建“虛實結(jié)合”實訓(xùn)中心創(chuàng)新土木專業(yè)“五式”實踐教學(xué)

王曉琴　楊蕓　周楚兵

摘 ?要：以我院土木工程實訓(xùn)基地為基礎(chǔ)，建立“虛實結(jié)合”實訓(xùn)中心，運用現(xiàn)代信息技術(shù)，突破對實踐時間、空間和資源使用的限制，隨時隨地，達到實現(xiàn)只要有網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境就可以進行虛擬仿真訓(xùn)練的效果，同時將虛擬與現(xiàn)實有機結(jié)合作為一種信息化教育、教學(xué)手段在土木工程專業(yè)創(chuàng)新“五式”實踐教學(xué)體系，提高教學(xué)成效，提高學(xué)生的專注度，反饋度和自由度。

關(guān)鍵詞：虛實結(jié)合;創(chuàng)新;土木工程;“五式”實踐教學(xué)體系

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2021）07-0044-04

Abstract： On the basis of our civil engineering training base， we can establish a training center with the combination of the virtue and reality and use the modern information technology to breakthrough the limitation on the practice time， space and resource usage and can reach a effect of having a virtual simulation training as long as there is a network environment in anytime and anywhere， at the same time the organic combination virtue and reality， as a kind of information-based education， teaching means in the "five type" practice teaching system of civil engineering professional innovation and improve the teaching results， improve the students' concentration， degree of feedback and degree of freedom.

Keywords： combination of virtue and reality; innovation; civil engineering; "five types" practice teaching system

前言

“十一五”期間，我國高校建立了501個國家級實驗教學(xué)示范中心，涵蓋了33個學(xué)科;“十二五”期間，2011年有100個部屬院校建立國家級實驗教學(xué)示范中心，2012年有120個省屬院校建立國家級實驗教學(xué)示范中心。

2013年（教高司函〔2013〕94號），提出虛擬仿真實驗教學(xué)是高等教育信息化建設(shè)和實驗教學(xué)示范中心建設(shè)的重要內(nèi)容，是學(xué)科專業(yè)與信息技術(shù)深度融合的產(chǎn)物。2017年高教司發(fā)布了《教育部辦公廳2017-2020年開展示范性虛擬仿真實驗教學(xué)項目建設(shè)的通知》，明確統(tǒng)籌規(guī)劃到2020年認定1000項左右示范性虛擬仿真實驗室教學(xué)項目。

虛擬仿真實驗教學(xué)已經(jīng)從“十二五”時期強調(diào)虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)、商業(yè)化虛擬仿真實驗教學(xué)項目集成與局部應(yīng)用共享為主的初始普及階段，進入到“十三五”時期強調(diào)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的示范性虛擬仿真實驗教學(xué)項目建設(shè)與大規(guī)模在線開發(fā)共享為主的深入發(fā)展階段。

我院對土木工程專業(yè)的培養(yǎng)目標定位為實踐能力較強，有創(chuàng)新意識的應(yīng)用型人才。但是建筑項目施工工藝復(fù)雜，工作過程在教學(xué)中難以描述， 學(xué)生理解困難;建筑施工周期長，時間與空間交錯，整體項目思維難以捋清，學(xué)生難以參觀或體驗整個周期。由于實驗場所局限性，實驗室資源不足，且實訓(xùn)基地建設(shè)缺乏前沿設(shè)計和新穎思路，學(xué)生的實踐條件受時間和空間條件限制，因此培養(yǎng)應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才目標變得空洞起來。

一、虛實結(jié)合實驗室建設(shè)思路與實現(xiàn)模式

（一）現(xiàn)有實驗室條件

2015年建設(shè)了土木工程實訓(xùn)基地包含構(gòu)造展示區(qū)、安全體驗區(qū)、定型化設(shè)施展示區(qū)共28項。

1. 構(gòu)造展示區(qū)：包括衛(wèi)生間樣板、砌體樣板、抹灰樣板、樓梯樣板、主體支模、屋面樣板、主體實體、管道水井樣板。

2. 安全體驗區(qū)：包括緊急自救、安全防護裝備展示、綜合用電展示、鋼爬架、安全帶體驗區(qū)、洞口墜落體驗、移動式操作平臺、安全帽撞擊體驗、臨時通道體驗。

3. 定型化設(shè)施展示區(qū)：包括切割機防護罩、電焊機推車、原材料標識牌、電梯井防護門、乙炔推車、試塊振動平臺、箍筋吊籠、移動式圍欄、卸料平臺、二級箱防護棚。

（二）虛實結(jié)合實訓(xùn)室建設(shè)思路

提高學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新精神為核心，以現(xiàn)代信息技術(shù)為依托，以土木工程校級特色專業(yè)急需的實踐教學(xué)信息化為指向，以“土木工程施工”教學(xué)項目為基礎(chǔ)，利用三維仿真技術(shù)制作教學(xué)資源素材庫，利用虛擬仿真技術(shù)體驗建筑全生命周期，虛擬仿真搭建工作場景，通過角色扮演體驗管理過程，解決土木真實項目條件不具備，高成本，高消耗，不可逆操作，實踐又必須展現(xiàn)給學(xué)生的矛盾。

（三）虛實結(jié)合實訓(xùn)室實現(xiàn)模式

“虛實結(jié)合，以虛補實”。以已建成的土木工程實訓(xùn)基地28項實物包括構(gòu)造展示、安全體驗等實物為基礎(chǔ)，利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)搭建共享平臺，與時俱進，制作實物包含其施工要點，工藝等詳細內(nèi)容的二維碼，虛實結(jié)合構(gòu)建體驗式學(xué)習(xí)環(huán)境。

“先實后虛，虛實結(jié)合”。以已建成的實訓(xùn)基地28項實物包括構(gòu)造展示、安全體驗等實物和二維碼為基礎(chǔ)，利用現(xiàn)代3D、VR技術(shù)，開發(fā)斜拉橋、抹灰、衛(wèi)生間施工、高層施工、高空墜落、安全帽撞擊等虛擬仿真實踐教學(xué)平臺。

“虛實結(jié)合，以虛代實”。建立智能檢測與虛擬現(xiàn)實創(chuàng)新中心，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)土木工程施工類課程的直觀呈現(xiàn)，利用開發(fā)的虛擬現(xiàn)實實踐教學(xué)平臺，形成“土木工程專業(yè)核心課-土木工程生產(chǎn)實訓(xùn)——工程仿真實訓(xùn)”的虛實結(jié)合的實踐教學(xué)體系。

“虛實結(jié)合，以虛驗實”。通過虛擬仿真實驗室的建設(shè)，開展探索性實驗;建立學(xué)生“客創(chuàng)中心”，提供VR創(chuàng)作資源平臺，幫助學(xué)生解決在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)中所遇到的問題，為學(xué)生提供更多的技術(shù)性支持和專業(yè)輔導(dǎo)，同時可以參加全國性或者全省性的VR技能大賽，提升學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的實踐能力。

二、創(chuàng)新“五式”實踐教學(xué)體系

將虛擬與現(xiàn)實有機結(jié)合作為一種信息化教育、教學(xué)手段在土木工程專業(yè)創(chuàng)新“模型式助學(xué)、任務(wù)式導(dǎo)學(xué)，項目式教學(xué)，沉浸式實訓(xùn)，隨機式考評”的實踐教學(xué)體系，使學(xué)生“課前可認知，自主能學(xué)習(xí)，課堂有思考，課后能實踐，結(jié)課會考評”，開創(chuàng)虛實結(jié)合在我院土木工程專業(yè)實踐教學(xué)中應(yīng)用的新局面，同時能與工程造價、工程管理、給排水工程、城鄉(xiāng)規(guī)劃等專業(yè)共享。

“模型式助學(xué)”。室外1：1實體模型+室內(nèi)等比例模型，展示建筑構(gòu)造、鋼筋節(jié)點、各種橋型構(gòu)造、鋼結(jié)構(gòu)焊接形式、融入了土木工程特色結(jié)構(gòu)，剖析了施工工藝，巖石礦石，山川地貌、地形展示等，內(nèi)容豐富，真實，很好的幫助學(xué)生直觀理解，實現(xiàn)教學(xué)做一體化。

“任務(wù)式導(dǎo)學(xué)”。用任務(wù)進行新知識的引入，針對每個知識點的特點，將文字精講、圖片、 視頻、模型、國家規(guī)范、試題巧妙的融為一體，幫助學(xué)生從多角度理解知識點，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力。

“項目式教學(xué)”。以實際項目驅(qū)動教學(xué)，由學(xué)生親自進行項目設(shè)計、開發(fā)，讓學(xué)生在實踐中鞏固所學(xué)理論知識，提升學(xué)生實戰(zhàn)能力，激發(fā)學(xué)生職業(yè)意識。

“沉浸式實訓(xùn)”。通過虛實有機結(jié)合的沉浸式、交互式，想象性實踐改變傳統(tǒng)實踐教學(xué)方法，誘導(dǎo)學(xué)生在虛擬實踐環(huán)境下的主動探索，提高教學(xué)成效，提高學(xué)生的專注度，反饋度和自由度，體現(xiàn)了“以學(xué)生為中心”的個性化教育。

“隨機式考評”。建立專業(yè)知識庫平臺，將數(shù)字資源庫、知識庫、數(shù)字教材、APP和教學(xué)管理集中在同一個系統(tǒng)下，通過邀請碼掃描、將實體樓知識點立體文章呈現(xiàn)在師生的手機端上。在線考核平臺、海量題庫自由組合 ，形成一體化、多功能、全方位實訓(xùn)考評系統(tǒng)。

三、結(jié)束語

建立虛實結(jié)合實訓(xùn)中心可以緩解作為校級特色專業(yè)的土木工程其實驗場地不足，建立土木工程的真實項目條件不具備，高成本，高消耗，不可逆操作等問題;將現(xiàn)實與虛擬有機結(jié)合，利用實物仿真技術(shù)重構(gòu)施工場景，有利于推動土木工程專業(yè)虛擬技術(shù)與實踐教學(xué)的深度融合;拓展實驗教學(xué)內(nèi)容廣度和深度、延伸教學(xué)時間和空間、提升實驗教學(xué)質(zhì)量和水平。虛實有機結(jié)合實訓(xùn)中心的建立，有利于啟發(fā)、誘導(dǎo)學(xué)生在虛擬實踐環(huán)境下的主動探索，體現(xiàn)了“以學(xué)生為中心”的個性化教育。

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基金項目：2019年教育部“協(xié)同育人項目”“產(chǎn)學(xué)研協(xié)同視閾下土木工程專業(yè)智能檢測創(chuàng)新中心的建設(shè)”（編號：201901235008）;2019年湖北教育廳省教研項目“民辦高校土木工程特色專業(yè)基于虛擬與現(xiàn)實有機結(jié)合的實驗室建設(shè)與實踐”（編號：2008512）;2019年湖北省職業(yè)技術(shù)教育學(xué)會“高職院校建筑工程技術(shù)新工科人才培養(yǎng)模式改革和創(chuàng)新研究”（編號：ZJGA201904）

作者簡介：王曉琴（1978-），女，漢族，湖北荊門人，博士，副教授，系主任，研究方向：土木工程教育。