溫秀媛 陳良志 李家華

［摘? ? ? ? ? ?要］? 高職“港口工程”智能建造虛擬仿真教學平臺建設(shè)，是在“雙高計劃”大背景下，專業(yè)群建設(shè)項目的推動下，信息化教學手段初步探索的產(chǎn)物。將BIM技術(shù)與港口工程專業(yè)課程教學需求相結(jié)合，建設(shè)一套完整的港口工程智能建造虛擬仿真教學平臺。該平臺包含重力式碼頭施工、高樁梁板碼頭施工、板樁碼頭施工、防波堤施工、航道整治施工5大系統(tǒng)，每個系統(tǒng)包含實驗介紹、互動學習、課程考核、實驗報告、個人中心、安全管理6個模塊。該虛擬仿真教學平臺具有場景化和沉浸感，有利于改革傳統(tǒng)教學方法，活躍師生課堂互動，增設(shè)虛擬仿真實訓練習，激發(fā)學生學習興趣，培養(yǎng)新時代應用型人才。

［關(guān)? ? 鍵? ?詞］? 港口工程；虛擬仿真；專業(yè)群

［中圖分類號］? G712? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ［文獻標志碼］? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ［文章編號］? 2096-0603（2024）08-0098-04

一、引言

2019年，我?！八娊ㄖこ獭睂I(yè)群入選教育部“雙高計劃”中國特色高水平專業(yè)群建設(shè)項目。[1]其中“治河與航道工程技術(shù)”作為我校水利部優(yōu)質(zhì)水利建設(shè)專業(yè)，也是本次“水利水電建筑工程”專業(yè)群的專業(yè)之一。利用智慧化、信息化手段開展虛擬仿真教學是專業(yè)群建設(shè)的重要任務，開發(fā)建設(shè)專業(yè)虛擬仿真教學資源以及平臺勢在必行。[2]

二、“港口工程”智能建造虛擬仿真教學資源現(xiàn)狀分析

2023年，教育部辦公廳發(fā)布《關(guān)于加快推進現(xiàn)代職業(yè)教育體系建設(shè)改革重點任務的通知》指出：“職業(yè)教育虛擬仿真實訓基地要有效運用虛擬現(xiàn)實、數(shù)字孿生等新一代信息技術(shù)，開發(fā)資源、升級設(shè)備、構(gòu)建課程、組建團隊，革新傳統(tǒng)實訓模式，有效服務專業(yè)實訓和社會培訓等。[3]”治河與航道工程技術(shù)專業(yè)作為“雙高計劃——水利水電建筑工程”專業(yè)群的專業(yè)之一，建設(shè)適合本專業(yè)學生培養(yǎng)方案和培養(yǎng)目標的虛擬仿真資源是建設(shè)任務的重要部分。

（一）現(xiàn)有教材存在的問題

“港口工程智能建造”課程是本校“治河與航道工程技術(shù)”專業(yè)的核心課程，教學計劃安排64課時，4學分。課程的培養(yǎng)目標是通過本課程的學習，學生能熟悉行業(yè)施工規(guī)范，能識讀施工圖，計算相關(guān)工程量，并熟悉專業(yè)各分項工程的施工工藝和流程，能合理安排人、材、機等的使用，能粗略編制相關(guān)施工過程，熟悉施工技術(shù)規(guī)范、驗收規(guī)范，并運用到指導施工、質(zhì)量控制和驗收上，具備現(xiàn)場施工組織、協(xié)調(diào)能力，并能進行施工組織設(shè)計編制等。[4]

目前現(xiàn)有的教材存在以下幾個問題：

1.內(nèi)容陳舊，更新速度慢

港口工程是一個不斷發(fā)展和變化的領(lǐng)域，新的技術(shù)和理論不斷涌現(xiàn)。然而，現(xiàn)有教材更新速度較慢，無法體現(xiàn)“四新”（新技術(shù)、新工藝、新材料、新設(shè)備）等最新的研究成果和行業(yè)發(fā)展動態(tài)。[5]

2.理論與實踐脫節(jié)

大部分現(xiàn)有教材偏重于理論教學，忽視了實踐應用。港口工程是一個實踐性較強的學科，應該重視培養(yǎng)學生的實踐能力，尤其著重培養(yǎng)專業(yè)知識+軟件應用型人才。[6]

3.缺乏綜合性教材

現(xiàn)有教材多是針對港口工程的某個具體專題或技術(shù)領(lǐng)域，缺乏全面系統(tǒng)的綜合性教材。學生需要整體了解和掌握港口工程的各個方面，而現(xiàn)有教材無法提供全面的知識體系。

4.缺乏案例和實例

港口工程是一個實踐性較強的學科，經(jīng)典案例和實例的學習是培養(yǎng)學生實踐能力和解決問題能力的重要途徑。然而，現(xiàn)有教材缺乏真實案例和實例的引入，給學生的學習和應用能力培養(yǎng)帶來一定困難。

（二）實踐教學的特點和問題

“港口工程智能建造”課程，授課方式采用理論+實踐的混合教學方式。當前教學中采用視頻、圖片、口述等教學方式激發(fā)學生的認知能力，再通過線下課程設(shè)計及專業(yè)實踐來加強理論課的學習。這種相互脫節(jié)的理論學習、線下課程設(shè)計和專業(yè)實踐的學習模式，其效果往往不盡如人意。[7]

1.港口工程實踐教學的特點

實踐性強：港口工程實踐教學注重學生的動手能力和實際操作能力的培養(yǎng)，通過實際操作鍛煉學生的技能和解決問題的能力。

綜合性強：港口工程實踐涉及多個學科領(lǐng)域，需要學生綜合運用各種學科知識和技能，如土木工程、水文學、結(jié)構(gòu)力學等。

現(xiàn)實性強：港口工程實踐教學重視將學生的學習與實際工程項目結(jié)合起來，使學生能夠在真實的工程環(huán)境中進行實踐操作和解決實際問題。

2.港口工程實踐教學的問題

資金和設(shè)備限制：港口工程實踐教學通常需要大量的設(shè)備和場地，以及一定的經(jīng)費投入。但是一些學校沒有足夠的資金和設(shè)備來支持港口工程實踐教學的開展。

實踐項目的選擇和安排：港口工程實踐教學需要選擇合適的實踐項目，實地觀摩實踐工程項目具有條件限制、經(jīng)費約束、安全風險等特點，且往年參觀學習的施工項目過后便不再適合再次觀摩學習，并且學校缺乏相關(guān)的資源和經(jīng)驗。[8]

安全問題：港口工程實踐教學涉及一些危險性較高的操作和操作環(huán)境，如破壞試驗、現(xiàn)場勘測等。因此，學校需要重視學生的安全教育和操作規(guī)范，確保學生在實踐過程中的安全。[8]

教師隊伍建設(shè)：港口工程實踐教學需要具有一定實踐經(jīng)驗和專業(yè)知識的教師來指導學生。但是一些學校沒有足夠的教師隊伍來支持港口工程實踐教學，需要加強相關(guān)教師的培養(yǎng)和引進工作。

教學評價和反饋：港口工程實踐教學的評價和反饋比較困難，因為實踐項目存在多變和復雜的情況。如何對學生的實踐過程和成果進行科學的評價和反饋是一個需要解決的問題。

三、“港口工程”智能建造虛擬仿真教學資源的優(yōu)勢

實踐性強：虛擬仿真教學資源可以提供學生與真實工程操作相似的體驗，讓學生能夠?qū)嶋H操作和模擬解決工程問題，增強實踐能力與技能水平。

安全性高：港口工程通常存在復雜的環(huán)境和高風險的操作，虛擬仿真可以有效降低學生實際操作中的安全風險，避免事故的發(fā)生，提供一個安全的學習環(huán)境。

交互性與個性化：虛擬仿真教學資源可以根據(jù)不同學生的需求和進度進行個性化的設(shè)置與調(diào)整，提供互動性的學習體驗，使學生能夠更好地參與和理解。[9]

可視化效果好：通過虛擬仿真技術(shù)，港口工程中的復雜結(jié)構(gòu)、設(shè)備和工藝可以以圖像、模型等形式進行展示，幫助學生更直觀地理解和掌握相關(guān)知識。

成本低廉與便捷性：通過虛擬仿真教學資源可以降低實際操作所需的成本與時間，因此可以在任何時間和地點進行學習，提高學習的靈活性與便捷性。

四、“港口工程”智能建造虛擬仿真教學平臺建設(shè)思路

“港口工程—智能建造虛擬仿真教學平臺”采用BIM建模技術(shù)、多媒體交互使用技術(shù)、虛擬場景技術(shù)、計算機仿真模擬技術(shù)和網(wǎng)絡技術(shù)相結(jié)合的方式，構(gòu)建三維虛擬施工場景。

按照“治河與航道工程技術(shù)”專業(yè)的人才培養(yǎng)方向，核心課程“港口工程智能建造”的教學大綱要求，分模塊建設(shè)5種典型水工建筑物（重力式碼頭、高樁梁板碼頭、板樁碼頭、防波堤以及航道整治建筑物）的施工過程及邏輯順序，以“搭積木的形式”實現(xiàn)施工過程的虛擬仿真模擬。同時，在三維虛擬施工場景中，針對每一個關(guān)鍵施工工序及流程，同步提示行業(yè)標準和施工注意事項，配套相關(guān)施工現(xiàn)場視頻，并針對關(guān)鍵節(jié)點流程設(shè)置交互問答界面，使學生能夠在虛擬仿真的環(huán)境下，掌握更多的專業(yè)技術(shù)要點，提高學習的積極性，增強專業(yè)課程學習的趣味性，并通過考核的機制激發(fā)學生學習的動力。

通過該平臺的建設(shè)，計劃為本專業(yè)不同年級學生開展“碼頭建筑物辨識實訓”“航道整治建筑物辨識實訓”“港口工程施工過程實訓”等，提升學生的職業(yè)技能，提高實踐教學的成效，有效地補充真實實訓教學的局限性；與本專業(yè)口碑極強的企業(yè)開展合作，在專業(yè)和課程建設(shè)、教學改革與師資隊伍建設(shè)、虛擬仿真教學基地建設(shè)以及學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)與就業(yè)指導等開展多方合作和探討。同時，與合作企業(yè)共建師資培養(yǎng)計劃，從專業(yè)與課程開發(fā)能力、教學能力、實踐能力等方面系統(tǒng)提升師資綜合能力素質(zhì)；以平臺建設(shè)為依托，探索和學習教學平臺的開發(fā)建設(shè)過程、后期運行及維護等全過程，積累平臺開發(fā)經(jīng)驗；開展相應的軟件著作權(quán)申報、新型教材編寫、出版等工作；為合作企業(yè)提供“訂單式”培訓，實現(xiàn)學校人才培養(yǎng)和企業(yè)人才需求的對接；承辦各類短期培訓，對地方政府和企事業(yè)提供崗前培訓、在職培訓等，服務于地方經(jīng)濟。

五、“港口工程”智能建造虛擬仿真教學平臺體系構(gòu)建

在“雙高計劃”背景下，高職“港口工程”智能建造虛擬仿真教學平臺以融合BIM建模技術(shù)、多媒體交互使用技術(shù)、虛擬場景技術(shù)、計算機仿真模擬技術(shù)和網(wǎng)絡技術(shù)為基石，構(gòu)建了一個多維度的學習環(huán)境。

通過構(gòu)建三維虛擬施工場景，讓學生在網(wǎng)頁客戶端按照不同類型港口水工建筑物的施工過程邏輯順序，以“搭積木的形式”虛擬仿真的方式實施項目的施工過程，并且能在三維虛擬場景中通過交互界面的問答形式，使學生掌握施工工序的技術(shù)要點，能夠?qū)W在其中，樂在其中，學到知識，培養(yǎng)興趣，認識專業(yè)，提高自信，體會作為工程師的成就感。

（一）系統(tǒng)內(nèi)容

平臺根據(jù)港口水工建筑物類型區(qū)分，分為高樁梁板碼頭施工、重力式碼頭施工、板樁碼頭施工、防波堤施工、航道整治施工5大系統(tǒng)，模塊劃分見表1。

系統(tǒng)以網(wǎng)絡客戶端為平臺，以學生為中心，開展虛擬仿真學習適應互聯(lián)網(wǎng)信息化時代的實驗教學改革，它能克服傳統(tǒng)學習的弊端。系統(tǒng)模塊采用B/S架構(gòu)，在網(wǎng)頁登錄，主要包括賬號、密碼和驗證碼登錄體系，注冊機制以及專家通道。注冊的用戶需要填寫個人基本信息，由系統(tǒng)管理員通過后才能登錄。項目選擇某典型高樁碼頭項目為案例，融合設(shè)計、施工過程的知識點學習，通過BIM建模技術(shù)、多媒體交互使用技術(shù)、虛擬場景技術(shù)、計算機仿真模擬技術(shù)和網(wǎng)絡技術(shù)，基于實際工程案例，讓學生在網(wǎng)頁端了解港航工程的施工全過程的邏輯順序。具體而言，不同結(jié)構(gòu)類型系統(tǒng)所包含的主要學習內(nèi)容見表2。

（二）系統(tǒng)架構(gòu)

每個系統(tǒng)均包含5個模塊，分別是實驗介紹、互動學習、課程考核、實驗報告、個人中心。

“實驗介紹”重點描述應用工程的基本情況，如項目概況、項目背景等。“互動學習”是在三維場景中進行施工過程學習，并且配套三維圖形和多媒體資料；點擊每個構(gòu)件，學習構(gòu)件的基礎(chǔ)知識、施工工藝流程以及相應施工技術(shù)要點等。“課程考核”是在互動學習之后對課程學習內(nèi)容進行考核。系統(tǒng)內(nèi)嵌題庫，隨機生成考核卷，并根據(jù)學生作答情況給出評分。“實驗報告”是學生課程考核后，針對本次考核結(jié)果生成一份總體的實驗報告，包括考核人員姓名、考核耗時、最終成績以及評定優(yōu)良等級，還可以統(tǒng)計學生多次學習的情況以及考核報告打印?！皞€人中心”是管理學生賬號、綁定手機、修改密碼。

六、總結(jié)與思考

綜上所述，本論文以“雙高計劃”為背景，探討了高職“港口工程”領(lǐng)域智能建造虛擬仿真教學平臺的構(gòu)建與應用。該平臺整合了BIM建模技術(shù)、多媒體交互使用技術(shù)、虛擬場景技術(shù)、計算機仿真模擬技術(shù)和網(wǎng)絡技術(shù)，為學生提供了一種全新的學習方式，以更生動、直觀的方式展現(xiàn)港口工程的復雜性與多樣性。通過系統(tǒng)模塊的劃分，學生能夠在虛擬環(huán)境中體驗高樁碼頭、重力式碼頭、板樁碼頭、防波堤和航道整治工程等不同類型項目的施工過程，從而加深對專業(yè)知識和實踐的理解。然而，虛擬仿真教學平臺僅是高職教育改革中的一小步。在未來，我們應進一步探索教育技術(shù)的融合，借助人工智能、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，不斷完善平臺的教學內(nèi)容和交互方式，以更好地滿足學生的個性化學習需求。此外，平臺的成功應用需要教育者的不斷創(chuàng)新，培養(yǎng)能夠靈活應對復雜工程問題的高素質(zhì)專業(yè)人才。

最終，該虛擬仿真教學平臺有望為高職“港口工程”領(lǐng)域的學生提供更加深入、實踐性的學習機會，加速培養(yǎng)適應行業(yè)發(fā)展需要的專業(yè)人才，為我國港口工程領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展做出積極貢獻。然而，其成功應用需要持續(xù)的教育投入、技術(shù)創(chuàng)新和教學方法的優(yōu)化，這也將成為高職教育改革的一個重要方向，值得我們共同關(guān)注和努力。

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◎編輯 尹 軍