新時(shí)代“土木工程施工”課程的信息化教學(xué)手段研究

岳 健,安永林,趙 超

(湖南科技大學(xué) 土木工程學(xué)院,湖南 湘潭 411201)

0 引言

當(dāng)前,隨著5G、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)在本科教育領(lǐng)域的推廣應(yīng)用,本科教育信息化正在開(kāi)啟新的時(shí)代。隨著我國(guó)土木工程建設(shè)的高速發(fā)展,實(shí)踐中應(yīng)用的土木工程施工技術(shù)越來(lái)越注重多項(xiàng)技術(shù)的交叉融合,而且技術(shù)更新的速度也越來(lái)越快,這就倒逼“土木工程施工”課程的講授內(nèi)容不僅要信息量大而且要及時(shí)更新,但相應(yīng)教材內(nèi)容的更新明顯滯后。因此,在“土木工程施工”課程的教學(xué)中,教師除了采用常規(guī)的課堂教學(xué)手段,還有必要采用一些信息化的教學(xué)手段,以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果[1-5]。目前信息化教學(xué)手段多種多樣,但應(yīng)用到具體課程的教學(xué)中應(yīng)“因課而異”,“土木工程施工”課程的信息化教學(xué)手段重在“合適”,不能盲目照搬其他學(xué)?；蚱渌n程使用的手段。對(duì)于湖南科技大學(xué)開(kāi)設(shè)的“土木工程施工”課程,教師除了采用“PPT+板書(shū)”的常規(guī)課堂教學(xué)手段,還可以采用“QQ群+微信+仿真技術(shù)”的手段進(jìn)行信息化教學(xué)。

1 教師利用QQ群進(jìn)行信息化教學(xué)

對(duì)于“土木工程施工”課程,教師利用QQ群進(jìn)行信息化教學(xué)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

(1)教師利用QQ群指導(dǎo)學(xué)生提前預(yù)習(xí)。湖南科技大學(xué)任課教師會(huì)在第5學(xué)期的期末接到“土木工程施工”的上課任務(wù),但本科生從第6學(xué)期的第1周才會(huì)在學(xué)校教室里正式開(kāi)始“土木工程施工”課程,這樣就存在約2個(gè)月的時(shí)間差(包括寒假)。在這段時(shí)間內(nèi),學(xué)生們分散在全國(guó)各地,學(xué)生們手頭也沒(méi)有這門課的紙質(zhì)教材,傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)方式無(wú)能為力。但是,教師可以在這段時(shí)間利用QQ群這種信息化手段,讓學(xué)生提前預(yù)習(xí)這門課的相關(guān)內(nèi)容,這樣學(xué)生也能度過(guò)一個(gè)充實(shí)的長(zhǎng)假。教師建立一個(gè)“土木工程施工課程學(xué)習(xí)QQ群”,讓所有學(xué)生都加入；教師可以在QQ群里上傳這門課的講課PPT,也可以上傳版權(quán)允許的電子版教材,還可以上傳相關(guān)的動(dòng)畫(huà)視頻學(xué)習(xí)資料；根據(jù)這些資料,在QQ群里,教師可以指導(dǎo)學(xué)生提前預(yù)習(xí)并認(rèn)真觀察自己家及附近存在的土木工程施工的相關(guān)內(nèi)容,如表1所示,并且鼓勵(lì)學(xué)生們把自己所見(jiàn)到的拍照上傳QQ群進(jìn)行分享討論,大家在討論各自家鄉(xiāng)建筑美景的同時(shí),也快樂(lè)地提前預(yù)習(xí)了“土木工程施工”的相關(guān)內(nèi)容,這樣能明顯提升之后的課堂學(xué)習(xí)效果。

表1 在QQ群里教師指導(dǎo)學(xué)生在寒假預(yù)習(xí)的內(nèi)容

(2)教師利用QQ群指導(dǎo)學(xué)生完成視頻學(xué)習(xí)?！巴聊竟こ淌┕ぁ边@一門課中的很多施工技術(shù)不僅過(guò)程煩瑣而且晦澀難懂,僅僅依靠傳統(tǒng)的課堂講解枯燥乏味,學(xué)生很難掌握這些技術(shù)。因此可以引入施工過(guò)程三維動(dòng)畫(huà)視頻教學(xué)以克服這些缺點(diǎn),但選擇的視頻最好能詳細(xì)具體地描述整個(gè)施工過(guò)程,這樣學(xué)生觀看的視頻動(dòng)輒超過(guò)30 min,在課堂上觀看這些視頻太耗費(fèi)時(shí)間。教師可以把這些學(xué)習(xí)視頻上傳到QQ群,轉(zhuǎn)換成永久文件,讓學(xué)生在課下可以隨時(shí)下載并觀看學(xué)習(xí)這些視頻。為了督促學(xué)生們仔細(xì)觀看這些視頻,筆者還利用QQ群的“作業(yè)”功能,布置了視頻觀看總結(jié)作業(yè),占了平時(shí)成績(jī)的50%,要求學(xué)生仔細(xì)觀看QQ群里的所有視頻,并且寫(xiě)不少于500字的總結(jié),在線提交,這樣做極大提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。筆者評(píng)閱考試試卷時(shí)發(fā)現(xiàn),一些讓學(xué)生闡述施工工藝過(guò)程的問(wèn)答題,學(xué)生給出的答案并不是以前那種死記硬背式的煩瑣的全文字表達(dá),而是繪制QQ群里看到并記住的視頻圖形并配合精簡(jiǎn)的文字描述,表明學(xué)生已經(jīng)真正掌握了相關(guān)知識(shí)。

(3)教師利用QQ群的其他功能開(kāi)展教學(xué)工作。教師可以利用QQ群的“投票”功能,快速獲取全班學(xué)生對(duì)于講課速度快慢、授課內(nèi)容難易等方面的意見(jiàn),以便教師及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。教師也可以利用QQ群的“在線共享文檔”功能,快速收集學(xué)生的手機(jī)號(hào)碼等個(gè)人信息,方便教學(xué)中有事情可以聯(lián)系到學(xué)生本人,學(xué)生們也可以隨時(shí)隨地編輯這個(gè)文檔,在文檔中發(fā)表對(duì)教學(xué)的任何意見(jiàn)。顯而易見(jiàn),教師采取這些信息化手段大大提升了教學(xué)效率。

2 教師利用微信進(jìn)行信息化教學(xué)

對(duì)于“土木工程施工”課程,教師利用微信進(jìn)行信息化教學(xué)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

(1)教師指導(dǎo)學(xué)生利用微信二維碼學(xué)習(xí)課程知識(shí)。在筆者選用的“土木工程施工”課程教材中,很多知識(shí)點(diǎn)的文字表述旁邊都配備了二維碼,學(xué)生可以利用手機(jī)微信掃描這些二維碼觀看學(xué)習(xí)相關(guān)內(nèi)容。這些二維碼一般都為視頻文件,主要有兩類：一類二維碼用于詳細(xì)描述某個(gè)施工技術(shù)細(xì)節(jié),比如“預(yù)應(yīng)力梁波紋管留設(shè)孔道”這一施工技術(shù)細(xì)節(jié)就可以掃描二維碼觀看；另一類二維碼再現(xiàn)了課堂計(jì)算例題的講解過(guò)程,比如“分別流水法施工方案計(jì)算例題”的難度比較大,老師的講解過(guò)程就被制作成了二維碼,如果基礎(chǔ)差的學(xué)生在課堂上沒(méi)有聽(tīng)懂老師講的這道例題,可以在課后掃描二維碼繼續(xù)觀看理解。需要說(shuō)明的是,前面QQ群中的那些學(xué)習(xí)視頻耗時(shí)較長(zhǎng),而教材中配備的二維碼視頻一般耗時(shí)較短,筆者選擇讓學(xué)生觀看的二維碼視頻一般不超過(guò)6 min。因此,筆者主要是讓學(xué)生在課前、課間、課后的10 min掃描觀看二維碼視頻,以達(dá)到提前預(yù)習(xí)或及時(shí)回顧相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的目的。特別是在兩節(jié)課連上的課間10 min休息時(shí)間,筆者讓學(xué)生觀看二維碼視頻,使學(xué)生在輕松快樂(lè)中學(xué)習(xí)知識(shí),有效地改善了學(xué)生抽空就想睡覺(jué)的不良習(xí)慣。

(2)教師可以把一些有助于學(xué)習(xí)的微信公眾號(hào)推薦給學(xué)生。土木工程行業(yè)的很多網(wǎng)站建得不錯(cuò),里面有很多適合本科生的學(xué)習(xí)資料,這些網(wǎng)站公眾號(hào)也會(huì)經(jīng)常發(fā)布一些土木工程時(shí)事討論的優(yōu)秀推文,學(xué)生在等車坐車等空閑時(shí)間可以瀏覽一下這些網(wǎng)站,這對(duì)于學(xué)習(xí)“土木工程施工”課程是非常有好處的。例如筆者曾把“隧道網(wǎng)”的微信公眾號(hào)推薦給學(xué)生,引起了很多學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

(3)教師指導(dǎo)學(xué)生利用微信觀看會(huì)議報(bào)告。當(dāng)今土木工程施工技術(shù)的更新速度很快,利用微信觀看會(huì)議報(bào)告是了解土木工程行業(yè)最新發(fā)展趨勢(shì)與最先進(jìn)技術(shù)的有效方式。目前很多土木工程學(xué)術(shù)會(huì)議在現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展的同時(shí)還進(jìn)行網(wǎng)上直播,有的甚至可以回放觀看會(huì)議錄像。雖然一些太深?yuàn)W的會(huì)議報(bào)告不適合本科生觀看,但教師可以篩選出容易理解的會(huì)議報(bào)告推薦給本科生觀看,實(shí)際上很多院士的報(bào)告對(duì)于本科生而言也能看得懂。例如：筆者曾把2020年11月舉辦的中國(guó)隧道與地下工程大會(huì)的觀看網(wǎng)址鏈接發(fā)給學(xué)生,并且提醒學(xué)生可以觀看會(huì)議直播,也可以先放到微信的收藏夾中以供日后觀看會(huì)議錄像；學(xué)生們通過(guò)觀看這些會(huì)議報(bào)告,被最新的土木工程施工技術(shù)折服,學(xué)習(xí)“土木工程施工”課程的自豪感油然而生,從而明顯提高了學(xué)習(xí)興趣。

3 教師利用仿真技術(shù)進(jìn)行信息化教學(xué)

對(duì)于“土木工程施工”課程,教師利用仿真技術(shù)進(jìn)行信息化教學(xué)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

(1)教師利用BIM仿真技術(shù)進(jìn)行教學(xué)。在“土木工程施工”課程中,教師利用BIM仿真技術(shù)進(jìn)行教學(xué),主要是針對(duì)某些復(fù)雜的土木工程施工過(guò)程,如果學(xué)生僅僅依靠“文字+圖片”理解起來(lái)較困難,教師可建立過(guò)程可視化的BIM仿真模型,模擬建筑物真實(shí)全面的時(shí)空信息,從“長(zhǎng)度+寬度+高度+時(shí)間+成本”的五維角度講解施工過(guò)程,從而使學(xué)生進(jìn)行全面準(zhǔn)確地進(jìn)行理解。另外,隨著土木工程施工技術(shù)越來(lái)越復(fù)雜,學(xué)生畢業(yè)后成為技術(shù)員,在給工人師傅進(jìn)行復(fù)雜工程的技術(shù)交底時(shí),如果還用過(guò)去的平面紙質(zhì)技術(shù)交底就會(huì)使工人師傅難于理解,因此可考慮使用手機(jī)BIM多維可視化技術(shù)交底。這樣學(xué)生在“土木工程施工”課程學(xué)習(xí)中,也能學(xué)習(xí)到教師是怎樣利用BIM仿真技術(shù)講解復(fù)雜工程問(wèn)題的,由此及彼,這對(duì)于自己將來(lái)利用BIM仿真技術(shù)對(duì)工人師傅進(jìn)行技術(shù)交底是非常有益的。

(2)教師利用數(shù)值仿真技術(shù)進(jìn)行教學(xué)。在“土木工程施工”課程中,教師利用數(shù)值仿真技術(shù)進(jìn)行教學(xué),主要是指依據(jù)有限單元法等數(shù)值分析原理,利用相關(guān)軟件,建立數(shù)值仿真模型,計(jì)算出結(jié)構(gòu)的位移與內(nèi)力等,這在比較選擇最合理的土木工程施工方案上具有重要的作用。例如：教師在講解隧道的全斷面法、上下臺(tái)階法、CD法、CRD法這幾種開(kāi)挖方法時(shí),針對(duì)同一隧道工程,教師利用數(shù)值仿真技術(shù)計(jì)算出這幾種開(kāi)挖方法的位移,并且把這幾種開(kāi)挖方法的位移結(jié)果圖顯示在同一張幻燈片上,從而直觀地顯示出CRD法引起的位移最小,告訴學(xué)生如果以控制位移為主要目的,就應(yīng)該選擇CRD法開(kāi)挖隧道,這能加深學(xué)生對(duì)這幾種開(kāi)挖方法的理解。

(3)教師利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué)。在“土木工程施工”課程中,教師利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué),主要是對(duì)于某些特別危險(xiǎn)的或非常復(fù)雜的土木工程施工過(guò)程,如果學(xué)生僅僅通過(guò)理論課程的學(xué)習(xí)難于掌握,而真實(shí)實(shí)驗(yàn)太過(guò)于危險(xiǎn)或花費(fèi)巨大無(wú)法實(shí)際操作,教師可以指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)加強(qiáng)理解。筆者推薦學(xué)生進(jìn)入“國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程共享平臺(tái)”,可以結(jié)合講課進(jìn)度,及時(shí)完成相應(yīng)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。例如：講到隧道爆破施工技術(shù)時(shí),由于太過(guò)于危險(xiǎn)而無(wú)法開(kāi)展真實(shí)實(shí)驗(yàn),學(xué)生可以通過(guò)完成隧道爆破施工虛擬仿真實(shí)驗(yàn)而掌握相應(yīng)的施工技術(shù)；講到盾構(gòu)隧道的施工技術(shù)時(shí),由于盾構(gòu)機(jī)太過(guò)于昂貴而無(wú)法進(jìn)行真實(shí)實(shí)驗(yàn),學(xué)生可以通過(guò)完成盾構(gòu)隧道施工虛擬仿真實(shí)驗(yàn)掌握相應(yīng)的施工技術(shù)。

4 結(jié)語(yǔ)

目前信息化教學(xué)手段多種多樣,但應(yīng)用到具體課程的教學(xué)中應(yīng)“因課而異”。在“土木工程施工”課程的教學(xué)中,教師除了采用常規(guī)的課堂教學(xué)手段,還可以采用“QQ群+微信+仿真技術(shù)”的信息化手段進(jìn)行教學(xué)。教師既可以利用QQ群指導(dǎo)學(xué)生提前預(yù)習(xí)與完成視頻學(xué)習(xí),也可以利用QQ群的投票功能與在線共享文檔功能開(kāi)展相關(guān)的教學(xué)工作；教師既可以指導(dǎo)學(xué)生利用微信二維碼與微信公眾號(hào)學(xué)習(xí)課程知識(shí),也可以指導(dǎo)學(xué)生利用微信觀看會(huì)議報(bào)告；教師可以綜合利用BIM仿真技術(shù)、數(shù)值仿真技術(shù)、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué)。實(shí)踐表明,在教學(xué)中采用這些信息化手段明顯提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果,也培養(yǎng)了學(xué)生進(jìn)行信息化施工的能力。