基于路橋數字沙盤的路橋課程實訓教學研究

韓俊平

湖北城市建設職業技術學院市政工程學院，湖北 武漢 430205

教育部2018年發布的《教育信息化2.0行動計劃》指出：“加強職業院校、高等學校虛擬仿真實訓教學環境建設，服務信息化教學需要”“推進信息技術和智能技術深度融入教育教學全過程”“職業院校實踐性教學課時原則上占總課時一半以上”。高職教育不是培養和造就學術精英，而是以適應生產、建設、管理、服務第一線需要的高素質技能型人才為培養目標。對于高職教育，實訓是其辦學理念中的重點，保質保量地實踐實訓教學是確保高職教育教學成果的必要手段，是培養學生職業技能和職業素質的根本途徑，是提高學生的綜合素質的有效方式，也是激發學生創新意識、培養學生創新能力的最佳選擇。在信息化時代背景下，如何利用路橋數字沙盤更好地開展虛實結合的課程實訓，避免“重建輕用”等現象，提升課程實訓教學效果，是迫切需要研究的。

一、路橋數字沙盤簡介

數字沙盤是一種高科技的產物，有立體數字沙盤、純三維數字沙盤兩種，比較常見的是立體數字沙盤，它由投影屏幕或顯示屏、實體沙盤模型、燈光控制系統、語音解說系統等組成。立體數字沙盤利用三維動畫技術制作視頻內容，并投射到屏幕中，其中的實體沙盤模型利用燈光效果來回應投影屏幕所展現的內容，達到一種惟妙惟肖、變化多姿的動態視覺效果。

為滿足路橋專業信息化實訓教學需求，在教育部《高等職業教育創新發展行動計劃（2015-2018年）》的引領下，湖北城市建設職業技術學院路橋專業參與了“三年行動計劃”湖北省高職高專骨干專業建設，并已順利完成了路橋數字沙盤項目建設。路橋數字沙盤由三個部分組成：第一部分是沙盤實體模型，包括橋梁數字沙盤、城市道路與軌道交通數字沙盤，橋梁沙盤由長江上的5座經典橋梁模型組成，能系統展示5種經典橋型的構造，城市道路與軌道交通沙盤由1條城市主干道、4條地鐵線路及站點、1個廣場綜合體、1座城市交通樞紐等模型有機組合而成，能系統展示道路、軌道交通、地上地下綜合交通樞紐的構造布局情況。第二部分是背景墻，包括橋梁文化背景墻、城市道路與軌道交通文化背景墻，橋梁文化背景墻展示了12座世界及中國名橋，城市道路與軌道交通文化背景墻展示了4種經典城市道路形式、5種軌道交通形式、3種交叉口形式。第三部分是數字化設施及資源，包括沙盤燈光控制系統、沙盤三維視頻、道路施工虛擬仿真軟件、平板電腦40套、路橋及市政工程電子資源庫、路橋及軌道交通工程二維碼、道路橋梁AR立體教材、教學用掛式觸控一體機、立式觸控一體機等。配置6組6邊形課桌，能容納40名學生實訓。路橋數字沙盤可用于路橋專業的橋梁工程課程、道路工程課程、軌道交通工程課程實訓。

二、基于橋梁數字沙盤的橋梁工程課程實訓教學研究

根據職業教育教學改革要求，依托路橋數字沙盤、職教云等信息化教學資源，基于翻轉課堂教學理念，以學生為中心，采用任務驅動教學法、小組合作探究法，以“認識橋梁的類型和組成（90min）”為例進行教學設計，將課堂延展為課前預習、課中講練、課后拓展三個階段［1］，采用“任務導入、小組匯報、理論講解、參觀沙盤、觀看電子資源、總結點評”六步鋪展實訓，構建了“三段六步”實訓教學法。

（一）利用職教云平臺，進行課前預習

教師課前3天通過手機QQ群或微信群，發布課前預習通知，要求學生利用手機或電腦登錄職教云橋梁工程課程教學平臺，通過橋梁PPT課件、視頻、動畫等學習資源，完成對“橋梁的類型與組成”內容的預習。預習完畢后，每個小組選一座知名橋梁，制作橋梁預習PPT，用于預習成果課堂匯報。通過課前預習，拓展學習的時間與空間。

（二）依托虛實結合的橋梁數字沙盤，完成課中講練

1.任務導入（5min）。在路橋數字化實訓中心實施信息化教學，教師通過啟發性提問“橋梁文化背景墻所展示的經典名橋中，最雄偉的橋梁是哪座？最秀美的橋梁是哪座？”，導入本次課的學習，并總體介紹本次課的主要實訓任務和實訓環節設計。

2.小組匯報（20min）。學生以小組為單位匯報預習成果PPT，并回答教師和其他小組提問。教師作為聽眾，進行打分，并記錄學生知識掌握的不足之處。針對該環節對學生表現在職教云中進行評分，具體打分規則，見表1。通過小組匯報并評分使學生樹立團隊合作意識，鍛煉學生的OFFICE辦公軟件應用能力、自我表達能力、展示能力、競爭能力［2］。

表1 小組匯報及職教云搶答評分規則

3.理論講解，強化重點（20min）。教師通過利用橋梁三維動畫講解四種經典橋型及其構造組成，穿插職教云搶答環節，教師預先公布評分規則（見表1），根據學生搶答情況在職教云中給學生打分，鼓勵學生又快又好地回答，抓住學生的注意力，培養學生的競爭能力。學生利用手機職教云APP進行搶答，強化所學內容，答題得分可實時顯示在教室的投影屏幕上，寓學于樂［3］，提高學習趣味性。職教云平臺自動將學生答題分數計入職教云平時成績總得分。教師可適時了解學生掌握情況，對學生知識弱點進行補充講解。

4.參觀沙盤，突破難點（20min）。教師引導學生觀看“橋梁數字沙盤”模型實體，帶領學生直觀感知武漢長江大橋、重慶朝天門長江大橋、江蘇蘇通長江大橋等超級橋梁工程實體模型，并觀看配套的橋梁沙盤3D動畫視頻，了解每座橋的建設歷史、構造組成、主要施工方法。橋梁沙盤3D動畫可以對每座橋進行360度任意旋轉，展示橋梁系部構造，并且視頻講到哪座橋，哪座橋的七彩燈光就會亮，給學生打造出視覺、聽覺、觸覺俱佳的信息化課堂盛宴，突破特大型橋梁的構造及組成學習難點。通過超級橋梁工程，展示我國橋梁建設的巨大成就，引導學生技術自信、中國自信。

5.利用沙盤電子資源，分組練習（15min）。對學生進行分組，利用數字沙盤配套的信息化資源，對“橋梁的構造和組成”內容進行分組自主學習和討論。例如，A組學生通過臺式觸控一體機、掛式觸控一體機的觸控屏，選擇預先存儲的橋梁電子資源，自主點擊觀看；B組學生掃描沙盤模型和背景墻上的每座橋梁的二維碼，進一步了解特大型橋梁的構造與組成，并能夠現場指出每座橋梁模型的組成部位及其名稱；C組學生在教師指導下用手機APP掃描《道路橋梁3D立體教材》的橋梁的三維彩色圖片，進行多角度旋轉、縮放、平移，仔細研讀，自主討論，深化對橋梁的構造組成的理解。各組進行觸控一體機操作、掃描二維碼、3D立體教材學習的有機輪換，多種信息化手段結合，培養學生的自主學習能力、探究能力［4］。

6.總結點評（10min）。教師指導學生對本次課的主要內容、重難點進行梳理總結，安排學生繪制本次課內容的思維導圖，培養學生總結能力。教師根據各小組的自主學習情況、聽講情況、回答問題情況、表達展示情況、團隊協助情況進行點評，使學生增強團隊協作意識和競爭意識，達到本次課的素質目標。

（三）理論聯系實際，進行課后拓展

教師通過職教云發布課后拓展任務，要求學生網上搜集1座近三年內正在建造的橋梁工程，了解其構造情況，并在職教云的“討論”環節中開展橋梁構造討論，職教云平臺適時地將學生“討論”環節得分計入職教云平時成績個人總得分。通過課后拓展，培養學生理論聯系實際、靈活運用所學知識的能力。

三、基于道路與軌道交通數字沙盤的道路工程課程實訓教學研究

利用道路與軌道交通數字沙盤及數字化資源可以進行道路類型與構造認識實訓、道路施工仿真實訓。以《路面構造及施工實訓（90min）》為例，依托道路與軌道交通數字沙盤中的珞喻路，開展“案例導向、任務驅動、觀仿結合”的道路工程課程實訓。

（一）案例導向，進行課前預習

教師課前3天通過手機QQ群或微信群，發布課前預習通知，要求學生利用手機或電腦上網查閱某城市主干路A道路的建設歷史、路面結構層組成、路面施工工藝，結合具體案例進行路面施工實訓預習。并分4個小組制作珞喻路預習PPT，用于課堂匯報。

（二）觀防結合，進行課中講練

1.任務驅動（5min）

教師介紹本次課的實訓任務為掌握珞喻路的路面構造、路面施工工藝，并介紹實訓流程。

2.翻轉課堂（20min）

各小組分別匯報預習成果，并回答教師和其他小組提問。對學生匯報及答題情況在職教云平臺中進行打分。

3.參觀沙盤，認識路面構造（20min）

學生分組參觀沙盤中的A道路模型，觀看A道路橫斷面組成、豎向結構層組成，結合A道路三維仿真動感模型，討論A道路沿線交叉口類型、標志標線布置形式、交通渠化方式，培養學生的觀察能力、溝通能力、分析能力。討論A道路在武漢市交通網絡中的位置和作用，培養學生的全局意識。引導學生討論A道路已完成的“白改黑”工程——在水泥路面上加鋪瀝青路面改善路況，培養學生樹立因地制宜、經濟適用的工程建設理念。

4.仿真實訓，掌握路面施工（30min）

組織學生利用道路施工仿真軟件開展A道路水泥混凝土下面層、瀝青混合料上層施工仿真實訓，掌握路面施工工藝，力求軟件練習得分達到95分以上，塑造學生精益求精的工匠精神；并在職教云平臺記錄各小組的仿真實訓平均得分。

5.總結點評（15min）

學生分組在線填寫騰訊表格，總結本次課的內容，培養學生的概括總結能力、辦公軟件應用能力。教師點評各小組的思維導圖，并在職教云平臺給小組打分。結合本次課每組總得分，評出最優學習小組，并進行分數獎勵。

（三）研究校內道路，進行課后拓展

安排學生課后觀察湖北城市建設職業技術學院校內道路，識別校內道路的橫斷面形式，發掘校內道路“白改黑”歷史，2018年校內道路由水泥路面加鋪了瀝青混凝土面層改善路況，變成了目前的瀝青路面。通過課后拓展，強化對路面構造和施工方法的掌握和理解。

四、小結

引入聲光電一體化、電子資源豐富的數字沙盤，給學生打造了一個優美、直觀、互動性強的虛實結合的學習場地，解決了教學難點，較好地豐富了信息化教學手段，提高了學生的學習興趣，激發了學生自主學習的積極性，使學生輕松愉快地掌握專業知識，增強了學生的自學能力、團隊協作能力、競爭能力、表達能力，提升了學生的職業責任感、民族自豪感、愛國熱情，學生的職業素養和綜合技能得到了穩步提升［5］?；诼窐驍底稚潮P的實訓教學得到了湖北省教育廳與建設廳領導的充分肯定，先后有本科、高職、中職等不同層次學校的學生來路橋數字沙盤實訓室進行課程實訓。隨著數字沙盤的不斷創新和信息化技術的不斷發展，數字沙盤在信息化教學中的應用也將進一步優化和完善。