“兩性一度”導(dǎo)向下虛擬仿真平臺的應(yīng)用與實(shí)踐

馬玉靜 魏然 馬志才 孫偉

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2024.02.040

收稿日期：2023-06-29

基金項(xiàng)目：全國交通運(yùn)輸職業(yè)教育教學(xué)指導(dǎo)委員會路橋工程類專業(yè)指導(dǎo)委員會2022教研課題（LQZZW202219）；2023年北京交通運(yùn)輸職業(yè)學(xué)院院級科研項(xiàng)目（BJY2022C215）

摘? 要：基于“兩性一度”金課標(biāo)準(zhǔn)，充分運(yùn)用信息化手段，在工程質(zhì)量監(jiān)理課程教學(xué)中引入虛擬仿真平臺。平臺建設(shè)以工程監(jiān)理四個(gè)典型工作任務(wù)和真實(shí)工程質(zhì)量案例為基礎(chǔ)，提供線上實(shí)訓(xùn)、互動交互和考核評價(jià)功能，在設(shè)計(jì)互動和任務(wù)點(diǎn)環(huán)節(jié)融入監(jiān)理行業(yè)新標(biāo)準(zhǔn)、新動態(tài)、新技術(shù)及職業(yè)素養(yǎng)要求，實(shí)現(xiàn)了對學(xué)生綜合分析等高階能力的培養(yǎng)。平臺的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了線上線下混合式教學(xué)，提高了課程信息化教學(xué)水平，有效解決了監(jiān)理實(shí)訓(xùn)教學(xué)重難點(diǎn)問題，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。根據(jù)教學(xué)反饋，該平臺的應(yīng)用取得了良好的教學(xué)效果，為工程管理類課程教學(xué)改革提供了一條參考路徑。

關(guān)鍵詞：兩性一度；虛擬仿真；信息化；混合式教學(xué)；教學(xué)改革

中圖分類號：TP391.9；G434? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2024）02-0186-05

Application and Practice of Virtual Simulation Platform under the Orientation of “Two Properties and One Level”

MA Yujing， WEI Ran， MA Zhicai， SUN Wei

（School of Road and Bridge， Beijing Vocational College of Transport， Beijing? 101121， China）

Abstract： Based on the gold course standard of “Two Properties and One Level”， this paper fully utilizes informatization technology to introduce virtual simulation platforms in the teaching of engineering quality supervision courses. The platform construction is based on four typical work tasks of engineering supervision and real engineering quality cases， providing online training， interactive interaction， and assessment and evaluation functions. It integrates new standards， new trends， new technologies， and professional ethics requirements in the supervision industry into the design interaction and task point links， achieving the cultivation of high-level abilities such as comprehensive analysis for students. The application of the platform achieves a blending learning of online and offline， improves the level of course informatization teaching， effectively solves the key and difficult problems of the subject， and enhances the learning interest of students. According to teaching feedback， the application of this platform has achieved good teaching results， providing a reference path for the teaching reform of engineering management courses.

Keywords： Two Properties and One Level; virtual simulation; informatization; blending learning; teaching reform

0? 引? 言

課程是人才培養(yǎng)過程中的核心要素，是學(xué)生獲取知識和技能的主要來源，課程質(zhì)量好壞直接關(guān)系到學(xué)生的學(xué)習(xí)動力和學(xué)業(yè)水平[1]。通過建設(shè)一流課程，可有效提升學(xué)校專業(yè)的知名度，提高學(xué)生的主動性和積極性，拓寬學(xué)生對于專業(yè)知識的認(rèn)知度[2]。2018年，時(shí)任教育部高等教育司司長吳巖提出“兩性一度”的金課標(biāo)準(zhǔn)，在第十一屆“中國大學(xué)教學(xué)論壇”上，教育部明確提出要努力打造五類金課：線下、線上、線上線下混合式、虛擬仿真和社會實(shí)踐“金課”，并給出了評價(jià)金課的“兩性一度”標(biāo)準(zhǔn)，即“高階性”“創(chuàng)新性”和“挑戰(zhàn)度”?！案唠A性”是指知識、能力和素質(zhì)有機(jī)融合，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的綜合能力和高級思維；“創(chuàng)新性”要求教學(xué)內(nèi)容有前沿性和時(shí)代性，教學(xué)形式體現(xiàn)先進(jìn)性和互動性，學(xué)習(xí)結(jié)果具有探究性和個(gè)性化；“挑戰(zhàn)度”要求課程要有一定難度，需要學(xué)生和老師一起，跳一跳才能夠得著[3]。

1? 虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用可行性分析

工程質(zhì)量監(jiān)理是工程監(jiān)理專業(yè)的核心課程，是學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握工程質(zhì)量監(jiān)理知識的主要途徑。課程主要培養(yǎng)學(xué)生組織和協(xié)調(diào)工程施工的能力，運(yùn)用法律法規(guī)、施工及監(jiān)理規(guī)范等對施工過程進(jìn)行監(jiān)督的能力，是一門技術(shù)性、綜合性、實(shí)踐性和政策性都很強(qiáng)的課程。該課程多采用傳統(tǒng)線下教學(xué)模式，教師通過多媒體設(shè)備教學(xué)，講授相關(guān)的概念、知識內(nèi)容，學(xué)生被動聽講，往往缺少學(xué)習(xí)興趣。對于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量監(jiān)督要點(diǎn)，教師難以講授清楚，即使安排學(xué)生施工現(xiàn)場實(shí)踐學(xué)習(xí)觀摩，受限于實(shí)際工程建設(shè)周期長等特點(diǎn)，有限的現(xiàn)場實(shí)踐效果欠佳。傳統(tǒng)授課模式下，學(xué)生對質(zhì)量監(jiān)督監(jiān)控與評定的流程、方法的理解多留在理論層面，缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的感性認(rèn)知。通過課程教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識、協(xié)調(diào)能力、綜合分析能力更無從談起，已無法滿足社會發(fā)展對學(xué)生實(shí)踐技能的要求。

為提高工程監(jiān)理課程的教學(xué)效果，多種教學(xué)手段被應(yīng)用，包括：工程實(shí)例與課程結(jié)合開展教學(xué)[4，5]、引入微課及翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)[6]、校外實(shí)訓(xùn)基地教學(xué)[7]等方式，均取得了一定的教學(xué)成效。但仍然存在著實(shí)踐難以開展、學(xué)生體驗(yàn)感不強(qiáng)、創(chuàng)新能力培養(yǎng)不足等問題，距離“金課”的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)要求還存在一定的差距。

虛擬仿真教學(xué)手段具有改善教學(xué)環(huán)境、節(jié)約辦學(xué)成本、規(guī)避安全風(fēng)險(xiǎn)、激發(fā)學(xué)生興趣的優(yōu)點(diǎn)，學(xué)生可反復(fù)多次進(jìn)行實(shí)訓(xùn)操作，增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果。虛擬仿真技術(shù)為工程監(jiān)理課程“金課”建設(shè)提供了一條路徑。虛擬仿真（virtual reality， VR）是一種計(jì)算機(jī)技術(shù)，利用該技術(shù)可以創(chuàng)建出一個(gè)虛擬的三維世界，并以交互的形式呈現(xiàn)出來。該三維世界中可以模擬出用戶的物理狀態(tài)，并與由計(jì)算機(jī)創(chuàng)建出的角色或環(huán)境互動[8]。虛擬仿真教學(xué)是現(xiàn)代信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合的產(chǎn)物，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，虛擬仿真教學(xué)手段在醫(yī)藥工程、土木工程、礦業(yè)工程等眾多學(xué)科中得到廣泛的應(yīng)用[9-11]，土木工程專業(yè)中工程測量、土工試驗(yàn)、材料力學(xué)等課程均運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)開展了教學(xué)實(shí)踐[12-14]。

在本課程教學(xué)過程中，運(yùn)用虛擬仿真平臺創(chuàng)設(shè)與實(shí)際施工現(xiàn)場相近的實(shí)踐場景，在搭建的虛擬工程場景中，師生共同開展施工質(zhì)量管理工作，通過采取互動式、沉浸式教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，使學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)踐，促進(jìn)學(xué)生對本課程知識的理解、掌握、應(yīng)用，同時(shí)提升學(xué)生的專業(yè)探究意識和探索精神。

2? 基于“兩性一度”標(biāo)準(zhǔn)課程教學(xué)整體設(shè)計(jì)

2.1? 教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)

教育學(xué)家、心理學(xué)家布魯姆按認(rèn)知領(lǐng)域?qū)⒔逃繕?biāo)分為6個(gè)維度，認(rèn)為其中的記憶、理解、應(yīng)用屬于低階思維，分析、評價(jià)和創(chuàng)造屬于高階思維，即金課標(biāo)準(zhǔn)要求培養(yǎng)的能力。在本課程教學(xué)中，通過運(yùn)用虛擬仿真平臺完成典型工作實(shí)訓(xùn)任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生在掌握質(zhì)量監(jiān)理工作方法、監(jiān)理流程等專業(yè)知識的基礎(chǔ)上，初步具備分析、評價(jià)和解決復(fù)雜工程質(zhì)量問題的綜合能力，具備運(yùn)用所學(xué)知識、技能開展質(zhì)量管理工作能力，實(shí)現(xiàn)高階思維認(rèn)知能力的培養(yǎng)目標(biāo)。

2.2? 重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容

立足培養(yǎng)學(xué)生具備綜合應(yīng)用管理、法律等多學(xué)科知識解決工程質(zhì)量問題的能力，在此基礎(chǔ)上重構(gòu)課程教學(xué)內(nèi)容。課程分為交通工程、環(huán)境工程、路基工程、路面工程、橋梁工程、隧道工程質(zhì)量監(jiān)理六個(gè)模塊，實(shí)現(xiàn)由簡單到復(fù)雜，由基礎(chǔ)、強(qiáng)化到提高的教學(xué)內(nèi)容逐級遞進(jìn)。教學(xué)中引入巡視管理、旁站監(jiān)督、質(zhì)量抽檢、質(zhì)量評定四個(gè)典型工作任務(wù)，每一個(gè)任務(wù)難度、綜合分析能力要求逐級增強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)專業(yè)技能提升，最后通過實(shí)際工程項(xiàng)目虛擬仿真資源、工程師第一視角施工現(xiàn)場視頻資源開展實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用監(jiān)理規(guī)范和質(zhì)量評定標(biāo)準(zhǔn)對工程質(zhì)量進(jìn)行綜合分析的能力，提升學(xué)生解決實(shí)際工程質(zhì)量問題的能力。

以典型模塊五質(zhì)量抽檢任務(wù)為例，在橋梁、隧道等混凝土結(jié)構(gòu)工程施工中，引入先進(jìn)智慧巡檢系統(tǒng)、無損抽檢技術(shù)，讓學(xué)生體驗(yàn)前沿科技水平，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用新技術(shù)、新設(shè)備開展工程質(zhì)量管理的創(chuàng)新工作能力。在質(zhì)量評定任務(wù)中融入新規(guī)范和新標(biāo)準(zhǔn)，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)對工程質(zhì)量進(jìn)行全面評定的能力。通過新技術(shù)、新標(biāo)準(zhǔn)、新規(guī)范的綜合運(yùn)用，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)如圖1所示。

針對各種不同橋梁、隧道等工程結(jié)構(gòu)及實(shí)際工程常見質(zhì)量問題，在虛擬平臺設(shè)計(jì)中加入多種工程案例情境供學(xué)生互動。結(jié)合課堂典型工作任務(wù)教學(xué)效果及教學(xué)重難點(diǎn)，利用虛擬仿真信息化教學(xué)手段，布置課后任務(wù)實(shí)訓(xùn)，有針對性地進(jìn)行難度提升和拓展延伸，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和綜合分析解決問題的能力，實(shí)現(xiàn)與真實(shí)工作任務(wù)的零距離對接。

3? 虛擬仿真平臺設(shè)計(jì)

3.1? 虛擬仿真平臺功能介紹

虛擬仿真平臺具備線上實(shí)訓(xùn)、任務(wù)單填寫、數(shù)據(jù)上傳和結(jié)果評定等功能，分為學(xué)生端和教師端，學(xué)生端實(shí)現(xiàn)互動交互功能，教師端具備數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、考核評價(jià)功能。

巡視管理與旁站監(jiān)督兩個(gè)典型工作任務(wù)，通過平臺中的情景互動，實(shí)現(xiàn)“以虛助實(shí)”線上實(shí)訓(xùn)；質(zhì)量抽檢和質(zhì)量評定兩個(gè)典型任務(wù)，通過將任務(wù)流程轉(zhuǎn)化為線上實(shí)訓(xùn)資源，學(xué)生將現(xiàn)場抽檢數(shù)據(jù)和評定結(jié)論上傳至虛擬平臺，教師與企業(yè)專家根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析評價(jià)，實(shí)現(xiàn)“以實(shí)帶虛”的混合式實(shí)訓(xùn)。

3.2? 虛擬仿真平臺操作端口及交互功能

3.2.1? 學(xué)生端

平臺學(xué)生端設(shè)計(jì)為單機(jī)版，操作方便靈活。學(xué)生用賬號密碼登錄進(jìn)入平臺，課前可實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目劃分、工作任務(wù)流程的線上預(yù)習(xí)，課中可實(shí)現(xiàn)巡視管理與旁站監(jiān)督任務(wù)的實(shí)訓(xùn)、質(zhì)量抽檢和質(zhì)量評定任務(wù)單填寫、數(shù)據(jù)上傳和成果提交，課后可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化拓展任務(wù)的線上實(shí)訓(xùn)。登錄界面如圖2所示。

3.2.2? 教師端

主講教師登錄平臺，課前可實(shí)現(xiàn)對學(xué)生及其他輔講教師賬號的設(shè)置與管理，以及對不同結(jié)構(gòu)分部工程典型任務(wù)的布置；課中可開展混合式實(shí)訓(xùn)，通過后臺統(tǒng)計(jì)分析提交數(shù)據(jù)成果，對教學(xué)質(zhì)量效果進(jìn)行評價(jià)；課后可實(shí)現(xiàn)拓展任務(wù)的布置與延伸，界面如圖3所示。

3.2.3? 交互功能

根據(jù)不同結(jié)構(gòu)的分部工程劃分，實(shí)訓(xùn)任務(wù)中均設(shè)置企業(yè)真實(shí)案例場景供學(xué)生互動，依據(jù)實(shí)際工作監(jiān)理流程，在交互環(huán)節(jié)融入游戲、動畫，學(xué)生在交互過程中，學(xué)習(xí)監(jiān)理工作方法，感受實(shí)際工作程序并體會職業(yè)素養(yǎng)要求，根據(jù)交互環(huán)節(jié)流程，依次完成典型工作任務(wù)，上傳并提交任務(wù)成果，界面如圖4所示。

3.3? 課程教學(xué)考核評價(jià)

課程在虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺+學(xué)習(xí)通學(xué)習(xí)平臺+線下實(shí)訓(xùn)基地實(shí)訓(xùn)“兩平臺三融合”的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了多維度綜合評價(jià)體系，如表1所示。課程考核由實(shí)訓(xùn)考核和綜合考核組成，其中六個(gè)模塊的實(shí)訓(xùn)考核成績共占60%，考核內(nèi)容包括完成任務(wù)的熟練度、規(guī)范性、準(zhǔn)確性、綜合分析能力等，實(shí)訓(xùn)成績統(tǒng)一錄入學(xué)習(xí)通平臺。應(yīng)用學(xué)習(xí)通平臺學(xué)習(xí)的綜合考核成績占40%，考核內(nèi)容包括課前預(yù)習(xí)效果、課中活動參與、課堂測試、考試及課后作業(yè)提交等。

該考核評價(jià)體系對接監(jiān)理崗位要求，運(yùn)用虛擬仿真等信息化手段，對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行多維度評價(jià)，對于實(shí)訓(xùn)中的薄弱環(huán)節(jié)，教師通過引導(dǎo)、示范、企業(yè)專家輔導(dǎo)點(diǎn)評等方法，進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注。學(xué)生針對實(shí)訓(xùn)問題點(diǎn)加強(qiáng)學(xué)習(xí)、鞏固練習(xí)，實(shí)現(xiàn)了綜合考核成績的有效提升。

4? 教學(xué)實(shí)施過程及學(xué)習(xí)效果

4.1? 教學(xué)實(shí)施過程

基于虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺，運(yùn)用學(xué)習(xí)通管理平臺和校外實(shí)訓(xùn)基地的“兩平臺三融合”方式，以模塊五——橋梁工程質(zhì)量監(jiān)理的“附屬工程”為例，教學(xué)實(shí)施過程如圖5所示。

1）課前探新知，提升學(xué)習(xí)素養(yǎng)。教師在學(xué)習(xí)通推送相關(guān)學(xué)習(xí)資源，設(shè)置習(xí)題考查學(xué)生的掌握程度。學(xué)生通過學(xué)習(xí)通平臺預(yù)習(xí)相關(guān)知識要點(diǎn)，做好知識儲備。

2）課中實(shí)訓(xùn)任務(wù)教學(xué)，掌握職業(yè)技能。教師引入教學(xué)情境；教師提煉總結(jié)任務(wù)要點(diǎn)，發(fā)布課堂活動，提高學(xué)習(xí)積極性；教師演示虛擬平臺橋面欄桿安裝施工巡視任務(wù)；學(xué)生登錄虛擬平臺，分組完成不同結(jié)構(gòu)的巡視任務(wù)；學(xué)生通過考核后，進(jìn)入“伸縮縫首件安裝”旁站任務(wù)，根據(jù)交互流程，完成任務(wù)，提交成果；各組匯報(bào)展示，進(jìn)行組間互評；教師總結(jié)評價(jià)，提出改進(jìn)措施；學(xué)生通過前兩個(gè)任務(wù)考核后，進(jìn)入抽檢與評定任務(wù)環(huán)節(jié)；教師提煉操作步驟，進(jìn)行知識梳理；教師操作演示，學(xué)生熟悉要點(diǎn)，分組練習(xí)混凝土裂縫抽檢過程；學(xué)生在校外實(shí)訓(xùn)基地對欄桿抽檢，教師現(xiàn)場指導(dǎo)，進(jìn)行過程監(jiān)督與糾正；學(xué)生完成抽檢任務(wù)，依據(jù)抽檢數(shù)據(jù)對護(hù)欄質(zhì)量進(jìn)行評定，將結(jié)果上傳虛擬平臺。教師及企業(yè)專家登錄后臺，點(diǎn)評分析，專家結(jié)合欄桿近年質(zhì)量案例進(jìn)行知識提升；教師綜合專家意見進(jìn)行總結(jié)評價(jià)。

3）課后鞏固拓展，強(qiáng)化專業(yè)技能。學(xué)生課后登錄虛擬仿真平臺完成“腳手架搭設(shè)”巡視和“橋面鋪裝”旁站線上拓展任務(wù)，在校內(nèi)實(shí)訓(xùn)基地，針對構(gòu)件模型進(jìn)行線下強(qiáng)化練習(xí)，提升專業(yè)技能。

4.2? 學(xué)生學(xué)習(xí)效果

4.2.1? 學(xué)生評價(jià)

教學(xué)過程將行業(yè)新技術(shù)、新標(biāo)準(zhǔn)、職業(yè)要求等有效融入仿真平臺實(shí)訓(xùn)案例中，交互環(huán)節(jié)融入游戲、動畫，極大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生課上參與度、課前預(yù)習(xí)效果和課后任務(wù)提交率明顯提升，自主學(xué)習(xí)能力得到加強(qiáng)，學(xué)習(xí)積極性明顯提高。

4.2.2? 教師評價(jià)

自2021年9月至今，累計(jì)已有6個(gè)教學(xué)班近200人應(yīng)用該虛擬仿真平臺開展實(shí)訓(xùn)教學(xué)。通過數(shù)據(jù)進(jìn)行評價(jià)分析，與傳統(tǒng)教學(xué)方式對比，學(xué)生的綜合成績、實(shí)踐技能、素養(yǎng)水平顯著提高，教學(xué)目標(biāo)有效達(dá)成。

4.2.3? 企業(yè)評價(jià)

參與虛擬仿真平臺實(shí)訓(xùn)并通過考核后的學(xué)生，在后續(xù)監(jiān)理企業(yè)實(shí)習(xí)實(shí)踐中，能較快適應(yīng)企業(yè)工作要求，工作能力和工作成效得到企業(yè)高度評價(jià)。

5? 結(jié)? 論

基于“兩性一度”金課標(biāo)準(zhǔn)打造的工程質(zhì)量監(jiān)理虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺，培養(yǎng)了學(xué)生解決復(fù)雜問題的能力，和傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)方式相比，具有一定的“高階性”，在設(shè)計(jì)任務(wù)環(huán)節(jié)中融入新技術(shù)、新標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)踐與應(yīng)用，開拓了學(xué)生的創(chuàng)新思維，具有一定的“創(chuàng)新性”。課程融合了工程管理類、法律法規(guī)類等多學(xué)科相關(guān)知識，體現(xiàn)了綜合應(yīng)用能力，既有創(chuàng)新性，也體現(xiàn)了“挑戰(zhàn)度”。本課程于2022年9月被北京市教委認(rèn)定為“2022年北京市職業(yè)教育在線精品課程”，為培養(yǎng)高素質(zhì)技術(shù)技能監(jiān)理人才提供了有效方法，也為工程管理類課程教學(xué)改革提供了一條參考路徑。

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作者簡介：馬玉靜（1979.12—），女，漢族，河北藁

城人，副教授，碩士，研究方向：工程項(xiàng)目信息化管理、虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用、建筑材料試驗(yàn)研究。