3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實驗項目建設

齊云英

（河南牧業經濟學院〔英才校區〕,河南 鄭州 450045）

近年來虛擬仿真技術因其交互性、虛實結合性、沉浸式體驗等特點在高校建設與發展中越來越重要。2018年，教育部決定開展國家虛擬仿真實驗教學項目建設工作，各省份也積極開展省級示范性虛擬仿真實驗教學項目的申報與建設工作[1]。2018年11月河南省首批示范性虛擬仿真實驗教學項目立項名單公布，其中包括由筆者主持的“虛擬3D集裝箱碼頭仿真實驗項目”[2]。結合近兩年在虛擬仿真實驗教學建設方面的探索及實踐，文章對3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實驗項目建設進行了總結和分析。

1 3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實驗項目建設背景

真實的集裝箱碼頭存在系統龐大、管理復雜、教學難、參觀難、實地實訓難等難題，且河南省缺少有利的水域優勢，學生很難有機會去真實的集裝箱碼頭參觀及實習。采用3D集裝箱碼頭實訓軟件，可以有效解決上述問題。

3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實驗項目是結合先進的網絡技術、3D仿真運行技術和先進的實驗教學理念以實現直觀教學、互動教學與自主學習的仿真教學，采用軟件操作，結合3D仿真運行效果，盡可能做到實時交互、真實示教，提升學習的趣味性與真實性，實現虛實結合的沉浸式集裝箱碼頭實訓教學。3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實驗項目基本情況詳見表1。

表1 3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實驗項目基本情況說明表

2 3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實驗項目實驗的特色

3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實驗項目實驗的特色主要體現在其實驗方案設計思路、教學方法、評價體系、傳統教學的延伸與拓展等方面。

從設計思路上看，3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實驗項目的具體設計思路是依托虛擬現實、多媒體、人機交互、數據庫、網絡通訊等技術，構建高度仿真的集裝箱碼頭虛擬實驗環境和實驗對象，保證學生在3D虛擬環境中有效開展實驗，達到教學大綱要求的教學效果。

從教學方法上看，3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實驗項目包括集裝箱碼頭進口流程和出口業務流程，學生通過軟件操作明確掌握各主體企業的相關業務內容及業務操作，并準確掌握各業務與其他企業或其他作業內容的協作與配合，通過重點步驟與過程的3D仿真運行，實現虛實結合，真正解決集裝箱碼頭難以實地實訓等教學難題，從而達成實踐教學的目的。

從評價體系上看，3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實驗項目可實現智能評分，幫助學生實現智能化自主學習和指導教學。

從傳統教學的延伸與拓展來看，3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實驗項目改變了傳統教學模式，借助3D仿真、動畫技術，實現3D仿真運行，增加微視頻、案例和實時更新數據，提升學生的學習自主性和學習興趣，使學生可以更有效地掌握軟件中相關規定的業務內容，并可以針對相關模塊進行多次訓練與模擬，從而提升學習興趣，改善學習效果。

3 3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實驗項目建設內容

3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實驗項目建設內容主要包括實驗軟件的共同開發與優化升級、實驗項目教學資源優化、實驗項目教學資源庫建設與優化。

3.1 實驗軟件的共同開發與優化升級

為更好地滿足3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實驗項目建設的需要，河南牧業經濟學院與華軟公司對3D集裝箱碼頭實驗平臺進行共同開發和優化升級，保證了軟件的3D仿真運行特性，同時增加了軟件的交互性。具體的開發和升級側重于完善在線測試內容、優化實驗評價與評分機制、增加操作過程中的互動操作項目和內容、增加虛擬3D仿真操作場景的3D動態效果。通過完善在線測試內容，能夠有效優化試題庫，實現測試試卷隨機生成以及測試卷自動評分[3]。通過優化實驗評價與評分機制，能夠實現學習效果的直觀化、定量化。學生在線測試及完成實驗后能夠在軟件上自主查看實驗結果及實驗成績單（包括在線測試成績、實驗過程完成程度分數、實驗報告評分及實驗總成績）。通過增加互動操作項目和內容，學生操作與學習的過程會更為連貫，學習效果能得到提升。在軟件進行集裝箱碼頭進出口業務操作實驗的過程中增加在線答題功能和實時反饋操作結果，學生答題結果正確后方能進行下一步操作。通過在軟件中增加裝船、卸船、裝車等操作流程的虛擬3D仿真操作場景及3D動態效果，使得軟件的仿真效果更加凸顯。

3.2 實驗項目教學資源及教學資源庫建設與優化

3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實驗項目教學資源建設與優化的目標是通過教學資源充分激發學生的學習熱情，降低學生自主實踐的難度，拓展其專業知識，提升其專業能力[4]。這與省級示范性虛擬仿真實驗項目面向高校的教學推廣應用計劃、持續建設與更新、持續提供教學服務計劃的要求相一致。

3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實驗項目教學資源建設與優化的思路是校企共建、資源整合、突出特色、多渠道拓展[5]。在教學資源建設與優化過程中，充分發揮各參與成員的積極性和主動性，明確教學資源與教學資源庫應充分突出項目虛擬仿真并存、趣味性與專業性共有的特色，同時充分考慮項目學習人員的各種限制因素，進而有效完成教學資源庫建設。

3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實驗項目教學資源優化的內容主要包括持續完善實驗指導書，提供實驗過程微視頻、交互指導問答、集裝箱碼頭案例、實驗考核題目等[6]。3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實驗項目教學資源庫的建設與優化主要包括虛擬3D集裝箱碼頭仿真實驗項目教學輔助教學資源庫建設與優化、教學用PPT、題庫建設、集裝箱碼頭3D仿真操作視頻等。

3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實驗項目教學資源中利用完整的PPT教學資源，幫助學生簡化實驗項目學習內容，突出實驗項目學習重點；利用系列視頻教學資源，動態顯示實驗重點難點操作過程及注意事項，突出操作重點和難點，進而降低學習難度，有助于學生順利完成實驗項目；利用系列學習資源，拓展集裝箱碼頭管理與業務管理等專業知識；通過優化和完善相關學習資料，進一步激發學生學習興趣并增加學生自主利用3D集裝箱碼頭虛擬仿真軟件進行實踐學習的可能性。

3.3 實驗項目的應用與推廣

3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實驗項目的教學推廣應用主要包括面向高校和社會免費開放并提供教學服務、2年后至5年內免費開放服務內容不少于50%、5年后免費開放服務內容不少于30%。

4 3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實驗項目建設成效

4.1 教學資源充分完善，有助于學生較好地實踐與學習

通過3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實驗項目和教學資源庫的建設，能夠有效地提升學生實踐的意愿和興趣，同時較好地提升實踐效果。在2020年上半年的疫情中，學生進行網絡學習的情況下，3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實驗項目在河南牧業經濟學院和東北農業大學、東北林業大學、河南職業技術學院、遼寧對外經貿學院等其他兄弟院校學生的學習中得到了較好的應用，提升了各專業的教學效果，推動了各專業的發展。

4.2 豐富了物流管理、國際商務等相關專業實踐課程內容

目前物流管理專業、國際商務專業的物流管理綜合實驗、物流學、物流信息系統、物流管理專業假日實訓、電子商務倉儲等課程都將3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實驗作為必修模塊，豐富了物流管理專業、國際商務專業實踐課程內容。同時3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實驗在工商管理、醫藥營銷、電子商務管理、市場營銷等專業作為自選內容，以課程作業的形式融入學生的日常學習與平時訓練中，豐富了學生專業實踐的課程內容，拓展和增加了學生專業實踐的廣度和深度。

4.3 促進了物流管理專業的專業建設

3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實驗項目成果為實驗項目組成員教師的教研提供了參考，相關教師發表《基于港口碼頭業務操作與虛擬仿真實訓相結合的教學改革探索》《面向冷鏈物流專業的“建模與仿真課程”教學設計與改革》《基于OBE理念的應用型本科課程改革與重構——以〈物流信息管理〉課程為例》等教改論文，部分教師成功申報新的虛擬仿真實驗教研項目，進一步提升了河南牧業經濟學院物流管理專業教師的教科研能力，豐富了物流管理專業教科研成果，提升了物流管理專業影響力。3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實驗項目的建設與推進在提升物流與電商學院物流管理專業影響力的同時，也極大地促進了物流管理專業的專業建設。目前，物流與電商學院物流管理專業已于2020年8月成功申報物流管理專業省級一流專業，完成河南省職業院校教師省級培訓基地申報工作，完成2020年河南省優秀基層教學組織申報工作，2020年“生鮮電商與冷鏈物流”虛擬仿真實驗教學項目獲批省級重點虛擬仿真課程，2021年4月順利通過本科合格教學評估。

5 3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實驗項目建設中的問題與對策

目前3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實驗項目建設中的問題主要在于與VR可穿戴頭盔設備對接的非必要性，外網訪問使用學校網站導致的安全隱患等。

5.1 與VR可穿戴頭盔設備對接的非必要性

本項目建設原計劃將3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實驗項目平臺與VR可穿戴頭盔設備進行對接，優化仿真效果。在后期的建設過程中發現，無論在校內實踐還是在校外進行推廣應用的過程中，與VR可穿戴頭盔設備進行對接都難以達到理想的效果。在校內實踐的過程中，投資1套或幾套VR可穿戴頭盔設備達不到大范圍普及應用的效果，而投資50～60套VR可穿戴頭盔設備的話投資過大，且應用效果不一定明顯，同時也會受到使用場地的限制，增加了實驗管理的難度。在校外推廣應用的過程中，學生通過外網訪問該軟件平臺無法借助VR可穿戴頭盔設備提升仿真效果。明確這個問題后，在建設過程中不再進行與VR可穿戴頭盔設備的對接，而是致力于對軟件的更新升級，提升其實驗平臺在實驗過程中的互動性，完善在線測試、自主評分等功能，從而提升仿真實驗效果。

5.2 外網訪問使用對于學校網站的安全隱患

在3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實驗項目建設過程的前期，設置了外網訪問3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實驗平臺的權限，并在2020年上半年的疫情期間為河南牧業經濟學院及兄弟院校學生的學習提供了極大的便利和更多的實踐機會。但在開放的過程中，外部訪問量的增加以及訪問來源的多樣性給校園網帶來了較大的安全隱患。為避免更嚴重的后果，在2020年下半年學生正常返校后，通過各種方式加大學生在校內網使用該軟件的比重，確保學生在校園網內安全使用該實驗平臺，既提升實驗速度，減少實驗等待時間，又確保了實驗的安全性。具體措施包括：在校內各院系進行充分宣傳，鼓勵校內各相關專業的任課教師將3D集裝箱碼頭虛擬仿真軟件實驗作為平時作業發布給學生去完成；物流與電商學院組織“智慧物流特訓營”“冷鏈物流特訓營”等開放性實驗項目活動，將3D集裝箱碼頭虛擬仿真軟件實驗作為項目內容之一。

6 結語

3D集裝箱碼頭示范性虛擬仿真實驗項目作為河南省首批示范性虛擬仿真實驗教學項目，在為期三年的建設過程中經歷了自主摸索、多方合作、持續推進、創造性解決問題等不同的階段，實現了虛擬仿真實驗的跨專業、跨院校應用，提升了實踐教學效果，達到了預期的建設目標。