【摘 要】虛擬仿真技術是繼多媒體技術、網絡技術之后又一門嶄新的技術。將水利水電工程虛擬仿真技術運用到高職實踐教學中，可以打破教學實訓場地及實驗環境的限制，實現以學生為主體地位的實踐教學模式，調動學生自主學習的積極性，帶動教學目標的實現，提高實訓效率，進而提升職業院校學生的實踐能力與專業技術應用能力。

【關鍵詞】虛擬仿真 高職教育 實踐教學 水利水電工程

項目來源：省級一流專業“水利水電建筑工程專業”建設方案，陜西省教育廳《關于公布陜西高校“一流專業”遴選結果的通知》（陜教（2017）355號）。

水利水電工程是國民經濟和社會發展的基礎事業，是一種復雜的多工種協同操作、多項技術交叉的綜合應用學科。由于水利水電工程建設周期長、一些隱蔽工程無法現場展示，學生在專業認識實習和生產實習中只能參觀卻無法通過實際操作來掌握其施工工藝[1]。因此，在高職教育實踐性教學環節中遇到了學生“想看看不到、想做做不來、做了做不全”等難題。教育部《關于中央部門所屬高校深化教育教學改革的指導意見》指出：著力推進信息技術與教育教學深度融合，建設虛擬仿真實驗教學中心，全面推進信息化實踐教學平臺建設，充分利用信息技術實現優質實驗教學資源開放共享，推進以學生為中心的教與學方式方法變革[2]。虛擬仿真技術是繼多媒體技術、網絡技術之后又一門嶄新的技術，結合高校信息化教育教學改革開展水利水電工程虛擬仿真實踐教學是克服高職實踐教學環節難題的一個重要途徑。

水利水電工程虛擬仿真在高職實踐教學中的優勢

高職教育是我國高等教育事業中一個特別重要的形式，為社會的經濟發展輸送大量高技能人才，其更加側重培養學生的實踐能力與專業技術應用的能力。虛擬仿真技術是指應用多媒體、人機交互、數據庫以及互聯網等技術，通過現實與虛擬的結合，構建逼真的實驗環境及條件，使學生在虛擬環境中開展高效、安全且經濟的實驗[3]。水利水電工程虛擬仿真實驗室的建設，將把傳統教學、教學管理等環節與校園網絡相連接，借助計算機網絡技術構建一個“生動有特色的水電工程仿真教學平臺”。該平臺將水利水電工程專業學生的各種校外實習轉化為虛擬工程模擬生產實習，通過對水利水電工程各部位的施工過程進行模擬，讓學生感受到與施工現場一樣的效果[4]。這樣既保留了學校經典的教學思想和傳統的教學方法，又可彌補學生不能直接參與工程施工與管理的問題，不但大大提高了教學效果，而且減輕了教師負擔，大大降低了學生工地實習的安全風險，真正做到強化實踐教學環節，重視學生動手能力、創新能力的培養，實現以學生為主體的地位和“做中學”的教育教學思想[5-6]。

水利水電工程虛擬仿真技術在實踐教學中的應用

緊密結合水利類專業實踐性強的特點，楊凌職業技術學院水利水電建筑工程專業在專業建設過程中將重點完成水利水電工程虛擬仿真實訓中心的建設，并將水利水電工程虛擬仿真技術應用到實踐教學中。

1.建設思路

虛擬仿真實訓室的建設本著建成集“教、學、做”為一體的教學環境和專業綜合性實訓基地的理念，從演示實踐教學、基本技能實訓教學和項目綜合實訓教學三個層面，為課程的實踐教學提供保障。

虛擬仿真實訓室需要符合以下要求。

（1）滿足專業與職業崗位對接的要求

高職教育以職業崗位為導向，為當前社會培養高級技術應用型專門人才。很多畢業生在校期間掌握了專業理論知識及實踐技能，進入企業后由于不熟悉工程建設程序、關鍵施工技術及人員崗位職責等，還必須再接受企業的崗前培訓，這為企業增加了負擔，給學生順利就業帶來了一定的壓力和難度。因此，水利水電工程虛擬仿真教學資源應立足當前學生短板，將專業課程知識與實際工作崗位相對接，校企合作共建教學資源。

（2）滿足專業綜合性實踐教學的要求

高職水利工程專業畢業生主要面向中小型水利水電工程施工、管理、監理及設計等一線企業，要求學生具有一定的水利水電工程綜合性應用技術。水利水電工程具有建設周期長、建筑物形式多樣等特點，學生通過校外各種專業認識實習不能全面了解其崗位和工程特點等，存在著“想看看不到，想做做不了”的困境。結合專業特點，水利水電工程虛擬仿真需結合實際工程，切實提高學生的實際操作能力和分析解決問題的綜合能力，為社會培養高素質技術人才。

（3）滿足教學互動的要求

傳統課堂教學中，由于受到技術及設備的限制使工程項目工作場景往往難以生動地表現出來，限制了學生對專業及課程更好地理解。虛擬終端操作環境應接近生產實踐環境，解決水利工程專業實踐教學中的技術難題，通過虛擬仿真場景的理論與實際相結合，實現教師與學生互動、學生與虛擬場景之間的互動，提升教學質量，提高實訓效率，幫助提高學生的實踐能力及職業意識，使學生盡早熟悉未來的工作環境。

2.建立虛擬仿真平臺

根據新形勢下高職水利工程專業學生的人才培養方式及學生特點，虛擬仿真平臺的搭建應實現以學生為中心的教學模式，為學生提供全時段、全方位的理論與教學實踐資源，為學校提供全新的“虛實結合”一體化教學模式，指導學生能夠綜合利用所學專業知識，在高校人才培養和企業人才需求中架設一座橋梁，為社會、為企業輸送合格的應用型技術人才。結合專業特點，水利工程虛擬仿真實訓平臺的總體搭設框架可包含多媒體課堂、水工建筑物認知、虛擬工程實訓、考核評價等部分。

多媒體課堂：運用計算機技術制作生動的二維動畫、三維動畫以及錄制典型水利工程影像視頻，制作生動的多媒體教學資源，將水利工程專業課程轉化為虛擬生動的教學實踐場景。

水工建筑物認知：以實際水利工程為案例，緊密結合相關專業知識，通過現代虛擬現實仿真技術，真實再現水利工程施工場景及水工建筑結構及布置，實現了無限制、全方面的認知實習效果。

虛擬工程實訓：以典型水利水電工程實際施工場景為基礎，緊密結合施工工藝，通過現代虛擬現實仿真技術，真實還原施工場景與方法，以工程施工過程單個節點為實訓操作任務核心導向，通過人機互動，實現學生自主體驗式學習，使理論與實踐相互結合。

考核評價：通過網絡接入在線考試服務器，接受學生客戶端請求進行在線考試，為學員及教師提供教學效果驗證、考核。

3.虛擬仿真技術在高職實踐教學中的應用

以水利水電工程施工技術課程為例，該課程是水利類專業崗位群的一門專業課，是從事水利工程建設工作的必備知識與技能，是水利類專業學生勝任工作應具備的核心技能。水工建筑物具有類型多樣和構造復雜性，其技術方法和技術措施也具有多面性，且水利水電工程原型尺寸極大，采用室內物理模型既耗時又耗材，且成本較高，不利于面向所有學生開展實驗?；谔摂M仿真技術的水利水電工程施工技術課程，包括水工建筑物識圖與構造、虛擬項目施工以及虛擬項目運行管理等專業內容，具體結構如圖1所示。

圖1 水利工程施工技術課程虛擬仿真教學平臺

（1）水工建筑物識圖與構造

通過建立各個水利工程背景環境，采取漫游式、分角色、導航式虛擬運行，以不同形式講解制圖識圖的基本構造組成，通過對圖形知識的學習掌握水工建筑物的識讀，培養學生識讀水利工程專業圖的能力。通過3D圖形的對比形象地展現識圖模型、識圖結構和識圖構造，并配合語音文字及剖面動畫的展示使學生更能直觀地對構件構造進行深度理解。同時，教師搭配各種理論及交互類的考核內容對學生的整體掌握情況有一個評估。

（2）虛擬項目施工

以典型實際水利工程項目為基礎，通過虛擬仿真技術，虛擬原始地物地貌及項目部，嚴格按照實際建設程序完成工程項目。虛擬項目部按照日常生產活動，學生通過選擇扮演相應角色，按照崗位職責、職業標準、技術標準、業務流程、作業規范等完成虛擬工作任務直至工程結束。虛擬工程在不同的建設時期和建設階段，設置常見的施工技術、工程質量及安全事故等問題，學生按照其崗位職責進行處理，逐步學習直至完成整個工程。

（3）虛擬項目運行管理

水利工程管理，主要是指對水利工程的管理，包括水利工程的運行、維修及保護等相關工作[7]。虛擬項目運行管理，包括運行調度管理、養護維修、巡視監測系統。通過運行管理，學生能夠模擬實際水利的調度管理，同時，對于后續水利工程如何進行養護和維修能夠達到實景還原的效果，讓學生了解水利工程養護工作的重要性；設備巡視監測可在各種水利工程建筑上設置巡視點，模擬突發情況，通過虛擬設備和數據，彌補學生不能親自參與工程建設與管理的問題，增強學生分析和解決實際工程問題的能力。

結 語

在水利水電工程實踐教學中，由于水利水電工程施工及管理的復雜性以及受到各種環境及條件的限制，學生對水利水電工程的認識會受到時間及空間條件的影響，增加了專業實踐教學的難度。通過仿真實訓平臺的搭建，可以實現以學生為中心的教學模式，為學生提供全時段、全方位的理論與實踐學習資源，以填補水利職業院校學生信息化教學資源與實踐操作渠道資源的匱乏。這種教學實踐模式，可充分調動學生學習的主動性，提高學生學習興趣及動手實踐能力，幫助學生提升崗位核心競爭力。同時，讓院校與企業在人才培養模式上實現雙向互助，促進高職院校的可持續發展，為行業、企業培養高素質的應用技術型人才。

參考文獻：

[1]李炎鋒、杜修力、紀金豹等：《土木類專業建設虛擬仿真實驗教學中心的探索與實踐》，《中國大學教學》2017年第9期，第82-85頁。

[2]教育部：《關于中央部門所屬高校深化教育教學改革的指導意見》，http://www.moe.edu.cn/srcsite/A08/s7056/201607/t2016

0718_272133.html，2016-07-04。

[3]楊建華、姚池、劉成林等：《水利工程虛擬仿真實踐教學探索》，《高等建筑教育》2017年第26卷第5期，第134-137頁。

[4]杜月林、黃剛、王峰：《建設虛擬仿真實驗平臺探索創新人才培養模式》，《實驗技術與管理》2015年第32卷第12期，第26-29頁。

[5]尹紅霞、王一新、簡新平：《虛擬仿真系統在水電站教學中的應用研究》，《高等建筑教育》2016年第25卷第2期，第171-173頁。

[6]王剛：《CDIO工程教育模式的解讀與思考》，《中國高教研究》2009年第5期，第86-87頁。

[7]買廷?。骸端こ坦芾淼默F狀及發展建議》，《農業開發與裝備》2015年第11期，第38頁。