基于三維虛擬仿真的理實一體化教學改革*
——以集裝箱碼頭業務操作為例

□ 陳艷玲

(浙江國際海運職業技術學院 港口管理學院，浙江 舟山 316021)

隨著“一帶一路”、“江海聯運”等國家重大戰略的實施，我國與其他國家和地區的交流合作變得愈發緊密，極大地促進國際貿易、物流、金融的快速發展。港口作為物流運輸的重要樞紐，對于促進物流運輸和經濟貿易發展起到重要推動作用。伴隨著智慧港口概念的提出，港口的快速發展倒逼港口的人才質量不斷地更新升級。傳統上的純操作崗位正在慢慢消失，取而代之的是具有現代服務思維的懂管理會操作的高素質復合性人才。為了滿足港口企業對人才質量的需求，《集裝箱碼頭業務操作》進行了基于三維虛擬仿真環境的理實一體化教學模式的課程改革。

1 《集裝箱碼頭業務操作》課程建設現狀及面臨的新問題

1.1 《集裝箱碼頭業務操作》課程建設現狀

《集裝箱碼頭業務操作》是學校港口與航運管理專業港口管理方向的一門核心專業課，授課對象是港口與行業管理專業港口管理方向二年級學生。課程依托集裝箱碼頭信息管理系統開展實訓，采用類似于輪崗培訓的方法，學習各個崗位的業務方法和技能，如船舶計劃員、堆場計劃員、閘口操作員、配載員等。

1.2 《集裝箱碼頭業務操作》面臨的新問題

1.2.1 基于碼頭信息系統的實訓載體，無法呈現形象化的工作場景

以往的教學載體是碼頭的信息管理系統，該系統以二維界面反映出信息在不同部門之間的流轉過程，不能展示碼頭的實時作業場景。學生對于具體業務的操作過程不清楚，對相關的操作原則和方法似懂非懂。鑒于碼頭嚴格的安全管理和特殊作業工況，安排學生參觀碼頭作業現場困難較大，教學中只能利用圖片和視頻去拼湊碼頭的作業場景，效果不佳。

1.2.2 理論+實踐的方式連接松散，能力培養效果差

以前的教學中，用各個擊破的方式學習崗位的知識和技能。先介紹相關知識，然后演示操作技能，最后學生進行操作訓練。理論知識點是否必需、是否夠用是不知道的。實操任務雖然按照要求完成了，基本正確，但是無法檢驗是否最優，導致學習停留在淺層次的模仿學習上面，限制了深度學習，能力培養效果較差。

1.2.3 評價反饋不及時，學習興趣不高

課堂教學中，教師負責巡場指導，無法監測每個學生的實訓過程，實訓效果要教師逐一檢查評價，費時費力，不能即時給學生反饋成績。隨著信息化教學的越來越深入，不少課程中都投入了各種軟件輔助教學，而學生對平面軟件類操作的興趣度在下降。

1.2.4 實訓的成本較高

展現集裝箱碼頭工作場景的實現方式有三種：一是借助碼頭沙盤進行展示；二是基于VR技術開發集裝箱碼頭工作場景；三是借助港機仿真模擬器體驗港機操作。這三種實訓方式的效果直觀逼真，學習體驗感強，但不能與信息系統結合反映出碼頭各個業務之間的內在關聯，而且實訓室建設和維護費用較高。

1.2.5 難以培養學生系統思考能力

集裝箱碼頭的業務是一項系統工作，涉及到很多業務相關方，比如碼頭外部有貨主、貨代公司、船公司、船舶代理公司、運輸公司，以及海關、海事、商檢、港航等行政管理部分。在碼頭內部，也需要各個部門相互協調，如：中控、堆場、閘口、機械、商務、理貨等。很多業務都涉及內部及外部的溝通與協同，必須以系統的思維去考慮問題和處理業務。按單個業務逐個學習的模式，容易割裂各個業務之間的關聯性，難以具有全局意識。以致學生在工作崗位上遇到真實的業務問題時就千頭萬緒不知所措。

2 基于三維虛擬仿真環境的理實一體化教學模式構建

2.1 三維虛擬仿真環境的教學載體提供形象化的工作場景

碼頭運作系統具有關聯性、實踐性、復雜性、多方參與等特點，學生對碼頭運作系統的熟悉是完成某一具體工作的前提。基于三維虛擬仿真環境的教學有以下優點：①能夠將碼頭的布局和功能區域直觀的呈現出來，學生可以通過第一視角(操作者視角)、第三視角、飛行視角三個角度對作業環境進行360度全方位的觀察。②學生能夠根據作業需要，模擬操作各種機械或設備，比如調度員可以操作TOS系統信息，橋吊司機可以操作岸橋、龍門吊司機可以操作龍門吊、集卡司機可以開集卡車等。③可以根據課程需要設置仿真環境具體內容，如調研、卸船、裝船等作業環節。這些優勢是單純的碼頭信息系統無法比擬的。

2.2 理實一體化教學設計深度融合理論和實踐

理實一體化是一種理論和實踐有效結合教學模式，突破以往理論與實踐相脫節的現象，教學環節相對集中。在整個教學環節中，理論和實踐交替進行，直觀和抽象交錯出現，沒有固定的先實后理或先理后實，而是理中有實，實中有理。理實一體化教學模式是能突出學生動手能力和專業技能的培養，充分調動和激發學生學習興趣的一種教學方法。其核心是學生的實踐操作能夠與理論學習同時進行，從根本上將學生的實踐能力提高，與此同時增加學生的參與度。是較為新型的職業院校教學模式。[1]這與高職的人才培養目標不謀而合，高職的人才培養目標是為社會培養出適應生產、建設、管理、服務一線需要的，掌握“必需、夠用”的專業理論知識，具有較強的高素質技術技能型人才[2]。

在課程設計上設計方案設計與方案實施的方式。方案設計階段，主要運用所學知識完成實踐活動，用以指導后續的實施任務。方案實施階段，學生根據方案設計的內容完成實施過程，通過實施的結果，檢驗方案設計的效果，以達到知識夠用，能力達標的教學效果。

2.3 教學做一體化的課堂教學實施

“教學做一體化項目教學模式”就是在實踐教學中,堅持實踐與理論緊密銜接,將實踐教學與理論教學過程中應掌握的知識、能力、態度融入某一生產或工作任務,在單元實踐教學時間內將“教師的教”“學生的學”都與“做”融為一體的教學模式[3]。

教師通過演示典型工作任務來“做中教”，學生通過模擬訓練來“做中學”，最后，學生通過完成強化任務實現“學中做”，做到教學做有機統一,強調教、學、做三者的深度融合。[4]

圖1 教學做一體化操作示意圖

堆場閘口貨運站行政中心碼頭前沿中控室

3 基于三維虛擬仿真環境的理實一體化教學的創新實踐

3.1 三維虛擬仿真環境教學環境

基于ITP平臺的三維虛擬仿真環境提供了全視域下的碼頭實景。學生進入系統，無需3D眼鏡，即可觀察到碼頭整個布局，各個功能區域的分布，碼頭主要的機械設備，以及各種可以模擬的崗位角色。

3.1.1 功能區域虛擬仿真

主要的功能區域仿真見表1。

3.1.2 設施虛擬仿真

表2 集裝箱碼頭虛擬機械設備

3.1.3 角色虛擬仿真

在虛擬仿真的場景中，學生可以根據業務不同選擇角色并完成相應的作業，如調度員、集卡司機、理貨員、閘口操作員、岸橋司機、龍門吊司機等。

表3 角色三維虛擬仿真

3.2 理實一體化的教學模式

遵循從易到難，從簡單到復雜的學習規律，將課程內容分為三個項目：第一個項目是將涉及的關鍵業務環節設置成單項作業，如調研、卸船、裝船、重箱進場、重箱出場，逐個學習和掌握。第二個項目是進口全程作業和出口全程作業。學生在單項訓練的基礎上，掌握進口和出口全程的方案設計與實施。第三個項目是港口綜合作業優化設計與實施，分單人模式和小組模式，內容上包含一艘船舶上同時設計進口和出口業務的情形，難度上在優化設計上加深了任務的復雜度，以培養學生系統的思維。

3.3 教學做一體化的三段式實施路徑

設計三段式的能力培養路徑，即為教師演示、學生模仿訓練、強化拓展訓練三個階段，見圖2所示。每個任務與之對應地提供三套結構形似內容不同數據，分別是教師演示數據，學生模仿訓練數據、強化練習數據。教師演示數據難度較簡單，反映出基本的知識點、技能點的應用，用于學生學習吸收知識與技能。學生模仿訓練數據難度適中，與教師演示數據不同，避免學生出現生搬硬套一知半解的情況，用于培養學生轉化知識和技能。強化訓練數據要有一定的難度，強化已學內容，挖掘學生的學習潛力。

表4 《集裝箱碼頭業務操作》內容架構

圖2 課堂教學實施流程圖

3.4 基于成果的過程性考核

采用基于理實一體化的課程特點，采用理論和實操的考核模式。理論考試上，用強化訓練方案評分為主，以模擬訓練的自評和互評為輔的考核方法。實操考核上，軟件評分系統記錄下每次強化拓展訓練的成績，作為實操考核的依據。評價對象有教師評價、學生自評、學生互評、軟件評價等評價，改變了“教師說的算”的單一評價方式。線上和線下相結合的方式，使過程化評價有理有據，評價的及時性得到較大的改善，便于過程監控和管理。

表5 過程性評價表

4 改革成效

通過基于虛擬仿真環境的教學載體改革、教學內容理實一體化重構、教學過程教學做一體化實施、教學評價成果化改革后，新的教學載體集碼頭信息化系統和虛擬仿真場景與一體，游戲版的虛擬仿真界面，根據任務選擇角色，學生積極性大大提高。理實一體化的教學模式，學生需要在教師指導下獨立完成進階式訓練，培養了學生的綜合業務能力。經過教學改革實踐，學生的知識水平和技能素養明顯提高，靈活運用知識和技能的能力得到了強化訓練。在2018年“百蝶杯”全國高等職業學院集裝箱港口運營職業能力競賽中，浙江國際海運職業技術學院代表隊憑借著扎實的功底和不懈努力獲得了團體一等獎的成績。