國土空間規(guī)劃課程虛擬仿真實驗平臺建設與實踐

摘 要：在數(shù)字化轉型與生態(tài)文明建設的背景下，國土空間規(guī)劃教育面臨技術手段滯后與實踐場景缺失的雙重挑戰(zhàn)。本文依托西南大學國家級一流本科專業(yè)建設點，整合虛擬現(xiàn)實、地理信息系統(tǒng)及大數(shù)據(jù)等技術，開發(fā)了涵蓋多個規(guī)劃教學模塊的村級國土空間規(guī)劃虛擬仿真實驗平臺，實現(xiàn)了在復雜山地地貌條件下對“三區(qū)三線”劃定、居民點布局等核心功能的模擬，構建了“理論教學—虛擬仿真—項目實踐”一體化人才培養(yǎng)體系。該平臺在提升學生空間分析能力與創(chuàng)新思維方面取得顯著成效。近三年，團隊榮獲省部級教學成果獎2項，學生累計獲得國家級競賽獎項30余項。該研究為國土空間規(guī)劃教育的數(shù)字化轉型提供了可復制的實踐模式，同時，在培養(yǎng)新時代復合型規(guī)劃人才方面發(fā)揮了積極的示范作用。

關鍵詞：虛擬仿真；國土空間規(guī)劃；教學改革；實踐能力

中圖分類號：G642.0" " " "文獻標識碼：A" " " "文章編號：1005-5207（2025）11-0077-04

在全球數(shù)字化轉型和生態(tài)文明建設的推動下，國土空間規(guī)劃作為協(xié)調空間資源配置和優(yōu)化城鄉(xiāng)發(fā)展格局的核心手段，正在經(jīng)歷從技術工具向學科范式的深刻變革［1］。隨著“多規(guī)合一”政策的深入推進，對具備數(shù)字技術應用、復雜問題解決能力和創(chuàng)新思維的高素質實踐型人才的需求愈加迫切［2］。然而，傳統(tǒng)規(guī)劃教育體系面臨技術更新滯后和實踐場景缺乏等結構性矛盾，難以滿足“智慧規(guī)劃”和“精準規(guī)劃”的時代要求［3］。

當前，傳統(tǒng)國土空間規(guī)劃教學體系中深層次矛盾愈加突出［4-6］。首先，技術賦能不足導致教學內容滯后。GIS和遙感等技術課程偏重工具操作，缺乏與空間分析理論及規(guī)劃決策模型的有機融合，例如，空間句法課程未能引入圖神經(jīng)網(wǎng)絡在城市空間網(wǎng)絡動態(tài)分析中的應用，導致學生難以深入理解“空間形態(tài)—社會行為”之間的交互機制［4］。其次，實踐教學中存在場景斷層，課程案例多聚焦于傳統(tǒng)土地利用規(guī)劃，對數(shù)字孿生城市、元宇宙空間、碳空間規(guī)劃等新興領域的關注不足，且缺乏涵蓋規(guī)劃調研、方案設計及實施評估的全流程模擬訓練［5］。再次，教學平臺建設滯后于技術進步，傳統(tǒng)實驗平臺側重靜態(tài)數(shù)據(jù)展示，缺乏動態(tài)推演和跨專業(yè)協(xié)同的虛擬仿真環(huán)境，難以及時響應AIGC工具輔助規(guī)劃編制與智能決策支持系統(tǒng)等行業(yè)變革［6］。在國土空間規(guī)劃課程體系的開發(fā)過程中，一些高校已開設相關課程，且課程體系正在不斷完善。然而，整體上仍然存在知識融合與實踐教學的不足。當前，國土空間規(guī)劃的平臺建設與教學應用仍處于探索階段，面臨技術障礙以及功能與需求不匹配等挑戰(zhàn)，迫切需要優(yōu)化和完善［5-6］。

近年來，虛擬仿真技術等數(shù)字技術迅速發(fā)展，為解決規(guī)劃類教育困境提供了新途徑。虛擬仿真技術通過構建互動式三維空間場景，實現(xiàn)規(guī)劃方案的動態(tài)模擬、效果預評估及實時調整，其沉浸式體驗、跨尺度模擬和數(shù)據(jù)可視化等特點，滿足國土空間規(guī)劃中多要素耦合和多目標協(xié)同的復雜決策需求［7］。在多學科交叉融合的教育環(huán)境下，將虛擬仿真技術融入課程教學，可有效突破傳統(tǒng)二維圖紙和理論講授的局限，為學生提供貼近實際規(guī)劃實踐的虛擬操作平臺，有助于培養(yǎng)“理論+技術+實踐”三位一體的復合型人才［8-9］。

西南大學人文地理與城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)于2021年獲批國家級一流本科專業(yè)建設點，依據(jù)西部山地丘陵區(qū)國土空間規(guī)劃的特殊需求，在教育部產(chǎn)學合作協(xié)同育人項目的支持下，針對區(qū)域復雜地形條件下的規(guī)劃難題，研發(fā)了村級國土空間規(guī)劃全流程的虛擬仿真平臺。平臺依托“國土空間規(guī)劃概論”“鄉(xiāng)鎮(zhèn)規(guī)劃”等核心課程，將實用性村莊規(guī)劃等真實項目轉化為虛擬教學情境，實現(xiàn)“理論教學—虛擬實操—項目實踐”一體化培養(yǎng)模式。這一結合地域特色、技術前沿及教育創(chuàng)新的實踐，為學生提供沉浸式規(guī)劃決策實踐體驗，推動了國土空間規(guī)劃理論、方法與技術的協(xié)同創(chuàng)新，為新時代規(guī)劃教育改革提供了可復制的實踐樣本。

一、虛擬仿真實驗平臺建設的理念與思路

村級國土空間規(guī)劃虛擬仿真實驗平臺融合了現(xiàn)代信息技術與傳統(tǒng)國土空間規(guī)劃學科知識，旨在培養(yǎng)具有國際視野、愛國情懷與實踐能力的高素質人才。因此，在平臺建設過程中，需明確其理論基礎、建設理念與思路。

國土空間規(guī)劃涵蓋土地利用、生態(tài)布局等多個方面，強調學生應具備扎實的理論基礎與突出的實踐能力。建構主義學習理論主張學習的主動性，虛擬仿真實驗平臺為學生提供探索與操作的空間，使其能夠通過模擬多種規(guī)劃方案對村莊的潛在影響，自主建構知識體系。與此同時，情境學習理論強調知識應嵌入具體情境之中，該平臺以真實村落為場景，將規(guī)劃活動置于實踐情境之中，引導學生解決村莊建設選址等實際問題，從而有效提升其知識遷移與應用能力。此外，虛擬仿真技術所具備的可視化與交互性優(yōu)勢，滿足學生對即時反饋和直觀理解的需求，有助于學生深化對國土空間規(guī)劃相關知識的理解。

平臺理念包括跨學科融合、數(shù)據(jù)驅動決策、沉浸式學習體驗、區(qū)域特色與社會服務（圖1）。通過“國土空間規(guī)劃概論”課程引導，借助虛擬仿真技術，推動一至四年級國土空間規(guī)劃課程體系的全面改革。跨學科融合將地理信息、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術融入教學，重現(xiàn)三維真實規(guī)劃場景，提升學生解決復雜問題的能力。數(shù)據(jù)驅動決策依托GIS、遙感等技術，實時采集和處理空間數(shù)據(jù)，增強學生數(shù)據(jù)分析與應用能力。沉浸式學習體驗通過VR/AR技術打造互動教學環(huán)境，借助案例展示提升國土空間規(guī)劃認知，激發(fā)學習興趣。區(qū)域特色與社會服務緊密對接鄉(xiāng)村發(fā)展需求，開發(fā)地方特色案例，支持區(qū)域經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。

實驗平臺采用“試點突破、面上提升、閉環(huán)改進”的建設思路，以“國土空間規(guī)劃概論”課程為試點，逐步實現(xiàn)虛擬仿真技術貫穿國土空間規(guī)劃課程體系的全面改革。通過構建全流程虛擬仿真實驗平臺，不僅可提升教學效率，還為學生提供了從知識學習到實踐應用的完整學習路徑，同時推動科研成果轉化為教學資源。

二、虛擬仿真實驗平臺建設的具體內容

通過虛擬仿真技術實現(xiàn)國土空間規(guī)劃全流程訓練，學生能夠在教室內完成從資料收集、外業(yè)調查、空間規(guī)劃到文本編寫的完整學習過程，從而顯著提升教學效果。該平臺模擬了村級國土空間規(guī)劃的基本流程，解決了真實實驗周期長、時效性差、組織保障難、人力物力成本高以及土地利用數(shù)據(jù)保密等問題，極大增強了學生的沉浸式學習體驗。實驗內容涵蓋數(shù)據(jù)采集、規(guī)劃目標定位、“三區(qū)三線”劃定、村莊規(guī)劃等多個模塊，游戲化的實驗過程為學生提供了互動式學習體驗。

1.硬件設施

實驗室配置了高性能服務器集群、存儲設備及圖形工作站，用于執(zhí)行大規(guī)模虛擬仿真任務，部署VR/AR設備，以增強沉浸式體驗效果。在軟件系統(tǒng)方面，實驗室自主研發(fā)覆蓋不同區(qū)域與尺度的國土空間規(guī)劃軟件系統(tǒng)，涵蓋國土空間規(guī)劃與治理、自然資源利用與信息化管理、數(shù)字鄉(xiāng)村等模塊。系統(tǒng)支持二維向三維轉化，兼容多種數(shù)據(jù)格式，融合“三調”數(shù)據(jù)與傾斜攝影成果，內置坡度、高程、河流淹沒等分析工具，可實現(xiàn)用地適宜性評估，為土地資源的科學配置提供決策支持。

2.數(shù)據(jù)庫建設

整合國家基礎地理信息、衛(wèi)星遙感影像、人口統(tǒng)計等多源數(shù)據(jù)，構建標準化、結構化的規(guī)劃實驗數(shù)據(jù)庫，為教學與科研提供堅實的數(shù)據(jù)支撐。在教學設計方面，構建了包含數(shù)據(jù)采集、規(guī)劃目標定位、“三區(qū)三線”劃定、村莊規(guī)劃與文本編制等五大模塊的虛擬仿真實驗平臺。學生可在虛擬環(huán)境中完成國土空間規(guī)劃的全流程學習，系統(tǒng)可自動生成實驗報告，顯著提升教學效率。

3.特色功能開發(fā)

實驗室開發(fā)了鄉(xiāng)村問卷調查仿真、生態(tài)環(huán)境可視化等模塊，借助虛擬仿真技術還原真實場景，增強學生的沉浸感與實踐能力。系統(tǒng)基于傾斜攝影模型開發(fā)空間分析功能，支持復雜空間數(shù)據(jù)的分析與可視化，并以熱力圖形式展示土壤質地、水資源分布等空間密度指標。

基于上述內容構建的村級國土空間規(guī)劃虛擬仿真實驗平臺，其主要功能如表1所示。

三、虛擬仿真實驗平臺運行的成效

教學團隊敏銳洞察到“多規(guī)合一”背景下，規(guī)劃類專業(yè)人才在規(guī)劃實踐能力培養(yǎng)層面存在的短板。為有效彌補這一不足，精心打造了村級國土空間規(guī)劃虛擬仿真實驗平臺。依托該平臺，豐富了國土空間規(guī)劃及相關課程的虛擬仿真教學內容，推動了教學方法改革，構建起沉浸式、體驗式教學場景，讓教師與學生深度參與其中，在提升人才培養(yǎng)水平的同時，實現(xiàn)教學相長。自2020年起，在實驗設計、教學方法、虛擬仿真過程與情境構建、實驗考核方式等方面進行了積極探索，教學效果顯著，成效突出。

1. 育人成效顯著

育人成效日益凸顯。近三年，修課學生累計申請各級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目40項，發(fā)表論文30篇，其中SCI論文10篇；在全國大學生自然資源科技作品大賽、全國大學生國土空間規(guī)劃技能大賽、全國大學生土地國情調研大賽等國家級學科競賽中榮獲獎項30項，并獲優(yōu)秀指導教師獎10項。

教學改革成效顯著。獲批省部級等重大教改項目6項，發(fā)表教學改革論文4篇，榮獲重慶市高等教育教學成果獎二等獎2項、校級教育教學成果獎一等獎和三等獎，“國土空間規(guī)劃概論”入選校級規(guī)劃教材建設項目，并入選重慶市一流本科課程。在大創(chuàng)項目、科技論文、參賽獲獎和成果獲獎等方面均得到顯著提升，其中科技論文發(fā)表數(shù)量較此前增長113%（圖3）。

2.示范效應良好

從學生視角來看，課程實施以來，學生對國土空間規(guī)劃的關注度顯著提升，課程評價平均94分，學生評價包括“教師認真負責，引導學生自主思考”。教學督導專家評價在95分以上，專家評語包括“教學準備充分，內容豐富，條理清晰，對問題闡述準確，理論聯(lián)系實際，語言表達清楚，課件生動直觀，是優(yōu)質課”。

從社會服務視角來看，課程團隊落實“4個回歸”，深化教育教學改革，教師帶領研究生和本科生承擔西南大學對口幫扶云南昌寧縣的實用型村莊規(guī)劃項目，將課堂理論教學與地方服務有機結合。通過實地調研，讓學生認識到規(guī)劃在地方社會經(jīng)濟發(fā)展、鄉(xiāng)村振興和國土空間治理中的重要作用，同時，深入理解中國全面實施鄉(xiāng)村振興的重大意義。

四、結語

山地丘陵地區(qū)地形復雜，規(guī)劃限制因素眾多，實際操作難度較大。在此背景下，將虛擬仿真技術融入課程改革成為一種創(chuàng)新路徑。以“國土空間規(guī)劃概論”課程為基礎，將虛擬仿真技術深度嵌入教學內容，探索游戲化學習模式，能夠有效激發(fā)學生的自主學習動力，進而提升其創(chuàng)造力，突破傳統(tǒng)教學模式的束縛，將抽象原理轉化為直觀可視的虛擬空間。在教學過程中，注重培養(yǎng)學生的地理實踐力與反思能力。通過構建認知地圖、虛擬展廳等功能界面，利用“熱點鏈接”“標簽”和“傳送門”技術，實現(xiàn)與相關課程的互聯(lián)，增強學習趣味性。村級國土空間規(guī)劃虛擬仿真實驗平臺，通過虛擬仿真技術與國土空間規(guī)劃課程的緊密結合，全面革新了教學內容與方式，使學生的實踐能力與創(chuàng)新思維得到顯著提升。這不僅增強了課程的可視性、直觀性與交互性，提升了教學質量，積累了教學經(jīng)驗，還有望推廣至所有相關課程，推動課程體系的全面改革，以提升人才培養(yǎng)質量。

然而，在實際應用中，平臺現(xiàn)有功能在某些方面尚未完全契合教學需求。例如，學生反饋平臺在特定規(guī)劃場景的模擬及部分關鍵操作功能方面存在不足，在一定程度上限制了學生實踐能力的拓展，影響其對國土空間規(guī)劃知識的深入理解。在平臺功能優(yōu)化方面，未來應深入挖掘教學需求，與授課教師合作設計多樣化實驗模塊，增設針對多種規(guī)劃情境的模擬功能與關鍵操作支持；同時，定期收集并分析師生反饋，以反饋為依據(jù)持續(xù)迭代平臺功能，確保平臺功能與教學實際緊密契合，全面提升其實用性與教學成效。

參考文獻：

［1］ 柴勛， 張姍琪， 侯靜軒， 等. 人工智能賦能智慧國土空間規(guī)劃的技術框架與業(yè)務應用［J］. 規(guī)劃師， 2025， 41（2）： 1-9.

［2］ 殷滋言， 李冉. 虛擬仿真技術在城鄉(xiāng)規(guī)劃設計實踐課程中的應用［J］. 安徽建筑， 2020， 27（10）： 115-117.

［3］ 晏龍旭， 張尚武， 王穎， 等. 面向空間布局優(yōu)化的智能規(guī)劃系統(tǒng)與應用［J］. 城市規(guī)劃， 2024， 48（10）： 26-35.

［4］ Silver， D.， Schrittwieser， J.， Simonyan， K.， et al. Mastering the Game of Go without Human Knowledge［J］. Nature， 2017， 550（7676）： 354-359.

［5］ 史晶. AI時代教育范式重構中的認知保護機制［J］. 教育研究， 2025， 46（2）： 88-95.

［6］ 中華人民共和國教育部. 教育部關于加快建設高水平本科教育全面提高人才培養(yǎng)能力的意見［EB/OL］.（2018-09-17）［2025-05-02］.http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/201810/t20181017_351887.html

［7］ 張馨文， 張春曉. 虛擬地理環(huán)境在智慧城市中的研究與應用［J］. 測繪通報， 2020（5）： 11-15，30.

［8］ 曹文， 黃田， 孫思敏. 復雜適應+數(shù)字孿生支持的城市空間發(fā)展規(guī)劃研究［J］. 湖南城市學院學報（自然科學版）， 2025， 34（2）： 54-60.

［9］ 楊慶媛，陳俊華，王勇，等.鄉(xiāng)村振興背景下“政—產(chǎn)—學—評”協(xié)同的地理學人才培養(yǎng)路徑探究［J］.地理教育，2023（11）：77-80.