朱 銳，劉 恒，周 峰

（南京工業(yè)大學(xué) 交通運(yùn)輸工程學(xué)院，江蘇 南京 211816）

新工科背景下的高等工程教育數(shù)字化教學(xué)模式探索日趨深入，教育工作者們?cè)诳萍紤?yīng)用與智慧教育方面雙向賦能，逐步形成了一系列綱領(lǐng)性文件，為新工科教學(xué)模式創(chuàng)新指明了方向［1-2］。

防災(zāi)減災(zāi)教學(xué)對(duì)巖土工程專(zhuān)業(yè)的科研型、創(chuàng)新型、實(shí)踐性人才培養(yǎng)至關(guān)重要。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)巖土工程防災(zāi)減災(zāi)教學(xué)的自主創(chuàng)新能力薄弱，學(xué)生難以直觀準(zhǔn)確地領(lǐng)悟?yàn)?zāi)害的震撼力以及防治的緊迫性，教學(xué)模式的創(chuàng)造性不足導(dǎo)致整體教學(xué)質(zhì)量下降，進(jìn)而使得教學(xué)過(guò)程中師生雙方主觀能動(dòng)性下降。在新工科背景下，巖土工程專(zhuān)業(yè)防災(zāi)減災(zāi)的強(qiáng)實(shí)驗(yàn)性、強(qiáng)實(shí)踐性特點(diǎn)更為突出，如何讓巖土工程防災(zāi)減災(zāi)教學(xué)更加具有生動(dòng)性、先進(jìn)性、創(chuàng)新性，從而在促進(jìn)理論吸收、融合學(xué)科優(yōu)勢(shì)、創(chuàng)新減災(zāi)技術(shù)以及提升工程意識(shí)等方面全面提升，是巖土工程防災(zāi)減災(zāi)教學(xué)的一大難題。

鑒于此，本文以巖土工程防災(zāi)減災(zāi)教學(xué)模式為導(dǎo)向，從平臺(tái)建設(shè)、模式優(yōu)化、資源建設(shè)三方面探索虛擬教學(xué)特征、模式與體系，提出案例式、情境式、啟發(fā)式的多維虛擬教學(xué)方法，形成線上線下融合、虛實(shí)結(jié)合、校企聯(lián)動(dòng)、團(tuán)隊(duì)分工的混合式虛擬教學(xué)手段，構(gòu)建虛擬教學(xué)多元協(xié)同評(píng)價(jià)體系，為巖土工程防災(zāi)減災(zāi)教學(xué)模式創(chuàng)新發(fā)展提供參考。

一、虛擬教學(xué)的特點(diǎn)

虛擬仿真教學(xué)項(xiàng)目依托虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于巖土工程防災(zāi)減災(zāi)，可以達(dá)到沉浸式虛擬防災(zāi)減災(zāi)仿真教學(xué)的目的，即在三維虛擬仿真情境下培養(yǎng)學(xué)生觀察、分析和判斷各類(lèi)災(zāi)害特征的能力，通過(guò)模擬操作在真正參加防災(zāi)減災(zāi)實(shí)踐前掌握基本技能［3］。

巖土工程防災(zāi)減災(zāi)虛擬教學(xué)具有以下三個(gè)特點(diǎn)。

（一）虛擬教學(xué)的絕對(duì)安全

除理論教學(xué)外，傳統(tǒng)巖土工程防災(zāi)減災(zāi)教學(xué)另一重要手段之一為實(shí)地調(diào)研。而重大工程災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)常存在可變性危險(xiǎn)，實(shí)地調(diào)研過(guò)程常常伴有不可測(cè)的風(fēng)險(xiǎn)，虛擬教學(xué)則規(guī)避了因這一因素造成人員傷亡、資源損壞的可能性，師生可以隨時(shí)隨地進(jìn)入虛擬教學(xué)平臺(tái)開(kāi)展相應(yīng)實(shí)驗(yàn)與模擬。

（二）虛擬教學(xué)的時(shí)空優(yōu)勢(shì)

教師憑借虛擬教學(xué)可視化、生動(dòng)性、交互性的特點(diǎn)，賦予生硬板正的數(shù)據(jù)信息理論“生命化”特征，使學(xué)生從不同的方向和角度感受認(rèn)知復(fù)雜的環(huán)境，由此突破傳統(tǒng)課堂教學(xué)的時(shí)空限制。

（三）虛擬教學(xué)的經(jīng)濟(jì)性

傳統(tǒng)巖土工程防災(zāi)減災(zāi)教學(xué)的模型實(shí)驗(yàn)或現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)耗費(fèi)巨大，而虛擬教學(xué)可使得系列重大工程災(zāi)害演化過(guò)程多次甚至無(wú)限次重現(xiàn)，解決了傳統(tǒng)巖土工程防災(zāi)減災(zāi)教學(xué)實(shí)驗(yàn)的痛點(diǎn)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備緊張、經(jīng)費(fèi)不足的情況下，虛擬教學(xué)更彰顯出其“用武之地”。

二、虛擬教學(xué)模式探索

（一）平臺(tái)建設(shè)

虛擬教學(xué)平臺(tái)建設(shè)的主要目的，在于發(fā)揮虛擬仿真技術(shù)特征，實(shí)現(xiàn)教育資源共建共享，解決因巖土工程專(zhuān)業(yè)建設(shè)經(jīng)費(fèi)不足、資金短缺及開(kāi)發(fā)技術(shù)能力有限，所造成的防災(zāi)減災(zāi)教學(xué)質(zhì)量下降等系列問(wèn)題。平臺(tái)建設(shè)過(guò)程中，學(xué)院應(yīng)實(shí)時(shí)響應(yīng)建好虛擬共享平臺(tái)，積極對(duì)接國(guó)家智慧教育平臺(tái)。學(xué)院充分整合學(xué)校以及學(xué)院現(xiàn)有資源，整合巖土工程專(zhuān)業(yè)重大工程數(shù)字化資源，扎實(shí)打造適合教師教學(xué)、學(xué)生實(shí)踐的高質(zhì)量創(chuàng)新平臺(tái)，并對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)系統(tǒng)軟硬件進(jìn)行升級(jí)改造，建成與巖土工程防災(zāi)減災(zāi)教學(xué)資源相匹配的虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)，使實(shí)驗(yàn)虛擬教學(xué)效果最優(yōu)化，以數(shù)字化智慧手段助力教學(xué)模式探索與創(chuàng)新。

（二）資源建設(shè)

虛擬教學(xué)的重要影響因素是其內(nèi)在資源的建設(shè)。故虛擬教學(xué)資源建設(shè)，要結(jié)合學(xué)校的辦學(xué)定位、辦學(xué)特色和專(zhuān)業(yè)發(fā)展統(tǒng)籌安排，將虛擬仿真資源與巖土工程防災(zāi)減災(zāi)教學(xué)有機(jī)結(jié)合，構(gòu)建功能集約、資源優(yōu)化、充分開(kāi)放、運(yùn)作高效、人機(jī)交互的虛擬仿真教學(xué)資源庫(kù)。在資源庫(kù)建設(shè)過(guò)程中，師生應(yīng)以巖土工程防災(zāi)減災(zāi)為導(dǎo)向，匯總巖土工程災(zāi)害案例相關(guān)素材，與專(zhuān)業(yè)虛擬仿真技術(shù)人員合作，建設(shè)虛擬仿真實(shí)景資源庫(kù)，涵蓋樁基工程、邊坡工程、凍土工程等方面經(jīng)典災(zāi)害事故案例，通過(guò)虛擬實(shí)景的主觀感受促進(jìn)對(duì)客觀知識(shí)的深入理解，讓師生適應(yīng)新工科的教學(xué)發(fā)展理念，同時(shí)充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

（三）實(shí)景實(shí)踐

巖土工程防災(zāi)減災(zāi)教學(xué)具有理論更新快、實(shí)踐性強(qiáng)等特點(diǎn)。教學(xué)模式應(yīng)告別純書(shū)本理論的傳統(tǒng)教學(xué)模式，積極促成虛擬教學(xué)平臺(tái)的建立，并發(fā)揮其“實(shí)景實(shí)踐”的作用，借助虛擬仿真技術(shù)把工作重心放在模型實(shí)驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)難以完成的演示性實(shí)驗(yàn)教學(xué)上。學(xué)生分小組進(jìn)行巖土工程防災(zāi)減災(zāi)虛擬仿真學(xué)習(xí)，通過(guò)極具真實(shí)感和沉浸感的案例實(shí)景動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程，加深對(duì)災(zāi)害實(shí)景相關(guān)結(jié)構(gòu)位置及其空間毗鄰關(guān)系的理解，進(jìn)而從時(shí)空變化的角度明晰典型事故的災(zāi)變啟動(dòng)特征，通過(guò)交互式人機(jī)操作的方式探索關(guān)鍵參數(shù)對(duì)典型工程案例災(zāi)變的影響機(jī)制，使得巖土工程防災(zāi)減災(zāi)教學(xué)模式更加貼近工程實(shí)際情況。

三、多元化虛擬教學(xué)方法

（一）多維互動(dòng)的案例式教學(xué)

在傳統(tǒng)巖土工程防災(zāi)減災(zāi)教學(xué)中，教師往往單向輸出理論知識(shí)，案例本身僅作為理論知識(shí)的一個(gè)輸出載體，這并不符合新工科背景下教學(xué)改革的發(fā)展方向。多維互動(dòng)的案例式教學(xué)即以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)，案例則作為基礎(chǔ)貫穿虛擬教學(xué)過(guò)程，使得過(guò)往的靜態(tài)單向教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)榛谔摂M仿真平臺(tái)的動(dòng)態(tài)互動(dòng)教學(xué)。這種教學(xué)方法圍繞防災(zāi)減災(zāi)虛擬教學(xué)主題設(shè)置基礎(chǔ)理論講授、虛擬資源學(xué)習(xí)、政策條例解讀、師生研討交流等系列教學(xué)模塊，重構(gòu)相關(guān)理論框架與教學(xué)體系，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)虛擬教學(xué)內(nèi)容的體驗(yàn)感和沉浸度，形成從細(xì)分的知識(shí)傳授到綜合性能力提升的多維互動(dòng)虛擬教學(xué)實(shí)現(xiàn)路徑。

（二）任務(wù)驅(qū)動(dòng)的情境式教學(xué)

任務(wù)驅(qū)動(dòng)的情境式教學(xué)，是充分利用任務(wù)驅(qū)使性來(lái)調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，融合認(rèn)知活動(dòng)和情感活動(dòng)的教學(xué)方法。這種教學(xué)方法首先需創(chuàng)設(shè)真實(shí)任務(wù)情境，確立課程學(xué)習(xí)目標(biāo)；隨后，師生共同剖析任務(wù)需求，進(jìn)而形成團(tuán)隊(duì)分工與合作，在此基礎(chǔ)上，學(xué)生自主解決問(wèn)題，教師給予必要的指導(dǎo)與幫助；最后，教師組織學(xué)生進(jìn)行任務(wù)展示與成果總結(jié)。在任務(wù)驅(qū)動(dòng)的情境式虛擬教學(xué)過(guò)程中，可設(shè)置選題與分組—分析問(wèn)題和整理資料—虛擬仿真教學(xué)—災(zāi)害案例分析—考核評(píng)價(jià)的任務(wù)鏈。任務(wù)驅(qū)動(dòng)的情境式教學(xué)應(yīng)具有梯度性，任務(wù)設(shè)置應(yīng)隨教學(xué)過(guò)程動(dòng)態(tài)調(diào)整，教學(xué)過(guò)程中教師應(yīng)充當(dāng)任務(wù)執(zhí)行“引導(dǎo)者”的角色。

（三）問(wèn)題導(dǎo)向的啟發(fā)式教學(xué)

問(wèn)題導(dǎo)向的啟發(fā)式教學(xué)是一種強(qiáng)調(diào)學(xué)生為中心、教師為引導(dǎo)者的教學(xué)方法，遵循“問(wèn)題—答案—討論—新問(wèn)題—討論—總結(jié)”的主體教學(xué)模式。教師通過(guò)難度適中問(wèn)題的設(shè)計(jì)、提出、討論以及回答的過(guò)程，駕馭課堂并引導(dǎo)學(xué)生自我學(xué)習(xí)，用問(wèn)題的出現(xiàn)與解決實(shí)現(xiàn)教學(xué)過(guò)程中的“啟”與“發(fā)”。這種教學(xué)方法重在開(kāi)放性的啟發(fā)過(guò)程，有利于提高學(xué)生的主動(dòng)性與創(chuàng)造性。在問(wèn)題導(dǎo)向的啟發(fā)式虛擬教學(xué)過(guò)程中，可以結(jié)合典型工程災(zāi)害案例虛擬資源，將重要知識(shí)節(jié)點(diǎn)以問(wèn)題形式引出，創(chuàng)建“靈動(dòng)式虛擬教學(xué)課堂”，破除傳統(tǒng)課堂中“一言堂”的教學(xué)頑疾，實(shí)現(xiàn)虛擬教學(xué)生態(tài)的超越與虛擬課堂文化的重建。

四、混合式虛擬教學(xué)手段

（一）線上線下的融合式教學(xué)

線上線下的融合式虛擬教學(xué)通過(guò)整合線上教學(xué)與線下教學(xué)的特點(diǎn)，即融合虛擬教學(xué)資源與傳統(tǒng)書(shū)本理論知識(shí)，形成全體系交互式教學(xué)新模式，實(shí)現(xiàn)教學(xué)深度與教學(xué)廣度的融合拓展。目前，南京工業(yè)大學(xué)在線上線下的融合式教學(xué)方面已形成了一定的特色：（1）以疫情引發(fā)的線上教學(xué)新常態(tài)為契機(jī)，學(xué)校與學(xué)院層面積極推動(dòng)軟硬件升級(jí)，構(gòu)建了面向未來(lái)的巖土工程防災(zāi)減災(zāi)融合式虛擬教學(xué)體系。（2）重建了巖土工程防災(zāi)減災(zāi)教學(xué)同步互動(dòng)式虛擬課堂。師生可以在虛擬仿真平臺(tái)上同步學(xué)習(xí)與實(shí)時(shí)交流，使之具備了物理空間與網(wǎng)絡(luò)空間多維融合的形態(tài)特征。

（二）虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)式教學(xué)

虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)式教學(xué)，即借助虛擬仿真平臺(tái)，開(kāi)展系列巖土工程防災(zāi)減災(zāi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)線下實(shí)操實(shí)驗(yàn)與線上虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的有機(jī)融合。教師首先將相關(guān)數(shù)字化材料通過(guò)虛擬仿真平臺(tái)發(fā)布，學(xué)生在虛擬場(chǎng)景內(nèi)完成防災(zāi)減災(zāi)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的學(xué)習(xí)與云操作，加深對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)涵的理解，隨后轉(zhuǎn)入線下實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)操訓(xùn)練，達(dá)到提升綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ哪康?。虛?shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)式教學(xué)具備以下優(yōu)點(diǎn)：（1）巖土工程防災(zāi)減災(zāi)實(shí)驗(yàn)不再受制于時(shí)空因素，在時(shí)間與空間上均得到了延伸；（2）對(duì)于一些存在可變性危險(xiǎn)因素的環(huán)境災(zāi)害實(shí)驗(yàn)，可以以“虛”補(bǔ)“實(shí)”，解決了傳統(tǒng)巖土工程防災(zāi)減災(zāi)系列實(shí)驗(yàn)的弊端；（3）用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)替代傳統(tǒng)線下實(shí)驗(yàn)，可以有效節(jié)約巖土工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，豐富綠色實(shí)驗(yàn)室的內(nèi)涵。

（三）校企聯(lián)動(dòng)的實(shí)踐式教學(xué)

校企聯(lián)動(dòng)的實(shí)踐式教學(xué)是針對(duì)專(zhuān)業(yè)課程實(shí)踐的側(cè)重點(diǎn)差異，結(jié)合專(zhuān)業(yè)特色與行業(yè)需求，以校企聯(lián)動(dòng)的方式賦能虛擬教學(xué)，從而完善、豐富實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容與模式。校企聯(lián)動(dòng)的實(shí)踐式教學(xué)應(yīng)注重兩個(gè)方面：一方面是依托校企聯(lián)動(dòng)獲取虛擬技術(shù)資源與優(yōu)質(zhì)實(shí)踐項(xiàng)目；另一方面是依托校企聯(lián)動(dòng)開(kāi)展對(duì)外交流、推廣工作，進(jìn)而共享教改成果、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)以及教學(xué)資源等。同時(shí)，教師應(yīng)加強(qiáng)與行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)的技術(shù)交流與項(xiàng)目合作，通過(guò)外部前瞻性的數(shù)字化技術(shù)優(yōu)勢(shì)，建全現(xiàn)有重大工程災(zāi)害案例虛擬資源庫(kù)。在豐富資源庫(kù)的過(guò)程中，學(xué)生可以充當(dāng)實(shí)踐者的角色，教師可以扮演教學(xué)者與校企聯(lián)動(dòng)橋梁的角色，企業(yè)則是協(xié)同育人的角色，以校企合作帶動(dòng)三方聯(lián)融共贏，從而促進(jìn)新工科實(shí)踐性人才的培養(yǎng)與成長(zhǎng)。

（四）團(tuán)隊(duì)分工的競(jìng)賽化教學(xué)

團(tuán)隊(duì)分工的競(jìng)賽化教學(xué)，即圍繞團(tuán)隊(duì)競(jìng)爭(zhēng)與合作共存的理念，主要以團(tuán)隊(duì)合作的形式完成虛擬課程的學(xué)習(xí)，輔之以團(tuán)隊(duì)競(jìng)爭(zhēng)的形式促進(jìn)虛擬教學(xué)成效遞增，進(jìn)而達(dá)到學(xué)生課程水平提升與教師教學(xué)質(zhì)量提高的目標(biāo)。這種教學(xué)手段的特征在于：（1）團(tuán)隊(duì)競(jìng)爭(zhēng)與合作可以有效激發(fā)學(xué)生的積極性與好奇心，通過(guò)提升學(xué)生在虛擬教學(xué)過(guò)程中的參與度，生生之間形成利益共同體，利于學(xué)生主體意識(shí)的形成。（2）在虛擬教學(xué)過(guò)程中，團(tuán)隊(duì)的形成往往是以小組為單位，由此賦予了學(xué)生在組內(nèi)的分工與目標(biāo)。虛擬教學(xué)活動(dòng)使得組員之間既是相互合作也是相互競(jìng)爭(zhēng)，利于團(tuán)隊(duì)競(jìng)爭(zhēng)合作意識(shí)的形成。（3）學(xué)生沒(méi)有接觸過(guò)實(shí)際工作崗位，虛擬教學(xué)可以顯著提升學(xué)生的綜合實(shí)踐能力與社會(huì)適應(yīng)能力，利于形成社會(huì)意識(shí)。

五、虛擬教學(xué)多元協(xié)同評(píng)價(jià)體系

虛擬教學(xué)評(píng)價(jià)體系要貫徹以學(xué)生為主體的教學(xué)設(shè)計(jì)思路，摒棄單一的虛擬教學(xué)評(píng)價(jià)體系，創(chuàng)建以教師引導(dǎo)、學(xué)生自評(píng)與互評(píng)為特色的虛擬教學(xué)多元協(xié)同評(píng)價(jià)體系。在巖土工程防災(zāi)減災(zāi)虛擬教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生以小組為單位對(duì)巖土工程防災(zāi)減災(zāi)問(wèn)題進(jìn)行深入剖析，結(jié)束后小組間自評(píng)與互評(píng)。隨后，各小組成員將自己負(fù)責(zé)的災(zāi)害案例分析結(jié)果上傳至虛擬仿真平臺(tái)，供其他小組成員學(xué)習(xí)與評(píng)價(jià)。最后，教師對(duì)每個(gè)學(xué)生在教學(xué)過(guò)程中的表現(xiàn)從多維度進(jìn)行評(píng)價(jià)。

虛擬教學(xué)多元協(xié)同評(píng)價(jià)體系的主體是師生雙方，其評(píng)價(jià)過(guò)程更為看重發(fā)展性和過(guò)程性，從而引導(dǎo)學(xué)生掌握良好的學(xué)習(xí)方法，深化學(xué)生對(duì)巖土工程防災(zāi)減災(zāi)的認(rèn)知，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)，實(shí)現(xiàn)多樣化的考核方式。通過(guò)這一評(píng)價(jià)體系，師生、生生之間更顯平等，不僅能發(fā)揮教師把控教學(xué)效果的作用，還能充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，進(jìn)而促進(jìn)巖土工程防災(zāi)減災(zāi)虛擬教學(xué)的良性發(fā)展。

結(jié)語(yǔ)

新工科背景下巖土工程防災(zāi)減災(zāi)教學(xué)具有很強(qiáng)的實(shí)踐性與經(jīng)驗(yàn)性，必須突出數(shù)字化實(shí)踐教學(xué)的特點(diǎn)。虛擬教學(xué)過(guò)程需從以建為主轉(zhuǎn)為以用為主，從平臺(tái)建設(shè)、資源建設(shè)、實(shí)景實(shí)踐三個(gè)方面推進(jìn)虛擬教學(xué)模式改革，通過(guò)多維互動(dòng)式、任務(wù)驅(qū)動(dòng)式、問(wèn)題導(dǎo)向式的多維虛擬教學(xué)方法與線上線下融合、虛實(shí)結(jié)合、校企聯(lián)動(dòng)、團(tuán)隊(duì)分工的混合式虛擬教學(xué)手段，構(gòu)建巖土工程防災(zāi)減災(zāi)虛擬教學(xué)新模式，創(chuàng)新發(fā)展虛擬教學(xué)多元協(xié)同評(píng)價(jià)體系，突出教學(xué)過(guò)程的案例性、情境性、啟發(fā)性特征，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)展高階思維，形成良性的知識(shí)遷移，大幅提升師生在虛擬教學(xué)過(guò)程中的主觀能動(dòng)性，最終形成知識(shí)結(jié)構(gòu)、教學(xué)素養(yǎng)、學(xué)術(shù)思想上的交叉復(fù)合效應(yīng)，為巖土工程防災(zāi)減災(zāi)教學(xué)模式創(chuàng)新發(fā)展提供參考。