虛擬仿真實訓平臺在《橋梁工程》課程教學中的應用及探究

汪荷玲，李 丹

（廣州城市職業學院；廣州市城市建設職業學校，廣東 廣州 510000）

0 前言

虛擬仿真實訓平臺是通過計算機預先建構基礎三維圖像模型，經過編程及特定的VR設備，可在計算機中生成虛擬現實，戴上特殊設備后人仿佛進入了計算機虛擬世界中，可觀察、操作、互動，非常適合一些實踐性強的課程教學使用[1]。

橋梁工程是道路與橋梁工程技術專業的核心課程，其教學內容涉及面廣、技術性高、實踐性強、技術發展快、與實際工程聯系緊密[1]。橋梁工程施工中涉及較多的大型施工機械、不同的施工方法、復雜的施工工藝、嚴謹的施工組織，課程內容抽象、煩瑣，僅僅依靠老師課堂講解，學生很難真正掌握橋梁施工技術。

1 虛擬仿真實訓平臺應用的必要性

橋梁工程施工項目結構體量大，建設周期長，老師不可能將工程現場搬到課堂進行實時教學；且橋梁工程施工環節多，工藝復雜，僅僅依靠老師課堂講解，學生難以真正理解；再者橋梁工程施工工藝工法具有單向性，一旦完成不可逆，也不能重復進行；況且目前處于后疫情時代，若讓學生去現場學習，極大地增加了安全隱患和防疫風險。虛擬仿真實訓平臺將真實的施工現場情境進行“再現”，可以使學生在虛擬場景中進行人機交互，減少理論或實踐知識掌握不足造成的設備損壞和安全事故[2]，故虛擬仿真實訓平臺在橋梁課程中的應用，是解決工科職業教育中“看不到、進不去、成本高、危險性大”等特殊困難的有效手段，虛擬仿真實驗教學是學科專業與信息技術深度融合的產物[3]。

2020年9月，中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發《加快推進教育現代化實施方案（2018—2022年）》，提出大力推進教育信息化，加快推進智慧教育創新發展，設立“智慧教育示范區”，開展國家虛擬仿真實驗教學項目等建設。國務院印發《國家職業教育改革實施方案》（職教20條）指出，適應“互聯網+職業教育”發展需求，運用現代信息技術改進教學方式方法，推進虛擬工廠等網絡學習空間建設和普遍應用。故虛擬仿真實訓平臺在教學中的應用，既是迎合國家政策，又可推動虛擬仿真技術在教學領域的發展。

開展虛擬仿真實驗教學，能夠拓展實驗及實踐教學的深度和廣度，提高教學實效，實現理論與實踐教學的緊密結合[4]。虛擬仿真實訓平臺應用于橋梁工程課程中，可立體呈現橋梁各個構件的尺寸及位置關系，可模擬展示各施工環節，拉近了課堂與施工現場的距離，實現了學校專業與企業就業的對接，為提高學生的職業能力和就業質量打下一定的基礎。依托橋梁工程施工虛擬仿真實訓系統，學校不僅可以開展面向實際生產過程的實訓教學，還可以面向施工企業開展員工培訓，提高虛擬仿真實訓系統的利用率，更好地促進橋梁工程領域科學技術水平的發展[5]。

2 虛擬仿真實訓平臺教學應用案例

本文運用的虛擬仿真教學平臺是北京睿格致科技有限公司研發的建設工程立體知識云庫平臺，該平臺包括土建施工類、市政道橋類、工程管理等不同專業模塊。本文采用的是市政道橋類模塊，該模塊又包括橋涵、道路、隧道等模塊，橋涵工程包括施工準備、基礎工程、下部結構、上部結構、附屬工、涵洞工程、橋梁模型教具、特殊橋梁結構施工等教學模塊，基本涵蓋了橋涵工程施工的所有領域。通過賬號密碼，進入平臺后找到相應的教學模塊就可進行教學和學習。

本課程采用虛擬仿真技術與項目化教學相結合教學模式，以實際工程案例為載體，運用任務驅動法，整個教學環節通過課前預習、計劃，課中展示、實施，課后評價完成課程教學，整個教學過程涵蓋學、教、練、考、評等教學方法。下面以橋梁工程中的樁基礎施工為例，分別從課前、課中、課后三個環節對虛擬仿真實訓平臺的應用進行詳解。

（1）課前：老師課前將從虛擬仿真教學平臺中調取樁基施工準備知識的視頻和資料，及老師收集的工程項目資料，課前2天通過學習平臺發給學生，并發布預習任務及相關知識的討論，讓學生分好組，各組提前閱讀和查閱資料，搞清楚樁基施工前應做好哪些準備工作，弄懂橋梁樁基礎的作用、樁基的分類等任務，課堂上各組推選代表發表各組的看法。整個課前教學過程稱之為“學”。

（2）課中：老師會先檢查預習情況，讓各組代表發言討論回復課前任務，并進行點評和打分。接著老師通過思維導圖講解鉆孔灌注樁的施工工序：施工準備→場地整理→測量放線→開挖泥漿池→鉆機就位→埋設護筒→鉆孔→清孔→吊放鋼筋籠→下導管→二次清孔→澆筑水下混凝土及拔導管→拆除護筒→破除樁頭施工，同時指導學生查看和學習虛擬仿真實訓平臺里樁基施工的4D微課、相關視頻及工程圖片（簡稱“教”），待整個施工工序講完后，老師在虛擬仿真實訓平臺的教學管理中發布課堂任務。利用虛擬仿真平臺的“3D互動練”模塊，讓學生置身于施工現場，扮演施工員，按照實訓平臺的提示及老師的現在指導，進行鉆孔灌注樁的全過程施工練習（簡稱“練”）。學生成功完成練習后，可查看考核綜合得分情況，自核自己任務的完成情況，不過關的還可重復練習。當學生基本掌握鉆孔灌注樁的施工工序后，老師可擇時發布考試任務，利用虛擬仿真平臺的“3D互動考”模塊，讓學生獨立完成鉆孔灌注樁的施工，熟練掌握施工步驟，鞏固施工技能，完成該任務的考試，平臺有相應的分數與考后解析（簡稱“考”）。最后老師通過教學管理系統查看成績分析，了解學生的掌握情況并進行打分。

（3）課后：課堂教學結束后，老師可以發布作業，如：利用思維導圖畫出鉆孔灌注樁的施工工序。除了采用旋挖鉆機成孔外，還有什么成孔方式、用到哪些機械、工藝又如何？或者孔灌注、挖孔樁、預制樁的適用條件分別是什么？也可以發布課后測評，學生完成后上傳至平臺反饋給老師，以便老師進行每次課的教學評價。每學完一個章節，老師會組織一次學習成果匯報，以便老師進行階段性評價和教學反思。

3 教學過程效果評價

由于實踐性較強的課程，更注重過程性評價，故下文中的教學效果評價均是指過程性評價。課程教學過程效果評價包括兩種方式：學生自評和教師評價。學生自評是根據學習效果驗收情況進行評價，以樁基礎施工中安裝鋼筋籠及澆筑混凝土為例，可參照表1進行自評。教師的評價主要是對學生的專業能力、動手能力、創新能力、進行有效的評價。本案例中教師對學生的平時評價分3個部分，課前預習評價、課中學習評價、課后鞏固評價，見表2。

表1 學生平時學習自評

表2 教師評價（百分制）

本門課程結束后，整理學生平時學習過程中，學生自評和教師評價數據如表3。

表3 平時學習效果評價成果（百分制）

另外還對班里的學生進行了問卷調查。從調查的統計結果可知：100%的學生表示有了虛擬仿真平臺，學習橋梁工程課程的興趣大增、學習積極性顯著提高；97.3%的學生認為虛擬仿真平臺加深了自己對橋梁施工的理解；86.5%的學生認為虛擬仿真平臺讓自己對職業及將來就業有了更加清晰的認識；83.3%的學生認為此虛擬仿真平臺提高了自己的創新精神和動手實踐能力。91.9%的學生表示在此教學模式下收獲很大；81.1%的學生認為此教學模式對于養成職業習慣比較有幫助；78.4%的學生認為此教學模式對于提高團隊合作能力有較大幫助。

從表3可以看出，學生自評時平時成績大于80分以上的占75.7%，教師評價時，平時成績大于80分以上的占81.1%，也就是說對于這門課程，大部分學生都是充分參與課程的學習。從問卷調查顯示，絕大部分同學表示通過該門課程的學習，提高了自己的專業能力和綜合能力。

4 結語

虛擬仿真實訓平臺有效促進課程與施工現場的結合，幫助老師構建立體課堂，拓展了學生學習的時間和空間，有效提升專業課程教學效果，提升學生創新精神與自主學習精神，助力于橋梁工程施工專業高素質技術技能人才的培養。但虛擬仿真實訓平臺也有一定的局限性，教學過程中不能過度地依賴虛擬實訓，畢竟虛擬情景不同等同于施工現場，故虛擬實訓不能完全取代實際操作，要有針對性地選擇恰當的虛擬仿真實訓項目，才能有效提高學生的專業技能、實踐能力、創新能力及綜合素養。