土木工程施工課程教學(xué)中存在的問題及改革措施研究

摘 要 隨著信息技術(shù)快速發(fā)展，對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式帶來(lái)了機(jī)遇和挑戰(zhàn)，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教學(xué)方式是課程教學(xué)過程中的必經(jīng)之路。從我國(guó)土木工程施工課程教學(xué)過程中存在的突出問題的角度出發(fā)，對(duì)施工課程教學(xué)改革措施開展有針對(duì)性的探索，從教學(xué)資源、教學(xué)手段和的教師隊(duì)伍三個(gè)方面提出相應(yīng)措施。上述研究，為進(jìn)一步深化土木工程施工課程教學(xué)改革提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞 土木工程施工;課程教學(xué);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(yè)的主干課、必修課，旨在讓學(xué)生掌握施工技術(shù)部分中主要分項(xiàng)工程的工藝原理、施工方法、操作技術(shù)、機(jī)械選用等方面的局部性規(guī)律和知識(shí);學(xué)會(huì)建筑產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，各工種工程之間相互配合、相互協(xié)調(diào)的全局性組織規(guī)律和方法。土木工程施工是將設(shè)計(jì)藍(lán)圖變成現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過本課程的理論教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生具有獨(dú)立解決一般土木工程施工技術(shù)與組織計(jì)劃問題的初步能力。目前，國(guó)內(nèi)大專院校培養(yǎng)的土木工程、工程管理專業(yè)的學(xué)生，其主要就業(yè)單位為建筑施工企業(yè)。因此，該門課程的教學(xué)質(zhì)量直接影響到學(xué)生專業(yè)素質(zhì)和從業(yè)能力。

土木工程施工課程具有理論跨度大、實(shí)踐性強(qiáng)、內(nèi)容多、教學(xué)課時(shí)少等特點(diǎn)，根據(jù)教師和學(xué)生的反饋，教學(xué)效果一直不容樂觀。因此，對(duì)現(xiàn)階段施工課程教學(xué)過程中存在的主要問題進(jìn)行分析，并提出相關(guān)教學(xué)改革措施是完善施工課程體系建設(shè)亟待解決的問題。

1現(xiàn)階段土木工程施工課程教學(xué)中存在的問題

1.1 教學(xué)內(nèi)容滯后于行業(yè)應(yīng)用需求

當(dāng)今建筑工程逐漸呈現(xiàn)出建筑高度不斷攀升、跨度不斷增大、規(guī)模不斷擴(kuò)大、施工難度不斷增加等特征，在施工技術(shù)和組織管理過程中不斷呈現(xiàn)出新的技術(shù)手段和管理方法。然而，新的施工技術(shù)和組織方法要完全規(guī)范化，再編入教材，這需要一定的時(shí)間。從目前施工教材的內(nèi)容看，絕大部分教材講述的內(nèi)容大致相同，其中施工技術(shù)部分主要包括：土石方工程、地基處理與樁基礎(chǔ)工程、砌體工程、混凝土工程、預(yù)應(yīng)力混凝土工程、結(jié)構(gòu)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(wǎng)絡(luò)技術(shù)、單位工程施工組織設(shè)計(jì)和施工組織總設(shè)計(jì)等內(nèi)容。

現(xiàn)階段，為解決建筑產(chǎn)業(yè)目前存在的工業(yè)化和標(biāo)準(zhǔn)化水平低、勞動(dòng)生產(chǎn)率低、科技進(jìn)步貢獻(xiàn)率低、住宅質(zhì)量和性能低及資源能源消耗高、環(huán)境污染程度高等問題，國(guó)家大力推廣裝配式混凝土建筑和鋼結(jié)構(gòu)建筑，以減少建筑垃圾和揚(yáng)塵污染，縮短建造工期，提升工程質(zhì)量。然而，與裝配式建筑相關(guān)的施工技術(shù)手段和組織方法在現(xiàn)有教材中很少涉及。此外，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，在復(fù)雜工程的施工管理過程中，協(xié)同工作平臺(tái)、可視化模擬、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)手段被廣泛應(yīng)用。然而，上述方法在現(xiàn)有的教材中也較少涉及。

1.2 教學(xué)方式存在較大缺點(diǎn)

現(xiàn)階段土木工程施工教學(xué)模式按照施工技術(shù)、施工組織的固定順序開展，各個(gè)章節(jié)之間彼此獨(dú)立、內(nèi)容跨度大、知識(shí)體系具有碎片化特性。因此，教師在分散講授各章節(jié)內(nèi)容后缺乏系統(tǒng)性的歸納、總結(jié)，造成學(xué)成在學(xué)習(xí)過程中很難對(duì)章節(jié)的內(nèi)容進(jìn)行有效整合，出現(xiàn)學(xué)習(xí)效果不佳、知識(shí)架構(gòu)松散等問題。另一方面，施工課程中分項(xiàng)工程的工藝原理、施工方法、操作技術(shù)、機(jī)械選用等教學(xué)內(nèi)容繁雜，學(xué)生需記憶內(nèi)容較多。現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)各大高校的施工課程還是以課堂填鴨式教學(xué)模式為主，課程中大量的施工工藝知識(shí)通過教師講授給學(xué)生。然而，教師一般從學(xué)校到學(xué)校，缺乏施工現(xiàn)場(chǎng)的工作經(jīng)驗(yàn)，授課缺乏生動(dòng)性，造成學(xué)生在學(xué)習(xí)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(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)薄弱

施工課程具有很強(qiáng)實(shí)踐性，需要學(xué)生深入現(xiàn)場(chǎng)，通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐教學(xué)以加深學(xué)生對(duì)專業(yè)理論知識(shí)的了解程度、掌握實(shí)際操作技能。現(xiàn)階段，施工課程實(shí)踐教學(xué)重視和投入不足，對(duì)于國(guó)內(nèi)大部分高校而言，在實(shí)踐教學(xué)方面依然沒有建立起一個(gè)獨(dú)立、完整的教學(xué)體系，實(shí)踐教學(xué)只是作為理論教學(xué)的一種依附而存在。目前在施工課程實(shí)踐教學(xué)過程中主要存在以下三方面的問題：①教師用實(shí)踐教學(xué)理論化的模式來(lái)代替學(xué)生面向?qū)嶋H的工程訓(xùn)練;②實(shí)踐教學(xué)方法和手段落后，內(nèi)容陳舊、形式單一，缺少自主性和創(chuàng)新性;③施工課程實(shí)踐教學(xué)困難重重，或受高校實(shí)驗(yàn)室利用率低限制，或出于施工場(chǎng)地不安全因素，造成學(xué)生在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)很難受到完整、全面的實(shí)踐訓(xùn)練，是高校人才培養(yǎng)的薄弱環(huán)節(jié)[1]。

2土木工程施工課程教學(xué)改革措施思考

2.1 加強(qiáng)VR技術(shù)在土木工程施工教學(xué)中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）理念由美國(guó) VPL Research 公司的創(chuàng)始人Jaron Lanier 在 20 世紀(jì) 80 年代初提出，是一種結(jié)合計(jì)算機(jī)、電子信息、仿真技術(shù)于一體，通過創(chuàng)建三維虛擬空間，讓用戶通過視、聽、觸覺等作用方式，實(shí)現(xiàn)在虛擬世界中與對(duì)象自然交互。隨著社會(huì)生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)VR技術(shù)的需求日益旺盛。在施工教學(xué)過程中引入VR技術(shù)手段，是滿足國(guó)家對(duì)土木工程專業(yè)新型創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需求及新工科教學(xué)實(shí)踐的重要方法[2]。

VR系統(tǒng)主要分為桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)和分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。在桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，用戶通過普通計(jì)算機(jī)登錄虛擬環(huán)境，通過使用數(shù)據(jù)手套、VR眼鏡及三維鼠標(biāo)等設(shè)備操作各種對(duì)象，實(shí)現(xiàn)一體式模擬[2]。該系統(tǒng)具有設(shè)備要求不高、成本較低、可在普通計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)，是目前應(yīng)用最為廣泛的系統(tǒng)。沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)通過有效實(shí)現(xiàn)封閉式模擬環(huán)境，使用戶完全置身于虛擬環(huán)境之中，產(chǎn)生強(qiáng)烈的沉浸感。在分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，用戶在不同地域可同時(shí)使用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行虛擬連接，實(shí)現(xiàn)工作交互、共享資源信息。

將VR應(yīng)用于施工課程教學(xué)，相較于傳統(tǒng)的填鴨式教學(xué)模式，具有如下優(yōu)勢(shì)：①可豐富當(dāng)前施工課程的教學(xué)方式。教學(xué)中運(yùn)用 VR 創(chuàng)建虛擬教學(xué)系統(tǒng)，其交互式模擬效果能給學(xué)生帶來(lái)全新的沉浸式體驗(yàn)，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和好奇心，學(xué)生通過VR技術(shù)可反復(fù)訓(xùn)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(dòng)性。VR具有極強(qiáng)的交互性，學(xué)生根據(jù)老師的理論講解同步開展實(shí)踐模擬，進(jìn)而加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解記憶，提高學(xué)習(xí)效率和興趣。③可避免施工現(xiàn)場(chǎng)操作帶來(lái)的危險(xiǎn)。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(xiǎn)性，使用VR技術(shù)可讓學(xué)生在學(xué)校完成施工操作，不僅消除了學(xué)生施工實(shí)習(xí)中的危險(xiǎn)，還解決了教師聯(lián)系實(shí)踐教學(xué)基地困難的問題。

2.2 推廣BIM技術(shù)在土木工程施工教學(xué)中的應(yīng)用

建筑信息模型（Building Information Model，BIM）理念最早由美國(guó)喬治亞理工大學(xué)Chuck Eastman 教授提出，已逐漸被建筑行業(yè)認(rèn)可并廣泛應(yīng)用。根據(jù)美國(guó)國(guó)家BIM標(biāo)準(zhǔn)給出的概念：BIM是建設(shè)項(xiàng)目在物理和功能特性方面的數(shù)字表達(dá)，形成全生命周期中共享的知識(shí)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(xié)同各自職責(zé)[3]。BIM 技術(shù)以三維信息化模型為載體，具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性及信息完備性等特點(diǎn)，對(duì)土木行業(yè)的傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念與施工方法帶來(lái)全面的變革。

《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020）》中指出：應(yīng)加快教育信息化進(jìn)程，強(qiáng)化信息技術(shù)應(yīng)用，提高教師應(yīng)用信息化水平，更新教學(xué)觀念，改進(jìn)教學(xué)方法，提高教學(xué)效果。BIM技術(shù)作為建筑領(lǐng)域中信息技術(shù)的重要手段，引起了國(guó)內(nèi)高校和行業(yè)的廣泛關(guān)注，如清華大學(xué)、華中科技大學(xué)為代表的部分高校進(jìn)行了相關(guān)研究并開設(shè)了 BIM 課程，國(guó)家會(huì)展中心、上海迪士尼樂園、上海中心等復(fù)雜工程施工中應(yīng)用BIM技術(shù)[4]。

將BIM技術(shù)應(yīng)用于施工課程教學(xué)，具有如下優(yōu)勢(shì)：①實(shí)現(xiàn)施工過程模擬推演。針對(duì)滑模施工、地下連續(xù)墻施工、水下混凝土澆筑等復(fù)雜工藝，可在三維模型的基礎(chǔ)上加入時(shí)間維度，擴(kuò)展為4D模型。復(fù)雜工藝流程以動(dòng)態(tài)的三維方式進(jìn)行模擬推演，讓學(xué)生直觀、感性地體驗(yàn)施工的詳細(xì)過程。②提高學(xué)生協(xié)同能力。BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于覆蓋建筑全生命周期的數(shù)據(jù)信息，使各參與作業(yè)者協(xié)同工作。在教學(xué)過程中讓學(xué)生扮演“項(xiàng)目經(jīng)理”的角色，來(lái)解決各專業(yè)信息出現(xiàn)的“不兼容”問題，從而增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性。③提高學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問題的創(chuàng)新能力。利用BIM技術(shù)讓學(xué)生解決施工組織設(shè)計(jì)中的工程量計(jì)算、進(jìn)度計(jì)劃安排、施工場(chǎng)地布置、模擬關(guān)鍵工序施工過程等問題，既加強(qiáng)了學(xué)生的BIM建模和應(yīng)用技能，也提高學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問題的創(chuàng)新能力。

2.3 構(gòu)建土木工程施工教學(xué)資源數(shù)據(jù)庫(kù)

施工課程各章節(jié)之間知識(shí)體系具有碎片化特性，且各章節(jié)施工工藝和規(guī)范內(nèi)容繁雜，學(xué)生需記憶內(nèi)容較多。為了增加課程的生動(dòng)性，在教學(xué)過程中通過施工圖片、視頻、動(dòng)畫等形式形象地展現(xiàn)出來(lái)，使課程中復(fù)雜的施工工藝和工藝原理通過生動(dòng)、形象的方式得以補(bǔ)充。在施工課程教學(xué)過程中教師通過構(gòu)建教學(xué)資源數(shù)據(jù)庫(kù)可實(shí)現(xiàn)在教學(xué)過程中的教學(xué)資源的積累與重用，并通過多元化的教學(xué)資源提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和感性認(rèn)識(shí)。教學(xué)資源數(shù)據(jù)庫(kù)主要涵蓋施工工藝圖片庫(kù)、視頻庫(kù)、工程案例庫(kù)等。在施工教學(xué)過程中通過不斷擴(kuò)充教學(xué)資源數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)教師在教學(xué)階段講解到某一重要知識(shí)點(diǎn)時(shí)，可直接從資源數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索到相關(guān)的圖片、視頻、動(dòng)畫、規(guī)范規(guī)程等內(nèi)容。

2.4 完善“走出去，引進(jìn)來(lái)”的教師隊(duì)伍建設(shè)體系

施工課程的建設(shè)離不開優(yōu)秀的教師隊(duì)伍，可按照“專職教師工程化、兼職教師專業(yè)化”的目標(biāo)，加強(qiáng)專、兼職課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)[5]。一方面，針對(duì)教師從學(xué)校到學(xué)校的現(xiàn)狀，積極鼓勵(lì)專職教師“走出去”，到建筑企業(yè)中掛職、鍛煉，提高教師的工程實(shí)踐能力。另一方面，將施工企業(yè)總工程師或在建筑企業(yè)中從事技術(shù)或管理工作的優(yōu)秀畢業(yè)生“引進(jìn)來(lái)”，聘為校外兼職教師，參與到課程講解或?qū)嵺`教學(xué)等工作中。通過采取“走出去，引進(jìn)來(lái)”的方式深入開展校企雙向協(xié)作，多角度、多途徑地培養(yǎng)基礎(chǔ)一支理論扎實(shí)、實(shí)踐能力強(qiáng)、具有創(chuàng)新意識(shí)的教學(xué)團(tuán)隊(duì)。

3結(jié)束語(yǔ)

隨著信息化技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式帶來(lái)了機(jī)遇和挑戰(zhàn)，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教學(xué)方式是課程教學(xué)過程中的必經(jīng)之路。本文針對(duì)我國(guó)施工課程教學(xué)過程中存在的教學(xué)內(nèi)容滯后、教學(xué)方式單一和課程實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)薄弱等突出問題，對(duì)施工課程教學(xué)改革措施開展有針對(duì)性的探索，提出了加強(qiáng)VR和BIM技術(shù)在土木工程施工教學(xué)中的應(yīng)用、構(gòu)建施工課程教學(xué)資源數(shù)據(jù)庫(kù)和“走出去，引進(jìn)來(lái)”的教師隊(duì)伍建設(shè)措施。上述研究，為進(jìn)一步深化土木工程施工課程教學(xué)改革，努力培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需求的施工管理人才提供借鑒和參考。

參考文獻(xiàn)

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[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(shí)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(wèi)星，巨云華.基于BIM+VR技術(shù)的鋼結(jié)構(gòu)橋梁教學(xué)實(shí)踐改革研究[J].圖學(xué)學(xué)報(bào)，2018，39（6）：219-226.

[5] 白泉，邊晶梅，于賀，等.虛實(shí)結(jié)合的土木工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建研究[J].高等工程教育研究，2018，（4）：67-71.

作者簡(jiǎn)介

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