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元宇宙賦能職業(yè)教育：市政橋梁橫系梁施工實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)引領(lǐng)教學(xué)革新

發(fā)布時(shí)間：

2025-07-28 15:18

來(lái)源：

政策驅(qū)動(dòng)下的職業(yè)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型

2025年，教育部等九部門聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于加快推進(jìn)教育數(shù)字化的意見》明確提出，要在職業(yè)教育領(lǐng)域重點(diǎn)建設(shè) “覆蓋各學(xué)科的精品數(shù)字課程、虛擬仿真實(shí)習(xí)實(shí)踐” 資源體系。這一政策導(dǎo)向標(biāo)志著職業(yè)教育正從傳統(tǒng) “黑板+模型” 教學(xué)模式向 “虛實(shí)融合” 的新型教學(xué)范式躍遷。

同時(shí)，教育部印發(fā)了758項(xiàng)新修（制）訂的職業(yè)教育專業(yè)教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，將數(shù)字化和人工智能作為推動(dòng)教學(xué)方式變革、提高教學(xué)質(zhì)量的重要手段，要求高職專科實(shí)踐性教學(xué)學(xué)時(shí)原則上不少于總學(xué)時(shí)的50%，職業(yè)本科實(shí)不少于總學(xué)時(shí)的60%。因此，市政工程領(lǐng)域的數(shù)字化教學(xué)實(shí)訓(xùn)深度應(yīng)用仍存在缺口。

傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)的 “三高” 困境與 “三難” 痛點(diǎn)

1.在市政橋梁橫系梁施工教學(xué)中，傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)模式面臨結(jié)構(gòu)性矛盾：

高成本：?jiǎn)蝹€(gè)實(shí)訓(xùn)裝置昂貴，教學(xué)模型又不能體現(xiàn)重點(diǎn)，且無(wú)法開展真實(shí)現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)。
高風(fēng)險(xiǎn)：支架搭設(shè)、高空作業(yè)等環(huán)節(jié)事故率高，實(shí)際教學(xué)并不能全情投入。
高損耗：?jiǎn)未螌?shí)訓(xùn)準(zhǔn)備周期-實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)-后續(xù)維護(hù)時(shí)間久、消耗大。

2.教學(xué)組織存在三大難題：

難組織：需協(xié)調(diào)設(shè)備、場(chǎng)地、安全監(jiān)護(hù)等多方資源，單次實(shí)訓(xùn)籌備周期長(zhǎng)達(dá) 2-3 周。
難操作：學(xué)生虛多次實(shí)操才能掌握關(guān)鍵工藝，而實(shí)際教學(xué)中人均操作次數(shù)不足。
難評(píng)估：傳統(tǒng)考核依賴教師主觀評(píng)價(jià)，技能掌握度誤判率高。

元宇宙技術(shù)重構(gòu)施工教學(xué)范式

（一）核心技術(shù)架構(gòu)解析

1.多模態(tài)交互系統(tǒng)：

采用裸手識(shí)別技術(shù)，通過(guò)紅外傳感器、RGB攝像頭精確手部追蹤，支持鋼筋綁扎、模板安裝、養(yǎng)護(hù)等7項(xiàng)精細(xì)化操作。
采用跨終端登錄技術(shù)，采用VR/PC雙端登錄，實(shí)現(xiàn)跨地區(qū)、跨時(shí)間遠(yuǎn)程教學(xué)實(shí)訓(xùn)。
結(jié)合Meta quest3的110°視場(chǎng)角和120Hz刷新率，構(gòu)建1:1比例的三維施工場(chǎng)景，材質(zhì)反光率、力學(xué)反饋誤差更加精準(zhǔn)。

2.大空間協(xié)同平臺(tái)：

基于Unity引擎開發(fā)的多人協(xié)同系統(tǒng)，支持2人以上同時(shí)在線操作，實(shí)現(xiàn) “方案設(shè)計(jì)-施工模擬-質(zhì)量驗(yàn)收” 全流程協(xié)作。
集成輕量化建模技術(shù)，模型、場(chǎng)景加載速度提升大幅提升。

3.智能評(píng)估體系：

運(yùn)用AI人工智能技術(shù)構(gòu)建學(xué)情分析模型，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)操作規(guī)范性、精準(zhǔn)評(píng)估。
自動(dòng)生成包含操作軌跡、耗時(shí)、評(píng)分等數(shù)據(jù)報(bào)告，為個(gè)性化教學(xué)提供數(shù)據(jù)支撐。

（二）教學(xué)效益量化對(duì)比

指標(biāo)	傳統(tǒng)教學(xué)	虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)	效能
單次實(shí)訓(xùn)成本	極高且受限制	極低且反復(fù)訓(xùn)練	大幅增強(qiáng)
安全事故發(fā)生率	高	極低	大幅增強(qiáng)
學(xué)生技能達(dá)標(biāo)周期	周期長(zhǎng)	周期短	大幅增強(qiáng)

教學(xué)場(chǎng)景創(chuàng)新與價(jià)值實(shí)現(xiàn)

（一）全流程虛擬仿真實(shí)訓(xùn)

系統(tǒng)完整復(fù)現(xiàn)市政橋梁橫系梁施工規(guī)定的核心工序，學(xué)生可在虛擬環(huán)境中完成：

混凝土墊層施工：通過(guò)實(shí)操碰觸灌注管灌注混凝土，掌握混凝土灌注要點(diǎn)。
鋼筋綁扎表現(xiàn)形式：通過(guò)實(shí)操，綁扎焊接鋼筋，掌握鋼筋綁扎要點(diǎn)。
模板安裝表現(xiàn)形式：通過(guò)實(shí)操安裝模板，掌握模板安裝要點(diǎn)及模板處理工序。
養(yǎng)護(hù)表現(xiàn)形式：通過(guò)實(shí)訓(xùn)進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)模擬及養(yǎng)護(hù)毯鋪設(shè)，掌握混凝土養(yǎng)護(hù)要點(diǎn)。
拆模表現(xiàn)形式：學(xué)生通過(guò)實(shí)訓(xùn)進(jìn)行拆模模擬，掌握混凝土拆模要點(diǎn)。

（二）分組協(xié)同教學(xué)范式

系統(tǒng)支持2人以上多人小組式在線協(xié)作訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)：

角色分工：學(xué)生可分別扮演不同角色，培養(yǎng)職業(yè)角色認(rèn)知。
實(shí)時(shí)交互：通過(guò)語(yǔ)音通訊功能，實(shí)現(xiàn)工種同步等協(xié)同操作。
學(xué)情分析：AI分析系統(tǒng)針對(duì)個(gè)人完成情況自動(dòng)生成數(shù)據(jù)資料，提供個(gè)性化教學(xué)數(shù)據(jù)支撐。

（三）校企協(xié)同育人新生態(tài)

企業(yè)深度參與：系統(tǒng)內(nèi)置最符合實(shí)際工程案例施工工藝教學(xué)，接觸最新施工工藝和管理標(biāo)準(zhǔn)。
雙師協(xié)同授課：企業(yè)工程師通過(guò)系統(tǒng)可遠(yuǎn)程指導(dǎo)實(shí)訓(xùn)，實(shí)現(xiàn) “校內(nèi)實(shí)訓(xùn)-企業(yè)實(shí)習(xí)” 無(wú)縫銜接。

結(jié)語(yǔ)

三興教育科技研發(fā)的市政橋梁橫系梁施工實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，以行業(yè)內(nèi)專業(yè)的施工行為數(shù)據(jù)反哺數(shù)字化教學(xué)研發(fā)，推動(dòng)產(chǎn)學(xué)研深度融合；不僅突破實(shí)訓(xùn)資源時(shí)空限制，實(shí)現(xiàn) “人人可學(xué)、處處能學(xué)、時(shí)時(shí)可學(xué)”，更為市政工程行業(yè)輸送 “懂技術(shù)、會(huì)操作、能創(chuàng)新” 的復(fù)合型人才，助力基建產(chǎn)業(yè)升級(jí)。