基于路橋數(shù)字沙盤的路橋課程實(shí)訓(xùn)教學(xué)研究

韓俊平

湖北城市建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院市政工程學(xué)院，湖北 武漢 430205

教育部2018年發(fā)布的《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》指出：“加強(qiáng)職業(yè)院校、高等學(xué)校虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)境建設(shè)，服務(wù)信息化教學(xué)需要”“推進(jìn)信息技術(shù)和智能技術(shù)深度融入教育教學(xué)全過(guò)程”“職業(yè)院校實(shí)踐性教學(xué)課時(shí)原則上占總課時(shí)一半以上”。高職教育不是培養(yǎng)和造就學(xué)術(shù)精英，而是以適應(yīng)生產(chǎn)、建設(shè)、管理、服務(wù)第一線需要的高素質(zhì)技能型人才為培養(yǎng)目標(biāo)。對(duì)于高職教育，實(shí)訓(xùn)是其辦學(xué)理念中的重點(diǎn)，保質(zhì)保量地實(shí)踐實(shí)訓(xùn)教學(xué)是確保高職教育教學(xué)成果的必要手段，是培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)技能和職業(yè)素質(zhì)的根本途徑，是提高學(xué)生的綜合素質(zhì)的有效方式，也是激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的最佳選擇。在信息化時(shí)代背景下，如何利用路橋數(shù)字沙盤更好地開(kāi)展虛實(shí)結(jié)合的課程實(shí)訓(xùn)，避免“重建輕用”等現(xiàn)象，提升課程實(shí)訓(xùn)教學(xué)效果，是迫切需要研究的。

一、路橋數(shù)字沙盤簡(jiǎn)介

數(shù)字沙盤是一種高科技的產(chǎn)物，有立體數(shù)字沙盤、純?nèi)S數(shù)字沙盤兩種，比較常見(jiàn)的是立體數(shù)字沙盤，它由投影屏幕或顯示屏、實(shí)體沙盤模型、燈光控制系統(tǒng)、語(yǔ)音解說(shuō)系統(tǒng)等組成。立體數(shù)字沙盤利用三維動(dòng)畫技術(shù)制作視頻內(nèi)容，并投射到屏幕中，其中的實(shí)體沙盤模型利用燈光效果來(lái)回應(yīng)投影屏幕所展現(xiàn)的內(nèi)容，達(dá)到一種惟妙惟肖、變化多姿的動(dòng)態(tài)視覺(jué)效果。

為滿足路橋?qū)I(yè)信息化實(shí)訓(xùn)教學(xué)需求，在教育部《高等職業(yè)教育創(chuàng)新發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2015-2018年）》的引領(lǐng)下，湖北城市建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院路橋?qū)I(yè)參與了“三年行動(dòng)計(jì)劃”湖北省高職高專骨干專業(yè)建設(shè)，并已順利完成了路橋數(shù)字沙盤項(xiàng)目建設(shè)。路橋數(shù)字沙盤由三個(gè)部分組成：第一部分是沙盤實(shí)體模型，包括橋梁數(shù)字沙盤、城市道路與軌道交通數(shù)字沙盤，橋梁沙盤由長(zhǎng)江上的5座經(jīng)典橋梁模型組成，能系統(tǒng)展示5種經(jīng)典橋型的構(gòu)造，城市道路與軌道交通沙盤由1條城市主干道、4條地鐵線路及站點(diǎn)、1個(gè)廣場(chǎng)綜合體、1座城市交通樞紐等模型有機(jī)組合而成，能系統(tǒng)展示道路、軌道交通、地上地下綜合交通樞紐的構(gòu)造布局情況。第二部分是背景墻，包括橋梁文化背景墻、城市道路與軌道交通文化背景墻，橋梁文化背景墻展示了12座世界及中國(guó)名橋，城市道路與軌道交通文化背景墻展示了4種經(jīng)典城市道路形式、5種軌道交通形式、3種交叉口形式。第三部分是數(shù)字化設(shè)施及資源，包括沙盤燈光控制系統(tǒng)、沙盤三維視頻、道路施工虛擬仿真軟件、平板電腦40套、路橋及市政工程電子資源庫(kù)、路橋及軌道交通工程二維碼、道路橋梁AR立體教材、教學(xué)用掛式觸控一體機(jī)、立式觸控一體機(jī)等。配置6組6邊形課桌，能容納40名學(xué)生實(shí)訓(xùn)。路橋數(shù)字沙盤可用于路橋?qū)I(yè)的橋梁工程課程、道路工程課程、軌道交通工程課程實(shí)訓(xùn)。

二、基于橋梁數(shù)字沙盤的橋梁工程課程實(shí)訓(xùn)教學(xué)研究

根據(jù)職業(yè)教育教學(xué)改革要求，依托路橋數(shù)字沙盤、職教云等信息化教學(xué)資源，基于翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)理念，以學(xué)生為中心，采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法、小組合作探究法，以“認(rèn)識(shí)橋梁的類型和組成（90min）”為例進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，將課堂延展為課前預(yù)習(xí)、課中講練、課后拓展三個(gè)階段［1］，采用“任務(wù)導(dǎo)入、小組匯報(bào)、理論講解、參觀沙盤、觀看電子資源、總結(jié)點(diǎn)評(píng)”六步鋪展實(shí)訓(xùn)，構(gòu)建了“三段六步”實(shí)訓(xùn)教學(xué)法。

（一）利用職教云平臺(tái)，進(jìn)行課前預(yù)習(xí)

教師課前3天通過(guò)手機(jī)QQ群或微信群，發(fā)布課前預(yù)習(xí)通知，要求學(xué)生利用手機(jī)或電腦登錄職教云橋梁工程課程教學(xué)平臺(tái)，通過(guò)橋梁PPT課件、視頻、動(dòng)畫等學(xué)習(xí)資源，完成對(duì)“橋梁的類型與組成”內(nèi)容的預(yù)習(xí)。預(yù)習(xí)完畢后，每個(gè)小組選一座知名橋梁，制作橋梁預(yù)習(xí)PPT，用于預(yù)習(xí)成果課堂匯報(bào)。通過(guò)課前預(yù)習(xí)，拓展學(xué)習(xí)的時(shí)間與空間。

（二）依托虛實(shí)結(jié)合的橋梁數(shù)字沙盤，完成課中講練

1.任務(wù)導(dǎo)入（5min）。在路橋數(shù)字化實(shí)訓(xùn)中心實(shí)施信息化教學(xué)，教師通過(guò)啟發(fā)性提問(wèn)“橋梁文化背景墻所展示的經(jīng)典名橋中，最雄偉的橋梁是哪座？最秀美的橋梁是哪座？”，導(dǎo)入本次課的學(xué)習(xí)，并總體介紹本次課的主要實(shí)訓(xùn)任務(wù)和實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)。

2.小組匯報(bào)（20min）。學(xué)生以小組為單位匯報(bào)預(yù)習(xí)成果PPT，并回答教師和其他小組提問(wèn)。教師作為聽(tīng)眾，進(jìn)行打分，并記錄學(xué)生知識(shí)掌握的不足之處。針對(duì)該環(huán)節(jié)對(duì)學(xué)生表現(xiàn)在職教云中進(jìn)行評(píng)分，具體打分規(guī)則，見(jiàn)表1。通過(guò)小組匯報(bào)并評(píng)分使學(xué)生樹立團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，鍛煉學(xué)生的OFFICE辦公軟件應(yīng)用能力、自我表達(dá)能力、展示能力、競(jìng)爭(zhēng)能力［2］。

表1 小組匯報(bào)及職教云搶答評(píng)分規(guī)則

3.理論講解，強(qiáng)化重點(diǎn)（20min）。教師通過(guò)利用橋梁三維動(dòng)畫講解四種經(jīng)典橋型及其構(gòu)造組成，穿插職教云搶答環(huán)節(jié)，教師預(yù)先公布評(píng)分規(guī)則（見(jiàn)表1），根據(jù)學(xué)生搶答情況在職教云中給學(xué)生打分，鼓勵(lì)學(xué)生又快又好地回答，抓住學(xué)生的注意力，培養(yǎng)學(xué)生的競(jìng)爭(zhēng)能力。學(xué)生利用手機(jī)職教云APP進(jìn)行搶答，強(qiáng)化所學(xué)內(nèi)容，答題得分可實(shí)時(shí)顯示在教室的投影屏幕上，寓學(xué)于樂(lè)［3］，提高學(xué)習(xí)趣味性。職教云平臺(tái)自動(dòng)將學(xué)生答題分?jǐn)?shù)計(jì)入職教云平時(shí)成績(jī)總得分。教師可適時(shí)了解學(xué)生掌握情況，對(duì)學(xué)生知識(shí)弱點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)充講解。

4.參觀沙盤，突破難點(diǎn)（20min）。教師引導(dǎo)學(xué)生觀看“橋梁數(shù)字沙盤”模型實(shí)體，帶領(lǐng)學(xué)生直觀感知武漢長(zhǎng)江大橋、重慶朝天門長(zhǎng)江大橋、江蘇蘇通長(zhǎng)江大橋等超級(jí)橋梁工程實(shí)體模型，并觀看配套的橋梁沙盤3D動(dòng)畫視頻，了解每座橋的建設(shè)歷史、構(gòu)造組成、主要施工方法。橋梁沙盤3D動(dòng)畫可以對(duì)每座橋進(jìn)行360度任意旋轉(zhuǎn)，展示橋梁系部構(gòu)造，并且視頻講到哪座橋，哪座橋的七彩燈光就會(huì)亮，給學(xué)生打造出視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)俱佳的信息化課堂盛宴，突破特大型橋梁的構(gòu)造及組成學(xué)習(xí)難點(diǎn)。通過(guò)超級(jí)橋梁工程，展示我國(guó)橋梁建設(shè)的巨大成就，引導(dǎo)學(xué)生技術(shù)自信、中國(guó)自信。

5.利用沙盤電子資源，分組練習(xí)（15min）。對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組，利用數(shù)字沙盤配套的信息化資源，對(duì)“橋梁的構(gòu)造和組成”內(nèi)容進(jìn)行分組自主學(xué)習(xí)和討論。例如，A組學(xué)生通過(guò)臺(tái)式觸控一體機(jī)、掛式觸控一體機(jī)的觸控屏，選擇預(yù)先存儲(chǔ)的橋梁電子資源，自主點(diǎn)擊觀看；B組學(xué)生掃描沙盤模型和背景墻上的每座橋梁的二維碼，進(jìn)一步了解特大型橋梁的構(gòu)造與組成，并能夠現(xiàn)場(chǎng)指出每座橋梁模型的組成部位及其名稱；C組學(xué)生在教師指導(dǎo)下用手機(jī)APP掃描《道路橋梁3D立體教材》的橋梁的三維彩色圖片，進(jìn)行多角度旋轉(zhuǎn)、縮放、平移，仔細(xì)研讀，自主討論，深化對(duì)橋梁的構(gòu)造組成的理解。各組進(jìn)行觸控一體機(jī)操作、掃描二維碼、3D立體教材學(xué)習(xí)的有機(jī)輪換，多種信息化手段結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、探究能力［4］。

6.總結(jié)點(diǎn)評(píng)（10min）。教師指導(dǎo)學(xué)生對(duì)本次課的主要內(nèi)容、重難點(diǎn)進(jìn)行梳理總結(jié)，安排學(xué)生繪制本次課內(nèi)容的思維導(dǎo)圖，培養(yǎng)學(xué)生總結(jié)能力。教師根據(jù)各小組的自主學(xué)習(xí)情況、聽(tīng)講情況、回答問(wèn)題情況、表達(dá)展示情況、團(tuán)隊(duì)協(xié)助情況進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，使學(xué)生增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)和競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)，達(dá)到本次課的素質(zhì)目標(biāo)。

（三）理論聯(lián)系實(shí)際，進(jìn)行課后拓展

教師通過(guò)職教云發(fā)布課后拓展任務(wù)，要求學(xué)生網(wǎng)上搜集1座近三年內(nèi)正在建造的橋梁工程，了解其構(gòu)造情況，并在職教云的“討論”環(huán)節(jié)中開(kāi)展橋梁構(gòu)造討論，職教云平臺(tái)適時(shí)地將學(xué)生“討論”環(huán)節(jié)得分計(jì)入職教云平時(shí)成績(jī)個(gè)人總得分。通過(guò)課后拓展，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力。

三、基于道路與軌道交通數(shù)字沙盤的道路工程課程實(shí)訓(xùn)教學(xué)研究

利用道路與軌道交通數(shù)字沙盤及數(shù)字化資源可以進(jìn)行道路類型與構(gòu)造認(rèn)識(shí)實(shí)訓(xùn)、道路施工仿真實(shí)訓(xùn)。以《路面構(gòu)造及施工實(shí)訓(xùn)（90min）》為例，依托道路與軌道交通數(shù)字沙盤中的珞喻路，開(kāi)展“案例導(dǎo)向、任務(wù)驅(qū)動(dòng)、觀仿結(jié)合”的道路工程課程實(shí)訓(xùn)。

（一）案例導(dǎo)向，進(jìn)行課前預(yù)習(xí)

教師課前3天通過(guò)手機(jī)QQ群或微信群，發(fā)布課前預(yù)習(xí)通知，要求學(xué)生利用手機(jī)或電腦上網(wǎng)查閱某城市主干路A道路的建設(shè)歷史、路面結(jié)構(gòu)層組成、路面施工工藝，結(jié)合具體案例進(jìn)行路面施工實(shí)訓(xùn)預(yù)習(xí)。并分4個(gè)小組制作珞喻路預(yù)習(xí)PPT，用于課堂匯報(bào)。

（二）觀防結(jié)合，進(jìn)行課中講練

1.任務(wù)驅(qū)動(dòng)（5min）

教師介紹本次課的實(shí)訓(xùn)任務(wù)為掌握珞喻路的路面構(gòu)造、路面施工工藝，并介紹實(shí)訓(xùn)流程。

2.翻轉(zhuǎn)課堂（20min）

各小組分別匯報(bào)預(yù)習(xí)成果，并回答教師和其他小組提問(wèn)。對(duì)學(xué)生匯報(bào)及答題情況在職教云平臺(tái)中進(jìn)行打分。

3.參觀沙盤，認(rèn)識(shí)路面構(gòu)造（20min）

學(xué)生分組參觀沙盤中的A道路模型，觀看A道路橫斷面組成、豎向結(jié)構(gòu)層組成，結(jié)合A道路三維仿真動(dòng)感模型，討論A道路沿線交叉口類型、標(biāo)志標(biāo)線布置形式、交通渠化方式，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、溝通能力、分析能力。討論A道路在武漢市交通網(wǎng)絡(luò)中的位置和作用，培養(yǎng)學(xué)生的全局意識(shí)。引導(dǎo)學(xué)生討論A道路已完成的“白改黑”工程——在水泥路面上加鋪瀝青路面改善路況，培養(yǎng)學(xué)生樹立因地制宜、經(jīng)濟(jì)適用的工程建設(shè)理念。

4.仿真實(shí)訓(xùn)，掌握路面施工（30min）

組織學(xué)生利用道路施工仿真軟件開(kāi)展A道路水泥混凝土下面層、瀝青混合料上層施工仿真實(shí)訓(xùn)，掌握路面施工工藝，力求軟件練習(xí)得分達(dá)到95分以上，塑造學(xué)生精益求精的工匠精神；并在職教云平臺(tái)記錄各小組的仿真實(shí)訓(xùn)平均得分。

5.總結(jié)點(diǎn)評(píng)（15min）

學(xué)生分組在線填寫騰訊表格，總結(jié)本次課的內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的概括總結(jié)能力、辦公軟件應(yīng)用能力。教師點(diǎn)評(píng)各小組的思維導(dǎo)圖，并在職教云平臺(tái)給小組打分。結(jié)合本次課每組總得分，評(píng)出最優(yōu)學(xué)習(xí)小組，并進(jìn)行分?jǐn)?shù)獎(jiǎng)勵(lì)。

（三）研究校內(nèi)道路，進(jìn)行課后拓展

安排學(xué)生課后觀察湖北城市建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院校內(nèi)道路，識(shí)別校內(nèi)道路的橫斷面形式，發(fā)掘校內(nèi)道路“白改黑”歷史，2018年校內(nèi)道路由水泥路面加鋪了瀝青混凝土面層改善路況，變成了目前的瀝青路面。通過(guò)課后拓展，強(qiáng)化對(duì)路面構(gòu)造和施工方法的掌握和理解。

四、小結(jié)

引入聲光電一體化、電子資源豐富的數(shù)字沙盤，給學(xué)生打造了一個(gè)優(yōu)美、直觀、互動(dòng)性強(qiáng)的虛實(shí)結(jié)合的學(xué)習(xí)場(chǎng)地，解決了教學(xué)難點(diǎn)，較好地豐富了信息化教學(xué)手段，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，使學(xué)生輕松愉快地掌握專業(yè)知識(shí)，增強(qiáng)了學(xué)生的自學(xué)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、競(jìng)爭(zhēng)能力、表達(dá)能力，提升了學(xué)生的職業(yè)責(zé)任感、民族自豪感、愛(ài)國(guó)熱情，學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)和綜合技能得到了穩(wěn)步提升［5］?；诼窐驍?shù)字沙盤的實(shí)訓(xùn)教學(xué)得到了湖北省教育廳與建設(shè)廳領(lǐng)導(dǎo)的充分肯定，先后有本科、高職、中職等不同層次學(xué)校的學(xué)生來(lái)路橋數(shù)字沙盤實(shí)訓(xùn)室進(jìn)行課程實(shí)訓(xùn)。隨著數(shù)字沙盤的不斷創(chuàng)新和信息化技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字沙盤在信息化教學(xué)中的應(yīng)用也將進(jìn)一步優(yōu)化和完善。