路橋?qū)I(yè)信息化教學條件建設(shè)研究
——以路橋沙盤數(shù)字化實訓中心建設(shè)為例

韓俊平 易 操

湖北城市建設(shè)職業(yè)技術(shù)學院，湖北 武漢 430205

一、路橋沙盤數(shù)字化實訓中心建設(shè)的必要性

（一）路橋構(gòu)造及施工工藝實訓教學的需求

道路橋梁工程技術(shù)、市政工程技術(shù)等專業(yè)團隊教師在《道路工程》《橋梁工程》《軌道交通工程》等課程實訓教學中發(fā)現(xiàn)，學生去工地參觀實訓存在以下問題：一是由于路橋及地鐵工程規(guī)模大，橋梁高度達上百米，地鐵線路長幾十公里，道路長數(shù)百公里，且建設(shè)周期長，一般需要2～5年建成，學生去工地參觀數(shù)天也不能看到工程總體和全部施工過程；二是每個班30～50名學生集體赴工地參觀存在安全隱患大、費用高的弊端；三是參觀時間受制于課程進度安排、天氣原因、施工進度等因素。例如，《橋梁工程認識實訓》一般安排在大學第四學期的第17個教學周，這時《橋梁工程》課程剛剛學完，從教學安排上此時去工地參觀較為合適，便于理論聯(lián)系實際。但是這時適逢冬季，雨雪天氣比較常見，雨雪天氣工地是暫停施工的，去工地參觀要避開雨雪天氣，并且要選擇正在進行主梁、樁基等主要部位施工的橋梁工地，工地距學校的距離不能太遠，這就存在一定的難度。為改變這種現(xiàn)狀，迫切需要在校內(nèi)建立能夠解決以上問題并滿足實訓需求的路橋?qū)嵱栔行摹?/p>

（二）教育信息化發(fā)展的需要

為響應教育部提出的“加快教育信息化進程”“強化信息技術(shù)應用，提高教師應用信息技術(shù)水平，更新教學觀念，改進教學方法，提高教學效果”等利好政策，考慮運用數(shù)字沙盤、虛擬仿真技術(shù)、三維動畫技術(shù)等信息化手段輔助路橋構(gòu)造、施工實訓教學，降低實訓成本，提高實訓的安全度，不再受天氣、時間等各種因素影響。

（三）引入數(shù)字沙盤技術(shù)的必要

數(shù)字沙盤是一種信息化技術(shù)的產(chǎn)物，它結(jié)合實體模型，利用三維動畫及多媒體軟件演示，將動態(tài)效果投影到實體沙盤模型或者投影屏幕，并輔以燈光音效及配音講解，生動直觀地展示結(jié)構(gòu)物構(gòu)造、工程建造過程、城市發(fā)展歷程等，從而讓參觀者形象生動地獲取簡明、優(yōu)美、逼真的動態(tài)信息，能使參觀者對展示對象有全面、立體、直觀的整體理解，極具震撼力和感染力。數(shù)字沙盤已經(jīng)廣泛用于軍事演練、企業(yè)經(jīng)營演練、展覽館、房地產(chǎn)銷售展示、規(guī)劃方案展示［1］等領(lǐng)域，并不斷融合新的技術(shù)、新的創(chuàng)意，讓數(shù)字沙盤具有更多的功能，適合更多的應用領(lǐng)域，目前已開始應用于教學領(lǐng)域。

要想直觀、具體、系統(tǒng)的展示道路、特大型橋梁及地鐵工程實體，并能透徹地展示地鐵站點、地上地下多層交通樞紐等隱蔽構(gòu)造物的全貌，并達到聲、光、電一體化的展示效果，吸引信息化時代學生的視線，激發(fā)學生的學習興趣，有必要在路橋數(shù)字化實訓中心建設(shè)中引入數(shù)字沙盤技術(shù)。通過觀看沙盤路橋?qū)嶓w模型，可以解決由于時間、工程規(guī)模巨大而致使學生在現(xiàn)場很難將特大型橋梁或地鐵構(gòu)造看完整的遺憾，且安全性高，成本低廉，因此有必要建立具備信息化技術(shù)的路橋沙盤數(shù)字化實訓中心。

二、路橋沙盤數(shù)字化實訓中心建設(shè)思路

（一）建設(shè)思路

根據(jù)道路橋梁工程技術(shù)專業(yè)認知實訓、課程實訓需求及教育信息化的發(fā)展趨勢，構(gòu)思路橋沙盤數(shù)字化實訓中心的建設(shè)。

專業(yè)認知實訓是面向剛?cè)雽W的道路橋梁工程技術(shù)專業(yè)一年級新生，通過專業(yè)認知實訓讓學生認識專業(yè)的主要學習內(nèi)容、今后工作方向，對所學專業(yè)獲得總體上的認識。基于專業(yè)認知實訓的需求，路橋沙盤數(shù)字化實訓中心應是專業(yè)總覽性實訓室，應配備路、橋、軌道交通的實體模型，營造出路橋?qū)I(yè)的專業(yè)氛圍，并布置知名路橋及軌道交通工程圖片背景墻，既使學生對三年內(nèi)即將學習的工程內(nèi)容一目了然，也激發(fā)學生的專業(yè)自豪感和學習興趣。根據(jù)道路橋梁工程技術(shù)專業(yè)的核心課程道路施工技術(shù)、橋涵施工技術(shù)、軌道交通工程的實訓需求，學生要能夠識別路、橋、軌道交通的構(gòu)造，能夠掌握路、橋、軌道交通施工技術(shù)，則路橋沙盤數(shù)字化實訓中心的路、橋、軌道交通模型要有一定的細度、深度，學生能夠看得清路、橋、軌道交通內(nèi)部構(gòu)造，并能夠了解其施工工藝。

（二）建設(shè)框架

根據(jù)建設(shè)思路，按照“一個案例化+N個信息化”的框架來構(gòu)建路橋沙盤數(shù)字化實訓中心。

“一個案例化”指數(shù)字沙盤中的路橋?qū)嶓w模型，通過沙盤實體來營造出道路橋梁工程技術(shù)專業(yè)的專業(yè)氛圍，直觀、形象，讓學生有身臨其境的感覺。

“N個信息化”指在路橋沙盤數(shù)字化實訓中心建設(shè)中融入二維碼、施工虛擬仿真技術(shù)、3D動畫技術(shù)、視頻—沙盤燈光聯(lián)動技術(shù)、觸控顯示技術(shù)等信息化技術(shù)。學生通過掃描二維碼即可了解經(jīng)典路橋、軌道交通工程的構(gòu)造，通過觸摸顯示屏，能夠閱讀、下載已經(jīng)預先建立的經(jīng)典道路工程、橋梁工程、軌道交通工程、管道工程的電子資源庫中最新資源。

（三）預計開展的實訓項目

1.專業(yè)認知實訓

2.道橋及軌道交通工程構(gòu)造認識實訓

（1）道路構(gòu)造認識實訓

（2）特大橋構(gòu)造認識實訓

（3）地鐵構(gòu)造認識實訓

（4）城市綜合交通樞紐構(gòu)造認識實訓

3.道路施工虛擬仿真實訓

三、路橋沙盤數(shù)字化實訓中心建設(shè)實踐

項目團隊教師科學管理項目，全身心投入項目建設(shè)，經(jīng)過10余次調(diào)研、3輪方案論證、3次完善方案、嚴謹?shù)恼袠伺c合同談判，并經(jīng)過承包方為期半年的精心制作，路橋沙盤數(shù)字化實訓中心最終圓滿建成。

（一）調(diào)研情況

項目前期采用實地參觀、現(xiàn)場展示、網(wǎng)上查詢等多種方式結(jié)合，對國內(nèi)沙盤建設(shè)情況、沙盤模型公司情況、施工仿真軟件公司情況及兄弟院校沙盤實訓室建設(shè)情況進行了深入細致的調(diào)研。實地參觀了武漢規(guī)劃展示館，線上三維實景參觀了北京規(guī)劃展示館、黃河橋梁展示館，赴模型制作公司進行了實地考察，邀請軟件公司來校展示施工仿真軟件，赴兄弟院校學習數(shù)字化實訓室建設(shè)經(jīng)驗。經(jīng)過充分的調(diào)研，為路橋沙盤數(shù)字化實訓中心建設(shè)方案的擬定和完善提供了翔實的基礎(chǔ)性資料。

（二）建設(shè)內(nèi)容

路橋沙盤數(shù)字化實訓中心由數(shù)字沙盤實體、背景墻、數(shù)字化資源三個部分組成。實訓中心面積為70m2，實訓中心配有40套桌椅，組成六邊形課桌，能滿足40名學生的信息化教學和實訓。

1.數(shù)字沙盤實體。包括“城市道路與軌道交通數(shù)字沙盤”“橋梁數(shù)字沙盤”兩部分組成。“橋梁數(shù)字沙盤”由長江上的經(jīng)典橋梁武漢長江大橋（剛桁梁橋）、鸚鵡洲長江大橋（懸索橋）、蘇通長江大橋（斜拉橋）、重慶朝天門長江大橋（拱橋）、四川瀘州長江二橋（剛構(gòu)橋）模型和長江河道模型組成，能展示5種經(jīng)典橋型的構(gòu)造組成?！俺鞘械缆放c軌道交通數(shù)字沙盤”由武漢市的1條主干路、4條地鐵線路、1座城市交通樞紐、1座廣場綜合體、1條綜合管廊等經(jīng)典工程的模型組成。數(shù)字沙盤配有三維動畫講解視頻，以及沙盤燈光控制系統(tǒng)，沙盤的每個模型上都配有七彩燈光，能夠?qū)崿F(xiàn)講解視頻講解到哪個部位，哪個部位的七彩燈光就會亮，打造出了精細、直觀、動態(tài)、優(yōu)美的路橋模擬效果。

2.背景墻。包括“城市道路與軌道交通文化背景墻”“橋梁文化背景墻”。其中“城市道路與軌道交通文化背景墻”通過序言板介紹了城市道路、軌道交通的發(fā)展歷史及主要類型，通過燈箱展板展示了4種城市道路、3種交叉口、5種軌道交通形式；“橋梁文化背景墻”通過序言板介紹了橋梁發(fā)展歷史及主要類型，通過燈箱展板展示了6座世界名橋、6座中國名橋。背景墻與數(shù)字沙盤一起，給學生營造濃郁的專業(yè)學習氛圍，激發(fā)學生的學習興趣［2］，培養(yǎng)學生的愛國熱情。

3.數(shù)字化資源。數(shù)字化資源有二維碼、施工虛擬仿真軟件、3D動畫視頻、電子資源庫、觸控一體機等組成。（1）實訓中心的每個橋梁模型、軌道交通模型、綜合交通樞紐模型、道路模型及背景墻的每個展板均配有二維碼，學生參觀沙盤模型后掃描二維碼即可深入認識該橋梁、道路、地鐵的構(gòu)造與施工方法。（2）實訓中心配有道路施工虛擬仿真軟件，安裝在機房，結(jié)合機房原來已經(jīng)配備的橋梁施工虛擬仿真軟件，學生可以進行道路、橋梁施工工藝虛擬仿真實訓，強化對施工步驟、施工要點的認識和理解。虛擬仿真技術(shù)將學科專業(yè)實訓與信息技術(shù)深度融合［3］，解決了學生去工地參觀成本高、安全隱患大的弊端。（3）在立式觸控一體機中配備了經(jīng)典路橋工程、市政工程、測量工程、給排水工程、燃氣工程的電子資源庫，學生點擊立式觸控一體機可以了解更多的工程資源，拓展自己的知識面。（4）路橋沙盤數(shù)字化實訓中心還配置了一臺88寸的觸控一體機電腦，教師能夠在該實訓中心進行日常信息化教學。數(shù)字化資源的配置為分組教學、自主實訓創(chuàng)造了條件，有助于培養(yǎng)學生的自學能力、討論能力、表達能力、競爭能力［4］。

（三）路橋沙盤數(shù)字化實訓中心的建設(shè)成效

路橋沙盤數(shù)字化實訓中心建成后，開展了大型橋梁工程信息化實訓、道路工程信息化實訓、軌道交通工程信息化實訓三類主要實訓項目，實現(xiàn)了兩個功能：

一是服務于以路橋?qū)I(yè)為主的市政工程系各專業(yè)信息化教學及實訓教學。沙盤實體展示的道路、橋梁、軌道交通、市政管線、綜合管廊的構(gòu)造組成，電子資源庫中的經(jīng)典路橋工程、市政工程、測量工程、給排水工程、燃氣工程的電子資源，可以服務于道路橋梁工程技術(shù)專業(yè)、市政工程技術(shù)專業(yè)、燃氣工程技術(shù)專業(yè)、給排水工程技術(shù)專業(yè)、測量工程技術(shù)專業(yè)等多個專業(yè)的學生學習。

二是服務于開設(shè)同類專業(yè)的院校實訓。實訓中心建成以來接待了湖北省本科、?？?、中職等10余所不同層次學校的學生來校開展道路、橋梁及軌道交通工程實訓，達到了以“一個學校、一個專業(yè)、一個實訓室”輻射周邊一片學校，使省級財政投入達到最佳績效狀態(tài)。實訓中心的建設(shè)得到了湖北省教育廳、湖北省建設(shè)廳專家的充分肯定，吸引了中央廣電總臺國際在線、荊楚網(wǎng)報道等多家新聞媒體采訪。

四、特色與創(chuàng)新

（一）獨創(chuàng)性與系統(tǒng)性相結(jié)合

路橋?qū)I(yè)團隊教師根據(jù)實訓教學需要，秉承自主創(chuàng)新、自主設(shè)計、自主建設(shè)的“三自”原則開發(fā)和建設(shè)路橋沙盤數(shù)字化實訓中心，精心構(gòu)思、獨創(chuàng)性地選取1條城市主干路、4條地鐵線路、1座城市交通樞紐、1座廣場綜合體、1條綜合管廊，創(chuàng)造性地將這些工程有機融合在道路與軌道交通沙盤中，能系統(tǒng)展示城市道路、地鐵線路及站點、地上地下綜合交通樞紐、綜合管廊的構(gòu)造布局情況；同時重點選取了長江上的幾座知名橋梁，制作了以長江為背景的橋梁數(shù)字沙盤，能系統(tǒng)展示5大經(jīng)典橋型的構(gòu)造，這樣的路橋數(shù)字沙盤是國內(nèi)獨一無二的。

（二）實體性與信息技術(shù)相結(jié)合

路橋構(gòu)造與施工工藝實訓是路橋工程專業(yè)學生培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。路橋沙盤數(shù)字化實訓中心既有城市道路與軌道交通沙盤、橋梁數(shù)字沙盤實體模型，又有道路橋梁3D動畫模型、二維碼、道路橋梁施工虛擬仿真軟件、路橋及市政工程電子資源庫等信息化資源，具有很強的科技性與交互性，打造了虛實結(jié)合的實訓環(huán)境。

（三）展示功能與信息化教學功能相結(jié)合

路橋沙盤數(shù)字化實訓中心既可作為路橋數(shù)字展廳展示道路、特大型橋梁、軌道交通構(gòu)造，也可利用數(shù)字沙盤、二維碼、道路橋梁施工虛擬仿真軟件等信息化資源開展路橋及軌道交通工程信息化實訓，還可利用觸控一體機電腦和桌椅開展日常信息化教學，給學生打造出視覺、聽覺、觸覺俱佳的教學做一體化的優(yōu)質(zhì)信息化課堂盛宴，抓住學生的專注力，進一步提升教學效果。

五、結(jié)語

隨著信息化技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字沙盤技術(shù)在道路橋梁工程技術(shù)等土木工程類專業(yè)實訓教學中將會有更進一步的推廣，沙盤數(shù)字化實訓中心的建設(shè)將更上一層樓，在工程類專業(yè)的實訓教學和日常信息化教學中發(fā)揮其良好作用，為工程類專業(yè)的人才培養(yǎng)貢獻更大的力量。