3D集装箱码头示范性虚拟仿真实验项目建设

2021-08-11齐云英

中阿科技论坛(中英文) 2021年8期

齐云英

（河南牧业经济学院〔英才校区〕,河南郑州 450045）

近年来虚拟仿真技术因其交互性、虚实结合性、沉浸式体验等特点在高校建设与发展中越来越重要。2018年，教育部决定开展国家虚拟仿真实验教学项目建设工作，各省份也积极开展省级示范性虚拟仿真实验教学项目的申报与建设工作[1]。2018年11月河南省首批示范性虚拟仿真实验教学项目立项名单公布，其中包括由笔者主持的“虚拟3D集装箱码头仿真实验项目”[2]。结合近两年在虚拟仿真实验教学建设方面的探索及实践，文章对3D集装箱码头示范性虚拟仿真实验项目建设进行了总结和分析。

1 3D集装箱码头示范性虚拟仿真实验项目建设背景

真实的集装箱码头存在系统庞大、管理复杂、教学难、参观难、实地实训难等难题，且河南省缺少有利的水域优势，学生很难有机会去真实的集装箱码头参观及实习。采用3D集装箱码头实训软件，可以有效解决上述问题。

3D集装箱码头示范性虚拟仿真实验项目是结合先进的网络技术、3D仿真运行技术和先进的实验教学理念以实现直观教学、互动教学与自主学习的仿真教学，采用软件操作，结合3D仿真运行效果，尽可能做到实时交互、真实示教，提升学习的趣味性与真实性，实现虚实结合的沉浸式集装箱码头实训教学。3D集装箱码头示范性虚拟仿真实验项目基本情况详见表1。

表1 3D集装箱码头示范性虚拟仿真实验项目基本情况说明表

2 3D集装箱码头示范性虚拟仿真实验项目实验的特色

3D集装箱码头示范性虚拟仿真实验项目实验的特色主要体现在其实验方案设计思路、教学方法、评价体系、传统教学的延伸与拓展等方面。

从设计思路上看，3D集装箱码头示范性虚拟仿真实验项目的具体设计思路是依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库、网络通讯等技术，构建高度仿真的集装箱码头虚拟实验环境和实验对象，保证学生在3D虚拟环境中有效开展实验，达到教学大纲要求的教学效果。

从教学方法上看，3D集装箱码头示范性虚拟仿真实验项目包括集装箱码头进口流程和出口业务流程，学生通过软件操作明确掌握各主体企业的相关业务内容及业务操作，并准确掌握各业务与其他企业或其他作业内容的协作与配合，通过重点步骤与过程的3D仿真运行，实现虚实结合，真正解决集装箱码头难以实地实训等教学难题，从而达成实践教学的目的。

从评价体系上看，3D集装箱码头示范性虚拟仿真实验项目可实现智能评分，帮助学生实现智能化自主学习和指导教学。

从传统教学的延伸与拓展来看，3D集装箱码头示范性虚拟仿真实验项目改变了传统教学模式，借助3D仿真、动画技术，实现3D仿真运行，增加微视频、案例和实时更新数据，提升学生的学习自主性和学习兴趣，使学生可以更有效地掌握软件中相关规定的业务内容，并可以针对相关模块进行多次训练与模拟，从而提升学习兴趣，改善学习效果。

3 3D集装箱码头示范性虚拟仿真实验项目建设内容

3D集装箱码头示范性虚拟仿真实验项目建设内容主要包括实验软件的共同开发与优化升级、实验项目教学资源优化、实验项目教学资源库建设与优化。

3.1 实验软件的共同开发与优化升级

为更好地满足3D集装箱码头示范性虚拟仿真实验项目建设的需要，河南牧业经济学院与华软公司对3D集装箱码头实验平台进行共同开发和优化升级，保证了软件的3D仿真运行特性，同时增加了软件的交互性。具体的开发和升级侧重于完善在线测试内容、优化实验评价与评分机制、增加操作过程中的互动操作项目和内容、增加虚拟3D仿真操作场景的3D动态效果。通过完善在线测试内容，能够有效优化试题库，实现测试试卷随机生成以及测试卷自动评分[3]。通过优化实验评价与评分机制，能够实现学习效果的直观化、定量化。学生在线测试及完成实验后能够在软件上自主查看实验结果及实验成绩单（包括在线测试成绩、实验过程完成程度分数、实验报告评分及实验总成绩）。通过增加互动操作项目和内容，学生操作与学习的过程会更为连贯，学习效果能得到提升。在软件进行集装箱码头进出口业务操作实验的过程中增加在线答题功能和实时反馈操作结果，学生答题结果正确后方能进行下一步操作。通过在软件中增加装船、卸船、装车等操作流程的虚拟3D仿真操作场景及3D动态效果，使得软件的仿真效果更加凸显。

3.2 实验项目教学资源及教学资源库建设与优化

3D集装箱码头示范性虚拟仿真实验项目教学资源建设与优化的目标是通过教学资源充分激发学生的学习热情，降低学生自主实践的难度，拓展其专业知识，提升其专业能力[4]。这与省级示范性虚拟仿真实验项目面向高校的教学推广应用计划、持续建设与更新、持续提供教学服务计划的要求相一致。

3D集装箱码头示范性虚拟仿真实验项目教学资源建设与优化的思路是校企共建、资源整合、突出特色、多渠道拓展[5]。在教学资源建设与优化过程中，充分发挥各参与成员的积极性和主动性，明确教学资源与教学资源库应充分突出项目虚拟仿真并存、趣味性与专业性共有的特色，同时充分考虑项目学习人员的各种限制因素，进而有效完成教学资源库建设。

3D集装箱码头示范性虚拟仿真实验项目教学资源优化的内容主要包括持续完善实验指导书，提供实验过程微视频、交互指导问答、集装箱码头案例、实验考核题目等[6]。3D集装箱码头示范性虚拟仿真实验项目教学资源库的建设与优化主要包括虚拟3D集装箱码头仿真实验项目教学辅助教学资源库建设与优化、教学用PPT、题库建设、集装箱码头3D仿真操作视频等。

3D集装箱码头示范性虚拟仿真实验项目教学资源中利用完整的PPT教学资源，帮助学生简化实验项目学习内容，突出实验项目学习重点；利用系列视频教学资源，动态显示实验重点难点操作过程及注意事项，突出操作重点和难点，进而降低学习难度，有助于学生顺利完成实验项目；利用系列学习资源，拓展集装箱码头管理与业务管理等专业知识；通过优化和完善相关学习资料，进一步激发学生学习兴趣并增加学生自主利用3D集装箱码头虚拟仿真软件进行实践学习的可能性。

3.3 实验项目的应用与推广

3D集装箱码头示范性虚拟仿真实验项目的教学推广应用主要包括面向高校和社会免费开放并提供教学服务、2年后至5年内免费开放服务内容不少于50%、5年后免费开放服务内容不少于30%。

4 3D集装箱码头示范性虚拟仿真实验项目建设成效

4.1 教学资源充分完善，有助于学生较好地实践与学习

通过3D集装箱码头示范性虚拟仿真实验项目和教学资源库的建设，能够有效地提升学生实践的意愿和兴趣，同时较好地提升实践效果。在2020年上半年的疫情中，学生进行网络学习的情况下，3D集装箱码头示范性虚拟仿真实验项目在河南牧业经济学院和东北农业大学、东北林业大学、河南职业技术学院、辽宁对外经贸学院等其他兄弟院校学生的学习中得到了较好的应用，提升了各专业的教学效果，推动了各专业的发展。

4.2 丰富了物流管理、国际商务等相关专业实践课程内容

目前物流管理专业、国际商务专业的物流管理综合实验、物流学、物流信息系统、物流管理专业假日实训、电子商务仓储等课程都将3D集装箱码头示范性虚拟仿真实验作为必修模块，丰富了物流管理专业、国际商务专业实践课程内容。同时3D集装箱码头示范性虚拟仿真实验在工商管理、医药营销、电子商务管理、市场营销等专业作为自选内容，以课程作业的形式融入学生的日常学习与平时训练中，丰富了学生专业实践的课程内容，拓展和增加了学生专业实践的广度和深度。

4.3 促进了物流管理专业的专业建设

3D集装箱码头示范性虚拟仿真实验项目成果为实验项目组成员教师的教研提供了参考，相关教师发表《基于港口码头业务操作与虚拟仿真实训相结合的教学改革探索》《面向冷链物流专业的“建模与仿真课程”教学设计与改革》《基于OBE理念的应用型本科课程改革与重构——以〈物流信息管理〉课程为例》等教改论文，部分教师成功申报新的虚拟仿真实验教研项目，进一步提升了河南牧业经济学院物流管理专业教师的教科研能力，丰富了物流管理专业教科研成果，提升了物流管理专业影响力。3D集装箱码头示范性虚拟仿真实验项目的建设与推进在提升物流与电商学院物流管理专业影响力的同时，也极大地促进了物流管理专业的专业建设。目前，物流与电商学院物流管理专业已于2020年8月成功申报物流管理专业省级一流专业，完成河南省职业院校教师省级培训基地申报工作，完成2020年河南省优秀基层教学组织申报工作，2020年“生鲜电商与冷链物流”虚拟仿真实验教学项目获批省级重点虚拟仿真课程，2021年4月顺利通过本科合格教学评估。

5 3D集装箱码头示范性虚拟仿真实验项目建设中的问题与对策

目前3D集装箱码头示范性虚拟仿真实验项目建设中的问题主要在于与VR可穿戴头盔设备对接的非必要性，外网访问使用学校网站导致的安全隐患等。

5.1 与VR可穿戴头盔设备对接的非必要性

本项目建设原计划将3D集装箱码头示范性虚拟仿真实验项目平台与VR可穿戴头盔设备进行对接，优化仿真效果。在后期的建设过程中发现，无论在校内实践还是在校外进行推广应用的过程中，与VR可穿戴头盔设备进行对接都难以达到理想的效果。在校内实践的过程中，投资1套或几套VR可穿戴头盔设备达不到大范围普及应用的效果，而投资50～60套VR可穿戴头盔设备的话投资过大，且应用效果不一定明显，同时也会受到使用场地的限制，增加了实验管理的难度。在校外推广应用的过程中，学生通过外网访问该软件平台无法借助VR可穿戴头盔设备提升仿真效果。明确这个问题后，在建设过程中不再进行与VR可穿戴头盔设备的对接，而是致力于对软件的更新升级，提升其实验平台在实验过程中的互动性，完善在线测试、自主评分等功能，从而提升仿真实验效果。

5.2 外网访问使用对于学校网站的安全隐患

在3D集装箱码头示范性虚拟仿真实验项目建设过程的前期，设置了外网访问3D集装箱码头示范性虚拟仿真实验平台的权限，并在2020年上半年的疫情期间为河南牧业经济学院及兄弟院校学生的学习提供了极大的便利和更多的实践机会。但在开放的过程中，外部访问量的增加以及访问来源的多样性给校园网带来了较大的安全隐患。为避免更严重的后果，在2020年下半年学生正常返校后，通过各种方式加大学生在校内网使用该软件的比重，确保学生在校园网内安全使用该实验平台，既提升实验速度，减少实验等待时间，又确保了实验的安全性。具体措施包括：在校内各院系进行充分宣传，鼓励校内各相关专业的任课教师将3D集装箱码头虚拟仿真软件实验作为平时作业发布给学生去完成；物流与电商学院组织“智慧物流特训营”“冷链物流特训营”等开放性实验项目活动，将3D集装箱码头虚拟仿真软件实验作为项目内容之一。