工业工程专业课程数字化教学改革探索

一、课程教学改革的现状分析

党的二十大报告明确指出要推进教育数字化转型，教育元宇宙正加速发展，逐渐走进更多人的视野。工信部、教育部等五部门联合印发《元宇宙产业创新发展三年行动计划（2023 － 2025 年）》指出，推进构建虚拟教室、虚拟实验室等教育教学环境，鼓励通过平台共享虚拟仿真实验实训资源，扩大优质教育资源覆盖面。元宇宙虚拟课堂是元宇宙世界内部数字形态的虚拟课堂空间，以虚拟现实、数字孪生为基础技术支撑，允许位于世界各地的师生聚集在同一虚拟空间内完成授课。元宇宙作为数字化教育转型升级突破口，其在教育领域的应用已是大势所趋。

元宇宙在智能教育领域的巨大潜力正在逐步显现。清华大学举办元宇宙校园招聘双选会，北京大学、上海大学等高校举办元宇宙毕业典礼。李海峰和王炜（2022）认为“元宇宙 + 教育”是未来虚实融合的教育发展新样态 [1]，钟正等（2022）以教育元宇宙的应用为切入点，分析教育元宇宙的应用层次、发展潜力、面临挑战及推进策略 [2]。针对教育元宇宙的研究越来越受到学者的关注，例如杨雪（2024）基于教育元宇宙背景，在技术支持、教学相长、课程体系构建、教育形式创新四方面入手，实现深度沉浸体验生发学生创造力、人机协作提升教师指导力、虚实相生强化课程效能感、构建职业生涯教育新生态 [3]。朱若菡和臧志彭（2023）针对数字化课程面临问题及数字教育转型需求，提出元宇宙赋能教育的数字化课程教学模式创新，为元宇宙背景下的数字化教学提供参考 [4]。谷小雅（2023）指出元宇宙教育应用的核心是打造沉浸式教学情境，其关键是混合式教学的灵活运用，教学应用场景的未来是数据资源的建设与深入分析 [5]。刘德建等（2023）通过构建元宇宙课堂模型，形成“虚拟现实概论”课程，依托多元化课程教学实践，探究元宇宙教学对学生职业软技能和学习体验的影响 [6]。

二、工业工程专业课程教学改革实践

针对工业工程专业课程教学过程中存在的大众化课程安排与学生个性化学习需求失匹配、教学空间应用场景有限、师生互动性不足、学生参与感不强等问题，本课题基于数字孪生、人工智能、大数据、虚拟现实等技术手段，探索教育元宇宙视域下的工业工程专业课程教学改革实践新范式，旨在重塑支撑高质量、高效率教学改革的新场域。将元宇宙引入教育教学改革中，能够解决时空局限、资源失衡、社交不畅等问题，以超强社交、深度沉浸、高保真和自由创造等功能为学生的学习过程提供全面支持，促进教学场景的时空延伸、教学资源的广泛传播以及教学互动优化，有助于提升教学效果、丰富教学方法、革新教学方式、优化教学体验、延展教学空间。通过适当的教育技术辅助手段帮助教育参与者实现个体的自我成长与效能获得，以求培养出高水平、符合数字经济发展特点的复合型人才。

① 情境化、个性化、游戏化教学模式创建

在教育元宇宙框架下，依托人工智能技术对工业工程专业课程内容进行课程体系解析，例如针对设施规划与物流系统设计、精益生产、生产计划与控制等核心课程，识别并提炼出工厂布局优化、生产线瓶颈工序识别、拉动式生产等典型车间应用场景，设计可交互的虚拟教学模块。借助虚拟现实、混合现实技术与设备，以游戏化沉浸式教学为主要手段，搭建虚拟课堂，使得学生能够置身于模拟车间环境中，通过视觉、听觉、触觉等多感官交互方式了解虚拟车间中的生产流程状态并进行实时互动，学生可以根据自身需求在虚拟环境中随时随地完成个性化学习任务。

② 虚实融合的智慧教学环境构建教育元宇宙突破了传统课堂的时空限制，借助人工智能、云计算、区块链等前言技术，构建虚实融合的教学环境，实现虚拟仿真环境与实际教学目标的高度契合。以人因工程课程中的作业空间设计模块为例，学生可以在虚拟场景中通过调整车间的照明、噪声等参数，了解照明及噪声的变化对作业人员作业效率及安全的影响；同样，学生也可以通过对虚拟车间生产线工序顺序的调整，获取作业时间、产品完成数量等数据，初步了解优化方案的优劣。这种虚实融合的教学方式将实际课堂中理论知识的讲授与虚拟车间的实践操作紧密结合，实现了理论知识在虚拟场景中的验证，帮助学生建立了虚拟知识与现实应用之间的关联，提升了学生对于知识的接受度及内化水平。在教育元宇宙背景下，学生以虚实融合方式“身临其境”地沉浸于虚拟情境中，当其通过 VR 手柄的操作在虚拟车间中进行生产线的调试时，“流程程序分析”、“看板管理”等抽象概念便转化为具象的操作体验与实践。

③ 实现全过程、多元化的教学评价反馈

在工业工程专业课程数字化教学改革的进程中，构建全过程、多元化的教学评价反馈体系，能够提升课堂教学质量、促进学生综合能力全面发展。全过程的教学评价反馈表现在课前、课中、课后不同阶段。课前预习阶段，依托超星、雨课堂等平台，推送课程相关知识点视频资料及前测任务，自动记录学生的视频观看时长、测试正确率等数据，清晰呈现学生预习情况及预习效果；在授课阶段，教师通过理论知识讲授及课堂互动，平台能够实时追踪学生互动参与频次、观点贡献质量等互动数据；在课后巩固阶段，通过项目式教学方式布置小组综合作业，通过作业的提交及完成情况，能够了解学生在特定知识模块中存在的共性问题，为后续教学内容的优化调整提供参考。教学评价反馈体系的多元性体现在评价主体的多元性，除了授课教师对学生的综合评估外，学生也可通过超星、雨课堂等教学平台对团队内成员及其他团队进行互评，并结合自身表现进行自评，强化学生的自我认知能力与团队协作意识的培养。同时，引入企业导师深度参与指导，基于行业实际视角，企业导师对项目方案的可行性进行专业点评，让学生对企业需求有更深入的了解，弥合理论学习与实际应用之间的鸿沟。

三、结语

在数字化人才培养背景下，教学理念重心应由教学转向学习，本文从教学模式、教育环境、教学评价等方面对工业工程专业课程数字化改革进行探索，创设“看中学、做中学、玩中学”的沉浸式学习场景。师生主体由真实师生拓展为虚拟师生，学生可根据课程内容基于数字孪生技术进行仿真，自主创建虚拟场景，激发同学们的学习热情，学生真正转变为教学过程的主角。

参考文献：

[1] 李海峰，王炜 . 元宇宙 + 教育：未来虚实融合的教育发展新样态 [J]. 现代远距离教育，2022，199（1）：47-56.

[2] 钟正，王俊，吴砥，等. 教育元宇宙的应用潜力与典型场景探析 [J]. 开放教育研究，28（1）：17-23.

[3] 杨雪. 教育元宇宙背景下工科专业职业生涯教育的破圈与重塑[J]. 现代商贸工业 , 2024, 45(04): 120-122.

[4] 朱若菡 , 臧志彭 . 元宇宙教育 : 数字化课程教学模式创新 [J].计算机教育 , 2023(11):69-74.

[5] 谷小雅 . “元宇宙”的教学应用特性、场景与应用关键点分析[J].技术应用 , 2023(3):59-64.

[6] 刘德建 , 邢璎凡 , 吴镝 , 等 . 元宇宙推动课程教学改革与实践探索 [J]. 现代教育技术 , 2023, 33(10):118-126.

作者简介：王雪霜（ 1989.12- ），女，汉族，黑龙江省，研究生学历，沈阳工业大学，工业工程。