摘要：數(shù)字孿生虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高職數(shù)字化教學(xué)改革中的應(yīng)用研究旨在探索如何有效利用這一技術(shù)來(lái)提升教學(xué)效果和學(xué)生實(shí)踐能力。在明晰數(shù)字孿生虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基本原理上，分析數(shù)字孿生虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高職教育中的優(yōu)勢(shì)和挑戰(zhàn)，以及其在高職教育中的應(yīng)用模式，針對(duì)存在的挑戰(zhàn)，提出改革措施。通過(guò)建立虛擬模型和模擬環(huán)境，學(xué)?？梢詣?chuàng)造出更真實(shí)且安全的學(xué)習(xí)場(chǎng)景，使學(xué)生可以進(jìn)行工程實(shí)訓(xùn)、模擬仿真等實(shí)踐操作，并在虛擬環(huán)境中獲得及時(shí)反饋和指導(dǎo)。此外，數(shù)字孿生虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也支持課程融合與創(chuàng)新、跨學(xué)科合作與資源共享及個(gè)性化學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)分析的實(shí)踐。通過(guò)開展應(yīng)用研究，教育機(jī)構(gòu)可以不斷探索提高高職教學(xué)質(zhì)量的更好方法，充分挖掘數(shù)字孿生虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高職教育中的潛力，提升學(xué)生成績(jī)和就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

關(guān)鍵詞：數(shù)字孿生虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)字化教學(xué)實(shí)訓(xùn)

中圖分類號(hào)：G641文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

ResearchontheApplicationofDigitalTwinVirtualRealityTechnologyinHigherVocationalDigitalTeachingReform

YAOLiquan1，2LIUYonggang1，2*SHILei1，2

1.LiaoningOpenUniversity，ShenyangCity，LiaoningProvince，110034China;2.LiaoningEquipmentManufactureCollegeofVocationalandTechnical，ShenyangCity，LiaoningProvince，110161China

Abstract：TheresearchontheapplicationofDigitalTwinVirtualReality（VR）technologyinthedigitalteachingreformofhighervocationalcollegesaimstoexplorehowtoeffectivelyusethistechnologytoimprovetheteachingeffectandstudents'practicalabilities.OnthebasisofclarifyingthebasicprincipleofDigitalTwinVRtechnology，theadvantagesandchallengesofDigitalTwinVRtechnologyinhighervocationaleducationanditsapplicationmodeinhighervocationaleducationareanalyzed，andthereformmeasuresareputforwardaccordingtotheexistingchallenges.Throughtheestablishmentofvirtualmodelsandsimulationenvironments，schoolscancreatemorerealisticandsafelearningscenarios，sothatstudentscancarryoutpracticaloperationssuchasengineeringtrainingandsimulation，andgettimelyfeedbackandguidanceinthevirtualenvironment.Inaddition，DigitalTwinVRtechnologyalsosupportscurriculumintegrationandinnovation，interdisciplinarycollaborationandresourcesharing，andthepracticeofpersonalizedlearninganddataanalysis.Bycarryingoutappliedresearch，educationalinstitutionscanconstantlyexplorebetterwaystoimprovethequalityofhighervocationalteaching，fullytapthepotentialofDigitalTwinVRtechnologyinhighervocationaleducation，andimprovestudents'performanceandemploymentcompetitiveness.

KeyWords：DigitalTwin;VirtualReality;Digitalteaching;Practicaltraining

在高職數(shù)字化教學(xué)改革中，數(shù)字孿生虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)被廣泛應(yīng)用。數(shù)字孿生是指通過(guò)對(duì)真實(shí)世界對(duì)象、過(guò)程或系統(tǒng)進(jìn)行模擬和仿真，以創(chuàng)建其虛擬副本。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要包括模擬環(huán)境、感知、自然技能、傳感設(shè)備等方面。模擬環(huán)境是由計(jì)算機(jī)生成的、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的三維立體逼真圖像，提供了更加沉浸式的學(xué)習(xí)體驗(yàn)[1]。在高職數(shù)字化教學(xué)改革中，數(shù)字孿生虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以用于模擬實(shí)際工作場(chǎng)景，使學(xué)生能夠?qū)嵺`操作和解決問(wèn)題，培養(yǎng)其實(shí)際技能[2]。此外，學(xué)生通過(guò)數(shù)字孿生技術(shù)可以實(shí)時(shí)獲取反饋和指導(dǎo)、個(gè)性化學(xué)習(xí)、提高學(xué)習(xí)效果和成果。因此，研究數(shù)字孿生虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高職數(shù)字化教學(xué)改革中的應(yīng)用旨在探索如何更好地利用這一技術(shù)促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)和發(fā)展。

1數(shù)字孿生與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概述

1.1數(shù)字孿生技術(shù)的定義和特性

1.1.1數(shù)字孿生技術(shù)的定義

數(shù)字孿生技術(shù)是新一代信息技術(shù)集成突破的代表，其核心理念是構(gòu)建出與物理世界實(shí)體對(duì)象高度一致的虛實(shí)結(jié)合體。這個(gè)虛擬模型可以實(shí)時(shí)接收來(lái)自實(shí)體對(duì)象的各類數(shù)據(jù)，從而對(duì)實(shí)體對(duì)象進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障預(yù)測(cè)、優(yōu)化控制等。數(shù)字孿生技術(shù)的關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)虛擬模型與實(shí)體對(duì)象之間的實(shí)時(shí)交互和高度一致性，數(shù)字孿生概念基本模型如圖1所示。

1.1.2數(shù)字孿生技術(shù)的特性

數(shù)字孿生技術(shù)的特性包括實(shí)時(shí)性、互操作性、可擴(kuò)展性和可預(yù)測(cè)性，具體如下。

（1）實(shí)時(shí)性。數(shù)字孿生技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)接收來(lái)自實(shí)體對(duì)象的數(shù)據(jù)，并更新虛擬模型的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)虛擬模型與實(shí)體對(duì)象的實(shí)時(shí)同步。

（2）互操作性。數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建的虛擬模型可以與各種不同的軟件和平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和互操作，實(shí)現(xiàn)跨領(lǐng)域的協(xié)同設(shè)計(jì)和優(yōu)化。

（3）可擴(kuò)展性。數(shù)字孿生技術(shù)可以根據(jù)實(shí)際需求對(duì)虛擬模型進(jìn)行擴(kuò)展和改進(jìn)，包括增加新的功能模塊、調(diào)整參數(shù)等，以滿足不斷變化的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。

（4）可預(yù)測(cè)性。數(shù)字孿生技術(shù)通過(guò)對(duì)虛擬模型進(jìn)行仿真和分析，可以對(duì)實(shí)體對(duì)象的性能、行為和潛在問(wèn)題進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)估，為決策制定提供有力支持。

1.2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的定義和應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是使用電腦模擬生成一個(gè)三維空間的虛擬世界，提供用戶關(guān)于視覺(jué)、聽覺(jué)等感官的模擬，使用戶如同身處于一個(gè)真實(shí)的環(huán)境，完全沉浸式地置于計(jì)算生成環(huán)境，并使其以自然的方式與環(huán)境進(jìn)行交互。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)涉及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)交互、電氣自動(dòng)化、智能傳感等多門學(xué)科的專業(yè)知識(shí)，其廣泛應(yīng)用于航空航天、游戲、教YwOTWHHauILUxGAcmXA0zA==育、醫(yī)療、軍事等領(lǐng)域。在教育領(lǐng)域中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以用于模擬實(shí)驗(yàn)、可視化教學(xué)、技能訓(xùn)練等方面。通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，學(xué)生可以在安全的環(huán)境下進(jìn)行實(shí)踐操作，提高技能水平和實(shí)踐能力。同時(shí)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還可以通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)、模擬訓(xùn)練等方式幫助學(xué)生更好地理解復(fù)雜的概念和原理。

1.3數(shù)字孿生虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的結(jié)合

數(shù)字孿生與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的結(jié)合表明在虛擬現(xiàn)實(shí)中高度逼真地再現(xiàn)數(shù)字孿生體，同時(shí)允許用戶直觀和沉浸式地與其進(jìn)行交互，這種結(jié)合為高職教育帶來(lái)了革命性的改變，使學(xué)生能夠在沒(méi)有時(shí)間地點(diǎn)限制的情況下對(duì)復(fù)雜的設(shè)備或系統(tǒng)進(jìn)行學(xué)習(xí)和操作實(shí)訓(xùn)。在結(jié)合過(guò)程中，一方面對(duì)教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的物理實(shí)體進(jìn)行數(shù)字化建模，創(chuàng)建數(shù)字孿生平臺(tái)，通過(guò)溫度、壓力、位移等多個(gè)維度傳感器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收集，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并反饋實(shí)體狀態(tài)，通過(guò)數(shù)據(jù)分析和處理，將所有的信息實(shí)時(shí)更新到數(shù)字孿生體。另一方面，在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，用戶佩戴VR頭盔等設(shè)備進(jìn)行感知并互動(dòng)，并將用戶操作實(shí)時(shí)反饋至數(shù)字孿生平臺(tái)，形成雙向互動(dòng)學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

2高職教育中數(shù)字孿生虛擬技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

數(shù)字孿生虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高職教育中的應(yīng)用具有多重優(yōu)勢(shì)，并面臨一些挑戰(zhàn)。通過(guò)數(shù)字孿生虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬高職教育中的虛擬實(shí)踐環(huán)境，通過(guò)進(jìn)行實(shí)踐操作和解決問(wèn)題，有效培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)際技能[3]。此外，數(shù)字孿生虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用還可以提供自適應(yīng)的學(xué)習(xí)進(jìn)度跟蹤，根據(jù)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)行為分析，提供個(gè)性化創(chuàng)新設(shè)計(jì)服務(wù)，從而增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果和興趣[4]。此外，虛擬環(huán)境還可以打破地域限制，促進(jìn)跨學(xué)科合作和遠(yuǎn)程教育，為學(xué)生提供更廣闊的合作和交流平臺(tái)。

3高職教育中數(shù)字孿生虛擬技術(shù)的應(yīng)用模式

數(shù)字孿生虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高職教育中可以采用多種應(yīng)用模式，以提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和實(shí)踐能力。

3.1虛擬研究實(shí)驗(yàn)室模式

數(shù)字孿生虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以為高職科研提供一個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)室的模擬環(huán)境，學(xué)生可以在虛擬實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行不同學(xué)科領(lǐng)域的研究實(shí)驗(yàn)，如物理實(shí)驗(yàn)、化學(xué)實(shí)驗(yàn)、生物實(shí)驗(yàn)等。通過(guò)模擬的實(shí)驗(yàn)操作，學(xué)生可以更便捷地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、分析和結(jié)果驗(yàn)證，提高實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和科學(xué)研究的能力。虛擬實(shí)驗(yàn)室還可以提供更豐富的實(shí)驗(yàn)條件和設(shè)備資源，使學(xué)生擁有更多的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。

3.2工程實(shí)訓(xùn)模式

在工程類專業(yè)中，通過(guò)數(shù)字孿生虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以建立各種工程場(chǎng)景的虛擬模型，模擬真實(shí)的工作環(huán)境。學(xué)生可以在虛擬環(huán)境中進(jìn)行實(shí)際的工程操作和任務(wù)，如設(shè)計(jì)構(gòu)建建筑物、操縱機(jī)械裝置等[5-6]。學(xué)生通過(guò)與虛擬環(huán)境的互動(dòng)，可以獲得更真實(shí)的實(shí)踐體驗(yàn)，提高自己的技能水平，并避免由于錯(cuò)誤操作而導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)和成本。

3.3虛擬職業(yè)培訓(xùn)模式

數(shù)字孿生虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在職業(yè)教育中也具有廣泛應(yīng)用。例如：在汽車維修專業(yè)中，可以建立虛擬的汽車維修場(chǎng)景，模擬車輛故障排查與修復(fù)過(guò)程，供學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐訓(xùn)練；此外，在廚藝、美容、電子商務(wù)等職業(yè)領(lǐng)域，模擬出現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用場(chǎng)景，進(jìn)行職業(yè)技能培訓(xùn)和實(shí)踐操作，增加實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)。

在這些應(yīng)用模式下，數(shù)字孿生虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為高職教育提供了更真實(shí)和實(shí)踐性更強(qiáng)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。通過(guò)與虛擬環(huán)境的交互，學(xué)生可以深入實(shí)踐和探索，從而增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力、解決問(wèn)題的能力和創(chuàng)新思維能力。同時(shí)，虛擬環(huán)境的應(yīng)用也彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)中資源受限的問(wèn)題，為學(xué)生提供了更廣泛的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)和實(shí)踐場(chǎng)景。

4高職數(shù)字化教學(xué)改革策略

4.1教師培訓(xùn)與支持

教師培訓(xùn)與支持是基于數(shù)字孿生虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的高職數(shù)字化教學(xué)改革中至關(guān)重要的一環(huán)。在教師培訓(xùn)方面，學(xué)?？梢越M織專門的培訓(xùn)課程以幫助教師掌握虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的使用方法、教學(xué)設(shè)計(jì)、評(píng)估方式等。此外，邀請(qǐng)專家指導(dǎo)和分享經(jīng)驗(yàn)也是一種有效的培訓(xùn)方式。同時(shí)，為了解決教師在應(yīng)用過(guò)程中遇到的技術(shù)困難，學(xué)校需要提供相關(guān)資源、設(shè)備和技術(shù)支持，并建立一個(gè)互助平臺(tái)，教師之間可以相互交流、分享經(jīng)驗(yàn)和解決問(wèn)題。通過(guò)全面的教師培訓(xùn)與支持，教師們將能更好地掌握數(shù)字孿生虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、更有信心與能力將其應(yīng)用于教學(xué)中，從而提升高職教育的質(zhì)量和效果。

4.2課程融合與創(chuàng)新

在基于數(shù)字孿生虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的高職數(shù)字化教學(xué)改革中，課程融合與創(chuàng)新是非常重要的一環(huán)。通過(guò)將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與傳統(tǒng)課堂教學(xué)相結(jié)合，使用3D模型和模擬場(chǎng)景進(jìn)行實(shí)踐模擬、案例探究等，提高學(xué)生的參與度和專注度，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作能力和解決問(wèn)題的能力。在數(shù)字孿生虛擬環(huán)境中，不同學(xué)科的內(nèi)容可以更好地融合在一起。例如：機(jī)械、電子和計(jì)算機(jī)等學(xué)科的內(nèi)容可以通過(guò)一個(gè)統(tǒng)一的虛擬平臺(tái)進(jìn)行教學(xué)，幫助學(xué)生更好地理解和應(yīng)用這些知識(shí)。數(shù)字孿生虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為教師提供了更多的教學(xué)工具和手段，教師可以利用這些技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新的教學(xué)設(shè)計(jì)，如開展項(xiàng)目式學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)和翻轉(zhuǎn)課堂等。通過(guò)與行業(yè)合作，基于數(shù)字孿生虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的高職數(shù)字化教學(xué)改革可以更加貼近實(shí)際需求。通過(guò)不斷探索和應(yīng)用新的教學(xué)方法和資源，課程融合與創(chuàng)新能夠?yàn)楦呗毥逃龓?lái)更好的教學(xué)效果和學(xué)生發(fā)展。

4.3跨學(xué)科合作與資源共享

跨學(xué)科合作與資源共享在基于數(shù)字孿生虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的高職數(shù)字化教學(xué)改革中扮演著重要的角色。通過(guò)跨學(xué)科合作，不同學(xué)科和專業(yè)的教師可以分享彼此的經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)和資源，共同參與教學(xué)設(shè)計(jì)和開發(fā)跨學(xué)科的課程內(nèi)容，這使得學(xué)校能夠提供更全面和綜合的教育，將不同學(xué)科的知識(shí)和技能有機(jī)地結(jié)合在一起。同時(shí)，資源共享也是一種有效利用資源的方式，通過(guò)建立資源庫(kù)和平臺(tái)，學(xué)校可以將教學(xué)材料、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、虛擬模型等共享給所有教師和學(xué)生，提供更廣泛的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)和實(shí)踐場(chǎng)景。通過(guò)跨學(xué)科合作和資源共享，高職教育能夠促進(jìn)學(xué)科之間的交流與合作，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和跨學(xué)科思維能力。

4.4虛擬實(shí)驗(yàn)室與實(shí)踐模擬

通過(guò)建立虛擬實(shí)驗(yàn)室和模擬實(shí)踐場(chǎng)景，學(xué)?？梢詾閷W(xué)生提供更真實(shí)、安全且可控的實(shí)踐環(huán)境。學(xué)生可以在虛擬實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)操作、工程設(shè)計(jì)、模擬等，通過(guò)與虛擬環(huán)境的互動(dòng)來(lái)培養(yǎng)實(shí)際操作能力和解決問(wèn)題的能力。虛擬實(shí)驗(yàn)室還可以提供及時(shí)的反饋和指導(dǎo)，幫助學(xué)生糾正錯(cuò)誤并加強(qiáng)實(shí)踐技能。這種模式不僅可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)條件不足的問(wèn)題，還能夠擴(kuò)展學(xué)生的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)和實(shí)踐場(chǎng)景。通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)室與實(shí)踐模擬的應(yīng)用，高職教育能夠更加貼近實(shí)際工作環(huán)境，強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)操水平。

4.5數(shù)據(jù)分析與個(gè)性化學(xué)習(xí)

通過(guò)數(shù)字孿生虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)收集學(xué)生在虛擬環(huán)境中的操作數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和評(píng)估，這樣可以為每個(gè)學(xué)生提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)支持，根據(jù)其學(xué)習(xí)風(fēng)格、水平和需求提供定制化的學(xué)習(xí)路徑、資源推薦和反饋。個(gè)性化學(xué)習(xí)模式能夠更好地滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求[7]，提高學(xué)習(xí)效果和參與度。同時(shí)，通過(guò)數(shù)據(jù)分析，學(xué)校也可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)困難和問(wèn)題，并針對(duì)性地提供教學(xué)和輔導(dǎo)措施，幫助學(xué)生克服困難，提升學(xué)習(xí)效果。通過(guò)數(shù)據(jù)分析與個(gè)性化學(xué)習(xí)的應(yīng)用，高職教育能夠更加有效地指導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)、提高他們的學(xué)術(shù)成績(jī)和綜合能力、培養(yǎng)他們的自主學(xué)習(xí)和持續(xù)進(jìn)步的能力。

5結(jié)語(yǔ)

數(shù)字孿生虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高職教育中具有巨大潛力，它能夠?yàn)閷W(xué)生提供更真實(shí)且安全的實(shí)踐體驗(yàn)，增強(qiáng)他們的實(shí)際操作能力和解決問(wèn)題的能力。通過(guò)課程融合與創(chuàng)新、跨學(xué)科合作與資源共享、個(gè)性化學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)分析等策略應(yīng)用，數(shù)字孿生虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠提升學(xué)生的參與度和專注度，培養(yǎng)其綜合素質(zhì)和跨學(xué)科思維能力。這就為高職數(shù)字化教學(xué)改革提供了有力支撐。

參考文獻(xiàn)

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