高職道橋施工虛擬仿真實踐教學的教學設計策略研究

楊平 鄭智敏 劉琛

摘 要：虛擬仿真實踐教學是指通過互聯網等創設虛擬教學環境，其模仿真實情境，主要是為開展設計、實踐、修改、運行等實踐活動或者為促進實踐而進行理論學習開展的教學活動。文章總結歸納虛擬現實技術應用于高職實踐教學的相關概念和優勢，確定三維虛擬技術在道橋專業施工實踐教學改革中的應用樣式。通過虛擬現實和游戲化教學理論分析，提出高職道橋施工虛擬仿真實踐教學的設計原則、流程和方法。

關鍵詞：道橋施工：虛擬仿真實踐教學；高職教學；教學設計策略

中圖分類號：G712 文獻標志碼：A 文章編號：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

道橋施工企業走綠色、安全、高效之路的理念已成為共識，而這一理念的實現離不開大量基礎扎實、工程素養高、實踐能力強的技術技能性人才。目前高職道橋專業在開展施工技術實踐教學環節過程中遇到不少問題：（1）道橋施工場地作業面狹小、安全生產責任大、建設進度階段性強及周期性長（2～3年），在工地進行校外實踐教學難度大，現場實習只能接觸有限的專業過程與工藝環節；（2）道橋實訓設備構造復雜、實訓資源消耗量大，實訓成本高；（3）道橋施工實訓設備體量大、實訓教學工位有限，需要分批次在校內實訓場進行施工實訓，特別是高危險、大型復雜的實訓項目難以在校內實訓場實施；（4）教學模式單一、實訓過程枯燥，分組考核實訓成果；（5）開放實訓場所時間有限，學生課外無法進行實踐操作。因而造成學生工程規范操作意識薄弱、動手能力差、缺乏施工全過程操作經驗，進而使其對實際工程施工工藝的系統掌握和工程技術問題處理能力受到極大制約。因此，急需尋找一種新的教學形式來解決高職道橋專業施工實踐教學環節的突出問題，以強化學生工程實踐能力的培養。

隨著虛擬現實技術的發展，道橋施工正在接受這項技術的改造，尤其是高校實踐教學向著網絡化、智能化、互動化方向發展，這就為道橋專業施工實踐教學環節改革提供了機遇。為此，積極推動信息化技術與教育教學深度融合，在專業實踐教學中使用計算機仿真教學、數字化實訓等技術，改革教學方法和手段，融“教、學、做”為一體，開展“綠色環保安全”虛擬仿真實踐教學活動，強化學生綜合職業能力的培養，彌補道橋專業施工教學中實踐與理論脫節、安全、時間、空間及經費等重大難題。

一、國內外虛擬現實技術在高職院校實踐教學中的應用

虛擬現實技術是20世紀80年代在美國率先提出來的，距今已有近40年的歷史，因此虛擬技術也在不斷的完善。虛擬現實技術是將計算機技術、圖片處理技術、3D技術、遙感技術等有機融合在一起而形成的一項綜合技術，因此其能夠應用到諸多的領域中去。虛擬現實技術的開發建設將人機交互界面應用到現實中去，使其不再成為一種設想，有利于推進智能化的時代的到來，同時也將一些數據進行可視化的處理。虛擬現實技術具有豐富的感知功能、強烈的存在感、自然地交互感知、豐富的想象思維，將虛擬現實技術融入到教學中，能夠開創良好的學習環境，使學生能夠融入到生動、富有創造力和想象力的環境中，改變教學方式，改進學習內容，虛擬現實技術在高職實踐教學中應用優勢具體如下：

（一）改變教學方式

當前教師教學過程中存在課堂枯燥、學生學習效率低等問題，其主要原因是教師主導、教學模式比較單一，不能很好帶動課堂氣氛，導致學生學習積極性不高、專注度不夠，進而達不到教學目的，拉低了學習效率。由于傳統的教學方式多是以教師為主導，學生學習缺乏自主性，在學習的過程需要調動學生的思維，虛擬現實技術創設學習環境能夠調動學生的學習興趣和學習的自主性，教師對學生進行學習上的引導，學生積極參與到學習中去。

（二）改進學習內容

虛擬現實技術的引進能夠根據實際情況調整學習內容，知識技能點的學習也會更加專業，也注意思維的開發，虛擬現實技術能夠讓學生深入到知識中，在更為豐富的感官教育中獲得知識。

（三）改善學習環境

虛擬現實技術能夠使學生的學習不僅僅局限在實訓室，虛擬現實技術能夠擴大學生的學習空間，同時學生的學習時間也比較自由。學生的學習環境得到改善，虛擬現實技術使得一些資源共享，學生能夠通過合作分工共同完成目標。同時虛擬現實技術使得網上學習成為現實，遠程學習能夠為學生提供更多的學習機會，同時多樣化的課程資源能夠為學生提供更多的選擇機會，使得學生能夠充分的調動學習興趣，增加學習的積極性。

（四）完善實驗設施

虛擬現實技術的引進能夠使學生在學習理論知識的基礎上，對于一些操作難度較大、實驗設施要求較高的實訓采用虛擬現實技術能夠便于學生動手操作，而且能夠根據發展的需要及時調整，不斷培養鍛煉學生綜合能力。

二、高職道橋施工虛擬仿真實踐教學樣式

高職道橋施工虛擬仿真實踐教學樣式是根據學習目標和學習對象的特點，設計并提供足夠的游戲化項目供學生自由選擇，結合協作、探究、競爭、任務驅動等策略開展教學活動，通過教育游戲創設一種激勵的、情境的、或任務驅動的教學環境，學生在玩游戲中進行項目學習來達到教學目標。高職道橋施工虛擬仿真實踐教學從教學內容處理、教學過程組織到教學評價的實施，凸顯生本教育理念，融情境教學、項目教學、差異教學等課堂教學策略于一體，具有鮮明的高職實訓特色。

（一）游戲進高職實踐教學的情境設計

高職道橋施工虛擬仿真實踐教學通過構建多樣化的游戲項目，將知識與技能有機融入游戲項目中，用游戲將知識與技能“包裹”起來，既滿足學生的游戲需求，又以游戲為誘因，以完整的游戲情境域（研商游戲一品玩游戲一挑戰游戲）貫穿學習活動的全過程，建構微型游戲項目教學的基本樣式。這種始終如一的、連續的、遞進的、挑戰性的游戲情境使學生沉浸其中，階梯狀的、持續的游戲目標激勵引導著學生不斷達成教學目標。精心設計的系列游戲情境使高職道橋施工虛擬仿真實踐教學擺脫了單純的“玩”，突破了單一的知識、技能層面，持續地激發學生的思維。

（二）順應高職學生積極學習的教學實施設計

高職道橋施工虛擬仿真實踐教學不求同步，也不再同調，引導學生自主學習和學生間合作探究性學習。教師提供不同類型、多梯度的多樣化微型游戲項目讓學生自由選擇，教師也會在課堂上提供微課視頻、QQ群小組討論、交互式仿真軟件、專題學習網站等多種類型的幫助方式，為不同學習風格學生的學習“保駕護航”。在教學實施過程中，教師改變學習時間的“統一步調”，甚至使教學實施跨越課堂的時間“邊界”，賦予學生足夠的學習靈活度。

（三）錯位評價賦予高職實踐教學新的評價方式

高職道橋施工虛擬仿真實踐教學采用錯位評價的方式，以激賞為根本出發點，變量化的知識點達成度評價為質化的作品整體評價，通過滲透到“玩游戲”中的多方、多維評價，實現教學評價的“無形之境”，讓學生都體驗學習的樂趣，找到成功的感覺。

三、高職道橋施工虛擬仿真實踐教學的教學設計策略

（一）高職道橋施工虛擬仿真實踐教學的基本原則

1. 快樂性原則

注重學生的主體參與意識與參與過程，將學習內容微型項目化，引用流行游戲開發引擎技術開發道橋施工虛擬仿真系統，學生以游戲的方式來學習，在游戲中學習知識、練就技能、鍛煉思維，通過學習滿足學生的個性化學習需求，讓學生享受到在知識、技能、情感等方面的成功喜悅。

2. 教育性原則

任何教學必須貫徹教育性原則，高職道橋施工虛擬仿真實踐教學的游戲項目本質是一種教育游戲，需要將項目內容與游戲主題關聯，將學習內容變成游戲內容或融入游戲環節，嵌套相應的知識、技能、情感態度，以游戲方式直觀地加以檢測。

3. 科學性原則

高職道橋施工虛擬仿真實踐教學必須有效整合教學目標與游戲，學習內容與游戲的融合不弱化游戲的娛樂性功能，兼顧到知識技能體系的相對完整，需要對微型游戲項目進行整體設計，遵循學生學習規律和專業特點。

4. 自主性原則

在高職道橋施工虛擬仿真實踐教學中，創設自主學習環境，為學生自主學習提供平臺，學生根據學習能力選擇不同類型游戲項目，并建立有效的學習監控和評價機制，從而不斷提高學習的主動性和可控性。

（二）高職道橋施工虛擬仿真實踐教學的開發流程

1. 企業崗位能力調研

深入道橋施工企業調研，確定畢業生就業情況和崗位工作所需的主要知識和能力，厘清教學需求和重點。基于道橋專業施工技術實踐教學需要，以高職學生的工作崗位所必需的工程知識和實踐能力為目標，以典型路橋項目為載體，按照分部分項工程劃分模塊，系統性分析和篩選知識和技能，提煉學習情境和具體內容。

2. 微型游戲項目設計

教師所設計提供的微型項目要多樣化、分層次，從供給側角度滿足學生個性化學習。以一個連續的教學活動為項目教學周期，可以是1課時、2課時（2節連上）、4課時（4節連上）、結合識圖、施工技術、施工組織管理、工程質量檢測等專業核心課程，將學習內容按分項工程形成相當獨立的專業模塊，再將專業模塊分解為一個個微型虛擬仿真工程項目，通過在微型項目中融入相關的知識和技能負載，形成以微型項目為基本載體的學習單元。

充分挖掘微型項目的游戲元素，將微型項目內容有機融入游戲中，使學習內容變成游戲內容或“溶解”于游戲環節。將項目學習目標體現在游戲學習中，以游戲的方式（如游戲闖關等形式）把需要達成的知識與技能等學習目標設置成一個個關卡，這種以闖關為主要形式的游戲規則自然就是完成一關的任務后才能進入下一關。這種微型項目的游戲化以探究為主要形式，以游戲統領學習活動，變原先單一的任務驅動、項目驅動為游戲，并在學生自主選擇游戲等級方式實現學生學習的自主分層，教師則通過設置“錦囊”“寶盒”等方式輔助學生闖關。

3. 道橋施工虛擬仿真教學系統開發

道橋施工虛擬仿真教學系統以Unity3D技術為依托，綜合路橋行業規范、貫穿教學重難點、實現路橋施工場景仿真模擬及工藝流程動態演示、人機交互式操作、成果實現智能考評。以真實路橋施工場景作為大環境，實訓操作任務內容以典型路橋工程施工過程單個節點為核心導向，選擇典型路橋工程項目、類型、結構、構造、尺寸及工程施工布置方式等基礎資料，開發道橋施工工藝虛擬仿真教學軟件。學生可在任何時間、任何地點通過校園網訪問該虛擬仿真教學軟件，以第一人稱視角體驗全三維工程仿真環境，可全方位、隨人意地展示工程全貌、內部結構構造及建造全過程。課前，在實現多項信息化教學資源任意調用的基礎上，方便學生提供系統化的技能知識點串聯和預習；課上，學生通過操作虛擬人物，實現在虛擬施工場景中的人機交互教學和漫游體驗，學生在游戲式體驗中掌握知識要領和崗位專業技能；課下為學生提供天候的校內實踐操作機會，及時鞏固知識，實現單人訓練、多人競賽和互動交流，提高學生學習的積極性，通過數據庫技術跟蹤學生學習軌跡，實現學生知識點掌握情況的統計與分析，提高教學評價的科學性。

4. 高職道橋施工虛擬仿真實踐教學模式構建

高職道橋施工虛擬仿真實踐教學創造積極學習的教學條件，課程教學團隊協作合作完成教學內容的細化，確定多類型、多梯度的多樣化微型游戲項目，建設動畫、視頻、教義、ppt、微課等課程資源，讓學生主動利用道橋施工虛擬仿真教學系統闖關學習。課前學習，學生接受任務，通過課程資源和VR場景自主討論學習相關內容，通過qq群、教學系統與老師在線交流，并完成測試題。老師根據互動和測試情況，及時確定上課需要解決的知識點和技能點。課堂學習，根據學生課前預習測試結果和課上抽查結果，講解重點難點問題。學生利用虛擬仿真教學系統進行體驗式學習，老師根據課前測試記錄、闖關情況、匿名反饋記錄，對學生出錯較多的任務進行重點解析。課后學習，學生完成拓展練習，借助虛擬仿真教學系統進一步鞏固和加深對知識、技能的理解，與老師、同學在線交流未解決或疑惑的問題。

5. 高職道橋施工虛擬仿真實踐教學評價方式設計

高職道橋施工虛擬仿真實踐教學采用項目合格證書評價方式。評價方式可以根據學生通關學習的表現、闖關成績、累計學生個體學習狀態和積分，每個學生通過項目學習都能獲得屬于自己的項目合格證書，利用虛擬仿真教學系統學生學習過程數據進行個體學習分析，學生不斷修正自己的學習方式，促進學生綜合能力提升。

參考文獻：

[1]崔志鈺.為了積極的學習——心理學視域下中職微型游戲項目教學探究[J].江蘇教育，2017（7）：15-17.

[2]崔志鈺.從玩耍到游戲——例談微型游戲項目教學中的規則運用[J].江蘇教育研究，2018（1）：3-5.

[3]崔志鈺.交叉融合：實施微型游戲項目教學的基本策略[J].江蘇教育研究，2014（8）：41-44.

[4]殷燦彬，余方.應用型院校VAS虛擬仿真教學的實踐研究[J].當代教育實踐與教學研究，2017（9）：199-200.