“两性一度”导向下虚拟仿真平台的应用与实践

马玉静 魏然 马志才 孙伟

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2024.02.040

收稿日期：2023-06-29

基金项目：全国交通运输职业教育教学指导委员会路桥工程类专业指导委员会2022教研课题（LQZZW202219）；2023年北京交通运输职业学院院级科研项目（BJY2022C215）

摘  要：基于“两性一度”金课标准，充分运用信息化手段，在工程质量监理课程教学中引入虚拟仿真平台。平台建设以工程监理四个典型工作任务和真实工程质量案例为基础，提供线上实训、互动交互和考核评价功能，在设计互动和任务点环节融入监理行业新标准、新动态、新技术及职业素养要求，实现了对学生综合分析等高阶能力的培养。平台的应用实现了线上线下混合式教学，提高了课程信息化教学水平，有效解决了监理实训教学重难点问题，提高了学生的学习兴趣。根据教学反馈，该平台的应用取得了良好的教学效果，为工程管理类课程教学改革提供了一条参考路径。

关键词：两性一度；虚拟仿真；信息化；混合式教学；教学改革

中图分类号：TP391.9；G434    文献标识码：A 文章编号：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

課程是人才培养过程中的核心要素，是学生获取知识和技能的主要来源，课程质量好坏直接关系到学生的学习动力和学业水平[1]。通过建设一流课程，可有效提升学校专业的知名度，提高学生的主动性和积极性，拓宽学生对于专业知识的认知度[2]。2018年，时任教育部高等教育司司长吴岩提出“两性一度”的金课标准，在第十一届“中国大学教学论坛”上，教育部明确提出要努力打造五类金课：线下、线上、线上线下混合式、虚拟仿真和社会实践“金课”，并给出了评价金课的“两性一度”标准，即“高阶性”“创新性”和“挑战度”。“高阶性”是指知识、能力和素质有机融合，培养学生解决复杂问题的综合能力和高级思维；“创新性”要求教学内容有前沿性和时代性，教学形式体现先进性和互动性，学习结果具有探究性和个性化；“挑战度”要求课程要有一定难度，需要学生和老师一起，跳一跳才能够得着[3]。

1  虚拟仿真技术应用可行性分析

工程质量监理是工程监理专业的核心课程，是学生学习和掌握工程质量监理知识的主要途径。课程主要培养学生组织和协调工程施工的能力，运用法律法规、施工及监理规范等对施工过程进行监督的能力，是一门技术性、综合性、实践性和政策性都很强的课程。该课程多采用传统线下教学模式，教师通过多媒体设备教学，讲授相关的概念、知识内容，学生被动听讲，往往缺少学习兴趣。对于复杂的结构施工质量监督要点，教师难以讲授清楚，即使安排学生施工现场实践学习观摩，受限于实际工程建设周期长等特点，有限的现场实践效果欠佳。传统授课模式下，学生对质量监督监控与评定的流程、方法的理解多留在理论层面，缺乏实践经验的感性认知。通过课程教学培养学生创新意识、协调能力、综合分析能力更无从谈起，已无法满足社会发展对学生实践技能的要求。

为提高工程监理课程的教学效果，多种教学手段被应用，包括：工程实例与课程结合开展教学[4，5]、引入微课及翻转课堂教学[6]、校外实训基地教学[7]等方式，均取得了一定的教学成效。但仍然存在着实践难以开展、学生体验感不强、创新能力培养不足等问题，距离“金课”的建设标准要求还存在一定的差距。

虚拟仿真教学手段具有改善教学环境、节约办学成本、规避安全风险、激发学生兴趣的优点，学生可反复多次进行实训操作，增强学习效果。虚拟仿真技术为工程监理课程“金课”建设提供了一条路径。虚拟仿真（virtual reality， VR）是一种计算机技术，利用该技术可以创建出一个虚拟的三维世界，并以交互的形式呈现出来。该三维世界中可以模拟出用户的物理状态，并与由计算机创建出的角色或环境互动[8]。虚拟仿真教学是现代信息技术与教育教学深度融合的产物，随着信息技术的发展，虚拟仿真教学手段在医药工程、土木工程、矿业工程等众多学科中得到广泛的应用[9-11]，土木工程专业中工程测量、土工试验、材料力学等课程均运用虚拟仿真技术开展了教学实践[12-14]。

在本课程教学过程中，运用虚拟仿真平台创设与实际施工现场相近的实践场景，在搭建的虚拟工程场景中，师生共同开展施工质量管理工作，通过采取互动式、沉浸式教学，激发学生的学习兴趣，增强学生的学习主动性，使学生理论联系实践，促进学生对本课程知识的理解、掌握、应用，同时提升学生的专业探究意识和探索精神。

2  基于“两性一度”标准课程教学整体设计

2.1  教学目标设计

教育学家、心理学家布鲁姆按认知领域将教育目标分为6个维度，认为其中的记忆、理解、应用属于低阶思维，分析、评价和创造属于高阶思维，即金课标准要求培养的能力。在本课程教学中，通过运用虚拟仿真平台完成典型工作实训任务，引导学生在掌握质量监理工作方法、监理流程等专业知识的基础上，初步具备分析、评价和解决复杂工程质量问题的综合能力，具备运用所学知识、技能开展质量管理工作能力，实现高阶思维认知能力的培养目标。

2.2  重构教学内容

立足培养学生具备综合应用管理、法律等多学科知识解决工程质量问题的能力，在此基础上重构课程教学内容。课程分为交通工程、环境工程、路基工程、路面工程、桥梁工程、隧道工程质量监理六个模块，实现由简单到复杂，由基础、强化到提高的教学内容逐级递进。教学中引入巡视管理、旁站监督、质量抽检、质量评定四个典型工作任务，每一个任务难度、综合分析能力要求逐级增强，实现专业技能提升，最后通过实际工程项目虚拟仿真资源、工程师第一视角施工现场视频资源开展实践，培养学生运用监理规范和质量评定标准对工程质量进行综合分析的能力，提升学生解决实际工程质量问题的能力。

以典型模块五质量抽检任务为例，在桥梁、隧道等混凝土结构工程施工中，引入先进智慧巡检系统、无损抽检技术，让学生体验前沿科技水平，培养学生运用新技术、新设备开展工程质量管理的创新工作能力。在质量评定任务中融入新规范和新标准，培养学生运用规范、标准对工程质量进行全面评定的能力。通过新技术、新标准、新规范的综合运用，培养学生的创新思维，教学内容设计如图1所示。

针对各种不同桥梁、隧道等工程结构及实际工程常见质量问题，在虚拟平台设计中加入多种工程案例情境供学生互动。结合课堂典型工作任务教学效果及教学重难点，利用虚拟仿真信息化教学手段，布置课后任务实训，有针对性地进行难度提升和拓展延伸，培养学生独立思考和综合分析解决问题的能力，实现与真实工作任务的零距离对接。

3  虚拟仿真平台设计

3.1  虚拟仿真平台功能介绍

虚拟仿真平台具备線上实训、任务单填写、数据上传和结果评定等功能，分为学生端和教师端，学生端实现互动交互功能，教师端具备数据统计、考核评价功能。

巡视管理与旁站监督两个典型工作任务，通过平台中的情景互动，实现“以虚助实”线上实训；质量抽检和质量评定两个典型任务，通过将任务流程转化为线上实训资源，学生将现场抽检数据和评定结论上传至虚拟平台，教师与企业专家根据数据进行分析评价，实现“以实带虚”的混合式实训。

3.2  虚拟仿真平台操作端口及交互功能

3.2.1  学生端

平台学生端设计为单机版，操作方便灵活。学生用账号密码登录进入平台，课前可实现工程项目划分、工作任务流程的线上预习，课中可实现巡视管理与旁站监督任务的实训、质量抽检和质量评定任务单填写、数据上传和成果提交，课后可实现强化拓展任务的线上实训。登录界面如图2所示。

3.2.2  教师端

主讲教师登录平台，课前可实现对学生及其他辅讲教师账号的设置与管理，以及对不同结构分部工程典型任务的布置；课中可开展混合式实训，通过后台统计分析提交数据成果，对教学质量效果进行评价；课后可实现拓展任务的布置与延伸，界面如图3所示。

3.2.3  交互功能

根据不同结构的分部工程划分，实训任务中均设置企业真实案例场景供学生互动，依据实际工作监理流程，在交互环节融入游戏、动画，学生在交互过程中，学习监理工作方法，感受实际工作程序并体会职业素养要求，根据交互环节流程，依次完成典型工作任务，上传并提交任务成果，界面如图4所示。

3.3  课程教学考核评价

课程在虚拟仿真实训平台+学习通学习平台+线下实训基地实训“两平台三融合”的基础上，构建了多维度综合评价体系，如表1所示。课程考核由实训考核和综合考核组成，其中六个模块的实训考核成绩共占60%，考核内容包括完成任务的熟练度、规范性、准确性、综合分析能力等，实训成绩统一录入学习通平台。应用学习通平台学习的综合考核成绩占40%，考核内容包括课前预习效果、课中活动参与、课堂测试、考试及课后作业提交等。

该考核评价体系对接监理岗位要求，运用虚拟仿真等信息化手段，对学生的学习效果進行多维度评价，对于实训中的薄弱环节，教师通过引导、示范、企业专家辅导点评等方法，进行重点关注。学生针对实训问题点加强学习、巩固练习，实现了综合考核成绩的有效提升。

4  教学实施过程及学习效果

4.1  教学实施过程

基于虚拟仿真实训平台，运用学习通管理平台和校外实训基地的“两平台三融合”方式，以模块五——桥梁工程质量监理的“附属工程”为例，教学实施过程如图5所示。

1）课前探新知，提升学习素养。教师在学习通推送相关学习资源，设置习题考查学生的掌握程度。学生通过学习通平台预习相关知识要点，做好知识储备。

2）课中实训任务教学，掌握职业技能。教师引入教学情境；教师提炼总结任务要点，发布课堂活动，提高学习积极性；教师演示虚拟平台桥面栏杆安装施工巡视任务；学生登录虚拟平台，分组完成不同结构的巡视任务；学生通过考核后，进入“伸缩缝首件安装”旁站任务，根据交互流程，完成任务，提交成果；各组汇报展示，进行组间互评；教师总结评价，提出改进措施；学生通过前两个任务考核后，进入抽检与评定任务环节；教师提炼操作步骤，进行知识梳理；教师操作演示，学生熟悉要点，分组练习混凝土裂缝抽检过程；学生在校外实训基地对栏杆抽检，教师现场指导，进行过程监督与纠正；学生完成抽检任务，依据抽检数据对护栏质量进行评定，将结果上传虚拟平台。教师及企业专家登录后台，点评分析，专家结合栏杆近年质量案例进行知识提升；教师综合专家意见进行总结评价。

3）课后巩固拓展，强化专业技能。学生课后登录虚拟仿真平台完成“脚手架搭设”巡视和“桥面铺装”旁站线上拓展任务，在校内实训基地，针对构件模型进行线下强化练习，提升专业技能。

4.2  学生学习效果

4.2.1  学生评价

教学过程将行业新技术、新标准、职业要求等有效融入仿真平台实训案例中，交互环节融入游戏、动画，极大提高了学生的学习兴趣，学生课上参与度、课前预习效果和课后任务提交率明显提升，自主学习能力得到加强，学习积极性明显提高。

4.2.2  教师评价

自2021年9月至今，累计已有6个教学班近200人应用该虚拟仿真平台开展实训教学。通过数据进行评价分析，与传统教学方式对比，学生的综合成绩、实践技能、素养水平显著提高，教学目标有效达成。

4.2.3  企业评价

参与虚拟仿真平台实训并通过考核后的学生，在后续监理企业实习实践中，能较快适应企业工作要求，工作能力和工作成效得到企业高度评价。

5  结  论

基于“两性一度”金课标准打造的工程质量监理虚拟仿真实训平台，培养了学生解决复杂问题的能力，和传统实训教学方式相比，具有一定的“高阶性”，在设计任务环节中融入新技术、新标准的实践与应用，开拓了学生的创新思维，具有一定的“创新性”。课程融合了工程管理类、法律法规类等多学科相关知识，体现了综合应用能力，既有创新性，也体现了“挑战度”。本课程于2022年9月被北京市教委认定为“2022年北京市职业教育在线精品课程”，为培养高素质技术技能监理人才提供了有效方法，也为工程管理类课程教学改革提供了一条参考路径。

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作者简介：马玉静（1979.12—），女，汉族，河北藁

城人，副教授，硕士，研究方向：工程项目信息化管理、虚拟仿真技术应用、建筑材料试验研究。