新高職建設背景下的建筑專業(yè)課程虛實互補混合實訓模式研究

張冬

［摘? ? ? ? ? ?要］? 伴隨著科技的進步，虛擬仿真實訓深入職業(yè)教學的實訓教學中，發(fā)揮了很大的作用。虛擬仿真通過虛擬現(xiàn)實技術就可以真實且安全地進行還原學習，提高實訓效率，助力現(xiàn)代化建筑專業(yè)職業(yè)教育。同時傳統(tǒng)的現(xiàn)場實訓仍然在現(xiàn)階段建筑專業(yè)實訓中起著重要的作用，兩種實訓方式對建筑專業(yè)課程實訓教學來說有一定的優(yōu)勢和劣勢。研究如何在建筑專業(yè)教學中，把兩種實訓教學方式有效地結(jié)合在一起，相互補充，綜合運用，從而提高實訓教學效果。

［關? ? 鍵? ?詞］? 虛擬仿真；現(xiàn)場實訓；補充；綜合運用

［中圖分類號］? G712? ? ? ? ? ? ? ? ? ?［文獻標志碼］? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?［文章編號］? 2096-0603（2023）09-0139-04

為貫徹落實《國家職業(yè)教育改革實施方案》《推進現(xiàn)代職業(yè)教育高質(zhì)量發(fā)展的意見》精神，落實《上海市教育發(fā)展“十四五”規(guī)劃》《上海市職業(yè)教育發(fā)展“十四五”規(guī)劃》等要求，推動上海中高職貫通教育由規(guī)模發(fā)展轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展，進一步優(yōu)化中高職貫通院校和專業(yè)布局，全面提升中高職貫通人才培養(yǎng)質(zhì)量，上海市教委發(fā)布了《關于進一步加強職業(yè)院校中高職貫通教育的通知》?！笆奈濉逼陂g，中高職貫通院校進一步緊密協(xié)同，逐步形成以專業(yè)為紐帶，高職強牽引，中職強基礎，中高職院校協(xié)同聯(lián)動的緊密型聯(lián)合體培養(yǎng)模式；中高職貫通專業(yè)布局進一步優(yōu)化，專業(yè)點總體規(guī)模保持穩(wěn)定；中高職貫通質(zhì)量進一步提升，推動人才培養(yǎng)方案落實、教學標準落地、培養(yǎng)過程規(guī)范以及各教學要素有機銜接。

新型高職的建設不僅僅是形式上的改變，對我們的職業(yè)教學要求也有了進一步提升。職業(yè)教學的主要目的是為國家培養(yǎng)技能型人才，技能的培養(yǎng)過程與普通高中最大的不同之處就是實訓教學占有很大的比重，也起到了非常重要的作用，實訓教學質(zhì)量直接影響著輸出人才的質(zhì)量。現(xiàn)階段國家也在推行虛擬仿真教學進入實訓教學，但對于建筑專業(yè)來說，虛擬仿真教學也存在一些不足之處，傳統(tǒng)的實訓教學還應用于實際實訓教學工作中，兩種實訓形式各有優(yōu)缺點，存在一定的互補性，綜合運用兩種實訓模式對提高實訓教學有著很大的作用。

一、虛擬仿真實訓系統(tǒng)的優(yōu)勢

虛擬仿真實訓系統(tǒng)就是針對特定學科的真實課件內(nèi)容進行 3D 數(shù)字內(nèi)容的模擬開發(fā)，并借助3D 虛擬環(huán)境或3D 立體顯示設備模擬該學科的訓練環(huán)境、 條件和流程，使教師和學生能夠獲得和真實世界一樣或者相近的實訓體驗，達到替代或者部分替代實訓效果的虛擬仿真實訓系統(tǒng)，相對于現(xiàn)場實訓有很多的優(yōu)點。

（一）創(chuàng)造實訓環(huán)境

依托虛擬仿真、人機交互技術建立起來的虛擬仿真實訓系統(tǒng)，可以逼真地模擬操作流程，如搭設腳手架、 機械維修、起重機操作；逼真的模擬對工具設備使用，如對工具擺放環(huán)境的模擬、工具外形的模擬、對工具操作方式的模擬以及對工具操作效果的模擬。高度逼真的訓練環(huán)境，使得學生能夠獲得生動、直觀的感性認識，增進對抽象原理的理解（如圖1所示）。

（二）節(jié)省時間和成本

比起傳統(tǒng)的實物實景教學以及單純的實物培訓，虛擬仿真實訓系統(tǒng)能大大縮短建立實物和獲取實訓環(huán)境的時間，而且一套虛擬實訓系統(tǒng)可以多人同時、單人多用，實現(xiàn)在更短的時間和成本內(nèi)培養(yǎng)高素質(zhì)人才的目標。對建筑專業(yè)課程來說，因為建筑產(chǎn)品的一次性特質(zhì)，導致很多實訓材料不能反復利用，而且一些實訓成果拆除費用甚至比安裝費用還要高，這些因素都導致建筑專業(yè)課程的某些實訓成本較高。同時建筑產(chǎn)品生產(chǎn)周期長的特性導致建筑實訓周期較長，這對在有限的課時安排要完成既定的教學任務造成了一定的困擾。虛擬仿真這方面的優(yōu)勢在建筑專業(yè)實訓中體現(xiàn)得非常明顯。

（三）增強安全可靠性

建筑專業(yè)實訓教學因為建筑產(chǎn)品的特性會存在一些危險，高空作業(yè)風險、工具施工風險、用火用電用氣風險等，這些潛在危險對相對安全意識還很薄弱的在校學生人身安全帶來了很大的安全隱患。現(xiàn)階段安全教育是學校教育的重要課題。虛擬仿真實訓系統(tǒng)的介入可以大大降低實訓風險，保障學生的人身安全。虛擬實訓系統(tǒng)使實訓過程中的失誤不再帶來人身傷害，也不會對環(huán)境造成危害，更不會浪費任何財力、物力。使用者通過虛擬練習就可以熟練掌握知識原理和操作流程。

（四）考評結(jié)合，提升教學效果

虛擬仿真實訓系統(tǒng)能夠進行知識點、操作要點及工作流程的仿真實訓考核，比如，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的拆解、檢查、調(diào)整與安裝，以及測試設備的運轉(zhuǎn)情況等。建筑生產(chǎn)過程基本上都是露天作業(yè)，受外部環(huán)境影響較大；同時建筑產(chǎn)品生產(chǎn)周期長、成本高，這些特性都導致建筑實訓考核難度較大。使用虛擬仿真的考評結(jié)合系統(tǒng)可以解決這些問題。同時利用考評結(jié)合系統(tǒng)，繞開了各類客觀環(huán)境的影響因素，也有利于建筑專業(yè)教學各類技能型的比賽舉辦，提高參與率，激發(fā)學生的學習興趣，提升教學效果。

（五）助力遠程教學

新課預習階段，部分專業(yè)課程采用的是微課和PPT的形式，但是對于職業(yè)教育中較為重要的實訓課程，虛擬仿真系統(tǒng)可以幫助學生在課前就模擬整個實訓操作過程，對實訓工作有初步的認知，這樣的預習相對效率較高。同時，線上教學給實訓類課程帶來了很大的挑戰(zhàn)，學生沒有實訓場地和設備，只是知識理論學習和視頻無法達到預期的教學效果，有虛擬仿真系統(tǒng)的輔助，可以很大程度提升教學效果。

二、虛擬仿真系統(tǒng)的不足

（一）虛擬無法取代現(xiàn)實

虛擬仿真始終是虛擬的操作過程，在實訓過程中往往只需要使用鼠標、鍵盤，輕輕點一下就完成了一個操作，這無法讓學生真切感受到實際的生產(chǎn)過程。例如，在鋼結(jié)構(gòu)的面板安裝時，如果是虛擬仿真的話，學生只要點一下鼠標，就完成了自攻釘?shù)尼斎氩僮?。但是實際工作中，自攻釘在釘入時，需要操作工人掌握力度，積累經(jīng)驗，保障完成釘入后板間有空間放置填充物。再比如說，虛擬仿真系統(tǒng)中的扭力扳手只需要點一下鼠標，人無法感受到現(xiàn)實操作中需要多大的力度才能完成。虛擬仿真容易讓學生產(chǎn)生實際操作非常簡單的錯覺，不利于專業(yè)技能的提升，建筑技能人才的培養(yǎng)需要大量的現(xiàn)場實踐經(jīng)驗，虛擬仿真系統(tǒng)無法滿足。

（二）實訓條件單一

研究發(fā)現(xiàn)，課堂上的手機等多媒體設備很難有效控制，不利于課堂教學，因此虛擬仿真系統(tǒng)一般只能在機房中進行，同時虛擬仿真系統(tǒng)往往容量較大，對于機房內(nèi)的電腦要求較高，這給學校的教學資源安排造成了一定的困難。受各種條件的影響，學校的機房配備存在一定的限制，而建筑專業(yè)存在著大量的軟件課程，比如說計算機、CAD、BIM、3DMAX等。如果我們的課程都采用虛擬仿真實訓，全部安排在機房上課，這不太現(xiàn)實。

（三）虛擬仿真操作過程簡單化，實訓結(jié)果理想化

以鋼結(jié)構(gòu)施工過程中高程測量為例，高程測量在虛擬仿真操作平臺中只需要根據(jù)實訓要求選擇適合的線路，選擇采用的儀器設備，緊接著按照平臺的提示，儀器安置在測量點的中間，儀器調(diào)平，尺子放垂直，看著顯示器直接讀數(shù)，按照平臺提示填表計算等，即可完成實訓操作，精度達到要求，最終得到點的高程數(shù)據(jù)。但是實際操作過程中，實操的每個操作過程中的微小失誤都會造成誤差和導致實訓失敗，無法得出數(shù)據(jù)。學生每一次失敗都會伴隨著一次反思和總結(jié)，學生在錯過反思中發(fā)現(xiàn)問題，針對性地解決問題，這個反復循環(huán)的過程是一個很好的理解掌握過程，學生在循環(huán)過程中不斷加深印象。而虛擬仿真的簡單化會給學生造成錯覺，實際上每一項技能的掌握，都是通過不斷的試錯和糾錯過程掌握的。

三、虛實互補實訓模式運用

傳統(tǒng)的建筑專業(yè)實訓模式，存在著實訓周期長、成本高、效率低、學生興趣不高等缺點。虛擬仿真系統(tǒng)可以有效解決這些問題，但是也存在著操作過程過于簡單化、實訓效果理想化、不能取代實操實訓等缺點。有效把這兩種模式結(jié)合起來，綜合運用有利于大大提升實訓效率。

（一）虛擬輔助，實操掌握

翻轉(zhuǎn)課堂是現(xiàn)階段比較常用的一種提高教學效率的方式，是指重新調(diào)整課堂內(nèi)外的時間，將學習的決定權從教師轉(zhuǎn)移到學生。在這種教學模式下，學生能夠更專注于主動學習，共同研究解決問題，從而獲得更深層次的理解。教師不再占用課堂的時間來講授信息，這些信息需要學生在課前完成自主學習，他們可以通過觀看視頻講座、聽播客、閱讀功能較強的電子書，還可以在網(wǎng)絡上與別的同學討論，教師也能有更多的時間與每個人交流。在課后，學生自主規(guī)劃學習內(nèi)容、學習節(jié)奏、風格和呈現(xiàn)知識的方式，教師則采用講授法、協(xié)作法來滿足學生的需要，并促成他們的個性化學習，其目標是為了讓學生通過實踐獲得更真實的學習。互聯(lián)網(wǎng)尤其是移動互聯(lián)網(wǎng)催生“翻轉(zhuǎn)課堂式”教學模式。虛擬仿真系統(tǒng)的存在很好地幫助學生解決實訓課程的課前自學問題，學生在家利用終端就可以自學，進行模擬實訓練習，讓學生初步熟悉實訓的流程，發(fā)現(xiàn)問題。上課時帶著問題進行現(xiàn)場的實訓練習，這樣的學習方式更為高效，學生的印象也更加深刻。課后學生也可以利用仿真系統(tǒng)對所學的課程再次模擬練習，鞏固掌握。

（二）虛實結(jié)合，適應環(huán)境

教學安排上，根據(jù)學校的各種教學資源情況，統(tǒng)一協(xié)調(diào)，現(xiàn)場實操實訓和虛擬仿真實訓結(jié)合起來，可以減少教學資源緊張帶來的問題。

以鋼結(jié)構(gòu)的地腳螺栓安裝實訓為例，實訓資源要求應該有：鋼筋、模板、混凝土、地腳螺栓、定位板等。場地條件：平整的場地（可開挖）。實訓正常的過程應該是使用測量儀器根據(jù)平面圖定位，確定位置；使用定位板輔助地腳螺栓安裝；綁扎鋼筋；制作模板；澆筑混凝土養(yǎng)護。整個流程比較復雜，定位放樣，綁扎鋼筋、制作模板相對來說容易實現(xiàn)，混凝土澆筑硬化后很難拆除，不適合實訓練習，而且如果讓每個人、每個小組都完成一組這樣的綜合實訓，實訓的成本較高，實訓結(jié)果也無法控制，很可能造成浪費的同時，也無法達成預期的實訓效果。因此，這種類型的實訓課程可以根據(jù)學?，F(xiàn)有的實訓資源，虛實結(jié)合在一起運用。有合適的資源適合實操實訓的，我們可以進行現(xiàn)場的實操實訓，沒有場地資源和實訓資源可以采用虛擬仿真系統(tǒng)配合。

（三）虛實合作，完善考核

對于注重技能掌握的職業(yè)類教學來說，實訓部分所占的比重較大。對于課程的考核也一樣，實訓考核應該是在整個課程考核中占比較大。但是實訓考核會受到場地、材料及課時等限制。學校中的資源可能無法全面滿足實訓考核的要求，以時間為例，專業(yè)課學習的課時往往都比較緊張，我們花費過多的時間在實訓考核上（實訓考試往往耗時較長），那用在課程教學的時間就會相應減少，造成得不償失。但采用虛擬仿真教學有一定的問題，虛擬仿真系統(tǒng)在操作過程中會有一些提示信息幫助學生完成實訓考核，客觀地說，這是一種“作弊”，同時虛擬仿真系統(tǒng)往往評價方式比較單一，無法真實反映學生的水平，但虛擬仿真系統(tǒng)受客觀因素影響較小，有利于提高考試效率。因此，評價可以采用虛實結(jié)合的方式，傳統(tǒng)的試卷模式考核理論知識，虛擬仿真平臺考核實訓操作流程，輔助選擇相對影響因素較少的重要實訓知識點進行實操考核，三種方式配合使用，能夠高效考查學生的掌握情況。

以鋼結(jié)構(gòu)施工課程中的平面控制測量考核為例，理論部分采用傳統(tǒng)的試卷模式，尤其是后面重點的計算部分，考查學生的理論掌握情況。實訓部分如果讓學生進行一次平面控制測量的話，最少要三個點以上，教學時間很難滿足現(xiàn)場實訓考試要求。但通過分析發(fā)現(xiàn)，實際上平面控制測量的主要操作技能為距離測量和水平角測量，對于這兩部分在教學中可以采用實操考核，學生測量一個水平角和兩個對應水平距離不需要很長時間，場地也不需要太大，如果一起條件允許的話還可以同時操作，不會占用很多的授課時間。完整的平面控制測量考核可以采用虛擬仿真平臺進行，實訓考核基本操作技能，虛擬仿真考核整體流程，傳統(tǒng)試卷模式考核理論知識，這種模式會保證考核結(jié)果更為客觀。

為了提高教育教學能力，技能大賽是一種很好的形式，以賽促教。但是建筑類的技能大賽相對來說較少，場地條件的限制是主要影響因素之一，虛擬仿真系統(tǒng)不僅可以解決場地的問題，還可以讓更多的學生參與進來，擴大覆蓋面，讓技能大賽的平臺輻射到更多的人，讓更多的學生受益。

（四）實操技能，虛擬流程

建筑類專業(yè)課程中的綜合實訓是綜合課程的所學知識進行完整的實訓操作學習，基于它的綜合性概念，會涵蓋多個知識點、多個實訓點，采用實操實訓會難度較大。以鋼結(jié)構(gòu)定位放線為例。鋼結(jié)構(gòu)的主軸線放線的過程，主要是利用全站儀等測量儀器把主軸線上任意兩個點的位置確定下來，然后利用兩點確定一條直線的原理，即可確定出主軸線的具體位置。完成整個過程所有點的確定，再連線耗時較長，同時也沒有合適的實訓場地，而整個實訓過程中最重要的專業(yè)核心實訓知識點就是坐標放樣。對于這類綜合實訓，我們可以在實訓設計中現(xiàn)場實操時要求學生完成一到兩個點的放樣實操，掌握核心知識點。其余過程利用虛擬仿真結(jié)合，從選擇儀器設備到其余軸線交點的放樣，再到點與點的連線確定主要軸線。仿真模擬操作簡單，效率高，有效地保障學生在有限的時間里完成整個實訓任務。同時在操作過程中，虛擬仿真有效幫助學生了解主軸線的定位放樣的完成流程。虛擬互補，合作共贏，提高實訓效率。

（五）實操重點，虛擬補充

職業(yè)教育的專業(yè)課程需依據(jù)教學大綱進行，教學大綱是根據(jù)學生的實際情況等因素形成的，大綱內(nèi)容不可能做到專業(yè)的全覆蓋。即使大綱內(nèi)容比較全面，但實際教學過程中，受各種客觀因素的影響，也幾乎不可能高質(zhì)量完成所有的專業(yè)知識教學。在此基礎上，實訓教學的影響因素更多，實訓能夠涵蓋的內(nèi)容更少，很多的專業(yè)實訓教學只能集中覆蓋到較為重要的，同時又有實訓條件的教學內(nèi)容，造成部分實訓學習模塊的缺失。虛擬仿真系統(tǒng)可以有效補充，虛擬仿真系統(tǒng)一般都是一平臺支撐多個系統(tǒng)，系統(tǒng)對應著不同的知識點，一套完成的課程虛擬仿真系統(tǒng)可以包括幾乎所有的專業(yè)實訓內(nèi)容，是實訓教學內(nèi)容缺失很好的補充。

虛擬仿真系統(tǒng)還有一個非常有用的功能——糾錯功能，當學生操作發(fā)生錯誤時，系統(tǒng)可以及時提示錯誤，并可以設計體現(xiàn)出錯誤產(chǎn)生的后果、錯誤的原因、提供理論支持、給予正確的指引等。學生發(fā)生錯誤后，可以通過這一系列補充知識的學習，及時改正錯誤，保障實訓繼續(xù)下去，這種試錯法也是一種非常有效的學習方式，能夠幫助學生更好地掌握所學的專業(yè)知識。

虛擬仿真系統(tǒng)的另一個功能就是無條件地重復操作，現(xiàn)在職業(yè)教育專業(yè)教學中，學生的學習能力存在一些不確定性，往往一次實操完成后，學生還不能很好地理解和掌握所學的知識點，往往過幾天就忘記了，虛擬仿真系統(tǒng)針對這個問題，可以做到無需其他補充條件讓學生反復操作練習掌握，只要學生需要，有時間，反復練習，不斷磨合提升，可以幫助學生加深理解和掌握。

新高職的建立，對我們的職業(yè)教學提出了新的要求，為了給社會培養(yǎng)出更多優(yōu)秀的技能人才，需要我們從事職業(yè)教學的教師提升教學效率。而對于建筑專業(yè)的課程實訓，實操實訓對實訓條件的要求較高，導致很多內(nèi)容由于實訓限制無法進行，虛擬仿真有效地進行了補充。建筑專業(yè)的性質(zhì)決定了建筑專業(yè)實訓離不開實地實訓，但實地實訓也存在著一些問題，虛實互補實訓模式是提高教學質(zhì)量的有效途徑之一。

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◎編輯 魯翠紅