基于三维虚拟仿真的理实一体化教学改革*——以集装箱码头业务操作为例

□ 陈艳玲

(浙江国际海运职业技术学院 港口管理学院，浙江 舟山 316021)

随着“一带一路”、“江海联运”等国家重大战略的实施，我国与其他国家和地区的交流合作变得愈发紧密，极大地促进国际贸易、物流、金融的快速发展。港口作为物流运输的重要枢纽，对于促进物流运输和经济贸易发展起到重要推动作用。伴随着智慧港口概念的提出，港口的快速发展倒逼港口的人才质量不断地更新升级。传统上的纯操作岗位正在慢慢消失，取而代之的是具有现代服务思维的懂管理会操作的高素质复合性人才。为了满足港口企业对人才质量的需求，《集装箱码头业务操作》进行了基于三维虚拟仿真环境的理实一体化教学模式的课程改革。

1 《集装箱码头业务操作》课程建设现状及面临的新问题

1.1 《集装箱码头业务操作》课程建设现状

《集装箱码头业务操作》是学校港口与航运管理专业港口管理方向的一门核心专业课，授课对象是港口与行业管理专业港口管理方向二年级学生。课程依托集装箱码头信息管理系统开展实训，采用类似于轮岗培训的方法，学习各个岗位的业务方法和技能，如船舶计划员、堆场计划员、闸口操作员、配载员等。

1.2 《集装箱码头业务操作》面临的新问题

1.2.1 基于码头信息系统的实训载体，无法呈现形象化的工作场景

以往的教学载体是码头的信息管理系统，该系统以二维界面反映出信息在不同部门之间的流转过程，不能展示码头的实时作业场景。学生对于具体业务的操作过程不清楚，对相关的操作原则和方法似懂非懂。鉴于码头严格的安全管理和特殊作业工况，安排学生参观码头作业现场困难较大，教学中只能利用图片和视频去拼凑码头的作业场景，效果不佳。

1.2.2 理论+实践的方式连接松散，能力培养效果差

以前的教学中，用各个击破的方式学习岗位的知识和技能。先介绍相关知识，然后演示操作技能，最后学生进行操作训练。理论知识点是否必需、是否够用是不知道的。实操任务虽然按照要求完成了，基本正确，但是无法检验是否最优，导致学习停留在浅层次的模仿学习上面，限制了深度学习，能力培养效果较差。

1.2.3 评价反馈不及时，学习兴趣不高

课堂教学中，教师负责巡场指导，无法监测每个学生的实训过程，实训效果要教师逐一检查评价，费时费力，不能即时给学生反馈成绩。随着信息化教学的越来越深入，不少课程中都投入了各种软件辅助教学，而学生对平面软件类操作的兴趣度在下降。

1.2.4 实训的成本较高

展现集装箱码头工作场景的实现方式有三种：一是借助码头沙盘进行展示；二是基于VR技术开发集装箱码头工作场景；三是借助港机仿真模拟器体验港机操作。这三种实训方式的效果直观逼真，学习体验感强，但不能与信息系统结合反映出码头各个业务之间的内在关联，而且实训室建设和维护费用较高。

1.2.5 难以培养学生系统思考能力

集装箱码头的业务是一项系统工作，涉及到很多业务相关方，比如码头外部有货主、货代公司、船公司、船舶代理公司、运输公司，以及海关、海事、商检、港航等行政管理部分。在码头内部，也需要各个部门相互协调，如：中控、堆场、闸口、机械、商务、理货等。很多业务都涉及内部及外部的沟通与协同，必须以系统的思维去考虑问题和处理业务。按单个业务逐个学习的模式，容易割裂各个业务之间的关联性，难以具有全局意识。以致学生在工作岗位上遇到真实的业务问题时就千头万绪不知所措。

2 基于三维虚拟仿真环境的理实一体化教学模式构建

2.1 三维虚拟仿真环境的教学载体提供形象化的工作场景

码头运作系统具有关联性、实践性、复杂性、多方参与等特点，学生对码头运作系统的熟悉是完成某一具体工作的前提。基于三维虚拟仿真环境的教学有以下优点：①能够将码头的布局和功能区域直观的呈现出来，学生可以通过第一视角(操作者视角)、第三视角、飞行视角三个角度对作业环境进行360度全方位的观察。②学生能够根据作业需要，模拟操作各种机械或设备，比如调度员可以操作TOS系统信息，桥吊司机可以操作岸桥、龙门吊司机可以操作龙门吊、集卡司机可以开集卡车等。③可以根据课程需要设置仿真环境具体内容，如调研、卸船、装船等作业环节。这些优势是单纯的码头信息系统无法比拟的。

2.2 理实一体化教学设计深度融合理论和实践

理实一体化是一种理论和实践有效结合教学模式，突破以往理论与实践相脱节的现象，教学环节相对集中。在整个教学环节中，理论和实践交替进行，直观和抽象交错出现，没有固定的先实后理或先理后实，而是理中有实，实中有理。理实一体化教学模式是能突出学生动手能力和专业技能的培养，充分调动和激发学生学习兴趣的一种教学方法。其核心是学生的实践操作能够与理论学习同时进行，从根本上将学生的实践能力提高，与此同时增加学生的参与度。是较为新型的职业院校教学模式。[1]这与高职的人才培养目标不谋而合，高职的人才培养目标是为社会培养出适应生产、建设、管理、服务一线需要的，掌握“必需、够用”的专业理论知识，具有较强的高素质技术技能型人才[2]。

在课程设计上设计方案设计与方案实施的方式。方案设计阶段，主要运用所学知识完成实践活动，用以指导后续的实施任务。方案实施阶段，学生根据方案设计的内容完成实施过程，通过实施的结果，检验方案设计的效果，以达到知识够用，能力达标的教学效果。

2.3 教学做一体化的课堂教学实施

“教学做一体化项目教学模式”就是在实践教学中,坚持实践与理论紧密衔接,将实践教学与理论教学过程中应掌握的知识、能力、态度融入某一生产或工作任务,在单元实践教学时间内将“教师的教”“学生的学”都与“做”融为一体的教学模式[3]。

教师通过演示典型工作任务来“做中教”，学生通过模拟训练来“做中学”，最后，学生通过完成强化任务实现“学中做”，做到教学做有机统一,强调教、学、做三者的深度融合。[4]

图1 教学做一体化操作示意图

堆场闸口货运站行政中心码头前沿中控室

3 基于三维虚拟仿真环境的理实一体化教学的创新实践

3.1 三维虚拟仿真环境教学环境

基于ITP平台的三维虚拟仿真环境提供了全视域下的码头实景。学生进入系统，无需3D眼镜，即可观察到码头整个布局，各个功能区域的分布，码头主要的机械设备，以及各种可以模拟的岗位角色。

3.1.1 功能区域虚拟仿真

主要的功能区域仿真见表1。

3.1.2 设施虚拟仿真

表2 集装箱码头虚拟机械设备

3.1.3 角色虚拟仿真

在虚拟仿真的场景中，学生可以根据业务不同选择角色并完成相应的作业，如调度员、集卡司机、理货员、闸口操作员、岸桥司机、龙门吊司机等。

表3 角色三维虚拟仿真

3.2 理实一体化的教学模式

遵循从易到难，从简单到复杂的学习规律，将课程内容分为三个项目：第一个项目是将涉及的关键业务环节设置成单项作业，如调研、卸船、装船、重箱进场、重箱出场，逐个学习和掌握。第二个项目是进口全程作业和出口全程作业。学生在单项训练的基础上，掌握进口和出口全程的方案设计与实施。第三个项目是港口综合作业优化设计与实施，分单人模式和小组模式，内容上包含一艘船舶上同时设计进口和出口业务的情形，难度上在优化设计上加深了任务的复杂度，以培养学生系统的思维。

3.3 教学做一体化的三段式实施路径

设计三段式的能力培养路径，即为教师演示、学生模仿训练、强化拓展训练三个阶段，见图2所示。每个任务与之对应地提供三套结构形似内容不同数据，分别是教师演示数据，学生模仿训练数据、强化练习数据。教师演示数据难度较简单，反映出基本的知识点、技能点的应用，用于学生学习吸收知识与技能。学生模仿训练数据难度适中，与教师演示数据不同，避免学生出现生搬硬套一知半解的情况，用于培养学生转化知识和技能。强化训练数据要有一定的难度，强化已学内容，挖掘学生的学习潜力。

表4 《集装箱码头业务操作》内容架构

图2 课堂教学实施流程图

3.4 基于成果的过程性考核

采用基于理实一体化的课程特点，采用理论和实操的考核模式。理论考试上，用强化训练方案评分为主，以模拟训练的自评和互评为辅的考核方法。实操考核上，软件评分系统记录下每次强化拓展训练的成绩，作为实操考核的依据。评价对象有教师评价、学生自评、学生互评、软件评价等评价，改变了“教师说的算”的单一评价方式。线上和线下相结合的方式，使过程化评价有理有据，评价的及时性得到较大的改善，便于过程监控和管理。

表5 过程性评价表

4 改革成效

通过基于虚拟仿真环境的教学载体改革、教学内容理实一体化重构、教学过程教学做一体化实施、教学评价成果化改革后，新的教学载体集码头信息化系统和虚拟仿真场景与一体，游戏版的虚拟仿真界面，根据任务选择角色，学生积极性大大提高。理实一体化的教学模式，学生需要在教师指导下独立完成进阶式训练，培养了学生的综合业务能力。经过教学改革实践，学生的知识水平和技能素养明显提高，灵活运用知识和技能的能力得到了强化训练。在2018年“百蝶杯”全国高等职业学院集装箱港口运营职业能力竞赛中，浙江国际海运职业技术学院代表队凭借着扎实的功底和不懈努力获得了团体一等奖的成绩。