虛擬仿真技術(shù)在橋梁施工實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用

張麗

摘 要：隨著信息技術(shù)的發(fā)展，虛擬仿真教學(xué)以本身模擬性、低耗性、低投入、易共享等特點(diǎn)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)的不足，本文研究了用虛擬仿真技術(shù)開發(fā)“橋梁施工技術(shù)”這門課程的思路和方法。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真 教學(xué) 橋梁施工技術(shù)

引 言

“橋梁施工技術(shù)”是路橋?qū)I(yè)學(xué)習(xí)中的一門重要專業(yè)課程，在以往的教學(xué)中，因?yàn)槭艿浇虒W(xué)條件和教學(xué)資源的限制，傳統(tǒng)教學(xué)方法不能夠滿足這門課程的教學(xué)需求。這門課程的特點(diǎn)是實(shí)踐性強(qiáng)，需在教學(xué)期間設(shè)置實(shí)訓(xùn)課程，加強(qiáng)對學(xué)生實(shí)踐及創(chuàng)新能力的訓(xùn)練。但是，由于場地、設(shè)備有限，校內(nèi)難以提供學(xué)生綜合實(shí)踐的場所，隨著信息技術(shù)教學(xué)手段的發(fā)展，虛擬仿真為教學(xué)雙方提供了很好的平臺，突破了時(shí)空界限，實(shí)現(xiàn)了虛實(shí)結(jié)合、相互補(bǔ)充。虛擬仿真具有模擬性、低能耗、低投入、易共享等特點(diǎn)，能有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)的不足，使教學(xué)內(nèi)容更加豐富完整，大大方便了學(xué)生的學(xué)習(xí)交流，也激發(fā)了學(xué)生主動學(xué)習(xí)的熱情，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

1 虛擬仿真教學(xué)軟件的開發(fā)思路

在進(jìn)行“橋梁施工技術(shù)”虛擬仿真實(shí)訓(xùn)軟件的開發(fā)中，我們必須彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)方法的不足，最大限度地發(fā)揮虛擬仿真的優(yōu)勢，這樣才能最大限度地提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，所以，在進(jìn)行“橋梁施工技術(shù)”虛擬仿真軟件的開發(fā)中，我們要彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)資源和教學(xué)場地的不足，掌握相關(guān)實(shí)訓(xùn)技能。為解決教學(xué)資源的限制造成日常教學(xué)中無法進(jìn)行計(jì)劃內(nèi)的實(shí)踐教學(xué)這一問題，開發(fā)該軟件旨在提供一個(gè)虛擬教學(xué)平臺，從而擺脫資源、時(shí)間、空間的限制，便于學(xué)生學(xué)習(xí)和使用。

“橋梁施工技術(shù)”是一門實(shí)踐性比較強(qiáng)的專業(yè)課程，虛擬仿真教學(xué)要與傳統(tǒng)實(shí)踐環(huán)節(jié)相結(jié)合，提供基于信息技術(shù)的新型實(shí)踐環(huán)境。虛擬仿真課程體系主要包括演示性和人機(jī)交互式兩種類型。

第一，演示性教學(xué)。按照課程學(xué)習(xí)大綱的要求，制作相應(yīng)的工程圖片、文字、動畫和施工視頻，方便學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)，同時(shí)，了解和掌握相關(guān)橋梁施工技術(shù)的操作步驟。

第二， 人機(jī)交互教學(xué)。開發(fā)相關(guān)的人機(jī)交互模擬軟件程序，滿足學(xué)生模擬實(shí)際情況的需求，給他們提供動手操作的機(jī)會，最后由系統(tǒng)記錄其操作并自動生成成績考核；教師可以根據(jù)課程教學(xué)的需要，給學(xué)生指定實(shí)訓(xùn)題目，由學(xué)生自行設(shè)計(jì)，最后提交電子成果。

我們通過基于虛擬平臺系統(tǒng)的建設(shè)，為學(xué)生們提供一種基于信息技術(shù)的新型實(shí)踐環(huán)境。在這種虛擬仿真的教學(xué)中，學(xué)生可以不用四處走訪工地，更加安全地了解更多各類工程的實(shí)例，增加對橋梁工程施工的認(rèn)識，虛擬仿真課程實(shí)訓(xùn)可以更貼近實(shí)際工作環(huán)境，使得教學(xué)實(shí)踐與社會需求更加一致，避免教學(xué)與社會需求脫節(jié)。

2 虛擬仿真教學(xué)的開發(fā)過程

2.1 實(shí)訓(xùn)內(nèi)容虛擬化

按照高職院校學(xué)生就業(yè)崗位的職業(yè)技能要求，通過虛擬仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)，建設(shè)虛擬化、立體化、結(jié)構(gòu)化展示專業(yè)機(jī)具設(shè)備及工程案例、工程項(xiàng)目施工流程工藝，實(shí)現(xiàn)學(xué)生游走在三維的虛擬空間中，通過趣味性的操作技能，讓教學(xué)知識點(diǎn)深入淺出地被學(xué)生掌握，更好地培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)能力，增強(qiáng)崗位核心競爭力。

2.2 教學(xué)方式多樣化

虛擬仿真教學(xué)打破了現(xiàn)實(shí)空間、時(shí)間、環(huán)境、資金等客觀因素的限制，為教師提供了課程設(shè)置、任務(wù)設(shè)置、考核方式設(shè)置等多種功能，使教師能夠輕松安排教學(xué)中所需的課程、任務(wù)和考核評價(jià)，并可以將施工企業(yè)的新材料、新技能、新工藝等知識及時(shí)錄入系統(tǒng)，使教學(xué)內(nèi)容始終保持與企業(yè)同步。同時(shí)，通過系統(tǒng)的任務(wù)設(shè)置、自動考核、數(shù)據(jù)自動分析等功能，讓教師在第一時(shí)間得到學(xué)生技能掌握情況的信息反饋，更好地調(diào)整教學(xué)重點(diǎn)與教學(xué)方式，提升教師實(shí)踐教學(xué)效率。

2.3 實(shí)訓(xùn)建設(shè)專項(xiàng)化

通過虛擬仿真和最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)建設(shè)橋梁施工的虛擬仿真教學(xué)資源，讓每個(gè)課程都能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)踐操作。同時(shí)，信息化實(shí)踐教學(xué)課程的率先開展，實(shí)現(xiàn)了課程創(chuàng)新并完成了認(rèn)證注冊，有效提升了專業(yè)課程的質(zhì)量。

3 橋梁施工虛擬仿真教學(xué)的具體開發(fā)過程

第一，通過問卷調(diào)查，詢問已畢業(yè)踏上工作崗位的學(xué)生橋梁傳統(tǒng)教學(xué)中有哪些優(yōu)缺點(diǎn)，從而確定虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)需要重點(diǎn)關(guān)注哪些知識和能力，梳理出典型的工作任務(wù)，歸納出典型的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，確定相應(yīng)的資源模塊。

第二，經(jīng)過比較，選定典型的施工圖紙和橋梁專項(xiàng)施工方案，以此為基礎(chǔ)建立虛擬仿真實(shí)訓(xùn)的分項(xiàng)項(xiàng)目任務(wù)。如圖1 所示。

第三，橋梁施工仿真教學(xué)系統(tǒng)根據(jù)行業(yè)典型案例，以虛擬仿真形式整體呈現(xiàn)涉及施工的所有知識點(diǎn)。避免傳統(tǒng)教學(xué)中工程建造空間與時(shí)間問題，實(shí)現(xiàn)全面一體的課堂教學(xué)呈現(xiàn)。軟件應(yīng)遵循分項(xiàng)工程——施工流程——操作步驟的任務(wù)表達(dá)方式，進(jìn)入單個(gè)任務(wù)模塊進(jìn)行學(xué)習(xí)操作時(shí)，操作任務(wù)本身需以某個(gè)案例工程為依托，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場施工工藝流程，以具體化施工步驟的方式，通過調(diào)取系統(tǒng)為當(dāng)前任務(wù)配置施工機(jī)具、材料的工具，最終完成該項(xiàng)施工操作任務(wù)體驗(yàn)。開發(fā)軟件可以具備教學(xué)模式、學(xué)習(xí)模式、考核模式三種操作模式，教師可以進(jìn)入“授課模式”進(jìn)行教學(xué)，教學(xué)系統(tǒng)實(shí)操過程中有聲音文字提示；學(xué)生可進(jìn)入“學(xué)習(xí)模式”“考核模式”進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和參加考試。進(jìn)入考核模式時(shí)，操作過程中無聲音文字提示，并有完成操作計(jì)時(shí)的功能，同時(shí)，對學(xué)習(xí)考試結(jié)果進(jìn)行分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)及錯(cuò)題分析，以滿足多樣化教學(xué)應(yīng)用的需求，如圖2所示。

4 總結(jié)

虛擬仿真教學(xué)應(yīng)用三維仿真技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對施工工藝和施工細(xì)節(jié)的立體化展示，改變了教學(xué)中理論知識較抽象這一弊端，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和效率。通過趣味性的技能操作，讓學(xué)生深入理解教學(xué)內(nèi)容中的重點(diǎn)難點(diǎn)，提升學(xué)校教學(xué)水平。虛擬仿真教學(xué)通過平臺整體架構(gòu)及功能性設(shè)置，將最大限度地實(shí)現(xiàn)資源應(yīng)用的范圍和能力，實(shí)現(xiàn)學(xué)生在校內(nèi)進(jìn)行與施工企業(yè)工作任務(wù)相一致的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)，豐富了學(xué)校信息化教學(xué)資源及實(shí)踐操作實(shí)訓(xùn)設(shè)施，為學(xué)生提供了全方位的教學(xué)資源，幫助學(xué)生提升崗位核心競爭力，為學(xué)校提供了更多更好的教學(xué)條件和教學(xué)資源。虛擬仿真教學(xué)將成為未來十年實(shí)訓(xùn)教學(xué)的一大趨勢。

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