楊川 楊波

【摘要】虛擬仿真技術(shù)是繼多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之后又一門嶄新的技術(shù)。將水利水電工程虛擬仿真技術(shù)運(yùn)用到高職實(shí)踐教學(xué)中，可以打破教學(xué)實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地及實(shí)驗(yàn)環(huán)境的限制，實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為主體地位的實(shí)踐教學(xué)模式，調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，帶動(dòng)教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，提高實(shí)訓(xùn)效率，進(jìn)而提升職業(yè)院校學(xué)生的實(shí)踐能力與專業(yè)技術(shù)應(yīng)用能力。

【關(guān)鍵詞】虛擬仿真高職教育實(shí)踐教學(xué)水利水電工程

項(xiàng)目來源：省級(jí)一流專業(yè)“水利水電建筑工程專業(yè)”建設(shè)方案，陜西省教育廳《關(guān)于公布陜西高?！耙涣鲗I(yè)”遴選結(jié)果的通知》（陜教（2017）355號(hào)）。

水利水電工程是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)事業(yè)，是一種復(fù)雜的多工種協(xié)同操作、多項(xiàng)技術(shù)交叉的綜合應(yīng)用學(xué)科。由于水利水電工程建設(shè)周期長(zhǎng)、一些隱蔽工程無法現(xiàn)場(chǎng)展示，學(xué)生在專業(yè)認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)中只能參觀卻無法通過實(shí)際操作來掌握其施工工藝[1]。因此，在高職教育實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)中遇到了學(xué)生“想看看不到、想做做不來、做了做不全”等難題。教育部《關(guān)于中央部門所屬高校深化教育教學(xué)改革的指導(dǎo)意見》指出：著力推進(jìn)信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合，建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，全面推進(jìn)信息化實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)建設(shè)，充分利用信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源開放共享，推進(jìn)以學(xué)生為中心的教與學(xué)方式方法變革[2]。虛擬仿真技術(shù)是繼多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之后又一門嶄新的技術(shù)，結(jié)合高校信息化教育教學(xué)改革開展水利水電工程虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)是克服高職實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)難題的一個(gè)重要途徑。

水利水電工程虛擬仿真在高職實(shí)踐教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)

高職教育是我國(guó)高等教育事業(yè)中一個(gè)特別重要的形式，為社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展輸送大量高技能人才，其更加側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力與專業(yè)技術(shù)應(yīng)用的能力。虛擬仿真技術(shù)是指應(yīng)用多媒體、人機(jī)交互、數(shù)據(jù)庫(kù)以及互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，通過現(xiàn)實(shí)與虛擬的結(jié)合，構(gòu)建逼真的實(shí)驗(yàn)環(huán)境及條件，使學(xué)生在虛擬環(huán)境中開展高效、安全且經(jīng)濟(jì)的實(shí)驗(yàn)[3]。水利水電工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，將把傳統(tǒng)教學(xué)、教學(xué)管理等環(huán)節(jié)與校園網(wǎng)絡(luò)相連接，借助計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)建一個(gè)“生動(dòng)有特色的水電工程仿真教學(xué)平臺(tái)”。該平臺(tái)將水利水電工程專業(yè)學(xué)生的各種校外實(shí)習(xí)轉(zhuǎn)化為虛擬工程模擬生產(chǎn)實(shí)習(xí)，通過對(duì)水利水電工程各部位的施工過程進(jìn)行模擬，讓學(xué)生感受到與施工現(xiàn)場(chǎng)一樣的效果[4]。這樣既保留了學(xué)校經(jīng)典的教學(xué)思想和傳統(tǒng)的教學(xué)方法，又可彌補(bǔ)學(xué)生不能直接參與工程施工與管理的問題，不但大大提高了教學(xué)效果，而且減輕了教師負(fù)擔(dān)，大大降低了學(xué)生工地實(shí)習(xí)的安全風(fēng)險(xiǎn)，真正做到強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，重視學(xué)生動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為主體的地位和“做中學(xué)”的教育教學(xué)思想[5-6]。

水利水電工程虛擬仿真技術(shù)在實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

緊密結(jié)合水利類專業(yè)實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院水利水電建筑工程專業(yè)在專業(yè)建設(shè)過程中將重點(diǎn)完成水利水電工程虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心的建設(shè)，并將水利水電工程虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用到實(shí)踐教學(xué)中。

1.建設(shè)思路

虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室的建設(shè)本著建成集“教、學(xué)、做”為一體的教學(xué)環(huán)境和專業(yè)綜合性實(shí)訓(xùn)基地的理念，從演示實(shí)踐教學(xué)、基本技能實(shí)訓(xùn)教學(xué)和項(xiàng)目綜合實(shí)訓(xùn)教學(xué)三個(gè)層面，為課程的實(shí)踐教學(xué)提供保障。

虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室需要符合以下要求。

（1）滿足專業(yè)與職業(yè)崗位對(duì)接的要求

高職教育以職業(yè)崗位為導(dǎo)向，為當(dāng)前社會(huì)培養(yǎng)高級(jí)技術(shù)應(yīng)用型專門人才。很多畢業(yè)生在校期間掌握了專業(yè)理論知識(shí)及實(shí)踐技能，進(jìn)入企業(yè)后由于不熟悉工程建設(shè)程序、關(guān)鍵施工技術(shù)及人員崗位職責(zé)等，還必須再接受企業(yè)的崗前培訓(xùn)，這為企業(yè)增加了負(fù)擔(dān)，給學(xué)生順利就業(yè)帶來了一定的壓力和難度。因此，水利水電工程虛擬仿真教學(xué)資源應(yīng)立足當(dāng)前學(xué)生短板，將專業(yè)課程知識(shí)與實(shí)際工作崗位相對(duì)接，校企合作共建教學(xué)資源。

（2）滿足專業(yè)綜合性實(shí)踐教學(xué)的要求

高職水利工程專業(yè)畢業(yè)生主要面向中小型水利水電工程施工、管理、監(jiān)理及設(shè)計(jì)等一線企業(yè)，要求學(xué)生具有一定的水利水電工程綜合性應(yīng)用技術(shù)。水利水電工程具有建設(shè)周期長(zhǎng)、建筑物形式多樣等特點(diǎn)，學(xué)生通過校外各種專業(yè)認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)不能全面了解其崗位和工程特點(diǎn)等，存在著“想看看不到，想做做不了”的困境。結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)，水利水電工程虛擬仿真需結(jié)合實(shí)際工程，切實(shí)提高學(xué)生的實(shí)際操作能力和分析解決問題的綜合能力，為社會(huì)培養(yǎng)高素質(zhì)技術(shù)人才。

（3）滿足教學(xué)互動(dòng)的要求

傳統(tǒng)課堂教學(xué)中，由于受到技術(shù)及設(shè)備的限制使工程項(xiàng)目工作場(chǎng)景往往難以生動(dòng)地表現(xiàn)出來，限制了學(xué)生對(duì)專業(yè)及課程更好地理解。虛擬終端操作環(huán)境應(yīng)接近生產(chǎn)實(shí)踐環(huán)境，解決水利工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)中的技術(shù)難題，通過虛擬仿真場(chǎng)景的理論與實(shí)際相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)教師與學(xué)生互動(dòng)、學(xué)生與虛擬場(chǎng)景之間的互動(dòng)，提升教學(xué)質(zhì)量，提高實(shí)訓(xùn)效率，幫助提高學(xué)生的實(shí)踐能力及職業(yè)意識(shí)，使學(xué)生盡早熟悉未來的工作環(huán)境。

2.建立虛擬仿真平臺(tái)

根據(jù)新形勢(shì)下高職水利工程專業(yè)學(xué)生的人才培養(yǎng)方式及學(xué)生特點(diǎn)，虛擬仿真平臺(tái)的搭建應(yīng)實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為中心的教學(xué)模式，為學(xué)生提供全時(shí)段、全方位的理論與教學(xué)實(shí)踐資源，為學(xué)校提供全新的“虛實(shí)結(jié)合”一體化教學(xué)模式，指導(dǎo)學(xué)生能夠綜合利用所學(xué)專業(yè)知識(shí)，在高校人才培養(yǎng)和企業(yè)人才需求中架設(shè)一座橋梁，為社會(huì)、為企業(yè)輸送合格的應(yīng)用型技術(shù)人才。結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)，水利工程虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的總體搭設(shè)框架可包含多媒體課堂、水工建筑物認(rèn)知、虛擬工程實(shí)訓(xùn)、考核評(píng)價(jià)等部分。

多媒體課堂：運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)制作生動(dòng)的二維動(dòng)畫、三維動(dòng)畫以及錄制典型水利工程影像視頻，制作生動(dòng)的多媒體教學(xué)資源，將水利工程專業(yè)課程轉(zhuǎn)化為虛擬生動(dòng)的教學(xué)實(shí)踐場(chǎng)景。

水工建筑物認(rèn)知：以實(shí)際水利工程為案例，緊密結(jié)合相關(guān)專業(yè)知識(shí)，通過現(xiàn)代虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)，真實(shí)再現(xiàn)水利工程施工場(chǎng)景及水工建筑結(jié)構(gòu)及布置，實(shí)現(xiàn)了無限制、全方面的認(rèn)知實(shí)習(xí)效果。

虛擬工程實(shí)訓(xùn)：以典型水利水電工程實(shí)際施工場(chǎng)景為基礎(chǔ)，緊密結(jié)合施工工藝，通過現(xiàn)代虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)，真實(shí)還原施工場(chǎng)景與方法，以工程施工過程單個(gè)節(jié)點(diǎn)為實(shí)訓(xùn)操作任務(wù)核心導(dǎo)向，通過人機(jī)互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生自主體驗(yàn)式學(xué)習(xí)，使理論與實(shí)踐相互結(jié)合。

考核評(píng)價(jià)：通過網(wǎng)絡(luò)接入在線考試服務(wù)器，接受學(xué)生客戶端請(qǐng)求進(jìn)行在線考試，為學(xué)員及教師提供教學(xué)效果驗(yàn)證、考核。

3.虛擬仿真技術(shù)在高職實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

以水利水電工程施工技術(shù)課程為例，該課程是水利類專業(yè)崗位群的一門專業(yè)課，是從事水利工程建設(shè)工作的必備知識(shí)與技能，是水利類專業(yè)學(xué)生勝任工作應(yīng)具備的核心技能。水工建筑物具有類型多樣和構(gòu)造復(fù)雜性，其技術(shù)方法和技術(shù)措施也具有多面性，且水利水電工程原型尺寸極大，采用室內(nèi)物理模型既耗時(shí)又耗材，且成本較高，不利于面向所有學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)。基于虛擬仿真技術(shù)的水利水電工程施工技術(shù)課程，包括水工建筑物識(shí)圖與構(gòu)造、虛擬項(xiàng)目施工以及虛擬項(xiàng)目運(yùn)行管理等專業(yè)內(nèi)容，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

（1）水工建筑物識(shí)圖與構(gòu)造

通過建立各個(gè)水利工程背景環(huán)境，采取漫游式、分角色、導(dǎo)航式虛擬運(yùn)行，以不同形式講解制圖識(shí)圖的基本構(gòu)造組成，通過對(duì)圖形知識(shí)的學(xué)習(xí)掌握水工建筑物的識(shí)讀，培養(yǎng)學(xué)生識(shí)讀水利工程專業(yè)圖的能力。通過3D圖形的對(duì)比形象地展現(xiàn)識(shí)圖模型、識(shí)圖結(jié)構(gòu)和識(shí)圖構(gòu)造，并配合語(yǔ)音文字及剖面動(dòng)畫的展示使學(xué)生更能直觀地對(duì)構(gòu)件構(gòu)造進(jìn)行深度理解。同時(shí)，教師搭配各種理論及交互類的考核內(nèi)容對(duì)學(xué)生的整體掌握情況有一個(gè)評(píng)估。

（2）虛擬項(xiàng)目施工

以典型實(shí)際水利工程項(xiàng)目為基礎(chǔ)，通過虛擬仿真技術(shù)，虛擬原始地物地貌及項(xiàng)目部，嚴(yán)格按照實(shí)際建設(shè)程序完成工程項(xiàng)目。虛擬項(xiàng)目部按照日常生產(chǎn)活動(dòng)，學(xué)生通過選擇扮演相應(yīng)角色，按照崗位職責(zé)、職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、業(yè)務(wù)流程、作業(yè)規(guī)范等完成虛擬工作任務(wù)直至工程結(jié)束。虛擬工程在不同的建設(shè)時(shí)期和建設(shè)階段，設(shè)置常見的施工技術(shù)、工程質(zhì)量及安全事故等問題，學(xué)生按照其崗位職責(zé)進(jìn)行處理，逐步學(xué)習(xí)直至完成整個(gè)工程。

（3）虛擬項(xiàng)目運(yùn)行管理

水利工程管理，主要是指對(duì)水利工程的管理，包括水利工程的運(yùn)行、維修及保護(hù)等相關(guān)工作[7]。虛擬項(xiàng)目運(yùn)行管理，包括運(yùn)行調(diào)度管理、養(yǎng)護(hù)維修、巡視監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。通過運(yùn)行管理，學(xué)生能夠模擬實(shí)際水利的調(diào)度管理，同時(shí)，對(duì)于后續(xù)水利工程如何進(jìn)行養(yǎng)護(hù)和維修能夠達(dá)到實(shí)景還原的效果，讓學(xué)生了解水利工程養(yǎng)護(hù)工作的重要性；設(shè)備巡視監(jiān)測(cè)可在各種水利工程建筑上設(shè)置巡視點(diǎn)，模擬突發(fā)情況，通過虛擬設(shè)備和數(shù)據(jù)，彌補(bǔ)學(xué)生不能親自參與工程建設(shè)與管理的問題，增強(qiáng)學(xué)生分析和解決實(shí)際工程問題的能力。

結(jié)語(yǔ)

在水利水電工程實(shí)踐教學(xué)中，由于水利水電工程施工及管理的復(fù)雜性以及受到各種環(huán)境及條件的限制，學(xué)生對(duì)水利水電工程的認(rèn)識(shí)會(huì)受到時(shí)間及空間條件的影響，增加了專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的難度。通過仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的搭建，可以實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為中心的教學(xué)模式，為學(xué)生提供全時(shí)段、全方位的理論與實(shí)踐學(xué)習(xí)資源，以填補(bǔ)水利職業(yè)院校學(xué)生信息化教學(xué)資源與實(shí)踐操作渠道資源的匱乏。這種教學(xué)實(shí)踐模式，可充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣及動(dòng)手實(shí)踐能力，幫助學(xué)生提升崗位核心競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí)，讓院校與企業(yè)在人才培養(yǎng)模式上實(shí)現(xiàn)雙向互助，促進(jìn)高職院校的可持續(xù)發(fā)展，為行業(yè)、企業(yè)培養(yǎng)高素質(zhì)的應(yīng)用技術(shù)型人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]李炎鋒、杜修力、紀(jì)金豹等：《土木類專業(yè)建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的探索與實(shí)踐》，《中國(guó)大學(xué)教學(xué)》2017年第9期，第82-85頁(yè)。

[2]教育部：《關(guān)于中央部門所屬高校深化教育教學(xué)改革的指導(dǎo)意見》，http：//www.moe.edu.cn/srcsite/A08/s7056/201607/t2016 0718_272133.html，2016-07-04。

[3]楊建華、姚池、劉成林等：《水利工程虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)探索》，《高等建筑教育》2017年第26卷第5期，第134-137頁(yè)。

[4]杜月林、黃剛、王峰：《建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)探索創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式》，《實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理》2015年第32卷第12期，第26-29頁(yè)。

[5]尹紅霞、王一新、簡(jiǎn)新平：《虛擬仿真系統(tǒng)在水電站教學(xué)中的應(yīng)用研究》，《高等建筑教育》2016年第25卷第2期，第171-173頁(yè)。

[6]王剛：《CDIO工程教育模式的解讀與思考》，《中國(guó)高教研究》2009年第5期，第86-87頁(yè)。

[7]買廷俊：《水利工程管理的現(xiàn)狀及發(fā)展建議》，《農(nóng)業(yè)開發(fā)與裝備》2015年第11期，第38頁(yè)。

作者單位：楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院陜西楊凌