温秀媛 陈良志 李家华
［摘 要］ 高职“港口工程”智能建造虚拟仿真教学平台建设，是在“双高计划”大背景下，专业群建设项目的推动下，信息化教学手段初步探索的产物。将BIM技术与港口工程专业课程教学需求相结合，建设一套完整的港口工程智能建造虚拟仿真教学平台。该平台包含重力式码头施工、高桩梁板码头施工、板桩码头施工、防波堤施工、航道整治施工5大系统，每个系统包含实验介绍、互动学习、课程考核、实验报告、个人中心、安全管理6个模块。该虚拟仿真教学平台具有场景化和沉浸感，有利于改革传统教学方法，活跃师生课堂互动，增设虚拟仿真实训练习，激发学生学习兴趣，培养新时代应用型人才。
［关 键 词］ 港口工程；虚拟仿真；专业群
［中图分类号］ G712 ［文献标志码］ A ［文章编号］ 2096-0603（2024）08-0098-04
一、引言
2019年，我校“水利水电建筑工程”专业群入选教育部“双高计划”中国特色高水平专业群建设项目。[1]其中“治河与航道工程技术”作为我校水利部优质水利建设专业，也是本次“水利水电建筑工程”专业群的专业之一。利用智慧化、信息化手段开展虚拟仿真教学是专业群建设的重要任务，开发建设专业虚拟仿真教学资源以及平台势在必行。[2]
二、“港口工程”智能建造虚拟仿真教学资源现状分析
2023年，教育部办公厅发布《关于加快推进现代职业教育体系建设改革重点任务的通知》指出：“职业教育虚拟仿真实训基地要有效运用虚拟现实、数字孪生等新一代信息技术，开发资源、升级设备、构建课程、组建团队，革新传统实训模式，有效服务专业实训和社会培训等。[3]”治河与航道工程技术专业作为“双高计划——水利水电建筑工程”专业群的专业之一，建设适合本专业学生培养方案和培养目标的虚拟仿真资源是建设任务的重要部分。
（一）现有教材存在的问题
“港口工程智能建造”课程是本校“治河与航道工程技术”专业的核心课程，教学计划安排64课时，4学分。课程的培养目标是通过本课程的学习，学生能熟悉行业施工规范，能识读施工图，计算相关工程量，并熟悉专业各分项工程的施工工艺和流程，能合理安排人、材、机等的使用，能粗略编制相关施工过程，熟悉施工技术规范、验收规范，并运用到指导施工、质量控制和验收上，具备现场施工组织、协调能力，并能进行施工组织设计编制等。[4]
目前现有的教材存在以下几个问题：
1.内容陈旧，更新速度慢
港口工程是一个不断发展和变化的领域，新的技术和理论不断涌现。然而，现有教材更新速度较慢，无法体现“四新”（新技术、新工艺、新材料、新设备）等最新的研究成果和行业发展动态。[5]
2.理论与实践脱节
大部分现有教材偏重于理论教学，忽视了实践应用。港口工程是一个实践性较强的学科，应该重视培养学生的实践能力，尤其着重培养专业知识+软件应用型人才。[6]
3.缺乏综合性教材
现有教材多是针对港口工程的某个具体专题或技术领域，缺乏全面系统的综合性教材。学生需要整体了解和掌握港口工程的各个方面，而现有教材无法提供全面的知识体系。
4.缺乏案例和实例
港口工程是一个实践性较强的学科，经典案例和实例的学习是培养学生实践能力和解决问题能力的重要途径。然而，现有教材缺乏真实案例和实例的引入，给学生的学习和应用能力培养带来一定困难。
（二）实践教学的特点和问题
“港口工程智能建造”课程，授课方式采用理论+实践的混合教学方式。当前教学中采用视频、图片、口述等教学方式激发学生的认知能力，再通过线下课程设计及专业实践来加强理论课的学习。这种相互脱节的理论学习、线下课程设计和专业实践的学习模式，其效果往往不尽如人意。[7]
1.港口工程实践教学的特点
实践性强：港口工程实践教学注重学生的动手能力和实际操作能力的培养，通过实际操作锻炼学生的技能和解决问题的能力。
综合性强：港口工程实践涉及多个学科领域，需要学生综合运用各种学科知识和技能，如土木工程、水文学、结构力学等。
现实性强：港口工程实践教学重视将学生的学习与实际工程项目结合起来，使学生能够在真实的工程环境中进行实践操作和解决实际问题。
2.港口工程实践教学的问题
资金和设备限制：港口工程实践教学通常需要大量的设备和场地，以及一定的经费投入。但是一些学校没有足够的资金和设备来支持港口工程实践教学的开展。
实践项目的选择和安排：港口工程实践教学需要选择合适的实践项目，实地观摩实践工程项目具有条件限制、经费约束、安全风险等特点，且往年参观学习的施工项目过后便不再适合再次观摩学习，并且学校缺乏相关的资源和经验。[8]
安全问题：港口工程实践教学涉及一些危险性较高的操作和操作环境，如破坏试验、现场勘测等。因此，学校需要重视学生的安全教育和操作规范，确保学生在实践过程中的安全。[8]
教师队伍建设：港口工程实践教学需要具有一定实践经验和专业知识的教师来指导学生。但是一些学校没有足够的教师队伍来支持港口工程实践教学，需要加强相关教师的培养和引进工作。
教学评价和反馈：港口工程实践教学的评价和反馈比较困难，因为实践项目存在多变和复杂的情况。如何对学生的实践过程和成果进行科学的评价和反馈是一个需要解决的问题。
三、“港口工程”智能建造虚拟仿真教学资源的优势
实践性强：虚拟仿真教学资源可以提供学生与真实工程操作相似的体验，让学生能够实际操作和模拟解决工程问题，增强实践能力与技能水平。
安全性高：港口工程通常存在复杂的环境和高风险的操作，虚拟仿真可以有效降低学生实际操作中的安全风险，避免事故的发生，提供一个安全的学习环境。
交互性与个性化：虚拟仿真教学资源可以根据不同学生的需求和进度进行个性化的设置与调整，提供互动性的学习体验，使学生能够更好地参与和理解。[9]
可视化效果好：通过虚拟仿真技术，港口工程中的复杂结构、设备和工艺可以以图像、模型等形式进行展示，帮助学生更直观地理解和掌握相关知识。
成本低廉与便捷性：通过虚拟仿真教学资源可以降低实际操作所需的成本与时间，因此可以在任何时间和地点进行学习，提高学习的灵活性与便捷性。
四、“港口工程”智能建造虚拟仿真教学平台建设思路
“港口工程—智能建造虚拟仿真教学平台”采用BIM建模技术、多媒体交互使用技术、虚拟场景技术、计算机仿真模拟技术和网络技术相结合的方式，构建三维虚拟施工场景。
按照“治河与航道工程技术”专业的人才培养方向，核心课程“港口工程智能建造”的教学大纲要求，分模块建设5种典型水工建筑物（重力式码头、高桩梁板码头、板桩码头、防波堤以及航道整治建筑物）的施工过程及逻辑顺序，以“搭积木的形式”实现施工过程的虚拟仿真模拟。同时，在三维虚拟施工场景中，针对每一个关键施工工序及流程，同步提示行业标准和施工注意事项，配套相关施工现场视频，并针对关键节点流程设置交互问答界面，使学生能够在虚拟仿真的环境下，掌握更多的专业技术要点，提高学习的积极性，增强专业课程学习的趣味性，并通过考核的机制激发学生学习的动力。
通过该平台的建设，计划为本专业不同年级学生开展“码头建筑物辨识实训”“航道整治建筑物辨识实训”“港口工程施工过程实训”等，提升学生的职业技能，提高实践教学的成效，有效地补充真实实训教学的局限性；与本专业口碑极强的企业开展合作，在专业和课程建设、教学改革与师资队伍建设、虚拟仿真教学基地建设以及学生创新创业与就业指导等开展多方合作和探讨。同时，与合作企业共建师资培养计划，从专业与课程开发能力、教学能力、实践能力等方面系统提升师资综合能力素质；以平台建设为依托，探索和学习教学平台的开发建设过程、后期运行及维护等全过程，积累平台开发经验；开展相应的软件着作权申报、新型教材编写、出版等工作；为合作企业提供“订单式”培训，实现学校人才培养和企业人才需求的对接；承办各类短期培训，对地方政府和企事业提供岗前培训、在职培训等，服务于地方经济。
五、“港口工程”智能建造虚拟仿真教学平台体系构建
在“双高计划”背景下，高职“港口工程”智能建造虚拟仿真教学平台以融合BIM建模技术、多媒体交互使用技术、虚拟场景技术、计算机仿真模拟技术和网络技术为基石，构建了一个多维度的学习环境。
通过构建三维虚拟施工场景，让学生在网页客户端按照不同类型港口水工建筑物的施工过程逻辑顺序，以“搭积木的形式”虚拟仿真的方式实施项目的施工过程，并且能在三维虚拟场景中通过交互界面的问答形式，使学生掌握施工工序的技术要点，能够学在其中，乐在其中，学到知识，培养兴趣，认识专业，提高自信，体会作为工程师的成就感。
（一）系统内容
平台根据港口水工建筑物类型区分，分为高桩梁板码头施工、重力式码头施工、板桩码头施工、防波堤施工、航道整治施工5大系统，模块划分见表1。
系统以网络客户端为平台，以学生为中心，开展虚拟仿真学习适应互联网信息化时代的实验教学改革，它能克服传统学习的弊端。系统模块采用B/S架构，在网页登录，主要包括账号、密码和验证码登录体系，注册机制以及专家通道。注册的用户需要填写个人基本信息，由系统管理员通过后才能登录。项目选择某典型高桩码头项目为案例，融合设计、施工过程的知识点学习，通过BIM建模技术、多媒体交互使用技术、虚拟场景技术、计算机仿真模拟技术和网络技术，基于实际工程案例，让学生在网页端了解港航工程的施工全过程的逻辑顺序。具体而言，不同结构类型系统所包含的主要学习内容见表2。
（二）系统架构
每个系统均包含5个模块，分别是实验介绍、互动学习、课程考核、实验报告、个人中心。
“实验介绍”重点描述应用工程的基本情况，如项目概况、项目背景等。“互动学习”是在三维场景中进行施工过程学习，并且配套三维图形和多媒体资料；点击每个构件，学习构件的基础知识、施工工艺流程以及相应施工技术要点等。“课程考核”是在互动学习之后对课程学习内容进行考核。系统内嵌题库，随机生成考核卷，并根据学生作答情况给出评分。“实验报告”是学生课程考核后，针对本次考核结果生成一份总体的实验报告，包括考核人员姓名、考核耗时、最终成绩以及评定优良等级，还可以统计学生多次学习的情况以及考核报告打印。“个人中心”是管理学生账号、绑定手机、修改密码。
六、总结与思考
综上所述，本论文以“双高计划”为背景，探讨了高职“港口工程”领域智能建造虚拟仿真教学平台的构建与应用。该平台整合了BIM建模技术、多媒体交互使用技术、虚拟场景技术、计算机仿真模拟技术和网络技术，为学生提供了一种全新的学习方式，以更生动、直观的方式展现港口工程的复杂性与多样性。通过系统模块的划分，学生能够在虚拟环境中体验高桩码头、重力式码头、板桩码头、防波堤和航道整治工程等不同类型项目的施工过程，从而加深对专业知识和实践的理解。然而，虚拟仿真教学平台仅是高职教育改革中的一小步。在未来，我们应进一步探索教育技术的融合，借助人工智能、大数据分析等技术，不断完善平台的教学内容和交互方式，以更好地满足学生的个性化学习需求。此外，平台的成功应用需要教育者的不断创新，培养能够灵活应对复杂工程问题的高素质专业人才。
最终，该虚拟仿真教学平台有望为高职“港口工程”领域的学生提供更加深入、实践性的学习机会，加速培养适应行业发展需要的专业人才，为我国港口工程领域的可持续发展做出积极贡献。然而，其成功应用需要持续的教育投入、技术创新和教学方法的优化，这也将成为高职教育改革的一个重要方向，值得我们共同关注和努力。
参考文献：
［1］财政部关于公布中国特色高水平高职学校和专业建设计划建设单位名单的通知［EB/OL］.（2019-12-13）［2024-01-11］.http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A07/moe_7 37/s3876_qt/201912/t20191213_411947.html.
［2］陈淑清.建筑工程虚拟仿真实训平台构建［J］.中国教育技术装备，2020（6）：56-57，62.
［3］教育部办公厅关于加快推进现代职业教育体系建设改革重点任务的通知［EB/OL］.（2023-07-17）［2024-01-14］.http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A07/zcs_zhgg/202307/ t20230717_1069319.html.
［4］高等职业学校港口航道与治河工程专业教学标准［EB/OL］.（2017-06-17）［2024-01-15］.http：//www.moe.gov.cn/s78/A07/zcs_ztzl/2017_zt06/17zt06_bznr/bznr_gzjx bz/gzjxbz_sldl/sldl_slgcygll/.
［5］苏德利.基于虚拟现实的建筑专业教学资源建设的研究［J］.辽宁高职学报，2017，19（5）：30-32.
［6］田林钢.我国水利行业BIM技术应用现状［J］.华北水利水电大学学报（社会科学版），2018，34（3）：20-23.
［7］付小莉.虚拟仿真技术在航道工程课程教学中的应用［J］.教育教学论坛，2020（31）：191-194.
［8］肖忠.BIM技术在高校虚拟仿真实验教学中的应用［J］.教育教学论坛，2022（11）：5-8.
［9］王怀才.中职现代农艺技术专业教学中信息化手段的应用［J］.甘肃教育，2022（2）：85-88.
◎编辑 尹 军
