文/王曉琳 艾建杰 王戈 王丹丹 田斌（.西南科技大學(xué)城市學(xué)院；.北京睿格致科技有限公司）

一、道橋?qū)I(yè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的建設(shè)背景

（一）國(guó)家政策背景

為深入貫徹習(xí)近平新時(shí)代中國(guó)特色社會(huì)主義思想、黨的十九大精神以及全國(guó)教育大會(huì)精神，以提高人才培養(yǎng)質(zhì)量為核心，加快形成高水平人才培養(yǎng)體系。2019年教育部啟動(dòng)一流本科專業(yè)雙萬(wàn)計(jì)劃，明確虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)一流課程的建設(shè)是解決真實(shí)實(shí)驗(yàn)條件不具備或?qū)嶋H運(yùn)行困難，涉及高?；驑O端環(huán)境，高成本、高消耗、不可逆操作、大型綜合訓(xùn)練等問(wèn)題。國(guó)家計(jì)劃完成1500門左右虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)一流課程認(rèn)定，形成專業(yè)布局合理、教學(xué)效果優(yōu)良、開(kāi)放共享有效的高等教育信息化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。

（二）道橋行業(yè)人才就業(yè)供需差異

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，道橋工程行業(yè)對(duì)人才質(zhì)量要求越來(lái)越高，具備扎實(shí)專業(yè)知識(shí)能力的同時(shí)，還要具備應(yīng)對(duì)國(guó)際工程項(xiàng)目的技術(shù)能力與管理水平，但當(dāng)前道橋?qū)I(yè)人才培養(yǎng)與行業(yè)實(shí)際需求是存在差距的，針對(duì)應(yīng)屆畢業(yè)生群體對(duì)用人單位調(diào)研，數(shù)據(jù)結(jié)果顯示出很多問(wèn)題，如圖1-2所示。

圖1 畢業(yè)生應(yīng)具備的重要能力統(tǒng)計(jì)調(diào)查結(jié)果

分析上述調(diào)查結(jié)果的原因，主要有以下幾個(gè)方面：

1.學(xué)生社會(huì)適應(yīng)能力的培養(yǎng)與提升有待進(jìn)一步加強(qiáng)

目前高校側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)技能，忽視社會(huì)能力培養(yǎng)。學(xué)生在面對(duì)競(jìng)爭(zhēng)激烈、復(fù)雜多變、就業(yè)壓力大的社會(huì)環(huán)境中無(wú)法以良好狀態(tài)快速進(jìn)入社會(huì)。

2.傳統(tǒng)教學(xué)存在較多弊端

傳統(tǒng)教學(xué)普遍存在重理論輕實(shí)踐現(xiàn)象，學(xué)生對(duì)工程實(shí)體、工作環(huán)境及工作崗位認(rèn)知不足，另外隨著基建行業(yè)的快速發(fā)展，新技術(shù)、新材料、新設(shè)備、新工法層出不窮，高校在教學(xué)內(nèi)容、專業(yè)設(shè)置方面與行業(yè)實(shí)際情況有差異，所培養(yǎng)的專業(yè)人才與崗位需求不匹配。道橋?qū)I(yè)實(shí)踐教學(xué)具有高成本、高消耗、難度大、局限大、學(xué)位有限、高危險(xiǎn)性等特點(diǎn)，從而造成學(xué)生工程規(guī)范操作意識(shí)薄弱、動(dòng)手能力差、缺乏施工全過(guò)程操作經(jīng)驗(yàn)，制約學(xué)生系統(tǒng)地掌握實(shí)際工程施工工藝和處理工程技術(shù)問(wèn)題能力。

（三）虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)的優(yōu)勢(shì)

隨著信息技術(shù)的日新月異，虛擬仿真技術(shù)已在全國(guó)高校及科研部門得到應(yīng)用和推廣，適應(yīng)新興產(chǎn)業(yè)、新時(shí)代經(jīng)濟(jì)需求，助力創(chuàng)新型人才培養(yǎng)。結(jié)合目前虛擬仿真在實(shí)踐教學(xué)應(yīng)用中的現(xiàn)狀，其主要優(yōu)勢(shì)如下：

（1）成本較低：實(shí)驗(yàn)不消耗器材、不受場(chǎng)地限制、可重復(fù)性操作。

（2）實(shí)驗(yàn)完成多樣：復(fù)雜、危險(xiǎn)性、極端破壞性、較長(zhǎng)周期性等實(shí)驗(yàn)均能完成。

（3）教學(xué)效果良好：教學(xué)內(nèi)容完成過(guò)程帶有逼真、立體屬性，趣味性較強(qiáng)，能夠吸引學(xué)生自主學(xué)習(xí)，注意力集中的時(shí)間也比較長(zhǎng)。

（4）實(shí)踐教學(xué)效率較高：學(xué)生通過(guò)虛擬仿真實(shí)踐可以快速掌握教學(xué)內(nèi)容和目標(biāo)，資源更新率較高。

二、道橋?qū)I(yè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)建設(shè)的基本思路

我校道橋?qū)I(yè)人才培養(yǎng)側(cè)重施工、檢測(cè)、管理崗位，如何將課堂理論向?qū)嵺`轉(zhuǎn)化是培養(yǎng)的難點(diǎn)，目前主要是通過(guò)校內(nèi)實(shí)訓(xùn)基地、校外實(shí)踐基地采用參觀實(shí)踐的模式完成實(shí)踐學(xué)時(shí)學(xué)習(xí)，但是僅解決學(xué)生對(duì)道橋?qū)嵨锏母泄僬J(rèn)知，無(wú)法達(dá)到生產(chǎn)實(shí)踐環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)需求，道橋?qū)I(yè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的建設(shè)旨在形成以虛促實(shí)、虛實(shí)結(jié)合的開(kāi)放性試驗(yàn)教學(xué)，培養(yǎng)具有創(chuàng)新性的道橋?qū)I(yè)人才。

（一）虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)

我校道橋?qū)I(yè)建設(shè)有工程識(shí)圖與繪圖實(shí)訓(xùn)室、道路建筑材料實(shí)驗(yàn)室、土工實(shí)驗(yàn)室、混凝土實(shí)訓(xùn)基地、校內(nèi)測(cè)量實(shí)訓(xùn)基地、信息化與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室以及6個(gè)校外實(shí)踐實(shí)訓(xùn)基地，已能基本滿足道橋?qū)I(yè)基礎(chǔ)性課程的課程設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、識(shí)圖與繪圖技訓(xùn)、測(cè)量技訓(xùn)等教學(xué)。但是對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)道橋工程復(fù)雜性構(gòu)造物識(shí)讀與繪制、設(shè)計(jì)、關(guān)鍵性施工工序等能力的培養(yǎng)只是“紙上談兵”，無(wú)法有效將理論轉(zhuǎn)化為實(shí)踐。圍繞道橋?qū)I(yè)基礎(chǔ)課程及實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)等環(huán)節(jié)，學(xué)校與“產(chǎn)教融合、協(xié)同育人”合作單位建設(shè)道路工程三維仿真系統(tǒng)、橋梁工程三維仿真系統(tǒng)、BIM專項(xiàng)技能實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。

1.道路工程三維仿真系統(tǒng)

基于《路基路面工程》《道路建筑材料》等相關(guān)課程，以實(shí)際道路工程為背景，開(kāi)發(fā)解決道路工程中各種施工環(huán)節(jié)及工藝工法重點(diǎn)難點(diǎn)的教學(xué)互動(dòng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)分別從路基工程、路面工程、附屬工程三個(gè)知識(shí)模塊設(shè)置4D微課、3D仿真實(shí)訓(xùn)互動(dòng)、資源庫(kù)。4D微課從人物材料機(jī)具入手，力爭(zhēng)給學(xué)生還原一個(gè)最真實(shí)的施工場(chǎng)景，如圖3所示。

圖3 普通混凝土路面施工場(chǎng)景

2.橋梁工程三維仿真系統(tǒng)

基于《橋梁工程施工》等相關(guān)課程，以實(shí)際橋梁工程為背景開(kāi)發(fā)橋梁工程中各種施工環(huán)節(jié)及工藝工法重點(diǎn)難點(diǎn)的教學(xué)互動(dòng)系統(tǒng)。開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)T梁橋、懸索橋、斜拉橋、拱橋等全部類型橋梁施工工藝展現(xiàn)界面，涵蓋蓋梁施工、梁拱組合橋施工、索塔施工、掛籃施工等橋梁工程上涉及的常見(jiàn)的施工工藝工法，類似道路工程仿真系統(tǒng)，特別設(shè)置構(gòu)件認(rèn)知、場(chǎng)景漫游等模塊全面深化提升學(xué)生識(shí)圖能力。（如圖4-5所示）

圖4 橋梁施工場(chǎng)景

3.BIM專項(xiàng)技能實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)

順應(yīng)行業(yè)發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生將理論知識(shí)轉(zhuǎn)化分析問(wèn)題、解決實(shí)際問(wèn)題的能力。在道橋施工技術(shù)課程基礎(chǔ)上加入BIM動(dòng)畫模擬應(yīng)用環(huán)節(jié)，將理論與實(shí)踐結(jié)合，注重考核與實(shí)戰(zhàn)，檢驗(yàn)學(xué)生道橋施工技術(shù)相關(guān)專業(yè)能力。開(kāi)發(fā)道橋BIM虛擬施工模擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，虛擬施工系統(tǒng)參照各施工手冊(cè)、規(guī)范、文獻(xiàn)及圖紙等，進(jìn)行模擬施工，還原真實(shí)施工現(xiàn)場(chǎng)下相關(guān)工藝施工過(guò)程，并以視頻形式進(jìn)行成果輸出，如圖6所示。

圖2 畢業(yè)生在實(shí)際工作中主要存在的問(wèn)題

（二）虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)與研發(fā)隊(duì)伍建設(shè)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)是由專業(yè)教師構(gòu)成，指導(dǎo)培養(yǎng)學(xué)生規(guī)范性操作、科研塑造、探索創(chuàng)新等能力。專業(yè)教師和合作單位技術(shù)骨干共同參與虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)的制作，為了提高專業(yè)教師虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)建設(shè)能力，教師參加培訓(xùn)、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)建設(shè)的學(xué)術(shù)會(huì)議、學(xué)科競(jìng)賽以及開(kāi)展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究工作。

目前我校在教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人契機(jī)上，于2020年與北京睿格致科技有限公司建立校企合作關(guān)系，在系統(tǒng)固有的模塊上增加個(gè)性化開(kāi)發(fā)，聯(lián)合不同院系組建虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)研發(fā)隊(duì)伍，根據(jù)道橋?qū)I(yè)課程特點(diǎn)，研發(fā)適用于我校道橋?qū)I(yè)應(yīng)用的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)。

（三）虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科研建設(shè)相結(jié)合

以教學(xué)促進(jìn)科研、科研反哺教學(xué)是民辦高校創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要舉措。根據(jù)學(xué)科方向推進(jìn)科研發(fā)展，轉(zhuǎn)化四新技術(shù)研究成果，在橋梁智能建造與安裝技術(shù)、結(jié)構(gòu)物智能感知及預(yù)警技術(shù)、智慧管控平臺(tái)等方面將研究成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)案例，形成以虛輔實(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。推動(dòng)學(xué)生了解前沿技術(shù)并開(kāi)展相關(guān)自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生開(kāi)展探索性試驗(yàn)的信心和科研素養(yǎng)。

（四）虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)管理

目前，規(guī)劃建設(shè)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)以承擔(dān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)為主，系統(tǒng)角色設(shè)定有管理員、教師、學(xué)生、工作人員，管理員負(fù)責(zé)權(quán)限開(kāi)放和系統(tǒng)維護(hù)，教師負(fù)責(zé)任務(wù)發(fā)布、過(guò)程指導(dǎo)、成績(jī)?cè)u(píng)定、資料存檔等，學(xué)生負(fù)責(zé)查詢課程信息、開(kāi)展虛擬仿真操作、技能考核、成果提交，工作人員主要負(fù)責(zé)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)中的操作環(huán)節(jié)共享資源等。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)建設(shè)應(yīng)結(jié)合中遠(yuǎn)期總體規(guī)劃，做好可持續(xù)發(fā)展的長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃，使虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)在運(yùn)行中不斷完善管理制度、創(chuàng)新管理模式、引進(jìn)和穩(wěn)固人才、開(kāi)放共享教學(xué)資源等。

三、結(jié)束語(yǔ)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)凸顯出教育教學(xué)改革優(yōu)勢(shì)和重要性，提升民辦高校辦學(xué)條件的同時(shí)，提高專業(yè)教師教學(xué)能力，為培養(yǎng)高質(zhì)量人才奠定基礎(chǔ)。目前，我校已初步完成虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟硬件基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，但在教學(xué)資源的創(chuàng)新、管理體系的完善、仿真新興技術(shù)的應(yīng)用、人才隊(duì)伍的鞏固、對(duì)外共享平臺(tái)的運(yùn)行等方面仍需進(jìn)一步探索，加強(qiáng)相關(guān)高校、企業(yè)之間的交流合作，吸取新觀念、了解新技術(shù)、借鑒新模式，積極推進(jìn)教育信息化建設(shè)。