韓長(zhǎng)菊，劉雪娥，楊曉杰

(昆明冶金高等?？茖W(xué)校學(xué)校建筑工程學(xué)院，云南 昆明 650033)

2017年3月23日，中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部制定了《“十三五”裝配式建筑行動(dòng)方案》(以下簡(jiǎn)稱《方案》)。《方案》明確指出，培育裝配式建筑產(chǎn)業(yè)隊(duì)伍，依托相關(guān)的院校、骨干企業(yè)、職業(yè)培訓(xùn)機(jī)構(gòu)和公共實(shí)訓(xùn)基地，設(shè)置裝配式建筑相關(guān)課程[1]。2017年6月9日，《云南省人民政府辦公廳關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的實(shí)施意見》提出要加強(qiáng)裝配式人才培養(yǎng)，大力培養(yǎng)裝配式建筑設(shè)計(jì)、部品部件生產(chǎn)、施工、項(xiàng)目管理等專業(yè)人才，鼓勵(lì)高校、職業(yè)學(xué)校設(shè)置裝配式建筑相關(guān)課程[2]。裝配式建筑，作為新型建筑工業(yè)化的重要形式，建筑轉(zhuǎn)型的重要突破口，是建筑業(yè)的技術(shù)革新和產(chǎn)業(yè)升級(jí)，將為我國(guó)建筑業(yè)帶來以綠色高效為特點(diǎn)的從手工“建造”到工業(yè)“制造”的跨越[3]。發(fā)展裝配式建筑是一個(gè)系統(tǒng)性工程，人才、管理、技術(shù)等各個(gè)方面都面臨著新的挑戰(zhàn)。目前，裝配式建筑專業(yè)人才不足是裝配式建筑發(fā)展的重要制約因素之一，在市場(chǎng)需求和我國(guó)裝配式建筑行業(yè)蓬勃發(fā)展的雙重刺激下，各高職院校紛紛研究裝配式建筑人才的培養(yǎng)方式?！盎炷令A(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)”是裝配式建筑的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，課程的實(shí)踐性強(qiáng)，內(nèi)容比較抽象，僅靠文字內(nèi)容難以直觀體現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)過程，虛擬仿真軟件的引入，有利于高職院校按模塊教學(xué)，學(xué)生邊學(xué)邊練，以任務(wù)完成度分項(xiàng)考核，幫助學(xué)生掌握所有知識(shí)點(diǎn)。

1 “裝配式混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)”虛擬仿真系統(tǒng)模塊構(gòu)成

根據(jù)混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)過程，虛擬仿真系統(tǒng)分為5個(gè)大的模塊，每個(gè)模塊代表生產(chǎn)的一二個(gè)過程，可以作為一個(gè)教學(xué)單元。每個(gè)模塊分別由任務(wù)控制端和虛擬端組成。任務(wù)控制端可以完成每個(gè)模塊的任務(wù)(圖1)，包括原料預(yù)算、磨具準(zhǔn)備、鋼筋操作、混凝土制作與構(gòu)件澆筑、構(gòu)件蒸養(yǎng)與起板入庫等過程(表1)，虛擬端可以加載構(gòu)件的三維模型圖，可以從不同視角、不同狀態(tài)觀察構(gòu)件，輔助完成每一個(gè)模塊的操作任務(wù)(圖2)。

表1 裝配式混凝土預(yù)制構(gòu)件虛擬仿真系統(tǒng)模塊構(gòu)成Tab.1 Module composition of virtual simulation system for pretebricated concrete precast components

圖1 原料預(yù)算模塊控制端Fig.1 Raw material budget module control teminal

圖2 原料預(yù)算模塊虛擬仿真端Fig.2 Virtural simulator of raw material budget module

2 虛擬仿真系統(tǒng)在教學(xué)中的應(yīng)用情況及分析

2.1 虛擬仿真系統(tǒng)在教學(xué)中的應(yīng)用

裝配式建筑是近幾年才興起的行業(yè)，還沒有成熟的人才培養(yǎng)方案和課程教學(xué)大綱，課程資源不足；裝配式建筑的教學(xué)還處于初級(jí)階段，沒有成熟的理論體系和完善的實(shí)訓(xùn)過程，師生缺乏裝配式建筑相關(guān)知識(shí)[4]。裝配式建筑工程領(lǐng)域，實(shí)際工程項(xiàng)目匱乏且分布不均，裝配式建筑實(shí)訓(xùn)實(shí)習(xí)基地較少,實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)困難,學(xué)生缺少實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)[5]。裝配式混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)需要學(xué)生具備裝配式建筑構(gòu)件的識(shí)圖能力，能夠進(jìn)行鋼筋用量計(jì)算、擺放和綁扎，熟悉混凝土原材料性能和配合比設(shè)計(jì)，混凝土基本性能、澆筑、振平和構(gòu)件蒸養(yǎng)，預(yù)埋件的擺放等，對(duì)學(xué)生專業(yè)綜合能力要求較高。在授課資源缺乏，實(shí)訓(xùn)條件有限的形勢(shì)下，虛擬仿真系統(tǒng)既可以提供一個(gè)實(shí)踐的平臺(tái)，達(dá)到提高學(xué)生動(dòng)手能力的目的，也可以幫助師生理解裝配式建筑的理論知識(shí)和工藝過程。虛擬仿真系統(tǒng)分模塊設(shè)置，結(jié)合虛擬端的直觀性，畫面可放大縮小，360°全方位旋轉(zhuǎn)，幫助學(xué)生識(shí)圖、讀圖、計(jì)算、熟悉流程和操作。

目前，我院教師以建筑材料方向?yàn)橹?，?duì)裝配式混凝土方面了解不多，師資力量薄弱，且沒有相應(yīng)的企業(yè)工作經(jīng)驗(yàn)，專業(yè)教師對(duì)于裝配式建筑的知識(shí)掌握較少，大部分裝配式建筑的知識(shí)來自于講座及各類會(huì)議，沒有經(jīng)過系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)均不足，備課壓力較大。依托裝配式混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)虛擬仿真軟件，教師可以便捷地進(jìn)行裝配式建筑知識(shí)和技能梳理，為推進(jìn)裝配式混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)的系統(tǒng)化教學(xué)打下基礎(chǔ)，學(xué)生可以對(duì)整個(gè)裝配式建筑領(lǐng)域知識(shí)與技能進(jìn)行系統(tǒng)訓(xùn)練和學(xué)習(xí)，切實(shí)提升教學(xué)效果，更有效地培養(yǎng)裝配式建筑人才。在運(yùn)用虛擬仿真系統(tǒng)教學(xué)過程中，教師在幫助學(xué)生掌握基本知識(shí)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)在于鍛煉學(xué)生對(duì)知識(shí)的運(yùn)用能力，并充分利用軟件的輔助作用，培養(yǎng)學(xué)生的操作能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。

2.2 虛擬仿真系統(tǒng)應(yīng)用過程中凸顯的問題及應(yīng)對(duì)措施

在我國(guó)，裝配式建筑主要以裝配式混凝土建筑為主，裝配式混凝土預(yù)制構(gòu)件的制作與運(yùn)輸對(duì)于裝配式混凝土建筑極其重要[6]。建筑材料工程技術(shù)專業(yè)學(xué)生前期已經(jīng)學(xué)過水泥生產(chǎn)技術(shù)、混凝土相關(guān)課程，已經(jīng)具備混凝土配合比設(shè)計(jì)、澆筑、振平、養(yǎng)護(hù)等知識(shí)，但沒有學(xué)習(xí)過建筑構(gòu)件識(shí)圖、鋼筋計(jì)算、擺放和綁扎等知識(shí)，上課時(shí)需要教師對(duì)這部分知識(shí)進(jìn)行相應(yīng)補(bǔ)充。所以，授課教師既要具備建筑材料知識(shí)，也要有一定的建筑工程識(shí)圖及鋼筋、預(yù)埋件等知識(shí)，這是對(duì)教師的考驗(yàn)。除此之外，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中也凸顯了一些問題。

2.2.1 學(xué)生能動(dòng)性的培養(yǎng)

學(xué)生在完成虛擬仿真系統(tǒng)模塊操作時(shí)，表現(xiàn)出不求甚解的狀態(tài)，停留于完成任務(wù)的表面，死記參數(shù)和操作步驟，不愿意多花時(shí)間鉆研模塊任務(wù)的來龍去脈，不知道自己的操作是否合理，不能對(duì)自己的操作步驟進(jìn)行合理的分析，只會(huì)像做數(shù)學(xué)題一樣，填入數(shù)據(jù)，導(dǎo)出結(jié)果。裝配式混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)課程涉及知識(shí)面廣、綜合性強(qiáng)，學(xué)生應(yīng)具備知識(shí)的遷移能力和綜合運(yùn)用能力，將理論知識(shí)與軟件仿真有機(jī)結(jié)合，邊學(xué)邊練。這需要教師引導(dǎo)學(xué)生厘清思路，明確任務(wù)要考查的知識(shí)點(diǎn)，將知識(shí)融入到操作任務(wù)過程中，達(dá)到融會(huì)貫通。

實(shí)踐教學(xué)的本質(zhì)是理論教學(xué)的延伸[7]，虛擬仿真系統(tǒng)可以模擬真實(shí)的生產(chǎn)過程，讓學(xué)生進(jìn)入角色，親自動(dòng)手調(diào)節(jié)生產(chǎn)參數(shù)、操作儀器設(shè)備，使學(xué)習(xí)變得更加充實(shí)和生動(dòng)。但學(xué)生的學(xué)習(xí)程度不同，對(duì)知識(shí)理解和運(yùn)用的能力不同，在操作過程中會(huì)出現(xiàn)各種各樣的操作問題，這就要求教師要有足夠的知識(shí)和解決實(shí)際問題的能力，對(duì)學(xué)生在操作過程中出現(xiàn)的問題具有靈活自如的應(yīng)對(duì)能力，能夠?qū)W(xué)生進(jìn)行正確的引導(dǎo)與分析。

2.2.2 軟件測(cè)評(píng)功能的合理運(yùn)用

裝配式混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)虛擬仿真系統(tǒng)的功能不僅限于模擬生產(chǎn)，作為教與學(xué)輔助系統(tǒng)，還需要有測(cè)評(píng)的功能，以檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。在教學(xué)過程中，教師利用軟件的管理系統(tǒng)下達(dá)考核任務(wù)，學(xué)生在客戶端對(duì)裝配式混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)過程進(jìn)行仿真操作，服務(wù)器系統(tǒng)記錄客戶端的操作訓(xùn)練過程中，系統(tǒng)自動(dòng)記錄學(xué)生的操作內(nèi)容，并根據(jù)學(xué)生操作情況評(píng)判成績(jī)(圖3)。通過軟件的測(cè)評(píng)功能，可以對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果和知識(shí)掌握程度進(jìn)行檢驗(yàn)，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，幫助他們盡可能掌握操作過程，提高對(duì)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力和由理論知識(shí)向?qū)嵺`能力轉(zhuǎn)化的本領(lǐng)。生產(chǎn)過程的控制參數(shù)因生產(chǎn)任務(wù)的不同而有差異，操作答案不是唯一的，測(cè)評(píng)軟件沒有提供多個(gè)操作方案，軟件評(píng)分只能作為衡量學(xué)生成績(jī)的參考。仿真教學(xué)教給學(xué)生分析問題和解決問題的思路，是能力的訓(xùn)練，這一過程僅靠軟件的測(cè)評(píng)結(jié)果無法全面評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，需要教師充分分析學(xué)生的操作過程，對(duì)學(xué)生作出客觀的評(píng)價(jià)。

圖3 學(xué)生操作記錄和成績(jī)Fig.3 Students’ operating records and scores

3 虛擬仿真系統(tǒng)的完善與提高

虛擬仿真是現(xiàn)代化教學(xué)的主要手段之一。目前，我院利用該實(shí)訓(xùn)軟件已經(jīng)完成3個(gè)教學(xué)行政班的教學(xué)任務(wù)，著眼于裝配式人才培養(yǎng)，裝配式混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)課程的建設(shè)尚任重道遠(yuǎn)，為更好地服務(wù)于教學(xué)，虛擬仿真系統(tǒng)的功能也需要進(jìn)一步完善與提高。

1) 虛擬仿真系統(tǒng)只是提供了一個(gè)平臺(tái)，是教學(xué)的輔助手段，教師要深入研究課程和企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)，充分開發(fā)虛擬仿真系統(tǒng)的功能，將理論知識(shí)、虛擬仿真和企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際3者緊密結(jié)合，實(shí)際生產(chǎn)操作在仿真平臺(tái)上演練，讓仿真系統(tǒng)在教學(xué)中發(fā)揮最大的作用。

2) 校企合作，共建仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，拓展實(shí)訓(xùn)任務(wù)，使操作參數(shù)更加貼近企業(yè)實(shí)際，建立與企業(yè)長(zhǎng)效合作機(jī)制，采集企業(yè)生產(chǎn)操作方式、方法和數(shù)據(jù)，豐富仿真實(shí)訓(xùn)操作題庫。開展企業(yè)職工培訓(xùn)和技能競(jìng)賽，學(xué)生可以和職工同臺(tái)競(jìng)技，縮短學(xué)校與企業(yè)之間的距離。

3)積極探索課證融通機(jī)制，與“裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件制作與安裝職業(yè)技能等級(jí)”證書對(duì)接，將考證內(nèi)容融于課程。教師在完成授課任務(wù)的同時(shí)，組織學(xué)生利用課余時(shí)間登陸取證考試練習(xí)平臺(tái)，在線練習(xí)考證習(xí)題，并對(duì)學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)。

4 結(jié) 語

將虛擬仿真系統(tǒng)引入“裝配式混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)”教學(xué)，順應(yīng)了裝配式人才培養(yǎng)的需求，解決了學(xué)校在實(shí)訓(xùn)設(shè)備不足、實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地有限方面的困境。學(xué)生在仿真平臺(tái)以任務(wù)形式反復(fù)練習(xí)，熟練操作過程，夯實(shí)理論基礎(chǔ)和技能，在教師的引領(lǐng)下，提高發(fā)現(xiàn)問題和獨(dú)立思考的能力。通過虛擬仿真系統(tǒng)的應(yīng)用，豐富了實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容和手段，為課程的順利開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。隨著教師對(duì)課程研究的不斷深入，對(duì)虛擬仿真系統(tǒng)的不斷領(lǐng)悟和熟悉，裝配式混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)虛擬仿真系統(tǒng)操作模塊將更加豐富和完善。我們應(yīng)探索課程融通的模式，使教學(xué)任務(wù)與考證內(nèi)容銜接。探索企業(yè)職工培訓(xùn)需要，推進(jìn)校企合作，使裝配式混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)虛擬仿真系統(tǒng)能更好地服務(wù)于教學(xué)和企業(yè)。