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虚拟仿真实训系统在智能制造专业中的应用效果1

虚拟仿真实训系统在智能制造专业中的应用效果

摘要

随着工业4.0时代的到来，智能制造已成为全球制造业转型升级的核心驱动力。虚

拟仿真实训系统作为连接理论与实践的重要桥梁，在智能制造专业人才培养中发挥着

日益重要的作用。本报告系统研究了虚拟仿真实训系统在智能制造专业中的应用效果，

通过构建完整的理论框架与技术路线，结合实证数据分析，全面评估了该系统在提升教

学质量、缩短人才培养周期、降低实训成本等方面的显著成效。研究表明，虚拟仿真实

训系统能够有效解决传统实训模式中存在的设备投入大、安全风险高、操作场景有限等

问题，为智能制造领域高素质技术技能人才培养提供了创新解决方案。本报告还提出了

系统化的实施路径与保障措施，为职业院校和相关教育机构开展虚拟仿真实训建设提

供了理论依据和实践指导。

引言与背景

全球制造业转型升级趋势

当前，全球制造业正经历深刻变革，以德国工业4.0、美国工业互联网为代表的新

一轮工业革命正在重塑产业格局。根据国际机器人联合会(IFR)2022年发布的数据，全

球工业机器人密度已达到每万名员工151台，较2015年增长近一倍。中国作为世界第

一制造大国，制造业增加值占全球比重超过28%，但高端技术人才缺口依然显著。智能

制造作为制造业转型升级的主攻方向，其核心特征是数字化、网络化、智能化，这对人

才培养提出了全新要求。传统教学模式已难以满足智能制造领域对复合型技术人才的

需求，教育创新迫在眉睫。

虚拟仿真技术的发展历程

虚拟仿真技术起源于20世纪60年代的飞行模拟器训练系统，经过半个多世纪的

发展，已广泛应用于航空航天、医疗、军事等领域。在教育领域，虚拟仿真经历了从简

单三维演示到沉浸式交互体验的演进过程。根据Gartner技术成熟度曲线，虚拟现实

(VR)和增强现实(AR)技术正处于稳步爬升期，预计未来510年将进入生产成熟期。教

育部的《教育信息化2.0行动计划》明确提出要大力推进虚拟仿真实验室建设，这为虚

拟仿真实训系统在智能制造专业的应用提供了政策支持。

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智能制造专业人才培养挑战

智能制造专业具有跨学科、实践性强、技术更新快等特点，传统实训面临三大难

题：一是设备投入成本高，一套典型的智能制造生产线实训设备动辄数百万元，多数院

校难以承受；二是安全风险大，工业机器人、数控机床等设备操作不当可能造成严重事

故；三是场景覆盖有限，难以模拟真实工厂的复杂生产环境。据中国职业技术教育学会

调研，85%的职业院校认为现有实训条件无法满足智能制造专业教学需求，虚拟仿真实

训系统成为破解这一困境的有效途径。

研究概述

研究目标与意义

本研究旨在系统评估虚拟仿真实训系统在智能制造专业中的应用效果，具体目标

包括：构建虚拟仿真实训效果评价指标体系；分析虚拟仿真对学习成效的影响机制；提

出优化虚拟仿真实训系统的策略建议。研究成果具有重要的理论价值和实践意义：理论

上，丰富了教育技术学与职业教育交叉领域的研究；实践上，为职业院校实训教学改革

提供实证依据，助力制造业高质量发展。

研究范围与对象

研究范围聚焦于智能制造专业核心课程的虚拟仿真实训应用，主要包括工业机器

人操作与编程、数控加工技术、智能产线运维等模块。研究对象选取东部、中部、西部

地区各5所职业院校，覆盖中等职业学校、高等职业院校和应用型本科三个层次，确保

样本代表性。研究周期为2022年9月至2023年8月，完整覆盖两个学期教学周期。

研究方法与路径

采用混合研究方法，定量与定性相结合。定量研究通过前后测对比、控制实验等方

法收集学习效果数据；定性研究通过深度访谈、课堂观察等方式获取师生体验反馈。技

术路线包括四个阶段：第一阶段为文献研究与理论构建；第二阶段为系统开发与部署；

第三阶段为教学实验与数据收集；第四阶段为效果评估与报告撰写。整个研究过程遵循

严谨的学术规范，确保结果科学可靠。

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政策与行业环境分析

国家政策支持体系

近年来，国家出台了一系列支持虚拟仿真实