“兩性一度”導向下虛擬仿真平臺的應用與實踐

馬玉靜 魏然 馬志才 孫偉

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2024.02.040

收稿日期：2023-06-29

基金項目：全國交通運輸職業教育教學指導委員會路橋工程類專業指導委員會2022教研課題（LQZZW202219）；2023年北京交通運輸職業學院院級科研項目（BJY2022C215）

摘? 要：基于“兩性一度”金課標準，充分運用信息化手段，在工程質量監理課程教學中引入虛擬仿真平臺。平臺建設以工程監理四個典型工作任務和真實工程質量案例為基礎，提供線上實訓、互動交互和考核評價功能，在設計互動和任務點環節融入監理行業新標準、新動態、新技術及職業素養要求，實現了對學生綜合分析等高階能力的培養。平臺的應用實現了線上線下混合式教學，提高了課程信息化教學水平，有效解決了監理實訓教學重難點問題，提高了學生的學習興趣。根據教學反饋，該平臺的應用取得了良好的教學效果，為工程管理類課程教學改革提供了一條參考路徑。

關鍵詞：兩性一度；虛擬仿真；信息化；混合式教學；教學改革

中圖分類號：TP391.9；G434? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2024）02-0186-05

Application and Practice of Virtual Simulation Platform under the Orientation of “Two Properties and One Level”

MA Yujing， WEI Ran， MA Zhicai， SUN Wei

（School of Road and Bridge， Beijing Vocational College of Transport， Beijing? 101121， China）

Abstract： Based on the gold course standard of “Two Properties and One Level”， this paper fully utilizes informatization technology to introduce virtual simulation platforms in the teaching of engineering quality supervision courses. The platform construction is based on four typical work tasks of engineering supervision and real engineering quality cases， providing online training， interactive interaction， and assessment and evaluation functions. It integrates new standards， new trends， new technologies， and professional ethics requirements in the supervision industry into the design interaction and task point links， achieving the cultivation of high-level abilities such as comprehensive analysis for students. The application of the platform achieves a blending learning of online and offline， improves the level of course informatization teaching， effectively solves the key and difficult problems of the subject， and enhances the learning interest of students. According to teaching feedback， the application of this platform has achieved good teaching results， providing a reference path for the teaching reform of engineering management courses.

Keywords： Two Properties and One Level; virtual simulation; informatization; blending learning; teaching reform

0? 引? 言

課程是人才培養過程中的核心要素，是學生獲取知識和技能的主要來源，課程質量好壞直接關系到學生的學習動力和學業水平[1]。通過建設一流課程，可有效提升學校專業的知名度，提高學生的主動性和積極性，拓寬學生對于專業知識的認知度[2]。2018年，時任教育部高等教育司司長吳巖提出“兩性一度”的金課標準，在第十一屆“中國大學教學論壇”上，教育部明確提出要努力打造五類金課：線下、線上、線上線下混合式、虛擬仿真和社會實踐“金課”，并給出了評價金課的“兩性一度”標準，即“高階性”“創新性”和“挑戰度”?！案唠A性”是指知識、能力和素質有機融合，培養學生解決復雜問題的綜合能力和高級思維；“創新性”要求教學內容有前沿性和時代性，教學形式體現先進性和互動性，學習結果具有探究性和個性化；“挑戰度”要求課程要有一定難度，需要學生和老師一起，跳一跳才能夠得著[3]。

1? 虛擬仿真技術應用可行性分析

工程質量監理是工程監理專業的核心課程，是學生學習和掌握工程質量監理知識的主要途徑。課程主要培養學生組織和協調工程施工的能力，運用法律法規、施工及監理規范等對施工過程進行監督的能力，是一門技術性、綜合性、實踐性和政策性都很強的課程。該課程多采用傳統線下教學模式，教師通過多媒體設備教學，講授相關的概念、知識內容，學生被動聽講，往往缺少學習興趣。對于復雜的結構施工質量監督要點，教師難以講授清楚，即使安排學生施工現場實踐學習觀摩，受限于實際工程建設周期長等特點，有限的現場實踐效果欠佳。傳統授課模式下，學生對質量監督監控與評定的流程、方法的理解多留在理論層面，缺乏實踐經驗的感性認知。通過課程教學培養學生創新意識、協調能力、綜合分析能力更無從談起，已無法滿足社會發展對學生實踐技能的要求。

為提高工程監理課程的教學效果，多種教學手段被應用，包括：工程實例與課程結合開展教學[4，5]、引入微課及翻轉課堂教學[6]、校外實訓基地教學[7]等方式，均取得了一定的教學成效。但仍然存在著實踐難以開展、學生體驗感不強、創新能力培養不足等問題，距離“金課”的建設標準要求還存在一定的差距。

虛擬仿真教學手段具有改善教學環境、節約辦學成本、規避安全風險、激發學生興趣的優點，學生可反復多次進行實訓操作，增強學習效果。虛擬仿真技術為工程監理課程“金課”建設提供了一條路徑。虛擬仿真（virtual reality， VR）是一種計算機技術，利用該技術可以創建出一個虛擬的三維世界，并以交互的形式呈現出來。該三維世界中可以模擬出用戶的物理狀態，并與由計算機創建出的角色或環境互動[8]。虛擬仿真教學是現代信息技術與教育教學深度融合的產物，隨著信息技術的發展，虛擬仿真教學手段在醫藥工程、土木工程、礦業工程等眾多學科中得到廣泛的應用[9-11]，土木工程專業中工程測量、土工試驗、材料力學等課程均運用虛擬仿真技術開展了教學實踐[12-14]。

在本課程教學過程中，運用虛擬仿真平臺創設與實際施工現場相近的實踐場景，在搭建的虛擬工程場景中，師生共同開展施工質量管理工作，通過采取互動式、沉浸式教學，激發學生的學習興趣，增強學生的學習主動性，使學生理論聯系實踐，促進學生對本課程知識的理解、掌握、應用，同時提升學生的專業探究意識和探索精神。

2? 基于“兩性一度”標準課程教學整體設計

2.1? 教學目標設計

教育學家、心理學家布魯姆按認知領域將教育目標分為6個維度，認為其中的記憶、理解、應用屬于低階思維，分析、評價和創造屬于高階思維，即金課標準要求培養的能力。在本課程教學中，通過運用虛擬仿真平臺完成典型工作實訓任務，引導學生在掌握質量監理工作方法、監理流程等專業知識的基礎上，初步具備分析、評價和解決復雜工程質量問題的綜合能力，具備運用所學知識、技能開展質量管理工作能力，實現高階思維認知能力的培養目標。

2.2? 重構教學內容

立足培養學生具備綜合應用管理、法律等多學科知識解決工程質量問題的能力，在此基礎上重構課程教學內容。課程分為交通工程、環境工程、路基工程、路面工程、橋梁工程、隧道工程質量監理六個模塊，實現由簡單到復雜，由基礎、強化到提高的教學內容逐級遞進。教學中引入巡視管理、旁站監督、質量抽檢、質量評定四個典型工作任務，每一個任務難度、綜合分析能力要求逐級增強，實現專業技能提升，最后通過實際工程項目虛擬仿真資源、工程師第一視角施工現場視頻資源開展實踐，培養學生運用監理規范和質量評定標準對工程質量進行綜合分析的能力，提升學生解決實際工程質量問題的能力。

以典型模塊五質量抽檢任務為例，在橋梁、隧道等混凝土結構工程施工中，引入先進智慧巡檢系統、無損抽檢技術，讓學生體驗前沿科技水平，培養學生運用新技術、新設備開展工程質量管理的創新工作能力。在質量評定任務中融入新規范和新標準，培養學生運用規范、標準對工程質量進行全面評定的能力。通過新技術、新標準、新規范的綜合運用，培養學生的創新思維，教學內容設計如圖1所示。

針對各種不同橋梁、隧道等工程結構及實際工程常見質量問題，在虛擬平臺設計中加入多種工程案例情境供學生互動。結合課堂典型工作任務教學效果及教學重難點，利用虛擬仿真信息化教學手段，布置課后任務實訓，有針對性地進行難度提升和拓展延伸，培養學生獨立思考和綜合分析解決問題的能力，實現與真實工作任務的零距離對接。

3? 虛擬仿真平臺設計

3.1? 虛擬仿真平臺功能介紹

虛擬仿真平臺具備線上實訓、任務單填寫、數據上傳和結果評定等功能，分為學生端和教師端，學生端實現互動交互功能，教師端具備數據統計、考核評價功能。

巡視管理與旁站監督兩個典型工作任務，通過平臺中的情景互動，實現“以虛助實”線上實訓；質量抽檢和質量評定兩個典型任務，通過將任務流程轉化為線上實訓資源，學生將現場抽檢數據和評定結論上傳至虛擬平臺，教師與企業專家根據數據進行分析評價，實現“以實帶虛”的混合式實訓。

3.2? 虛擬仿真平臺操作端口及交互功能

3.2.1? 學生端

平臺學生端設計為單機版，操作方便靈活。學生用賬號密碼登錄進入平臺，課前可實現工程項目劃分、工作任務流程的線上預習，課中可實現巡視管理與旁站監督任務的實訓、質量抽檢和質量評定任務單填寫、數據上傳和成果提交，課后可實現強化拓展任務的線上實訓。登錄界面如圖2所示。

3.2.2? 教師端

主講教師登錄平臺，課前可實現對學生及其他輔講教師賬號的設置與管理，以及對不同結構分部工程典型任務的布置；課中可開展混合式實訓，通過后臺統計分析提交數據成果，對教學質量效果進行評價；課后可實現拓展任務的布置與延伸，界面如圖3所示。

3.2.3? 交互功能

根據不同結構的分部工程劃分，實訓任務中均設置企業真實案例場景供學生互動，依據實際工作監理流程，在交互環節融入游戲、動畫，學生在交互過程中，學習監理工作方法，感受實際工作程序并體會職業素養要求，根據交互環節流程，依次完成典型工作任務，上傳并提交任務成果，界面如圖4所示。

3.3? 課程教學考核評價

課程在虛擬仿真實訓平臺+學習通學習平臺+線下實訓基地實訓“兩平臺三融合”的基礎上，構建了多維度綜合評價體系，如表1所示。課程考核由實訓考核和綜合考核組成，其中六個模塊的實訓考核成績共占60%，考核內容包括完成任務的熟練度、規范性、準確性、綜合分析能力等，實訓成績統一錄入學習通平臺。應用學習通平臺學習的綜合考核成績占40%，考核內容包括課前預習效果、課中活動參與、課堂測試、考試及課后作業提交等。

該考核評價體系對接監理崗位要求，運用虛擬仿真等信息化手段，對學生的學習效果進行多維度評價，對于實訓中的薄弱環節，教師通過引導、示范、企業專家輔導點評等方法，進行重點關注。學生針對實訓問題點加強學習、鞏固練習，實現了綜合考核成績的有效提升。

4? 教學實施過程及學習效果

4.1? 教學實施過程

基于虛擬仿真實訓平臺，運用學習通管理平臺和校外實訓基地的“兩平臺三融合”方式，以模塊五——橋梁工程質量監理的“附屬工程”為例，教學實施過程如圖5所示。

1）課前探新知，提升學習素養。教師在學習通推送相關學習資源，設置習題考查學生的掌握程度。學生通過學習通平臺預習相關知識要點，做好知識儲備。

2）課中實訓任務教學，掌握職業技能。教師引入教學情境；教師提煉總結任務要點，發布課堂活動，提高學習積極性；教師演示虛擬平臺橋面欄桿安裝施工巡視任務；學生登錄虛擬平臺，分組完成不同結構的巡視任務；學生通過考核后，進入“伸縮縫首件安裝”旁站任務，根據交互流程，完成任務，提交成果；各組匯報展示，進行組間互評；教師總結評價，提出改進措施；學生通過前兩個任務考核后，進入抽檢與評定任務環節；教師提煉操作步驟，進行知識梳理；教師操作演示，學生熟悉要點，分組練習混凝土裂縫抽檢過程；學生在校外實訓基地對欄桿抽檢，教師現場指導，進行過程監督與糾正；學生完成抽檢任務，依據抽檢數據對護欄質量進行評定，將結果上傳虛擬平臺。教師及企業專家登錄后臺，點評分析，專家結合欄桿近年質量案例進行知識提升；教師綜合專家意見進行總結評價。

3）課后鞏固拓展，強化專業技能。學生課后登錄虛擬仿真平臺完成“腳手架搭設”巡視和“橋面鋪裝”旁站線上拓展任務，在校內實訓基地，針對構件模型進行線下強化練習，提升專業技能。

4.2? 學生學習效果

4.2.1? 學生評價

教學過程將行業新技術、新標準、職業要求等有效融入仿真平臺實訓案例中，交互環節融入游戲、動畫，極大提高了學生的學習興趣，學生課上參與度、課前預習效果和課后任務提交率明顯提升，自主學習能力得到加強，學習積極性明顯提高。

4.2.2? 教師評價

自2021年9月至今，累計已有6個教學班近200人應用該虛擬仿真平臺開展實訓教學。通過數據進行評價分析，與傳統教學方式對比，學生的綜合成績、實踐技能、素養水平顯著提高，教學目標有效達成。

4.2.3? 企業評價

參與虛擬仿真平臺實訓并通過考核后的學生，在后續監理企業實習實踐中，能較快適應企業工作要求，工作能力和工作成效得到企業高度評價。

5? 結? 論

基于“兩性一度”金課標準打造的工程質量監理虛擬仿真實訓平臺，培養了學生解決復雜問題的能力，和傳統實訓教學方式相比，具有一定的“高階性”，在設計任務環節中融入新技術、新標準的實踐與應用，開拓了學生的創新思維，具有一定的“創新性”。課程融合了工程管理類、法律法規類等多學科相關知識，體現了綜合應用能力，既有創新性，也體現了“挑戰度”。本課程于2022年9月被北京市教委認定為“2022年北京市職業教育在線精品課程”，為培養高素質技術技能監理人才提供了有效方法，也為工程管理類課程教學改革提供了一條參考路徑。

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作者簡介：馬玉靜（1979.12—），女，漢族，河北藁

城人，副教授，碩士，研究方向：工程項目信息化管理、虛擬仿真技術應用、建筑材料試驗研究。