數字孿生賦能校企深度融合專業教學改革的探索與實踐

原惠群

(湖北經濟學院 企業文化中心,湖北 武漢 430205)

隨著經濟發展質量變革、效率變革、動力變革的持續推進,我國大力主張實施創新驅動發展戰略,加速建設科技創新和實體經濟協同發展的多元化產業體系。職業院校作為培育創新人才的中堅力量,理應在創新驅動發展中發揮重要作用[1]。當前,職業院校宏觀層面的制度供給與創新要素投入均得到一定改善,如何引入外部社會資源,推進產學研深度融合和專業教學變革成為一個重要的時代課題[2]。在數字經濟時代背景下,傳統校企融合模式已難以匹配就業市場要求,更無法滿足個體全面發展需求?；诖?本文嘗試引入近年來與教育融合較為廣泛的數字孿生技術,通過分析校企深度融合專業教學改革的現實導向、挖掘數字孿生的內涵特征,探尋數字孿生賦能校企深度融合專業教學改革的價值維度,并提出相應實踐探索。

1 校企深度融合專業教學改革的現實導向

職業教育是與我國經濟社會密切相關的一種教育類型,兼具經濟和教育屬性,但同時也存在一定的適應性問題[3]。不斷適應企業與產業發展,為經濟社會建設提供服務是職業教育可持續發展的基本要求。作為構成社會主義現代化必不可少的一環,教育現代化對職業教育提出新要求,即進一步深化校企合作,大力創新專業教學體系。在此背景下,校企深度融合專業教學改革有其衍生的時代使命和趨勢。

1.1 適應產業更迭發展的基本旨歸

校企深度融合專業教學改革和產業二者存在相互影響、相互促進的關系[4]。一方面,校企深度融合專業教學改革可以為產業發展提供必要的人才支撐和先進的技術服務。校企深度融合專業教學改革的重要目的之一是滿足學生從事某項工作所需的道德、技能與知識的現實要求,使其可以快速地適應產業發展和經濟社會變化。伴隨“新軸心時代”的來臨,新技術的創新與更迭成為推進產業創新的重要動力。校企深度融合專業教學改革旨在以技術技能為內核開展一系列實踐活動,這在推動技術革新、引領教育發展的同時,也能為產業發展提供更優質的技術服務。另一方面,產業發展對深化校企深度融合專業教學改革具有決定性影響。一是產業發展對人才市場職業布局和行業興衰均會產生連環帶動效應。具體而言,某一產業的興起,可以帶動相關行業發展,從而對從業人員結構和規模產生影響[5]。產業升級能夠使人才從某一產業進入另一產業。二是產業發展類型、結構與規模決定著職業教育專業設置走向。受產業發展影響,職業教育要及時調配有關資源,以適應產業實際發展需求。職業院校設置專業的類型、規模等都與校企深度融合專業教學改革息息相關。個體的多樣化發展和產業的發展需求是職業教育適應性最本質的內核。進一步剖析,關于個體多樣化發展的適應性是職業教育教育性的回歸,關于產業發展需求的適應性則是職業教育經濟性的有力彰顯。不同發展階段下,職業教育的適應性內涵也呈現出不同的特點。但在所有發展階段中,職業教育適應性內涵的最終落腳點都是人才和產業。

1.2 匹配學生全面發展的根本含義

作為一種特殊的教育類型,職業教育的主要任務是在傳遞與發展文化過程中,開發學生的智力、提高學生的綜合素質,進而促進其全面發展。校企深度融合專業教學改革具有滿足社會和個人發展的雙重教育價值。建設初期,職業教育主要以就業為導向,多側重于滿足產業發展需求[6]。隨著產業逐漸從低端向高端轉變,職業教育逐漸開始關注人的全面發展。但職業教育在這方面的側重點與普通教育存在較大差別。普通教育更多是依托通識教育達成促進人全面發展的目的,而職業教育則憑借提升學生的職業素養,使其在職業生涯中獲得可持續發展。此時,校企深度融合專業教學改革在這一過程中就顯得尤為重要。目前,國內社會分工不斷細化,縱向層面設置的崗位階層也逐漸形成。在不同崗位分層與社會分工的影響下,就業市場對不同層級人才需求日益增加。校企深度融合專業教學改革能夠極大地滿足學生的成長訴求,提升職業教育適應性,從根本上匹配學生全面發展需求。加之,我國已邁入知識經濟及信息社會加速發展的新時代,對各行各業的人才要求越來越高,使得職業更迭和淘汰顯著加快。校企深度融合專業教學改革可以匹配這種發展趨勢下對人才的要求,將人才供給劃分為“變量供給”和“增量供給”兩大類,為學生適應就業市場奠定堅實的基礎。

1.3 落實“以就業為導向”辦學方針的有效路徑

“以就業為導向”的辦學方針對職業院校更新育人體系提出更高要求?；诖?職業教育必須將學生就業置于重要地位,推進專業學科本位加速向就業和職業本位轉變,促使就業與教育實現無縫對接。而校企深度融合進行專業教學改革正是貫徹落實上述要求的有效途徑。其一,校企深度融合伴隨的專業教學改革可以幫助學生提前感受真實的工作場景,使其順利就業。通過校企深度融合,學生在校期間便可參與頂崗學習,積累實踐經驗。其二,校企深度融合專業教學改革可以大幅提升學生的職業素養,使其可以快速地實現從學生到社會工作者的角色轉變。頂崗實習期間,學生不僅能將理論知識與實踐能力快速融合,還能較早地接受企業文化熏陶,提高對職業和崗位的熱情。其三,校企深度融合下開展的專業教學改革還有利于學生及時掌握就業數據,幫助學生實現就業與企業用人的順利對接[7]。

2 數字孿生技術的內涵特征

數字孿生最初起源于建模仿真技術、興盛于傳感技術,此后伴隨新一代信息技術群體的突破與融合發展不斷壯大[8]。數字孿生技術是一種將物理實體與其數字化模型相結合的技術。它通過創建一個物理實體的虛擬復制品,以實時模擬、預測和優化實體的行為和性能[9-11]。數字孿生技術的內涵主要呈現三種特征。

2.1 精準映射下的虛實共生

數字孿生通過確立物理與數字之間實時反饋、精準映射的機制,能夠實現兩個空間互聯互通。一方面,將真實世界中的物理實體事物實時映射進數字孿生體,精準描述與刻畫物理實體,實現虛實融合共生;另一方面,及時獲得數字孿生體反饋,全域感知現實世界中物理實體的動態運行趨勢,對其發展規律加以預測,并依據分析結果協調和管控物理實體的具體行為狀況,實現以虛控實的目的。這種虛實間的互聯互通和雙向映射,賦予了數字孿生在精準映射下的虛實共生特征。此外,數字孿生能持續收集學習主體的實時學習數據,展現學習者實際認知能力的動態演化過程。學習主體可以按照數字孿生仿真模擬出的優化建議,驅動自身不斷提升對專業知識的認知水平。例如,利用數字孿生技術可推動職業院校創客空間實現從混合到映射空間的轉變,促使物理與信息世界融合、交互,由此空間內所有學習主體都可收集、分析、預測自身學習力的演化進程。

2.2 數據驅動下的資源優化

數字孿生是將數據作為核心驅動力,集全業務、全流程、全要素于一體的新興技術,不僅涵蓋產品設計、研發等全生命周期各環節的數據,還包括多源異構、信息物理虛實等多元數據的融合[12]。數字孿生應用于教育領域過程中,不僅需要先進技術的支撐,還需要參與個體真實的認知數據作為重要驅動力。多維且詳盡的教育大數據,構成了數字孿生賦能校企深度融合專業教學改革的基礎,促使數字孿生具有明顯資源優化特征。通過收集、整理、分析校企融合中各主體的各項實時數據和歷史數據,推動動態化、高仿真虛擬模型不斷修正,數字孿生技術能夠在多樣化情景下最大限度地提供滿足特定對象需求的響應服務。這一過程中,數據孿生也呈現出基于數據驅動的資源優化特質。例如,校企借助數字孿生技術,可量化學生在虛擬融合教學實踐中對不同信息呈現方式的反應,收集大量認知數據,分析學生的實時認知反應模式,以此作為資源配置的決策參考。

2.3 智能交互下的沉浸體驗

憑借多種終端或傳感設備,數字孿生可以實現和真實物理世界的跨界交互,將數字與物理兩個空間對接,準確、實時獲取個體數據,并進行計算和分析[13]。通過“人機”交流,在底層實時收集與分析多維數據,以數據可視化和模型仿真等方式進行友好交互,為個體帶來沉浸式體驗。這也是數字孿生區別于其他數字化技術的關鍵特征。在校企深度融合專業教學改革中,數字孿生可理解為對學生多維數據進行收集、傳輸、分析、存儲,然后在數字虛擬空間中構建智能模型,并利用三維動畫、圖像、報表讓學生實現“人機交互”。另外,數字孿生應用過程中,融合教學可以打造出虛實結合的新型課堂,破除傳統教學模式固有的時空邊界,建立更加友好互動的師生交流模式。如此,學生的綜合認知能力發展情況才能被直觀地展現出來,進而為其適應性學習提供重要支撐。今后,伴隨學習范式不斷發生變革,數字孿生還可能會逐步延伸至全息投影技術、腦機接口等領域,為學生創設更加真實的沉浸式互動學習空間。

3 數字孿生賦能校企深度融合專業教學改革的價值維度

3.1 有利于精確化分析學習過程

校企深度融合專業教學改革過程中,職業院校、教師、企業對學生學習過程掌握的精確度,決定了后續改革深化的走勢和調整方向。在現有的區塊鏈、人工智能、大數據等技術運用基礎上,將數字孿生引入校企深度融合專業教學改革,可實現多主體智能互動。依據卡爾·波普爾的“三個世界”理論,我們可以將物體、技術、人與數據遠程對接,數字孿生技術可以描繪出學習者真實的學習過程畫像,實現對學習者學習情況的精準反饋。一方面,利用數字孿生技術對學生學習過程數據進行采集并刻畫畫像,有助于倒逼學生及時調整學習心態,快速融入課堂教學;另一方面,全方位收集、歸納與分析學生多元化學習數據,有助于校企靈活使用數字化技術,為學生提供情感計算、機器學習等學習內容。

3.2 有利于精準化推送學習內容

在萬物互聯互通的背景下,校企深度融合專業教學改革已成為一種必然趨勢,將數字孿生技術引入校企深度融合專業教學更是深化改革的必由之路[14]。這種數字化驅動下的融合學習變革,旨在依據學生在融合學習過程中的真實需求、個性特點、學習態度,為其提供自適應、深層次、個性化等多種學習模式。通過數字孿生技術,學生在融合學習過程中可以獲得更加精準化的學習內容推薦與全方位的學習反饋,并以此為依據及時調整學習方式,提高對復雜問題的處理能力。具體來看,將數字孿生技術應用于校企深度融合專業教學改革過程中,有助于打造“無邊界課程”?！盁o邊界課程”可理解為打破內容、時間、空間等限制,而創設出的多元化、系統化課程[15]。在數字孿生技術打造的“無邊界課程”輔助下,校企深度融合專業教學改革中各參與主體都可獲利。例如,利用多種數字算法,企業可在掌握學?，F有課程、學科教材、知識圖譜、智能題庫等資源的情況下,依托掌上平臺為學生提供多維度、全周期、個性化的學習體驗。

3.3 有利于科學化評價學習效果

校企深度融合下的專業教學變革,試圖打破傳統學習方式、空間限制,為學生長遠發展制定更加科學的學習評價方案,切實轉變新時代學生的學習內容、方式和理念。數字孿生技術賦能下,教師的智能素養和數據素養將獲得極大提升,通過靈活使用數字評價工具,為融合教學課程制定更加科學化的學習評價方案。借助數字孿生衍生的智能算法、自然語言處理、計算機視覺等技術,校企可對學生開展智能測評,促使評價數據更加計量化和可視化。此外,教師在開展融合專業教學評價的過程中,應充分考慮學生的安全感和自信心,利用數字孿生技術的反饋系統維護學生作為獨立個體的隱私。

3.4 有利于無邊界化構筑學習生態

隨著教育現代化建設加速推進,打造終身化、智能化、網絡化的教育體系,構建“時時可學、處處能學、人人皆學”的學習型社會逐漸成為一股熱潮。校企深度融合專業教學改革正好可以為這種智慧學習空間變革提供多種可能性。數字孿生技術加持下,校企深度融合專業教學能夠打造出一種多維無邊界、立體交互的學習生態,促使學生不受傳統時間、地點等外部因素限制,極大地提高其學習的積極性和熱情。首先,數字孿生技術主張應用MR、AR、VR等技術,提升融合教學課堂環境,加速全息資源生成,為學生體驗深層次學習情境提供無限可能;其次,優化的數字孿生學習系統,能夠為校企深度融合專業教學的泛在學習提供更多可能,將學習場域延伸至家庭、食堂、操場等多樣化活動區域;最后,數字孿生賦能校企深度融合專業教學改革后,融合教學不再局限于虛實空間中的動態交互,而是可以拓展到虛擬空間中的多個數字學習群,這在一定程度上加深了學生對融合專業教學知識的理解,助力校企融合專業教學改革。

4 數字孿生賦能校企深度融合專業教學改革的實踐探索

教育大數據驅動的數字孿生技術在收集教學數據、提升認知能力等方面具有獨特的優勢,可在校企深度融合專業教學改革領域中發揮巨大作用。然而,數字孿生技術的賦能與應用并非一蹴而就,需要多層面、多維度、多主體共同參與建設,逐漸完善對數字孿生技術的認知,并形成完備的理論體系。

4.1 發揮政府主導力量,全面強化頂層設計

作為從宏觀層面優化頂層設計、實施統籌規劃的主導力量,政府部門在數字孿生賦能校企深度融合專業教學改革進程中扮演著重要的角色,引領著數字孿生的助力方向。在機制層面,政府部門應逐步完善數字孿生技術協同應用模式,建立政府、院校及企業三方互動交流平臺與溝通機制,促使數字孿生技術能夠切實滿足校企深度融合專業教學改革的需求。在財政層面,政府部門應大力扶持數字孿生技術發展,利用財政資助方式,為數字孿生助力校企深度融合專業教學改革中的重要項目與關鍵技術提供資金補貼。如此,不僅有利于企業在承擔社會責任基礎上保持良性發展,還能為學校順利招募合作企業提供堅實后盾。在制度層面,應進一步加速完善相關規章制度中針對數字孿生技術應用的規劃,明晰各主體在數字孿生技術應用過程中的責任與權益,協調校企雙方利益。

4.2 搭建交流互動平臺,多維實現數據共享

與校企融合存在共同利益和合作關系的產學聯盟,是驅動數字孿生在校企深度融合專業教學改革中發揮效能的有力主體,可在很大程度上促使雙方建立良好的交流平臺和協作機制。在滿足需求層面,教育組織可在明確自身現實條件制約、教學需求與教育現狀的基礎上,對數字孿生技術提供的教育服務提出合理的需求。此時,校企合作雙方也應認真思考教育組織提出的需求,在成本可控的前提下適當引入數字孿生技術,促使專業教學改革順利推進。在保障運行層面,教育機構和院校等組織在推廣、運行、建設數字孿生技術服務體系時,應建立規范化規章制度和管理流程,確保數據安全、科學、準確,保障學生合法權益。在創新創造層面,職業院校應積極舉辦數字孿生技術相關知識培訓,提高師生運用數字孿生技術的能力。此外,企業在大力推進數字孿生技術應用的過程中,應持續加大產品研發投入,致力于滿足教學實踐的現實需求。

4.3 提高個體數據素養,切實保障安全運行

教師、家長、學生等在校企深度融合中的受益個體與數字孿生之間存在互惠互利的關系。教育大數據是助力數字孿生賦能校企深度融合專業教學改革的后臺保障,要求數字孿生依據各主體真實反饋,對數據信息進行收集、整理與分析。所有的有效數據均建立在每一個獨立的個體之上,個體可依托數字孿生技術提供的反饋信息驅動自身發展。因此,在應用數字孿生技術時,所有個體必須具備良好的數據安全觀念和數據處理能力。一方面,個體應通過官方平臺、教育組織、企業等正規渠道,學習涵蓋多學科的校企融合專業教學知識;另一方面,個體在獲取數字孿生技術服務時,應嚴格遵守規章制度,避免數據濫用、誤用和泄露。

4.4 打造自動巡航體系,確保改革平穩推進

在學校與企業間建立大數據自動巡航體系,將數字孿生助力校企深度融合專業教學改革的效能發揮到最大。具體而言,可在企業的智慧車間設置工業物聯網和智能傳感器,自動探查企業內部生產運營狀況;在職業院校融合教學各環節、各階段設置數據探頭,以便了解教學數據的變動情況。此外,教師可利用自動巡航體系中的語音感知、表情識別、肢體語言識別等功能,收集學生的日常行為數據,并將這些數據融入教學過程,實時記錄學生真實的學習情況,為其備課與教學提供參考和決策。