高职道桥施工虚拟仿真实践教学的教学设计策略研究

杨平 郑智敏 刘琛

摘 要：虚拟仿真实践教学是指通过互联网等创设虚拟教学环境，其模仿真实情境，主要是为开展设计、实践、修改、运行等实践活动或者为促进实践而进行理论学习开展的教学活动。文章总结归纳虚拟现实技术应用于高职实践教学的相关概念和优势，确定三维虚拟技术在道桥专业施工实践教学改革中的应用样式。通过虚拟现实和游戏化教学理论分析，提出高职道桥施工虚拟仿真实践教学的设计原则、流程和方法。

关键词：道桥施工：虚拟仿真实践教学；高职教学；教学设计策略

中图分类号：G712 文献标志码：A 文章编号：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

道桥施工企业走绿色、安全、高效之路的理念已成为共识，而这一理念的实现离不开大量基础扎实、工程素养高、实践能力强的技术技能性人才。目前高职道桥专业在开展施工技术实践教学环节过程中遇到不少问题：（1）道桥施工场地作业面狭小、安全生产责任大、建设进度阶段性强及周期性长（2～3年），在工地进行校外实践教学难度大，现场实习只能接触有限的专业过程与工艺环节；（2）道桥实训设备构造复杂、实训资源消耗量大，实训成本高；（3）道桥施工实训设备体量大、实训教学工位有限，需要分批次在校内实训场进行施工实训，特别是高危险、大型复杂的实训项目难以在校内实训场实施；（4）教学模式单一、实训过程枯燥，分组考核实训成果；（5）开放实训场所时间有限，学生课外无法进行实践操作。因而造成学生工程规范操作意识薄弱、动手能力差、缺乏施工全过程操作经验，进而使其对实际工程施工工艺的系统掌握和工程技术问题处理能力受到极大制约。因此，急需寻找一种新的教学形式来解决高职道桥专业施工实践教学环节的突出问题，以强化学生工程实践能力的培养。

随着虚拟现实技术的发展，道桥施工正在接受这项技术的改造，尤其是高校实践教学向着网络化、智能化、互动化方向发展，这就为道桥专业施工实践教学环节改革提供了机遇。为此，积极推动信息化技术与教育教学深度融合，在专业实践教学中使用计算机仿真教学、数字化实训等技术，改革教学方法和手段，融“教、学、做”为一体，开展“绿色环保安全”虚拟仿真实践教学活动，强化学生综合职业能力的培养，弥补道桥专业施工教学中实践与理论脱节、安全、时间、空间及经费等重大难题。

一、国内外虚拟现实技术在高职院校实践教学中的应用

虚拟现实技术是20世纪80年代在美国率先提出来的，距今已有近40年的历史，因此虛拟技术也在不断的完善。虚拟现实技术是将计算机技术、图片处理技术、3D技术、遥感技术等有机融合在一起而形成的一项综合技术，因此其能够应用到诸多的领域中去。虚拟现实技术的开发建设将人机交互界面应用到现实中去，使其不再成为一种设想，有利于推进智能化的时代的到来，同时也将一些数据进行可视化的处理。虚拟现实技术具有丰富的感知功能、强烈的存在感、自然地交互感知、丰富的想象思维，将虚拟现实技术融入到教学中，能够开创良好的学习环境，使学生能够融入到生动、富有创造力和想象力的环境中，改变教学方式，改进学习内容，虚拟现实技术在高职实践教学中应用优势具体如下：

（一）改变教学方式

当前教师教学过程中存在课堂枯燥、学生学习效率低等问题，其主要原因是教师主导、教学模式比较单一，不能很好带动课堂气氛，导致学生学习积极性不高、专注度不够，进而达不到教学目的，拉低了学习效率。由于传统的教学方式多是以教师为主导，学生学习缺乏自主性，在学习的过程需要调动学生的思维，虚拟现实技术创设学习环境能够调动学生的学习兴趣和学习的自主性，教师对学生进行学习上的引导，学生积极参与到学习中去。

（二）改进学习内容

虚拟现实技术的引进能够根据实际情况调整学习内容，知识技能点的学习也会更加专业，也注意思维的开发，虚拟现实技术能够让学生深入到知识中，在更为丰富的感官教育中获得知识。

（三）改善学习环境

虚拟现实技术能够使学生的学习不仅仅局限在实训室，虚拟现实技术能够扩大学生的学习空间，同时学生的学习时间也比较自由。学生的学习环境得到改善，虚拟现实技术使得一些资源共享，学生能够通过合作分工共同完成目标。同时虚拟现实技术使得网上学习成为现实，远程学习能够为学生提供更多的学习机会，同时多样化的课程资源能够为学生提供更多的选择机会，使得学生能够充分的调动学习兴趣，增加学习的积极性。

（四）完善实验设施

虚拟现实技术的引进能够使学生在学习理论知识的基础上，对于一些操作难度较大、实验设施要求较高的实训采用虚拟现实技术能够便于学生动手操作，而且能够根据发展的需要及时调整，不斷培养锻炼学生综合能力。

二、高职道桥施工虚拟仿真实践教学样式

高职道桥施工虚拟仿真实践教学样式是根据学习目标和学习对象的特点，设计并提供足够的游戏化项目供学生自由选择，结合协作、探究、竞争、任务驱动等策略开展教学活动，通过教育游戏创设一种激励的、情境的、或任务驱动的教学环境，学生在玩游戏中进行项目学习来达到教学目标。高职道桥施工虚拟仿真实践教学从教学内容处理、教学过程组织到教学评价的实施，凸显生本教育理念，融情境教学、项目教学、差异教学等课堂教学策略于一体，具有鲜明的高职实训特色。

（一）游戏进高职实践教学的情境设计

高职道桥施工虚拟仿真实践教学通过构建多样化的游戏项目，将知识与技能有机融入游戏项目中，用游戏将知识与技能“包裹”起来，既满足学生的游戏需求，又以游戏为诱因，以完整的游戏情境域（研商游戏一品玩游戏一挑战游戏）贯穿学习活动的全过程，建构微型游戏项目教学的基本样式。这种始终如一的、连续的、递进的、挑战性的游戏情境使学生沉浸其中，阶梯状的、持续的游戏目标激励引导着学生不断达成教学目标。精心设计的系列游戏情境使高职道桥施工虚拟仿真实践教学摆脱了单纯的“玩”，突破了单一的知识、技能层面，持续地激发学生的思维。

（二）顺应高职学生积极学习的教学实施设计

高职道桥施工虚拟仿真实践教学不求同步，也不再同调，引导学生自主学习和学生间合作探究性学习。教师提供不同类型、多梯度的多样化微型游戏项目让学生自由选择，教师也会在课堂上提供微课视频、QQ群小组讨论、交互式仿真软件、专题学习网站等多种类型的帮助方式，为不同学习风格学生的学习“保驾护航”。在教学实施过程中，教师改变学习时间的“统一步调”，甚至使教学实施跨越课堂的时间“边界”，赋予学生足够的学习灵活度。

（三）错位评价赋予高职实践教学新的评价方式

高职道桥施工虚拟仿真实践教学采用错位评价的方式，以激赏为根本出发点，变量化的知识点达成度评价为质化的作品整体评价，通过渗透到“玩游戏”中的多方、多维评价，实现教学评价的“无形之境”，让学生都体验学习的乐趣，找到成功的感觉。

三、高职道桥施工虚拟仿真实践教学的教学设计策略

（一）高职道桥施工虚拟仿真实践教学的基本原则

1. 快乐性原则

注重学生的主体参与意识与参与过程，将学习内容微型项目化，引用流行游戏开发引擎技术开发道桥施工虚拟仿真系统，学生以游戏的方式来学习，在游戏中学习知识、练就技能、锻炼思维，通过学习满足学生的个性化学习需求，让学生享受到在知识、技能、情感等方面的成功喜悦。

2. 教育性原则

任何教学必须贯彻教育性原则，高职道桥施工虚拟仿真实践教学的游戏项目本质是一种教育游戏，需要将项目内容与游戏主题关联，将学习内容变成游戏内容或融入游戏环节，嵌套相应的知识、技能、情感态度，以游戏方式直观地加以检测。

3. 科学性原则

高职道桥施工虚拟仿真实践教学必须有效整合教学目标与游戏，学习内容与游戏的融合不弱化游戏的娱乐性功能，兼顾到知识技能体系的相对完整，需要对微型游戏项目进行整体设计，遵循学生学习规律和专业特点。

4. 自主性原则

在高职道桥施工虚拟仿真实践教学中，创设自主学习环境，为学生自主学习提供平台，学生根据学习能力选择不同类型游戏项目，并建立有效的学习监控和评价机制，从而不断提高学习的主动性和可控性。

（二）高职道桥施工虚拟仿真实践教学的开发流程

1. 企业岗位能力调研

深入道桥施工企业调研，确定毕业生就业情况和岗位工作所需的主要知识和能力，厘清教学需求和重点。基于道桥专业施工技术实践教学需要，以高职学生的工作岗位所必需的工程知识和实践能力为目标，以典型路桥项目为载体，按照分部分项工程划分模块，系统性分析和筛选知识和技能，提炼学习情境和具体内容。

2. 微型游戏项目设计

教师所设计提供的微型项目要多样化、分层次，从供给侧角度满足学生个性化学习。以一个连续的教学活动为项目教学周期，可以是1课时、2课时（2节连上）、4课时（4节连上）、结合识图、施工技术、施工组织管理、工程质量检测等专业核心课程，将学习内容按分项工程形成相当独立的专业模块，再将专业模块分解为一个个微型虚拟仿真工程项目，通过在微型项目中融入相关的知识和技能负载，形成以微型项目为基本载体的学习单元。

充分挖掘微型项目的游戏元素，将微型项目内容有机融入游戏中，使学习内容变成游戏内容或“溶解”于游戏环节。将项目学习目标体现在游戏学习中，以游戏的方式（如游戏闯关等形式）把需要达成的知识与技能等学习目标设置成一个个关卡，这种以闯关为主要形式的游戏规则自然就是完成一关的任务后才能进入下一关。这种微型项目的游戏化以探究为主要形式，以游戏统领学习活动，变原先单一的任务驱动、项目驱动为游戏，并在学生自主选择游戏等级方式实现学生学习的自主分层，教师则通过设置“锦囊”“宝盒”等方式辅助学生闯关。

3. 道桥施工虚拟仿真教学系统开发

道桥施工虚拟仿真教学系统以Unity3D技术为依托，综合路桥行业规范、贯穿教学重难点、实现路桥施工场景仿真模拟及工艺流程动态演示、人机交互式操作、成果实现智能考评。以真实路桥施工场景作为大环境，实训操作任务内容以典型路桥工程施工过程单个节点为核心导向，选择典型路桥工程项目、类型、结构、构造、尺寸及工程施工布置方式等基础资料，开发道桥施工工艺虚拟仿真教学软件。学生可在任何时间、任何地點通过校园网访问该虚拟仿真教学软件，以第一人称视角体验全三维工程仿真环境，可全方位、随人意地展示工程全貌、内部结构构造及建造全过程。课前，在实现多项信息化教学资源任意调用的基础上，方便学生提供系统化的技能知识点串联和预习；课上，学生通过操作虚拟人物，实现在虚拟施工场景中的人机交互教学和漫游体验，学生在游戏式体验中掌握知识要领和岗位专业技能；课下为学生提供天候的校内实践操作机会，及时巩固知识，实现单人训练、多人竞赛和互动交流，提高学生学习的积极性，通过数据库技术跟踪学生学习轨迹，实现学生知识点掌握情况的统计与分析，提高教学评价的科学性。

4. 高职道桥施工虚拟仿真实践教学模式构建

高职道桥施工虚拟仿真实践教学创造积极学习的教学条件，课程教学团队协作合作完成教学内容的细化，确定多类型、多梯度的多样化微型游戏项目，建设动画、视频、教义、ppt、微课等课程资源，让学生主动利用道桥施工虚拟仿真教学系统闯关学习。课前学习，学生接受任务，通过课程资源和VR场景自主讨论学习相关内容，通过qq群、教学系统与老师在线交流，并完成测试题。老师根据互动和测试情况，及时确定上课需要解决的知识点和技能点。课堂学习，根据学生课前预习测试结果和课上抽查结果，讲解重点难点问题。学生利用虚拟仿真教学系统进行体验式学习，老师根据课前测试记录、闯关情况、匿名反馈记录，对学生出错较多的任务进行重点解析。课后学习，学生完成拓展练习，借助虚拟仿真教学系统进一步巩固和加深对知识、技能的理解，与老师、同学在线交流未解决或疑惑的问题。

5. 高职道桥施工虚拟仿真实践教学评价方式设计

高职道桥施工虚拟仿真实践教学采用项目合格证书评价方式。评价方式可以根据学生通关学习的表现、闯关成绩、累计学生个体学习状态和积分，每个学生通过项目学习都能获得属于自己的项目合格证书，利用虚拟仿真教学系统学生学习过程数据进行个体学习分析，学生不断修正自己的学习方式，促进学生综合能力提升。

参考文献：

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