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摘要：为适应“新工科”建设思想的要求，增强港航工程专业学生的实践创新能力，本文分析了虚拟仿真实验教学的建设意义，提出虚拟仿真实验教学可以从优质资源建设、创新虚拟教学方法、校企合作以及管理与制度保障等方面进行改革探讨。
关键词：虚拟仿真；港航工程；新工科
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）40-0265-02
引言：随着互联网 时代的兴起，云计算、物联网、大数据等技术得到广泛应用，“中国制造2025”“工业4.0”等新兴工业发展战略快速崛起，推动了“智慧港口”、电子口岸、船舶交通管理、港口航道电子数据交换、智能船舶制造等领域的快速发展。在工程教育领域，“复旦共识”与“天大行动”提出“新工科”理念，将其作为工程教育的新理念、新模式，在教育界引起广泛重视。“新工科”的提出是现代工程教育发展的必然结果，在此之前，我国高等工程教育领域已经开始以“新工科”理念推行工程教育教学改革，尽管关于“新工科”建设的内涵、目标、路径等问题仍在探索之中，但工程教育领域下实践教学的创新改革是无法回避的核心问题之一。
一、“新工科”视域下虚拟仿真实验教学建设机遇
“新工科”建设思想为工程教育的创新发展提供了诸多思路。“天大行动”之一——“问技术发展改内容，更新工程人才知识体系”中提到“推进信息技术和教育教学深度融合，建设和推广应用在线开放课程，充分利用虚拟仿真等技术创新工程实践教学方式”，同时“新工科”的关键任务中也提出了“面向重大工程建设需求的工程意识、工程素质、工程实践能力和创新能力”，并强调“优质教育资源和教育成果共建共享”理念，对于积极推动工程教育改革创新，培养工程应用型人才创造了良好契机。着眼于“新工科”对于学生培养的核心，实践能力与创新能力的培养是重中之重。纵观国内工程人才的素质培养，普遍反映学生解决实际问题的能力欠缺，创新能力不足，产生这个问题的重要原因是工程教育长久以来的“被动实践”，学生实践的对象、方法、程序等关键要素都由教师制定，抹杀了学生的自主创造力，完全在教师规定的框架中完成任务，为应对“新工科”的思路要求，需要把学生的“被动实践”转变为“主动实践”，即尽可能让学生作为主体，真正参与实践活动的各个环节。
现代信息技术的发展为专业课程教学与实践的优化提供了必要条件，工程实践教学需要同时满足课堂、实验以及综合工程训练等方面的需求。因而，以专业理论知识为主体，以解决工程实际为目的，通过开拓虚拟仿真实验教学的内容与方式，以虚实实验为手段，优化基于虚拟仿真实验教学的实验课，对于培养工科学生的实践能力与创新精神颇具现实意义。近年来，虚拟仿真实验教学在高校的应用已日益广泛，依托信息技术，导入实际工程案例思路，构建“身临其境”的虚拟环境，能有效实现真实实验难以完成的教学功能，提供经济、安全和可靠的实验项目，并能实现自主学习、资源共享、不受时空限制的现代实验教学目的和创新培养。
早在2004年，长沙理工大学水利工程学院利用已有的科研设施和研究成果，建设了河流海岸工程数字实验室（即虚拟仿真实验教学中心的前身）；2008年5月，成立了水利工程虚拟仿真实验教学中心；2015年5月获得学校立项建设；2016年获批水利工程省级虚拟仿真实验教学中心。其中，港航工程虚拟仿真实验室隶属于湖南省水利工程虚拟仿真实验教学中心，目标建成并完善与专业和学科建设相匹配的虚拟仿真实验教学平台。随着“新工科”的深入实践，如何规划和建设好虚拟仿真实验体系和课程资源是中心实现培养创新性人才的重要途径。为把港航工程专业的学生培养为具有创新精神和实践能力的合格专业技术人才，有效利用实验室资源，提高学生的综合素质，开展港航工程专业虚拟仿真教学体系的优化与实践工作十分必要和必须，具有重要的意义。
二、港航工程虚拟仿真实验教学建设思路
实验教学是港航工程专业人才培养过程中非常重要的组成部分，是培养学生的动手能力以及创新精神的重要过程。据不完全统计，全国开设“港口航道与海岸工程”专业的本科院校有20余所，建设“港口、海岸及近海工程”学科点的单位有近40所，各高校均建立了特点不一的实验教学体系，但大多数高校目前的实验教学主要以实物和模型实验为主，工程勘察实训为辅，只能在有限的条件下进行局部验证和综合性实验，且易受实验硬件、内容以及时空的限制。
长沙理工大学水利工程学院在港航工程专业大学生实践创新能力培养环节中引入虚拟仿真模式，不断完善软硬件条件，满足水利工程 信息技术复合型人才培养的迫切需求，并扩展到港航虚拟仿真实验和企业实践教学，在理论教学内容的基础上，始终把工作重点放在实体实验难以完成的实践教学上，充分发挥虚拟仿真实验对实体实验的补充功能，对大型或施工环境实体实验的替代功能，对长历时实体实验结果的预测功能，加深对多元参数变化下的实验现象和过程的理解，激发学生的想象力，提高学生的动手实践水平和解决问题的能力。具体建设思路如下：
1.根据港航专业人才培养的实际需求，建立港航工程相应的虚拟仿真实验教学体系，面向复杂工程问题建设优质虚拟仿真资源。首先，对于部分专业基础課程（如码头水工建筑物），可将实验的基本操作等通过视频方式予以呈现，而对于设计施工工艺等较复杂的课程，宜采用虚拟实验系统和仿真模拟设备相结合的方式，不同的课程需要区别对待和建设。其次，资源建设需注重学科交叉和复杂工程问题为导向，例如可采用现代VR技术结合南海工程岛礁建设打造吹填施工工艺虚拟仿真资源。此外，促进科研成果转化为教学内容，拓展教学资源与范围。
2.创新虚拟教学方法和手段，逐步打造“虚实”信息管理集成化系统。首先，需创新“互联网 ”背景下工程的教育教学方法，提升工程教育教学效果；其次，除进行虚拟实验操作外，需统筹规划实验流程，如实验布置、预习、数据分析与处理、提交实验报告等，打造从实体实验到虚拟实验的一体化网络学习平台，最大限度满足学生需求，充分促进学生进行自主性学习，实现虚拟实验效果最大化。 3.坚持校企合作及资源共享建设。坚持“强强联合、优势互补、互惠互利、共同发展”的校企合作机制，不断推进与企业共同开发优质资源及其共享。此外，根据新形势下国家对企业提出的高效、环保、安全要求，针对我国港航工程领域各个环节的实验教学需要，有针对性地加强虚拟仿真实验教学资源的建设，并通过改进实验教學信息平台的运行管理、对系统软硬件进行升级、对实验教学资源进行完善、加强与兄弟院校相关专业的交流与合作等措施，进一步提高网络共享的服务质量、扩大虚拟仿真实验的受众范围，力争在全国产生较强较好的示范辐射作用。与此同时，与合作单位共同开展专业发展趋势及人才质量要求的研究，探讨人才培养与教学质量监控方案，探索实验室和工地“虚实结合”的创新实践培养模式。
4.提升虚拟仿真实验室的管理人才专业水平，同步完善质量监控和保障体系。摒弃“重申报、轻建设”的思想，校院两级管理人员需科学规划中心建设，重视管理人才专业水平的提升。其次，需建立与虚拟仿真实验课程教学体系相适应的教学结果评价方式和考试方式，充分发挥教学结果评价在教学研究型大学创新才培养教学途径中的作用。
三、结语
随着信息技术的快速发展，港航工程虚拟仿真实验教学的规划与建设需遵循虚实结合、相互补充、能实不虚的原则以及港航工程专业实验的特点，让学生在实验室熟悉从航道工程到海岸工程、水运工程、码头工程的建设过程，着实提升学生从对专业知识的理解和掌握，到自主学习、实验技能、科研创新意识等能力的培养。因此，实验教学的改革与发展新方向与突破口之一就在于虚拟仿真实验平台的搭建与优化。在建设“新工科”的背景下，工科院校需要不断根据各专业实践教学特点和实践育人目标进行改革，为落实虚拟仿真实验教学促进创新人才培养保驾护航，促进虚拟仿真实验教学可持续发展。
参考文献：
[1]陈金晶，高华喜，赵春慧.港航工程虚拟仿真实验室建设探讨[J].物流工程与管理，2016，（4）：203-205.
[2]赵志舟，许锡宾，周世良.基于“卓越工程师”培养的港航专业教学改革思考[J].重庆交通大学学报（社会科学版），2012，（4）：107-110.
[3]赵志舟，许锡宾，周世良.“新工科”建设复旦共识[J].复旦教育论坛，2017，（2）：27-28.
[4]张凤宝.新工科建设的路径与方法刍论——天津大学的探索与实践[J].中国大学教学，2017，（7）：8-12.
关键词：虚拟仿真；港航工程；新工科
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）40-0265-02
引言：随着互联网 时代的兴起，云计算、物联网、大数据等技术得到广泛应用，“中国制造2025”“工业4.0”等新兴工业发展战略快速崛起，推动了“智慧港口”、电子口岸、船舶交通管理、港口航道电子数据交换、智能船舶制造等领域的快速发展。在工程教育领域，“复旦共识”与“天大行动”提出“新工科”理念，将其作为工程教育的新理念、新模式，在教育界引起广泛重视。“新工科”的提出是现代工程教育发展的必然结果，在此之前，我国高等工程教育领域已经开始以“新工科”理念推行工程教育教学改革，尽管关于“新工科”建设的内涵、目标、路径等问题仍在探索之中，但工程教育领域下实践教学的创新改革是无法回避的核心问题之一。
一、“新工科”视域下虚拟仿真实验教学建设机遇
“新工科”建设思想为工程教育的创新发展提供了诸多思路。“天大行动”之一——“问技术发展改内容，更新工程人才知识体系”中提到“推进信息技术和教育教学深度融合，建设和推广应用在线开放课程，充分利用虚拟仿真等技术创新工程实践教学方式”，同时“新工科”的关键任务中也提出了“面向重大工程建设需求的工程意识、工程素质、工程实践能力和创新能力”，并强调“优质教育资源和教育成果共建共享”理念，对于积极推动工程教育改革创新，培养工程应用型人才创造了良好契机。着眼于“新工科”对于学生培养的核心，实践能力与创新能力的培养是重中之重。纵观国内工程人才的素质培养，普遍反映学生解决实际问题的能力欠缺，创新能力不足，产生这个问题的重要原因是工程教育长久以来的“被动实践”，学生实践的对象、方法、程序等关键要素都由教师制定，抹杀了学生的自主创造力，完全在教师规定的框架中完成任务，为应对“新工科”的思路要求，需要把学生的“被动实践”转变为“主动实践”，即尽可能让学生作为主体，真正参与实践活动的各个环节。
现代信息技术的发展为专业课程教学与实践的优化提供了必要条件，工程实践教学需要同时满足课堂、实验以及综合工程训练等方面的需求。因而，以专业理论知识为主体，以解决工程实际为目的，通过开拓虚拟仿真实验教学的内容与方式，以虚实实验为手段，优化基于虚拟仿真实验教学的实验课，对于培养工科学生的实践能力与创新精神颇具现实意义。近年来，虚拟仿真实验教学在高校的应用已日益广泛，依托信息技术，导入实际工程案例思路，构建“身临其境”的虚拟环境，能有效实现真实实验难以完成的教学功能，提供经济、安全和可靠的实验项目，并能实现自主学习、资源共享、不受时空限制的现代实验教学目的和创新培养。
早在2004年，长沙理工大学水利工程学院利用已有的科研设施和研究成果，建设了河流海岸工程数字实验室（即虚拟仿真实验教学中心的前身）；2008年5月，成立了水利工程虚拟仿真实验教学中心；2015年5月获得学校立项建设；2016年获批水利工程省级虚拟仿真实验教学中心。其中，港航工程虚拟仿真实验室隶属于湖南省水利工程虚拟仿真实验教学中心，目标建成并完善与专业和学科建设相匹配的虚拟仿真实验教学平台。随着“新工科”的深入实践，如何规划和建设好虚拟仿真实验体系和课程资源是中心实现培养创新性人才的重要途径。为把港航工程专业的学生培养为具有创新精神和实践能力的合格专业技术人才，有效利用实验室资源，提高学生的综合素质，开展港航工程专业虚拟仿真教学体系的优化与实践工作十分必要和必须，具有重要的意义。
二、港航工程虚拟仿真实验教学建设思路
实验教学是港航工程专业人才培养过程中非常重要的组成部分，是培养学生的动手能力以及创新精神的重要过程。据不完全统计，全国开设“港口航道与海岸工程”专业的本科院校有20余所，建设“港口、海岸及近海工程”学科点的单位有近40所，各高校均建立了特点不一的实验教学体系，但大多数高校目前的实验教学主要以实物和模型实验为主，工程勘察实训为辅，只能在有限的条件下进行局部验证和综合性实验，且易受实验硬件、内容以及时空的限制。
长沙理工大学水利工程学院在港航工程专业大学生实践创新能力培养环节中引入虚拟仿真模式，不断完善软硬件条件，满足水利工程 信息技术复合型人才培养的迫切需求，并扩展到港航虚拟仿真实验和企业实践教学，在理论教学内容的基础上，始终把工作重点放在实体实验难以完成的实践教学上，充分发挥虚拟仿真实验对实体实验的补充功能，对大型或施工环境实体实验的替代功能，对长历时实体实验结果的预测功能，加深对多元参数变化下的实验现象和过程的理解，激发学生的想象力，提高学生的动手实践水平和解决问题的能力。具体建设思路如下：
1.根据港航专业人才培养的实际需求，建立港航工程相应的虚拟仿真实验教学体系，面向复杂工程问题建设优质虚拟仿真资源。首先，对于部分专业基础課程（如码头水工建筑物），可将实验的基本操作等通过视频方式予以呈现，而对于设计施工工艺等较复杂的课程，宜采用虚拟实验系统和仿真模拟设备相结合的方式，不同的课程需要区别对待和建设。其次，资源建设需注重学科交叉和复杂工程问题为导向，例如可采用现代VR技术结合南海工程岛礁建设打造吹填施工工艺虚拟仿真资源。此外，促进科研成果转化为教学内容，拓展教学资源与范围。
2.创新虚拟教学方法和手段，逐步打造“虚实”信息管理集成化系统。首先，需创新“互联网 ”背景下工程的教育教学方法，提升工程教育教学效果；其次，除进行虚拟实验操作外，需统筹规划实验流程，如实验布置、预习、数据分析与处理、提交实验报告等，打造从实体实验到虚拟实验的一体化网络学习平台，最大限度满足学生需求，充分促进学生进行自主性学习，实现虚拟实验效果最大化。 3.坚持校企合作及资源共享建设。坚持“强强联合、优势互补、互惠互利、共同发展”的校企合作机制，不断推进与企业共同开发优质资源及其共享。此外，根据新形势下国家对企业提出的高效、环保、安全要求，针对我国港航工程领域各个环节的实验教学需要，有针对性地加强虚拟仿真实验教学资源的建设，并通过改进实验教學信息平台的运行管理、对系统软硬件进行升级、对实验教学资源进行完善、加强与兄弟院校相关专业的交流与合作等措施，进一步提高网络共享的服务质量、扩大虚拟仿真实验的受众范围，力争在全国产生较强较好的示范辐射作用。与此同时，与合作单位共同开展专业发展趋势及人才质量要求的研究，探讨人才培养与教学质量监控方案，探索实验室和工地“虚实结合”的创新实践培养模式。
4.提升虚拟仿真实验室的管理人才专业水平，同步完善质量监控和保障体系。摒弃“重申报、轻建设”的思想，校院两级管理人员需科学规划中心建设，重视管理人才专业水平的提升。其次，需建立与虚拟仿真实验课程教学体系相适应的教学结果评价方式和考试方式，充分发挥教学结果评价在教学研究型大学创新才培养教学途径中的作用。
三、结语
随着信息技术的快速发展，港航工程虚拟仿真实验教学的规划与建设需遵循虚实结合、相互补充、能实不虚的原则以及港航工程专业实验的特点，让学生在实验室熟悉从航道工程到海岸工程、水运工程、码头工程的建设过程，着实提升学生从对专业知识的理解和掌握，到自主学习、实验技能、科研创新意识等能力的培养。因此，实验教学的改革与发展新方向与突破口之一就在于虚拟仿真实验平台的搭建与优化。在建设“新工科”的背景下，工科院校需要不断根据各专业实践教学特点和实践育人目标进行改革，为落实虚拟仿真实验教学促进创新人才培养保驾护航，促进虚拟仿真实验教学可持续发展。
参考文献：
[1]陈金晶，高华喜，赵春慧.港航工程虚拟仿真实验室建设探讨[J].物流工程与管理，2016，（4）：203-205.
[2]赵志舟，许锡宾，周世良.基于“卓越工程师”培养的港航专业教学改革思考[J].重庆交通大学学报（社会科学版），2012，（4）：107-110.
[3]赵志舟，许锡宾，周世良.“新工科”建设复旦共识[J].复旦教育论坛，2017，（2）：27-28.
[4]张凤宝.新工科建设的路径与方法刍论——天津大学的探索与实践[J].中国大学教学，2017，（7）：8-12.