齊云英

（河南牧業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)院〔英才校區(qū)〕,河南 鄭州 450045）

近年來(lái)虛擬仿真技術(shù)因其交互性、虛實(shí)結(jié)合性、沉浸式體驗(yàn)等特點(diǎn)在高校建設(shè)與發(fā)展中越來(lái)越重要。2018年，教育部決定開展國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)工作，各省份也積極開展省級(jí)示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的申報(bào)與建設(shè)工作[1]。2018年11月河南省首批示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目立項(xiàng)名單公布，其中包括由筆者主持的“虛擬3D集裝箱碼頭仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目”[2]。結(jié)合近兩年在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)建設(shè)方面的探索及實(shí)踐，文章對(duì)3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)行了總結(jié)和分析。

1 3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目建設(shè)背景

真實(shí)的集裝箱碼頭存在系統(tǒng)龐大、管理復(fù)雜、教學(xué)難、參觀難、實(shí)地實(shí)訓(xùn)難等難題，且河南省缺少有利的水域優(yōu)勢(shì)，學(xué)生很難有機(jī)會(huì)去真實(shí)的集裝箱碼頭參觀及實(shí)習(xí)。采用3D集裝箱碼頭實(shí)訓(xùn)軟件，可以有效解決上述問(wèn)題。

3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是結(jié)合先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、3D仿真運(yùn)行技術(shù)和先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念以實(shí)現(xiàn)直觀教學(xué)、互動(dòng)教學(xué)與自主學(xué)習(xí)的仿真教學(xué)，采用軟件操作，結(jié)合3D仿真運(yùn)行效果，盡可能做到實(shí)時(shí)交互、真實(shí)示教，提升學(xué)習(xí)的趣味性與真實(shí)性，實(shí)現(xiàn)虛實(shí)結(jié)合的沉浸式集裝箱碼頭實(shí)訓(xùn)教學(xué)。3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目基本情況詳見表1。

表1 3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目基本情況說(shuō)明表

2 3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)的特色

3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)的特色主要體現(xiàn)在其實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)思路、教學(xué)方法、評(píng)價(jià)體系、傳統(tǒng)教學(xué)的延伸與拓展等方面。

從設(shè)計(jì)思路上看，3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的具體設(shè)計(jì)思路是依托虛擬現(xiàn)實(shí)、多媒體、人機(jī)交互、數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)通訊等技術(shù)，構(gòu)建高度仿真的集裝箱碼頭虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)對(duì)象，保證學(xué)生在3D虛擬環(huán)境中有效開展實(shí)驗(yàn)，達(dá)到教學(xué)大綱要求的教學(xué)效果。

從教學(xué)方法上看，3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包括集裝箱碼頭進(jìn)口流程和出口業(yè)務(wù)流程，學(xué)生通過(guò)軟件操作明確掌握各主體企業(yè)的相關(guān)業(yè)務(wù)內(nèi)容及業(yè)務(wù)操作，并準(zhǔn)確掌握各業(yè)務(wù)與其他企業(yè)或其他作業(yè)內(nèi)容的協(xié)作與配合，通過(guò)重點(diǎn)步驟與過(guò)程的3D仿真運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)虛實(shí)結(jié)合，真正解決集裝箱碼頭難以實(shí)地實(shí)訓(xùn)等教學(xué)難題，從而達(dá)成實(shí)踐教學(xué)的目的。

從評(píng)價(jià)體系上看，3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可實(shí)現(xiàn)智能評(píng)分，幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)智能化自主學(xué)習(xí)和指導(dǎo)教學(xué)。

從傳統(tǒng)教學(xué)的延伸與拓展來(lái)看，3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目改變了傳統(tǒng)教學(xué)模式，借助3D仿真、動(dòng)畫技術(shù)，實(shí)現(xiàn)3D仿真運(yùn)行，增加微視頻、案例和實(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù)，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性和學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生可以更有效地掌握軟件中相關(guān)規(guī)定的業(yè)務(wù)內(nèi)容，并可以針對(duì)相關(guān)模塊進(jìn)行多次訓(xùn)練與模擬，從而提升學(xué)習(xí)興趣，改善學(xué)習(xí)效果。

3 3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容

3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容主要包括實(shí)驗(yàn)軟件的共同開發(fā)與優(yōu)化升級(jí)、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目教學(xué)資源優(yōu)化、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目教學(xué)資源庫(kù)建設(shè)與優(yōu)化。

3.1 實(shí)驗(yàn)軟件的共同開發(fā)與優(yōu)化升級(jí)

為更好地滿足3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目建設(shè)的需要，河南牧業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)院與華軟公司對(duì)3D集裝箱碼頭實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行共同開發(fā)和優(yōu)化升級(jí)，保證了軟件的3D仿真運(yùn)行特性，同時(shí)增加了軟件的交互性。具體的開發(fā)和升級(jí)側(cè)重于完善在線測(cè)試內(nèi)容、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)與評(píng)分機(jī)制、增加操作過(guò)程中的互動(dòng)操作項(xiàng)目和內(nèi)容、增加虛擬3D仿真操作場(chǎng)景的3D動(dòng)態(tài)效果。通過(guò)完善在線測(cè)試內(nèi)容，能夠有效優(yōu)化試題庫(kù)，實(shí)現(xiàn)測(cè)試試卷隨機(jī)生成以及測(cè)試卷自動(dòng)評(píng)分[3]。通過(guò)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)與評(píng)分機(jī)制，能夠?qū)崿F(xiàn)學(xué)習(xí)效果的直觀化、定量化。學(xué)生在線測(cè)試及完成實(shí)驗(yàn)后能夠在軟件上自主查看實(shí)驗(yàn)結(jié)果及實(shí)驗(yàn)成績(jī)單（包括在線測(cè)試成績(jī)、實(shí)驗(yàn)過(guò)程完成程度分?jǐn)?shù)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告評(píng)分及實(shí)驗(yàn)總成績(jī)）。通過(guò)增加互動(dòng)操作項(xiàng)目和內(nèi)容，學(xué)生操作與學(xué)習(xí)的過(guò)程會(huì)更為連貫，學(xué)習(xí)效果能得到提升。在軟件進(jìn)行集裝箱碼頭進(jìn)出口業(yè)務(wù)操作實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中增加在線答題功能和實(shí)時(shí)反饋操作結(jié)果，學(xué)生答題結(jié)果正確后方能進(jìn)行下一步操作。通過(guò)在軟件中增加裝船、卸船、裝車等操作流程的虛擬3D仿真操作場(chǎng)景及3D動(dòng)態(tài)效果，使得軟件的仿真效果更加凸顯。

3.2 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目教學(xué)資源及教學(xué)資源庫(kù)建設(shè)與優(yōu)化

3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目教學(xué)資源建設(shè)與優(yōu)化的目標(biāo)是通過(guò)教學(xué)資源充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，降低學(xué)生自主實(shí)踐的難度，拓展其專業(yè)知識(shí)，提升其專業(yè)能力[4]。這與省級(jí)示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目面向高校的教學(xué)推廣應(yīng)用計(jì)劃、持續(xù)建設(shè)與更新、持續(xù)提供教學(xué)服務(wù)計(jì)劃的要求相一致。

3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目教學(xué)資源建設(shè)與優(yōu)化的思路是校企共建、資源整合、突出特色、多渠道拓展[5]。在教學(xué)資源建設(shè)與優(yōu)化過(guò)程中，充分發(fā)揮各參與成員的積極性和主動(dòng)性，明確教學(xué)資源與教學(xué)資源庫(kù)應(yīng)充分突出項(xiàng)目虛擬仿真并存、趣味性與專業(yè)性共有的特色，同時(shí)充分考慮項(xiàng)目學(xué)習(xí)人員的各種限制因素，進(jìn)而有效完成教學(xué)資源庫(kù)建設(shè)。

3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目教學(xué)資源優(yōu)化的內(nèi)容主要包括持續(xù)完善實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，提供實(shí)驗(yàn)過(guò)程微視頻、交互指導(dǎo)問(wèn)答、集裝箱碼頭案例、實(shí)驗(yàn)考核題目等[6]。3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目教學(xué)資源庫(kù)的建設(shè)與優(yōu)化主要包括虛擬3D集裝箱碼頭仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目教學(xué)輔助教學(xué)資源庫(kù)建設(shè)與優(yōu)化、教學(xué)用PPT、題庫(kù)建設(shè)、集裝箱碼頭3D仿真操作視頻等。

3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目教學(xué)資源中利用完整的PPT教學(xué)資源，幫助學(xué)生簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目學(xué)習(xí)內(nèi)容，突出實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目學(xué)習(xí)重點(diǎn)；利用系列視頻教學(xué)資源，動(dòng)態(tài)顯示實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)難點(diǎn)操作過(guò)程及注意事項(xiàng)，突出操作重點(diǎn)和難點(diǎn)，進(jìn)而降低學(xué)習(xí)難度，有助于學(xué)生順利完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；利用系列學(xué)習(xí)資源，拓展集裝箱碼頭管理與業(yè)務(wù)管理等專業(yè)知識(shí)；通過(guò)優(yōu)化和完善相關(guān)學(xué)習(xí)資料，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣并增加學(xué)生自主利用3D集裝箱碼頭虛擬仿真軟件進(jìn)行實(shí)踐學(xué)習(xí)的可能性。

3.3 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的應(yīng)用與推廣

3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的教學(xué)推廣應(yīng)用主要包括面向高校和社會(huì)免費(fèi)開放并提供教學(xué)服務(wù)、2年后至5年內(nèi)免費(fèi)開放服務(wù)內(nèi)容不少于50%、5年后免費(fèi)開放服務(wù)內(nèi)容不少于30%。

4 3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目建設(shè)成效

4.1 教學(xué)資源充分完善，有助于學(xué)生較好地實(shí)踐與學(xué)習(xí)

通過(guò)3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和教學(xué)資源庫(kù)的建設(shè)，能夠有效地提升學(xué)生實(shí)踐的意愿和興趣，同時(shí)較好地提升實(shí)踐效果。在2020年上半年的疫情中，學(xué)生進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的情況下，3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目在河南牧業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)院和東北農(nóng)業(yè)大學(xué)、東北林業(yè)大學(xué)、河南職業(yè)技術(shù)學(xué)院、遼寧對(duì)外經(jīng)貿(mào)學(xué)院等其他兄弟院校學(xué)生的學(xué)習(xí)中得到了較好的應(yīng)用，提升了各專業(yè)的教學(xué)效果，推動(dòng)了各專業(yè)的發(fā)展。

4.2 豐富了物流管理、國(guó)際商務(wù)等相關(guān)專業(yè)實(shí)踐課程內(nèi)容

目前物流管理專業(yè)、國(guó)際商務(wù)專業(yè)的物流管理綜合實(shí)驗(yàn)、物流學(xué)、物流信息系統(tǒng)、物流管理專業(yè)假日實(shí)訓(xùn)、電子商務(wù)倉(cāng)儲(chǔ)等課程都將3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)作為必修模塊，豐富了物流管理專業(yè)、國(guó)際商務(wù)專業(yè)實(shí)踐課程內(nèi)容。同時(shí)3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在工商管理、醫(yī)藥營(yíng)銷、電子商務(wù)管理、市場(chǎng)營(yíng)銷等專業(yè)作為自選內(nèi)容，以課程作業(yè)的形式融入學(xué)生的日常學(xué)習(xí)與平時(shí)訓(xùn)練中，豐富了學(xué)生專業(yè)實(shí)踐的課程內(nèi)容，拓展和增加了學(xué)生專業(yè)實(shí)踐的廣度和深度。

4.3 促進(jìn)了物流管理專業(yè)的專業(yè)建設(shè)

3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目成果為實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目組成員教師的教研提供了參考，相關(guān)教師發(fā)表《基于港口碼頭業(yè)務(wù)操作與虛擬仿真實(shí)訓(xùn)相結(jié)合的教學(xué)改革探索》《面向冷鏈物流專業(yè)的“建模與仿真課程”教學(xué)設(shè)計(jì)與改革》《基于OBE理念的應(yīng)用型本科課程改革與重構(gòu)——以〈物流信息管理〉課程為例》等教改論文，部分教師成功申報(bào)新的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教研項(xiàng)目，進(jìn)一步提升了河南牧業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)院物流管理專業(yè)教師的教科研能力，豐富了物流管理專業(yè)教科研成果，提升了物流管理專業(yè)影響力。3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的建設(shè)與推進(jìn)在提升物流與電商學(xué)院物流管理專業(yè)影響力的同時(shí)，也極大地促進(jìn)了物流管理專業(yè)的專業(yè)建設(shè)。目前，物流與電商學(xué)院物流管理專業(yè)已于2020年8月成功申報(bào)物流管理專業(yè)省級(jí)一流專業(yè)，完成河南省職業(yè)院校教師省級(jí)培訓(xùn)基地申報(bào)工作，完成2020年河南省優(yōu)秀基層教學(xué)組織申報(bào)工作，2020年“生鮮電商與冷鏈物流”虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目獲批省級(jí)重點(diǎn)虛擬仿真課程，2021年4月順利通過(guò)本科合格教學(xué)評(píng)估。

5 3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目建設(shè)中的問(wèn)題與對(duì)策

目前3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目建設(shè)中的問(wèn)題主要在于與VR可穿戴頭盔設(shè)備對(duì)接的非必要性，外網(wǎng)訪問(wèn)使用學(xué)校網(wǎng)站導(dǎo)致的安全隱患等。

5.1 與VR可穿戴頭盔設(shè)備對(duì)接的非必要性

本項(xiàng)目建設(shè)原計(jì)劃將3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目平臺(tái)與VR可穿戴頭盔設(shè)備進(jìn)行對(duì)接，優(yōu)化仿真效果。在后期的建設(shè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，無(wú)論在校內(nèi)實(shí)踐還是在校外進(jìn)行推廣應(yīng)用的過(guò)程中，與VR可穿戴頭盔設(shè)備進(jìn)行對(duì)接都難以達(dá)到理想的效果。在校內(nèi)實(shí)踐的過(guò)程中，投資1套或幾套VR可穿戴頭盔設(shè)備達(dá)不到大范圍普及應(yīng)用的效果，而投資50～60套VR可穿戴頭盔設(shè)備的話投資過(guò)大，且應(yīng)用效果不一定明顯，同時(shí)也會(huì)受到使用場(chǎng)地的限制，增加了實(shí)驗(yàn)管理的難度。在校外推廣應(yīng)用的過(guò)程中，學(xué)生通過(guò)外網(wǎng)訪問(wèn)該軟件平臺(tái)無(wú)法借助VR可穿戴頭盔設(shè)備提升仿真效果。明確這個(gè)問(wèn)題后，在建設(shè)過(guò)程中不再進(jìn)行與VR可穿戴頭盔設(shè)備的對(duì)接，而是致力于對(duì)軟件的更新升級(jí)，提升其實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的互動(dòng)性，完善在線測(cè)試、自主評(píng)分等功能，從而提升仿真實(shí)驗(yàn)效果。

5.2 外網(wǎng)訪問(wèn)使用對(duì)于學(xué)校網(wǎng)站的安全隱患

在3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程的前期，設(shè)置了外網(wǎng)訪問(wèn)3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的權(quán)限，并在2020年上半年的疫情期間為河南牧業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)院及兄弟院校學(xué)生的學(xué)習(xí)提供了極大的便利和更多的實(shí)踐機(jī)會(huì)。但在開放的過(guò)程中，外部訪問(wèn)量的增加以及訪問(wèn)來(lái)源的多樣性給校園網(wǎng)帶來(lái)了較大的安全隱患。為避免更嚴(yán)重的后果，在2020年下半年學(xué)生正常返校后，通過(guò)各種方式加大學(xué)生在校內(nèi)網(wǎng)使用該軟件的比重，確保學(xué)生在校園網(wǎng)內(nèi)安全使用該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，既提升實(shí)驗(yàn)速度，減少實(shí)驗(yàn)等待時(shí)間，又確保了實(shí)驗(yàn)的安全性。具體措施包括：在校內(nèi)各院系進(jìn)行充分宣傳，鼓勵(lì)校內(nèi)各相關(guān)專業(yè)的任課教師將3D集裝箱碼頭虛擬仿真軟件實(shí)驗(yàn)作為平時(shí)作業(yè)發(fā)布給學(xué)生去完成；物流與電商學(xué)院組織“智慧物流特訓(xùn)營(yíng)”“冷鏈物流特訓(xùn)營(yíng)”等開放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目活動(dòng)，將3D集裝箱碼頭虛擬仿真軟件實(shí)驗(yàn)作為項(xiàng)目?jī)?nèi)容之一。

6 結(jié)語(yǔ)

3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目作為河南省首批示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，在為期三年的建設(shè)過(guò)程中經(jīng)歷了自主摸索、多方合作、持續(xù)推進(jìn)、創(chuàng)造性解決問(wèn)題等不同的階段，實(shí)現(xiàn)了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的跨專業(yè)、跨院校應(yīng)用，提升了實(shí)踐教學(xué)效果，達(dá)到了預(yù)期的建設(shè)目標(biāo)。