水利水电工程虚拟仿真在高职实践教学中的应用探索

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【摘要】虚拟仿真技术是继多媒体技术、网络技术之后又一门崭新的技术。将水利水电工程虚拟仿真技术运用到高职实践教学中，可以打破教学实训场地及实验环境的限制，实现以学生为主体地位的实践教学模式，调动学生自主学习的积极性，带动教学目标的实现，提高实训效率，进而提升职业院校学生的实践能力与专业技术应用能力。

【关键词】虚拟仿真高职教育实践教学水利水电工程

项目来源：省级一流专业“水利水电建筑工程专业”建设方案，陕西省教育厅《关于公布陕西高校“一流专业”遴选结果的通知》（陕教（2017）355号）。

水利水电工程是国民经济和社会发展的基础事业，是一种复杂的多工种协同操作、多项技术交叉的综合应用学科。由于水利水电工程建设周期长、一些隐蔽工程无法现场展示，学生在专业认识实习和生产实习中只能参观却无法通过实际操作来掌握其施工工艺[1]。因此，在高职教育实践性教学环节中遇到了学生“想看看不到、想做做不来、做了做不全”等难题。教育部《关于中央部门所属高校深化教育教学改革的指导意见》指出：着力推进信息技术与教育教学深度融合，建设虚拟仿真实验教学中心，全面推进信息化实践教学平台建设，充分利用信息技术实现优质实验教学资源开放共享，推进以学生为中心的教与学方式方法变革[2]。虚拟仿真技术是继多媒体技术、网络技术之后又一门崭新的技术，结合高校信息化教育教学改革开展水利水电工程虚拟仿真实践教学是克服高職实践教学环节难题的一个重要途径。

水利水电工程虚拟仿真在高职实践教学中的优势

高职教育是我国高等教育事业中一个特别重要的形式，为社会的经济发展输送大量高技能人才，其更加侧重培养学生的实践能力与专业技术应用的能力。虚拟仿真技术是指应用多媒体、人机交互、数据库以及互联网等技术，通过现实与虚拟的结合，构建逼真的实验环境及条件，使学生在虚拟环境中开展高效、安全且经济的实验[3]。水利水电工程虚拟仿真实验室的建设，将把传统教学、教学管理等环节与校园网络相连接，借助计算机网络技术构建一个“生动有特色的水电工程仿真教学平台”。该平台将水利水电工程专业学生的各种校外实习转化为虚拟工程模拟生产实习，通过对水利水电工程各部位的施工过程进行模拟，让学生感受到与施工现场一样的效果[4]。这样既保留了学校经典的教学思想和传统的教学方法，又可弥补学生不能直接参与工程施工与管理的问题，不但大大提高了教学效果，而且减轻了教师负担，大大降低了学生工地实习的安全风险，真正做到强化实践教学环节，重视学生动手能力、创新能力的培养，实现以学生为主体的地位和“做中学”的教育教学思想[5-6]。

水利水电工程虚拟仿真技术在实践教学中的应用

紧密结合水利类专业实践性强的特点，杨凌职业技术学院水利水电建筑工程专业在专业建设过程中将重点完成水利水电工程虚拟仿真实训中心的建设，并将水利水电工程虚拟仿真技术应用到实践教学中。

1.建设思路

虚拟仿真实训室的建设本着建成集“教、学、做”为一体的教学环境和专业综合性实训基地的理念，从演示实践教学、基本技能实训教学和项目综合实训教学三个层面，为课程的实践教学提供保障。

虚拟仿真实训室需要符合以下要求。

（1）满足专业与职业岗位对接的要求

高职教育以职业岗位为导向，为当前社会培养高级技术应用型专门人才。很多毕业生在校期间掌握了专业理论知识及实践技能，进入企业后由于不熟悉工程建设程序、关键施工技术及人员岗位职责等，还必须再接受企业的岗前培训，这为企业增加了负担，给学生顺利就业带来了一定的压力和难度。因此，水利水电工程虚拟仿真教学资源应立足当前学生短板，将专业课程知识与实际工作岗位相对接，校企合作共建教学资源。

（2）满足专业综合性实践教学的要求

高职水利工程专业毕业生主要面向中小型水利水电工程施工、管理、监理及设计等一线企业，要求学生具有一定的水利水电工程综合性应用技术。水利水电工程具有建设周期长、建筑物形式多样等特点，学生通过校外各种专业认识实习不能全面了解其岗位和工程特点等，存在着“想看看不到，想做做不了”的困境。结合专业特点，水利水电工程虚拟仿真需结合实际工程，切实提高学生的实际操作能力和分析解决问题的综合能力，为社会培养高素质技术人才。

（3）满足教学互动的要求

传统课堂教学中，由于受到技术及设备的限制使工程项目工作场景往往难以生动地表现出来，限制了学生对专业及课程更好地理解。虚拟终端操作环境应接近生产实践环境，解决水利工程专业实践教学中的技术难题，通过虚拟仿真场景的理论与实际相结合，实现教师与学生互动、学生与虚拟场景之间的互动，提升教学质量，提高实训效率，帮助提高学生的实践能力及职业意识，使学生尽早熟悉未来的工作环境。

2.建立虚拟仿真平台

根据新形势下高职水利工程专业学生的人才培养方式及学生特点，虚拟仿真平台的搭建应实现以学生为中心的教学模式，为学生提供全时段、全方位的理论与教学实践资源，为学校提供全新的“虚实结合”一体化教学模式，指导学生能够综合利用所学专业知识，在高校人才培养和企业人才需求中架设一座桥梁，为社会、为企业输送合格的应用型技术人才。结合专业特点，水利工程虚拟仿真实训平台的总体搭设框架可包含多媒体课堂、水工建筑物认知、虚拟工程实训、考核评价等部分。

多媒体课堂：运用计算机技术制作生动的二维动画、三维动画以及录制典型水利工程影像视频，制作生动的多媒体教学资源，将水利工程专业课程转化为虚拟生动的教学实践场景。

水工建筑物认知：以实际水利工程为案例，紧密结合相关专业知识，通过现代虚拟现实仿真技术，真实再现水利工程施工场景及水工建筑结构及布置，实现了无限制、全方面的认知实习效果。

虚拟工程实训：以典型水利水电工程实际施工场景为基础，紧密结合施工工艺，通过现代虚拟现实仿真技术，真实还原施工场景与方法，以工程施工过程单个节点为实训操作任务核心导向，通过人机互动，实现学生自主体验式学习，使理论与实践相互结合。

考核评价：通过网络接入在线考试服务器，接受学生客户端请求进行在线考试，为学员及教师提供教学效果验证、考核。

3.虚拟仿真技术在高职实践教学中的应用

以水利水电工程施工技术课程为例，该课程是水利类专业岗位群的一门专业课，是从事水利工程建设工作的必备知识与技能，是水利类专业学生胜任工作应具备的核心技能。水工建筑物具有类型多样和构造复杂性，其技术方法和技术措施也具有多面性，且水利水电工程原型尺寸极大，采用室内物理模型既耗时又耗材，且成本较高，不利于面向所有学生开展实验。基于虚拟仿真技术的水利水电工程施工技术课程，包括水工建筑物识图与构造、虚拟项目施工以及虚拟项目运行管理等专业内容，具体结构如图1所示。

（1）水工建筑物识图与构造

通过建立各个水利工程背景环境，采取漫游式、分角色、导航式虚拟运行，以不同形式讲解制图识图的基本构造组成，通過对图形知识的学习掌握水工建筑物的识读，培养学生识读水利工程专业图的能力。通过3D图形的对比形象地展现识图模型、识图结构和识图构造，并配合语音文字及剖面动画的展示使学生更能直观地对构件构造进行深度理解。同时，教师搭配各种理论及交互类的考核内容对学生的整体掌握情况有一个评估。

（2）虚拟项目施工

以典型实际水利工程项目为基础，通过虚拟仿真技术，虚拟原始地物地貌及项目部，严格按照实际建设程序完成工程项目。虚拟项目部按照日常生产活动，学生通过选择扮演相应角色，按照岗位职责、职业标准、技术标准、业务流程、作业规范等完成虚拟工作任务直至工程结束。虚拟工程在不同的建设时期和建设阶段，设置常见的施工技术、工程质量及安全事故等问题，学生按照其岗位职责进行处理，逐步学习直至完成整个工程。

（3）虚拟项目运行管理

水利工程管理，主要是指对水利工程的管理，包括水利工程的运行、维修及保护等相关工作[7]。虚拟项目运行管理，包括运行调度管理、养护维修、巡视监测系统。通过运行管理，学生能够模拟实际水利的调度管理，同时，对于后续水利工程如何进行养护和维修能够达到实景还原的效果，让学生了解水利工程养护工作的重要性；设备巡视监测可在各种水利工程建筑上设置巡视点，模拟突发情况，通过虚拟设备和数据，弥补学生不能亲自参与工程建设与管理的问题，增强学生分析和解决实际工程问题的能力。

结语

在水利水电工程实践教学中，由于水利水电工程施工及管理的复杂性以及受到各种环境及条件的限制，学生对水利水电工程的认识会受到时间及空间条件的影响，增加了专业实践教学的难度。通过仿真实训平台的搭建，可以实现以学生为中心的教学模式，为学生提供全时段、全方位的理论与实践学习资源，以填补水利职业院校学生信息化教学资源与实践操作渠道资源的匮乏。这种教学实践模式，可充分调动学生学习的主动性，提高学生学习兴趣及动手实践能力，帮助学生提升岗位核心竞争力。同时，让院校与企业在人才培养模式上实现双向互助，促进高职院校的可持续发展，为行业、企业培养高素质的应用技术型人才。

参考文献：

[1]李炎锋、杜修力、纪金豹等：《土木类专业建设虚拟仿真实验教学中心的探索与实践》，《中国大学教学》2017年第9期，第82-85页。

[2]教育部：《关于中央部门所属高校深化教育教学改革的指导意见》，http：///srcsite/A08/s7056/201607/t2016 0718_272133.html，2016-07-04。

[3]杨建华、姚池、刘成林等：《水利工程虚拟仿真实践教学探索》，《高等建筑教育》2017年第26卷第5期，第134-137页。

[4]杜月林、黄刚、王峰：《建设虚拟仿真实验平台探索创新人才培养模式》，《实验技术与管理》2015年第32卷第12期，第26-29页。

[5]尹红霞、王一新、简新平：《虚拟仿真系统在水电站教学中的应用研究》，《高等建筑教育》2016年第25卷第2期，第171-173页。

[6]王刚：《CDIO工程教育模式的解读与思考》，《中国高教研究》2009年第5期，第86-87页。

[7]买廷俊：《水利工程管理的现状及发展建议》，《农业开发与装备》2015年第11期，第38页。

作者单位：杨凌职业技术学院陕西杨凌

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