基于虛擬仿真的園林工程施工組織設(shè)計課程改革與實踐

王婉 滕佳穎

摘 要：通過虛擬仿真的交互式信息化教學(xué)手段，從網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源整合、強化實踐教學(xué)環(huán)節(jié)、搭建移動交互式虛擬仿真課堂等3種方式完成施工組織設(shè)計課程的全流程搭建，充分實現(xiàn)了面向園林工程的施工組織設(shè)計課程中的理論知識與實踐相關(guān)技術(shù)要務(wù)的聯(lián)結(jié)，將實踐操作作為理論知識的深化與延伸，進一步完善專業(yè)實踐課程體系建設(shè)。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真;園林工程;施工組織設(shè)計;課程改革

中圖分類號：S-1

文獻標(biāo)識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200915063

收稿日期：2020-08-05

基金項目：吉林省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃課題研究成果之一“移動交互信息技術(shù)教育創(chuàng)新行為誘導(dǎo)機制研究”（項目編號：GH180414）

作者簡介：王婉（1983-），女，講師。研究方向：建筑信息化;滕佳穎（1987-），女，副教授。研究方向：綠色建筑。

引言

園林工程在現(xiàn)代城鎮(zhèn)建設(shè)與發(fā)展中占據(jù)重要地位，能夠有效促進城市建設(shè)活動的順利開展，美化城市環(huán)境，并體現(xiàn)現(xiàn)代城市的整體風(fēng)貌[1]。教育部“新工科”面向工程類人才培養(yǎng)新模式的提出恰好對園林工程科技創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級發(fā)揮了關(guān)鍵的支撐作用。同樣，新工科人才培養(yǎng)的定位也需要依靠課程內(nèi)容的與時俱進和教學(xué)模式的研究與創(chuàng)新實踐進一步加強與拓展。虛擬仿真技術(shù)以創(chuàng)新性的信息化技術(shù)助推工程管理專業(yè)面向園林項目的課程改革與實踐，使學(xué)生在虛擬仿真場景中聯(lián)結(jié)理論認(rèn)知，強化實操環(huán)節(jié)，從而完成理論知識向?qū)嵺`檢驗的知識流轉(zhuǎn)與內(nèi)化。

為使“卓越工程師”等新工科人才培養(yǎng)理念落地，工程管理專業(yè)面向園林工程方向同樣進行了大量實踐與探索。顧范琴[2]研究通過借助BIM技術(shù)進行項目植物庫建立、碰撞檢查、BIM施工管理、項目驗收、工程核算與成本控制等多個應(yīng)用點，以完善景觀BIM模型應(yīng)用，減少施工問題及簽證，實現(xiàn)遠程驗收及成本控制;汪源[3]設(shè)計了基于工作過程導(dǎo)向的課程模式，設(shè)計情境化、任務(wù)化的學(xué)習(xí)情境，學(xué)生通過對學(xué)習(xí)情境的學(xué)習(xí)，不僅能掌握相應(yīng)的技術(shù)，而且能運用技術(shù)于實踐任務(wù)或設(shè)計實踐方案，并在運用技術(shù)進行任務(wù)的操作或完成方案的設(shè)計中解決所遇到的問題;陳少鵬[4]等探討了基于施工標(biāo)準(zhǔn)和案例分析為主導(dǎo)的課程改革，以期通過在課堂和考試中增加實踐內(nèi)容，提高教學(xué)質(zhì)量;郭月榮提出了推廣節(jié)能技術(shù)，發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢，提高能源和資源的利用率，能夠提高園林的施工建造水平，從而獲得更加明顯的效益。從上述文獻梳理發(fā)現(xiàn)，專家及學(xué)者都力圖以綠色環(huán)保或信息技術(shù)作為現(xiàn)代面向園林工程的施工組織設(shè)計為切入點，重新審視創(chuàng)新性的信息技術(shù)為施工組織設(shè)計帶來的新的活力，從產(chǎn)業(yè)發(fā)展、行業(yè)需求的根本來考慮未來面向園林工程的施工組織設(shè)計所需要的人才目標(biāo)，并深入思考如何能夠借助虛擬仿真技術(shù)改革現(xiàn)有的教學(xué)模式。

施工組織設(shè)計作為工程管理專業(yè)面向園林工程的最后實踐環(huán)節(jié)，需要學(xué)生在具備扎實的理論知識前提下實際操作施工組織與技術(shù)的相關(guān)要務(wù)，針對前期的建筑識圖在虛擬仿真的環(huán)境下完成施工組織與設(shè)計的相關(guān)布置，將實踐操作作為理論知識的進一步延伸，形成學(xué)生對整體知識體系的架構(gòu)，加深對知識元的認(rèn)知與理解，從實踐環(huán)節(jié)完善專業(yè)的課程體系建設(shè)。

1?面向園林工程施工組織設(shè)計課程的內(nèi)容

面向園林工程施工組織設(shè)計課程內(nèi)容主要包括招投標(biāo)文件的編制、合同的簽訂和管理、工期規(guī)劃和控制、施工組織設(shè)計、施工進度控制、質(zhì)量控制、成本管理、安全管理8個教學(xué)模塊[5]。

在招投標(biāo)文件編制教學(xué)模塊，需要學(xué)生掌握園林工程承包的內(nèi)容和方式、工程承包商應(yīng)具備的基本條件、工程招投標(biāo)的含義、原則、條件以及招投標(biāo)程序、投標(biāo)標(biāo)書的編制和投標(biāo)技巧;在合同的簽訂和管理教學(xué)模塊，要求學(xué)生了解合同簽訂的程序，知曉完整的施工合同內(nèi)容，并對工程價款爭議有良好的解決能力;在工期規(guī)劃和控制教學(xué)模塊，要求學(xué)生學(xué)會繪制施工橫道圖和網(wǎng)絡(luò)計劃圖，并能科學(xué)地計算網(wǎng)絡(luò)計劃圖的時間參數(shù);在施工組織設(shè)計教學(xué)模塊，要求學(xué)生明確施工組織設(shè)計的目標(biāo)、內(nèi)容和分類，根據(jù)施工現(xiàn)場平面圖繪制原則繪制施工平面圖和施工方案，并對所需資源量進行計劃編制;在施工進度控制教學(xué)模塊，要求學(xué)生能夠分析影響園林工程施工進度的因素，并能選擇園林工程施工進度的控制措施方法及手段，當(dāng)計劃進度和實際進度出現(xiàn)出入的時候，能夠科學(xué)地安排實際進度計劃以保證工期的順利執(zhí)行;在質(zhì)量控制教學(xué)模塊，要求學(xué)生會分析園林工程質(zhì)量成因及誘導(dǎo)因素，學(xué)會利用施工各階段質(zhì)量控制的策略與方法，并能夠科學(xué)地處理園林工程質(zhì)量問題及質(zhì)量事故;在成本管理教學(xué)模塊，需要學(xué)生了解園林工程施工成本構(gòu)成，理解園林工程施工成本控制運行方式，掌握園林工程施工項目成本核算方法;在安全管理教學(xué)模塊，要求學(xué)生會分析園林施工安全管理的內(nèi)容，并且學(xué)會制訂和執(zhí)行園林施工安全相關(guān)管理制度。

從上述內(nèi)容的梳理可以看出，面向園林工程的施工組織設(shè)計課程知識點繁多，且部分概念實體和專業(yè)術(shù)語較為抽象，剝離了現(xiàn)實實體又很難直觀地理解和掌握。目前虛擬仿真技術(shù)相對成熟，因此可以借助虛擬仿真技術(shù)形式將其具象，并直觀地體現(xiàn)園林工程項目施工的參與主體、進度、質(zhì)量以及成本控制等，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中可以準(zhǔn)確理解難懂的專業(yè)術(shù)語，還可以通過BIM5D的形式將面向園林工程的項目管理所有資源按照項目進度中的時間節(jié)點合理科學(xué)地分配到工期中，從而很直觀地看出項目規(guī)劃得是否科學(xué)合理，這種借助虛擬仿真技術(shù)面向園林施工組織設(shè)計課堂將會事半功倍地提升教學(xué)效果。

2?面向園林工程施工組織設(shè)計課程的特征

面向園林工程施工組織設(shè)計課程涉及知識面廣，需要綜合運用建筑學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料學(xué)、數(shù)學(xué)、管理學(xué)等多門學(xué)科知識跨學(xué)科解決實際問題[6]，而且在教授過程中需要結(jié)合大量相關(guān)案例和專業(yè)知識作為支撐，抽象語言描述的實體構(gòu)件及技術(shù)術(shù)語要求學(xué)生具備較強的空間想象力。

為確保工程施工總工期和各階段工期目標(biāo)的實現(xiàn)，面向園林工程的施工組織設(shè)計課程目標(biāo)要求學(xué)生掌握編制一系列行之有效、切實可行的進度、質(zhì)量與成本控制計劃[7]。甲乙雙方的配合、外部環(huán)境關(guān)系的協(xié)調(diào)，環(huán)境、安裝、綠化的緊密配合，是工期保證的前提;有效地組織管理、工序控制、工藝流程安排，先進工藝技術(shù)的應(yīng)用，工期計劃控制的目標(biāo)管理是工期保證的關(guān)鍵;資金保證、機械設(shè)備有效配備，材料、工程施工人員的及時組織進場，勞動力的統(tǒng)籌安排是工期保證的基本條件;嚴(yán)格的現(xiàn)場管理制度，是最終實現(xiàn)工期目標(biāo)的重要手段。從課程內(nèi)容來看，面向園林工程的施工組織設(shè)計是具有很強實踐性的課程，需要學(xué)生對整體管理流程有一定理解才能科學(xué)合理地安排與制定。

面向園林工程的施工組織設(shè)計課程要與國家相關(guān)規(guī)范、行業(yè)規(guī)范及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)緊密結(jié)合。嚴(yán)格依照國家建設(shè)工程和園林建設(shè)工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)、業(yè)主的招標(biāo)文件和圖紙，以及國家、地方對面向園林工程的施工現(xiàn)場管理的有關(guān)規(guī)定編制施工組織設(shè)計作為貫徹、指導(dǎo)施工管理全過程，從而保證所編制的施工組織計劃科學(xué)、有效、可執(zhí)行。

3?傳統(tǒng)教學(xué)形式存在的問題

3.1?以教師為主，學(xué)生為輔的教學(xué)模式

面向園林工程施工組織設(shè)計課程的傳統(tǒng)教學(xué)模式為以教師為主，學(xué)生為輔的教學(xué)模式。課堂上，由教師系統(tǒng)地講解理論知識和關(guān)鍵知識要點，同時配合項目式案例教學(xué)、習(xí)題鞏固等課上教學(xué)方式鞏固理論知識。教師授課內(nèi)容充實但學(xué)生吸收效果一般，導(dǎo)致學(xué)生對知識理解不佳，由于缺乏實踐環(huán)境從而導(dǎo)致實踐操作能力較弱。

3.2?資源實體不能直觀準(zhǔn)確地體現(xiàn)屬性價值

園林工程施工組織的資源是基于客觀存在的建筑實體而存在的，所有資源實體的屬性單純地通過文字描述不能直觀準(zhǔn)確地體現(xiàn)屬性價值。因此，在客觀實體表征上需要考慮依托虛擬仿真技術(shù)將其資源實體具象，然后標(biāo)注其屬性，這樣無論資源實體在物理空間的何處，都可以追溯其價值所在。

3.3?部分技術(shù)工藝過程單純用語言表達難以讓學(xué)生理解

城鎮(zhèn)化進程的加速促使人們對城市環(huán)境的要求越來越高，園林工程的技術(shù)及相關(guān)工藝也相應(yīng)提升。園林工程在施工過程中，可以通過選擇新的工藝技術(shù)提升園林的整體效果及綠色環(huán)保指標(biāo)。園林工程施工過程中最常用的防滲技術(shù)就是其一，其主要形式包括灌漿和防滲墻2種技術(shù)形式[8]。灌漿這個動作用語言單純表述學(xué)生難以理解，如果用3D的形式將其制作成動畫，就可以很好地幫助學(xué)生理解這個過程。

4?面向園林工程施工組織設(shè)計課程的改革措施

4.1?整合網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)資源

通過虛擬仿真平臺對面向園林工程施工組織設(shè)計課程資源進行整合，依托國家一流課程及校、省級優(yōu)質(zhì)課程建設(shè)項目共同建設(shè)，結(jié)合近幾年園林工程實際案例進行講授。此外，由于工程類理論課程都緊密聯(lián)系實際項目，虛擬仿真教學(xué)平臺可以為學(xué)生構(gòu)造虛擬場景，讓學(xué)生通過仿真構(gòu)件進一步明確實體尺寸、材質(zhì)與功能的認(rèn)知以及各構(gòu)件之間的物理空間關(guān)系[5]，并通過仿真實操引發(fā)學(xué)生對理論學(xué)習(xí)的興趣，加深理解并體會施工組織設(shè)計的核心要義所在。針對每個施工組織設(shè)計環(huán)節(jié)都能關(guān)聯(lián)同類施工案例視頻。如，如何進行有效的進度及成本控制、質(zhì)量管理以及安全生產(chǎn)教育視頻等，從而輔助學(xué)生更好地理解理論知識元的交互關(guān)系。

4.2?強化實踐教學(xué)環(huán)節(jié)

面向園林工程施工組織設(shè)計為理論和實踐相結(jié)合的課程，在理論內(nèi)容之后設(shè)置運用面向園林工程的建筑施工預(yù)制加工和施工安裝虛擬仿真實驗形式的課程實踐環(huán)節(jié)[9]。本實驗以面向?qū)嶋H園林工程的鋼構(gòu)件預(yù)制加工為真實案例構(gòu)建虛擬體，分為實腹式鋼柱、梁柱、鋼結(jié)構(gòu)樓層板（波形鋼板）施工、上下弦橫向水平支撐和檁條與上下弦連接5個實驗，旨在讓學(xué)生學(xué)習(xí)面向園林工程的鋼結(jié)構(gòu)的預(yù)制加工與生產(chǎn)，學(xué)生在3D虛擬施工場景中采用人機交互的模式，完成面向園林工程的鋼結(jié)構(gòu)項目的預(yù)制和加工，并對安裝過程技術(shù)知識點掌握程度進行測試，讓學(xué)生可以學(xué)習(xí)面向園林工程的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)造知識、施工流程及施工規(guī)范。通過強化實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，提高學(xué)生的動手能力與實踐能力，從課堂理論走向?qū)嵺`操作，從本質(zhì)上提升學(xué)生的創(chuàng)新能力。

4.3?搭建移動交互式虛擬仿真課堂

面向園林工程施工組織設(shè)計課程包絡(luò)的知識點繁雜，晦澀難懂，為了保證良好的教學(xué)效果，提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，采用“翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)理念打造以學(xué)生為主體的移動交互式虛擬仿真課堂的學(xué)習(xí)模式。面向園林工程的施工組織設(shè)計課程由教師在虛擬仿真環(huán)境下指導(dǎo)講解，學(xué)生通過移動交互式虛擬仿真平臺進行資源學(xué)習(xí)并參與虛擬仿真的實踐操作，在實踐過程中深化理論知識的理解，輔助學(xué)生建立獨立自主的批判性思維方式和獨立思考能力。

面向園林施工組織設(shè)計課程結(jié)合《園林工程預(yù)決算》課程，通過建立項目式學(xué)習(xí)小組模式進行師生互動。建立虛擬招投標(biāo)，提出招標(biāo)要求，發(fā)放招標(biāo)函，并構(gòu)建招投標(biāo)工作績效考評以促進各組間學(xué)習(xí)積極性。憑借移動交互式虛擬仿真課堂，形成理論與實踐交融的輔以科學(xué)的績效考評方式，既能夠?qū)崟r體現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)效果，又可以根據(jù)學(xué)生課堂的學(xué)情分析課程知識點考核內(nèi)容設(shè)置的科學(xué)性，充分發(fā)揮出移動交互式虛擬仿真課堂的優(yōu)勢。

5?結(jié)語

通過虛擬仿真的創(chuàng)新性信息化教學(xué)手段，從網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源整合、強化實踐教學(xué)環(huán)節(jié)、搭建移動交互式虛擬仿真課堂等多種方式，將面向園林工程的施工組織設(shè)計從單純的理論教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)橐蕴摂M仿真為學(xué)習(xí)場景的移動交互式教學(xué)，不僅提升了學(xué)生對面向園林工程施工組織設(shè)計課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)興趣，同時提升了學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力，為新工科背景下的人才培養(yǎng)提供良好的可借鑒路徑。

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（責(zé)任編輯?周康）