合，搭建起包括生产实践、方案设计、系统调试、运维管理等环节的一体化支撑平台，从而形成一套标准化的教学实施方案，保证教学质量稳定性和可预测性。产业实践导向、认知发展规律和全过程管理是三个主要整合点。内容上以企业实际运行情况为基础，保证所学知识的真实性和实用性。教学过程按照认知规律进行分层次教学，由易到难促进学生对知识的理解。管理上贯穿整个生命周期，在各个阶段都有监控和回顾功能。资源、执行与应用三方面紧密结合，使高职PLC实践教学发生三次转变：首先，教学理念由片段化到系统化转变，把零散的知识点整合成一个整体的能力培养体系，大大提高人才培养的目标性。其次，教学方法从依靠个人经验到按照统一标准进行，保证不同的老师所教出的学生水平一致，提高教学过程的一致性。最后，教学形式由封闭式到开放式转变，可以快速适应行业的变化，保证知识内容的新颖性。
三、改造实践成效
本文以陕铁院PLC实训基地为研究对象，在三年内对该实训基地进行整体改造，在改造完成之后，采用多种方式对该改造的效果进行评价，结果表明，该改造达到了预期的目标并且在很多方面都有所突破，在成本节约以及风险控制方面，改造前这两处设备每年的电子元件维护费用分别是16.8万元、12.3万元，而在改造之后，这两处设备每年的电子元件维护费用都降低到了2.9万元、2.2万元，减少了82.1%，节省了大量的费用。
在人才培养效果以及资源辐射方面有了很大进步。近3年，学生获得PLC相关的国家级职业技能大赛奖项8个，省级奖项21个，获奖数量比改造前增加了150%。第三方调查报告显示，毕业生用人单位满意度指数提高了19.3个百分点，合作企业的认可度大幅度提高，有的企业主动提出要进一步加强合作，从而产生了2个订单班，每年向企业输送120余名专业人才。实训基地设备使用率也大幅提高，由原来的29.7%提高到76.2%，提高了46.5个百分点，彻底解决了设备长期空闲的问题。
基金项目：渭南市教育科学“十五五”规划2026年度课题“虚实融合数据驱动：高职智能化实训基地的改造实践研究”（编号：WNGHKT20261158）。
作者单位：陕西铁路工程职业技术学院
根据《“十四五”智能制造发展规划》的要求，到2025年底，国家要建设超过500个具有示范意义的智能制造职业教育实训基地，为产业发展提供坚实基础。智能化实训平台是利用最新信息技术打造的一个教育环境，是一种沉浸式的虚拟与现实相结合的学习环境，分层次的能力培养模式，以数据为依据进行评价，不断改进的教学反馈机制，能够快速适应产业技术进步，满足智能制造行业对高技能人才的需求。
一、人工智能支持的虚实融合教学环境构建
为了使学生掌握PLC程序调试的能力，在本文中，利用虚拟仿真软件以及经过改进的实物设备，搭建一个包括云上设计仿真、本地数据通信以及实物操作验证三个层次的系统，完成从设计、仿真到实物的应用过程。先进行模拟优化，然后进行实物检验，形成一种理论－仿真－实操三者结合的教学模式，同时把云端设计、云端制造等新技术引入到职业教育中来。这个平台以四个基本理念为基础搭建而成，分别是工业级精度再现、全流程支持、高度可配置性以及过程数据追踪。它的设计目的就是解决传统实训中存在的问题，可以满足目前大多数行业所用到的各种PLC产品的要求，而且具有良好的扩展性来应对未来的发展需求。
相对于传统实训方式而言，虚实融合模式解决了四大难题：一是利用先进技术大大降低前期投入和后期运营成本，前期改造费用下降超过40%，每年维护费用下降超过80%，大大减轻学校经济压力。二是把高危操作的基础练习放在虚拟世界中进行，在过去无法实现的教学内容现在可以正常进行，大大丰富了教学内容。三是克服由于设备资源不足而造成的训练难题，每人实际操作时间是原来的三倍以上，大大提高学生的实际操作能力。四是改变内容更新方式，虚拟功能模块更新时间由原来的24-36个月缩短到2-3个月，使最新技术和成果能够迅速进入课堂，提高课程内容对社会需求的适应性。
二、智能控制实践教学体系的全流程整合
针对高职PLC实践教学体系中存在要素割裂、操作不规范、效果不稳定等问题，本文基于虚实结合实训环境，以“产业需求驱动、能力渐进培养、全过程规范化”为指导思想，从资源整合、执行优化、应用扩展三个方面对分散孤立的实训项目进行整合，搭建起包括生产实践、方案设计、系统调试、运维管理等环节的一体化支撑平台，从而形成一套标准化的教学实施方案，保证教学质量稳定性和可预测性。产业实践导向、认知发展规律和全过程管理是三个主要整合点。内容上以企业实际运行情况为基础，保证所学知识的真实性和实用性。教学过程按照认知规律进行分层次教学，由易到难促进学生对知识的理解。管理上贯穿整个生命周期，在各个阶段都有监控和回顾功能。资源、执行与应用三方面紧密结合，使高职PLC实践教学发生三次转变：首先，教学理念由片段化到系统化转变，把零散的知识点整合成一个整体的能力培养体系，大大提高人才培养的目标性。其次，教学方法从依靠个人经验到按照统一标准进行，保证不同的老师所教出的学生水平一致，提高教学过程的一致性。最后，教学形式由封闭式到开放式转变，可以快速适应行业的变化，保证知识内容的新颖性。
三、改造实践成效
本文以陕铁院PLC实训基地为研究对象，在三年内对该实训基地进行整体改造，在改造完成之后，采用多种方式对该改造的效果进行评价，结果表明，该改造达到了预期的目标并且在很多方面都有所突破，在成本节约以及风险控制方面，改造前这两处设备每年的电子元件维护费用分别是16.8万元、12.3万元，而在改造之后，这两处设备每年的电子元件维护费用都降低到了2.9万元、2.2万元，减少了82.1%，节省了大量的费用。
在人才培养效果以及资源辐射方面有了很大进步。近3年，学生获得PLC相关的国家级职业技能大赛奖项8个，省级奖项21个，获奖数量比改造前增加了150%。第三方调查报告显示，毕业生用人单位满意度指数提高了19.3个百分点，合作企业的认可度大幅度提高，有的企业主动提出要进一步加强合作，从而产生了2个订单班，每年向企业输送120余名专业人才。实训基地设备使用率也大幅提高，由原来的29.7%提高到76.2%，提高了46.5个百分点，彻底解决了设备长期空闲的问题。
基金项目：渭南市教育科学“十五五”规划2026年度课题“虚实融合数据驱动：高职智能化实训基地的改造实践研究”（编号：WNGHKT20261158）。
作者单位：陕西铁路工程职业技术学院