基于新文科发展理念的海关虚拟仿真实验教学平台建设研究

董强 杜婷婷 严晓

（上海海关学院 上海 201204）

1 前言

以大数据、人工智能、云计算为代表的新一轮科技革命与产业变革加速推进，促使新产业迭代更新，新技术层出不穷。 面对世界新变革、时代新发展、产业新业态，海关高等教育主动转变思维，积极引入最新教育技术成果， 为维护国门安全提供人才支撑。2019 年，教育部推出“六卓越一拔尖”计划2.0，标志着新文科建设全面启动， 由此确立了新时代哲学社会科学与新科技革命的融合式发展理念。 在新文科建设的指引与推动下， 虚拟仿真实验教学广泛运用于高等教育领域。为此，教育部大力倡导虚拟仿真实验室建设，逐步构建起开放、灵活的教育资源共享服务平台。2018 年，教育部首批认定了 23 类、296 个虚拟仿真实验教学项目。2019 年，教育部公布了“一流本科课程建设的实施意见”，计划用3 年时间完成约1 500 门国家虚拟仿真实验教学一流课程的认定工作。 在此背景下，上海海关学院紧跟时代步伐，在充分发挥虚拟仿真技术优势的前提下，构筑起多层次、跨学科、综合性的海关虚拟仿真实验教学平台，旨在践行“理论教学与实践教学相结合、问题导向与真实场景还原相融合”的海关实验教学人才培养新模式。

2 海关虚拟仿真实验教学平台的功能及特点

2.1 海关虚拟仿真实验教学平台的功能

虚拟仿真（Virtual Reality）作为一项前沿技术，广泛运用于工业设计、临床医学等产业，它与多媒体技术、网络信息技术并称为“21 世纪最具应用前景”的三大技术。 缘于其逼真性、仿真性等特性，近年来广泛运用于专业化人才培养领域。 海关虚拟仿真实验教学平台充分依托上海海关学院自主研发的虚拟仿真实验教学软件， 在对标世界海关组织制定的PICARD 海关人员能力建设认证标准基础上， 着力构建海关危化品监管、口岸卫生检疫、外来有害动植物入侵防范、 海关应急管理与舆情应对等情景式教学应用场景，以此满足场景化互动演示、态势筹划与推演、风险研判与分析等诸多领域的教学需求。海关虚拟仿真实验教学平台建设，遵循“理论与实践相结合、真实与虚拟相结合、教学与科研相结合”的原则，在设计理念上突出新时代中国特色社会主义新海关建设要求， 凸显关检融合后海关监管及安全准入特性，为新时代海关高等人才培养提供交互性强、逼真度高、动态灵活、易于使用的教学平台工具，其核心组件涵括：海关教学案例库管理及案例演示、海关监管风险研判与分析、海关舆情应对与管理、态势筹划与推演等，特别是以全息仿真影像为科技手段，打造的海关监管查验作业拟真环境下的CAVE 沉浸式空间最具特色。

（1）“真环境” 功能。 依托 VR 和 AR 等现代技术， 以海关实验教学大纲为指引， 综合应用三维建模、网络数字化与智能化等技术手段，着力构建拟真环境下的海关实验教学项目， 从而提升教学功能的力度与效度。 这一功能主要运用在海关综合业务情景模拟式教学、海关舆情应对与新闻发布实务，以及海关案例研讨等课程。

（2）“深体验”功能。 以海关监管、海关检验检疫安全等实践环节的问题为导向， 旨在模拟海关作业现场中高危风险或极端环境下的真实场景， 以及现实教学过程中因高成本和消耗、不可逆操作、大型综合训练、跨部门集中演练等难以还原的真实场景。这一功能主要运用在海关危化品监管实务、 海关核辐射探测实务、口岸卫生检疫工作实务、进出境动植物检疫工作实务、海关风险管理等课程。

（3）“强筹划”功能。以思维训练和创新能力建设为目标， 旨在提升大学生复杂环境下的多问题筹划与综合应对能力，激发学生的认知与运用潜能，增强大学生参与海关实验课程的主动性和创造性。 这一功能主要运用在口岸安全案例研讨教学、 海关突发事件桌面推演、海关管理类案例教学，以及海关公共事务决策研讨厅等课程。

（4）“智能化”功能。 以新文科建设理念为基础，不断丰富多样化创新型教学内涵， 旨在探求海关工作实践中的典型案例与问题， 辅以互动式和研讨式教学模式，倡导学生合作式、探究式智能化学习。 这一功能主要运用在海关检验检疫工作实务、 海关行政管理、海关公文写作、口岸突发公共卫生事件沙盘推演等课程。

（5）“多集成”功能。在安全、稳定、开放的软件运行环境下， 综合考虑不同学科背景及不同地域的相关人员接入海关虚拟仿真实验教学平台的现实需求，搭建兼容性强、功能拓展性高的实验教学环境。这一功能主要运用在海关业务远程管理、 海关现场实时教学等课程。

2.2 海关虚拟仿真实验教学平台的特点

以海关虚拟仿真实验教学平台为基础构建的海关虚拟仿真实验室，与传统实验室相比，具有投入成本低、损耗小、维护简单、更新速度快，容易实现相同条件下的重复实验、易于扩展及共享等诸多优势。此外， 虚拟仿真教学的沉浸感有助于提升学生的专注度、交互性、灵敏度，构想性和自由度。

（1）开放性。海关虚拟仿真实验室与传统实验室相比，更具开放性，能够有效打破时间界限与空间隔阂，让学生可以自主、灵活的安排实验操作时间，并依据海关监管作业规程， 分模块选择实验内容。 同时，学生可以根据实验教学大纲的要求，制定个性化的综合性实验方案， 采取线上和线下混合式学习模式，有效拓展实验教学方式。

（2）便利性。 由于海关工作的特殊性，海关查验作业现场大多置于码头、堆场，以及人流密集量较大的机场、邮轮、跨境铁路等。 这些作业现场大多远离城市，而且属于海关特殊监管区域。除海关监管部门的审批许可外，一般不对外开放。 因此，给日常教学工作带来诸多不便。此外，为了有效防范外来病虫害及传染病入侵， 不少海关配备有高水准的检测实验室。这些实验室的建设往往耗费巨资，同时需配备大量的人力和物力维持日常运转。 为了有效降低实验教学成本，通过对实验环境、仪器设备、实验耗材的仿真化， 不断优化和调整实验教学项目， 以解决场地、资金、人员等制约条件下的现实困境，从而改善传统实验教学平台建设时间长、投入力度大、折旧周期长的问题。

（3）交互性。海关虚拟仿真实验室充分利用虚拟现实技术，以交互方式贯穿于实验全过程，从而使整个实训操作流程与真实的实验室环境一样逼真。 既往的实验室操作大多将学生置于被动角色， 教师缺乏实验步骤的实时交互，以及知识体系的引导。海关虚拟仿真实验室则可以有效突破这一桎梏， 使得实验场景更具交互感与现场感。

（4）安全性。海关肩负着保障国门安全的重要职责，涵盖核安全、生物安全、公共卫生安全、政治安全等方面。由于部分监管岗位工作的特殊性，亟需具备专业安全知识以及相关经验的海关关员进行操作。倘若由学生直接操作，则无疑具有潜在的危险性。因此，充分利用虚拟仿真技术，通过设置虚拟化的监管工作场景，从而高度还原海关真实作业环境。特别是针对海关工作实际中的复杂性实验、 极端危险或破坏性实验、反应周期过长实验、现实工作中不宜获取实验等传统实验室无法完成的实验任务， 虚拟仿真技术有助于解决相关问题。

（5）创新性。海关虚拟仿真技术可以有效激发学生自主开展创新性实验项目。 学生在自设条件与环境下，运用虚拟的设备、器材和工具，搭建具有不同实验目标的实验项目， 继而完成不同主题的实验科目，从而培养学生自主学习、知识运用、科学研究、团队合作、创新探索的基本能力与素养。

3 海关虚拟仿真实验教学平台建设的目标及路径

构建海关特色鲜明的虚拟仿真实验教学平台，其目的在于研发适应新时代海关高等人才培养特性及要求的实验教学课程， 并遵照教育部精品课程培育要求，着力打造具有“高阶性、创新性、挑战度”的虚拟仿真实验“金课”。由此，海关虚拟仿真实验教学平台建设与海关实验教学课程体系改革密不可分。在“统筹规划、资源共享、高效利用”的原则下，海关虚拟仿真实验教学课程应不断丰富内涵， 提升课程质量，实现实验教学以“教”为中心向以“学”为中心的转变，改变传统单一的实验教学模式，逐步向多元化、实战化、协同化的实验教学课程体系进行转型。海关虚拟仿真实验教学流程详见图1， 在实践教学中， 海关虚拟仿真实验教学集信息技术和问题导向的实验实训于一体， 着力打造解决实际问题的工作坊，不断提高学生的洞察力、表达力以及操作技能，从而有效提升海关实验教学质量。

图1 海关虚拟仿真实验教学流程

（1）构筑开放型的海关虚拟仿真实验教学平台

海关虚拟仿真实验教学平台为海关实验室建设注入了新活力， 推动了海关实验教学改革与创新步伐。 海关虚拟仿真实验教学平台在遵循高等教育研究型创新人才培养模式的基础上（图2），旨在加强基础训练与专题研究相结合的实验教学活动， 让学生在仿真环境下，按照海关实验操作流程与规范，力求做到自主探究、自主学习、自主设计、自主创新。海关虚拟仿真实验教学平台不是机械式的重复传统实验规程与内容，而是注重以实验任务为驱动，以仿真实验环境为体验， 以复杂环境下的多问题解决为基础，让学生灵活运用所需的实验操作知识，更好地分析和理解实验方法。 通过构建人机交互式的开放性实验教学环境，以培养学生的科学思维和创新能力，提升学生面对海关复杂作业环境下的岗位技能。

图2 高等教育研究型创新人才培养要素

（2）构筑跨学科混合式的海关虚拟仿真实验教学平台

海关虚拟仿真实验教学平台融合了管理学、医学、农学、法学等多学科专业知识，它与传统的单一型实验室不同，是综合性、跨学科、混合式的实验教学平台。 传统的海关实验操作大多只针对某一领域或某一岗位技能的操作，缺乏复杂条件下的多问题综合应对能力训练。 因此，融合多元化、多要素、多学科的海关虚拟仿真实验教学平台有助于大学生提升综合能力与素养。

（3）构筑多层次研究型的海关虚拟仿真实验教学平台

海关虚拟仿真实验教学平台以海关典型案例为教学素材，融入了互动案例教学、筹划方法教学、情景模拟教学等教育理念。 平台的底层技术包括决策信息支撑库、枢纽态势参考类库、构想案例类库和评估模型类库等，以此作为支撑辅助决策的公共数据，同时结合动态推演和实时动态数据，通过人机交互实现仿真环境下海关监管工作的快速生成与风险预判。 在教学模式上，着力强化虚拟仿真信息技术和海关实验实训教学的深度融合，应着力拓展海关专业实验实训教学内容的广度和深度，不断延伸海关专业实验实训教学的时间与空间，构建多层次研究型海关虚拟仿真实验教学新模式。 遵循这一设计理念，海关虚拟仿真实验教学模式（图3）大体可分为基础类、综合类、创新类3 个层次，目的在于启发学生的创新思维，提高分析与解决实际问题的能力，不断增强学生海关专业能力素养。

图3 海关虚拟仿真实验教学模式

（4）构筑“问题导向与能力训练”双循环的海关虚拟仿真实验教学平台

海关虚拟仿真实验教学平台的功能与各直属海关单位所设立的实验中心功能不同， 其本质在于满足海关高等人才培养需求， 其实验内容及标准旨在训练理论教学和实践教学相关的内容， 以及学生自主参与设计的综合性实验项目。为此，注重以实践问题为导向、以能力训练为根本的双循环教学模式，是海关虚拟仿真实验教学平台建设的关键所在。 通过运用科学的教育方法， 继而有效提升学生分析问题和解决问题的创新能力。

4 结论

海关虚拟仿真实验教学平台是新文科理念下海关高等教育人才培养与教学改革创新的重要举措，是关检融合后新海关改革与发展成果的集中体现，符合新时代高素质人才培养目标与实验教学定位。 为此，海关虚拟仿真实验教学平台建设应突出以学生为中心的实验教学理念，从学生需求出发，注重学生的创新创造能力培养，在依循“优质的专业资源、高效地运行平台、独立的实验开发、先进的实验条件”理念基础上，不断拓展海关实验教学的深度与广度，以期实现实验教学与高素质人才培养间的互融与互通。