裝配式混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)虛擬仿真軟件在教學(xué)中的應(yīng)用

韓長菊，劉雪娥，楊曉杰

(昆明冶金高等專科學(xué)校學(xué)校建筑工程學(xué)院，云南 昆明 650033)

2017年3月23日，中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部制定了《“十三五”裝配式建筑行動方案》(以下簡稱《方案》)?！斗桨浮访鞔_指出，培育裝配式建筑產(chǎn)業(yè)隊伍，依托相關(guān)的院校、骨干企業(yè)、職業(yè)培訓(xùn)機構(gòu)和公共實訓(xùn)基地，設(shè)置裝配式建筑相關(guān)課程[1]。2017年6月9日，《云南省人民政府辦公廳關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的實施意見》提出要加強裝配式人才培養(yǎng)，大力培養(yǎng)裝配式建筑設(shè)計、部品部件生產(chǎn)、施工、項目管理等專業(yè)人才，鼓勵高校、職業(yè)學(xué)校設(shè)置裝配式建筑相關(guān)課程[2]。裝配式建筑，作為新型建筑工業(yè)化的重要形式，建筑轉(zhuǎn)型的重要突破口，是建筑業(yè)的技術(shù)革新和產(chǎn)業(yè)升級，將為我國建筑業(yè)帶來以綠色高效為特點的從手工“建造”到工業(yè)“制造”的跨越[3]。發(fā)展裝配式建筑是一個系統(tǒng)性工程，人才、管理、技術(shù)等各個方面都面臨著新的挑戰(zhàn)。目前，裝配式建筑專業(yè)人才不足是裝配式建筑發(fā)展的重要制約因素之一，在市場需求和我國裝配式建筑行業(yè)蓬勃發(fā)展的雙重刺激下，各高職院校紛紛研究裝配式建筑人才的培養(yǎng)方式?！盎炷令A(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)”是裝配式建筑的一個重要環(huán)節(jié)，課程的實踐性強，內(nèi)容比較抽象，僅靠文字內(nèi)容難以直觀體現(xiàn)整個生產(chǎn)過程，虛擬仿真軟件的引入，有利于高職院校按模塊教學(xué)，學(xué)生邊學(xué)邊練，以任務(wù)完成度分項考核，幫助學(xué)生掌握所有知識點。

1 “裝配式混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)”虛擬仿真系統(tǒng)模塊構(gòu)成

根據(jù)混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)過程，虛擬仿真系統(tǒng)分為5個大的模塊，每個模塊代表生產(chǎn)的一二個過程，可以作為一個教學(xué)單元。每個模塊分別由任務(wù)控制端和虛擬端組成。任務(wù)控制端可以完成每個模塊的任務(wù)(圖1)，包括原料預(yù)算、磨具準(zhǔn)備、鋼筋操作、混凝土制作與構(gòu)件澆筑、構(gòu)件蒸養(yǎng)與起板入庫等過程(表1)，虛擬端可以加載構(gòu)件的三維模型圖，可以從不同視角、不同狀態(tài)觀察構(gòu)件，輔助完成每一個模塊的操作任務(wù)(圖2)。

表1 裝配式混凝土預(yù)制構(gòu)件虛擬仿真系統(tǒng)模塊構(gòu)成Tab.1 Module composition of virtual simulation system for pretebricated concrete precast components

圖1 原料預(yù)算模塊控制端Fig.1 Raw material budget module control teminal

圖2 原料預(yù)算模塊虛擬仿真端Fig.2 Virtural simulator of raw material budget module

2 虛擬仿真系統(tǒng)在教學(xué)中的應(yīng)用情況及分析

2.1 虛擬仿真系統(tǒng)在教學(xué)中的應(yīng)用

裝配式建筑是近幾年才興起的行業(yè)，還沒有成熟的人才培養(yǎng)方案和課程教學(xué)大綱，課程資源不足；裝配式建筑的教學(xué)還處于初級階段，沒有成熟的理論體系和完善的實訓(xùn)過程，師生缺乏裝配式建筑相關(guān)知識[4]。裝配式建筑工程領(lǐng)域，實際工程項目匱乏且分布不均，裝配式建筑實訓(xùn)實習(xí)基地較少,實習(xí)實訓(xùn)困難,學(xué)生缺少實踐經(jīng)驗[5]。裝配式混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)需要學(xué)生具備裝配式建筑構(gòu)件的識圖能力，能夠進行鋼筋用量計算、擺放和綁扎，熟悉混凝土原材料性能和配合比設(shè)計，混凝土基本性能、澆筑、振平和構(gòu)件蒸養(yǎng)，預(yù)埋件的擺放等，對學(xué)生專業(yè)綜合能力要求較高。在授課資源缺乏，實訓(xùn)條件有限的形勢下，虛擬仿真系統(tǒng)既可以提供一個實踐的平臺，達到提高學(xué)生動手能力的目的，也可以幫助師生理解裝配式建筑的理論知識和工藝過程。虛擬仿真系統(tǒng)分模塊設(shè)置，結(jié)合虛擬端的直觀性，畫面可放大縮小，360°全方位旋轉(zhuǎn)，幫助學(xué)生識圖、讀圖、計算、熟悉流程和操作。

目前，我院教師以建筑材料方向為主，對裝配式混凝土方面了解不多，師資力量薄弱，且沒有相應(yīng)的企業(yè)工作經(jīng)驗，專業(yè)教師對于裝配式建筑的知識掌握較少，大部分裝配式建筑的知識來自于講座及各類會議，沒有經(jīng)過系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，理論和實踐經(jīng)驗均不足，備課壓力較大。依托裝配式混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)虛擬仿真軟件，教師可以便捷地進行裝配式建筑知識和技能梳理，為推進裝配式混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)的系統(tǒng)化教學(xué)打下基礎(chǔ)，學(xué)生可以對整個裝配式建筑領(lǐng)域知識與技能進行系統(tǒng)訓(xùn)練和學(xué)習(xí)，切實提升教學(xué)效果，更有效地培養(yǎng)裝配式建筑人才。在運用虛擬仿真系統(tǒng)教學(xué)過程中，教師在幫助學(xué)生掌握基本知識的基礎(chǔ)上，重點在于鍛煉學(xué)生對知識的運用能力，并充分利用軟件的輔助作用，培養(yǎng)學(xué)生的操作能力、團隊協(xié)作能力、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。

2.2 虛擬仿真系統(tǒng)應(yīng)用過程中凸顯的問題及應(yīng)對措施

在我國，裝配式建筑主要以裝配式混凝土建筑為主，裝配式混凝土預(yù)制構(gòu)件的制作與運輸對于裝配式混凝土建筑極其重要[6]。建筑材料工程技術(shù)專業(yè)學(xué)生前期已經(jīng)學(xué)過水泥生產(chǎn)技術(shù)、混凝土相關(guān)課程，已經(jīng)具備混凝土配合比設(shè)計、澆筑、振平、養(yǎng)護等知識，但沒有學(xué)習(xí)過建筑構(gòu)件識圖、鋼筋計算、擺放和綁扎等知識，上課時需要教師對這部分知識進行相應(yīng)補充。所以，授課教師既要具備建筑材料知識，也要有一定的建筑工程識圖及鋼筋、預(yù)埋件等知識，這是對教師的考驗。除此之外，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中也凸顯了一些問題。

2.2.1 學(xué)生能動性的培養(yǎng)

學(xué)生在完成虛擬仿真系統(tǒng)模塊操作時，表現(xiàn)出不求甚解的狀態(tài)，停留于完成任務(wù)的表面，死記參數(shù)和操作步驟，不愿意多花時間鉆研模塊任務(wù)的來龍去脈，不知道自己的操作是否合理，不能對自己的操作步驟進行合理的分析，只會像做數(shù)學(xué)題一樣，填入數(shù)據(jù)，導(dǎo)出結(jié)果。裝配式混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)課程涉及知識面廣、綜合性強，學(xué)生應(yīng)具備知識的遷移能力和綜合運用能力，將理論知識與軟件仿真有機結(jié)合，邊學(xué)邊練。這需要教師引導(dǎo)學(xué)生厘清思路，明確任務(wù)要考查的知識點，將知識融入到操作任務(wù)過程中，達到融會貫通。

實踐教學(xué)的本質(zhì)是理論教學(xué)的延伸[7]，虛擬仿真系統(tǒng)可以模擬真實的生產(chǎn)過程，讓學(xué)生進入角色，親自動手調(diào)節(jié)生產(chǎn)參數(shù)、操作儀器設(shè)備，使學(xué)習(xí)變得更加充實和生動。但學(xué)生的學(xué)習(xí)程度不同，對知識理解和運用的能力不同，在操作過程中會出現(xiàn)各種各樣的操作問題，這就要求教師要有足夠的知識和解決實際問題的能力，對學(xué)生在操作過程中出現(xiàn)的問題具有靈活自如的應(yīng)對能力，能夠?qū)W(xué)生進行正確的引導(dǎo)與分析。

2.2.2 軟件測評功能的合理運用

裝配式混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)虛擬仿真系統(tǒng)的功能不僅限于模擬生產(chǎn)，作為教與學(xué)輔助系統(tǒng)，還需要有測評的功能，以檢驗學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。在教學(xué)過程中，教師利用軟件的管理系統(tǒng)下達考核任務(wù)，學(xué)生在客戶端對裝配式混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)過程進行仿真操作，服務(wù)器系統(tǒng)記錄客戶端的操作訓(xùn)練過程中，系統(tǒng)自動記錄學(xué)生的操作內(nèi)容，并根據(jù)學(xué)生操作情況評判成績(圖3)。通過軟件的測評功能，可以對學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果和知識掌握程度進行檢驗，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，幫助他們盡可能掌握操作過程，提高對知識的綜合運用能力和由理論知識向?qū)嵺`能力轉(zhuǎn)化的本領(lǐng)。生產(chǎn)過程的控制參數(shù)因生產(chǎn)任務(wù)的不同而有差異，操作答案不是唯一的，測評軟件沒有提供多個操作方案，軟件評分只能作為衡量學(xué)生成績的參考。仿真教學(xué)教給學(xué)生分析問題和解決問題的思路，是能力的訓(xùn)練，這一過程僅靠軟件的測評結(jié)果無法全面評價學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，需要教師充分分析學(xué)生的操作過程，對學(xué)生作出客觀的評價。

圖3 學(xué)生操作記錄和成績Fig.3 Students’ operating records and scores

3 虛擬仿真系統(tǒng)的完善與提高

虛擬仿真是現(xiàn)代化教學(xué)的主要手段之一。目前，我院利用該實訓(xùn)軟件已經(jīng)完成3個教學(xué)行政班的教學(xué)任務(wù)，著眼于裝配式人才培養(yǎng)，裝配式混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)課程的建設(shè)尚任重道遠(yuǎn)，為更好地服務(wù)于教學(xué)，虛擬仿真系統(tǒng)的功能也需要進一步完善與提高。

1) 虛擬仿真系統(tǒng)只是提供了一個平臺，是教學(xué)的輔助手段，教師要深入研究課程和企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)，充分開發(fā)虛擬仿真系統(tǒng)的功能，將理論知識、虛擬仿真和企業(yè)生產(chǎn)實際3者緊密結(jié)合，實際生產(chǎn)操作在仿真平臺上演練，讓仿真系統(tǒng)在教學(xué)中發(fā)揮最大的作用。

2) 校企合作，共建仿真實訓(xùn)平臺，拓展實訓(xùn)任務(wù)，使操作參數(shù)更加貼近企業(yè)實際，建立與企業(yè)長效合作機制，采集企業(yè)生產(chǎn)操作方式、方法和數(shù)據(jù)，豐富仿真實訓(xùn)操作題庫。開展企業(yè)職工培訓(xùn)和技能競賽，學(xué)生可以和職工同臺競技，縮短學(xué)校與企業(yè)之間的距離。

3)積極探索課證融通機制，與“裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件制作與安裝職業(yè)技能等級”證書對接，將考證內(nèi)容融于課程。教師在完成授課任務(wù)的同時，組織學(xué)生利用課余時間登陸取證考試練習(xí)平臺，在線練習(xí)考證習(xí)題，并對學(xué)生進行指導(dǎo)。

4 結(jié) 語

將虛擬仿真系統(tǒng)引入“裝配式混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)”教學(xué)，順應(yīng)了裝配式人才培養(yǎng)的需求，解決了學(xué)校在實訓(xùn)設(shè)備不足、實訓(xùn)場地有限方面的困境。學(xué)生在仿真平臺以任務(wù)形式反復(fù)練習(xí)，熟練操作過程，夯實理論基礎(chǔ)和技能，在教師的引領(lǐng)下，提高發(fā)現(xiàn)問題和獨立思考的能力。通過虛擬仿真系統(tǒng)的應(yīng)用，豐富了實踐教學(xué)的內(nèi)容和手段，為課程的順利開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。隨著教師對課程研究的不斷深入，對虛擬仿真系統(tǒng)的不斷領(lǐng)悟和熟悉，裝配式混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)虛擬仿真系統(tǒng)操作模塊將更加豐富和完善。我們應(yīng)探索課程融通的模式，使教學(xué)任務(wù)與考證內(nèi)容銜接。探索企業(yè)職工培訓(xùn)需要，推進校企合作，使裝配式混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)虛擬仿真系統(tǒng)能更好地服務(wù)于教學(xué)和企業(yè)。