虛擬仿真在道路橋梁與渡河工程專業(yè)人才培養(yǎng)中的應(yīng)用

文/李平 李希 黃楚健

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展，國家提出了“基礎(chǔ)設(shè)施布局完善、立體互聯(lián)”是交通強(qiáng)國建設(shè)的首要任務(wù)和先行領(lǐng)域。未來十年，將是我國從優(yōu)化交通基礎(chǔ)設(shè)施向高質(zhì)量發(fā)展轉(zhuǎn)變的重要階段，公路養(yǎng)護(hù)需求的不斷上升，給道路橋梁渡河專業(yè)注入了新的活力，同時(shí)機(jī)場干線、高速公路、鐵路、橋梁及城市地下工程的擴(kuò)張也為道路橋梁渡河專業(yè)提供了新的發(fā)展機(jī)遇。

開設(shè)了道路橋梁渡河的國內(nèi)重點(diǎn)專業(yè)院校有哈爾濱工業(yè)大學(xué)、武漢理工大學(xué)、長安大學(xué)、華中科技大學(xué)、長沙理工大學(xué)等，基礎(chǔ)建設(shè)的發(fā)展使市場對于社會交通技術(shù)人才的需求呈現(xiàn)多樣化。但受傳統(tǒng)教育的影響，我國許多本科院校在道路橋梁渡河專業(yè)的教學(xué)中，仍然以培養(yǎng)專業(yè)型人才為主，專注于專業(yè)理論知識和實(shí)踐操作，忽略學(xué)科交叉和創(chuàng)新協(xié)作能力，導(dǎo)致學(xué)生在畢業(yè)后難以應(yīng)對快速變化的市場需求。新時(shí)代是學(xué)科交叉、工程專業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合，要求新一代學(xué)生成為“寬而厚”的人才，“寬”即要求學(xué)生具有足夠的知識廣度，“厚”既要求學(xué)生具有足夠的專業(yè)技能，最終培養(yǎng)出既要滿足市場經(jīng)濟(jì)對高層次技術(shù)人才的需要，又要順應(yīng)社會和時(shí)代發(fā)展方向的建造工程師、管理工程師和監(jiān)理工程師，努力由“專業(yè)型”培養(yǎng)成“復(fù)合型”人才。

而虛擬仿真技術(shù)可以將現(xiàn)有條件下無法實(shí)現(xiàn)的呈現(xiàn)出來，具有逼真性、準(zhǔn)確性的優(yōu)點(diǎn)，目前在國外已被廣泛應(yīng)用。這項(xiàng)技術(shù)于我國起步時(shí)間較晚，約在20世紀(jì)90年代，目前主要集中于船舶、虛擬駕駛、醫(yī)學(xué)解剖、工程實(shí)訓(xùn)等方面，因其具有沉浸式的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，在高校中得到了廣泛推廣，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，鍛煉學(xué)生在實(shí)際操作過程中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新型思維，幫助學(xué)生資源共享，受到了高校的廣泛應(yīng)用[1]。

一、高校在培養(yǎng)道路橋梁渡河專業(yè)學(xué)生過程中遇到的瓶頸

（一）重視理論知識的講授和相關(guān)力學(xué)的計(jì)算，忽視實(shí)踐能力的掌握

在目前道路橋梁渡河專業(yè)的教學(xué)過程中，學(xué)校依舊以傳統(tǒng)的教師教授書本理論知識為主，著重要求學(xué)生具備相關(guān)的理論知識和一定的力學(xué)分析和計(jì)算能力，而對于專業(yè)技能的掌握，則主要是通過學(xué)校設(shè)定的實(shí)訓(xùn)課程，但由于工程現(xiàn)場多距離遠(yuǎn)、施工工期漫長、受季節(jié)影響顯著等特點(diǎn)，造成實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)效果難以有效控制[2]。

（二）重視課堂教學(xué)質(zhì)量，忽視學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

當(dāng)今社會新技術(shù)、新工種、新行業(yè)的不斷涌現(xiàn)，崗位界限越來越模糊，各學(xué)科專業(yè)之間相互交叉、滲透，工作范圍的日益擴(kuò)大，使得本行業(yè)亟需一批高素質(zhì)、多樣化的人才，這就要求高校培養(yǎng)出的學(xué)生是一類具有一定創(chuàng)新精神能力的復(fù)合型人才，才能在社會和工作中成為骨干力量[3]。高校重視課堂教學(xué)質(zhì)量，通過考試檢驗(yàn)學(xué)生掌握理論知識的水平，但該方法立足于課堂教學(xué)，對實(shí)踐教學(xué)的重視度不足易造成學(xué)生缺少實(shí)訓(xùn)機(jī)會，缺少面對不同環(huán)境的創(chuàng)新能力。

（三）對學(xué)生所學(xué)知識的實(shí)際掌握水平不夠了解，無法及時(shí)進(jìn)行調(diào)整與反饋

雖然當(dāng)前各高等院校已經(jīng)將本專業(yè)所需的實(shí)訓(xùn)課程設(shè)置為必修課程，以幫助學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中掌握相關(guān)專業(yè)技能，但實(shí)訓(xùn)過程中的實(shí)訓(xùn)要求往往長期不變，使得學(xué)生照本宣科地復(fù)制往屆學(xué)生的實(shí)訓(xùn)步驟，缺少獨(dú)立思考的過程。同時(shí)，一部分的實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)更接近于游覽式參觀，實(shí)際參觀深度尚需進(jìn)一步強(qiáng)化。

二、虛擬仿真技術(shù)在道路橋梁渡河專業(yè)中的應(yīng)用方式與意義

虛擬仿真技術(shù)是一種在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)共享技術(shù)的基礎(chǔ)上建立的新型實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停摂M仿真實(shí)驗(yàn)是基于虛擬現(xiàn)實(shí)、多媒體、人機(jī)交互及互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)構(gòu)建的開放式、網(wǎng)絡(luò)化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，通過在計(jì)算機(jī)上模擬仿真現(xiàn)實(shí)儀器設(shè)備和實(shí)驗(yàn)環(huán)境，突破了時(shí)間、空間、自然環(huán)境的限制，使學(xué)生通過虛擬仿真平臺進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，從而使學(xué)生了解并掌握的實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量，同時(shí)可以在不同因素的影響下模擬出與現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)接近的原生態(tài)實(shí)驗(yàn)場景，以沉浸性、逼真性、交互性的特點(diǎn)，對學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)工藝和實(shí)驗(yàn)技能培訓(xùn)，有助于提高高校技術(shù)培訓(xùn)的教學(xué)質(zhì)量[4]。

道路橋梁渡河工程屬一種實(shí)踐性較強(qiáng)的專業(yè)，如：道路工程、橋梁工程、公路勘測技術(shù)等都需要考查學(xué)生的實(shí)踐水平，為了確保學(xué)生獲得充足的實(shí)踐鍛煉，教師會以工程圖片和視頻等方式幫助學(xué)生了解掌握，但該方式比較單調(diào)，較難提升興趣與注意力。虛擬仿真技術(shù)能讓學(xué)生以主動參與者的身份，感受到沉浸式的學(xué)習(xí)，一般應(yīng)用方式包括以下幾種方式。

（一）構(gòu)建學(xué)習(xí)平臺，實(shí)現(xiàn)虛擬仿真技術(shù)資源共享

目前，我國已建立虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程共享平臺，這為學(xué)生的學(xué)習(xí)互通搭建平臺，為學(xué)生提供了寬廣的獲取學(xué)習(xí)資源的途徑，讓學(xué)生不僅可以對本專業(yè)實(shí)訓(xùn)課程熟練掌握，而且能自主對交叉學(xué)科的實(shí)訓(xùn)課程進(jìn)行學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生從“專業(yè)型”技術(shù)人才轉(zhuǎn)變成為“復(fù)合型”的應(yīng)用人才[5]。同時(shí)，橋梁渡河工程的相關(guān)實(shí)踐課程的所需場地、設(shè)備和材料要求多，費(fèi)用高，時(shí)間跨度長，虛擬仿真平臺的出現(xiàn)可以減少實(shí)驗(yàn)材料的浪費(fèi)，降低了教學(xué)成本。

（二）改革現(xiàn)有課程體系，提升虛擬仿真技術(shù)在教學(xué)中的比重

目前，學(xué)生的實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)一般是在理論課結(jié)束后進(jìn)行，存在著明顯的時(shí)間差，容易因?yàn)閷W(xué)生知識遺忘而影響實(shí)習(xí)效果。虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用則能將該部分學(xué)習(xí)融合到理論課程中，有效強(qiáng)化理論與實(shí)踐的融合。

（三）鼓勵學(xué)生拓展平臺的功能與應(yīng)用，鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新能力

該虛擬仿真技術(shù)存在開發(fā)難度相對較低、可拓展性強(qiáng)等優(yōu)勢，可以將虛擬仿真技術(shù)的拓展程度進(jìn)一步加強(qiáng)，融合科研成果等信息，從而進(jìn)一步鍛煉學(xué)生的自主操作和科研能力，提高學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)效果。

（四）提高實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)的安全性

對具有明顯危險(xiǎn)性等特殊內(nèi)容的實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)，通過虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用，可以有效提高該部分內(nèi)容學(xué)習(xí)的安全性，當(dāng)然這應(yīng)在“能實(shí)不虛”的原則下開展。

三、結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，道路橋梁渡河專業(yè)面臨著新的挑戰(zhàn)與機(jī)遇，社會對相關(guān)人才需求量的增加，必將帶動更多的學(xué)生進(jìn)入本行業(yè)，也會使用人單位對人才的要求越來越高。虛擬仿真技術(shù)的出現(xiàn)，很好地滿足了市場對學(xué)生專業(yè)技術(shù)能力的培訓(xùn)，使學(xué)生能夠有平臺了解廣闊的知識，廣泛涉獵多學(xué)科的實(shí)訓(xùn)技能，應(yīng)對快速發(fā)展的社會，努力成為市場需求的、能快速適應(yīng)多樣化社會的、具有一定科研開發(fā)能力和創(chuàng)新能力的人才。

虛擬仿真技術(shù)目前還未達(dá)到完全普及的程度，其應(yīng)用及探索是一項(xiàng)長期工程，仍然需要我們不斷地進(jìn)行改革與研究，仍然需要通過虛擬仿真平臺培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的自主探索及創(chuàng)新，鍛煉發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，幫助學(xué)生熟練掌握本專業(yè)的專業(yè)技能，擴(kuò)展學(xué)生的知識面，有助于為高校提升教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)一專多能的復(fù)合型應(yīng)用人才。