“虚拟现实技术让教育更智慧”，根据教育部《关于开展职业教育示范性虚拟仿真实训基地建设的通知》(教职成司函〔2020〕26号)和《河南省教育厅办公室关于开展河南省职业教育示范性虚拟仿真实训基地建设工作的通知》(教职成函〔2021〕360号)的要求，我校与厦门凤凰创壹科技公司开展关于虚拟现实教学教研及实训设备的合作，助力我校建设成为河南省内中职教育一流的虚拟仿真实训基地。
公司介绍
作为中国虚拟现实VR/AR/MR仿真软件核心技术领导品牌，凤凰创壹已在国家级虚拟仿真实验教学中心/项目中为中国科技大学、哈尔滨工业大学、浙江大学、厦门大学、吉林大学、福州大学、华侨大学等3000多所院校开发了包含数字工厂、机器人、无人机、高铁、新能源、机电、数控、汽修、电子、电气、机械制造、模具、计算机、医学、护理、学前教育、建筑、畜牧、铁道工程、电梯等在内的110个专业大类，700多门VR/AR/MR仿真教学培训精品课程，800多万个VR/AR/MR教学与仿真实训资源，全面支持各类沉浸式VR/AR/MR硬件设备，支持各种操作系统如Windows、IOS、Android等，获得国务院领导高度重视，教育部领导的高度肯定。
公司目前已启动投资3亿元人民币、在全国范围内建设10000台服务器规模的虚拟现实VR/AR/MR在线教育云平台(100vr.com)项目，把已经开发的110个专业大类700多门课程的VR/AR/MR教学资源与仿真资源通过云平台为用户提供快速便捷的服务，为全国各大院校、企业职工培训、技术技能学习、职业技能鉴定、在职培训终身教育提供“人人皆学、处处能学、时时可学”的智慧教育平台。
2020年，凤凰创壹“一种可测量三维虚拟仿真电路或元器件的智能万用表”的发明被中国国家知识产权局授予发明专利，并获得中国科学家论坛颁发的“中国科技创新发明成果奖”。
在创壹100VR在线教育云平台上所开发的参赛作品帮助众多院校连续多年在教育部举办的信息化教学大赛上获得大量金牌，获得专家的高度肯定。
数字孪生智能实验4.0
按照“以虚促实，虚实结合，能实不虚，易学易会”的总体规则，凤凰创壹开发了数字孪生智能实验4.0，虚实融合智能交互设备采用真机操作面板结合驱动具有物理属性的虚拟控制对象，模拟一个与实际生产情况一样的控制过程，让学生具有跟操作真机一样的手感操作虚实结合设备，在一个与实际生产一样的实训环境进行实操，这样既可以让学生具有真机设备操作手感，又解决了实训设备操作面板控制对象在实操过程造成的各种工件耗材、器件损耗、能源消耗、以及各种生产操作安全隐患。由于虚拟控制对象是具有物理属性的虚拟仿真设备(数字孪生)，教师可以任意设置设备故障点，训练学生分析和排除故障的技能，学生根据出现的故障现象对虚拟的数字孪生设备进行模拟维修。在这个实训过程中，学生可以反复演练也不会损耗任何一个设备/材料/工具等。
虚实融合智能交互设备如虚实结合数控机床、智能制造PLC虚实结合控制系统、虚实结合智能万用表/示波表/智能汽修诊断仪/工业机器人示教仪等，以及搭载虚拟仿真实训系统的计算机，都是属于低功耗设备，在整个实训过程中，整套设备运行能耗也大大降低。
例如，学生在学习自动控制、智能制造、嵌入式系统等一体化控制系统设备，虚实结合的设计留有真实的设备驱动接口，而将其控制对象的运动过程进行仿真还原并在计算机屏幕上以3D场景形式显示出来。在这个过程，学生仍然需要实际动手完成控制系统电路的搭建、编写控制程序，而控制系统发出的指令通过接口电路、通信系统传递给电脑，电脑根据其控制对象的物理属性模拟出真实的仿真动作。这种虚实结合的实验仪器设备，不仅可以节约实验室建设费用，而且可以达到预期的实训实验教学和提升技能目的。
数字孪生智能实验4.0是凤凰创壹针对实训教学的瓶颈，采用虚拟现实技术与真实设备相结合，模拟真实的工作场景和工作流程，学生在实训场地中通过虚实融合完成实训的一种新型的实践教学方式。数字孪生智能实验4.0拥有充分的交互性，使学生通过虚拟场景和真实设备来获得真实的实训体验，能够虚拟出一个增强实训教学的有效环境，弥补传统教学模式下缺乏设备、缺乏场地、缺乏教师的不足之处，为实践教学构建出一个现代化的环境。
通过三维场景与高精度的真实设备工艺模型相结合，配合以多层次、多功能的可操控的设备工艺模型，形成一体化、逼真度高的数字孪生智能实验4.0。该系统具有操作规范、现场感强、资源消耗小，可以重复训练。同时具备协同训练的特点，学生可以共同完成实训任务。
通过这一新的技术浪潮，提升学生实训的积极性，提高实训教学的质量，并形成产学研合作的新型平台，从而在新的社会形势下获得良好的教学效果和实训效果，培养社会所需要的实践能力强的创新型人才。
优势1：真实手感，能在真实环境对学生进行全方位实操训练
而虚实融合智能实验4.0是根据实训所需教学设备的工作原理、工艺结构、维修规范与标准，建立了虚拟仿真实训系统与实物组成的虚实结合仿真实训系统。虚拟仿真系统建立了实训所需设备的仿真数学模型、仿真电路、虚拟操作人机界面。
例如，通过机器人示教仪就可以操作虚拟的工业机器人运动、完成示教编程、实现对系统的设定、故障诊断等。进行虚实结合示教，简单方便，确保设备操作的真实手感，又能保证示教精度。操作更加安全，同时便于示教出轨迹复杂的程序。
优势2：零污染，零排放，低实训成本，后期设备维护少
职业教育实训教学过程中，实训造成大量工件耗材、器件损耗、能源消耗、以及各种生产操作安全隐患。实训成本巨大。
而虚实结合智能交互设备采用真机操作面板驱动具有物理属性的虚拟控制对象，模拟一个与实际生产情况一样的控制过程，让学生具有跟操作真机一样的手感操作虚实结合设备，在一个与实际生产一样的实训环境进行实操，这样既可以让学生具有真机设备操作手感，又解决了实训设备操作面板控制对象在实操过程造成的各种工件耗材、器件损耗、能源消耗、以及各种生产操作安全隐患。
由于控制对象是具有物理属性的虚拟仿真设备(数字孪生)，教师可以任意设置设备故障点，训练学生分析和排除故障的技能，学生根据出现的故障现象对虚拟的数字孪生设备进行模拟维修。在这个实训过程中，学生可以反复演练也不会损耗任何一个设备/材料/工具等。
例如，在发动机实际运行过程中，出现故障成本高，而且有些故障不能重现，如果故障状态下运行会对发动机造成损坏。通过虚实结合智能诊断仪，可以通过实物的智能诊断仪，直接诊断电脑端模拟发动机在运行过程中可能出现的故障码。学生可以根据故障现象，使用配套虚拟的工具箱，对汽车模型展开维修，直到排除故障。通过各类故障的模拟，让学生深入了解发动机电控系统正常信号与异常信号之间的差异，理解不同故障的诊断方法以及诊断策略。
虚实结合智能交互设备如虚实结合数控机床、智能制造PLC虚实结合控制系统、虚实结合智能万用表/示波表/智能汽修诊断仪等，以及搭载虚拟仿真实训系统的计算机，都是属于低功耗设备，在整个实训过程中，整套设备运行能耗也大大降低。
优势3智能导学：虚拟专家实时指导
双师型教师人手不足，实训项目指导不仅需要具备过硬的专业知识，同时还需要丰富的实训指导经验。具有实训教学经验的双师型教师较少，实训教学效果不理想。
在实训教学中，需要学生掌握具体实训项目专业技术知识和操作技能，它对学生的动手能力和逻辑思维能力都提出很高的挑战，因此在实训环节，都需要有经验的教师示范操作后会在旁指导学生操作。而智能导学系统则可以解决实训指导教师缺少的问题，可以实现一对一辅导。
智能导学功能会逐一引导学生根据行业规范进行实训操作，有效把握整个实训环节的规范操作，自动提示并记录学生操作错误的地方，并给出正确操作方法，推动实训教学效率的有效提升。
优势4：数字孪生虚实融合让实训更安全更高效
数字孪生智能实验4.0所构建的实训控制对象是基于实训所需教学设备的工作原理、工艺结构、维修规范与标准的虚拟仿真教学模型，其外观及物理属性(数字孪生)与真机设备一致，尤其是高危险、复杂、庞大、昂贵的实训装备更加需要虚实融合数字孪生设备。在虚实结合实训过程中，学生可以充分了解设备的结构，在虚拟的实训环境对设备进行无损耗、安全的拆装训练。学生们可以在真实的场景中逼真操作具有物理属性的仿真设备仪器仪表等，进行独立实训操作、观察、总结等，为学生建设一个安全的实践教学环境，让学生主动地去探索、去研究学习内容，从而更深刻的理解专业技术知识和掌握实践操作技能。
比如，在实训教学中，对于工业自动化生产线调试与设备维护实训，实训设备相对庞大，结构复杂，数量繁多，需要占用过大的场地，且生产线物流对接复杂，学校不可能投入大量资金建设该类实训室，也不可能把整个企业的全部自动化生产线搬到学校里，无法实现庞大生产线，也就无法为学生提供全方面配套的实训。自动化生产线一般尺寸较大且涉及多学科的交叉融合、集成度高、综合性强，仅靠传统的实体生产线进行教学，学生很难从全局上掌握，实训教学效果不佳。
生产线工业型PLC中控系统可同步实时控制生产线设备和生产线数字孪生模型，直观形象、真实安全实训。在实际生产中，系统可以解决实训耗材损耗高，机器折旧率问题，避免学生实训的不安全因素，降低实训费用。
优势5：虚拟环境真实再现实训情景
有些智能制造实训设备由于投资大、占地面积大等，其台数不能满足学生的实际操作需求，容易造成多人围观的现象，实训效果不理想。虚拟环境要求设备一致化、过程一致化。设计的虚拟设备在外形上要跟实际设备保持一致，便于学生形象化理解。虚拟设备的操作与实际设备操作过程保持一致，并通过真实设备进行控制，模拟的加工过程与实际保持一致，产生的效果一致。虚实结合智能交互设备可以模拟一个与生产情况十分接近的控制过程，使学生在一个非常接近与实际生产的实训环境进行实操，从而缩短了虚拟仿真实训到实物实训之间的距离。
设计亮点
1)可以将抽象的PLC控制技术形象化2)学生用户可以学习到PLC编程知识，并进行验证;3)学生用户可以自己设计虚拟对象控制过程，进行探究提升实验;4)教师用户可以掌握学生的学习情况;5)支持与三菱、西门子、欧姆龙、松下等多品牌PLC硬件设备进行实时通信6)软件能同步读取PLC硬件设备中的输入、输出、中间、数据等寄存器，可写入输出、中间、数据等寄存器，可对输入、输出、中间、数据等寄存器状态进行实时监控7)软件与PLC硬件连接支持串口通信和以太网通信的方式
优势6智能评价：实训过程智能化评价，结果自动化评价
依靠人工评价工作量大低水平重复工作效率低下，手段单一且主观片面，无法判断学生综合能力，缺乏专业技术知识和实践操作技能有效综合评价。
采用智能评价系统对所有专业仿真实验操作自动进行智能化评价，实现对所有专业中各种实验项目仿真操作如安装拆卸、加工仿真、电路实验、装配检修、设备操控、故障诊断与排除等根据实验操作过程与结果进行智能化自动评分，形成客观的学生技术技能能力分析画像。实现对学生实操过程全跟踪、大数据精确分析学习行为、帮助学生快速学会技术技能、帮助老师智能评价学生学习效果、提高教学效率提高教学质量。
优势7：满足学生个性化学习需求，为真机实训分流，实现全程人手一机
通过智能导学、智能评价系统，按学生每个阶段人手一机实训自动评价成绩分流学生到不同的实训设备及实训环境，逐步实质性提高学生的专业技术能力、动手实践能力以及实训操作的水平，提高实训设备的利用率和实训教学的效率。
虚拟仿真实操、虚实结合实训与真机实训分阶段实施，按照熟悉、掌握、运用的步骤，循序渐进、逐步提高。采用虚拟仿真训练、虚实结合设备训练、真机实训三段式教学模式，以项目为案例、工作任务为内容进行课程教学，在仿真实训中心一边将学过的专业知识理论联系实践、一边实践操作，在虚拟的环境中掌握必要的专业技术知识和一定的实践技能，通过智能导学、智能评价系统对学生的虚拟仿真实训成果进行自动评分，分流到虚实结合设备训练，通过真实手感、虚拟对象进一步提升岗位技能，再次智能评价后进入真机实训阶段，最后在校外生产性实训基地或者企业进行上岗实习，全面提升岗位能力。
第二个阶段，由教师辅助或在智能导学的指导下，学生在虚实结合的设备进行实训，运用与真机一样的设备对虚拟的机械设备进行检修操作，再次智能考核评价后方能进入真机实操阶段，对真实设备进行拆装、检修操作等。
这3个阶段的实施，打破了单纯知识讲解的教学模式，课堂教学以学生全程参与学习/动手操练为主，通过该门课程的教学，不仅培养了学生对设备拆装、检修的职业技能，同时也提高了学生的计算机操作能力，为以后的职业发展奠定了基础。
优势8：人才培养与企业需求零距离对接使实训教学落在了实处
职业院校虚拟仿真实训中心4.0
职业院校虚拟仿真实训中心4.0建设本着“虚实结合、相互补充、虚实相融、以虚补实，提升实效”的建设思路，以培养学生综合职业能力和创新能力为出发点，依托VR/AR/MR、人机交互、数据库等技术，建设成为具有拓展性、兼容性、前瞻性的职业院校虚拟仿真实训中心，旨在为职业院校多个专业学生提供涵盖全产业链、情景化真实操作、广泛性教学的虚拟仿真实训平台，实现教学现场、实训现场与生产现场、教学内容、实训内容与工作内容、学校教育与社会需求的紧密结合，打造集教学、实训、创新、交流于一体化的多功能虚拟仿真实训中心。
职业院校虚拟仿真实训中心4.0将沉浸式虚拟现实技术VR、增强现实技术AR、混合现实MR与教学相融合，以优质教学资源为核心，集终端、应用系统、平台、内容于一体，为学生创设接近真实的学习环境，将虚拟仿真与实景空间相结合，将抽象概念具象化，为学习者打造高度开放、可交互、沉浸式的三维学习环境。
职业院校虚拟仿真实训中心4.0是一套支撑智慧教学的数字化环境，能够支撑优秀教师教学智慧的可视化与高效传播，促进教师能力水平提高，提升教学质量。支撑学生开展自主与协作、个性化、泛在学习，让学生在学会技术与技能的同时，提升创新性思维能力，使学生轻松、愉快、主动、高质高效的学习，培养智慧型人才。
整个智慧教室的建设，将含有：
1.3D-LEDMR教学系统
2.专业互动教学系统
3.VR仿真实训系统
4.桌面式VR系统Zspace
5.人脸识别答题系统
6.多人协同AR教学系统
7.智慧教室物联网系统
1.立体沉浸、身临其境深度学习
依托3D-LEDMR教学系统，置身由3D-LEDMR教学系统及定位系统组成的具有立体沉浸感的虚拟现实教学环境，为师生打造一个3D课堂，让学生获得一种身临其境的三维立体视听影像和交互感受。
针对教室讲台展示、实训教学演示/示范成本昂贵或示范过程中存在一定安全隐患的教学内容，3D-LEDMR教学系统主要通过混合现实MR技术将3D虚拟仿真教学内容与老师上课实时空间画面混合，让学生通过立体眼镜沉浸到老师实时操作虚拟仿真教学场景中，让老师的教学内容更加立体形象，让学生具有跟老师一样的空间立体想象能力与逻辑思维能力。在3D-LEDMR教学系统的支持下，教师可以通过交互手柄与教学场景内容模型进行实时互动(如演示教学场景中各种设备仿真结构原理、安全操作规范、拆装等操作)，学生则佩戴3D眼镜，从3DLED环幕中实时看到老师与教学仿真场景的交互过程、同时学生也可通过手柄参与协同互动操作。
3D-LEDMR教学系统可以帮助学生更快学会老师讲授的专业技术知识，身临其境感受到真实的模拟场景，提高学生学习兴趣和理解能力，同时提升老师的教学质量。
全新沉浸式3D-LEDMR教学系统解决了课堂专业技术知识传递效率低的问题。
1.课堂当场实训
2.直观教学、多角度展示
3.激发学生创造力
2.全身参与、人手一机高效操练
复杂的实训项目，既需要新、贵、精的仪器设备的参与和应用，也需要多种仪器设备和多项技术协作工作的综合性训练场所，而很多实训教学投入往往无力承担起这些建设费用。通过VR/AR/MR场景式实训环境的构建，让学生可以沉浸式、半沉浸式进行实操训练，则可实现其根本不可能或很难用到的仪器或进入实训的场所变为可能，大大提升了学生的综合实训技能和创新能力。
基于VR/AR新型技术，打造了多人沉浸式VR/AR交互实训系统，有效解决传统实训室面临的实训机会少，设备严重损耗，形式枯燥、实训操作危险等难题，实现创新的“VR/AR教学”+“探索互动”+“仿真实训”的一体化实训模式。
3.虚实结合、安全可靠避免耗材
虚实结合智能交互设备采用真机操作面板驱动具有物理属性的虚拟控制对象，模拟一个与实际生产情况一样的控制过程，让学生具有跟操作真机一样的手感操作虚实结合设备，在一个与实际生产一样的实训环境进行实操。这样既可以让学生具有真机设备操作手感，又解决了实训设备操作面板控制对象在实操过程造成的各种工件耗材、器件损耗、能源消耗、以及各种生产操作安全隐患。由于控制对象是具有物理属性的虚拟仿真设备(数字孪生)，教师可以任意设置设备故障点，训练学生分析和排除故障的技能，学生根据出现的故障现象对虚拟的数字孪生设备进行模拟维修。在这个实训过程中，学生可以反复演练也不会损耗任何一个设备/材料/工具等。
4.智能导学、虚拟专家实时指导
目前职业院校很多专业的实训项目对指导老师的要求不仅自身需要具备过硬的专业知识，同时还需要丰富的实训指导经验。现阶段，实训经验丰富的教师年龄普遍较大，年轻实训教师工作经验又明显不足，这样就对实训教学形成一定影响。因此，现阶段具有实训教学经验的教师相对较少，使得实训教学效果不理想。
在实训教学中，需要学生掌握具体实训项目专业技术知识和操作技能，它对学生的动手能力和逻辑思维能力都提出很高的挑战，因此在实训环节，都需要有经验的教师示范操作后在旁指导学生操作。而智能导学系统则可以解决实训指导教师缺少的问题，实现一对一辅导。智能导学功能会逐一引导学生根据行业规范进行实训操作，有效把握整个实训环节的规范操作，自动提示并记录学生操作错误的地方，并给出正确操作方法，推动实训教学效率的有效提升。同时对学生的操作过程进行智能化评价，对操作结果做出智能评分，最终生成学生的专业技术技能水平画像。
5.智能评价、过程结果精准评价
对于职业院校实训教学来说，是否具备科学化和规范化的管理制度尤为重要。单单由一个教师通过平时成绩、期末成绩结合，对学生总成绩进行详细检查审核，以此来判断学生是否具备良好的综合能力，所得出的结论太过于主观且工作量过大。要对实训教学展开合理化考核分析，具体考核必须是专业技术知识和实践操作有效结合。
智能评价系统能够对所有专业仿真实验操作自动进行智能化评价，实现对如数控、汽车、机电、电子、电气、机械、机器人、医疗等专业的包括安装拆卸、加工仿真、电路实验、装配检修、设备操控、故障诊断与排除等各种实验项目仿真操作根据实验操作过程与结果进行智能化自动评分。形成客观的学生技术技能能力分析画像。实现对学生实操过程全跟踪、大数据精确分析学习行为、帮助学生快速学会技术技能、帮助老师智能评价学生学习效果、提高教学效率提高教学质量。