教育数字化背景下ICT类专业课程数字化教学实践

摘  要：随着数字化课程资源建设的快速发展，专业课程的数字化转型成为必然趋势，该文总结ICT类专业课程成功的数字化教学实践经验，通过数字化改革，促进教师、教材和教法数字化转型，创新ICT人才培养模式。数字化教材开发不仅需要研究数字化教材的架构和内容，同时依托XR等新技术建立3D模型教学库，形成立体的数字化教材。基于国家级虚拟仿真基地的新硬件平台和数据底座，引入3D LED大屏、XR头盔和桌面一体机等新设备，创新数字化教学模式，实现沉浸式、跨地域的共享教学和人机互动体验；促进教育评估数字化，实现个性化教育。

关键词：专业课程数字化；“三教”数字化；沉浸式教学模式；3D模型教学库；XR技术

中图分类号：G712      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）36-0118-05

Abstract： With the rapid development of digital courses resources construction， the digital transformation of specialty courses has become an inevitable trend. This paper summarizes the successful digital teaching practice experience of ICT specialty courses. The digital revolution promotes the digital transformation of teachers， teaching materials and teaching methods and innovates the ICT talent training mode. The development of digital teaching materials not only needs to study the structure and content of digital teaching materials， but also establish 3D model teaching resources by XR and other new technologies to form 3D digital teaching materials. Based on the new hardware platform and data base of national virtual simulation platform， new equipment such as 3D LED large screen， XR helmet and desktop all-in-one machine are introduced to innovate digital teaching mode， realize immersive and cross-regional shared teaching and human-machine interaction experience， which promotes the digitalization of education evaluation and realize personalized education mode.

Keywords： digital specialty courses; "three teaching" digitalization; immersive teaching mode; 3D model resources; XR technology

《教育部2022年工作要点》中明确提出“实施教育数字化战略行动”，同年10月党的二十大报告明确提出“推进教育数字化”，教育数字化建设日益成为教育改革和发展的焦点。教育部职成司印发的《职业教育与继续教育2022 年工作要点》也明确要建设“1+5”数字化的体系，其中主要包括5个中心（专业教学资源和精品在线开放课程中心等），通过数字化转型驱动教学模式变革，推动开发优质的数字教学资源、数字化和融媒体教材建设。可见，教育数字化转型已成为必然趋势[1-2]。

2023年教育部办公厅印发通知提出要开展职业教育一流核心课程的建设任务，规划在1 000门左右课程内容中引入新技术、新工艺和新规范，引领职业教育的“课堂改革”。2024年教育部职成司委托有关的职业院校，启动新一代信息技术等6个重点领域开展职业教育专业课程的改革和试点工作。围绕高技能人才新要求，将一批新技术、新工艺、新标准和新方法等引入到职业教育的课程中。

本文以通信类专业核心课程5G+工业互联网规划与维护为例，分析ICT类专业课程实施数字化教学的必要性，提出专业课程数字化转型的整体思路，总结专业课程成功的数字化教学实践路径。

一  专业课程数字化的必要性

全国各地院校已经启动专业课程的数字化转型工作，教育数字化战略为课程的数字化转型提供了机遇与挑战。工业和信息化部印发的《工业互联网创新发展行动计划（2021—2023年）》明确提出了推动5G应用向各个行业发展，工业和信息化部等十部门联合发布的《5G应用“扬帆”行动计划（2021—2023年）》中也明确推动“5G+工业互联网”服务于生产核心环节。到2025年，工业互联网平台普及率达到45%，在20个重点行业打造5G全连接工厂，全国开展 5G+工业互联网连接工厂将超过10 000家企业。根据中国信息通信研究院预测，到2030年5G将创造就业机会800万个，5G+工业互联网规划与维护专业课主要培训5G+工业互联网领域的高级技术技能紧缺人才。5G+工业互联网和传统的5G网络在网络架构、网元类型和应用服务器等方面有很大区别，因此相对于传统的5G通信人才，5G+工业互联网岗位对人才技能需求要求更高。

国家智慧教育服务平台是教育数字化战略行动的成果展示平台，包括专业与课程服务中心和教材资源中心等。在教材资源模块中搜索数字化教材和5G相关的非常少，内容基本以图片、视频和2D虚拟仿真技术为主，没有基于XR最新技术的3D虚拟仿真技术相关的新型态数字化内容，另外也没有5G+工业互联网领域的相关教材资源[3-5]。

基于以上分析可知，针对5G+工业互联网规划与维护专业课程进行数字化教学研究和实践势在必行。本文总结5G+工业互联网规划与维护专业课程如何结合XR技术促进教材、教法、教师（以下简称“三教”）数字化转型，创新人才培养模式，满足规模培养5G+工业互联网领域的新型百万级的人才需求。

二  专业课程数字化转型的整体思路

针对专业课程的数字化转型实践，通过最新的文献分析，主要集中在以下几个方面[6-10]。

第一，专业课程的“数字化定义”：数字化不等于网络化和在线化，数字化资源应具有电子文档、电子课件和网络资源等。

第二，专业课程数字化应用场景中“两新”（新技术、新设备）应用理论讨论和实践。

第三，基于云教学模式的“三教”改革，实施专业课程改革。

第四，新形态数字化教材“四性”（动态性、针对性、多元性和交互性）。

本文以通信类5G+工业互联网规划与维护专业课程为例，分析ICT类专业课程数字化转型的具体思路。5G+工业互联网规划与维护是门新的专业课程，2023年在上海闵行职业技术学院现代通信技术专业首次开课。通过产教融合和课岗融通，将工业互联网典型岗位需要的知识、能力和职业素养转化为课程标准和教学目标；引入基于XR技术的3D创新沉浸式教学模式，建立典型的3D模型教学库，通过校企深度合作开发3D虚拟仿真实训软件，解决教学中网络设备操作成本高、带电操作风险大、故障节点多和故障难重现等“三高三难”典型问题。同时基于国家级虚拟仿真示范基地，引入3D LED大屏教学、XR头盔实训和一体机实训创新的教学模式；通过以上数字化转型实践，成功实现“三教”数字化转型，可满足未来10年全国院校培养百万级5G+工业互联网的高级技术技能人才需求。

（一）  数字化教材开发实践

1  教材整体架构数字化实践思路

教材整体架构数字化实践思路如图1所示，通过深度的产教融合，应用四位一体的教材开发模式，将课岗赛证的要求融合到人才培养方案和课程标准中，将职业技能考证要求、全国职业技能大赛标准和典型岗位技能需求导入到人才培养方案中，增加学生的理论知识、实践能力和综合素质，实现复合型技术技能人才的培养目标。通过课岗融通，使教材内容符合网络规划、建设安装、维护和优化等关键岗位的知识、能力和素养要求；通过分析现有5G核心课程的教材内容，使5G+工业互联网教材模块和现有5G核心课程的教学任务无缝衔接。

2  教材内容数字化实践思路

教材内容数字化实践思路如图2所示，主要包括如下内容。

第一，基于产教融合，依托学校合作企业和相关行业协会进行调研，分析提炼出典型的应用场景。数字化教材建设，需要企业深度参与，依据人才培养方案和课程标准，把真实生产线环境和教学实训相结合，促进课程内容与新技术发展衔接、教学过程与生产过程对接。

第二，采用3S（3S：Scenario→Service→Solution）映射的创新方法将典型场景的业务需求映射到核心解决方案指标，提炼出对应的教学项目和任务。5G+工业互联网场景复杂，业务需求差异化大，通过3S映射的创新方法进行提炼，把场景进行分类，分为自动控制、柔性生产等十大重点场景，对重点场景的业务网络性能需求进行分析，提炼出共性和差异点，然后映射到对网络和服务器等核心网元的设计、配置和性能等解决方案上。

第三，针对典型场景，依托最新的XR等技术建立典型的数字化3D模型教学库，实现数字教学资源共享。开发的XR数字教材具有虚实结合、3D模型的精确配准和实时交互等特性。

第四，以5G+工业互联网典型场景为基础，开发对应的实训软件，实训软件支持引入3D LED大屏、XR头盔实训和桌面一体机实训三种创新的沉浸式教学模式，实现人机交互，促进数字化教材建设融合性、创新性的技术价值。

（二）  引入创新的沉浸式数字化教学模式

依托国家级虚拟仿真实训基地的硬件平台和软件平台，紧密结合人才培养方案和课程标准，加强立体化教学资源建设，全面创新5G+工业互联网领域相关岗位的核心课程教学模式，引入三种沉浸式教学模式，即3D LED大屏、XR头盔和桌面一体机的教学模式。

以学生为中心的理念融入到立体化教材内容建设的全过程，激发起各个主体间的互动，形成人机互动圈、人际互动圈（学生交流圈、师生交流圈等），同时引入XR等最新信息技术，突破教学的时空限制。

3D LED大屏教学模式：通过虚拟现实内容管理服务器、小间距LED、4K XR场景管理器和管理软件、虚实内容管理平台和3D主动立体眼镜等构成沉浸式交互显示系统，采用点对多点的立体化集中式、沉浸式教学，提供3D内容展示、实践操作和技能训练等立体化的视觉体验。

XR一体机模式：通过360°精确追踪技术的头戴式设备和操作手柄，使用无线5G推流技术，提供超逼真立体声音效果和3D画质，在虚拟现实世界里模拟真实的网络环境，实现现场工程师沉浸式的真实体验。

桌面一体机模式：利用人机交互展示硬件设备和软件，通过触摸一体机的互动展示软件，展示酷炫的图片、动画、视频等多媒体效果，开展场景化“教-学-练-测”的一体机实训，解决教学中的理论难点和重点，实现人机互动。

（三）  培育具备数字化能力的教学教师创新团队