本实验设计了三个既独立又依次承接的实验环节，总体设计原理如下图所示。

环节一：集装箱及装卸流程认知

在虚拟的集装箱港口环境中，采用任务驱动式和交互体验式的教学方式引导学生认真观察集装箱箱型、尺寸和结构，以及集装箱船种类、规格和结构，理解集装箱流通运输原理。通过对船舶到港、岸边装卸、水平运输、堆场装卸、货运站拆装箱和客户提箱等环节动态仿真展示，使学生掌握集装箱进出口装卸流程，同时理解岸边装卸、水平运输和堆场装卸等环节在港口设备配置中的重要作用。

环节二：集装箱装卸搬运环节设计

针对岸边装卸环节设计任务，采用交互体验式的教学方式引导学生理解岸边集装箱起重机和门座式起重机设备参数的含义和取值范围，并根据不同选型设备，进行岸边装卸流程设计，完成岸边装卸环节仿真。

针对水平运输环节设计任务，采用交互体验式的教学方式引导学生理解拖挂车、自动导向车和跨运车等设备参数的含义和取值范围，并根据不同选型设备，进行水平运输流程设计，完成水平运输环节仿真。

针对堆场装卸环节设计任务，采用交互体验式的教学方式引导学生理解龙门吊、轨道吊、叉车和正面吊等设备参数的含义和取值范围，并根据不同选型设备，进行堆场装卸流程设计，完成堆场装卸环节仿真。

本环节的分项设计训练，构筑了集装箱港口各环节设备配置优化的基础。

环节三：集装箱港口设备配置优化

本环节要求学生以船舶按时离港前提下的港口设备运营成本最低为总目标（为便于学生自主探索和对标找差，设置50%的按时离港时间容错范围），综合应用前面环节所学过的知识针对集装箱港口不同设备进行方案配置，并依据瓶颈理论分析查找配置方案中的瓶颈，从而进一步探索优化配置方案。在容错探究式教学方式的引导下，开展集装箱港口设备配置方案的对比和优化。同时，基于系统最优化算法，智能推荐最优设备配置方案，供学生自主对比学习。使学生建立从分项训练到整体优化的统筹思维，锻炼并提升应用所学知识解决工程实际问题的能力。