實驗簡介：
合理的礦石碼頭裝卸工藝，是港口安全高效運營的基礎(chǔ)，也是對海洋強國戰(zhàn)略的重要落實。團隊基于工程實例，采用虛擬仿真技術(shù)，設(shè)計了“碼頭前沿裝卸作業(yè)-水平輸送系統(tǒng)設(shè)計-庫場通過能力分析-裝卸工藝綜合設(shè)計”四個模塊，著重解決實踐認知及實體實驗占地面積大、實驗成本高、開展周期長、現(xiàn)場危險大等不足。實驗以科研反哺教學(xué)，突破時空限制，幫助學(xué)生系統(tǒng)掌握礦石碼頭裝卸工藝設(shè)計方法，培養(yǎng)具有家國情懷的復(fù)合型港航專業(yè)人才。
實驗背景：
港口是水陸交通和物流的樞紐，在國民經(jīng)濟中居于重要的特殊地位，歷來有國家“門戶”、“窗口”和交通“樞紐”之稱，處在中國對外開放的最前沿地帶。港口是“一帶一路”中海上絲綢之路的起點，海洋經(jīng)濟和社會發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，建設(shè)世界一流的現(xiàn)代化海洋港口是海洋強國戰(zhàn)略的必然要求。近年來隨著中國國際貿(mào)易不斷發(fā)展且高度依賴海上運輸，適應(yīng)國家“走出去”戰(zhàn)略的發(fā)展；“一帶一路”戰(zhàn)略的提出等背景因素都促進了中國不斷地參與海外港口項目，港口合作正逐漸成為中國與港口所在國家交往的一種重要方式。
全球80%的貨物依靠海運完成，港口作為海運的終端，在資源配置、集疏運方面發(fā)揮著重要的樞紐作用?！?/font>2021中國海洋經(jīng)濟發(fā)展指數(shù)》報告指出，受新冠肺炎疫情影響，2020年全球海運貿(mào)易量整體下滑，我國經(jīng)濟和海運貿(mào)易在經(jīng)歷年初下降后迅速反彈，海運進口表現(xiàn)強勁。2022年吞吐量排名前10名的港口中有8個來自中國，主要港口吞吐量已恢復(fù)至疫情前水平，我國完成港口貨物吞吐量156.8億噸，同比增長0.9%。
2022年交通運輸部發(fā)布的《水運“十四五”發(fā)展規(guī)劃》中對水運行業(yè)發(fā)展提出了更高要求，“十四五”時期，預(yù)計水運需求將在高基數(shù)上保持中低速增長，2025年水路貨運量、港口吞吐量將分別達到85億噸、164億噸，年均增長2%-3%；明確提出推進沿海主要貨類專業(yè)化碼頭和公共基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，建設(shè)一批港口大型鐵礦石接卸碼頭。
我國鐵礦石需求量龐大，80%以上依賴進口，其中澳大利亞為主要進口國。受國際形勢影響，為對沖澳大利亞安全風(fēng)險，實行鐵礦石多元化戰(zhàn)略的重要布局，中資企業(yè)于2020年6月取得幾內(nèi)亞西芒杜鐵礦的開采權(quán)，鐵礦相關(guān)港口和鐵路的建設(shè)已提上日程。澳大利亞和幾內(nèi)亞的鐵礦石，均需通過海運至國內(nèi)沿海碼頭，鐵礦石碼頭的建設(shè)、生產(chǎn)和運營已成為極為重要的環(huán)節(jié)。
港口既是鐵礦石的接卸地，也是堆存地，更是混礦作業(yè)的前沿陣地。以“裝卸船機-帶式輸送機-堆取料機”為代表的典型礦石碼頭裝卸工藝在大型專業(yè)化碼頭中應(yīng)用較廣，機械技術(shù)參數(shù)設(shè)計時若產(chǎn)生偏差，一旦發(fā)生事故即關(guān)系到港口從業(yè)人員的生命財產(chǎn)安全，如裝卸船機抗傾覆能力不足而直接傾覆、跳軌或墜海，帶式輸送機皮帶撕裂導(dǎo)致托輥變形或損壞等。因此，根據(jù)實際工程的自然條件、船型尺度、年貨運量等參數(shù)的變化，合理設(shè)計礦石碼頭的裝卸工藝，是提高碼頭裝卸效率、加快庫場周轉(zhuǎn)能力、保障碼頭安全營運的基礎(chǔ)，也是建設(shè)現(xiàn)代化海洋港口的基本保障。
設(shè)計原則：
借助虛擬實驗技術(shù)，將晦澀的專業(yè)名詞定義以學(xué)生更易接受的形式（圖片、動畫等）生動地展現(xiàn)出來，通過虛擬世界對礦石碼頭和裝卸工藝的介紹，增強學(xué)生對礦石裝卸工藝的認知，加深學(xué)生對課程相關(guān)知識的理解，彌補了實體實驗無法開展的不足。
（1）堅持以學(xué)生為本、自主學(xué)習(xí)探究的教學(xué)理念
堅持以學(xué)生為中心，以任務(wù)驅(qū)動為導(dǎo)向，科學(xué)合理地設(shè)置實驗教學(xué)環(huán)節(jié)。實驗基于三維虛擬仿真技術(shù)，真實還原了礦石碼頭全方位、立體化、開放式、交互性的實驗場景，并提供了內(nèi)容詳實的知識點和知識角，引導(dǎo)學(xué)生圍繞任務(wù)開展自主式的學(xué)習(xí)和探究，身臨其境地通過“沉浸式”交互式操作，高效有序地開展實驗。
（2）設(shè)置科學(xué)合理、循序漸進的實驗環(huán)節(jié)
實驗依據(jù)《港口規(guī)劃與布置》、《港口裝卸工藝》、《港口水工建筑物》等課程大綱和關(guān)鍵知識點建立了多層次、多模塊的實驗教學(xué)體系，使學(xué)生逐步完成“基礎(chǔ)認知、規(guī)律探究、自主設(shè)計”三個層面的實驗，循序漸進地開展“基本原理知識學(xué)習(xí)、設(shè)計分析能力訓(xùn)練、創(chuàng)新工程思維培養(yǎng)”的實踐學(xué)習(xí)過程，充分掌握礦石裝卸工藝基本認知、裝卸工藝設(shè)計原理以及裝卸工藝綜合設(shè)計，初步構(gòu)建礦石裝卸工藝知識體系。
（3）實現(xiàn)容錯探究、修正優(yōu)化的實踐操作
實驗結(jié)果錯誤或不理想時，學(xué)生可根據(jù)提示和評估結(jié)果進行多次嘗試，實現(xiàn)實驗結(jié)果的修正和優(yōu)化，使學(xué)生充分感受到探索、解決問題的樂趣，提升求知欲和探索能力，培養(yǎng)學(xué)生建立理論設(shè)計、仿真驗證、反復(fù)優(yōu)化的工程設(shè)計思維，以及設(shè)計計算、實踐操作和工程應(yīng)用的能力。
（4）堅持科教融合、立德樹人的教育理念
建設(shè)礦石碼頭裝卸工藝優(yōu)化設(shè)計虛擬仿真實驗課程，將國家戰(zhàn)略與工程實際緊密結(jié)合，旨在培養(yǎng)具有家國情懷的復(fù)合型水利專業(yè)人才，促進港口航道相關(guān)學(xué)科建設(shè)。不僅能增進社會各界對港口的認識，更是在高等教育層面對習(xí)近平總書記提出海洋強國戰(zhàn)略的重要落實。碼頭裝卸工藝設(shè)計的傳統(tǒng)實踐認知環(huán)節(jié)具有高成本、難度大、高風(fēng)險等難題，實體實驗由于占地面積大、實驗成本高、實驗周期長、破壞性實驗極具危險等一系列因素影響而無法開展，無法滿足新時代水利專業(yè)人才的培養(yǎng)需求。本實驗在傳授礦石裝卸工藝知識的同時，幫助學(xué)生樹立認真、嚴(yán)謹、負責(zé)的價值觀，激發(fā)學(xué)生的專業(yè)認同感以及投身海洋強國建設(shè)的情懷和使命感。
實驗?zāi)繕?biāo)：
建設(shè)礦石碼頭裝卸工藝優(yōu)化設(shè)計虛擬仿真實驗課程，將實驗課程與工程實際緊密結(jié)合，旨在培養(yǎng)具有家國情懷的復(fù)合型港航專業(yè)人才，促進港口航道相關(guān)學(xué)科建設(shè)。不僅能增進社會各界對港口的認識，更是在高等教育層面對海洋強國戰(zhàn)略的重要落實。實驗的主要教學(xué)目標(biāo)簡述如下：
（1）熟悉礦石碼頭裝卸工藝的全流程，促進學(xué)生對港口相關(guān)專業(yè)知識的融會貫通
利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，結(jié)合各課程及規(guī)范中實際裝卸工藝設(shè)計參數(shù)，依托既有工程實例，將礦石碼頭裝卸工藝設(shè)計分為“碼頭前沿裝卸作業(yè)、水平輸送系統(tǒng)設(shè)計、庫場通過能力分析和裝卸工藝綜合設(shè)計”四個模塊，幫助學(xué)生對港口工程課程群中的《港口規(guī)劃與布置》、《港口裝卸工藝》、《港口水工建筑物》等課程相關(guān)知識點融會貫通。
（2）掌握礦石碼頭裝卸工藝設(shè)計的基本方法，培養(yǎng)學(xué)生探索式學(xué)習(xí)的能力
在裝卸工藝綜合設(shè)計模塊中，培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)前三個模塊掌握的礦石裝卸工藝卸船階段、水平運輸階段和庫場作業(yè)階段的基礎(chǔ)認知，通過自主探索不同的設(shè)計參數(shù)與其對應(yīng)的港口通過能力，并從經(jīng)濟、環(huán)保、社會、安全、時效、能耗六個維度對設(shè)計方案進行全方面地評價，引導(dǎo)學(xué)生在有限的條件下制定出較優(yōu)的設(shè)計方案，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維和全局意識，不僅可以將理論和實踐緊密地關(guān)聯(lián)起來，也能將課堂知識與行業(yè)需求緊密結(jié)合起來。
（3）增強學(xué)生專業(yè)技能，激發(fā)專業(yè)認同感，培養(yǎng)德才兼?zhèn)涞膬?yōu)秀人才
將課程思政融入實驗課程的各個模塊，例如通過實驗的開場視頻，讓學(xué)生認識到礦石碼頭建設(shè)在海洋強國戰(zhàn)略中的重要地位，結(jié)合連云港港25萬噸級礦石碼頭的實體支撐，將思政教育潛移默化地融入到實驗教學(xué)過程。在裝卸工藝綜合設(shè)計模塊，學(xué)生通過設(shè)置各個參數(shù)模擬貨物入港的流程，強調(diào)模擬的結(jié)果實時反應(yīng)貨物的運輸情況，學(xué)生親歷貨物運輸堵塞或不連續(xù)的場景，感受實際工程礦石裝卸工藝的完整性與重要性，培養(yǎng)其樹立認真、嚴(yán)謹、負責(zé)的價值觀，激發(fā)學(xué)生的專業(yè)認同感以及投身海洋強國建設(shè)的情懷和使命感。
實驗要求：
（1）專業(yè)與年級要求
港口航道與海岸工程專業(yè)，第六學(xué)期（三年級）
（2）基本知識和能力要求
要求預(yù)先掌握《材料力學(xué)》、《結(jié)構(gòu)力學(xué)》、《港口規(guī)劃與布置》、《港口水工建筑物》、《港口裝卸工藝》等課程的理論知識，要求具備一定的資料查詢、文獻檢索能力，對港口工程結(jié)構(gòu)及工程建設(shè)等相關(guān)背景知識有初步認知能力，具備初步的專業(yè)分析能力。
（3）實驗注意事項
本實驗為綜合設(shè)計型課程實驗，具有較強的高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度。為確保教學(xué)質(zhì)量，提出以下實驗注意事項。
①實驗前，學(xué)生應(yīng)認真閱讀實驗指導(dǎo)書，觀看教學(xué)引導(dǎo)視頻和操作視頻，在教師指導(dǎo)下明確實驗?zāi)康募案鳝h(huán)節(jié)的知識點和重難點，奠定實驗理論基礎(chǔ)；
②請選擇符合“實驗教學(xué)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)”條件要求的軟硬件實驗環(huán)境開展實驗，以保證實驗操作的流暢性。
③實驗過程中，請仔細閱讀各環(huán)節(jié)任務(wù)要求，并根據(jù)步驟引導(dǎo)開展實驗。當(dāng)實驗結(jié)果不理想時，請根據(jù)系統(tǒng)提示認真修改；同時，還可通過微信群、論壇、服務(wù)熱線等方式尋求在線指導(dǎo)。
④請充分利用知識角，通過知識點課件庫開展拓展閱讀，擴充自己的專業(yè)知識。
⑤完成實驗后，請務(wù)必點擊“完成并提交”以生成實驗報告，并在關(guān)閉實驗界面前，點擊界面右下角的“實驗報告”鏈接進入課程平臺查看，并結(jié)合實驗報告認真回顧實驗過程，針對不足查找原因，并積極開展互動交流，以進一步鞏固理論知識、提升創(chuàng)新思維能力。
