基于虛擬仿真技術(shù)的《土木工程施工技術(shù)》課程項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)法研究

韓培鋒 古松

摘? 要：本文通過(guò)BIM虛擬技術(shù)，將《土木工程施工技術(shù)》課程知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行虛擬化分析，利用BIM技術(shù)，將枯燥的課程知識(shí)利用軟件進(jìn)行三維重建，從而實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的可視化。選擇兩個(gè)教學(xué)班級(jí)進(jìn)行對(duì)比教學(xué)分析，一個(gè)班級(jí)采用傳統(tǒng)教學(xué)，另外一個(gè)班采用BIM技術(shù)虛擬化方法進(jìn)行授課。教學(xué)過(guò)程中及課后采用文件調(diào)查、座談、試卷分析等手段相結(jié)合，分析兩個(gè)班級(jí)的教學(xué)效果及學(xué)生的反饋意見(jiàn)。研究發(fā)現(xiàn)采用新的教學(xué)方法，學(xué)習(xí)的效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的方法，主要表現(xiàn)在學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性、解決問(wèn)題能力、團(tuán)隊(duì)合作精神、自學(xué)能力。通過(guò)任務(wù)驅(qū)動(dòng)，積極鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)去發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題，從而在解決問(wèn)題的過(guò)程中學(xué)習(xí)相關(guān)的理論知識(shí)和專業(yè)技能，達(dá)到教學(xué)的目的。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真? 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)法? 工程管理專業(yè)? 對(duì)比分析? 土木工程施工

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2021）07（a）-0132-03

Research on Project Driven Teaching Method of Civil Engineering Construction Technology Course Based on Virtual Simulation Technology

HAN Peifeng? GU Song

（Civil Engineering and Architecture College， Southwest University of Science and Technology， Mianyang， Sichuan Province， 621010? China）

Abstract： In this paper， through BIM virtual technology， the knowledge points of Civil Engineering Construction Technology course are virtualized and analyzed. Using BIM technology， the boring course knowledge is reconstructed by software， so as to realize the visualization of teaching content. Two teaching classes are selected for comparative teaching analysis. One class adopts traditional teaching and the other class adopts BIM technology virtualization method for teaching. During the teaching process and after class， the teaching effect of the two classes and the feedback of students are analyzed by means of document investigation， discussion and test paper analysis. It is found that the learning effect of the new teaching method is significantly better than that of the traditional method， which is mainly reflected in students' learning initiative， problem-solving ability， team spirit and self-study ability. Through task driven， students are actively encouraged to find and solve problems， so as to learn relevant theoretical knowledge and professional skills in the process of solving problems， so as to achieve the purpose of teaching.

Key Words： Virtual simulation; Project driven teaching method; Engineering Management major; Comparative analysis; Civil engineering construction

隨著我國(guó)工程建設(shè)的不斷推進(jìn)和工程技術(shù)領(lǐng)域的不斷革新，對(duì)土木工程相關(guān)專業(yè)的人員需求也快速增長(zhǎng)，為此全國(guó)各大高校的土木工程專業(yè)呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)，學(xué)生數(shù)量不斷增長(zhǎng)，但是相應(yīng)的教學(xué)實(shí)踐基地、試驗(yàn)課程及實(shí)習(xí)的機(jī)會(huì)并沒(méi)有增加，反而是出于安全因素的考慮，這種實(shí)踐的機(jī)會(huì)越來(lái)越少[1]。土木工程施工課程是土木工程大類專業(yè)（土木工程、工管管理和工程造價(jià)）的專業(yè)核心課程[2]，課程知識(shí)實(shí)踐性較強(qiáng)，目前課程學(xué)習(xí)多采用填鴨式教學(xué)[3]，課堂教學(xué)以教師的知識(shí)點(diǎn)講解為主，學(xué)生對(duì)施工過(guò)程不清楚，對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的形狀、連接形式等缺乏感性的認(rèn)識(shí)，大多處于被“灌輸”狀態(tài)，考試主要依靠死記硬背[4]，對(duì)工程的空間立體想象能力欠缺，已經(jīng)不能適應(yīng)施工單位對(duì)人才的需要[5]。基于學(xué)術(shù)研究型人才培養(yǎng)的教學(xué)模式普遍存在“重理論，輕實(shí)踐”和“重構(gòu)件，輕整體”的弊端[6]。

為了解決學(xué)生沒(méi)有去過(guò)現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的梁板柱等構(gòu)件認(rèn)識(shí)不足等問(wèn)題，基于虛擬仿真技術(shù)，實(shí)現(xiàn)土木工程施工全過(guò)程虛擬仿真，并將項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法引入土木工程施工課程，將案例分解為土方工程、基礎(chǔ)工程、鋼筋混凝土工程、砌筑工程、預(yù)應(yīng)力工程、安裝工程、裝飾裝修工程和防水工程等。讓學(xué)生主動(dòng)融入學(xué)習(xí)過(guò)程，將班級(jí)學(xué)生進(jìn)行分組，并制定詳細(xì)的任務(wù)要求，要求各小組在課堂匯報(bào)完成情況，教師對(duì)小組的完成質(zhì)量進(jìn)行分析，從而總結(jié)分析利用虛擬仿真手段，采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式模式教學(xué)的效果及存在的問(wèn)題，為土木工程施工課程改革提供有益參考。

1? 研究對(duì)象與方法

1.1? 課程分析對(duì)象

選取筆者目前教授的教學(xué)班級(jí)——西南科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院的工程管理專業(yè)的兩個(gè)教學(xué)班級(jí)20180081和20180082班為本研究的開(kāi)展對(duì)象，共計(jì)70名學(xué)生授課對(duì)象，這兩個(gè)班級(jí)中有64個(gè)男生與6個(gè)女生。為了對(duì)比驗(yàn)證傳統(tǒng)教學(xué)方法與本研究采用的教學(xué)方法實(shí)施的差異，研究過(guò)程中將工程管理20180081班作為新方案的研究對(duì)象，探索新方案的實(shí)施效果。將《土木工程施工技術(shù)》課程的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行模塊化處理，利用虛擬仿真技術(shù)，將模塊知識(shí)點(diǎn)利用軟件進(jìn)行虛擬化重建，從而將枯燥的知識(shí)轉(zhuǎn)變成知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行虛擬仿真重建。學(xué)生通過(guò)BIM將施工過(guò)程中的不同分部分項(xiàng)工程進(jìn)行三維虛擬重構(gòu)，上課教師采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行分組教學(xué)，將工程管理專業(yè)20180082班的33個(gè)學(xué)生采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式教學(xué)，并將其與20180081班級(jí)進(jìn)行教學(xué)效果對(duì)比分析。本課程是工程管理專業(yè)的重要核心專業(yè)課程，需要學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)的前置課程，如房屋建筑學(xué)、土力學(xué)、基礎(chǔ)工程、砌體結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)工程等課程，通過(guò)對(duì)這兩個(gè)對(duì)照組學(xué)生的成績(jī)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理，差異均無(wú)顯著性（P>0.05），兩組學(xué)生在統(tǒng)計(jì)學(xué)上具有可比性。

1.2? 研究具體方案

將工程管理專業(yè)20180081班作為新方案實(shí)施對(duì)象，按照試驗(yàn)方案進(jìn)行教學(xué)。將《土木工程施工技術(shù)》課程的主要知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行分解，然后利用BIM技術(shù)將不同的施工模塊進(jìn)行虛擬重建，從而讓整個(gè)施工過(guò)程從枯燥的文字和圖片變成三維可視化的圖像，加深學(xué)生對(duì)施工過(guò)程的認(rèn)識(shí)?；陧?xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法，為充分發(fā)揮學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能動(dòng)性，將班級(jí)成員劃分成7個(gè)小組，每個(gè)小組分別布置任務(wù)，如讓學(xué)生自己建立柱子澆筑過(guò)程的虛擬圖，分析澆筑過(guò)程中的順序、流程、注意事項(xiàng)等。而工程管理20180082班則按照課程教學(xué)大綱內(nèi)容要求，采用傳統(tǒng)的講授法進(jìn)行教學(xué)，以章節(jié)為單位進(jìn)行學(xué)習(xí)，教師按照知識(shí)點(diǎn)講解。課程完成后期末統(tǒng)一命題考試和主觀問(wèn)卷調(diào)查來(lái)對(duì)課程教學(xué)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.3? 分析軟件

采用統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件SPSS 16.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，統(tǒng)計(jì)表計(jì)用t檢驗(yàn)，檢驗(yàn)水準(zhǔn)α=0.05。

2? 教學(xué)效果分析

2.1 課后問(wèn)卷調(diào)查分析

通過(guò)兩種教學(xué)模式對(duì)比分析，課后問(wèn)卷調(diào)查、學(xué)生座談等統(tǒng)計(jì)調(diào)查結(jié)果，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)班級(jí)表現(xiàn)出不一樣的效果，具體統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。

通過(guò)對(duì)主動(dòng)學(xué)習(xí)積極性、對(duì)課程知識(shí)點(diǎn)掌握程度及牢固程度等、解決實(shí)際工程問(wèn)題能力、課程內(nèi)容與實(shí)際工程結(jié)合度、團(tuán)隊(duì)相互協(xié)作等方面的統(tǒng)計(jì)分析有如下發(fā)現(xiàn)。高達(dá)91.3%的學(xué)生認(rèn)為自己對(duì)課本知識(shí)點(diǎn)的記憶更加牢固，記憶效果更好，不容易忘記，而傳統(tǒng)的填鴨式教學(xué)則記憶較短暫。有88.4%的學(xué)生認(rèn)可采用這種新的教學(xué)模式，利用任務(wù)驅(qū)動(dòng)，采用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)課本枯燥知識(shí)的三維可視化，有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，更像是做游戲，受到學(xué)生的普遍歡迎。有90.1%的學(xué)生認(rèn)為上課的內(nèi)容通過(guò)虛擬化改造后更加貼近實(shí)際，學(xué)生在建模過(guò)程中掌握了施工的基礎(chǔ)知識(shí)，在建模過(guò)程中遇到問(wèn)題會(huì)主動(dòng)去查詢，對(duì)整個(gè)知識(shí)流程更加清晰。有90.5%的學(xué)生在項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)模式下，愿意主動(dòng)去分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，遇到問(wèn)題主動(dòng)去查詢資料，使得學(xué)習(xí)的效果與解決問(wèn)題的能力提升明顯，主動(dòng)解決施工問(wèn)題的能力增強(qiáng)。將實(shí)際施工項(xiàng)目模塊化，利用BIM計(jì)算三維重構(gòu)通過(guò)實(shí)際工程虛擬化三維重構(gòu)，有88.2%的學(xué)生認(rèn)為這樣的教學(xué)模式有助于深化對(duì)實(shí)際工程項(xiàng)目的認(rèn)識(shí)，同時(shí)擴(kuò)展學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的范圍和內(nèi)容，學(xué)生通過(guò)實(shí)際工程圖紙的學(xué)習(xí)，也激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，遇到問(wèn)題知道搜集整理資料，從多角度去分析問(wèn)題，知識(shí)面更加寬了。

2.2 課程期末考試成績(jī)

表2統(tǒng)計(jì)了兩個(gè)教學(xué)班級(jí)的期末考試成績(jī)分布，通過(guò)下表可以看出，采用新的教學(xué)模式的班級(jí)，將課程知識(shí)點(diǎn)利用虛擬技術(shù)進(jìn)行重構(gòu)，并采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式的班級(jí)成績(jī)分布明顯更好，學(xué)生的期末成績(jī)整體較好，高分人數(shù)較多，且沒(méi)有不及格的現(xiàn)象，而采用傳統(tǒng)模式的教學(xué)，學(xué)生知識(shí)理解較差。對(duì)于綜合問(wèn)題的回答不夠全面，極易不夠深刻，知識(shí)的靈活掌握程度較差。

3? 討論

通過(guò)兩個(gè)班級(jí)的不同的教學(xué)模式對(duì)比發(fā)現(xiàn)，老師采用灌輸式的教學(xué)，學(xué)生記憶、學(xué)習(xí)的主動(dòng)性相對(duì)較差，尤其是施工課程實(shí)踐性較強(qiáng)，學(xué)生對(duì)工地現(xiàn)場(chǎng)認(rèn)識(shí)不足，導(dǎo)致教師的這種講解學(xué)生難以理解，課程成績(jī)明顯低。采用新的項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)模式，利用BIM技術(shù)將施工知識(shí)虛擬化，通過(guò)任務(wù)促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力的提升，可以激發(fā)學(xué)生在游戲和任務(wù)中學(xué)習(xí)知識(shí)，學(xué)會(huì)團(tuán)隊(duì)合作，激發(fā)學(xué)生的興趣和主動(dòng)學(xué)習(xí)的意愿，學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神及解決實(shí)際問(wèn)題能力得到鍛煉?！锻聊竟こ淌┕ぜ夹g(shù)》課程實(shí)踐性較強(qiáng)，目前高校擴(kuò)招與安全問(wèn)題導(dǎo)致學(xué)生到工地現(xiàn)機(jī)會(huì)少，課程理論知識(shí)偏多，實(shí)踐知識(shí)較少，教師課堂上教授的理論無(wú)法完全替代現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐。利用虛擬技術(shù)可視化施工過(guò)程，采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法讓學(xué)生對(duì)課程知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行分解學(xué)習(xí)，學(xué)生分組帶任務(wù)學(xué)習(xí)，目的性更強(qiáng)，解決實(shí)際問(wèn)題能力更強(qiáng)，達(dá)到了較好的效果。

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