刍议职业院校建筑工程专业模拟动画仿真教学的应用

宋承裕

职业院校传统的采用校外实习和校内实训培养学生的动手能力的教学方法和手段已经不能适应建设行业技能型紧缺人才培养要求。学生学习都是处于被动状态，学生的积极性不能被充分调动出来，提高不了学生的学习热情和兴趣。模拟动画仿真，是学科课程与图形文字、声像等信息技术相互结合的产物，既可以提高学生的创新精神和实践能力，又能激励高校教学改革与创新，达到教学大纲的效果，提高教学能力，拓展实践领域，丰富教学内容。根据多年的教学经验，简单地谈谈模拟动画仿真教学在建筑工程专业教学的应用。

建筑工程模拟动画仿真教学应用一、模拟动画仿真教学概述

1.模拟动画仿真教学

模拟动画仿真教学（The simulation animation teaching）就是利用计算机及其Flash等相关视频软件技术依据现场实况制作生成各种三维动画模型来演绎系统发生的真实过程的一种教学方法。这里的动画模型可以是定性的，也可以是定量的。即既可以是物理的模型，也可以是数学的模型；既可以是静态的模型，也可以是动态的模型；既可以是连续的模型，也可以是离散的模型。这里的系统不但包括机电、建筑、化工等工程系列，而且还包含生态经济等管理系统。

在动画制作过程中模拟现实的境况时采用的景物除厂房建筑、交通、设施设备实物外，也可采用拟建建筑、厂房等设计模型，甚至构件组成材料内部分子结构、风管的超音速气流等现实生活中观察不了的抽象模型。

2.模拟动画仿真教学的特点

模拟动画仿真教学是在教学过程中利用计算机通过制作的情境动画向学生演绎模拟的自然或社会现场，是一种理论结合实践新的教学方法和教学手段。模拟动画仿真教学经过多年的发展，采用数字化构建繁杂的物理模型来表明现实世界的变化规律已成为现实，模拟动画仿真教学在各个学科和领域得到充分的拓展。模拟动画仿真教学经过多年的发展，也展现了它独有的特点，模拟动画仿真教学具有专业性、实践性、互动性等特点，有助于培养和提升学生的决策能力和提高学生的个人素质。

（1）专业性

模拟动画仿真教学过程中采用的模拟动画都是依据我们学的专业和课程，根据现场的真实场景项目、拟建项目及其工艺以及特定的环境下制作的。由于模拟动画仿真教学在各个学科和领域得到充分的应用，所以在教学过程中，要展现其特定的专业性，要以具体的项目案例为驱动，特定的工作任务为导向，给学生演绎与其专业相适应的模拟动画，做到理论和实践结合，以提高学生的学习兴趣，加强学生对其知识点的理解，加深学生对专业课程的印象。例如，《土木工程施工》专业课程，在讲授地基处理时演绎其各种处理方法的模拟动画以提高学生学习兴趣和教学效果就体现其专业性的特点。

（2）实践性

这里提及的实践，也可以认为是模拟场景。模拟动画仿真技术是利用计算机结合flash等相关视频软件技术模拟的自然或社会现场，创建一个虚拟但能复现真实的施工现场环境，情境教学。譬如在讲授《房屋构造》演绎一个完整的建筑及其环境的三维动画，多方位多角度的展示房屋结构的特征及其组成，使抽象转为直观，这就显现其事件性的特点。

（3）互动性

模拟动画仿真根据现场的真实场景项目、拟建项目及其工艺以及特定的环境下依据计算机及其相关软件制作的，其工艺步骤具有一定的智能化，具有可操作性、应用性，可以灵活设置相应的参数、施工条件、工艺、以及故障来调整工艺工序的演变结果，建立各种事故和极限点，了解危险作业或临界点。在教学过程中可以讓学生自行调整和改变参数，评估学生的成绩并分析学生对理论知识的掌握和理解程度，检验一下教学效果。例如，《工程测量》课程有关水准仪读书的有关要点讲解时，利用模拟读数器现场让学生读数这就体现其互动性的特点。

二、建筑工程专业模拟动画仿真教学的应用及其效果

建筑工程专业模拟动画仿真教学的应用主要是以建筑情境为原型，利用模拟动画技术，利用多媒体课件和Flash动画复现建筑任意角度动态显示的虚拟建筑情境，构建满足建筑专业教学要求的数字化课堂教学环境，增强学生的空间及其过程的想象力，提高学生学习兴趣和学习能力。

1.建筑结构方面的应用

对于建筑结构人们极为关心的是承载力极限及其结构破坏问题。面对特殊的结构和形式、复杂的荷载和材料的性能，通过模拟动画仿真可以观察到整个过程的破坏，比较直观形象，工作原理及其内容更容易理解。学生可以通过模拟动画了解建筑物的内部结构，在模拟情境重自由漫游，置身于场景之中，并且能够在设定的场景中进行数据参数、模拟环境等元素就行设置，与之互动，犹如亲临现场的体验。例如压杆稳定测试模拟动画如图1所示）。

在教学过程中，可以让学生借助计算机对压杆稳定测试实验来验证压杆稳定受力特征进行现场操作。学生可以在计算机上直接对对压杆进行固定、按压压杆，压力机根据学生给出的各种荷载对结果进行分析反馈。

教学效果：通过这样的模拟动画仿真教学，学生能够快速的理解和掌握压杆的受力稳定性能及其临界弯曲荷载的边界条件，深化学生对建筑结构稳定性的认识和了解。

2.在地基与基础方面的应用

地基与基础是地下隐蔽工程的，外观观察比较困难，模拟动画仿真技术把地基与基础内部结构多维度表现出来，对于了解地基与基础的内部特性有着很大的意义。在对课程基本理论学习的同时，采用模拟动画仿真教学，让学生认识和熟悉土压缩实验、原位测试、三轴实验、无侧限抗压实验土工实验各种设备仪器，了解实验的工作原理，充分调动学生的学习积极性性，增强学生感知认识，提高学生的理解能力和创新能力。例如，了解土方开挖时的塌方，我们可以通过模拟动画仿真技术知道断层、裂隙和节理的密度，分析地下结构和边坡的稳定性。例如，桩基筏板基础设计模拟动画如图2、图3所示。

在教学过程中可以让学生借助计算机对桩基筏板基础进行模拟设计。学生可以自行建立和修订参数，通过演示来观察各项参数的变化的同时桩基筏板基础是如何变化的，桩的长度、桩的位置、周边基础等对桩基筏板基础产生什么样的影响，与内力、桩顶反力等的影响。论证分析其变化与基础内力、变形及其桩定反力之间存在何种规律。

教学效果：通过这样的模拟动画仿真教学，学生可以轻松的对桩基筏板基础形状、厚度、桩的长度、桩的位置进行修改，演示过程中能直观地反映出桩基筏板基础在参数变化时的变形和内力变化。深化了学生桩基筏板基础的认识，了解了桩的长度、桩的位置、周边基础等对桩基筏板基础产生的影响，巩固了学生的专业基础知识，提高了学习效率。

3.防灾抗震方面的应用

地震灾害是自然灾害当中破坏力最强、很难及时预测和最广泛分布的灾害，加强建筑物抗震设防的研究，提高建筑物的抗震性能，是建筑专业学生学习的一个重要课题。随着技术的发展，建筑结构形式越来越显示出新的、非凡的和特殊的发展特点，传统的理论教学方式已经不能适应这种发展趋势，在教学过程中通过模拟动画仿真教学，通过耗能减震结构模拟动画，直观、形象的向学生展示其发展机理，使学生身临其境，增强学生感知能力。例如，耗能减震结构模拟动画如图4、图5所示。

在教学过程中可以让学生借助计算机对构件的尺寸、形状、钢筋形式数量以及震波等进行设置，通过模拟演示，观察构件内力及其变形变化情况。论证分析结构构件出现临界状况的边界条件，优化设计有效的提高结构的抗震能力。

教学效果：通过这样的模拟动画仿真教学，学生对构件的各项几何参数包括地震波和耗能阻尼支撑进行设置，通过演示论证分析结构构件出现临界状况的边界条件，对耗能减震的专业知识有了深刻的认识和理解。

4.在施工工艺中的应用

建筑工程施工方法和施工组织具有多样性和变异性的特点，施工工艺复杂，包含支模拆模、绑扎钢筋、砌筑、浇捣、养护等众多工序，种种工序之间环环相扣，錯综复杂，对于混凝土的浇筑进度都有一定的影响。在讲授施工工艺专业理论知识时模拟动画仿真模拟各个施工工艺过程以及各工序之间的层间逻辑关系，可以科学形象的显示不同的施工工艺及其技术措施产生的结果和效用，进而对施工方案和施工进度进行量化处理。学生通过模拟动画仿真教学不仅可以加深施工技术的理论知识的理解，同时也能够通过模拟动画仿真教学更深层次的去了解新工艺新方法，提高学生的学习兴趣、激发学生的主观能动性和创新意识。

在教学过程中可以演示先张法张拉钢筋的整个过程，从钢筋张拉开始至设计应力的1.05倍、支模板、放置夹具、撤去张来机浇注混凝土及其养护达到设计强度的75%截断多余钢筋整个操作工艺都能直观的反映出来，通俗易懂。

教学效果：通过这样的模拟动画仿真教学，学生能够清晰的了解先张法的整个工艺过程、操作步骤及其工作原理，能够正确区分先张法与后张法的施工的不同之处，不但能够快速的理解张拉原理，也为今后的工作奠定的扎实的基础。

三、建筑工程专业模拟动画仿真教学的优越性

建筑工程涉及的专业课程很多，建筑是一个复杂的系统，影响其安全性、耐久性、稳定性的因素很多，如《建筑力学》《建筑识图》《建筑结构》《钢筋混凝土》，等等，这些课程相对比较深奥复杂，而且很抽象，各个工序工艺之间有着非常复杂的相关性，利用传统的教学方式和方法，仅仅通过书本教材获得客观正确的结论是很难实现的，必须要有一套系统的、全面的方法和手段配合相关的实习实践才能了解和掌握其知识要点。而模拟动画仿真教学在授课过程中通过演绎模拟动画仿真，将比较抽象的概念转化为现场情境，直观、形象的将建筑展现在学生面前，学生学习时身临其境，大脑的思维能够得到充分的调动，能快速的理解其的工作原理及其组成，加快的知识点的理解和记忆，学习效率得到极大的提高。所以模拟动画仿真教学在建筑工程专业教学中显得尤为重要，主要体现在一下几点：

（1）填补了传统教学手段和教学方法上缺陷和不足。建筑工程专业模拟动画仿真教学相对于传统教学而言，更能使抽象的概念变得直观，建筑工程专业模拟动画仿真教学填补了传统教学手段和教学方法上缺陷和不足。

（2）填补了传统教学实习和实践过程的不足。建筑工程专业模拟动画仿真教学在讲课过程中给学生演绎其各种施工工艺过程和原理，而这一演绎过程恰恰也是施工现场的真实过程的展现，相当于一个现场实践过程，增强了学生的认知感，填补了传统教学实习和实践过程的不足，提高学生的理论知识和专业技术水平。

（3）学习效率得到极大提高。将传统的教学手段与模拟动画仿真教学相比较，在同一课程同样的时间的状态下，传统的教学模式教学学生能够接受和记忆的内容在百分之三十左右，模拟动画仿真教学学生能够接受和记忆的内容在百分之三十左右，可见，模拟动画仿真教学可以大大的提高学习效率。

（4）安全性得到保障。采用模拟动画仿真教学，由于涉及到建筑本身的好多实践过程都是在课堂或者多媒体教室利用计算机来完成，改变了传统的学生在实验室或到工地现场利用真实材料和设备来完成相关实验，减少了材料、设备及其现场存在的不安全隐患给学生带来的伤害，极大的提高了安全系数。

（5）节约了成本。采用模拟动画仿真教学，采用的多媒体手段进行教学，其生成软件可以反复使用。传统的教学模式学生在进行学习和实训过程中，都是事先准备好教学和试验需要用到的材料，学生根据老师传授的试验方法和书本上讲解的基本原理对材料进行加工操作。试验结束后使用的材料基本不能再次使用，要进行下次试验时有得重新材料。采用模拟动画仿真教学时，其动画模拟都是采用的多媒体手段进行演示，其应用软件可以反复使用，试验过程可以反复进行，充分发挥出学生的主观能动性，互动性极强，极大的降低了运行成本，强化了专业基础知识的了解，提高了教学效果。

四、建筑工程专业模拟动画仿真教学的局限性及解决途径

当然模拟动画仿真教学除了具有上述的优点以外，也存在一定的局限性。

首先，真实操作性差。模拟动画仿真教学整个过程都是模拟演示，学生不能真实的动手实际操作，对一个真实项目不能完全去感知和领悟，特别是专业技能方面，缺乏应有的锻炼和培养，实际动手能力不强。

其次，容易造成安全生产意识淡薄由于模拟动画仿真教学整个过程都是在计算机上完成，工作安全性极高。学生在实践过程中即使出现不按照规定流程和施工工艺要求进行操作，出现错误或故障也可以通过关闭系统重新操作来完成实践，这样容易是学生产生侥幸心理，麻痹大意，不能养成高度的责任感和安全意识。

针对建筑工程专业模拟动画仿真教学存在的局限性，在教学过程当中应该在传授理论知识和实践技巧的同时，也应该要求学生在学习过程中不断的突出问题，思考问题，增强解决问题的能力和素质。同时，也要真正做到校企结合，理论学习和生产实践紧密结合，在学生掌握理论知识和实践要求的基础上及时的安排学生进入企业进行实践实习，巩固学校学到的理论知识，使模拟动画仿真教学和现场施工管理有效的结合起来，增强学生的动手能力，提高学生的专业技术技能水平和职业素质。

五、结论

总之，模拟动画仿真教学提高了学生的学习主观能动性，培养了学生的想象能力，增强了学生的自信心和成就感，通过模拟动画仿真教学，学生能够充分了解自己学到的科学理论知识及其掌握的专业技术水平，充分结合理论和实践，提高对专业技术的理解，激发专业精神。模拟动画仿真教学拓展创造性和想象力，将在未来的智能教育中获得巨大发展。

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