由《港口水工建筑物》国家精品课程团队开发的港口水工建筑物虚拟仿真教学系统近期投入本科教学。该系统主要的功能是：帮助学生认识复杂水工建筑物，理解复杂工程计算模型边界，弄清结构构造要求的工程意义，掌握水工结构计算参数的工程意思及其获取途径，基于工程实际理解和推导力学公式，认识工程概念和力学概念的逻辑转化关系。

该系统综合采用BIM技术、VR技术、试验数值成像反演技术和浸入式试验分析技术等研发。首先基于高清图像采集与分析技术，结合沉浸式试验的理念，将港工水工建筑物常用结构试验获得的结构内力分布云图三维数值空间立体化；随后利用BIM技术构造港口水工建筑物主要构件的材料、几何尺寸、力学分布和连接方式等镞库；并利用三维云图和构件几何尺寸叠加实现不同结构的三维受力云图演化过程；最后采用VR技术，实现沉浸式三维动态观测。

探索教学组织设计如下：

首先将水工构件名称、构造要求、力学模型和公式逐步分解；组织学生课内外分组进行虚拟仿真探索。

探索1：分类找出构件的位置→根据构件位置分析受力特点→根据受力特点明确构造要求。

探索2：分析结构工作状况→寻找每个构件的受力特点→根据受力特点对构件进行分类→根据分类探索构件设计和计算的基本原则→通过计算和观测结果对比分析力学模型的可靠性和创新方法的方向，并明确工程领域最新技术及其发展方向。

探索3：分析结构工作状况→寻找构件连接最不利位置→根据工况确定结构计算力学简化的基本方向→确定结构计算的参数→利用参数表达结构内力→建立方程→求解方程→求解结果与实际试验观测云图对比分析→明确计算简化的适用性原则，并明确工程领域最新技术及其发展方向。

探索4：观测虚拟模型→提出创新性想法或可能发展的新方向。

最后基于以上探索进行课堂讲授，梳理结构计算力学模型及推演过程。并确定构件设计计算的要求。

本系统有助于港航专业本科学生理解工程概念和力学概念的逻辑关系，有利于学生掌握工程模型向力学模型简化的基本原则，将学生学的知识充分应用到工程实践，并锻炼学生在工程实践过程中发现问题、解决问题和创新的能力，最终形成终生学习和创新的思维理念。

港航专业目前正在加快推进《港口水工建筑物》、《渠化工程》、《航道整治》、《水运工程施工》虚拟教学系统，加上已经建成《港口规划与布置》网课，最终实现专业主干课程网络化、虚拟化和探索化教学全覆盖。

图1虚拟网络教学授课

图2港口水工建筑物中内河水工结构虚拟教学系统

图3渠化工程与航道工程虚拟教学系统