李楠　賈宏俊

摘要：隨著教育教學(xué)技術(shù)的發(fā)展，土木工程專業(yè)傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式有待改進(jìn)，為提高專業(yè)課程實踐教學(xué)效果，提出基于工程仿真模擬實踐教學(xué)平臺的高校應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式，通過對原有課程實踐教學(xué)方式、主干專業(yè)課程教學(xué)方式和教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革，完善了實踐教學(xué)的內(nèi)容設(shè)置，豐富了專業(yè)課程教學(xué)體系，收到了良好的實踐效果。

關(guān)鍵詞：土木工程；仿真模擬；專業(yè)課程；實踐教學(xué)

中圖分類號：G424-4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1005-2909（2016）01-0170-04

一、土木工程實踐教學(xué)現(xiàn)狀

土木工程專業(yè)傳統(tǒng)的實踐教學(xué)方式和方法已經(jīng)不能滿足新形勢下的實踐教學(xué)要求，主要存在以下幾個方面的問題。

（1）實驗室建設(shè)費用高。傳統(tǒng)的實驗教學(xué)主要依賴費用高昂的實驗設(shè)備，存在前期投入大、后期維護(hù)費用高，開展過程受時間、地點、人力、物力、財力等因素的限制，致使實驗教學(xué)無法有效開展，嚴(yán)重影響教學(xué)質(zhì)量。

（2）教師指導(dǎo)難以到位。有限的教師很難在有限的時間內(nèi)細(xì)致地指導(dǎo)大批量的學(xué)生，教學(xué)目標(biāo)難以完成，設(shè)計性和研究性實驗開展有困難。

（3）教學(xué)目標(biāo)難以落實。以培養(yǎng)動手能力、設(shè)計能力和創(chuàng)新能力的應(yīng)用型人才是實驗教學(xué)的主要任務(wù)，但目前學(xué)生主要根據(jù)實驗指導(dǎo)書進(jìn)行驗證性實驗，實驗操作訓(xùn)練不足，創(chuàng)新能力難以提升。

（4）實踐教學(xué)客觀條件不足。目前土木類專業(yè)實習(xí)由于受現(xiàn)場安全和效益指標(biāo)的影響，企業(yè)很難接收大量的、長時間的實習(xí)安排，有的甚至拒絕接收導(dǎo)致有很多關(guān)鍵性實習(xí)變?yōu)閰⒂^，實習(xí)實踐教學(xué)質(zhì)量嚴(yán)重下滑。

（5）教學(xué)周期與現(xiàn)場實施周期不一致。在有限的實習(xí)期內(nèi)，現(xiàn)場實習(xí)只能接觸到有限的專業(yè)過程和工藝環(huán)節(jié)，不能涵蓋專業(yè)全部內(nèi)容，導(dǎo)致實習(xí)實踐效果欠佳。

針對傳統(tǒng)實驗與實踐教學(xué)中存在的教學(xué)方法單一，實習(xí)實踐現(xiàn)場條件有限，知識學(xué)習(xí)和實驗動手操作相互分離，學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)主動性和創(chuàng)造性等問題，許多高校提出了工程仿真模擬實驗和實踐教學(xué)平臺的解決方案[1-3]。

二、工程仿真模擬平臺的特點

工程仿真模擬實踐平臺具有透明性、資源共享性、互動操作性、用戶自主性、擴(kuò)展性以及安全性等特點，其優(yōu)勢是傳統(tǒng)實驗室和實習(xí)實踐方式無法比擬的，在教學(xué)、科研中的應(yīng)用前景廣闊。

利用工程仿真實驗實踐平臺可以化解實驗硬件不足與實驗課時和實踐環(huán)節(jié)之間的矛盾：目前部分高校土木工程類實驗室數(shù)量及設(shè)備數(shù)量嚴(yán)重不足，與教學(xué)大綱中實驗課學(xué)時的規(guī)定存在一定的差距，利用工程仿真模擬實踐平臺，可以采用多種手段，如計算機(jī)仿真技術(shù)、工藝視頻、動畫、建筑模型及實物，彌補(bǔ)實驗室在硬件條件方面的不足，在滿足學(xué)生實驗課時要求的同時還能減少實驗室的經(jīng)費投入，改善實踐教學(xué)效果，提高人才培養(yǎng)的水平和層次。

學(xué)生的實習(xí)受時間和環(huán)境條件的限制主要表現(xiàn)在：學(xué)校教學(xué)和社會實踐在時間上不能很好協(xié)調(diào)，學(xué)生不能將理論知識和生產(chǎn)實踐相結(jié)合，影響教學(xué)效果[4]；傳統(tǒng)教學(xué)缺少學(xué)生綜合實踐的場所，傳統(tǒng)的實驗教學(xué)手段針對一門具體的課程，而不能將有關(guān)課程有機(jī)結(jié)合；傳統(tǒng)的實習(xí)實踐環(huán)節(jié)由于受現(xiàn)場周期的限制，只能接觸少數(shù)工藝環(huán)節(jié)，很難從專業(yè)要求的層面進(jìn)行全面深入了解[5]。仿真模擬平臺提供了一個新型的、有效的專業(yè)實踐方式，可以讓學(xué)生將所學(xué)的課程進(jìn)行綜合集成實踐，從而系統(tǒng)全面地了解專業(yè)工作的全部，極大地改善實踐效果。

三、土木工程仿真模擬平臺基本架構(gòu)

學(xué)校重點對土木專業(yè)仿真模擬平臺進(jìn)行了開發(fā)和建設(shè)，初步建成土木工程仿真模擬軟件平臺及各功能模塊[6]。

（一）虛擬實驗系統(tǒng)平臺

虛擬實驗系統(tǒng)平臺是專門為教學(xué)量身打造的，將開發(fā)、整理的各類軟件在系統(tǒng)平臺上無縫集成，以方便學(xué)生和教師的教學(xué)實驗工作。系統(tǒng)是基于 B/S 的三層架構(gòu)，為系統(tǒng)管理員、教師和學(xué)生提供不同的登錄界面和授權(quán)。平臺共有資源中心、考評中心、拓展案例和教學(xué)管理四大版塊，重點實現(xiàn)了資源共享、考評測驗、案例拓展和教學(xué)管理等主要功能。資源中心是各類教學(xué)資源的集成共享中心，資源中心配備完善的教學(xué)視頻、PPT課件等內(nèi)容，同時還具備自主建設(shè)功能，可以根據(jù)不同專業(yè)課程教學(xué)需求增減內(nèi)容；考評中心提供智能化的教學(xué)測驗，教師可依據(jù)教學(xué)內(nèi)容，在后臺設(shè)定考試內(nèi)容以檢驗教學(xué)成果；案例拓展主要包含與課程配套的各種仿真應(yīng)用模塊，依托虛擬仿真技術(shù)交互性和趣味性，由學(xué)生操作完成任務(wù)目標(biāo)，平臺與各種標(biāo)準(zhǔn)化建筑虛擬仿真教學(xué)軟件實現(xiàn)兼容；教學(xué)管理主要實現(xiàn)對教務(wù)信息和教學(xué)情況的統(tǒng)籌管理和分析，教師可掌控教學(xué)情況，實現(xiàn)個性化課程內(nèi)容調(diào)整。

（二）土木工程模擬仿真實驗單元

（1）三維模型圖片庫，主要包括民用建筑、工業(yè)建筑、高層建筑、鋼結(jié)構(gòu)等。

（2）鋼筋混凝土構(gòu)件力學(xué)仿真試驗[7]，通過仿真軟件操作，實現(xiàn)了從構(gòu)件選擇、加載、裂縫控制、數(shù)據(jù)采集、實驗報告曲線生成等全過程的模擬。

（3）施工技術(shù)教學(xué)動畫及施工工藝視頻，內(nèi)容涵蓋從建筑物土方施工到主體施工各環(huán)節(jié)主要施工工藝。

（三）建筑材料模擬單元

提供水泥和混凝土的各類試驗的步驟演示，通過動畫和錄像結(jié)合，使學(xué)生掌握水泥和混凝土的試驗步驟。

（四）工程造價計價軟件單元

結(jié)合工程造價實踐教學(xué)，工程造價計價軟件能實現(xiàn)

工程建模、工程量計算、工程計價的教學(xué)要求，完成課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計等實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。主要配有圖形算量軟件和工程量清單計價軟件，這些軟件的應(yīng)用可加強(qiáng)學(xué)生對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工圖的理解，提高對新版施工標(biāo)準(zhǔn)圖集的應(yīng)用能力，以及利用計算機(jī)模擬實際工作中的套價進(jìn)行計價的能力。

（五）施工模擬軟件單元

該單位主要是指利用招標(biāo)投標(biāo)模擬軟件，模擬招標(biāo)投標(biāo)全過程，以實現(xiàn)與工程造價軟件的對接。學(xué)生能夠參與到招標(biāo)投標(biāo)活動中，并扮演不同的角色；施工組織設(shè)計軟件，由快速建模、施工場地布置、路徑規(guī)劃、工藝展示等主要功能模塊構(gòu)成，為各種土木工程施工實驗課程提供全新教學(xué)環(huán)境，其中人機(jī)互動模式可由學(xué)生自己動手布置施工現(xiàn)場的各種工程構(gòu)件。

（六）建筑結(jié)構(gòu)模型及實物模型單元

主要包括民用建筑的基本組成模型、框架結(jié)構(gòu)教學(xué)實驗大樓透明模型、鋼筋混凝土骨架單層廠房結(jié)構(gòu)模型、雙跨單層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)模型、框架-剪力墻高層建筑結(jié)構(gòu)模型、民用建筑構(gòu)造模型和框架結(jié)構(gòu)節(jié)點類模型等。

四、土木工程主干專業(yè)課程實踐教學(xué)改革及效果

土木工程專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)是使學(xué)生能夠掌握土木工程學(xué)科的基本理論和基本知識，獲得工程師的基本訓(xùn)練，具備從事土木工程的項目規(guī)劃與設(shè)計、施工與管理能力，能勝任房屋建筑工程等各類土木工程的技術(shù)與管理工作，具有扎實的理論基礎(chǔ)、寬廣的專業(yè)知識，較強(qiáng)的實踐能力和創(chuàng)新能力，具有一定國際視野，能面向未來的應(yīng)用型高級專門人才，基于此，學(xué)校土木工程主干課程主要包括鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、高層建筑結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計、建筑施工、房屋建筑學(xué)等，這幾門課程的實踐教學(xué)效果直接影響學(xué)生專業(yè)能力的提升，為此，在原有土木工程仿真模擬實踐教學(xué)平臺的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了土木工程專業(yè)課程實踐教學(xué)研究與探索。

（一）教學(xué)方式改革

傳統(tǒng)的專業(yè)課程授課方式主要是教師通過傳授理論知識，使學(xué)生對這門課程有一個較為全面的認(rèn)識和掌握，在完成這一階段理論學(xué)習(xí)之后，再安排一定時間的實習(xí)，以便學(xué)生對這門課程建立全方位的認(rèn)識。這種教學(xué)方式使學(xué)生的理論學(xué)習(xí)與實踐鍛煉之間存在一定的滯后性，不利于學(xué)生及時消化理解。通過土木工程仿真模擬實踐教學(xué)平臺，教師可隨時安排與理論對應(yīng)的工程實踐內(nèi)容，以增強(qiáng)學(xué)生對知識的直觀理解。同時，改變了理論授課相對枯燥的現(xiàn)狀，適當(dāng)穿插實驗技能的認(rèn)知和訓(xùn)練鍛煉，在豐富教師教學(xué)內(nèi)容和授課方式的同時，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識的興趣。

（二）教學(xué)內(nèi)容改革

在總課時不變的基礎(chǔ)上，主要對土木工程主干課程理論授課內(nèi)容進(jìn)行了精簡，理論課課時較之以前有一定程度縮減，適當(dāng)增加了實踐學(xué)時的比重，并對實踐教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了優(yōu)化，其主要目的是借助土木工程仿真模擬平臺加大對學(xué)生動手實踐能力的鍛煉與培養(yǎng)。與此同時，通過不斷探索，對平臺的內(nèi)容進(jìn)行了必要的豐富和分類，形成了一套更適合課程學(xué)習(xí)的實踐教學(xué)體系，如圖1。

借助原有的土木工程仿真模擬實踐教學(xué)平臺，利用仿真模擬軟件、工程圖片、建筑結(jié)構(gòu)和構(gòu)造模型、施工工藝視頻、施工動畫，加強(qiáng)對主干專業(yè)課程實踐能力的培養(yǎng)。主干課程及對應(yīng)的主要內(nèi)容見表1。

（三）創(chuàng)新實踐活動

土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)體系規(guī)劃及主干專業(yè)課程的設(shè)置原則主要圍繞學(xué)生應(yīng)用能力的培養(yǎng)和提高展開，建立和應(yīng)用工程仿真模擬平臺的目的也正是基于此。在實踐教學(xué)實施中，積極鼓勵學(xué)生自主使用仿真模擬平臺，自主學(xué)習(xí)專業(yè)知識及相關(guān)軟件，同時借助教師有關(guān)研究課題帶動學(xué)生實踐。指導(dǎo)學(xué)生積極參加相關(guān)專業(yè)技能大賽，如大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計大賽、建筑信息模型（BIM）大賽、項目管理沙盤比賽等。結(jié)構(gòu)設(shè)計大賽培養(yǎng)了大學(xué)生工程設(shè)計的實踐能力。BIM技術(shù)在高校屬于新生事物，相關(guān)專業(yè)的研究剛剛起步，BIM技術(shù)應(yīng)用比賽主要側(cè)重考查學(xué)生對BIM軟件技能的掌握和使用情況，包括建筑設(shè)計、綠色建筑分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計、設(shè)備設(shè)計、三維算量與清單計價、項目管理與投標(biāo)等內(nèi)容。工程項目管理沙盤模擬在一定程度上能夠克服學(xué)生對工程項目管理實踐環(huán)節(jié)的抽象和模糊認(rèn)識，而借助基于BIM的多維虛擬工程項目管理系統(tǒng)，有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)沙盤模擬過程相對簡單，無法再現(xiàn)項目實際進(jìn)展?fàn)顩r的缺陷，

可實現(xiàn)對實際工程項目的任意模擬。

以上比賽的開展極大地提高了土木工程專業(yè)學(xué)生的工程應(yīng)用能力。

四、結(jié)語

對學(xué)生應(yīng)用能力的培養(yǎng)是高校土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)的要求，改進(jìn)傳統(tǒng)的教學(xué)方式，優(yōu)化實踐教學(xué)內(nèi)容是高等建筑教育改革的一個方向，專業(yè)課程教學(xué)任重道遠(yuǎn)，工程仿真模擬教學(xué)平臺可以作為一個重要的發(fā)展方向，其內(nèi)容還有待進(jìn)一步豐富和發(fā)展，只有不斷創(chuàng)新和實踐，才能探索出一條更適合學(xué)生實踐能力培養(yǎng)的路徑，實現(xiàn)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標(biāo)。

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（編輯 梁遠(yuǎn)華）