Research on AR Technology Enabling Digital Transformation in Vocational Education—Taking the “Fundamentals of Electrician” Course as an Example
The digitalization of education is an important guiding direction for the development of national education, however, vocational education faces many difficulties in the process of digital transformation, and the increasing maturity of AR technology brings new opportunities for it. This paper takes the course “Fundamentals of Electrician” as an example, this paper deeply analyzes the reality of the dilemma of vocational education, explores the application scenarios of AR technology in vocational education, and constructs a new model of vocational education talent training based on AR technology. Although the deep integration of AR technology and vocational education still needs more innovative exploration, the digital transformation of vocational education should insist on seeking further breakthroughs with the help of AR technology.
Digitalization
职业教育在国家政策的大力扶持下快速发展,越来越被社会各界认可与重视。教育数字化是目前国家教育发展的重要指导方向。习近平总书记在中共中央政治局第五次集体学习时强调:“教育数字化是我国开辟教育发展新赛道和塑造教育发展新优势的重要突破口
从客观层面来看:课程内容单调无聊、抽象性强,难以诱发学生的学习动机;教学方法较为单一,职校教师总以固定形式组织教学,没有发挥自身的教学魅力;教学资源不够丰富,大部分职业学校并不重视现代化教学手段的使用。
从主观层面来看:职校学生学习主动性差,多数学生没有养成自主学习的习惯;职校学生抽象思维能力差,对专业知识的接受速度较慢;职校学生自我管理能力差,无法专注于完整的课堂学习中。
从客观层面来看:由于资金、场地等客观因素的限制,实践教学所需的设施普遍存在短缺现象,许多学生没有动手实践的机会。实践内容也难以真正有效地培养学生的技术能力,学生只是按照演示步骤机械式复现,在实践全过程中获得的反馈很少。
从主观层面来看:部分职业学校不重视产教融合的发展理念,暂未形成校企合作的办学模式。这导致培养方案未以就业为导向,实践教学目标与企业需求存在偏差,无法为学生适应工作岗位提供实质性帮助。
从理论层面来看:自我国人力资源与社会保障部推广“理实一体化”教学模式以来,不少专家、学者对理实一体化开展的研究取得了一定成果,但整体方向趋于宏观,针对性强的细化指导方案仍有所欠缺。
从实践层面来看:许多职业学校在教学中尝试使用理实一体化教学模式,但教学改革不够深入,使得课程建设、教学水平和人才培养质量都得不到有力保障。在少数职业学校中,理论教学和实践教学甚至还是完全分离的两个部分。
近年来,职业学校纷纷大面积建设多媒体教室,尝试运用多媒体教学技术,努力为学生提供一个可视化的学习途径。在教学的全过程中,多种媒体信息作用于职校学生,调动了学生的多重感官,丰富了学生的参与性感受。
但晦涩难懂的知识即使有了新的呈现方式,教学的优化效果依旧十分有限。学生仍然无法很好地掌握专业知识与技能,教师更难以利用启发式教学法充分调动学生的主动性。随着职业教育质量要求的不断提高,传统多媒体教学收获的实际效果并不理想。
在理论研究方面:国内对于职业教育数字化转型的研究主要聚焦于宏观层面,为数字时代职业教育的转型探索了方向,但对职业教育人才培养方案的规划不够明确。现阶段,职业教育的转型之路没有足够的指引与支撑,转型速度始终较为缓慢。
在实际应用方面:第一,部分学校虽然在实践教学中引入了数字技术,却并未加以充分利用,学生的实操机会仍旧有限。第二,职校教师开始使用数字技术辅助课堂教学,但对教学效果产生的正向影响甚微。第三,职校学生对数字技术的使用普遍停留于表面,大多仅依靠网络进行娱乐消遣,更缺少完善的资源平台促进学生自主学习。
数字时代让职业教育面临着新旧问题的双重考验,但同时也蕴含了新的发展机遇。如何拥抱数字技术以持续推动职业教育转型,是职业教育面临的重大课题。如今,数字技术的日趋成熟与广泛应用为增强现实(Augmented Reality,简称AR)技术与职业教育的融合创造了条件。这种基于现实世界、由虚拟数据增强的交互式技术,在职业教育领域展现出了多方面的应用潜力。
职业教育最显著的特点就是注重培养学生的动手能力、创新能力,在课程设置时强调将理论教学与实践教学融为一体。但是职业学校的专业课程忽略了理论与实践的整体性,也没有开发出符合课程需求的特色教材,一定程度上阻碍了对学生能力与思维的培养。AR技术具有跨时间与空间的特性,能解决当前职业学校课程特色不突出、教学资源单一的问题。所以,合理开发基于AR技术的课程与配套教材十分符合职业教育数字化的实际需求。
长期以来,如何更好地进行师生互动,如何促进学生理解知识与掌握技能,都是困扰职校教师的难题。如果能基于AR技术进行互动式教学,就能让教师与学生在虚拟空间上实现互动,搭载启发式教学法大幅度提升教学效果。另外,AR技术能汇聚一些形象、生动的视听材料,使学生在教学中获得身临其境的“真实”体验,达成具象化理论知识的教学目的。因此,AR技术与职业教育的融合可以为教师提供更好的数字化教学手段。
目前,大多数职业学校的实训场地根本达不到理实一体化教学的需求,学生去企业和工厂实践的机会也相当有限。AR技术能改变实践教学的现状,为所有学生提供更多的操作机会。一方面,AR技术可以模拟仿真出各类实验室,帮助学生在虚拟环境中实现同等实践操作。另一方面,AR技术能提高实践环节的安全性,最大程度确保学生安全。当实践涉及到高危场景时,通过模拟仿真可以让学生“置身其中”,但学生不会遭遇真正的危险。
近十年来,随着云计算、大数据、物联网等数字技术的日益成熟,以智慧应用和智慧管理为特征的智慧教室逐渐形成
因此,如果能将AR技术融入智慧教室,在职业学校里建设优化式智慧教室,就可以复现真实的生产生活情境,使教学活动中的真实感与趣味性共存,让学生体会到沉浸式学习的魅力。优化式智慧教室不仅能像目前主流的智慧教室一样营造出舒适的教学环境,实现资源的快捷共享,更能突出互动式教学的优势,以新奇有趣的师生互动激发学生的学习兴趣,有利于教、学双边活动的协同开展。沉浸式的学习氛围还能有效帮助职校学生集中注意力,提高课堂学习效率,逐步形成认真专注的学习态度。
长期以来,职业学校的实践课程都受制于实训场地、经费、设备的不足,实践教学的开展常常受阻。这也导致了职业学校教育质量偏低,教学特色无法发挥等问题频出。《电工基础》是电子与电气数字类专业的专业基础课,重视训练学生的专业技术与动手能力。但是,该课程部分实训项目有一定难度,学生难以快速掌握操作的具体流程及理论依据。
因此,职业学校可以利用AR技术成立虚拟仿真实训基地,利用各类软、硬件营造出与真实环境类似的场景,让学生依据虚拟实物完成实践项目
目前,多数职业学校里与专业课程配套的一体化教材严重不足,不符合职业教育的教学需求。现有的《电工基础》教材的练习题只能起到巩固知识的作用,无法促使学生对知识进行自主构建,在实践指导部分更是只细化解析了操作步骤,仅以任务的完成为导向,限制了学生创新性思维的发展。
因此,如果能将AR技术用于开发新形态立体化教材,就可以促进学生对理论知识的理解与掌握,也为实践教学提供指导与支撑。新形态立体化教材将“纸质图书 + 数字资源 + 互联网”立体化组合后出版,能实现对教学内容的突破性展示。学生扫描教材里带有AR标识的图片或二维码,就可以在数字空间观看相应的内容
随着互联网的大面积普及,教育资源变得愈加丰富,教师与学生获取教育资源的成本随之变低。不过,现有的教育资源平台仅仅停留在资源共享的阶段,几乎所有数字资源都只能帮助学生自主学习知识,难以达到理实一体化的要求。对职校学生而言,《电工基础》课程的理论体系庞大,实践项目复杂,仅依靠职校教学难以快速掌握专业知识与技能。
因此,如果利用AR技术建立数字化教育资源平台,学生就可以通过互联网资源进行自主学习、检测与反馈。比如在进行基尔霍夫定律的验证性实验前,学生可以观看融入了AR技术的教学视频,就如同站在示范人员身旁一般近距离地观察和学习。学生还可以自主利用资源平台进行技能测试,通过动态操作监控功能检测自己的技能掌握情况。测试完成后,平台会自动分析出注意事项与操作建议,学生可以做到自测、自知、自纠,强化学习反馈。该平台还需要在技能测试中融入知识水平的检测,在学习与训练的各个环节中融汇理论知识与技术能力。总之,学生通过数字化教育资源平台可以在教学前后选择性地学习,该平台是不受时间与空间限制的“优化式智慧教室”与“虚拟仿真实训基地”。
AR技术在职业教育领域中的应用前景广阔、应用场景多样,因此下文探索了基于AR技术的职业教育人才培养新模式,如
理实一体化教学模式旨在使理论教学与实践教学交互进行、融为一体,让师生双方以“教学做一体”的方式全程构建知识与技能的培养框架,丰富课堂教学和实践训练环节
党的二十大报告中指出:“培养造就大批德才兼备的高素质人才,是国家和民族长远发展大计。
职业教育需要社会各界的关注与支持,其中与就业渠道密不可分的企业更是职业教育最急需的助力之一。想要在职业教育中最大化发挥校企的双重能量,需要学校、企业、教师、学生四方协同工作。职业学校要着力组建双师型职教师资队伍,积极与相关企业开展深度合作,为学生构筑专业实习的平台。企业要认真考察与监管职业学校的办学情况,适当投入资金支持学校建设,提供机会让职校师生都能在生产线上实地学习。AR技术能为校企双方构建新的桥梁,以交互式协同模式推进校企合作,有助于增强校企合作在人才培养中的贯通性。基于AR技术建设的优化式智慧教室、虚拟仿真实训基地能在学校教学中呈现企业的生产线现状,学生可以在虚拟生产场景中提前适应实践环境,做好后续进入企业实践的心理准备。因此,融合了AR技术的校企合作更能在职业教育领域大展拳脚,让职业教育人才培养模式推陈出新、如虎添翼。
2022年,教育部职业教育与成人教育司司长陈子季提出要“从单纯以就业为导向转变为就业与升学并重,抓好符合职业教育特点的升学教育。
随着数字技术的迭代升级,我国教育体制也正加紧变革,教育数字化是必然发展趋势。AR技术展现出的颇多优势令其成为了职业教育数字化转型的未来与希望,其在职业教育领域有着多样化的应用场景,能针对性解决职业教育面临的诸多困境。AR技术还能与职业教育进行融合,构建多维化、连通化、数字化的职业教育人才培养新模式,以期在数字时代的背景下培养大批高素质技术技能型人才。当然,AR技术与职业教育的深度融合还需要更多探索与研究,让AR技术在职业教育的数字化转型中发挥更大的能量。
*通讯作者。