基于虛擬仿真技術的《土木工程施工技術》課程項目驅動式教學法研究

韓培鋒 古松

摘? 要：本文通過BIM虛擬技術，將《土木工程施工技術》課程知識點進行虛擬化分析，利用BIM技術，將枯燥的課程知識利用軟件進行三維重建，從而實現教學內容的可視化。選擇兩個教學班級進行對比教學分析，一個班級采用傳統教學，另外一個班采用BIM技術虛擬化方法進行授課。教學過程中及課后采用文件調查、座談、試卷分析等手段相結合，分析兩個班級的教學效果及學生的反饋意見。研究發(fā)現采用新的教學方法，學習的效果明顯優(yōu)于傳統的方法，主要表現在學生的學習主動性、解決問題能力、團隊合作精神、自學能力。通過任務驅動，積極鼓勵學生主動去發(fā)現問題、解決問題，從而在解決問題的過程中學習相關的理論知識和專業(yè)技能，達到教學的目的。

關鍵詞：虛擬仿真? 項目驅動式教學法? 工程管理專業(yè)? 對比分析? 土木工程施工

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2021）07（a）-0132-03

Research on Project Driven Teaching Method of Civil Engineering Construction Technology Course Based on Virtual Simulation Technology

HAN Peifeng? GU Song

（Civil Engineering and Architecture College， Southwest University of Science and Technology， Mianyang， Sichuan Province， 621010? China）

Abstract： In this paper， through BIM virtual technology， the knowledge points of Civil Engineering Construction Technology course are virtualized and analyzed. Using BIM technology， the boring course knowledge is reconstructed by software， so as to realize the visualization of teaching content. Two teaching classes are selected for comparative teaching analysis. One class adopts traditional teaching and the other class adopts BIM technology virtualization method for teaching. During the teaching process and after class， the teaching effect of the two classes and the feedback of students are analyzed by means of document investigation， discussion and test paper analysis. It is found that the learning effect of the new teaching method is significantly better than that of the traditional method， which is mainly reflected in students' learning initiative， problem-solving ability， team spirit and self-study ability. Through task driven， students are actively encouraged to find and solve problems， so as to learn relevant theoretical knowledge and professional skills in the process of solving problems， so as to achieve the purpose of teaching.

Key Words： Virtual simulation; Project driven teaching method; Engineering Management major; Comparative analysis; Civil engineering construction

隨著我國工程建設的不斷推進和工程技術領域的不斷革新，對土木工程相關專業(yè)的人員需求也快速增長，為此全國各大高校的土木工程專業(yè)呈現爆發(fā)式增長，學生數量不斷增長，但是相應的教學實踐基地、試驗課程及實習的機會并沒有增加，反而是出于安全因素的考慮，這種實踐的機會越來越少[1]。土木工程施工課程是土木工程大類專業(yè)（土木工程、工管管理和工程造價）的專業(yè)核心課程[2]，課程知識實踐性較強，目前課程學習多采用填鴨式教學[3]，課堂教學以教師的知識點講解為主，學生對施工過程不清楚，對結構構件的形狀、連接形式等缺乏感性的認識，大多處于被“灌輸”狀態(tài)，考試主要依靠死記硬背[4]，對工程的空間立體想象能力欠缺，已經不能適應施工單位對人才的需要[5]。基于學術研究型人才培養(yǎng)的教學模式普遍存在“重理論，輕實踐”和“重構件，輕整體”的弊端[6]。

為了解決學生沒有去過現場，對現場的梁板柱等構件認識不足等問題，基于虛擬仿真技術，實現土木工程施工全過程虛擬仿真，并將項目驅動式教學方法引入土木工程施工課程，將案例分解為土方工程、基礎工程、鋼筋混凝土工程、砌筑工程、預應力工程、安裝工程、裝飾裝修工程和防水工程等。讓學生主動融入學習過程，將班級學生進行分組，并制定詳細的任務要求，要求各小組在課堂匯報完成情況，教師對小組的完成質量進行分析，從而總結分析利用虛擬仿真手段，采用項目驅動式模式教學的效果及存在的問題，為土木工程施工課程改革提供有益參考。

1? 研究對象與方法

1.1? 課程分析對象

選取筆者目前教授的教學班級——西南科技大學土木工程與建筑學院的工程管理專業(yè)的兩個教學班級20180081和20180082班為本研究的開展對象，共計70名學生授課對象，這兩個班級中有64個男生與6個女生。為了對比驗證傳統教學方法與本研究采用的教學方法實施的差異，研究過程中將工程管理20180081班作為新方案的研究對象，探索新方案的實施效果。將《土木工程施工技術》課程的知識點進行模塊化處理，利用虛擬仿真技術，將模塊知識點利用軟件進行虛擬化重建，從而將枯燥的知識轉變成知識點進行虛擬仿真重建。學生通過BIM將施工過程中的不同分部分項工程進行三維虛擬重構，上課教師采用項目驅動方式進行分組教學，將工程管理專業(yè)20180082班的33個學生采用傳統的教學模式教學，并將其與20180081班級進行教學效果對比分析。本課程是工程管理專業(yè)的重要核心專業(yè)課程，需要學生學習相關的前置課程，如房屋建筑學、土力學、基礎工程、砌體結構、混凝土結構工程等課程，通過對這兩個對照組學生的成績進行統計學處理，差異均無顯著性（P>0.05），兩組學生在統計學上具有可比性。

1.2? 研究具體方案

將工程管理專業(yè)20180081班作為新方案實施對象，按照試驗方案進行教學。將《土木工程施工技術》課程的主要知識點進行分解，然后利用BIM技術將不同的施工模塊進行虛擬重建，從而讓整個施工過程從枯燥的文字和圖片變成三維可視化的圖像，加深學生對施工過程的認識。基于項目驅動式教學方法，為充分發(fā)揮學生自主學習的能動性，將班級成員劃分成7個小組，每個小組分別布置任務，如讓學生自己建立柱子澆筑過程的虛擬圖，分析澆筑過程中的順序、流程、注意事項等。而工程管理20180082班則按照課程教學大綱內容要求，采用傳統的講授法進行教學，以章節(jié)為單位進行學習，教師按照知識點講解。課程完成后期末統一命題考試和主觀問卷調查來對課程教學效果進行評價。

1.3? 分析軟件

采用統計學軟件SPSS 16.0對數據進行分析處理，統計表計用t檢驗，檢驗水準α=0.05。

2? 教學效果分析

2.1 課后問卷調查分析

通過兩種教學模式對比分析，課后問卷調查、學生座談等統計調查結果，發(fā)現兩個班級表現出不一樣的效果，具體統計結果如表1所示。

通過對主動學習積極性、對課程知識點掌握程度及牢固程度等、解決實際工程問題能力、課程內容與實際工程結合度、團隊相互協作等方面的統計分析有如下發(fā)現。高達91.3%的學生認為自己對課本知識點的記憶更加牢固，記憶效果更好，不容易忘記，而傳統的填鴨式教學則記憶較短暫。有88.4%的學生認可采用這種新的教學模式，利用任務驅動，采用BIM技術實現課本枯燥知識的三維可視化，有利于激發(fā)學生學習興趣，更像是做游戲，受到學生的普遍歡迎。有90.1%的學生認為上課的內容通過虛擬化改造后更加貼近實際，學生在建模過程中掌握了施工的基礎知識，在建模過程中遇到問題會主動去查詢，對整個知識流程更加清晰。有90.5%的學生在項目驅動式教學模式下，愿意主動去分析問題、解決問題，遇到問題主動去查詢資料，使得學習的效果與解決問題的能力提升明顯，主動解決施工問題的能力增強。將實際施工項目模塊化，利用BIM計算三維重構通過實際工程虛擬化三維重構，有88.2%的學生認為這樣的教學模式有助于深化對實際工程項目的認識，同時擴展學生學習知識的范圍和內容，學生通過實際工程圖紙的學習，也激發(fā)了學生學習的主動性，遇到問題知道搜集整理資料，從多角度去分析問題，知識面更加寬了。

2.2 課程期末考試成績

表2統計了兩個教學班級的期末考試成績分布，通過下表可以看出，采用新的教學模式的班級，將課程知識點利用虛擬技術進行重構，并采用任務驅動教學模式的班級成績分布明顯更好，學生的期末成績整體較好，高分人數較多，且沒有不及格的現象，而采用傳統模式的教學，學生知識理解較差。對于綜合問題的回答不夠全面，極易不夠深刻，知識的靈活掌握程度較差。

3? 討論

通過兩個班級的不同的教學模式對比發(fā)現，老師采用灌輸式的教學，學生記憶、學習的主動性相對較差，尤其是施工課程實踐性較強，學生對工地現場認識不足，導致教師的這種講解學生難以理解，課程成績明顯低。采用新的項目驅動模式，利用BIM技術將施工知識虛擬化，通過任務促進學生學習動力的提升，可以激發(fā)學生在游戲和任務中學習知識，學會團隊合作，激發(fā)學生的興趣和主動學習的意愿，學生的團隊合作精神及解決實際問題能力得到鍛煉。《土木工程施工技術》課程實踐性較強，目前高校擴招與安全問題導致學生到工地現機會少，課程理論知識偏多，實踐知識較少，教師課堂上教授的理論無法完全替代現場實踐。利用虛擬技術可視化施工過程，采用項目驅動式教學方法讓學生對課程知識點進行分解學習，學生分組帶任務學習，目的性更強，解決實際問題能力更強，達到了較好的效果。

參考文獻

[1] 程昱，李欣，王巖俊，等.“半翻轉課堂+項目驅動”模式在“網絡編程”教學中的應用——以廣東工業(yè)大學為例[J].西部素質教育，2021，7（2）：119-121.

[2] 韓培鋒，文華，甘露.項目驅動式教學法在土木工程施工技術課程教學中應用研究[J].知識經濟，2019（14）：150-151.

[3] 殷振瑤，安鏡如.基于3D仿真平臺的工程管理專業(yè)《土木工程施工技術》課程改革探討[J].磚瓦，2020（10）：173-174.

[4] 張冠男，高哲，倪銘陽.理工科大學生創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)探討——以遼寧大學為例[J].科技資訊，2020，20（7）：210-212.

[5] 賀勝軍.基于OBE理念的高職《基礎會計》線上線下混合式教學模式探析[J].科技資訊，2020，36（12）：83-87.

[6] 楊碩東，肖海文.“雙創(chuàng)”視域下高職院校工匠精神培養(yǎng)途徑研究[J].科技資訊，2020，20（7）：192-194.