基于三維虛擬仿真的理實(shí)一體化教學(xué)改革*
——以集裝箱碼頭業(yè)務(wù)操作為例

□ 陳艷玲

(浙江國(guó)際海運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 港口管理學(xué)院，浙江 舟山 316021)

隨著“一帶一路”、“江海聯(lián)運(yùn)”等國(guó)家重大戰(zhàn)略的實(shí)施，我國(guó)與其他國(guó)家和地區(qū)的交流合作變得愈發(fā)緊密，極大地促進(jìn)國(guó)際貿(mào)易、物流、金融的快速發(fā)展。港口作為物流運(yùn)輸?shù)闹匾獦屑~，對(duì)于促進(jìn)物流運(yùn)輸和經(jīng)濟(jì)貿(mào)易發(fā)展起到重要推動(dòng)作用。伴隨著智慧港口概念的提出，港口的快速發(fā)展倒逼港口的人才質(zhì)量不斷地更新升級(jí)。傳統(tǒng)上的純操作崗位正在慢慢消失，取而代之的是具有現(xiàn)代服務(wù)思維的懂管理會(huì)操作的高素質(zhì)復(fù)合性人才。為了滿足港口企業(yè)對(duì)人才質(zhì)量的需求，《集裝箱碼頭業(yè)務(wù)操作》進(jìn)行了基于三維虛擬仿真環(huán)境的理實(shí)一體化教學(xué)模式的課程改革。

1 《集裝箱碼頭業(yè)務(wù)操作》課程建設(shè)現(xiàn)狀及面臨的新問(wèn)題

1.1 《集裝箱碼頭業(yè)務(wù)操作》課程建設(shè)現(xiàn)狀

《集裝箱碼頭業(yè)務(wù)操作》是學(xué)校港口與航運(yùn)管理專業(yè)港口管理方向的一門核心專業(yè)課，授課對(duì)象是港口與行業(yè)管理專業(yè)港口管理方向二年級(jí)學(xué)生。課程依托集裝箱碼頭信息管理系統(tǒng)開(kāi)展實(shí)訓(xùn)，采用類似于輪崗培訓(xùn)的方法，學(xué)習(xí)各個(gè)崗位的業(yè)務(wù)方法和技能，如船舶計(jì)劃員、堆場(chǎng)計(jì)劃員、閘口操作員、配載員等。

1.2 《集裝箱碼頭業(yè)務(wù)操作》面臨的新問(wèn)題

1.2.1 基于碼頭信息系統(tǒng)的實(shí)訓(xùn)載體，無(wú)法呈現(xiàn)形象化的工作場(chǎng)景

以往的教學(xué)載體是碼頭的信息管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)以二維界面反映出信息在不同部門之間的流轉(zhuǎn)過(guò)程，不能展示碼頭的實(shí)時(shí)作業(yè)場(chǎng)景。學(xué)生對(duì)于具體業(yè)務(wù)的操作過(guò)程不清楚，對(duì)相關(guān)的操作原則和方法似懂非懂。鑒于碼頭嚴(yán)格的安全管理和特殊作業(yè)工況，安排學(xué)生參觀碼頭作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)困難較大，教學(xué)中只能利用圖片和視頻去拼湊碼頭的作業(yè)場(chǎng)景，效果不佳。

1.2.2 理論+實(shí)踐的方式連接松散，能力培養(yǎng)效果差

以前的教學(xué)中，用各個(gè)擊破的方式學(xué)習(xí)崗位的知識(shí)和技能。先介紹相關(guān)知識(shí)，然后演示操作技能，最后學(xué)生進(jìn)行操作訓(xùn)練。理論知識(shí)點(diǎn)是否必需、是否夠用是不知道的。實(shí)操任務(wù)雖然按照要求完成了，基本正確，但是無(wú)法檢驗(yàn)是否最優(yōu)，導(dǎo)致學(xué)習(xí)停留在淺層次的模仿學(xué)習(xí)上面，限制了深度學(xué)習(xí)，能力培養(yǎng)效果較差。

1.2.3 評(píng)價(jià)反饋不及時(shí)，學(xué)習(xí)興趣不高

課堂教學(xué)中，教師負(fù)責(zé)巡場(chǎng)指導(dǎo)，無(wú)法監(jiān)測(cè)每個(gè)學(xué)生的實(shí)訓(xùn)過(guò)程，實(shí)訓(xùn)效果要教師逐一檢查評(píng)價(jià)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，不能即時(shí)給學(xué)生反饋成績(jī)。隨著信息化教學(xué)的越來(lái)越深入，不少課程中都投入了各種軟件輔助教學(xué)，而學(xué)生對(duì)平面軟件類操作的興趣度在下降。

1.2.4 實(shí)訓(xùn)的成本較高

展現(xiàn)集裝箱碼頭工作場(chǎng)景的實(shí)現(xiàn)方式有三種：一是借助碼頭沙盤進(jìn)行展示；二是基于VR技術(shù)開(kāi)發(fā)集裝箱碼頭工作場(chǎng)景；三是借助港機(jī)仿真模擬器體驗(yàn)港機(jī)操作。這三種實(shí)訓(xùn)方式的效果直觀逼真，學(xué)習(xí)體驗(yàn)感強(qiáng)，但不能與信息系統(tǒng)結(jié)合反映出碼頭各個(gè)業(yè)務(wù)之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，而且實(shí)訓(xùn)室建設(shè)和維護(hù)費(fèi)用較高。

1.2.5 難以培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)思考能力

集裝箱碼頭的業(yè)務(wù)是一項(xiàng)系統(tǒng)工作，涉及到很多業(yè)務(wù)相關(guān)方，比如碼頭外部有貨主、貨代公司、船公司、船舶代理公司、運(yùn)輸公司，以及海關(guān)、海事、商檢、港航等行政管理部分。在碼頭內(nèi)部，也需要各個(gè)部門相互協(xié)調(diào)，如：中控、堆場(chǎng)、閘口、機(jī)械、商務(wù)、理貨等。很多業(yè)務(wù)都涉及內(nèi)部及外部的溝通與協(xié)同，必須以系統(tǒng)的思維去考慮問(wèn)題和處理業(yè)務(wù)。按單個(gè)業(yè)務(wù)逐個(gè)學(xué)習(xí)的模式，容易割裂各個(gè)業(yè)務(wù)之間的關(guān)聯(lián)性，難以具有全局意識(shí)。以致學(xué)生在工作崗位上遇到真實(shí)的業(yè)務(wù)問(wèn)題時(shí)就千頭萬(wàn)緒不知所措。

2 基于三維虛擬仿真環(huán)境的理實(shí)一體化教學(xué)模式構(gòu)建

2.1 三維虛擬仿真環(huán)境的教學(xué)載體提供形象化的工作場(chǎng)景

碼頭運(yùn)作系統(tǒng)具有關(guān)聯(lián)性、實(shí)踐性、復(fù)雜性、多方參與等特點(diǎn)，學(xué)生對(duì)碼頭運(yùn)作系統(tǒng)的熟悉是完成某一具體工作的前提?；谌S虛擬仿真環(huán)境的教學(xué)有以下優(yōu)點(diǎn)：①能夠?qū)⒋a頭的布局和功能區(qū)域直觀的呈現(xiàn)出來(lái)，學(xué)生可以通過(guò)第一視角(操作者視角)、第三視角、飛行視角三個(gè)角度對(duì)作業(yè)環(huán)境進(jìn)行360度全方位的觀察。②學(xué)生能夠根據(jù)作業(yè)需要，模擬操作各種機(jī)械或設(shè)備，比如調(diào)度員可以操作TOS系統(tǒng)信息，橋吊司機(jī)可以操作岸橋、龍門吊司機(jī)可以操作龍門吊、集卡司機(jī)可以開(kāi)集卡車等。③可以根據(jù)課程需要設(shè)置仿真環(huán)境具體內(nèi)容，如調(diào)研、卸船、裝船等作業(yè)環(huán)節(jié)。這些優(yōu)勢(shì)是單純的碼頭信息系統(tǒng)無(wú)法比擬的。

2.2 理實(shí)一體化教學(xué)設(shè)計(jì)深度融合理論和實(shí)踐

理實(shí)一體化是一種理論和實(shí)踐有效結(jié)合教學(xué)模式，突破以往理論與實(shí)踐相脫節(jié)的現(xiàn)象，教學(xué)環(huán)節(jié)相對(duì)集中。在整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中，理論和實(shí)踐交替進(jìn)行，直觀和抽象交錯(cuò)出現(xiàn)，沒(méi)有固定的先實(shí)后理或先理后實(shí)，而是理中有實(shí)，實(shí)中有理。理實(shí)一體化教學(xué)模式是能突出學(xué)生動(dòng)手能力和專業(yè)技能的培養(yǎng)，充分調(diào)動(dòng)和激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的一種教學(xué)方法。其核心是學(xué)生的實(shí)踐操作能夠與理論學(xué)習(xí)同時(shí)進(jìn)行，從根本上將學(xué)生的實(shí)踐能力提高，與此同時(shí)增加學(xué)生的參與度。是較為新型的職業(yè)院校教學(xué)模式。[1]這與高職的人才培養(yǎng)目標(biāo)不謀而合，高職的人才培養(yǎng)目標(biāo)是為社會(huì)培養(yǎng)出適應(yīng)生產(chǎn)、建設(shè)、管理、服務(wù)一線需要的，掌握“必需、夠用”的專業(yè)理論知識(shí)，具有較強(qiáng)的高素質(zhì)技術(shù)技能型人才[2]。

在課程設(shè)計(jì)上設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)與方案實(shí)施的方式。方案設(shè)計(jì)階段，主要運(yùn)用所學(xué)知識(shí)完成實(shí)踐活動(dòng)，用以指導(dǎo)后續(xù)的實(shí)施任務(wù)。方案實(shí)施階段，學(xué)生根據(jù)方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容完成實(shí)施過(guò)程，通過(guò)實(shí)施的結(jié)果，檢驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的效果，以達(dá)到知識(shí)夠用，能力達(dá)標(biāo)的教學(xué)效果。

2.3 教學(xué)做一體化的課堂教學(xué)實(shí)施

“教學(xué)做一體化項(xiàng)目教學(xué)模式”就是在實(shí)踐教學(xué)中,堅(jiān)持實(shí)踐與理論緊密銜接,將實(shí)踐教學(xué)與理論教學(xué)過(guò)程中應(yīng)掌握的知識(shí)、能力、態(tài)度融入某一生產(chǎn)或工作任務(wù),在單元實(shí)踐教學(xué)時(shí)間內(nèi)將“教師的教”“學(xué)生的學(xué)”都與“做”融為一體的教學(xué)模式[3]。

教師通過(guò)演示典型工作任務(wù)來(lái)“做中教”，學(xué)生通過(guò)模擬訓(xùn)練來(lái)“做中學(xué)”，最后，學(xué)生通過(guò)完成強(qiáng)化任務(wù)實(shí)現(xiàn)“學(xué)中做”，做到教學(xué)做有機(jī)統(tǒng)一,強(qiáng)調(diào)教、學(xué)、做三者的深度融合。[4]

圖1 教學(xué)做一體化操作示意圖

堆場(chǎng)閘口貨運(yùn)站行政中心碼頭前沿中控室

3 基于三維虛擬仿真環(huán)境的理實(shí)一體化教學(xué)的創(chuàng)新實(shí)踐

3.1 三維虛擬仿真環(huán)境教學(xué)環(huán)境

基于ITP平臺(tái)的三維虛擬仿真環(huán)境提供了全視域下的碼頭實(shí)景。學(xué)生進(jìn)入系統(tǒng)，無(wú)需3D眼鏡，即可觀察到碼頭整個(gè)布局，各個(gè)功能區(qū)域的分布，碼頭主要的機(jī)械設(shè)備，以及各種可以模擬的崗位角色。

3.1.1 功能區(qū)域虛擬仿真

主要的功能區(qū)域仿真見(jiàn)表1。

3.1.2 設(shè)施虛擬仿真

表2 集裝箱碼頭虛擬機(jī)械設(shè)備

3.1.3 角色虛擬仿真

在虛擬仿真的場(chǎng)景中，學(xué)生可以根據(jù)業(yè)務(wù)不同選擇角色并完成相應(yīng)的作業(yè)，如調(diào)度員、集卡司機(jī)、理貨員、閘口操作員、岸橋司機(jī)、龍門吊司機(jī)等。

表3 角色三維虛擬仿真

3.2 理實(shí)一體化的教學(xué)模式

遵循從易到難，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的學(xué)習(xí)規(guī)律，將課程內(nèi)容分為三個(gè)項(xiàng)目：第一個(gè)項(xiàng)目是將涉及的關(guān)鍵業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)設(shè)置成單項(xiàng)作業(yè)，如調(diào)研、卸船、裝船、重箱進(jìn)場(chǎng)、重箱出場(chǎng)，逐個(gè)學(xué)習(xí)和掌握。第二個(gè)項(xiàng)目是進(jìn)口全程作業(yè)和出口全程作業(yè)。學(xué)生在單項(xiàng)訓(xùn)練的基礎(chǔ)上，掌握進(jìn)口和出口全程的方案設(shè)計(jì)與實(shí)施。第三個(gè)項(xiàng)目是港口綜合作業(yè)優(yōu)化設(shè)計(jì)與實(shí)施，分單人模式和小組模式，內(nèi)容上包含一艘船舶上同時(shí)設(shè)計(jì)進(jìn)口和出口業(yè)務(wù)的情形，難度上在優(yōu)化設(shè)計(jì)上加深了任務(wù)的復(fù)雜度，以培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)的思維。

3.3 教學(xué)做一體化的三段式實(shí)施路徑

設(shè)計(jì)三段式的能力培養(yǎng)路徑，即為教師演示、學(xué)生模仿訓(xùn)練、強(qiáng)化拓展訓(xùn)練三個(gè)階段，見(jiàn)圖2所示。每個(gè)任務(wù)與之對(duì)應(yīng)地提供三套結(jié)構(gòu)形似內(nèi)容不同數(shù)據(jù)，分別是教師演示數(shù)據(jù)，學(xué)生模仿訓(xùn)練數(shù)據(jù)、強(qiáng)化練習(xí)數(shù)據(jù)。教師演示數(shù)據(jù)難度較簡(jiǎn)單，反映出基本的知識(shí)點(diǎn)、技能點(diǎn)的應(yīng)用，用于學(xué)生學(xué)習(xí)吸收知識(shí)與技能。學(xué)生模仿訓(xùn)練數(shù)據(jù)難度適中，與教師演示數(shù)據(jù)不同，避免學(xué)生出現(xiàn)生搬硬套一知半解的情況，用于培養(yǎng)學(xué)生轉(zhuǎn)化知識(shí)和技能。強(qiáng)化訓(xùn)練數(shù)據(jù)要有一定的難度，強(qiáng)化已學(xué)內(nèi)容，挖掘?qū)W生的學(xué)習(xí)潛力。

表4 《集裝箱碼頭業(yè)務(wù)操作》內(nèi)容架構(gòu)

圖2 課堂教學(xué)實(shí)施流程圖

3.4 基于成果的過(guò)程性考核

采用基于理實(shí)一體化的課程特點(diǎn)，采用理論和實(shí)操的考核模式。理論考試上，用強(qiáng)化訓(xùn)練方案評(píng)分為主，以模擬訓(xùn)練的自評(píng)和互評(píng)為輔的考核方法。實(shí)操考核上，軟件評(píng)分系統(tǒng)記錄下每次強(qiáng)化拓展訓(xùn)練的成績(jī)，作為實(shí)操考核的依據(jù)。評(píng)價(jià)對(duì)象有教師評(píng)價(jià)、學(xué)生自評(píng)、學(xué)生互評(píng)、軟件評(píng)價(jià)等評(píng)價(jià)，改變了“教師說(shuō)的算”的單一評(píng)價(jià)方式。線上和線下相結(jié)合的方式，使過(guò)程化評(píng)價(jià)有理有據(jù)，評(píng)價(jià)的及時(shí)性得到較大的改善，便于過(guò)程監(jiān)控和管理。

表5 過(guò)程性評(píng)價(jià)表

4 改革成效

通過(guò)基于虛擬仿真環(huán)境的教學(xué)載體改革、教學(xué)內(nèi)容理實(shí)一體化重構(gòu)、教學(xué)過(guò)程教學(xué)做一體化實(shí)施、教學(xué)評(píng)價(jià)成果化改革后，新的教學(xué)載體集碼頭信息化系統(tǒng)和虛擬仿真場(chǎng)景與一體，游戲版的虛擬仿真界面，根據(jù)任務(wù)選擇角色，學(xué)生積極性大大提高。理實(shí)一體化的教學(xué)模式，學(xué)生需要在教師指導(dǎo)下獨(dú)立完成進(jìn)階式訓(xùn)練，培養(yǎng)了學(xué)生的綜合業(yè)務(wù)能力。經(jīng)過(guò)教學(xué)改革實(shí)踐，學(xué)生的知識(shí)水平和技能素養(yǎng)明顯提高，靈活運(yùn)用知識(shí)和技能的能力得到了強(qiáng)化訓(xùn)練。在2018年“百蝶杯”全國(guó)高等職業(yè)學(xué)院集裝箱港口運(yùn)營(yíng)職業(yè)能力競(jìng)賽中，浙江國(guó)際海運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院代表隊(duì)?wèi){借著扎實(shí)的功底和不懈努力獲得了團(tuán)體一等獎(jiǎng)的成績(jī)。