（1）专业与年级要求

港口航道与海岸工程专业，第六学期（三年级）

（2）基本知识和能力要求

要求预先掌握《材料力学》、《结构力学》、《港口规划与布置》、《港口水工建筑物》、《港口装卸工艺》等课程的理论知识，要求具备一定的资料查询、文献检索能力，对港口工程结构及工程建设等相关背景知识有初步认知能力，具备初步的专业分析能力。

（3）实验注意事项

本实验为综合设计型课程实验，具有较强的高阶性、创新性和挑战度。为确保教学质量，提出以下实验注意事项。

①实验前，学生应认真阅读实验指导书，观看教学引导视频和操作视频，在教师指导下明确实验目的及各环节的知识点和重难点，奠定实验理论基础；

②请选择符合“实验教学相关网络”条件要求的软硬件实验环境开展实验，以保证实验操作的流畅性。

③实验过程中，请仔细阅读各环节任务要求，并根据步骤引导开展实验。当实验结果不理想时，请根据系统提示认真修改；同时，还可通过微信群、论坛、服务热线等方式寻求在线指导。

④请充分利用知识角，通过知识点课件库开展拓展阅读，扩充自己的专业知识。

⑤完成实验后，请务必点击“完成并提交”以生成实验报告，并在关闭实验界面前，点击界面右下角的“实验报告”链接进入课程平台查看，并结合实验报告认真回顾实验过程，针对不足查找原因，并积极开展互动交流，以进一步巩固理论知识、提升创新思维能力。

教学研究课题：

（1） 产学合作协同育人项目，基于金课标准的港口工程一流课程建设实践研究，教育部，2023年

（2）本科实践教学改革研究项目（重点项目），产教融合、虚实交互的港口规划与布置实践教学模式改革研究，河海大学，2023年

（3）河海大学课程思政示范课程建设项目，港口规划与布置，2019年

教学研究论文：

（1）“港航工程综合实验"线上线下混合式教学模式改革探索. 航海教育研究, 2022, 1(39): 50-54.

（2）基于翻转课堂的“港口规划与布置”课程互动教学模式探索. 教育教学论坛, 2020, 7(29): 148-150.

（3）新形势下水运工程经济课程教学提升措施及效果分析. 学科探索, 2020, 8(3): 45-46.

获得教学奖励的情况：

（1）高等学校水利类专业教学成果特等奖，产教融合推动新工科“四融四新”创新创业人才培养体系改革与实践，2023年

（2）河海大学教学成果特等奖，产教融合推动新工科“四融四新”创新创业人才培养体系改革与实践，2023年

（3）指导学生获第九届江苏省“互联网+”大学生创新创业大赛（高教主赛道）一等奖，闸门卫士——船闸人字门错位智能监管系统开拓者，2023年

（4）指导学生获第十八届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛三等奖，船闸人字门错位智能监管系统，2023年

（5）指导学生获第十八届江苏省大学生课外学术科技作品竞赛暨“挑战杯”全国竞赛江苏省选拔赛决赛一等奖，船闸人字门错位智能监管系统，2023年

（6）指导学生获“智水杯”全国水工程BIM应用大赛金奖，BIM技术在港航专业课程设计群中的应用与创新，2021年

（7）河海大学“三育人”先进个人，2021年

（8）河海大学第二十届优秀主讲教师，2021年

（9）指导学生获第九届“龙图杯”全国BIM大赛优秀奖，基于BIM技术的港航专业毕业设计协同工作模式研究，2020年

（10）指导学生获首届全国水利行业BIM应用大赛金奖，基于BIM技术的港航专业毕业设计协同工作模式研究，2019年

（11）指导学生获第五届国际BIM大奖赛最佳BIM教育应用奖，BIM技术在港航专业互动教学中的应用，2019年

（12）河海大学首届“我最喜爱的老师”，2018年

（13）第六届全国水利类专业（港航组）青年教师讲课竞赛特等奖，2018年

港口是水陆交通和物流的枢纽，在国民经济中居于重要的特殊地位，历来有国家“门户”、“窗口”和交通“枢纽”之称，处在中国对外开放的最前沿地带。港口是“一带一路”中海上丝绸之路的起点，海洋经济和社会发展的重要基础设施，建设世界一流的现代化海洋港口是海洋强国战略的必然要求。近年来随着中国国际贸易不断发展且高度依赖海上运输，适应国家“走出去”战略的发展；“一带一路”战略的提出等背景因素都促进了中国不断地参与海外港口项目，港口合作正逐渐成为中国与港口所在国家交往的一种重要方式。

全球80%的货物依靠海运完成，港口作为海运的终端，在资源配置、集疏运方面发挥着重要的枢纽作用。《2021中国海洋经济发展指数》报告指出，受新冠肺炎疫情影响，2020年全球海运贸易量整体下滑，我国经济和海运贸易在经历年初下降后迅速反弹，海运进口表现强劲。2022年吞吐量排名前10名的港口中有8个来自中国，主要港口吞吐量已恢复至疫情前水平，我国完成港口货物吞吐量156.8亿吨，同比增长0.9%。   

2022年交通运输部发布的《水运“十四五”发展规划》中对水运行业发展提出了更高要求，“十四五”时期，预计水运需求将在高基数上保持中低速增长，2025年水路货运量、港口吞吐量将分别达到85亿吨、164亿吨，年均增长2%-3%；明确提出推进沿海主要货类专业化码头和公共基础设施建设，建设一批港口大型铁矿石接卸码头。

我国铁矿石需求量庞大，80%以上依赖进口，其中澳大利亚为主要进口国。受国际形势影响，为对冲澳大利亚安全风险，实行铁矿石多元化战略的重要布局，中资企业于2020年6月取得几内亚西芒杜铁矿的开采权，铁矿相关港口和铁路的建设已提上日程。澳大利亚和几内亚的铁矿石，均需通过海运至国内沿海码头，铁矿石码头的建设、生产和运营已成为极为重要的环节。

港口既是铁矿石的接卸地，也是堆存地，更是混矿作业的前沿阵地。以“装卸船机-带式输送机-堆取料机”为代表的典型矿石码头装卸工艺在大型专业化码头中应用较广，机械技术参数设计时若产生偏差，一旦发生事故即关系到港口从业人员的生命财产安全，如装卸船机抗倾覆能力不足而直接倾覆、跳轨或坠海，带式输送机皮带撕裂导致托辊变形或损坏等（图1）。因此，根据实际工程的自然条件、船型尺度、年货运量等参数的变化，合理设计矿石码头的装卸工艺，是提高码头装卸效率、加快库场周转能力、保障码头安全营运的基础，也是建设现代化海洋港口的基本保障。

       图1 （a）装卸船设备直接倾覆；          （b）装卸船设备坠海；

             （c）带式输送机皮带被撕裂；       （d）带式输送机托辊架严重变形

借助虚拟实验技术，将晦涩的专业名词定义以学生更易接受的形式（图片、动画等）生动地展现出来，通过虚拟世界对矿石码头和装卸工艺的介绍，增强学生对矿石装卸工艺的认知，加深学生对课程相关知识的理解，弥补了实体实验无法开展的不足。

（1）坚持以学生为本、自主学习探究的教学理念

坚持以学生为中心，以任务驱动为导向，科学合理地设置实验教学环节。实验基于三维虚拟仿真技术，真实还原了矿石码头全方位、立体化、开放式、交互性的实验场景，并提供了内容详实的知识点和知识角，引导学生围绕任务开展自主式的学习和探究，身临其境地通过“沉浸式”交互式操作，高效有序地开展实验。

（2）设置科学合理、循序渐进的实验环节

实验依据《港口规划与布置》、《港口装卸工艺》、《港口水工建筑物》等课程大纲和关键知识点建立了多层次、多模块的实验教学体系，使学生逐步完成“基础认知、规律探究、自主设计”三个层面的实验，循序渐进地开展“基本原理知识学习、设计分析能力训练、创新工程思维培养”的实践学习过程，充分掌握矿石装卸工艺基本认知、装卸工艺设计原理以及装卸工艺综合设计，初步构建矿石装卸工艺知识体系。

（3）实现容错探究、修正优化的实践操作

实验结果错误或不理想时，学生可根据提示和评估结果进行多次尝试，实现实验结果的修正和优化，使学生充分感受到探索、解决问题的乐趣，提升求知欲和探索能力，培养学生建立理论设计、仿真验证、反复优化的工程设计思维，以及设计计算、实践操作和工程应用的能力。

（4）坚持科教融合、立德树人的教育理念

建设矿石码头装卸工艺优化设计虚拟仿真实验课程，将国家战略与工程实际紧密结合，旨在培养具有家国情怀的复合型水利专业人才，促进港口航道相关学科建设。不仅能增进社会各界对港口的认识，更是在高等教育层面对习近平总书记提出海洋强国战略的重要落实。码头装卸工艺设计的传统实践认知环节具有高成本、难度大、高风险等难题，实体实验由于占地面积大、实验成本高、实验周期长、破坏性实验极具危险等一系列因素影响而无法开展，无法满足新时代水利专业人才的培养需求。本实验在传授矿石装卸工艺知识的同时，帮助学生树立认真、严谨、负责的价值观，激发学生的专业认同感以及投身海洋强国建设的情怀和使命感。

建设矿石码头装卸工艺优化设计虚拟仿真实验课程，将实验课程与工程实际紧密结合，旨在培养具有家国情怀的复合型港航专业人才，促进港口航道相关学科建设。不仅能增进社会各界对港口的认识，更是在高等教育层面对海洋强国战略的重要落实。实验的主要教学目标简述如下：

（1）熟悉矿石码头装卸工艺的全流程，促进学生对港口相关专业知识的融会贯通

利用虚拟现实技术，结合各课程及规范中实际装卸工艺设计参数，依托既有工程实例，将矿石码头装卸工艺设计分为“码头前沿装卸作业、水平输送系统设计、库场通过能力分析和装卸工艺综合设计”四个模块，帮助学生对港口工程课程群中的《港口规划与布置》、《港口装卸工艺》、《港口水工建筑物》等课程相关知识点融会贯通。

（2）掌握矿石码头装卸工艺设计的基本方法，培养学生探索式学习的能力

在装卸工艺综合设计模块中，培养学生根据前三个模块掌握的矿石装卸工艺卸船阶段、水平运输阶段和库场作业阶段的基础认知，通过自主探索不同的设计参数与其对应的港口通过能力，并从经济、环保、社会、安全、时效、能耗六个维度对设计方案进行全方面地评价，引导学生在有限的条件下制定出较优的设计方案，激发学生创新思维和全局意识，不仅可以将理论和实践紧密地关联起来，也能将课堂知识与行业需求紧密结合起来。

（3）增强学生专业技能，激发专业认同感，培养德才兼备的优秀人才

将课程思政融入实验课程的各个模块，例如通过实验的开场视频，让学生认识到矿石码头建设在海洋强国战略中的重要地位，结合连云港港25万吨级矿石码头的实体支撑，将思政教育潜移默化地融入到实验教学过程。在装卸工艺综合设计模块，学生通过设置各个参数模拟货物入港的流程，强调模拟的结果实时反应货物的运输情况，学生亲历货物运输堵塞或不连续的场景，感受实际工程矿石装卸工艺的完整性与重要性，培养其树立认真、严谨、负责的价值观，激发学生的专业认同感以及投身海洋强国建设的情怀和使命感。

本实验采用任务驱动式教学方法，学生开展实验的过程、完成任务的质量是实验成绩评定的主要依据。

本实验针对考核点设计了实验成绩评价模型，以该模型为基础，系统可分别针对学生在4个实验模块中的完成情况进行自动评分，4个实验模块分别占总成绩的20%、30%、15%和35%。

每个实验模块的实验成绩评价标准如下：

一、“码头前沿装卸作业”模块（占总成绩20%，共20分）

1、船舶靠泊认知（5分）

完成码头各区域认知，掌握船舶靠泊过程，了解货船、拖轮等信息，得5分，遗漏一项–0.5分；

2、装卸机械认知（3分）

查看三种装卸机械介绍，了解装卸作业过程，得3分，遗漏一项–1分；

3、机械设备选型（12分）

① 选择船型与橡胶护舷，点击详细数据查看撞击力计算，得2分；

② 选择卸船机械，外伸距和起升高度校核正确分别得2分，共4分（针对每个单项超过3次校核各得1分）；

③ 输入船时效率和机械台数计算泊位通过能力，得2分；

④ 完成环节考核8道题，每题回答正确得0.5分，共4分。

二、“水平输送系统设计”模块（占总成绩30%，共30分）

1、平面尺度探究（7分）

① 规律探究：改变参数进行不超过5次可重复性实验，获取规律，得5分；

② 选择最优方案提交，得2分（选择其他合理方案，得1分；选择其他不合理方案，得0分）；

2、驱动速度探究（7分）

① 规律探究：改变参数进行不超过5次可重复性实验，获取规律，得5分；

② 选择最优方案提交，得2分（选择其他合理方案，得1分；选择其他不合理方案，得0分）；

3、空间槽角探究（7分）

① 规律探究：改变参数进行不超过5次可重复性实验，获取规律，得5分；

② 选择最优方案提交，得2分（选择其他合理方案，得1分；选择其他不合理方案，得0分）；

4、输送带力学性能校核（9分）

① 规律探究：改变参数进行不超过5次可重复性实验，获取规律，得5分；

② 校核皮带不打滑条件，得2分；

③ 选择最优方案（即圆周驱动力最大的方案）提交，得2分（选择其他合理方案，得1分，选择其他不合理方案，得0分）。

三、“库场通过能力分析”模块（占总成绩15%，共15分）

1、堆取料机选型（7分）

完成堆取料机选型，进行堆场宽度和堆垛高度校核，满足使用要求，得7分（校核超过3次，得5分）；

2、效能指标规律探究（8分）

① 规律探究：改变参数进行不超过5次可重复性实验，获取规律，得5分；

② 选择最优方案提交，得3分（选择其他合理方案，得2分；选择其他不合理方案，得0分）。

四、“装卸工艺综合设计”模块（占总成绩35%，共35分）

1、方案制定与优化（25分）

完成矿石装卸工艺方案的制定，带宽和带速匹配，能力协调（P卸船<P水平运输<P库场），得25分（带宽带速匹配超过3次，–2分；能力协调校核超过3次，–2分）。

2、效果评价（10分）

完成各评价后学生依据各评价的重要性设置权重系数，总和需要为1，加权平均后的得分方为方案的评分。本步骤总计10分。

① 完成经济效益、环保效益、社会效益、安全效益、完成时效和能耗状况评价，得6分；

② 依据各评价的重要性设置权重系数，加权平均后的得分为方案评分，完成该步骤，得4分。