虚拟仿真实训在建筑施工类课程实践教学中的应用研究

王建丰

摘要：虚拟仿真教学是运用信息技术与教学相融合，是教育信息化建设的重要内容。虚拟仿真实践教学形象生动，内容丰富，覆盖面广，实训内容可深入至建筑施工各环节，学生参与性强，并降低了实训成本，已成为施工类课程实践教学改革的必然趋势。

关键词：虚拟仿真；建筑施工；实践教学

虚拟仿真是应用计算机对复杂的现实系统经过抽象和简化形成系统模型，然后在分析的基础上运行此模型，从而得到系统一系列的统计性能。仿真的基本步骤为；研究系统——收集数据——建立系统模型——确定仿真算法一建立仿真模型——运行仿真模型——输出结果，包括数值仿真、可视化仿真和虚拟现实。

近年来，虚拟仿真作为一种新型媒介，已广泛应用到各个领域。目前很多高校都在探索研究将虚拟仿真技术与实践教学有效的相结合，提高教学质量，国家教育部在《关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见》中也提出在教学中要充分利用现代信息技术开发虚拟工厂、虚拟车间、虚拟工艺、虚拟实验。虚拟仿真技术已在城市规划、机械工程、旅游等多个专业教学上开始应用于实践，并取得一定成效，大连通科推出了建筑施工技术和建筑施工工艺仿真实训，只需在机房安装该仿真软件即可进行施工类课程的模拟实操，但在建筑施工类课程教学中的应用还在初级的探索阶段。本文以建筑工程技术专业为研究对象，将虚拟仿真应用于建筑施工类课程的实践教学，以解决建筑施工类课程课程施工工艺理论教学枯燥、校内实训室缺少设施，校外实训基地受工期、地域交通影响，以此提高建筑施工类课程实践教学水平，从而培养全面发展的高素质技能型人才。

建筑施工类课程课程实践性强，存在实践教学要求高、投入大，实践条件更新滞后，部分实践项目具有一定的危险性，高校由于资金及教学场地所限，很多实践教育环节都很难提供系统全面、真实和有效的实践条件等问题。即便资金足够，很多实践场景仍难以互动实现，如土方开挖施工；由于高成本难以重复进行的教学实践，如：大体积混凝土浇筑的实践体验、高空吊装等。因此，如何利用现代化信息技术，以较低成本进行系统的工程实践教学，且取得良好的教学效果，成为当前建筑施工类课程实践教学的重要研究课题。

1 建筑施工类课程课程实践教学的存在的问题

1.1 难以调动学生兴趣

建筑施工类课程课程是一门实践性非常强的课程，具有涉及面广、知识更新快的特点，但教师往往采用传统教学模式，如屋面防水施工，学生一般只能参观一些实训材料和设备或简单操作，并未见到真实场景大面积屋面防水施工，导致学生很难理解现场施工的全过程，学习起来难度较大，久而久之对本门课失去了学习兴趣。

1.2校内实践教学条件受限

建筑工程类专业不同于普通理工科，其研究对象体型巨大、结构复杂，仅靠校内实训室很难覆盖如此多的工序、工艺。虽然现在很多的高职高专课程设置实训课程，但是教师所采用的教学方式方法比较单一，仅仅是参观一些实训室，而实训室能够展示的信息有限，教师大多是进行有限的介绍，学生参与率低，导致实训教学难以达到预期效果。实训教学得不到重视，尤其是建筑类专业的特殊性，建筑施工工艺繁多，钢筋工程、装修工程等构造复杂，建筑物体积庞大，仅靠校内实训室讲授很难真正满足教学要求，学生参与积极性不高。

1.3校外实践安排不方便

教师授课一般按教学大纲制定的进度完成，校外实训场地施工进程和教学时间相冲突，常常出现工期和上课时间无法同步的情况。装饰施工工艺流程讲究完整性和连续性，学生没有足够的时间到施工现场将整个施工流程完整学习，只能根据教学进度的安排接受片段学习，无法感受施工全过程，对施工工艺还停留在了解层面。其次，校外实训场地接待学生观摩人数非要有限，施工现场存在不定的完全隐患，学生工程现场经验不足和安全意识的相对薄弱，出于学生安全考虑，很多工程项目负责人不愿意接待学生观摩学习，且校外实训基地受工期、地域交通、经费影响大，导致学生实训效果差。

2虚拟仿真技术在建筑施工类课程实践教学中的优势

以真实的建筑模型结合虚拟的建筑工艺流程(场所建设完全按照安全文明标准化工地建设)，真实还原节点的施工技术、管理要点、质量要求等。为了完全体现建筑在现场的实际情况，我们通过采用真实材料真实工程的手法来营造与工程环境完全的一致的氛围，使学生体验到今后工作的场所与对象。

2.1形象生动，提高学习兴趣

虚拟仿真软件，以3D技术为依托，综合行业规范、贯穿教学重难点、实现施工场景仿真模拟及流程动态演示、人机交互式操作、成果实现智能考评等多项功能于一体的综合性专项仿真操作系统，施工场景形象逼真，学生上机操作如同在真实的施工现场操作，增强了学生动手操作的能力，提高了学生学习兴趣，教学效果好。

2.2内容丰富，覆盖面广

虚拟仿真各实训场景可由专业软件开发公司制作，可以根据需要构建仿真场景，并可以不断完善升级，以建筑工程技术专业为例，可以涵盖建筑材料试验，建筑制图与识图实训、工程测量实训、建筑施工技术、建筑质量检测、装配式混凝土施工实训等几乎所有课程的实践教学，这是其他实践教学形式所无法比拟的。

2.3虚拟仿真实训内容可深入至建筑施工各环节，学生参与性强

以建筑施工技术这门课程为例，以学生职业岗位核心能力培养为目标，按实际的建筑工程施工工序，构建学习领域，确定工作任务。以“施工流程”为主线，以八大员工岗位职责为依据，进行任务分解，按照真实工作任务，整合、重构课程教学内容，创设了7个学习情境，即土方工程施工、基础工程施工、砌筑工程施工、混凝土主体工程施工、装配式混凝土工程施工、防水工程施工、抹灰工程施工，构建学生在校学习情景与实际工作情景的一致性。每个情境注重实训操作，从材料准备、工具准备、人员准备到施工的每步操作都进行详细的设置，学生需要每一步操作正确后方可进行下一步施工，并按施工管理流程将施工安全、环保措施、质量标准及质量验收等内容融入虚拟仿真实训。

2.4虚拟仿真实训可降低实践教学成本

实践教学主推施工工艺虚拟仿真实训，课程改革前，建筑施工类课程课程实训项目主要在施工实训场开展，学生主要完成砌筑工程、模板工程、钢筋工程、扣件式钢管脚手架搭设、混凝土工程等实训项目，其中混凝土工程、砌筑工程实训材料消耗均是一次性的，每学期实训结束后，学生砌筑的墙体、浇筑的混凝土构件均要推倒丢弃，耗材太大，浪费资源。建筑施工技术虚拟仿真教学软件解决了这个问题，学生在虚拟仿真实训室独立完成主要工种的的施工工艺操作，解决了资源浪费、实训成本高的问题。

2.5安全有效

利用虚拟仿真技术提升创造能力。传统的某些实验操作存在一定的危险性，导致学生不敢大胆尝试实验。将虚拟仿真技术引入实践教学，提供逼真实验情景的同时，又能避免安全问题，学生可大胆进行各种试验尝试，激发学生的创造力。利用虚拟仿真技术增加学生实践操作的机会。在传统实践课程中，尤其是涉及较大的教学设备，由于台数少，操作复杂，往往采用的是教师演示，学生观摩的教学方法。这一模式下，学生难以深入掌握操作流程。在虚拟仿真环境下，学生可反复操作试验，完美解决这一问题。

             JG20210218建筑施工类课程实践教学改革研究   课题组