高职院校利用虚拟仿真提升教学质量的策略探讨

引言

信息技术飞速进步，虚拟仿真技术正逐渐在教育界得到广泛应用，尤其在高职院校中显现出显著潜力，虚拟仿真技术可构建高度逼真的虚拟环境，确保学生在安全可控环境中开展实践操作，显著增强教学成效，然而，尽管虚拟仿真技术拥有众多优势，但在高职教学中其应用仍遭遇众多挑战。首先，硬件短缺阻碍了虚拟仿真技术的普及应用。其次，教师运用虚拟仿真技术的水平存在较大差异，教学效果受其影响。此外，虚拟仿真教学资源短缺且评价机制尚不健全亦是亟需解决的难题。

1. 虚拟仿真技术在高职教学中的应用理论基础

虚拟仿真技术在高职教育领域的应用根基深植于认知心理学及建构主义学习理论，更借助多感官融合与沉浸式体验，打造了一个高度逼真的学习氛围，其独特之处在于运用虚拟现实与增强现实技术进行复杂技能的模拟实训，确保学生在安全可控的虚拟环境中开展实践操作，有效降低现实操作失误所引发的风险。虚拟仿真技术实施挑战主要在于对数据处理效率、三维建模精度和操作场景真实度的高要求，这同样要求教师拥有卓越的技术能力，持续优化教学内容以跟上技术进步的脚步 [1]。此外，借助虚拟仿真手段，教师能即时监督与评价学生操作步骤，提供专属的辅导与评价，有利于增强教学成效及学生满意度。总的来说，虚拟仿真技术革新了高职教学传统模式，教学效率和学习效果显著提升。

2. 高职院校利用虚拟仿真提升教学质量面临的挑战

2.1 硬件设施不足

高职院校在虚拟仿真教学硬件配置过程中遭遇多层面技术障碍及资源限制，从图形渲染性能角度观察，主流 VR/AR 设备需实现 8K 分辨率及 120Hz 刷新率以避免“纱窗效应”及眩晕感，众多院校依旧采用 4K 级别显示设备，虚拟场景的细节显得不够清晰，严重损害机械装配及病理切片观察等精细操作的教学成效。同时，虚拟仿真对计算资源实时需求极大，以工业机器人虚拟调试为例，需同步进行多轴运动学解算、碰撞检测及力反馈计算，工作站须配置NVIDIA RTX 6000 系列显卡和128GB 内存，众多院校机房所用的消费级硬件难以满足复杂场景下的流畅操作需求。此外，交互设备短缺限制了教学深度—触觉反馈手套、步态捕捉系统等外围设备价格昂贵，虚拟实训主要依赖视觉交互进行，难以全面再现汽车维修、钳工等职业对操作感觉的训练标准。更为严重的是，校园网络结构普遍难以满足虚拟仿真对实时数据传输的要求，5G 与边缘计算的实施费用远超院校预算限制，远程协同实训与云端资源调用等功能几乎沦为摆设。硬件设施升级已非单纯设备采购之事，更深入涉及跨部门技术架构的系统化重塑。

2.2 教师虚拟仿真技术应用能力有限

教师队伍在虚拟仿真教学领域正遭遇从传统教学模式向数字化技术深度融合的颠覆性变革挑战。众多教师缺少三维建模与脚本编程等关键技能，将教学内容转化为互动式虚拟环境颇具挑战，例如，在研发建筑BIM 虚拟实训系统过程中，需精通Revit 参数化建模、Unity3D 场景构建及 C# 编程逻辑，大多数建筑教师仅掌握 CAD 绘图技能，对引擎开发工具链毫无了解 [2]。教学策略创新与适配间存在明显差距，传统课堂的讲授式教学逻辑难以直接适用于虚拟环境，教师需重新构建契合沉浸式体验的任务导向学习路径。在虚拟化工仿真实训中打造“事故应急处置沙盘”，教师需熟练运用情境化叙事设计及动态难度调节技巧。更具挑战性的是跨学科知识整合能力存在不足，虚拟仿真教学整合教育学计算机科学认知心理学等多学科知识，教师需掌握眼动追踪技术在辅助学习注意力分析中的应用原理，探究生理信号监测设备与教学成效之间的联系。当前师资培训体系依旧局限于基础软件操作领域，技术赋能方案缺乏系统性，教师难以充分利用虚拟仿真技术教学潜能。

2.3 虚拟仿真教学资源缺乏

当前我国高职院校虚拟仿真教学资源遭遇结构短缺与质量不均的双重挑战。从内容角度来分析，市场上资源以标准化通用产品为主，难以满足院校特色专业需求。例如，智能制造领域迫切需要的非标准化自动化生产线虚拟调试系统，市场上仅存适用于汽车行业的通用模板，本地企业定制设备参数无法兼容；定制化开发费用动辄百万，开发周期可长达 6 至 12 个月，超出了院校的承受范围。技术层面，现有资源交互逻辑单一且缺乏智能反馈，护理虚拟实训系统的操作评分依旧依赖既定脚本进行判定，难以复制临床实际中动态的复杂状况，学生易形成“遵循流程”的思维模式，资源与生态领域，元数据标准缺失统一，不同厂商所开发的虚拟仿真模块间难以实现跨平台数据交流，资源整合受到阻碍影响混合式教学。更为严重的是，前沿技术运用滞后，AI 驱动的自适应学习路径规划及数字孪生技术的实时场景映射等创新功能尚未充分融入教学资源，虚拟仿真发展受限，仍局限于静态模拟领域，职业教育对高阶思维能力培养的需求难以得到满足。

2.4 虚拟仿真教学评价体系不完善

虚拟仿真教学评价体系正面临从经验导向向数据导向转变的痛苦阶段，传统评价模式难以适应新型教学场景的复杂性。当前评价体系主要侧重于任务完成度和操作规范性等直观表现，忽略了认知负荷及空间思维等关键发展要素。例如，在虚拟机械拆装实训环节，仅以拆装速度及步骤精确度进行评价，难以观测学生构建机械结构空间关系认知的演变过程。技术层面，数据采集全面性及分析深度有待提升，尽管眼动仪和脑电设备能够收集学习过程中的数据，但缺少统一的数据接口规范。多模态数据融合分析面临挑战，模型智能化水平不高，大多数评分系统依旧使用固定权重，难以针对学生个体差异灵活调整评价准则。更具挑战性的是，在虚拟仿真环境中技能迁移的有效性验证存在困难，学生在虚拟环境中的出色表现无法直接反映其在现实工作环境中的实际操作能力，现有评价体系尚无对虚实转化效能进行追踪与评估的机制 [3]。评价主体过于单一化问题显著，过度依赖教师个人评分，未充分融入行业企业岗位规范及虚拟社区同伴互评体系，评价结果与职业能力需求间存在结构性差异。

3. 高职院校利用虚拟仿真提升教学质量的策略

3.1 加强虚拟仿真教学基础设施建设

发展虚拟仿真教学平台需超越传统硬件累加的局限，实施生态系统的系统化与智能化升级。就计算资源分配的背景而言，依托超融合技术搭建混合云平台架构，在本地私有云平台上实施轻量型虚拟场景的部署，以实现用户交互的最低延迟。对于诸如流体力学仿真等复杂计算任务，已实现向公共云弹性计算资源池的转移，实施资源动态分配技术路径。实现显示设备技术革新，必须跨越单纯提升单一分辨率的技术瓶颈，实施光波导全息成像技术的创新与拓展。在机械维修与解剖学等学科教学中，引入虚拟现实与实体模型相结合的立体可视化教学方法，空间音频定位系统在增强沉浸式体验感知度方面的应用价值探讨[4]。交互设备研发应聚焦于构建一个多模态感知的综合矩阵架构，将力反馈外骨骼装置与触觉振动阵列技术整合于实训操作平台，促使学生在虚拟装配环境中切实感受零件间的咬合阻力；同步实施毫米波雷达与惯性测量单元的集成部署，实现无穿戴的自然手势识别技术平台，实施设备维护成本降低行动。网络结构体系范畴，实施边缘计算节点的前置部署模式，将虚拟现实仿真的渲染及数据处理步骤下沉至教学现场实施过程，基于5G分片技术，为不同专业划分独立的网络传输路径。针对多人协同实训场景下的网络带宽竞争现象进行解决策略的探讨，实施一套硬件设备运行状况的全面监测与保障体系，采用先进的机器学习模型对设备故障风险进行预测性分析，实施自动化的备件预警与维护作业调度流程，保

障教学环节的衔接性。

3.2 提升教师虚拟仿真技术应用能力

加强教师虚拟仿真技术应用能力，需构建“技术赋能——教学重构——持续迭代”的三维培养机制。在技术赋能的范畴内分析，开展“教学元宇宙开发与实施研讨班”，采用项目化学习路径，使教师全面掌握UE5 引擎的蓝图可视化编程和Blender 软件的拓扑优化建模等实用技术，集中攻克跨平台资源整合及交互逻辑设计的核心技术难点。探讨教学体系重构的技能水平，引入教育神经科学领域的实证研究，实施“认知负荷可视化策略培训”专项培训计划，促进教师借助眼动追踪技术及脑电 α 波监测数据，对虚拟教学环境的信息呈现方式进行改进；同步推进教师群体参与“虚拟与现实相结合的教学设计方案研讨会”，探索将传统实训课程重构为“虚拟仿真- 现场验证”相结合的双向教学模式。着力实现功能迭代能力的不断升级，构建教师专业发展社群，开发虚拟仿真教学案例资料库，倡导教师采用 Git 版本控制系统，以提升教学资源的协作开发水平，实施行业工程师常驻校园辅导计划。定期举办涉及数字孪生工厂建设、AI 智能 NPC 开发等领域的尖端技术培训班，引导教师实现从技术执行者到教学资源创新设计者的角色转换。

3.3 开发高质量虚拟仿真教学资源

实现高质效的虚拟仿真教学资源开发，亟需摆脱“场景复刻”的制约，研发一种集成智能交互与认知引导的数字孪生教学解决方案。在内容构建阶段，采用知识图谱技术对专业课程体系实施深度解构，对复杂技能进行拆解，形成可培养的细分能力模块。在电气自动化教学领域实施，采用故障树构建方法对电路故障实施动态诊断过程。技术实施维度，结合物理引擎与深度学习技术，探索仿真真实感提升的新途径。在焊接操作技能训练阶段，依据电弧物理仿真原理，对熔池形态实施实时动态模拟，以强化学习模型为手段，对各类焊接操作手法引发的焊接质量演变进行仿真实验，实施资源生态系统的综合构建策略，拟定高校虚拟教学资源接入的统一技术规范体系，构建元数据转换的软件中介层，实现不同厂商间资源协议的互通性；共同打造资源智能匹配体系，基于学生学业行为资料及职业能力测试结果分析，即时推送专属训练模块。尤为关键的环节为，运用区块链技术以实现文化资源版权的有效保护及创作者贡献价值的激励机制构建，积极促进教师、企业及学生群体共同参与教学资源的开发与共享，打造“创新萌芽—技术落地—市场成效”的良性互动循环。

3.4 创新虚拟仿真教学模式

探索虚拟仿真教学模式创新，必须跨越传统课堂的时空界限，打造“身体体验式认知 - 社群合作 - 虚拟与实体融合”的创新教学体系。在身心互动的认知心理学层面，设计多维度沉浸式任务实施路径，于航空器维修教育领域的教学实施中，借助虚拟现实头盔与动作捕捉装置，塑造一个全周向的机舱检查虚拟环境，与环境声效变化相配合并模拟气压，促使学生在应急处理训练中诱发生理应激反应的真实体验，增强技能记忆的稳固性。集体协作的社群模式，开发虚拟现实实训领域的元宇宙集成平台，推动实施跨地区学生虚拟项目团队的组建机制，借助实时语音沟通与电子白板协作手段，实现建筑信息模型（BIM）的协同设计流程，同步引入游戏化实施路径，实施徽章系统与排行榜机制以激发学习者的学习动力。虚拟现实与实体世界融合的技术前沿分析，实施“数字孪生实训工程”，将虚拟仿真设计的参数直接与实际设备的设计参数相匹配，于数控机床操作与编程的教学实践中，学生在虚拟仿真环境中成功实施编程调试操作，采用一键同步技术，将数据直接传输至车间机床，实现高效实体加工，实施“数字孪生预演与物理实体验证”的闭环教学实践，探讨人工智能辅助下的导师指导教学模式改革路径，采用大语言模型技术，研发智能化学习伙伴解决方案，即时解答操作难题，并形成针对性的学习路径设计。

3.5 建立健全虚拟仿真教学评价体系

针对虚拟仿真教学评价体系的革新，需构建“多源数据融合—动态模型适配—多维能力评估”的智能评价体系。在数据采集与处理阶段，汇聚眼动轨迹分析、操作行为热力分布图及生理学指标等多模态数据集，运用时空对齐技术，实现行为数据与教学内容的精准对接与融合；于虚拟手术操作模拟训练阶段，对同步监测的手部动作稳定性、瞳孔频率变动以及解剖结构认知信息进行综合分析。本评价模型系采用动态贝叶斯网络技术进行构建，结合学生个体学习轨迹动态调整评价权重结构。在学生评价中，对基础薄弱的学生应着重采用过程性评价方法，对能力突出者采纳强化型创新性评价体系，能力评价维度对传统知识技能范畴进行创新性拓展，实施职业胜任力评价框架。在虚拟客服系统操作实训阶段，在考察沟通技巧规范性的范畴内，借助情感计算技术对服务态度进行深入挖掘，采用社交网络分析法对团队协作效能进行精准评价。旨在维护评价的效度与信度，构建行业规范对接体系，邀请业界技术专家共同参与制定评价体系规范，实施评价结果的可视化驾驶舱开发项目，运用雷达图、桑基图等可视化手段展示学生能力成长轨迹，基于数据支撑的教学改进与个性化教育培养模式探索[5]。

结束语

高职院校中虚拟仿真技术的运用，不仅是对传统教学模式进行革新，更是对教育未来发展的深入探索。尽管遭遇重重困难，通过强化基础设施建设、提高教师应用技能、打造优质教学资源、革新教学模式和完善评价机制，虚拟仿真技术在高职教学中的应用有望深化，并扮演更关键角色。未来，我们需持续挖掘与实施，持续改进虚拟仿真技术在高等职业教育领域的应用，旨在全面提高教学质量，培育更多具备高技能素质的技术人才。

参考文献

[1] 阎启睿 . 虚拟仿真技术赋能高职院校思政课教学亲和力的实践研究 [J]. 吕梁师范高等专科学校学报 ,2025,42(01):59-61+78.

[2] 苏 岩 . 高 职 院 校 虚 拟 仿 真 实 训 基 地 建 设 研 究 [J]. 辽 宁 高 职 学报 ,2024,26(10):74-77.

[3] 徐海霞 . 融合虚拟仿真技术的高职计算机应用技术实训教学模式研究 [J]. 中新通信 ,2024,26(15):76-78.

[4] 赵晶晶 . 虚拟仿真技术融入高职思政课实践教学探究 [J]. 辽宁高职学 报 ,2023,25(09):68-71.

[5] 张赛 , 夏德印 , 王德真 . 虚拟仿真技术在电气自动化专业中的应用与研究 [J].自动化应用 ,