土木工程施工課程教學中存在的問題及改革措施研究

摘 要 隨著信息技術快速發展，對傳統教學模式帶來了機遇和挑戰，轉變傳統的教學方式是課程教學過程中的必經之路。從我國土木工程施工課程教學過程中存在的突出問題的角度出發，對施工課程教學改革措施開展有針對性的探索，從教學資源、教學手段和的教師隊伍三個方面提出相應措施。上述研究，為進一步深化土木工程施工課程教學改革提供借鑒和參考。

關鍵詞 土木工程施工;課程教學;改革措施

引言

土木工程施工課程作為土木工程、工程管理專業的主干課、必修課，旨在讓學生掌握施工技術部分中主要分項工程的工藝原理、施工方法、操作技術、機械選用等方面的局部性規律和知識;學會建筑產品生產過程中，各工種工程之間相互配合、相互協調的全局性組織規律和方法。土木工程施工是將設計藍圖變成現實產品的關鍵環節，通過本課程的理論教學，培養學生具有獨立解決一般土木工程施工技術與組織計劃問題的初步能力。目前，國內大專院校培養的土木工程、工程管理專業的學生，其主要就業單位為建筑施工企業。因此，該門課程的教學質量直接影響到學生專業素質和從業能力。

土木工程施工課程具有理論跨度大、實踐性強、內容多、教學課時少等特點，根據教師和學生的反饋，教學效果一直不容樂觀。因此，對現階段施工課程教學過程中存在的主要問題進行分析，并提出相關教學改革措施是完善施工課程體系建設亟待解決的問題。

1現階段土木工程施工課程教學中存在的問題

1.1 教學內容滯后于行業應用需求

當今建筑工程逐漸呈現出建筑高度不斷攀升、跨度不斷增大、規模不斷擴大、施工難度不斷增加等特征，在施工技術和組織管理過程中不斷呈現出新的技術手段和管理方法。然而，新的施工技術和組織方法要完全規范化，再編入教材，這需要一定的時間。從目前施工教材的內容看，絕大部分教材講述的內容大致相同，其中施工技術部分主要包括：土石方工程、地基處理與樁基礎工程、砌體工程、混凝土工程、預應力混凝土工程、結構安裝工程、防水工程、裝飾裝修工程;組織部分主要包括：流水施工原理、網絡技術、單位工程施工組織設計和施工組織總設計等內容。

現階段，為解決建筑產業目前存在的工業化和標準化水平低、勞動生產率低、科技進步貢獻率低、住宅質量和性能低及資源能源消耗高、環境污染程度高等問題，國家大力推廣裝配式混凝土建筑和鋼結構建筑，以減少建筑垃圾和揚塵污染，縮短建造工期，提升工程質量。然而，與裝配式建筑相關的施工技術手段和組織方法在現有教材中很少涉及。此外，隨著信息技術的不斷發展，在復雜工程的施工管理過程中，協同工作平臺、可視化模擬、大數據分析等技術手段被廣泛應用。然而，上述方法在現有的教材中也較少涉及。

1.2 教學方式存在較大缺點

現階段土木工程施工教學模式按照施工技術、施工組織的固定順序開展，各個章節之間彼此獨立、內容跨度大、知識體系具有碎片化特性。因此，教師在分散講授各章節內容后缺乏系統性的歸納、總結，造成學成在學習過程中很難對章節的內容進行有效整合，出現學習效果不佳、知識架構松散等問題。另一方面，施工課程中分項工程的工藝原理、施工方法、操作技術、機械選用等教學內容繁雜，學生需記憶內容較多。現階段國內各大高校的施工課程還是以課堂填鴨式教學模式為主，課程中大量的施工工藝知識通過教師講授給學生。然而，教師一般從學校到學校，缺乏施工現場的工作經驗，授課缺乏生動性，造成學生在學習過程中以死記硬背為主，分析和解決問題的能力欠缺。

1.3 課程實踐教學環節薄弱

施工課程具有很強實踐性，需要學生深入現場，通過現場實踐教學以加深學生對專業理論知識的了解程度、掌握實際操作技能。現階段，施工課程實踐教學重視和投入不足，對于國內大部分高校而言，在實踐教學方面依然沒有建立起一個獨立、完整的教學體系，實踐教學只是作為理論教學的一種依附而存在。目前在施工課程實踐教學過程中主要存在以下三方面的問題：①教師用實踐教學理論化的模式來代替學生面向實際的工程訓練;②實踐教學方法和手段落后，內容陳舊、形式單一，缺少自主性和創新性;③施工課程實踐教學困難重重，或受高校實驗室利用率低限制，或出于施工場地不安全因素，造成學生在實踐教學環節很難受到完整、全面的實踐訓練，是高校人才培養的薄弱環節[1]。

2土木工程施工課程教學改革措施思考

2.1 加強VR技術在土木工程施工教學中的應用

虛擬現實（Virtual Reality，VR）理念由美國 VPL Research 公司的創始人Jaron Lanier 在 20 世紀 80 年代初提出，是一種結合計算機、電子信息、仿真技術于一體，通過創建三維虛擬空間，讓用戶通過視、聽、觸覺等作用方式，實現在虛擬世界中與對象自然交互。隨著社會生產力和科學技術的不斷發展，各行各業對VR技術的需求日益旺盛。在施工教學過程中引入VR技術手段，是滿足國家對土木工程專業新型創新人才培養的需求及新工科教學實踐的重要方法[2]。

VR系統主要分為桌面虛擬現實系統、沉浸式虛擬現實系統和分布式虛擬現實系統。在桌面虛擬現實系統中，用戶通過普通計算機登錄虛擬環境，通過使用數據手套、VR眼鏡及三維鼠標等設備操作各種對象，實現一體式模擬[2]。該系統具有設備要求不高、成本較低、可在普通計算機上實現等特點，是目前應用最為廣泛的系統。沉浸式虛擬現實系統通過有效實現封閉式模擬環境，使用戶完全置身于虛擬環境之中，產生強烈的沉浸感。在分布式虛擬現實系統中，用戶在不同地域可同時使用網絡進行虛擬連接，實現工作交互、共享資源信息。

將VR應用于施工課程教學，相較于傳統的填鴨式教學模式，具有如下優勢：①可豐富當前施工課程的教學方式。教學中運用 VR 創建虛擬教學系統，其交互式模擬效果能給學生帶來全新的沉浸式體驗，從而激發學生的學習熱情和好奇心，學生通過VR技術可反復訓練各種施工工藝的操作流程，從而熟練掌握技能。②可提高課堂的互動性。VR具有極強的交互性，學生根據老師的理論講解同步開展實踐模擬，進而加深對知識點的理解記憶，提高學習效率和興趣。③可避免施工現場操作帶來的危險。高層建筑爬模施工、滑模施工、碗扣式腳手架施工等工藝流程在操作過程中都具有一定的危險性，使用VR技術可讓學生在學校完成施工操作，不僅消除了學生施工實習中的危險，還解決了教師聯系實踐教學基地困難的問題。

2.2 推廣BIM技術在土木工程施工教學中的應用

建筑信息模型（Building Information Model，BIM）理念最早由美國喬治亞理工大學Chuck Eastman 教授提出，已逐漸被建筑行業認可并廣泛應用。根據美國國家BIM標準給出的概念：BIM是建設項目在物理和功能特性方面的數字表達，形成全生命周期中共享的知識資源，不同利益方在不同階段通過在BIM將中段插入、提取、更新和修改信息，以協同各自職責[3]。BIM 技術以三維信息化模型為載體，具有可視化、協調性、模擬性、優化性及信息完備性等特點，對土木行業的傳統的設計理念與施工方法帶來全面的變革。

《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020）》中指出：應加快教育信息化進程，強化信息技術應用，提高教師應用信息化水平，更新教學觀念，改進教學方法，提高教學效果。BIM技術作為建筑領域中信息技術的重要手段，引起了國內高校和行業的廣泛關注，如清華大學、華中科技大學為代表的部分高校進行了相關研究并開設了 BIM 課程，國家會展中心、上海迪士尼樂園、上海中心等復雜工程施工中應用BIM技術[4]。

將BIM技術應用于施工課程教學，具有如下優勢：①實現施工過程模擬推演。針對滑模施工、地下連續墻施工、水下混凝土澆筑等復雜工藝，可在三維模型的基礎上加入時間維度，擴展為4D模型。復雜工藝流程以動態的三維方式進行模擬推演，讓學生直觀、感性地體驗施工的詳細過程。②提高學生協同能力。BIM技術的優勢在于覆蓋建筑全生命周期的數據信息，使各參與作業者協同工作。在教學過程中讓學生扮演“項目經理”的角色，來解決各專業信息出現的“不兼容”問題，從而增強學生學習積極性和主動性。③提高學生運用理論知識解決實際問題的創新能力。利用BIM技術讓學生解決施工組織設計中的工程量計算、進度計劃安排、施工場地布置、模擬關鍵工序施工過程等問題，既加強了學生的BIM建模和應用技能，也提高學生運用理論知識解決實際問題的創新能力。

2.3 構建土木工程施工教學資源數據庫

施工課程各章節之間知識體系具有碎片化特性，且各章節施工工藝和規范內容繁雜，學生需記憶內容較多。為了增加課程的生動性，在教學過程中通過施工圖片、視頻、動畫等形式形象地展現出來，使課程中復雜的施工工藝和工藝原理通過生動、形象的方式得以補充。在施工課程教學過程中教師通過構建教學資源數據庫可實現在教學過程中的教學資源的積累與重用，并通過多元化的教學資源提高學生學習興趣和感性認識。教學資源數據庫主要涵蓋施工工藝圖片庫、視頻庫、工程案例庫等。在施工教學過程中通過不斷擴充教學資源數據庫，實現教師在教學階段講解到某一重要知識點時，可直接從資源數據庫中檢索到相關的圖片、視頻、動畫、規范規程等內容。

2.4 完善“走出去，引進來”的教師隊伍建設體系

施工課程的建設離不開優秀的教師隊伍，可按照“專職教師工程化、兼職教師專業化”的目標，加強專、兼職課程教學團隊建設[5]。一方面，針對教師從學校到學校的現狀，積極鼓勵專職教師“走出去”，到建筑企業中掛職、鍛煉，提高教師的工程實踐能力。另一方面，將施工企業總工程師或在建筑企業中從事技術或管理工作的優秀畢業生“引進來”，聘為校外兼職教師，參與到課程講解或實踐教學等工作中。通過采取“走出去，引進來”的方式深入開展校企雙向協作，多角度、多途徑地培養基礎一支理論扎實、實踐能力強、具有創新意識的教學團隊。

3結束語

隨著信息化技術的不斷發展，對傳統教學模式帶來了機遇和挑戰，轉變傳統的教學方式是課程教學過程中的必經之路。本文針對我國施工課程教學過程中存在的教學內容滯后、教學方式單一和課程實踐教學環節薄弱等突出問題，對施工課程教學改革措施開展有針對性的探索，提出了加強VR和BIM技術在土木工程施工教學中的應用、構建施工課程教學資源數據庫和“走出去，引進來”的教師隊伍建設措施。上述研究，為進一步深化土木工程施工課程教學改革，努力培養適應社會發展需求的施工管理人才提供借鑒和參考。

參考文獻

[1] 李倩，王雪鋒.基于BIM的獨立院校土木工程專業多課程聯合教學研究[J].高等建筑教育，2016，25（6）：85-90.

[2] 袁杰，趙倩怡，童華煒，等.基于VR的土木工程施工課程改革與實踐[J].高等工程教育研究，2019（3）：99-101.

[3] American national standard institute.United States national building information modeling standards[S].USA：National Institute of Building Sciences，2007.

[4] 衛星，巨云華.基于BIM+VR技術的鋼結構橋梁教學實踐改革研究[J].圖學學報，2018，39（6）：219-226.

[5] 白泉，邊晶梅，于賀，等.虛實結合的土木工程專業實踐教學體系構建研究[J].高等工程教育研究，2018，（4）：67-71.

作者簡介

劉平（1984-），男;職稱：講師，博士，一級建造工程師，現就職單位：蘭州理工大學，研究方向：土木工程建造與管理。