基于BIM技術(shù)的隧道工程施工與組織課程教學(xué)改革探索與實(shí)踐

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-000X（2025）20-0046-04

Abstract：ToaddressthechalengesencounteredinthetraditionalteachingofthecourseofTunnelEngineeringConstruction andOrganization，suchasweakfoundationsforknowledgetransfer，poorintuitiveunderstandingofengineringstructural construction，anddiffcultiesinstimulatingitrinsicotivation，theteachingteamhasproposedaninovativeapproachbasedon BIMsimulationtechnolgyThisappoachemphasizesaprogresionthatisbothexteallystimulatedandintrinsicallydriven fosteringinnovationandpracticalapplicationwithinthecourse.Focusingontheleamers，thisstrategyinvolvestheiterative reconstrutionofcoursecontentandthemultidimensionalintegrationofadvancedteachingresources.Itleveragesasynergyof virtualandrealexperiencestoestablishanefectivelearningpathway.Furthermore，acomprehensiveevaluationsystem characterizedby\"threetransformationsanddualfedback\"isemployedtoenhanceintrinsicmotivationforprogression.By creatingnewpathwaysforadvancementfrombothextemalandinternalperspectives，thismethodcontiuouslystimulateslearner motivation，improvespracticalskils，andnhancesoverallcompetencies，esultinginsignificantoucomes.Theteachingefo methods proposed in this paper can serve as a reference for the development of related courses.

Keywords：TunnelEngineering ConstructionandOrganization;intrinsicmotivation;BIM;evaluationsystem;teachingrefor

作為“數(shù)字中國(guó)\"戰(zhàn)略的重要組成，教育數(shù)字化在深入實(shí)施科教興國(guó)、人才強(qiáng)國(guó)和創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展三大戰(zhàn)略中發(fā)揮著關(guān)鍵支撐作用，為新時(shí)代教育現(xiàn)代化建設(shè)提供了強(qiáng)勁動(dòng)力，信息化、數(shù)字化教學(xué)是當(dāng)前高校教育教學(xué)改革的重要發(fā)展方向[1-3]。許多高校開(kāi)展了相關(guān)教學(xué)改革，提出了數(shù)字化教學(xué)改革方案，闡明了教學(xué)改革的創(chuàng)新方案，推動(dòng)了教學(xué)的發(fā)展，取得了不錯(cuò)的成果[47。隨著建筑信息模型（BIM）技術(shù)快速發(fā)展和教育信息化的深度融合，有效培養(yǎng)適應(yīng)行業(yè)需求的高素質(zhì)人才成為高等教育領(lǐng)域的重要課題，是教育數(shù)字化戰(zhàn)略的重要體現(xiàn)[8-9。當(dāng)前基于BIM技術(shù)的混合式教學(xué)相關(guān)研究多集中于技術(shù)應(yīng)用層面，對(duì)教學(xué)法創(chuàng)新、學(xué)生學(xué)情適配及評(píng)價(jià)機(jī)制等教育本質(zhì)問(wèn)題關(guān)注較少，如何有效依托BIM技術(shù)推動(dòng)課程進(jìn)行信息化改革，亟需進(jìn)行深入實(shí)踐探索。

本文以隧道工程施工與組織課程為依托，構(gòu)建了外促內(nèi)驅(qū)進(jìn)階驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式，探索內(nèi)外因素齊促進(jìn)、虛實(shí)結(jié)合的進(jìn)階新路徑，研究成果旨在為BIM技術(shù)相關(guān)課程教學(xué)提供重要參考。

一 課程概況

隧道工程施工與組織是火箭軍工程大學(xué)土木工程專(zhuān)業(yè)的一門(mén)首次任職課程，立足隧道工程的施工過(guò)程，揭示隧道工程施工的基本規(guī)律和核心技術(shù)，其地位使命重要，建設(shè)基礎(chǔ)良好，在人才培養(yǎng)中起到重要的作用。

通過(guò)課程學(xué)習(xí)，熟悉當(dāng)前隧道工程施工中的常用裝備，獲取隧道工程施工方法和工藝，掌握隧道工程施工的基本原理;能夠進(jìn)行隧道施工組織，提高分析問(wèn)題和解決實(shí)際隧道施工問(wèn)題的能力；形成按規(guī)范施工的工程觀，具備初步的工程意識(shí)、安全意識(shí)、責(zé)任意識(shí)，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的工作作風(fēng)，弘揚(yáng)工程人礪劍精神，如圖1所示。

價(jià)值工程精神塑造思辨創(chuàng)新能力工程思維探索應(yīng)用 規(guī)范施工 培養(yǎng)實(shí)踐運(yùn)用分析計(jì)算 施工原理知識(shí)基礎(chǔ)扎實(shí)T理解記憶 裝備工藝 傳授融會(huì)貫通

二 外促內(nèi)驅(qū)進(jìn)階驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式的構(gòu)建

（一） 教學(xué)痛點(diǎn)

課程授課對(duì)象為土木工程專(zhuān)業(yè)大四學(xué)生，通過(guò)對(duì)學(xué)生開(kāi)展座談交流、問(wèn)卷調(diào)查、成績(jī)分析及課程團(tuán)隊(duì)內(nèi)部研討，綜合分析得到： ① 學(xué)生即將奔赴崗位，對(duì)隧道工程施工的工藝技術(shù)、發(fā)展前沿興趣濃厚，渴望通過(guò)課程學(xué)習(xí)得到能力提升，但教學(xué)內(nèi)容更新不及時(shí)、資源單一。 ② 通過(guò)前序課程學(xué)習(xí)，學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)比較扎實(shí)、思維普遍活躍，但多數(shù)學(xué)生未去過(guò)一線工地，經(jīng)驗(yàn)缺乏，對(duì)復(fù)雜的地下工程結(jié)構(gòu)構(gòu)造感性認(rèn)識(shí)差。 ③ 授課學(xué)生來(lái)源中，進(jìn)?；A(chǔ)層次不同，課程個(gè)體化訴求存在差異，但課程教學(xué)難以滿足不同層次學(xué)生的差異化需求。

（二） 教學(xué)創(chuàng)新舉措

針對(duì)上述教學(xué)痛點(diǎn)問(wèn)題，課程團(tuán)隊(duì)打破傳統(tǒng)路徑依賴，提出了基于“外促內(nèi)驅(qū)、進(jìn)階驅(qū)動(dòng)\"的隧道工程施工與組織課程創(chuàng)新思路，外促進(jìn)打牢進(jìn)階基礎(chǔ)、指明進(jìn)階方向、創(chuàng)新實(shí)踐路徑，內(nèi)驅(qū)動(dòng)激發(fā)進(jìn)階驅(qū)動(dòng)力。從外促和內(nèi)驅(qū)兩個(gè)維度，構(gòu)建進(jìn)階新路徑。

1階次化重構(gòu)課程教學(xué)內(nèi)容，明確進(jìn)階方向

遵循學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，打破原有教學(xué)淺表化的局限，將課程內(nèi)容最終分解為三大階次專(zhuān)題，即初階一施工與組織基礎(chǔ)知識(shí)，中階一掘進(jìn)、襯砌、安裝施工工程運(yùn)用，高階一一隧道工程前沿拓展（圖2）。注重將隧道工程施工中常見(jiàn)的工程問(wèn)題（如塌方、巖爆、突水等）凝練為科學(xué)問(wèn)題，將授課過(guò)程變成解決科研問(wèn)題的過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探索等高階思維。

2多維度融合進(jìn)階教學(xué)資源，夯實(shí)進(jìn)階基礎(chǔ)

課程團(tuán)隊(duì)通過(guò)不斷迭代更新進(jìn)階教學(xué)資源，側(cè)重理論知識(shí)貼近工程實(shí)際，側(cè)重任務(wù)驅(qū)動(dòng)，讓學(xué)生體會(huì)到學(xué)習(xí)隧道施工“有趣、有用”。課程團(tuán)隊(duì)首先搭建了基本教材（2本內(nèi)部、1本新形態(tài)）習(xí)題庫(kù)（980道習(xí)題）、二三維素材（30個(gè)）縮尺模型（含TBM、盾構(gòu)、鑿巖臺(tái)車(chē)）和線上資源（微課12個(gè)，總時(shí)長(zhǎng)1.5小時(shí)）等課程基礎(chǔ)教學(xué)資源，打牢“知行合一\"基礎(chǔ)。

其次，突出理論聯(lián)系實(shí)際，構(gòu)建了工程事故案例庫(kù)（8種典型事故案例庫(kù)）施工視頻庫(kù)（46個(gè)施工視頻，總時(shí)長(zhǎng)超7小時(shí)）BIM技術(shù)虛擬仿真資源等中階教學(xué)資源，把抽象的工程問(wèn)題具象化，實(shí)現(xiàn)對(duì)教學(xué)的有力支撐。

最后，將科研課題、學(xué)科競(jìng)賽與課程創(chuàng)新實(shí)踐深度融入到課程資源體系中，搭建了前沿探索資源（涉及材料、結(jié)構(gòu)、數(shù)值分析等方向前沿課題）;通過(guò)設(shè)置畢業(yè)設(shè)計(jì)前沿課題，明晰學(xué)科競(jìng)賽路徑，引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展探索性、創(chuàng)新性研究，增加課程的創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度。課程資源建設(shè)具體見(jiàn)表1。

3BIM技術(shù)與實(shí)踐融合，創(chuàng)新實(shí)踐路徑

針對(duì)課程教學(xué)實(shí)踐體驗(yàn)難、現(xiàn)地教學(xué)面臨高成本、高消耗和流程審批慢等難以逾越的難題，課程團(tuán)隊(duì)借助于BIM技術(shù)，以隧道工程掘進(jìn)、襯砌、安裝和特情處置施工等教學(xué)模塊為抓手，搭建了“模塊化 + 階次化”的隧道工程施工仿真特色實(shí)踐進(jìn)階平臺(tái)，建立了四大模塊的虛擬仿真系統(tǒng)（圖3）。學(xué)生可以通過(guò)信息設(shè)備將用戶的動(dòng)作、位置等信息與隧道施工的虛擬世界實(shí)時(shí)交互，實(shí)現(xiàn)可不受時(shí)間和地點(diǎn)限制的隧道施工實(shí)踐教學(xué)，打破了傳統(tǒng)課堂教學(xué)和工程實(shí)踐的時(shí)空限制。

借助于BIM仿真技術(shù)，將無(wú)法搬進(jìn)課堂的施工裝備、施工場(chǎng)景和工藝流程具象化，凝練出虛實(shí)融合進(jìn)階路徑。學(xué)生針對(duì)隧道施工虛擬場(chǎng)景，準(zhǔn)確判斷涉及的工藝流程，按照施工順序完成相關(guān)實(shí)踐操作，系統(tǒng)將進(jìn)行全程記錄；在特情處置施工時(shí)，學(xué)生需要對(duì)隧道工程施工中常見(jiàn)的“塌方\"“涌水”“超欠挖\"等工程難題進(jìn)行處理，選擇合適的解決方案，在實(shí)踐過(guò)程中理解應(yīng)用理論知識(shí)，提升解決真實(shí)工程問(wèn)題的能力，培塑高階實(shí)踐能力；教師通過(guò)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)對(duì)整個(gè)實(shí)踐過(guò)程進(jìn)行管理，開(kāi)展對(duì)學(xué)生實(shí)踐操作的高效指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)裝備認(rèn)知、實(shí)踐訓(xùn)練、輔助教學(xué)的有機(jī)統(tǒng)一。

4建“三化、雙反饋\"多元立體綜合考評(píng)體系，增強(qiáng)進(jìn)階內(nèi)驅(qū)力

課程團(tuán)隊(duì)開(kāi)展以“學(xué)生發(fā)展為本”的多元立體綜合評(píng)價(jià)體系建設(shè)，通過(guò)考評(píng)方式的創(chuàng)新，激勵(lì)學(xué)生課前線上自學(xué)、課中積極參與課堂教學(xué)、課后參與學(xué)科競(jìng)賽、科學(xué)研究和撰寫(xiě)高質(zhì)量的課程小論文，共同促進(jìn)學(xué)生知識(shí)、能力、素質(zhì)的有機(jī)結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生解決土木工程復(fù)雜工程施工問(wèn)題的綜合能力和工程思維。此外及時(shí)跟蹤學(xué)生的學(xué)習(xí)成效，檢驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中方法手段的有效性，采取學(xué)生自評(píng)評(píng)教、教師評(píng)學(xué)的“雙反饋\"方法，階段性反饋教學(xué)質(zhì)量，有效幫助課程團(tuán)隊(duì)持續(xù)改進(jìn)教學(xué)方法，不斷提高課程的質(zhì)效，最終提升學(xué)生的收獲感和滿意度。

堅(jiān)持過(guò)程性評(píng)價(jià)與終結(jié)性評(píng)價(jià)結(jié)合、線上線下評(píng)價(jià)統(tǒng)一、質(zhì)量評(píng)價(jià)與持續(xù)改進(jìn)有機(jī)融合，突出“看得見(jiàn)、有支撐”的過(guò)程考核，真正實(shí)現(xiàn)考評(píng)的多元化、標(biāo)準(zhǔn)化和透明化。課程最終成績(jī)由線上成績(jī)（ 10% ）課堂表現(xiàn)（ 5% ）拓展表現(xiàn)（ 5% ）、課程小論文（ 5% ）、虛擬仿真訓(xùn)練（ 15% ）和課終筆試（ 60% ）組成，既通過(guò)線上成績(jī)、課堂表現(xiàn)強(qiáng)調(diào)過(guò)程考核的基礎(chǔ)性，又通過(guò)拓展表現(xiàn)、課程小論文和虛擬仿真訓(xùn)練強(qiáng)調(diào)過(guò)程考核的高階性，突出考核的高階性、挑戰(zhàn)度，如圖4所示。

三 教學(xué)成果成效

采用本課程的教學(xué)思路后，課程總評(píng)成績(jī)得到持續(xù)提升，本課程在院校兩級(jí)課堂教學(xué)督導(dǎo)中優(yōu)良率達(dá)90% 以上。2022—2024年采用創(chuàng)新教學(xué)模式后，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性大大增強(qiáng)，學(xué)生課程平均成績(jī)提升 10.5% ，優(yōu)良率提升 21.78% 。學(xué)生對(duì)課程滿意度較高，對(duì)任課教員評(píng)價(jià)良好。

經(jīng)過(guò)教學(xué)創(chuàng)新實(shí)踐，學(xué)生專(zhuān)業(yè)技能、協(xié)作精神和創(chuàng)新能力明顯增強(qiáng)，依托本課程核心知識(shí)，多次在全國(guó)、省級(jí)和校級(jí)比賽中獲獎(jiǎng)。其中，獲國(guó)家級(jí)優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)2次、省級(jí)優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)1次，獲BIM國(guó)家級(jí)相關(guān)競(jìng)賽11人次，獲陜西省結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽二等獎(jiǎng)2次、三等獎(jiǎng)2次，達(dá)到了以賽促教、以賽促學(xué)的目標(biāo)。

四 結(jié)束語(yǔ)

本課程是將已學(xué)課程知識(shí)融會(huì)貫通并應(yīng)用于工程實(shí)踐的特色施工課程，在人才培養(yǎng)、任職中起到承上啟下的作用。針對(duì)教學(xué)的實(shí)施過(guò)程中所遇教學(xué)“痛點(diǎn)\"問(wèn)題，課程團(tuán)隊(duì)打破傳統(tǒng)路徑依賴，提出了基于BIM技術(shù)的“外促內(nèi)驅(qū)、進(jìn)階驅(qū)動(dòng)\"課程改革思路，以外促進(jìn)打牢進(jìn)階基礎(chǔ)、指明進(jìn)階方向、創(chuàng)新實(shí)踐路徑，內(nèi)驅(qū)動(dòng)激發(fā)進(jìn)階驅(qū)動(dòng)力，最終破解“痛點(diǎn)\"問(wèn)題。課程建立的創(chuàng)新教學(xué)方法對(duì)相關(guān)課程建設(shè)起到良好示范作用。

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