工程管理專業虛擬仿真教學建設意愿與阻礙因素研究

徐 晟， 孫 峻

（1.長安大學 經濟與管理學院，陜西 西安 710061；2.華中科技大學 土木與水利工程學院，湖北 武漢 430074）

隨著新一輪科技革命和產業變革的到來，世界高等工程教育發生了革命性變化，從注重科學研究的“科學范式”逐步轉化為注重實踐的“工程范式”，所需的高等教育人才也從工程技術型、工程學科型逐步轉變為工程實踐型。為主動應對變化，2017年2月以來，教育部積極推進“新工科”建設［1］，先后形成了“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”，確定了新工科建設目標和實施路線。新工科建設旨在構建新工科人才能力體系，要求高等學校樹立新的工程教育理念，將新興的技術融入土木工程等傳統工科專業之中，強調對學生工程基礎知識掌握和個人能力、團隊協作及工程系統集成能力的培養，適應當前科技革命和產業變革的發展，培養具有國際視野、掌握新技術的創新型工程科技人才［2］。

在新工科背景下，知識獲取和傳授的方式發生了巨大改變。新興信息技術與教育教學的融合日益密切，虛擬仿真實驗教學面向新工科，以“雙創”能力培養為宗旨，依托虛擬現實、多媒體、人機交互、數據庫和網絡通信等技術，構建高度仿真的虛擬實驗環境和實驗對象，能夠實現真實實驗不具備或難以完成的教學功能。學生可在虛擬環境中開展實驗，達到教學大綱所要求的教學目的，有效推動各高校實踐教學的改革。在虛擬仿真教學模式下，學生被動學習的傳統教學模式得到突破，虛擬仿真教學形式的沉浸感、想象性提高了學生的專注度和學習的自由度，主動研究的興趣也被激發出來。虛擬仿真實驗項目的人機交互性為教師提供了足夠的學生反饋信息，有利于提高學生的創新實踐能力，符合新時代高等教育改革新方向。在新時代全國高等學校本科教育工作會議要求下，全面開展一流本科課程建設成為了高等教育建設的重要任務。對此，教育部提出了從2019—2021 年要完成1500 門虛擬仿真教學“金課”的建設目標。國家對虛擬仿真項目發展歷程總體表現為：首先建立虛擬仿真實驗中心，在此基礎之上進一步完善實驗教學內容，提升虛擬仿真項目的質量，最終實現校際共享，形成專業布局合理、教學效果優良、開放共享有效的高等教育信息化實驗教學體系［3］，彌補應用型教學中實踐環節的不足，使原來許多學科“做不到”“做不好”“做不上”的實驗實訓教學成為可能。自教育部頒布開展國家級示范性虛擬仿真教學項目建設以來，虛擬仿真教學得到了一定的發展，建設腳步在逐漸加快，但其發展速度與建設規模還需要進一步擴大，以滿足日益增長的人才培養需求。

在國家工程管理行業快速發展的背景下［4］，工程管理專業亟需提高學生的實踐能力和創新能力，培養多學科、多方向交叉融合的創新型復合人才［5］。傳統工程管理專業實驗和實踐教學對儀器、設備、場地等因素的要求較高，因教學場地和投入資金的限制，許多高校難以多次有效地開展相關教學活動，學生僅能從中得到片面的專業認知，這與新工科背景下社會對高質量工程管理人才的需求相差甚遠［6］。相較于傳統課堂教學和為期幾周的短暫實習，虛擬仿真教學更加符合學科特點，為工程管理專業教學提供了全新的信息匯總渠道和高質量的實踐操作模塊，將復雜的知識融入具體情境中，提高了學生抽象思維能力和創新實踐能力，實現了教學改革的目的［7］。虛擬仿真教學課程應嚴格把握好教學重難點，與本專業教學大綱或人才培養的方案形成有效映射，在原有理論教學的基礎上，設置必要的虛擬仿真實驗教學課時，線上線下教學相結合，實現專業課教學開放與拓展。然而，虛擬仿真教學在全國各高校工程管理及工程造價專業的應用仍未全面開展，部分高校對虛擬仿真實踐教學模式運用于工程管理專業人才培養中仍有疑慮，虛擬仿真教學項目在高校中的建設情況也不甚理想。

為深入了解新工科背景下工程管理與工程造價專業建設虛擬仿真教學金課的建設情況，本研究對全國各高校工程管理、工程造價專業的相關教學人員進行了問卷調查，統計并分析了當前工程管理及工程造價專業虛擬仿真教學項目建設數據，了解了國內工程管理專業虛擬仿真教學項目建設情況及其建設意愿與阻礙因素，并針對性提出對策和建議，以實現虛擬仿真教學在全國范圍內進一步推廣與發展，為我國高素質創新型人才培養提供助力。

一、調研情況概述

（一） 工程管理專業虛擬仿真教學體系

工程管理專業虛擬仿真教學體系主要包含兩個方面內容：一是堅持人才培養原則，面向人才培養目標的虛擬仿真教學內容體系與教學資源；二是支撐仿真教學內容的平臺體系（圖1）。通過分析專業培養方案中的課程內容及教學知識點，對照虛擬仿真教學類型特點及現有平臺資源，進而構建工程施工虛擬仿真實驗數據庫（內容庫和案例庫）。虛擬仿真教學的軟硬件資源需要實驗教學平臺、科研項目平臺校企合作平臺的支撐，以及提供人才培養需求、創新技術支撐和經費支持，而優秀的虛擬仿真教學項目往往需要國家、學校、企業等多方的共同努力和經費資助才能有效建設，并且隨著實驗教學的發展還需要持續投入。

圖1 工程管理專業虛擬仿真教學體系

工程管理專業虛擬仿真教學軟硬件資源體系涉及十余種虛擬仿真信息技術，涵蓋了從工程信息采集、建模到應用的全過程，其相關硬件資源及對應軟件系統可根據實際開發的虛擬仿真教學項目來選擇應用，通過構建“需求-內容-技術-硬件-軟件”體系，有效支持專業教學中的工程規劃—設計—施工—運維全過程實踐教學需求。

（二） 調查問卷設計與發放

研究基于社會心理學中的態度理論［8］，旨在探索工程管理專業虛擬仿真教學項目的建設意愿。該理論認為態度可分為認知、情感、行為三個維度。其中，認知態度指對所研究對象觀念、認識，以及在此基礎上形成的具有傾向性的思維方式；情感態度指研究對象對某個對象的情感反應（喜歡或討厭、支持或反對等）；行為態度指研究對象對于某個對象可能產生的行為影響。因此，本研究采用的問卷可分為四個主題，包括受訪者對虛擬仿真教學的了解程度、主觀感受、建設意向和意見建議，以全面了解工程管理專業教師對虛擬仿真教學項目的建設意愿。問題設置上，主要采用Likert五級量表的形式，少量問題根據需要采用了多項選擇和開放式問答的形式，以便受訪者表達真實意愿。為保證調研結果的可靠性，調查文件采用網絡電子問卷的形式發放，發放對象為全國各高校工程管理、工程造價專業的相關教學人員（擁有豐富的專業知識和教學經驗），共計回收142份有效樣本。

調查數據顯示，受訪者來自華東地區的人數最多，占總人數的33.61%，另有20.17%的受訪者來自中南地區，16.81%的受訪者來自華北地區，13.45%的受訪者來自東北地區，來自西南地區和西北地區的受訪者最少，分別占總人數的9.24%和6.72%。除所屬區域外，受訪者所在高校的側重點也不盡相同，其中71.43%的受訪者來自教學型高校，28.57%的受訪者來自研究型高校。受訪者遍布全國各地，涵蓋了各類型高校，能夠代表國內工程管理專業基本情況，調查數據具有有效性。

本次調研的受訪者主要來自工程管理專業，所承擔的課程主要包括招投標與合同管理（12.23%）、工程估價（10.79%）、施工技術（6.47%）、房屋建筑學（4.32%）、運籌學（4.32%）等。

（三） 虛擬仿真教學項目建設情況概述

調查數據顯示，僅有23.08%的受訪者（33 人）申請或參與了虛擬仿真教學課程建設，包括山東建筑大學獲批的“建筑工程管理國家級虛擬仿真實驗中心”；其余76.92%的受訪者（110 人）從未參與過虛擬仿真教學項目。已建成或正在建設的虛擬仿真項目可分為土木工程技術類、工程項目管理類、工程計量與造價類、BIM技術類等（表 1）。，涵蓋工程管理專業技術、管理、經濟、法律四大知識領域，與行業對信息化、智能化的發展需求相適應

從受訪結果來看，由于虛擬仿真實驗項目具有沉浸感、交互性強且不受時間、空間限制的特點，傳統教學難以完成的實驗，借助虛擬仿真實驗教學模擬出現實世界中的真實實驗環境，可以更加直觀的向學生展示實驗原理及操作步驟，以獲得更良好地學習體驗。例如，對于項目管理類和工程計量與造價類課程，學生可以通過虛擬仿真實驗平臺實際參與管理或算量的過程；對于施工技術等課程中現實中抽象、繁瑣的施工方法，學生可以充分了解和感受復雜的工藝流程，更加直觀地觀察到建筑的結構特征，與傳統教學項目相比具有明顯的優越性。

表1 受訪者參與建設的典型虛擬仿真教學項目

當被問及所在專業虛擬仿真教學的建設情況時，55.94 %的受訪者表示自己所在專業里有教師申請或建設了虛擬仿真教學項目，另有27.97%的受訪者表示自己所在專業并沒有老師進行虛擬仿真教學項目的建設，有16.08%的受訪者不清楚所在專業虛擬仿真課程的建設情況。

根據受訪者自己對其他同類型學校同一專業開展虛擬仿真教學情況的了解，有48.95%的受訪者認為其他學校開展的虛擬仿真教學項目較少，32.87%的受訪者不清楚其他學校的情況，僅有17.48%的受訪者表示開展虛擬仿真教學的同類型學校比較多，說明大部分受訪者對于虛擬仿真教學項目的進展有所關注，虛擬仿真教學項目的推進工作在全國范圍內取得了一定的成效，但整體建設狀況還有待提升。

二、工程管理專業虛擬仿真教學項目的建設意愿

本研究在調研工程管理專業對虛擬仿真教學項目的建設意愿時，既考慮了受訪者對虛擬仿真教學項目的認識，又考慮了受訪者對虛擬仿真項目的建設意愿。

（一） 對虛擬仿真教學項目的認識

受訪者對虛擬仿真項目的認識可分為兩個方面：對虛擬仿真教學項目優勢的客觀認知和對虛擬仿真教學項目建設的主觀感受?？陀^認知包括受訪者是否了解虛擬仿真教學的優勢和是否了解虛擬仿真教學對學生能力的培養。

調研結果表明，受訪者對虛擬仿真教學的認識比較全面，有相當一部分受訪者認為虛擬仿真教學是一種必要的、先進的教學手段，并認為虛擬仿真教學的最大優勢就是提供沉浸式體驗及交互式體驗。操作者可以身臨其境地進入到教學平臺所創造出的虛擬仿真環境之中，提供可以自我操作的空間，實現啟發學生的想象力和創造能力。對于危險性較高的實驗和真實的施工現場，虛擬仿真教學項目可以充分保證學生的安全，改善傳統實驗教學流于形式、學生積極性不高的現狀，提高學習效率（圖2）。

圖2 虛擬仿真教學的優勢

虛擬仿真教學在提升學生能力方面也有很大作用。大多數受訪者認為虛擬仿真教學可以提升工程管理專業學生對工程的認識以及動手能力；一部分受訪者認為可以提升學生解決問題能力和分析問題的能力，使用現代工具的能力也會得到相應提升；少數受訪者認為虛擬仿真教學可以提升學生的管理能力和團隊精神（圖3）。

圖3 虛擬仿真教學對學生能力的提升

本研究將對虛擬仿真教學的主觀感受分解為五個方面，包括是否認可其對人才培養的重要性、是否認可其地位、是否認可其必要性、是否認為是未來趨勢，以及是否認為對教學有促進作用。

調查結果顯示（表 2），超過90%的受訪者（133人）認為虛擬仿真教學對工程管理與工程造價專業人才培養來說很重要或比較重要；僅有6.99%的受訪者（10 人）認為虛擬仿真教學對專業人才培養的作用比較一般或不重要。88.02%的受訪者非常認可虛擬仿真教學在教學工作中的地位，并且覺得開展虛擬仿真教學非常必要，僅有17 人覺得虛擬仿真教學的重要性一般。近半數受訪者比較同意虛擬仿真教學是未來的發展趨勢；另有38.03%的受訪者非常同意虛擬仿真教學是未來趨勢；有14 人持觀望態度；僅有3.52%的人不認可虛擬仿真教學是未來趨勢。有超半數的受訪者比較同意虛擬仿真教學對教學有促進作用；有28.17%的受訪者非常同意虛擬仿真教學的促進作用；有17.61%的受訪者對虛擬仿真教學持觀望態度，不能明確其是否有促進作用；僅有4人認為虛擬仿真教學對教學沒有促進作用。

表2 受訪者對建設虛擬仿真教學效果的認識

（二） 虛擬仿真教學項目的建設意向

鑒于虛擬仿真教學的多種優勢，受訪者開展與建設虛擬仿真項目的意愿比較強烈（圖4）?；谔摂M仿真教學在全國范圍內的建設現狀，以及同校同專業教師在建設虛擬仿真教學方面的成果，受訪者在一定程度上會感受到建設虛擬仿真教學的壓力。調查結果表明，有一半受訪者認為有條件的話，應該建設虛擬仿真教學項目；有22.38%的受訪者表示存在開展虛擬仿真項目的壓力；有14.69%的受訪者認為開展虛擬仿真教學是比較迫切的；有11.19%的受訪者表示并沒有感受到建設虛擬仿真項目的壓力；僅有3人認為開展虛擬仿真教學項目是非常迫切的。受訪者所在專業中有關建設虛擬仿真教學的計劃，也會在一定程度上影響受訪者建設虛擬仿真教學的意愿。有43.36%的受訪者表示自己所在專業有建設虛擬仿真教學項目的計劃；另有57 人，即39.86%的受訪者表示自己的專業暫時未有此想法；有16.78%的受訪者不了解自己所在專業在此方面的計劃。在多種因素的影響下，有6.99%受訪者認為自己肯定會在未來一年內申請虛擬仿真教學項目；有37.76%的受訪者已經有開展虛擬仿真教學項目的想法，并且希望得到更多的信息和支持；另有31.47%的受訪者正在考慮是否要開展虛擬仿真教學項目；認為自己一年內不會開展虛擬仿真教學項目的受訪者占總人數的23.78%。

圖4 受訪者未來一年內開展虛擬仿真教學項目的意愿

各高校之間進行有關虛擬仿真教學的交流對虛擬仿真教學的推廣有很大促進作用。當被問及是否愿意免費共享虛擬仿真項目給其他學校時，有51.41%的受訪者表達只要學校不反對就可以；19.01%的受訪者認為需要收取一定費用；28.87%的受訪者愿意免費無償分享自己的虛擬仿真項目；僅有1位受訪者不愿分享自己的項目。

三、虛擬仿真教學項目的阻礙因素

研究進一步探索了虛擬仿真教學項目的阻礙因素。調查結果顯示，有35.21%的受訪者表示自己還不清楚怎么開始建設虛擬仿真教學項目；有30.28%的受訪者大概了解一些信息；有21.83%的受訪者知道大致步驟；很有自信可以開始建設虛擬仿真教學項目的受訪者占6.34%；已經在建設虛擬仿真教學的受訪者同樣占6.34%。

超半數受訪者認為建設虛擬仿真項目存在一些困難；有20.42%的受訪者表示困難非常多，并且認為這些困難阻礙了自己建設虛擬仿真教學項目的步伐；有15.49%的受訪者表示障礙可以克服；僅有3人認為完全沒有建設障礙。

當被問及現階段建設虛擬仿真教學項目具體存在哪些困難時，有113 位受訪者（79.58%）認為主要困難是缺少資金支持；有89位受訪者（62.88%）認為缺乏技術支持。有受訪者表示：“虛仿項目前期技術方面投入較大，先花錢再立項會導致實施困難”“資金政策需要支持，教師缺乏動力”“希望給予技術支持”等。技術問題嚴重制約著虛擬仿真教學項目的建設，一方面，技術能力不足會導致虛擬仿真實驗項目的仿真度大大降低，不滿足真實實驗的虛擬仿真孿生環境；另一方面，可能無法使學生便捷地操作虛擬仿真實驗系統，干預實驗過程，不能滿足建設虛擬仿真實驗教學項目的初衷。

另一個不容忽視的困難是缺少虛擬仿真教學相關的教學資源。目前各高校間資源共享機制還不健全，建設團隊專業技術不成熟，無法達到高仿真度，實驗教學信息化融合不夠深入，虛擬仿真教學項目建設難以推進。部分高校教師反映：“希望建立交流平臺”“建議將有示范性的仿真教學資源在網上共享，讓不同層次的高校借鑒學習，進而結合自身情況進行虛擬仿真項目建設”等。實驗空間網站是國家虛擬仿真實驗教學課程共享平臺，是全球范圍內第一個覆蓋各個層次高校和匯聚了全部學科專業的開放共享實驗教學公共服務平臺。該網站為虛擬仿真教學項目提供了大量可參考的資源與技術。然而，本研究顯示，僅有35位受訪者（24.48%）對該網站有所了解。

除此之外，學科教師并不明確應該開發何種創新性項目，盡管有建設虛擬仿真教學項目的想法，但卻難以實現。從傳統教學方式向虛擬仿真教學方式的轉變是比較困難的。虛擬仿真實驗教學項目要求堅持“能實不虛”“以虛補實”“以虛促實”建設原則，但在項目建設初期的選題立項階段，很多有意向進行虛擬仿真實驗教學項目建設的教師很難有明確的建設方向。有受訪者認為：“沒有好的范例來進行學習”“希望出臺相關指導性文件，頒布相關標準及建設項目的要求”等。

再次，有37.32%的受訪者認為虛擬仿真教學還未大范圍推廣的原因是其他方面的工作太多，沒有足夠的時間和精力來建設；還有少部分受訪者認為虛擬仿真教學發展的阻礙是“了解虛擬仿真教學的老師較少”，虛擬仿真教學如果想得到廣泛應用，就要補充足夠的師資。近年來，在國家級示范性虛擬仿真教學項目推動助力下，有越來越多的教師認識到虛擬仿真教學的優勢和效益，并積極投身于虛擬仿真教學項目建設，這一局面有望得到充分改善。

最后，有16.2%的受訪者認為虛擬仿真教學“需要打通不同的課程，不太好協調”。由于虛擬仿真教學具有較高的集成性，一般而言，每一個虛擬仿真教學項目往往集成了多門課程中的多個相應知識點，從而在掛靠的課程方面可能存在協調困難。也有個別受訪者認為虛擬仿真教學歸根結底是使用虛擬場景來展現相關內容，在視覺、聽覺方面能夠提供良好體驗，但無法真正提供觸覺、動覺等方面的真實體驗，因此認為“虛擬仿真教學不能代替真正的實驗”，對于特別重要的課程與知識點需要提供傳統的實驗體驗（圖5）。

圖5 建設虛擬仿真教學項目的阻礙因素

四、建議與對策

針對調研結果，提出以下建議與對策。

（1）編制虛擬仿真教學標準，出臺有關政策。教育部的一流本科課程建設已明確提出“兩性一度”的課程建設標準，即在虛擬仿真教學項目的建設全過程中，緊緊抓住“高階性”“創新性”和“挑戰性”的原則。然而，部分高校對于虛擬仿真實驗教學項目的建設方向依然不明確，缺少建設標準的指導，虛擬仿真教學項目建設無法有效落實。建議編制虛擬仿真“金課”的建設標準，制定具有指導性的建設框架，出臺相應政策對各高校虛擬仿真教學項目建設進行切實引導，保證課程內容和當今學科發展以及科技前沿充分結合，培養學生主動思考解決復雜問題的綜合能力，打造出具有工程性和綜合性的虛擬仿真教學項目。

（2）開展具有針對性的虛擬仿真教學培訓與指導。教育部應針對虛擬仿真教學項目開展相應的培訓，宣貫虛擬仿真“金課”的標準，對課程建設提出建議，引導各高校順利建設虛擬仿真教學項目。同時，具備教學經驗的學科專業教師需要強化與制作虛擬仿真教學項目的信息化專業技術人員之間的交流，保障教學過程有序進行［9］。

（3）建立交流平臺，共享優質資源。在收集到的問卷調查結果中，大多數受訪者提出很多普通高校及高職院校的建設經費和教研團隊資源受限，開展虛擬仿真教學需要滿足當今互聯網+環境下學生試驗開放共享的要求。加強校際之間良性的交流與聯系，各高校開放交流平臺，共享優質資源，組建具備虛擬仿真教學項目建設的專家團隊，根據教育部要求有針對性開展項目交流與教師培訓，探討虛擬仿真教學項目建設中存在的問題，以具有示范性的虛擬仿真教學項目指導建設遇到瓶頸的高校；同時，探索校際之間虛擬仿真教學項目的共享制度，從而充分、高效地利用優秀項目資源，優化配置，避免重復建設，提升虛擬仿真教學項目的質量［10］。

（4）精進虛擬仿真教學的關鍵技術。虛擬仿真教學技術方面的關鍵在于好用性與開放性，基于虛擬仿真教學對于設備、網絡環境等硬件具有較高要求的特點，需要建設響應速度快、學生及教師使用體驗良好的虛擬仿真教學系統，用較高的畫面品質充分還原真實實驗項目環境下的情景，盡可能做到視覺、聽覺、觸覺等多種感官的擬真呈現，以虛促實，更加有效的啟發學生主動學習、積極探究、自主實踐的創新思維，推進虛擬仿真教學項目建設［11］。

（5）加大資金投入?！半p一流”高校的教育資源優勢明顯，對虛擬仿真教學項目投入大，項目建設整體實力就相對較強，目前開展得較為順利，獲得認定項目較多。相比之下，很多普通高校并沒有足夠的資金開展虛擬仿真教學項目建設，因此，提供相應的立項、資金支持將有助于推動虛擬仿真教學項目建設。