实训教学作为连接理论与实践的关键环节，历来是培养学生专业技能和创新能力的重要途径。然而，传统的实训教学模式受限于资源分配不均、安全风险高、成本昂贵等因素，难以满足日益增长的教学需求。 虚拟仿真技术，犹如数智化教学的一把钥匙，正逐步构建起一个集虚拟现实(VR)、增强现实(AR)、数字孪生等先进技术于一体的高等职业实训数智化教学场景，为解决“三高三难”问题提供了创新方案，推动教育与科技的深度融合，助力人才培养与产业升级的无缝对接。

一、虚拟仿真技术破解实训教学的“三高三难”难题

高等职业教育的目标在于培养具备高技能、强实践能力和良好创新能力的专业人才，以适应社会经济发展的需要。随着数字化、智能化技术的广泛应用，行业对人才的要求也在不断升级，要求学生不仅要掌握扎实的理论基础，更需具备将理论应用于复杂情境中的实践能力。传统的实训方式难以高效、安全地模拟真实工作环境的多样性和复杂性。虚拟仿真技术有效解决了实训教学中的“三高三难”问题，推动了教学模式向数智化时代的迈进。

高投入转为低门槛：通过虚拟仿真技术，可以构建高度仿真的虚拟实验室和实训环境，大大降低实体设备的购置与维护成本，实现了教育资源的普及化和均等化。

高损耗变为零损耗：在虚拟环境中进行实训，无论是精密仪器的操作还是危险实验的模拟，都不再有物质损耗和安全隐患，学生可以在无风险的条件下反复练习，直至熟练掌握。

高风险化为零风险：对于如化工、电力、航空等高风险领域的实训，虚拟仿真技术提供了一个安全的学习平台，学生能够在逼真的虚拟情境中经历各种紧急情况和复杂操作，有效规避了真实操作中的潜在风险。

难实施变易实施：虚拟实训不受时间、地点限制，只要有网络，学生即可随时随地开展学习，极大提升了教学的灵活性和可实施性。

难观摩变直观学习：通过VR/AR技术，学习者可以“身临其境”，从不同视角观察实训过程，甚至进入微观或宏观世界，使抽象概念具体化，加深理解。

难再现变随时复现：数字化的实训场景支持记录、回放与分析，学生能够反复回顾操作细节，教师也能精准评估学生的实践能力，促进教学反馈与改进。


二、虚拟仿真技术在高等职业教育实训教学应用案例


案例一：炼油厂常减压车间自动控制系统虚拟仿真实验软件


随着石油化工行业的持续发展和自动化技术的广泛应用，对炼油厂常减压车间自动控制系统的教学提出了更高的标准和更深层次的需求。传统的理论讲解与实物模型演示虽在基础知识构建与技能初步训练中发挥着不可或缺的作用，但面对日趋复杂的工业环境和快速迭代的技术革新，其局限性日益凸显。为此，北京象新力科技有限公司研发了“炼油厂常减压车间自动控制系统虚拟仿真实验”软件，旨在突破传统教学模式的桎梏，借助数字化、沉浸式的模拟环境，为培养符合新时代要求的高素质专业人才提供强有力的支持。

☑ 产品介绍

软件模拟炼油厂常减压车间的整体场景，包括脱盐罐、常压塔、减压塔、加热炉等设备；在软件中，首先通过视听结合的方式，让学生对整个常减压车间工艺控制流程进行了解。然后在此基础上，进行一系列的设计、实施、调试等操作。

实验底层数据依托高精度建模技术构建，学生在电脑上能进行自动控制系统设计，同时将设计进行验证和调试。 

☑ 产品特色

炼油厂常减压车间自动控制系统虚拟仿真设计以某500万吨年产量常减压车间为原型进行系统仿真，根据真实设备照片、运行数据采集表，进行三维模型搭建、数学模型的开发。通过三维仿真技术可从部分到整体全面了解整个常减压车间中的设备布局结构、工艺控制流程等，学生以第一人称视角进行全场漫游更有身临其境的感觉，轻松学习自动控制系统设计的相关知识。

该软件完整性高。实验紧贴现实，将自动控制系统设计的各重点环节牢牢抓住。从需求分析开始，经过方案设计，设计实施，到最后设计验证及调试，完美契合工业现实，实验完整度高，能实实在在让学生学习并实践整个常减压车间设计流程。

实验趣味性强，参与度高，为学生创设了亲身参与实践的情景，具有获取知识、激发兴趣、追求真相、遵循理论原理等的教育功能。

☑ 实验内容

○ 常减压车间自动控制系统设计需求分析
○ I/O点表统计
○ 控制回路图设计
○ 硬件选型
○ 软件设计
○ 仪表安装
○ DCS控制器安装
○ 设备接线
○ 常减压车间装置冷态开车
○ PID参数设置

☑ 支撑课程

○ 测控技术综合实验
○ 过程控制与仪表
○ 自动控制原理

案例二：巷道开挖与支护力学分析虚拟仿真实验软件

巷道开挖与支护力学分析是采矿工程、隧道工程及地下空间开发利用等领域的核心环节，对确保地下构造的安全性、稳定性和施工效率至关重要。然而，该领域固有的复杂力学特性与高危作业环境，限制了传统教育模式的有效性，尤其是在安全管控、成本控制及实地操作机会方面，难以充分适配培养高水平工程技术人才的现实需求。为了有效解决这一难题，北京象新力科技有限公司研发了“巷道开挖与支护力学分析虚拟仿真实验”软件，这款先进的虚拟仿真软件犹如一座桥梁，连接起理论与实践之间的鸿沟，以其创新的教学方式和丰富的功能模块，为巷道开挖与支护力学分析的教学实践开辟了一条全新的道路。

☑ 产品介绍

本项目虚拟仿真实验教学管理平台以地下复杂结构围岩的稳定性以及支护措施为研究背景，结合力学理论、计算机仿真技术、多媒体技术和网络技术，采用面向服务的软件架构开发。集实物仿真、创新设计、智能指导、虚拟实验结果自动批改和教学规范制度于一体，创建地下围岩所处的地应力环境，充分体现地下工程区别于地上工程的力学特征，学生在虚拟环境的沉漫式场景下直观感受巷道开挖的现场工作环境。感受围岩和支护结构的力学响应规律，实现开采中地下复杂结构工程围岩变形、应力、能量以及损伤断裂行为仿真分析，成为良好规范化、自主性交互性和可扩展性的虚拟实验教学平台。

☑ 产品特色

力学模型是根据研究对象的关键力学特征高度抽象得到的。巷道开挖围岩稳定性及支护中隐藏着简支梁、悬臂梁、架结构、框架结构等力学元素。本软件创建地下围岩所处的地应力环境，充分体现地下工程区别于地上工程的力学特征，学生在虚拟环境的沉漫式场景下直观感受巷道开挖的现场工作环境，感受围岩和支护结构的力学响应规律，从创设的虚拟环境中发现和体验力学建模的奥妙，理论联系实践，理解和掌握复杂地下工程中的力学分析方法，在三维动态仿真环境下，通过改变围岩物性、巷道位置、开挖方案、巷道形状和尺寸等，学习不同条件下围岩工程力学响应规律，体会各种因素对围岩力学响应的影响特征。

实验及施工时，要根据围岩的性质及煤巷道支护原理，选择合适的支护材料和支护方式。学生可以改变巷道几何尺寸、围岩种类、锚杆间排距等，探究支护结构对维护地下结构强度和稳定性的作用，从感性认识上升到理性认识，尝试总结不同工程条件下合理的支护设计方案。

☑ 实验内容

○ 矿山巷道工程背景和地应力计算方法
○ 巷道开挖的力学建模过程和应力分析方法
○ 开挖后巷道围岩弹塑性区特征和应力重分布规律
○ 巷道变形破坏的力学响应和岩梁弯曲力学分析
○ 巷道支护锚杆的拉压剪扭力学分析和计算原理
○ 利用力学知识解决复杂地下工程问题

☑ 支撑课程

○ 工程力学
○ 地质工程
○ 资源勘查工程
○ 采矿工程
○ 城市地下空间工程
○ 测绘工程

案例三：热泵性能及空调机组性能虚拟仿真实验平台

随着现代建筑技术的快速发展，对热泵性能及空调机组性能的高效、精准调控和优化设计的需求日益增强。传统的实训教学模式在培养学生实际操作技能上发挥着重要作用，然而，在面对设备损耗老化、场地空间限制、潜在安全风险以及效率低下等现实挑战时，其局限性逐渐显现，无法充分满足现代教育对于理论与实践相结合的新要求。为了解决这些难题，北京象新力科技有限公司研发了“热泵性能及空调机组性能虚拟仿真实验平台”，该软件以其独特的实验设计和技术手段，为暖通及相关专业实训教学提供了安全、高效、深度整合理论与实践的新型教学工具。 

☑ 产品介绍

该软件为本科暖通及相关专业的学生提供一个三维的、高仿真度的、高交互操作的、可提供实时信息反馈与虚拟的模拟操作平台，在3D虚拟环境中展示热泵系统连接形式、设备外观、设备内部结构，同时利用计算机仿真技术模拟系统的运行原理、设备的运行原理。帮助学生进一步熟悉专业基础知识、了解设备运行环境、培训基本动手能力，更好的学习和掌握本专业的知识。 

☑ 实验内容

设备认知学习

软件对别墅内的主要设备，如：空调机组、风机盘管、空气源热泵、水源热泵等有详细的3D结构的模型展示，完全还原设备的细节结构。

系统认知学习

通过半透明、隐藏、高亮等操作，重点展现系统在场景中所处的位置以及本系统在和其他系统、其他设备的连接关系，能量交换关系和工质流动关系。

系统运行特效

通过虚拟现实技术，利用三维软件的粒子功能，通过动画形式实现系统运行时的管道内的工质流动机理，整个过程以可视化的方式展开。

热泵性能展示

学生可改变冷凝器出水温度或蒸发器出水温度，实时显示冷凝器和蒸发器的进出水温度，同时界面会展示制冷量、耗功率及COP的时间曲线，软件具有数据记录功能，学生可以记录多组数据，并绘制相应的曲线，对曲线规律进行分析。

数据监控系统

软件拥有实时工况数据监控显示功能，界面监控各设备的运行状态。调节阀门开度状态，数据实时变化，同时界面会展示系统变工况运行性能曲线和水泵运行特性曲线。 

☑ 支撑课程

○ 流体输配管网
○ 供热工程
○ 传热学
○ 暖通空调热泵技术
○ 建筑冷热源

综上所述，虚拟仿真技术正引领着高等职业教育实训教学迈向一个全新的数智化时代，它不仅解决了实训教学中的“三高三难”问题，更是教育创新与技术进步相结合的典范。未来，随着技术的不断成熟和应用的深入，虚拟仿真将成为高等职业教育不可或缺的一部分，为培养更多适应未来社会需求的高素质技能型人才奠定坚实的基础。