虚拟仿真在道路桥梁与渡河工程专业人才培养中的应用

文/李平 李希 黄楚健

随着我国经济建设的飞速发展，国家提出了“基础设施布局完善、立体互联”是交通强国建设的首要任务和先行领域。未来十年，将是我国从优化交通基础设施向高质量发展转变的重要阶段，公路养护需求的不断上升，给道路桥梁渡河专业注入了新的活力，同时机场干线、高速公路、铁路、桥梁及城市地下工程的扩张也为道路桥梁渡河专业提供了新的发展机遇。

开设了道路桥梁渡河的国内重点专业院校有哈尔滨工业大学、武汉理工大学、长安大学、华中科技大学、长沙理工大学等，基础建设的发展使市场对于社会交通技术人才的需求呈现多样化。但受传统教育的影响，我国许多本科院校在道路桥梁渡河专业的教学中，仍然以培养专业型人才为主，专注于专业理论知识和实践操作，忽略学科交叉和创新协作能力，导致学生在毕业后难以应对快速变化的市场需求。新时代是学科交叉、工程专业与互联网技术的融合，要求新一代学生成为“宽而厚”的人才，“宽”即要求学生具有足够的知识广度，“厚”既要求学生具有足够的专业技能，最终培养出既要满足市场经济对高层次技术人才的需要，又要顺应社会和时代发展方向的建造工程师、管理工程师和监理工程师，努力由“专业型”培养成“复合型”人才。

而虚拟仿真技术可以将现有条件下无法实现的呈现出来，具有逼真性、准确性的优点，目前在国外已被广泛应用。这项技术于我国起步时间较晚，约在20世纪90年代，目前主要集中于船舶、虚拟驾驶、医学解剖、工程实训等方面，因其具有沉浸式的学习体验，在高校中得到了广泛推广，培养学生的自主学习能力，锻炼学生在实际操作过程中发现问题、分析问题、解决问题的能力，培养学生创新型思维，帮助学生资源共享，受到了高校的广泛应用[1]。

一、高校在培养道路桥梁渡河专业学生过程中遇到的瓶颈

（一）重视理论知识的讲授和相关力学的计算，忽视实践能力的掌握

在目前道路桥梁渡河专业的教学过程中，学校依旧以传统的教师教授书本理论知识为主，着重要求学生具备相关的理论知识和一定的力学分析和计算能力，而对于专业技能的掌握，则主要是通过学校设定的实训课程，但由于工程现场多距离远、施工工期漫长、受季节影响显著等特点，造成实习实训效果难以有效控制[2]。

（二）重视课堂教学质量，忽视学生创新能力的培养

当今社会新技术、新工种、新行业的不断涌现，岗位界限越来越模糊，各学科专业之间相互交叉、渗透，工作范围的日益扩大，使得本行业亟需一批高素质、多样化的人才，这就要求高校培养出的学生是一类具有一定创新精神能力的复合型人才，才能在社会和工作中成为骨干力量[3]。高校重视课堂教学质量，通过考试检验学生掌握理论知识的水平，但该方法立足于课堂教学，对实践教学的重视度不足易造成学生缺少实训机会，缺少面对不同环境的创新能力。

（三）对学生所学知识的实际掌握水平不够了解，无法及时进行调整与反馈

虽然当前各高等院校已经将本专业所需的实训课程设置为必修课程，以帮助学生在学习过程中掌握相关专业技能，但实训过程中的实训要求往往长期不变，使得学生照本宣科地复制往届学生的实训步骤，缺少独立思考的过程。同时，一部分的实习实训更接近于游览式参观，实际参观深度尚需进一步强化。

二、虚拟仿真技术在道路桥梁渡河专业中的应用方式与意义

虚拟仿真技术是一种在虚拟现实技术、互联网共享技术的基础上建立的新型实验模型，虚拟仿真实验是基于虚拟现实、多媒体、人机交互及互联网等技术构建的开放式、网络化的实验教学模式，通过在计算机上模拟仿真现实仪器设备和实验环境，突破了时间、空间、自然环境的限制，使学生通过虛拟仿真平台进行实验操作，从而使学生了解并掌握的实验的质量，同时可以在不同因素的影响下模拟出与现实实验接近的原生态实验场景，以沉浸性、逼真性、交互性的特点，对学生进行实验工艺和实验技能培训，有助于提高高校技术培训的教学质量[4]。

道路桥梁渡河工程属一种实践性较强的专业，如：道路工程、桥梁工程、公路勘测技术等都需要考查学生的实践水平，为了确保学生获得充足的实践锻炼，教师会以工程图片和视频等方式帮助学生了解掌握，但该方式比较单调，较难提升兴趣与注意力。虚拟仿真技术能让学生以主动参与者的身份，感受到沉浸式的学习，一般应用方式包括以下几种方式。

（一）构建学习平台，实现虚拟仿真技术资源共享

目前，我国已建立虚拟仿真实验教学课程共享平台，这为学生的学习互通搭建平台，为学生提供了宽广的获取学习资源的途径，让学生不仅可以对本专业实训课程熟练掌握，而且能自主对交叉学科的实训课程进行学习，帮助学生从“专业型”技术人才转变成为“复合型”的应用人才[5]。同时，桥梁渡河工程的相关实践课程的所需场地、设备和材料要求多，费用高，时间跨度长，虚拟仿真平台的出现可以减少实验材料的浪费，降低了教学成本。

（二）改革现有课程体系，提升虚拟仿真技术在教学中的比重

目前，学生的实习实训一般是在理论课结束后进行，存在着明显的时间差，容易因为学生知识遗忘而影响实习效果。虚拟仿真技术的应用则能将该部分学习融合到理论课程中，有效强化理论与实践的融合。

（三）鼓励学生拓展平台的功能与应用，锻炼学生的创新能力

该虚拟仿真技术存在开发难度相对较低、可拓展性强等优势，可以将虚拟仿真技术的拓展程度进一步加强，融合科研成果等信息，从而进一步锻炼学生的自主操作和科研能力，提高学生创新能力的培养效果。

（四）提高实习实训的安全性

对具有明显危险性等特殊内容的实习实训，通过虚拟仿真技术的应用，可以有效提高该部分内容学习的安全性，当然这应在“能实不虚”的原则下开展。

三、结语

随着我国经济的快速发展，道路桥梁渡河专业面临着新的挑战与机遇，社会对相关人才需求量的增加，必将带动更多的学生进入本行业，也会使用人单位对人才的要求越来越高。虚拟仿真技术的出现，很好地满足了市场对学生专业技术能力的培训，使学生能够有平台了解广阔的知识，广泛涉猎多学科的实训技能，应对快速发展的社会，努力成为市场需求的、能快速适应多样化社会的、具有一定科研开发能力和创新能力的人才。

虚拟仿真技术目前还未达到完全普及的程度，其应用及探索是一项长期工程，仍然需要我们不断地进行改革与研究，仍然需要通过虚拟仿真平台培养学生在实验教学中的自主探索及创新，锻炼发现问题、分析问题、解决问题的能力，帮助学生熟练掌握本专业的专业技能，扩展学生的知识面，有助于为高校提升教学质量，培养一专多能的复合型应用人才。