楊平 鄭智敏 劉琛

摘 要：虛擬仿真實踐教學是指通過互聯(lián)網(wǎng)等創(chuàng)設(shè)虛擬教學環(huán)境，其模仿真實情境，主要是為開展設(shè)計、實踐、修改、運行等實踐活動或者為促進實踐而進行理論學習開展的教學活動。文章總結(jié)歸納虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于高職實踐教學的相關(guān)概念和優(yōu)勢，確定三維虛擬技術(shù)在道橋?qū)I(yè)施工實踐教學改革中的應(yīng)用樣式。通過虛擬現(xiàn)實和游戲化教學理論分析，提出高職道橋施工虛擬仿真實踐教學的設(shè)計原則、流程和方法。

關(guān)鍵詞：道橋施工：虛擬仿真實踐教學；高職教學；教學設(shè)計策略

中圖分類號：G712 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2019）02-0119-03

Abstract： Virtual simulation practice teaching refers to the teaching activities that create virtual teaching environment through the Internet and imitate real situation， and it is mainly for carrying out practical activities such as design， practice， modification and operation， or carrying out theoretical learning to promote practice. This paper summarizes the relevant concepts and advantages of virtual reality technology applied in practical teaching in higher vocational colleges， and determines the application style of three-dimensional virtual technology in the practical teaching reform of highway and bridge specialty construction. Based on the theory analysis of virtual reality and game teaching， the design principle， process and method of virtual simulation practice teaching for highway bridge construction in higher vocational colleges are put forward.

Keywords： road bridge construction； virtual simulation practice teaching； higher vocational education； teaching design strategy

道橋施工企業(yè)走綠色、安全、高效之路的理念已成為共識，而這一理念的實現(xiàn)離不開大量基礎(chǔ)扎實、工程素養(yǎng)高、實踐能力強的技術(shù)技能性人才。目前高職道橋?qū)I(yè)在開展施工技術(shù)實踐教學環(huán)節(jié)過程中遇到不少問題：（1）道橋施工場地作業(yè)面狹小、安全生產(chǎn)責任大、建設(shè)進度階段性強及周期性長（2～3年），在工地進行校外實踐教學難度大，現(xiàn)場實習只能接觸有限的專業(yè)過程與工藝環(huán)節(jié)；（2）道橋?qū)嵱栐O(shè)備構(gòu)造復(fù)雜、實訓資源消耗量大，實訓成本高；（3）道橋施工實訓設(shè)備體量大、實訓教學工位有限，需要分批次在校內(nèi)實訓場進行施工實訓，特別是高危險、大型復(fù)雜的實訓項目難以在校內(nèi)實訓場實施；（4）教學模式單一、實訓過程枯燥，分組考核實訓成果；（5）開放實訓場所時間有限，學生課外無法進行實踐操作。因而造成學生工程規(guī)范操作意識薄弱、動手能力差、缺乏施工全過程操作經(jīng)驗，進而使其對實際工程施工工藝的系統(tǒng)掌握和工程技術(shù)問題處理能力受到極大制約。因此，急需尋找一種新的教學形式來解決高職道橋?qū)I(yè)施工實踐教學環(huán)節(jié)的突出問題，以強化學生工程實踐能力的培養(yǎng)。

隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展，道橋施工正在接受這項技術(shù)的改造，尤其是高校實踐教學向著網(wǎng)絡(luò)化、智能化、互動化方向發(fā)展，這就為道橋?qū)I(yè)施工實踐教學環(huán)節(jié)改革提供了機遇。為此，積極推動信息化技術(shù)與教育教學深度融合，在專業(yè)實踐教學中使用計算機仿真教學、數(shù)字化實訓等技術(shù)，改革教學方法和手段，融“教、學、做”為一體，開展“綠色環(huán)保安全”虛擬仿真實踐教學活動，強化學生綜合職業(yè)能力的培養(yǎng)，彌補道橋?qū)I(yè)施工教學中實踐與理論脫節(jié)、安全、時間、空間及經(jīng)費等重大難題。

一、國內(nèi)外虛擬現(xiàn)實技術(shù)在高職院校實踐教學中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是20世紀80年代在美國率先提出來的，距今已有近40年的歷史，因此虛擬技術(shù)也在不斷的完善。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是將計算機技術(shù)、圖片處理技術(shù)、3D技術(shù)、遙感技術(shù)等有機融合在一起而形成的一項綜合技術(shù)，因此其能夠應(yīng)用到諸多的領(lǐng)域中去。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的開發(fā)建設(shè)將人機交互界面應(yīng)用到現(xiàn)實中去，使其不再成為一種設(shè)想，有利于推進智能化的時代的到來，同時也將一些數(shù)據(jù)進行可視化的處理。虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有豐富的感知功能、強烈的存在感、自然地交互感知、豐富的想象思維，將虛擬現(xiàn)實技術(shù)融入到教學中，能夠開創(chuàng)良好的學習環(huán)境，使學生能夠融入到生動、富有創(chuàng)造力和想象力的環(huán)境中，改變教學方式，改進學習內(nèi)容，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在高職實踐教學中應(yīng)用優(yōu)勢具體如下：

（一）改變教學方式

當前教師教學過程中存在課堂枯燥、學生學習效率低等問題，其主要原因是教師主導(dǎo)、教學模式比較單一，不能很好帶動課堂氣氛，導(dǎo)致學生學習積極性不高、專注度不夠，進而達不到教學目的，拉低了學習效率。由于傳統(tǒng)的教學方式多是以教師為主導(dǎo)，學生學習缺乏自主性，在學習的過程需要調(diào)動學生的思維，虛擬現(xiàn)實技術(shù)創(chuàng)設(shè)學習環(huán)境能夠調(diào)動學生的學習興趣和學習的自主性，教師對學生進行學習上的引導(dǎo)，學生積極參與到學習中去。

（二）改進學習內(nèi)容

虛擬現(xiàn)實技術(shù)的引進能夠根據(jù)實際情況調(diào)整學習內(nèi)容，知識技能點的學習也會更加專業(yè)，也注意思維的開發(fā)，虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠讓學生深入到知識中，在更為豐富的感官教育中獲得知識。

（三）改善學習環(huán)境

虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠使學生的學習不僅僅局限在實訓室，虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠擴大學生的學習空間，同時學生的學習時間也比較自由。學生的學習環(huán)境得到改善，虛擬現(xiàn)實技術(shù)使得一些資源共享，學生能夠通過合作分工共同完成目標。同時虛擬現(xiàn)實技術(shù)使得網(wǎng)上學習成為現(xiàn)實，遠程學習能夠為學生提供更多的學習機會，同時多樣化的課程資源能夠為學生提供更多的選擇機會，使得學生能夠充分的調(diào)動學習興趣，增加學習的積極性。

（四）完善實驗設(shè)施

虛擬現(xiàn)實技術(shù)的引進能夠使學生在學習理論知識的基礎(chǔ)上，對于一些操作難度較大、實驗設(shè)施要求較高的實訓采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠便于學生動手操作，而且能夠根據(jù)發(fā)展的需要及時調(diào)整，不斷培養(yǎng)鍛煉學生綜合能力。

二、高職道橋施工虛擬仿真實踐教學樣式

高職道橋施工虛擬仿真實踐教學樣式是根據(jù)學習目標和學習對象的特點，設(shè)計并提供足夠的游戲化項目供學生自由選擇，結(jié)合協(xié)作、探究、競爭、任務(wù)驅(qū)動等策略開展教學活動，通過教育游戲創(chuàng)設(shè)一種激勵的、情境的、或任務(wù)驅(qū)動的教學環(huán)境，學生在玩游戲中進行項目學習來達到教學目標。高職道橋施工虛擬仿真實踐教學從教學內(nèi)容處理、教學過程組織到教學評價的實施，凸顯生本教育理念，融情境教學、項目教學、差異教學等課堂教學策略于一體，具有鮮明的高職實訓特色。

（一）游戲進高職實踐教學的情境設(shè)計

高職道橋施工虛擬仿真實踐教學通過構(gòu)建多樣化的游戲項目，將知識與技能有機融入游戲項目中，用游戲?qū)⒅R與技能“包裹”起來，既滿足學生的游戲需求，又以游戲為誘因，以完整的游戲情境域（研商游戲一品玩游戲一挑戰(zhàn)游戲）貫穿學習活動的全過程，建構(gòu)微型游戲項目教學的基本樣式。這種始終如一的、連續(xù)的、遞進的、挑戰(zhàn)性的游戲情境使學生沉浸其中，階梯狀的、持續(xù)的游戲目標激勵引導(dǎo)著學生不斷達成教學目標。精心設(shè)計的系列游戲情境使高職道橋施工虛擬仿真實踐教學擺脫了單純的“玩”，突破了單一的知識、技能層面，持續(xù)地激發(fā)學生的思維。

（二）順應(yīng)高職學生積極學習的教學實施設(shè)計

高職道橋施工虛擬仿真實踐教學不求同步，也不再同調(diào)，引導(dǎo)學生自主學習和學生間合作探究性學習。教師提供不同類型、多梯度的多樣化微型游戲項目讓學生自由選擇，教師也會在課堂上提供微課視頻、QQ群小組討論、交互式仿真軟件、專題學習網(wǎng)站等多種類型的幫助方式，為不同學習風格學生的學習“保駕護航”。在教學實施過程中，教師改變學習時間的“統(tǒng)一步調(diào)”，甚至使教學實施跨越課堂的時間“邊界”，賦予學生足夠的學習靈活度。

（三）錯位評價賦予高職實踐教學新的評價方式

高職道橋施工虛擬仿真實踐教學采用錯位評價的方式，以激賞為根本出發(fā)點，變量化的知識點達成度評價為質(zhì)化的作品整體評價，通過滲透到“玩游戲”中的多方、多維評價，實現(xiàn)教學評價的“無形之境”，讓學生都體驗學習的樂趣，找到成功的感覺。

三、高職道橋施工虛擬仿真實踐教學的教學設(shè)計策略

（一）高職道橋施工虛擬仿真實踐教學的基本原則

1. 快樂性原則

注重學生的主體參與意識與參與過程，將學習內(nèi)容微型項目化，引用流行游戲開發(fā)引擎技術(shù)開發(fā)道橋施工虛擬仿真系統(tǒng)，學生以游戲的方式來學習，在游戲中學習知識、練就技能、鍛煉思維，通過學習滿足學生的個性化學習需求，讓學生享受到在知識、技能、情感等方面的成功喜悅。

2. 教育性原則

任何教學必須貫徹教育性原則，高職道橋施工虛擬仿真實踐教學的游戲項目本質(zhì)是一種教育游戲，需要將項目內(nèi)容與游戲主題關(guān)聯(lián)，將學習內(nèi)容變成游戲內(nèi)容或融入游戲環(huán)節(jié)，嵌套相應(yīng)的知識、技能、情感態(tài)度，以游戲方式直觀地加以檢測。

3. 科學性原則

高職道橋施工虛擬仿真實踐教學必須有效整合教學目標與游戲，學習內(nèi)容與游戲的融合不弱化游戲的娛樂性功能，兼顧到知識技能體系的相對完整，需要對微型游戲項目進行整體設(shè)計，遵循學生學習規(guī)律和專業(yè)特點。

4. 自主性原則

在高職道橋施工虛擬仿真實踐教學中，創(chuàng)設(shè)自主學習環(huán)境，為學生自主學習提供平臺，學生根據(jù)學習能力選擇不同類型游戲項目，并建立有效的學習監(jiān)控和評價機制，從而不斷提高學習的主動性和可控性。

（二）高職道橋施工虛擬仿真實踐教學的開發(fā)流程

1. 企業(yè)崗位能力調(diào)研

深入道橋施工企業(yè)調(diào)研，確定畢業(yè)生就業(yè)情況和崗位工作所需的主要知識和能力，厘清教學需求和重點?；诘罉?qū)I(yè)施工技術(shù)實踐教學需要，以高職學生的工作崗位所必需的工程知識和實踐能力為目標，以典型路橋項目為載體，按照分部分項工程劃分模塊，系統(tǒng)性分析和篩選知識和技能，提煉學習情境和具體內(nèi)容。

2. 微型游戲項目設(shè)計

教師所設(shè)計提供的微型項目要多樣化、分層次，從供給側(cè)角度滿足學生個性化學習。以一個連續(xù)的教學活動為項目教學周期，可以是1課時、2課時（2節(jié)連上）、4課時（4節(jié)連上）、結(jié)合識圖、施工技術(shù)、施工組織管理、工程質(zhì)量檢測等專業(yè)核心課程，將學習內(nèi)容按分項工程形成相當獨立的專業(yè)模塊，再將專業(yè)模塊分解為一個個微型虛擬仿真工程項目，通過在微型項目中融入相關(guān)的知識和技能負載，形成以微型項目為基本載體的學習單元。

充分挖掘微型項目的游戲元素，將微型項目內(nèi)容有機融入游戲中，使學習內(nèi)容變成游戲內(nèi)容或“溶解”于游戲環(huán)節(jié)。將項目學習目標體現(xiàn)在游戲?qū)W習中，以游戲的方式（如游戲闖關(guān)等形式）把需要達成的知識與技能等學習目標設(shè)置成一個個關(guān)卡，這種以闖關(guān)為主要形式的游戲規(guī)則自然就是完成一關(guān)的任務(wù)后才能進入下一關(guān)。這種微型項目的游戲化以探究為主要形式，以游戲統(tǒng)領(lǐng)學習活動，變原先單一的任務(wù)驅(qū)動、項目驅(qū)動為游戲，并在學生自主選擇游戲等級方式實現(xiàn)學生學習的自主分層，教師則通過設(shè)置“錦囊”“寶盒”等方式輔助學生闖關(guān)。

3. 道橋施工虛擬仿真教學系統(tǒng)開發(fā)

道橋施工虛擬仿真教學系統(tǒng)以Unity3D技術(shù)為依托，綜合路橋行業(yè)規(guī)范、貫穿教學重難點、實現(xiàn)路橋施工場景仿真模擬及工藝流程動態(tài)演示、人機交互式操作、成果實現(xiàn)智能考評。以真實路橋施工場景作為大環(huán)境，實訓操作任務(wù)內(nèi)容以典型路橋工程施工過程單個節(jié)點為核心導(dǎo)向，選擇典型路橋工程項目、類型、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、尺寸及工程施工布置方式等基礎(chǔ)資料，開發(fā)道橋施工工藝虛擬仿真教學軟件。學生可在任何時間、任何地點通過校園網(wǎng)訪問該虛擬仿真教學軟件，以第一人稱視角體驗全三維工程仿真環(huán)境，可全方位、隨人意地展示工程全貌、內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)造及建造全過程。課前，在實現(xiàn)多項信息化教學資源任意調(diào)用的基礎(chǔ)上，方便學生提供系統(tǒng)化的技能知識點串聯(lián)和預(yù)習；課上，學生通過操作虛擬人物，實現(xiàn)在虛擬施工場景中的人機交互教學和漫游體驗，學生在游戲式體驗中掌握知識要領(lǐng)和崗位專業(yè)技能；課下為學生提供天候的校內(nèi)實踐操作機會，及時鞏固知識，實現(xiàn)單人訓練、多人競賽和互動交流，提高學生學習的積極性，通過數(shù)據(jù)庫技術(shù)跟蹤學生學習軌跡，實現(xiàn)學生知識點掌握情況的統(tǒng)計與分析，提高教學評價的科學性。

4. 高職道橋施工虛擬仿真實踐教學模式構(gòu)建

高職道橋施工虛擬仿真實踐教學創(chuàng)造積極學習的教學條件，課程教學團隊協(xié)作合作完成教學內(nèi)容的細化，確定多類型、多梯度的多樣化微型游戲項目，建設(shè)動畫、視頻、教義、ppt、微課等課程資源，讓學生主動利用道橋施工虛擬仿真教學系統(tǒng)闖關(guān)學習。課前學習，學生接受任務(wù)，通過課程資源和VR場景自主討論學習相關(guān)內(nèi)容，通過qq群、教學系統(tǒng)與老師在線交流，并完成測試題。老師根據(jù)互動和測試情況，及時確定上課需要解決的知識點和技能點。課堂學習，根據(jù)學生課前預(yù)習測試結(jié)果和課上抽查結(jié)果，講解重點難點問題。學生利用虛擬仿真教學系統(tǒng)進行體驗式學習，老師根據(jù)課前測試記錄、闖關(guān)情況、匿名反饋記錄，對學生出錯較多的任務(wù)進行重點解析。課后學習，學生完成拓展練習，借助虛擬仿真教學系統(tǒng)進一步鞏固和加深對知識、技能的理解，與老師、同學在線交流未解決或疑惑的問題。

5. 高職道橋施工虛擬仿真實踐教學評價方式設(shè)計

高職道橋施工虛擬仿真實踐教學采用項目合格證書評價方式。評價方式可以根據(jù)學生通關(guān)學習的表現(xiàn)、闖關(guān)成績、累計學生個體學習狀態(tài)和積分，每個學生通過項目學習都能獲得屬于自己的項目合格證書，利用虛擬仿真教學系統(tǒng)學生學習過程數(shù)據(jù)進行個體學習分析，學生不斷修正自己的學習方式，促進學生綜合能力提升。

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