新時代“土木工程施工”課程的信息化教學手段研究

岳 健,安永林,趙 超

(湖南科技大學 土木工程學院,湖南 湘潭 411201)

0 引言

當前,隨著5G、移動互聯網、云計算、大數據、人工智能等新一代網絡信息技術在本科教育領域的推廣應用,本科教育信息化正在開啟新的時代。隨著我國土木工程建設的高速發展,實踐中應用的土木工程施工技術越來越注重多項技術的交叉融合,而且技術更新的速度也越來越快,這就倒逼“土木工程施工”課程的講授內容不僅要信息量大而且要及時更新,但相應教材內容的更新明顯滯后。因此,在“土木工程施工”課程的教學中,教師除了采用常規的課堂教學手段,還有必要采用一些信息化的教學手段,以提高學生的學習效果[1-5]。目前信息化教學手段多種多樣,但應用到具體課程的教學中應“因課而異”,“土木工程施工”課程的信息化教學手段重在“合適”,不能盲目照搬其他學校或其他課程使用的手段。對于湖南科技大學開設的“土木工程施工”課程,教師除了采用“PPT+板書”的常規課堂教學手段,還可以采用“QQ群+微信+仿真技術”的手段進行信息化教學。

1 教師利用QQ群進行信息化教學

對于“土木工程施工”課程,教師利用QQ群進行信息化教學主要體現在以下幾個方面。

(1)教師利用QQ群指導學生提前預習。湖南科技大學任課教師會在第5學期的期末接到“土木工程施工”的上課任務,但本科生從第6學期的第1周才會在學校教室里正式開始“土木工程施工”課程,這樣就存在約2個月的時間差(包括寒假)。在這段時間內,學生們分散在全國各地,學生們手頭也沒有這門課的紙質教材,傳統的學習方式無能為力。但是,教師可以在這段時間利用QQ群這種信息化手段,讓學生提前預習這門課的相關內容,這樣學生也能度過一個充實的長假。教師建立一個“土木工程施工課程學習QQ群”,讓所有學生都加入；教師可以在QQ群里上傳這門課的講課PPT,也可以上傳版權允許的電子版教材,還可以上傳相關的動畫視頻學習資料；根據這些資料,在QQ群里,教師可以指導學生提前預習并認真觀察自己家及附近存在的土木工程施工的相關內容,如表1所示,并且鼓勵學生們把自己所見到的拍照上傳QQ群進行分享討論,大家在討論各自家鄉建筑美景的同時,也快樂地提前預習了“土木工程施工”的相關內容,這樣能明顯提升之后的課堂學習效果。

表1 在QQ群里教師指導學生在寒假預習的內容

(2)教師利用QQ群指導學生完成視頻學習。“土木工程施工”這一門課中的很多施工技術不僅過程煩瑣而且晦澀難懂,僅僅依靠傳統的課堂講解枯燥乏味,學生很難掌握這些技術。因此可以引入施工過程三維動畫視頻教學以克服這些缺點,但選擇的視頻最好能詳細具體地描述整個施工過程,這樣學生觀看的視頻動輒超過30 min,在課堂上觀看這些視頻太耗費時間。教師可以把這些學習視頻上傳到QQ群,轉換成永久文件,讓學生在課下可以隨時下載并觀看學習這些視頻。為了督促學生們仔細觀看這些視頻,筆者還利用QQ群的“作業”功能,布置了視頻觀看總結作業,占了平時成績的50%,要求學生仔細觀看QQ群里的所有視頻,并且寫不少于500字的總結,在線提交,這樣做極大提升了學生的學習興趣。筆者評閱考試試卷時發現,一些讓學生闡述施工工藝過程的問答題,學生給出的答案并不是以前那種死記硬背式的煩瑣的全文字表達,而是繪制QQ群里看到并記住的視頻圖形并配合精簡的文字描述,表明學生已經真正掌握了相關知識。

(3)教師利用QQ群的其他功能開展教學工作。教師可以利用QQ群的“投票”功能,快速獲取全班學生對于講課速度快慢、授課內容難易等方面的意見,以便教師及時進行調整。教師也可以利用QQ群的“在線共享文檔”功能,快速收集學生的手機號碼等個人信息,方便教學中有事情可以聯系到學生本人,學生們也可以隨時隨地編輯這個文檔,在文檔中發表對教學的任何意見。顯而易見,教師采取這些信息化手段大大提升了教學效率。

2 教師利用微信進行信息化教學

對于“土木工程施工”課程,教師利用微信進行信息化教學主要體現在以下幾個方面。

(1)教師指導學生利用微信二維碼學習課程知識。在筆者選用的“土木工程施工”課程教材中,很多知識點的文字表述旁邊都配備了二維碼,學生可以利用手機微信掃描這些二維碼觀看學習相關內容。這些二維碼一般都為視頻文件,主要有兩類：一類二維碼用于詳細描述某個施工技術細節,比如“預應力梁波紋管留設孔道”這一施工技術細節就可以掃描二維碼觀看；另一類二維碼再現了課堂計算例題的講解過程,比如“分別流水法施工方案計算例題”的難度比較大,老師的講解過程就被制作成了二維碼,如果基礎差的學生在課堂上沒有聽懂老師講的這道例題,可以在課后掃描二維碼繼續觀看理解。需要說明的是,前面QQ群中的那些學習視頻耗時較長,而教材中配備的二維碼視頻一般耗時較短,筆者選擇讓學生觀看的二維碼視頻一般不超過6 min。因此,筆者主要是讓學生在課前、課間、課后的10 min掃描觀看二維碼視頻,以達到提前預習或及時回顧相關知識點的目的。特別是在兩節課連上的課間10 min休息時間,筆者讓學生觀看二維碼視頻,使學生在輕松快樂中學習知識,有效地改善了學生抽空就想睡覺的不良習慣。

(2)教師可以把一些有助于學習的微信公眾號推薦給學生。土木工程行業的很多網站建得不錯,里面有很多適合本科生的學習資料,這些網站公眾號也會經常發布一些土木工程時事討論的優秀推文,學生在等車坐車等空閑時間可以瀏覽一下這些網站,這對于學習“土木工程施工”課程是非常有好處的。例如筆者曾把“隧道網”的微信公眾號推薦給學生,引起了很多學生的學習興趣。

(3)教師指導學生利用微信觀看會議報告。當今土木工程施工技術的更新速度很快,利用微信觀看會議報告是了解土木工程行業最新發展趨勢與最先進技術的有效方式。目前很多土木工程學術會議在現場開展的同時還進行網上直播,有的甚至可以回放觀看會議錄像。雖然一些太深奧的會議報告不適合本科生觀看,但教師可以篩選出容易理解的會議報告推薦給本科生觀看,實際上很多院士的報告對于本科生而言也能看得懂。例如：筆者曾把2020年11月舉辦的中國隧道與地下工程大會的觀看網址鏈接發給學生,并且提醒學生可以觀看會議直播,也可以先放到微信的收藏夾中以供日后觀看會議錄像；學生們通過觀看這些會議報告,被最新的土木工程施工技術折服,學習“土木工程施工”課程的自豪感油然而生,從而明顯提高了學習興趣。

3 教師利用仿真技術進行信息化教學

對于“土木工程施工”課程,教師利用仿真技術進行信息化教學主要體現在以下幾個方面。

(1)教師利用BIM仿真技術進行教學。在“土木工程施工”課程中,教師利用BIM仿真技術進行教學,主要是針對某些復雜的土木工程施工過程,如果學生僅僅依靠“文字+圖片”理解起來較困難,教師可建立過程可視化的BIM仿真模型,模擬建筑物真實全面的時空信息,從“長度+寬度+高度+時間+成本”的五維角度講解施工過程,從而使學生進行全面準確地進行理解。另外,隨著土木工程施工技術越來越復雜,學生畢業后成為技術員,在給工人師傅進行復雜工程的技術交底時,如果還用過去的平面紙質技術交底就會使工人師傅難于理解,因此可考慮使用手機BIM多維可視化技術交底。這樣學生在“土木工程施工”課程學習中,也能學習到教師是怎樣利用BIM仿真技術講解復雜工程問題的,由此及彼,這對于自己將來利用BIM仿真技術對工人師傅進行技術交底是非常有益的。

(2)教師利用數值仿真技術進行教學。在“土木工程施工”課程中,教師利用數值仿真技術進行教學,主要是指依據有限單元法等數值分析原理,利用相關軟件,建立數值仿真模型,計算出結構的位移與內力等,這在比較選擇最合理的土木工程施工方案上具有重要的作用。例如：教師在講解隧道的全斷面法、上下臺階法、CD法、CRD法這幾種開挖方法時,針對同一隧道工程,教師利用數值仿真技術計算出這幾種開挖方法的位移,并且把這幾種開挖方法的位移結果圖顯示在同一張幻燈片上,從而直觀地顯示出CRD法引起的位移最小,告訴學生如果以控制位移為主要目的,就應該選擇CRD法開挖隧道,這能加深學生對這幾種開挖方法的理解。

(3)教師利用虛擬仿真實驗進行教學。在“土木工程施工”課程中,教師利用虛擬仿真實驗進行教學,主要是對于某些特別危險的或非常復雜的土木工程施工過程,如果學生僅僅通過理論課程的學習難于掌握,而真實實驗太過于危險或花費巨大無法實際操作,教師可以指導學生進行虛擬仿真實驗加強理解。筆者推薦學生進入“國家虛擬仿真實驗教學課程共享平臺”,可以結合講課進度,及時完成相應的虛擬仿真實驗。例如：講到隧道爆破施工技術時,由于太過于危險而無法開展真實實驗,學生可以通過完成隧道爆破施工虛擬仿真實驗而掌握相應的施工技術；講到盾構隧道的施工技術時,由于盾構機太過于昂貴而無法進行真實實驗,學生可以通過完成盾構隧道施工虛擬仿真實驗掌握相應的施工技術。

4 結語

目前信息化教學手段多種多樣,但應用到具體課程的教學中應“因課而異”。在“土木工程施工”課程的教學中,教師除了采用常規的課堂教學手段,還可以采用“QQ群+微信+仿真技術”的信息化手段進行教學。教師既可以利用QQ群指導學生提前預習與完成視頻學習,也可以利用QQ群的投票功能與在線共享文檔功能開展相關的教學工作；教師既可以指導學生利用微信二維碼與微信公眾號學習課程知識,也可以指導學生利用微信觀看會議報告；教師可以綜合利用BIM仿真技術、數值仿真技術、虛擬仿真實驗進行教學。實踐表明,在教學中采用這些信息化手段明顯提升了學生的學習效果,也培養了學生進行信息化施工的能力。