虚拟仿真技术在土木工程施工课程的翻转教学应用研究

林㊀业㊀科㊀技㊀情㊀报２０２４Ｖｏｌ ５６Ｎｏ １
收稿日期:２０２３－０９－１９
基金项目:闽南科技学院校级新工科重点建设项目 虚拟仿真技术在土木工程施工课程的翻转教学应用研究 (ＭＫＸＧＫ－２０２１－０４)的总结性成果ꎮ
第一作者:欧永(１９９０－)ꎬ男ꎬ湖南省益阳市人ꎬ汉族ꎬ硕士ꎬ工程师ꎬ研究方向为工程管理教育教学ꎮ
虚拟仿真技术在土木工程施工课程的翻转教学应用研究
欧㊀永㊀李文镪
(闽南科技学院土木工程学院ꎬ福建泉州３６２３３２)
[摘㊀要]㊀该文以土木工程施工课程为例ꎬ打破传统的教学模式ꎬ对课堂教学进行了重新设计ꎬ在教学中应用虚拟仿真技术模拟施工过程并构建翻转课堂ꎮ课后对土木工程施工课程的教学进行评价ꎬ显示整个教学内容符合教学目标ꎬ并提高了课程教学质量ꎮ同时该教学模式提高了学生的学习积极性ꎬ锻炼了学生的综合能力ꎬ有利于新工科背景下复合型人才的培养研究ꎮ
[关键词]㊀土木工程施工课程ꎻ虚拟仿真技术ꎻ翻转课堂ꎻ教学改革
中图分类号:Ｇ６４２.０ꎻＴＵ７４－４㊀㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀㊀㊀㊀㊀文章编号:１００９－３３０３(２０２４)０１－０２３８－０４
ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＶｉｒｔｕａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎＦｌｉｐｐｅｄＴｅａｃｈｉｎｇｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＣｏｕｒｓｅｓ
ＯｕＹｏｎｇ㊀ＬｉＷｅｎｑｉａｎｇ
(ＭｉｎｎａｎＳｃｉｅｎｃｅＡｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏｌｌｅｇｅꎬＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ㊀Ｑｕａｎｚｈｏｕ３６２３３２ꎬＦｕｊｉａｎꎬＣｈｉｎａ)
Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｔａｋｅｓｔｈｅｃｉｖｉｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｃｏｕｒｓｅａｓａｎｅｘａｍｐｌｅꎬｂｒｅａｋｓｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｔｅａｃｈｉｎｇｍｏｄｅꎬｒｅ－ｄｅｓｉｇｎｓｔｈｅｃｌａｓｓｒｏｏｍｔｅａｃｈｉｎｇꎬａｐｐｌｉｅｓｔｈｅｖｉｒｔｕａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｉｎｔｈｅｔｅａｃｈｉｎｇꎬａｎｄｂｕｉｌｄｓｔｈｅｆｌｉｐｐｅｄｃｌａｓｓｒｏｏｍ.Ａｆｔｅｒｃｌａｓｓꎬｔｈｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｉｖｉｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｃｏｕｒｓｅｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｗｈｏｌｅｔｅａｃｈｉｎｇｃｏｎｔｅｎｔｃｏｎｆｏｒｍｓｔｏｔｈｅｔｅａｃｈｉｎｇｏｂｊｅｃｔｉｖｅｓａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅｔｅａｃｈｉｎｇｑｕａｌｉｔｙ.Ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅꎬｔｈｉｓｔｅａｃｈｉｎｇｍｏｄｅｉｍｐｒｏｖｅｓｓｔｕｄｅｎｔｓ'ｌｅａｒｎｉｎｇｅｎｔｈｕｓｉ￣ａｓｍａｎｄｅｘｅｒｃｉｓｅｓｔｈｅｉｒｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅａｂｉｌｉｔｙꎬｗｈｉｃｈｉｓｃｏｎｄｕｃｉｖｅｔｏｔｈｅｃｕｌｔｉｖａｔｉｏｎａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｔａｌｅｎｔｓｕｎｄｅｒｔｈｅｂａｃｋ￣ｇｒｏｕｎｄｏｆｎｅｗｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ.
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:Ｃｉｖｉｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｃｏｕｒｓｅꎻｖｉｒｔｕａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎻｆｌｉｐｐｅｄｃｌａｓｓｒｏｏｍꎻｔｅａｃｈｉｎｇｒｅｆｏｒｍ
０㊀引言
土木工程施工课程是土木类专业中一门实践性很强的专业必修课ꎬ要求学生掌握施工过程中工作的施工方法㊁施工工艺㊁施工组织和施工机械等内容ꎮ该课程具有涉及面广ꎬ实践性强ꎬ知识更新快的特点ꎬ使教师无法在短时间内充分结合工程实践讲解相应理论知识[１]ꎮ而在传统课堂教学中大多数教师采用 满堂灌 形式ꎬ以 粉笔＋黑板＋多媒体 为主要教学手段ꎬ并没有 亲列 工程案例ꎬ使学生缺乏对实际施工现场的认识ꎬ学起来非常吃力ꎬ学习效果不佳ꎮ同时由于工程项目单一性㊁长期性的特点ꎬ现场实践实训往往无法兼顾到各个施工过程ꎬ导致实践效果不佳ꎮ在实际教学过程中ꎬ如何将工程项目中抽象的施工技术和施工流程转化成具象的施工画面㊁施工场景ꎬ如何在较少的课时内将土木工程专业课程内容讲解透彻ꎬ使学生掌握有关土木工程施工技术及管理知识是土木工程施工课程教学的难点ꎮ
在新工科背景下ꎬ市场中的建筑类企业的核心竞争力在新兴科技技术上体现的越来越明显ꎬ该文将时下流行的虚拟仿真技术应用到土木工程施工课程中并结合该课程的翻转教学ꎬ打破了传统教学模式的受限ꎬ提高了学生的积极性ꎬ从而提升了教学质量ꎮ
１㊀虚拟仿真技术及翻转课堂教学的基本思路
㊀㊀在闽南科技学院土木工程学院土木工程施工课程教学中ꎬ该课程主要分为两大块ꎬ一部分为理论教学ꎬ一部分为实践教学ꎮ在理论教学中引入翻转教学理念ꎬ改革传统教学方法ꎬ主要分为３个部分:任务安排㊁提出问题ꎻ课堂教学交流讨论㊁学生展示学习情况ꎻ教师总结点评分析ꎮ翻转课堂相对于传统教学来说具有其特定的优势ꎬ可以使学生积极参与到课堂教学中来ꎮ同时不同的教学资源可以匹配每个学生学习的个性化需求ꎬ增加了教学方式方法的多样性[２]ꎮ
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在实践教学中利用虚拟仿真技术可以虚拟场
景模拟展示现场真实情况ꎬ使学生能够直观㊁形象
地感受建筑的空间结构ꎬ弥补空间想象力不足的问
题[３]ꎮ虚拟仿真技术能够安全有效地解决传统课程实践教学中的一些弊端ꎬ完善教学条件ꎬ形成多
元化的教学环境ꎬ提升土木工程施工课程的教学
质量ꎮ
２㊀虚拟仿真技术及翻转课堂教学设计２.１㊀翻转课堂教学
在理论教学的翻转课堂中ꎬ从３个部分展开课
程设计ꎬ具体内容如下ꎮ
第一部分ꎬ任务安排㊁提出问题ꎮ这部分作为
首个环节ꎬ在于明确教学目标㊁教学任务ꎬ做好总体
布局工作ꎬ把控翻转课堂教学的整体走向[４]ꎮ教师通过提前一周发布教学资源视频ꎬ让学生进行基础理论知识的学习ꎬ并根据学习情况及时反馈问题ꎮ同时教师需要提前发布任务清单ꎬ让学生能够明确教学目标及任务ꎬ提前做好准备ꎬ以便更好地在课堂中进行教学交流讨论ꎮ比如ꎬ教师在安排施工组织管理中有关进度管理的翻转教学时ꎬ提前发布视频资料及任务清单ꎬ要求学生提前学习基础理论知识ꎬ并按６人１小组组成团队ꎬ每个团队成员分配不同任务ꎬ共同完成相关进度管理工作任务ꎮ
第二部分ꎬ课堂教学交流讨论ꎬ学生展示学习
情况ꎮ学生根据任务安排ꎬ做好准备工作ꎬ在课堂
上进行交流讨论㊁展示学习效果ꎬ此方式充分锻炼
了学生的团队协作能力㊁表达能力ꎬ提升了综合技
能[５]ꎮ比如ꎬ在进度管理翻转教学中ꎬ不同小组针对流水施工㊁双代号时标网络图和工期优化等方面进行展示讲解ꎬ期间组织专业教师进行点评㊁解答ꎬ营造了良好的师生交流氛围ꎮ
第三部分ꎬ教师总结点评分析ꎮ教师根据翻转
课堂情况进行总结点评ꎬ明确教学内容是否达到了
教学目标ꎬ并指出学生在学习效果展示中遇到的共
性问题ꎮ但教师不宜将自己的观点强加给学生ꎬ只
是引导学生做出符合自身情况正确的选择[６]ꎮ比如ꎬ在进度管理翻转课堂中ꎬ教师最后对各小组的表现情况做好评价记录ꎬ总结翻转课堂中出现的问题ꎬ以便后续教学中继续改进完善ꎮ
２.２㊀虚拟仿真技术运用
土木工程施工课程合理利用虚拟仿真技术提
升课程教学质量ꎬ主要从３个方面进行体现ꎮ
第一方面ꎬ利用虚拟仿真技术展示施工技术部分ꎮ施工技术部分内容实践性强ꎬ但在学生无法安全高效地参与到真实现场实习实训的情况下ꎬ利用虚拟仿真技术展示各施工现场真实的施工过程ꎬ并根据强制性条文及合同规定的要求在虚拟场景中进行编制施工组织设计㊁施工工序操作等内容ꎮ比如ꎬ在模板施工过程中ꎬ在虚拟仿真平台上进行人机交互ꎬ熟悉模板施工过程中的施工要点ꎬ技术规程等ꎬ掌握此项施工技术ꎮ
第二方面ꎬ利用虚拟仿真技术增加学生积极性ꎮ通过虚拟仿真操作平台为学生营造一个形象逼真的教学情景ꎬ让学生能熟悉每一施工环节ꎬ激起他们求知欲和好奇心ꎬ提高学生学习土木工程施工课程的兴趣ꎬ从而将学生的专注力吸引到课堂教学的内容上去ꎬ以达到教学预期的要求[７]ꎮ
第三方面ꎬ利用虚拟仿真技术翻转教学ꎮ利用虚拟仿真软件的施工工艺模拟操作等方式ꎬ解决课程疑难知识点中难以直观表现㊁讲解困难的问题ꎬ并完善多媒体课件ꎬ采用线上课程结合课堂讲授直播录制的方式进行混合式翻转教学ꎬ形成教学资源库ꎮ
３㊀虚拟仿真技术及翻转课堂考核体系课堂进行虚拟仿真技术及翻转课堂教学改革ꎬ不仅仅需要与之匹配的教学思路及教学设计ꎬ还需要建立切实可行的考核评价体系ꎬ借此真实准确地评价学生的学习及能力提升情况ꎮ土木工程施工课程将理论部分考核分为期末考试成绩占总成绩的６０％ꎬ平时成绩占总成绩的４０％ꎻ平时成绩的构成及比例为:考勤占２０％ꎬ翻转课堂成绩占１０％ꎬ作业占１０％三部分ꎮ比如ꎬ进度管理部分的翻转课堂成绩按以下几个部分进行评分ꎮ
表１㊀翻转课堂评分表
任务
名称
ＰＰＴ制作
(姓名)
主讲人
(姓名)
问答记录
(姓名)
答疑
(姓名)
资料收集
(姓名)
机动选择
(姓名)评分
评语
实践部分成绩主要由３个实践操作模块成绩组成ꎬ其中模板占３０％㊁钢筋占３０％和混凝土浇筑占４０％ꎬ根据给定的模板㊁钢筋和混凝土浇筑３个模块实践操作题目ꎬ完成对应的工艺流程虚拟仿真操作ꎬ根据软件操作完成情况评定分数ꎮ
翻转课堂后ꎬ对参与的班级学生进行了访谈及心得体会撰写ꎮ从结果可知ꎬ学生的参与积极性好ꎬ满意度高ꎬ同学们普遍认为这种教学模式能够
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提升他们的学习积极性ꎬ此种教学模式让学生不但
掌握了课程的基础理论知识ꎬ而且在学习过程中遇
到的疑难问题也得到了解决ꎬ学生在课堂的演讲展
示也进一步锻炼了其工程思维ꎬ全面提升了自身的
综合素质[８]ꎮ而虚拟仿真技术的运用更是通过对施工现场的形象㊁逼真和直观的场景还原ꎬ使缺乏
现场实践经验的学生更容易接受相关教学内容ꎬ印
象更加深刻ꎮ同时学生通过软件实操进一步加强
对实践工作的模拟ꎬ使理论与实践的结合更加紧
密ꎬ促使学生能够积极主动学习㊁开拓创新ꎬ有效地
提升了教学质量ꎮ
４㊀虚拟仿真技术及翻转课堂教学应用建议传统教学中ꎬ教师主要在讲台进行知识内容的讲解ꎬ台下学生在被动地吸收教师所教内容ꎮ而在翻转课堂及虚拟仿真教学的模式下ꎬ教师要做的不仅仅是教授课堂内容ꎬ更多的是尽可能地引导学生参与到课堂教学中来ꎬ从而提高学生的学习积极性ꎬ并提倡学生进行自主学习及创新意识的培养[９]ꎬ具体操作可以参考以下过程ꎮ(１)课前线上资源的学习情况检查
教师检查课前发布的任务㊁教学资源及虚拟仿
真练习教学设计环节ꎬ确保其覆盖的教学内容满足
课程教学的要求ꎬ并检查学生是否有认真履行课前
学习ꎮ这些内容必须做到全面地把控ꎬ以防止线下
课堂交流时ꎬ学生掌握的基础知识不牢固ꎬ使其无
法进一步内化知识㊁拓展知识ꎬ以致丧失了翻转课
堂及虚拟仿真教学的意义[１０]ꎮ
(２)解答课前遇到的问题
在课前学习过程中ꎬ若学生通过小组间的讨论
与学习ꎬ仍然无法解决问题时ꎬ教师可以收集此部
分疑难问题ꎬ经过整理后制作成引导性问题ꎬ通过
测试或者讨论的形式让学生 动 起来ꎬ共同参与到
课堂教学中ꎬ培养学生积极思考㊁团队协作的能力ꎮ
教师在营造良好的课堂氛围后ꎬ和学生一起在交流
讨论过程中释疑ꎮ
(３)把握线下课堂节奏ꎬ有的放矢
在线下教学过程中ꎬ教师要转变角色ꎬ要充当
导演或者教练的角色ꎬ把控全局ꎬ有序推进课堂教
学进展ꎮ在学生遇到问题时ꎬ做启发式解答ꎬ引导
学生对知识进行总结归纳ꎬ建立知识框架体系ꎬ内
化知识[１１]ꎮ在学生展示学习成果时ꎬ尽可能地让学生充分表达自己ꎬ使其体会学习成果所带来的成就感以及分享所带来的快乐ꎮ
(４)课后总结
课堂教学后ꎬ及时做好总结工作ꎬ包括学生的自我总结及教师的总结ꎮ学生通过自我总结培养形成专业知识思维导图ꎬ形成一定的工程思维ꎮ教师要针对线下的翻转教学做好录像视频制作工作及总结评分工作ꎬ方便学生回放教学内容ꎬ细致分析ꎬ加深理解[１２]ꎮ同时教师也可以根据翻转课堂的实际情况做出针对性的调整ꎬ进一步改善教学方式方法ꎬ提升教学质量ꎮ
５㊀结语
在土木工程施工课程教学中ꎬ需要不断地融合大数据信息ꎬ不断创新课堂教学方式ꎬ以此适应信息化时代的教学要求ꎮ通过虚拟仿真技术及翻转课堂的应用ꎬ全面丰富教学资源ꎬ以学生为中心ꎬ带动学生学习积极性ꎬ使教学工作取得了预期的效果ꎮ
参考文献
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