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土木工程施工课程对于土木工程专业来说,是一个比较基础性的课程,但是其涉及到的知识面却又比较广,单从专业学科的考量范围来讲,土木工程施工课程涉及到地理知识、数学的运用知识、以及物理力学等知识都比较多,因而在教学过程中,随着新时代对土木工程实际人才能力的需求逐步提升的环境下,教学难点也逐步增多,教学体系和环境都发生了比较大的改变的前提之下,就需要我们不断结合实际情况进行相应的教学思维更新,进行课程相应的改革措施。因而本文就结合当前教学过程中所遇到的实际问题,对土木工程施工课程进行现状的分析,及教学改革的建议。
1目前所面临的教学难点分析
从教学的环境上而言,目前的土木工程的实践教学器材缺乏,一些目前的工程项目施工中所需要的环境投入上有所欠缺,主要呈现在两个方面,一方面是设备数量上的缺少,很多学生在土木工程施工课程的学习之中只能运用一些比较简单的实验设备,比如学生只能在学习的过程中接触到一些基础的检测工具,但是一些比较实用性的检测工具却难以接触到,像超声波探伤仪、建筑湿度计、动态变形模测量仪等很多学生只能通过教材或者网络的渠道知道大概,却无法通过学习实操的形式进行接触和运用,导致学生的实际掌握能力不足;另一方面是教学实践环境的机会缺乏,在大部分的施工课程之中,学生更多是通过教材方法的讲解,对相关的施工技术有着初步的了解,但是却无法深入到实际的施工环境中去得到相关理论的运用,比如灌注桩的施工工艺教学,大体的施工理论许多学生都能够清晰的掌握出来,但是在实际的运用方向上却是寥寥无几,很多时候学生学业完成之后,将知识理论投入到实际的生产过程中就会遇到理论与实践脱节的情况。从教学的方式上来说,单一的教学模式成为现行课程教学的弊病。就教师教学方式上来说,对于学生的教学依旧采用比较传统的讲解方式,学生在课堂之中始终处于被动接受信息的状态,课堂氛围比较呆板沉重,学生的学习效果也就大大折扣;就教学的考评方向上来说,主要体现在了两个方面的难点,一方面是理论层面的测试考核,对于施工工程工艺技术理论掌握的考核形态往往就是通过教师考卷的出题,学生完成参照有理论知识层面进行解答,束缚了学生的创造性;另一个方面对于实践的评分体系仍然不够健全,在教学过程之中,尽管我们采用了较大的考核比例集中在学生的工程实践中,但是基于教学设备缺少的难题,往往只能对于一些基础设备或者工艺技术的考评有着比较实用的意义,但是对于一些比较先进的工具运用的考核则是无从下手,因而针对学生在这一部分的掌握也就不了了之,特别是一些比较重型设备技术的掌握上,许多教师就因为学生没有办法参与到具体的实践中去的现实原因而无法从中选择考核的角度。从教师资源上而言,缺乏实践性教师团队的建设。尽管在许多学校,对于土木工程施工课程的教师聘请上面,一方面采用原专业方向的教师聘请,一方面是通过对于在一线参与施工实践有着相当经验的工程师的聘请,在这方面对我们的教学效果有着明显的促进作用,但是同时也伴随着诸多的问题。一方面是科班毕业的教师团队,对于学科体系了解更为深刻,对于一些先进的施工理论掌握得更有深度,但是缺乏对于现行市场情况的了解,很多所传授的先进理论碍于诸多条件的设置,让学生在具体的工作之中无法得到运用;另一方面是有着充分实践经验的工程师教师团队对于学科知识的体系更新程度又有所欠缺,特别是对于一些建筑施工比较新潮的理论体系划分,以及教学手段上有着欠缺,这也为学生的专业学习体系造成了一部分的阻碍。从教材内容的角度而言,土木工程施工课程教材的选才内容涉及面不够宽泛,主要集中于土石方工程、砌体工程以及混凝土基础工程等常态基础施工工艺方面,对于学生掌握基础能力有所设计,但是对于学生的运用拓展有着一定的束缚。土木工程专业涉及到的综合性知识比较宽泛,在市场中对于人才的施工技术的基础掌握有着一定需求,但是对于其创造性的施工理念也有着极大的需求。比如在按照常态的教学理论中,各项施工条件都相对比较完整,但是在实际操作过程中,我们不难发现施工条件的完整性在很多时候,无法满足我们的实际需求,这也就需要学生掌握各个科目的施工技术之间的灵活运用,在有限的条件之中,灵活的运用各种材料,进行施工的设置;避免课程的独立性操作,通过教材内容的选择,使得各项施工技术的整合,更有利于学生在实践过程中的技术的灵活运用。
2教学改革的几点建议
首先,充分利用教学资源弥补土木工程施工课程教学环境投入的不足。在现代教育里,多媒体技术已经得到了人们的广泛运用,并且授课模式也逐步走向成熟,因而在我们的施工教学过程之中,就有必要将多媒体技术结合到施工课程的内容运用起来,尤其是无法通过教学实践让学生了解的工艺技术,则可以通过多媒体的形态方式向学生进行生动形象的展示。比如,在桥梁结构工程的教学阶段,我们一方面可以通过多媒体技术,运用PPT、Flash等动态展示方式向学生展示桥梁工程的实施,力学设置条件等内容;另一方面,也可以通过一些桥梁工程模拟软件或者游戏的形态,让学生参与互动,以桥梁建设模拟的软件让学生可以更加真实的参与到桥梁的施工、布局等方面,甚至可以通过模拟的软件教学,将施工需要注意到的一些难点加入到展示的环节之中;同时配合以桥梁施工游戏的形态让学生进行学习,增加学生的实际理解能力,激发学生的学习兴趣和学习自主性,在培养好学生学习习惯的同时,也提升了学生对于知识体系的掌握。其次,加强教师团队建设,充分运用灵活的教学方式来提升教学效果。在学校教师团队的建设之中,需要教师既明确教学知识理论体系,又要掌握现实之中的施工的实践经验,这方面问题的改善,需要加强与外界的配合,通过对教师资源的投入来完善。比如,与外界的施工企业进行人才的联合培养,为学生创造实践环节的基础上,也有必要加强教师的实践投入。在课堂的教学方式中来说,可以充分利用好建筑模型的运用,通过模型的展示与学生进行互动式的教学体验,更有利于提升教学效果。比如,在进行房屋结构的安装工程的教学时,就可以通过对房屋模具的搭建,让学生进行自主的设计搭建,随后检验学生在设置过程中所出现的系列问题,以问题的形式来总结出房屋结构安装工程的知识要点。再者,优化实践教学,更利于学生自主学习的发挥。任何一门学科的理论知识都有着相当的地位,但是这些知识都需要来源于人们对于生产实践的总结,而非凭空想象得来;因此在学校实践教学的设计中就需要注重对于学生实践能力的培养,一方面需要确立好合适的施工环境,建立施工企业的合作关系,与企业进行有目的有规划的实习。比如,针对一些正在进行路面工程施工的企业,就可以通过学生的参与,学生在运用自身所学的知识参与到施工的环节之中,对施工材料的掌握、施工进度的安排等方面对施工企业做出相应的建议;学生得到实践的机会,企业得到更多技术的支持,以此达成双赢的合作关系,更利于学生实践教学的效果提升。总的来说,土木工程施工教学的改革着装点在于如何有效的提高学生的实际应用能力,因此在这个角度上的思考,通过对于教学资源的整合,教师团队的建设以及教学实践的优化,在一定程度上对于学生的应用能力会有着一定的帮助。
作者:张俊友 单位:内蒙古农业大学职业技术学院
土木工程施工课程教学篇2
随着建筑行业的逐渐兴起与发展,以及国家对工程建设工作的重视,我国大多数高等院校都开设了土木工程专业,为国家培养相关的专业性人才。其中土木工程施工课程是土木工程专业的专业课教学中重要的组成部分,此课程重视理论与实践的相结合,着重于培养学生利用土木工程专业课知识进行实际操作,解决施工过程中遇到的实际问题的能力,通过对土木工程施工课程的学习,让学生对土木工程的种类和施工技巧以及未来的发展方向有更深的了解和掌握,从而将专业能力运用到工作中,为国家的发展贡献力量。但是现有的土木工程施工课程的教学规划和方法依旧存在漏洞和不足,因此对土木工程施工课程的教学改革和创新成为了各高校土木工程专业以后的教学重点。
1土木工程施工课程的教学现状及问题
土木工程施工课程是土木工程专业为进一步培养学生的动手实践能力和对理论知识的理解应用能力而开设的一门以实践为主导的课程。虽然以动手实践为主要内容,但是土木工程施工课程仍然是土木工程专业学生必修的一门基础的专业课,课程所涉及的内容和领域非常广泛,课程学习目的和对人才的培养也相对具有较强的指向性。其主要的培养对象和职业规划方向为:在毕业之后准备进入工程施工的承包公司的学生,准备进入房地产开发公司并且负责工程监管和规划的学生,准备进入相关政府部门的学生等。因此,土木工程施工课程既是土木工程专业理论课程的延伸课程,又是学生日后就业时必不可少的技能与专业素养。在当今人才紧缺,国家正在不断进行现代化建设,建筑工程不断增加的背景之下,我国各大高校纷纷建立了土木工程专业,并且对土木工程施工课程的重视逐渐提高。但是由于土木工程施工课程的内容复杂性和实施过程的不确定性,为教师的教学工作带来了困难和不便,同时又受到国家和社会对建筑工程施工技艺的要求和管理规范的不断变化的影响,土木工程施工课程的教学方案依旧存在不足和缺陷,不能及时跟上时代发展的潮流和需求,无法完全实现教学目的和教学规划。
1.1课程的定位不明确
当今教育界对待高校培养学生的目的提出了新的要求——要求人才的全面发展,即要求高校进行复合型人才的培养和教育。土木工程专业虽然是为国家培养和输送建筑工程类的专业性人才,但是对于学生的综合素质的要求仍不能降低。但是对于土木工程施工课程来说,由于其指向性和专业性都过于强烈,因此在综合素质的要求下,教师在教学计划的安排时,急于将一些内容加入课程中,导致课程的目的性不清晰,自身定位不明确。
1.2教学方式单一
土木工程施工课程在上课过程中,主要采用的方式依旧是传统的课堂教师讲解,以及之后的实习实践课程。对于实践课程来说,主要组成部分分为实践活动,数据记录,实习报告撰写这些环节。此类教学方式虽然让学生既了解了理论知识,又对其进行了应用和实践。但是由于其方式的单一和不变性,极易让学生失去上课的乐趣和耐心,甚至出现直接将高年级的作业拿来抄袭上交的不良情况。
2土木工程施工课程的教学改革方向和方法
2.1修改并制定更加符合培养目的的教学计划
教学计划对于教师能否完整的进行课堂教学,达到教学的预期,实现教学目的都具有非常重要的作用。教学计划的安排决定了教师在进行课堂教学的进度和方式方法。传统的土木工程施工教学方式太过单一和老套,已经不能适应当今具有更加灵活思维和动手能力的学生。因此需要教师对原有的教学计划进行修订,制定出新的更加符合现代学生诉求,并且能够有效提高课堂教学质量,增强学生对专业知识的理解和应用能力[2]。
2.2丰富教学手段,增强辅助工具的应用
传统的土木工程施工课程的教学手段主要分为教师讲解和实习课两个部分,对于理论讲解部分来说,以教师一人为主导的课堂氛围极易让课堂气氛变得枯燥无味,让学生丧失学习热情和动力,结果出现对专业知识掌握不牢靠,而实习课的方式长期不变,则容易让学生产生懒惰情绪。因此需要对教学手段进行丰富和创新,可以增加一些新的辅助性教学工具,提升课堂的趣味性。例如,在互联网和多媒体快速发展的背景下,土木工程施工课程可以与时俱进,利用计算机代替教师,对学生进行知识的传授。对于课程中涉及到的一些空间几何和立体模型的展示与制作,可以通过计算机完成,让学生们通过对立体模型的观察和重建,对课程中的要点有更加直观的感受和认知,进而加深印象,同时又在实践课之前对于实习内容有了提前的了解,在实习过程中更加游刃有余,有利于问题的发现和及时弥补。同时对于教师来说,计算机的辅助,让复杂的课程内容变得简单和直观。
2.3提升教师的专业素质,加强师生交流
教师的专业素养和教学能力是提高教学质量的关键,也是能否实现教学目的,以及对人才的培养程度和人才专业度的衡量标准。因此,为了实现对土木工程课程教学的改革和创新,应首先对教师的专业能力进行培养和提高。对于此项更加注重理论与实践相结合的课程来说,教师的能力也应该分为理论知识储备和实践经验两个方面。为提高教师的理论知识储备水平,学校可以定期组织培训和学习活动,邀请国内外著名的土木工程方面的专家学者参与论坛和讲座,加强本校教师团队与外界的交流,学习其他学校的教学经验,提升自身的专业素养。
3结语
土木工程施工课程作为土木工程专业学生必修的一门课程,更加注重对专业知识的实践和应用,因此对教师的教学质量提出了更高的要求。受到课程复杂化、社会要求变化快等因素的影响,现有的土木工程施工课程的教学方案并不完善,因此,需要通过对教师教学能力的改善和提高、对教学方式方法的变革、对教学手段和内容的更新来实现对其的教学改革,为国家培养更加优秀的专业型人才。
作者:曾祥 单位:铜仁学院
土木工程施工课程教学篇3
虚拟现实技术(VR)的应用正引发教育领域大变革,各高校正积极推进VR在教学中的应用。VR与土木工程施工教学有机结合是满足国家对土木工程专业新型创新人才培养的需求及新工科教学实践的重要方法。
一、虚拟现实技术
虚拟现实(Virtual Reality,VR)是一种可创建三维虚拟空间和进行虚拟环境体验的新型、综合性计算机技术。[1]~[3]结合多媒体、传感、仿真等技术,在空间中创建虚拟现实世界,通过视、听、触觉等作用,从而让用户产生身临其境的感觉,在虚拟世界中与对象实现自然交互。VR系统主要分为三类典型系统:桌面虚拟现实系统(Desktop VR)、沉浸式虚拟现实系统(Immersive VR)和分布式虚拟现实系统(Dis-tributed VR)。[4]~[7]桌面虚拟现实系统可使用普通计算机进行模拟,计算机屏幕作为用户进入虚拟环境的窗户,用户通过使用VR眼镜、三维鼠标、数据手套等设备操作各种对象,实现一体式模拟。该系统对设备的要求不高,成本较低,可在普通计算机上实现。虽然桌面虚拟现实在沉浸感方面较差,但目前实践范围相对较广。沉浸式虚拟现实系统是一种更具体、现实的系统,能有效实现封闭式模拟环境,与外界隔离开,使用户完全置身于虚拟环境之中,产生强烈的沉浸感,具有高度实时性和良好的系统整合性。在分布式虚拟现实系统中,用户可同时使用网络进行虚拟连接,在不同地域实现工作交互,共享资源信息。
二、VR技术与土木工程施工教学的结合
1.课程融合。“土木工程施工”课程是土木工程专业课程体系的关键环节,土木工程施工教学是对大学生进行土木工程专业教育的重要阵地,是有计划地组织学生通过学习、实验、实习等途径,加深对专业理论知识的了解程度、掌握实际操作技能,是理论与实践相结合的必备课程。由于高校教学资源不足,教材内容陈旧,实验室利用率低,以及施工场地环境差、危险系数大等原因,长期以来,土木工程施工实践教学一直是高校人才培养的薄弱环节。[9][10]将VR应用于土木工程施工教学,是教学模式的创新,可丰富当前高校的教学方式,也是未来研究的新方向,相对于传统教学模式,VR在土木工程施工教学中可轻松解决教学资源不足的问题,且能避免施工实习中的危险,保障学生的安全。教学中运用VR创建虚拟教学系统,其交互式教学不仅能给学生带来全新体验,而且能激发学生的学习热情,创建虚拟实验室后,学生们不需要到施工现场,可以在网上根据实际操作情况和真实试验进行试验并完成各种真实施工工艺的整套流程,从而掌握技能。
2.理论模型。虚拟实验室的构建分为硬件设施和软件设施两个部分。硬件设施包含虚拟实验室网络通信基础设施,如服务器、网络环境和用户终端等,以实现远程教学的目的。学生可通过宿舍校园网、学校机房或公共网络连接登陆虚拟实验室系统进行自主学习。软件设施主要是课程体系的构建,构建全方位土木工程施工实验平台体系,达到专业建设、学科建设与实验室建设的完美结合。
三、VR应用于教学的可行性
土木工程施工教学以课外实践为主,着重通过体验式教学提高学生的实践能力。由于教学实施场所、环境、天气等因素的限制,实操教学往往难以实施或户外效果打折扣,最终户外实践变成课堂实践,或以走过场的形式去工地参观,实践教学功能难以完全实现。同时,一些施工企业不愿意接受实习学生,也是主要问题。一方面,施工单位安全隐患较大,不确定因素多,去实践的都是学生,安全问题常使老师和学校担心;另一方面,施工人员工作繁忙,无法确保学生的安全和实习安排。在土木工程施工教学中使用VR,借助先进网络技术实现模拟教学,是现代教学的亮点。
(1)构建VR实验室,弥补教学条件不足。利用VR,可改变实践环境、外部因素、经费等原因造成的学生实践教学安排难以落实的现状。学生在课堂上就可以获得跟户外操作同等的效果和体验,既提高了教学效率和学生体验,又在一定程度上解决了学校、企业、学生之间存在的现实困难。
(2)避免真实实验或操作带来的危险。土木工程施工课程主要讲述工程施工技术和施工工艺流程,很多工程施工存在危险性,学生又必须进行实习实训。使用虚拟现实技术,学生可在学校完成施工操作,把危险系数降为零,学生在虚拟实验室中,可轻松地进行各种危险系数大的工程实验。
(3)打破时间、空间限制。运用VR构建虚拟实验室,可彻底打破空间限制,学生可随时进入虚拟实验室进行各种施工流程试验,还能根据不同地域、不同季节、不同气候进行实际需求模拟,且能突破时间限制,快速得到试验结果,还能多次重复试验,大大节省实验时间。
(4)提升专业技能训练。利用VR的沉浸性和交互性,学生能对施工流程从局部到整体都有生动形象的感知认识,可完成各种技能训练,通过反复训练,达到熟练掌握技艺的目的,从而缩小课堂教学与实际施工的差距,模拟操作后的实际动手能力与传统施工教学实习相比更强。
(5)提高课堂互动性,使学生成为学习主体。VR具有极强的交互性,其开放式教学空间,营造了自主学习环境。学生可在课堂上展开与老师的讲解同步的实践,可马上试验老师的讲解,既保证学生的学习效果,提高学生的学习效率,又有利于加深学生对知识点的理解记忆,提高学生的学习兴趣,全面提高学生的专业素养和自主创新能力。
四、VR应用于教学的实践技术
教学实践应用课所选内容为第六章《脚手架工程》,通过学习该节内容,使学生清楚各类脚手架的构造特点,能通过VR虚拟场景,熟悉脚手架的搭设流程与要求、搭设具体施工方法、脚手架工程安全技术要求,为后续学习奠定基础。根据课程教学目标,针对传统教学模式存在的问题,本次课的教学重点为:脚手架搭设材料的选择和安全技术要求、脚手架搭建的技术要求。教学难点为:脚手架搭设的施工方法。VR在本节土木工程施工教学的实践应用如下:
(1)虚拟实验室场景的建模。虚拟实验室场景采用UNITY软件,利用UNITY软件三维引擎,具有多平台性,支持模型自动导入。采用U-NITY对虚拟实验室的制作方法:先通过实地图片采集,将图片进行图层标准化及各种参数建模标准化,转化为3D模型,再将模型导入UNITY作为开发引擎,并为模型添加组件以增加交互功能,最后测试、发布系统。VR虚拟教学实验室通过VR多人协同区、VR小组区、全息教学区等系统,多方面联动建构虚拟环境。VR虚拟教学在土木工程施工课程中可模拟脚手架搭设流程、脚手架搭设具体实操(包括:定距定位、地基处理及立杆设置)等训练,通过虚拟场景让学生身临其境地学习。
(2)构建虚拟教学管理模块。构建虚拟实验室系统模块,土木工程施工虚拟实验室系统主要包含四个管理系统:实验管理系统,分为教务系统、考评系统及操作查询,供学生进行基础数据、课程安排、成绩管理、实验安排等查询;实验中心系统,是虚拟实验室系统的核心,该系统包含基础课程、施工管理课程实验、工程设计课程实验等多项教学内容的虚拟实验课程;师生互动平台系统,是教师和学生的互动环节,包括网上实验通知、线上交流论坛、课后答疑等多种途径;系统管理,是后台控制系统,由专业人员和管理员使用和维护。虚拟教学环境能高效率使用网络信息资源,为学生提供便利,提高教学质量,保证施工教学的动态有效性。
(3)制作虚拟教学配套课件。根据学院的教学要求,以及以往施工实践存在的难点和缺点、学生的反馈、老师的意见,综合优化课程内容和教学方法,再结合课件在实验创新及其在教学中的融合应用,制作配套VR教学课件。先由土木工程学院相关老师集中讨论,根据课程教学知识点,确定教学内容;然后授课老师对技术人员进行讲解和培训,协助其完成初步设计;初稿确定后,授课老师进行初次修改,系里其他老师进行二次修改;最后通过院领导确认。三轮修订通过后才进行试讲,以确保课件正确、可行。设计复杂的建模时,还需要授课教师跟VR设计师共同配合,授课教师除需具备学科和课程知识外,还需要把理论通过实践表达出来,充分考虑课程的可操作性、互动性、创新性,等等。
(4)仿真模拟教学实践。创设情境,对比安全和事故环境,让学生养成“按操作规程”操作的意识,同时引出“脚手架安全技术要求”的概念和意义。通过虚拟场景,学生根据“操作规程”完成脚手架搭设的一系列仿真操作,最大程度保障学生的安全,从而突破教学难点。学生将仿真结果拍照上传至UMU照片墙,展示本小组虚拟实操结果,并对获得“点赞”数最高的小组给予加分,营造竞争学习氛围,加深对操作技能的理解和掌握。
五、VR应用于教学的创新意义随着VR的成熟及其在教学上积极作用的显现,将VR应用于土木工程施工教学,会带来施工实践教学的新机遇,有效解决土木工程施工教学遇到的问题,具有独特的创新意义。
(1)VR创建全新学习环境。VR构建的虚拟实验室,突破了空间限制,学生可进入不同施工环境进行模拟操作,与虚拟环境自由交互,不受时间限制,很短时间能够达到理想效果,激发学生的学习兴趣,提高教学效率,促进师生间的良性互动。
(2)VR营造虚拟化教学环境。施工教学中,运用VR可在计算机上构建虚拟实验室、虚拟设施设备及虚拟施工环境,能有效解决施工场地限制、设备损耗等问题,可完成操作复杂、费用高及周期长的施工教学。
(3)VR颠覆传统学习方式。运用VR突破原有教学模式限制,实现学生自主控制的人机交互,运用VR具备的声、图、文并茂功能,由视、听、触觉获取外界反应,通过自我组织、自我执行完成自我评价,极大改善传统学习方式。随着VR与教学内容多方面的不断结合,运用VR辅助教育教学会逐渐成为常态甚至主流。某种意义上说,它颠覆了传统施工教学模式,实现了土木工程施工虚拟化目标,能显著提高学生学习的积极性和学习效率,培养学生的实际动手能力和创新能力,这种教学新模式的应用,能有效促进师生课堂互动性,活跃课堂气氛,保证土木工程施工课程教学任务的顺利完成。VR在土木工程施工教学中的实践,充分展现了VR与教育的有机融合,体现出“互联网+教育”的优势,能有效提高教学效率和质量,未来将会推动互动式教学创新体系改革。
参考文献
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作者:袁杰 赵倩怡 童华炜 宋金良