基于虚拟仿真技术的《土木工程施工技术》课程项目驱动式教学法研究

韩培锋 古松

摘  要：本文通过BIM虚拟技术，将《土木工程施工技术》课程知识点进行虚拟化分析，利用BIM技术，将枯燥的课程知识利用软件进行三维重建，从而实现教学内容的可视化。选择两个教学班级进行对比教学分析，一个班级采用传统教学，另外一个班采用BIM技术虚拟化方法进行授课。教学过程中及课后采用文件调查、座谈、试卷分析等手段相结合，分析两个班级的教学效果及学生的反馈意见。研究发现采用新的教学方法，学习的效果明显优于传统的方法，主要表现在学生的学习主动性、解决问题能力、团队合作精神、自学能力。通过任务驱动，积极鼓励学生主动去发现问题、解决问题，从而在解决问题的过程中学习相关的理论知识和专业技能，达到教学的目的。

关键词：虚拟仿真  项目驱动式教学法  工程管理专业  对比分析  土木工程施工

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2021）07（a）-0132-03

Research on Project Driven Teaching Method of Civil Engineering Construction Technology Course Based on Virtual Simulation Technology

HAN Peifeng  GU Song

（Civil Engineering and Architecture College， Southwest University of Science and Technology， Mianyang， Sichuan Province， 621010  China）

Abstract： In this paper， through BIM virtual technology， the knowledge points of Civil Engineering Construction Technology course are virtualized and analyzed. Using BIM technology， the boring course knowledge is reconstructed by software， so as to realize the visualization of teaching content. Two teaching classes are selected for comparative teaching analysis. One class adopts traditional teaching and the other class adopts BIM technology virtualization method for teaching. During the teaching process and after class， the teaching effect of the two classes and the feedback of students are analyzed by means of document investigation， discussion and test paper analysis. It is found that the learning effect of the new teaching method is significantly better than that of the traditional method， which is mainly reflected in students' learning initiative， problem-solving ability， team spirit and self-study ability. Through task driven， students are actively encouraged to find and solve problems， so as to learn relevant theoretical knowledge and professional skills in the process of solving problems， so as to achieve the purpose of teaching.

Key Words： Virtual simulation; Project driven teaching method; Engineering Management major; Comparative analysis; Civil engineering construction

隨着我国工程建设的不断推进和工程技术领域的不断革新，对土木工程相关专业的人员需求也快速增长，为此全国各大高校的土木工程专业呈现爆发式增长，学生数量不断增长，但是相应的教学实践基地、试验课程及实习的机会并没有增加，反而是出于安全因素的考虑，这种实践的机会越来越少[1]。土木工程施工课程是土木工程大类专业（土木工程、工管管理和工程造价）的专业核心课程[2]，课程知识实践性较强，目前课程学习多采用填鸭式教学[3]，课堂教学以教师的知识点讲解为主，学生对施工过程不清楚，对结构构件的形状、连接形式等缺乏感性的认识，大多处于被“灌输”状态，考试主要依靠死记硬背[4]，对工程的空间立体想象能力欠缺，已经不能适应施工单位对人才的需要[5]。基于学术研究型人才培养的教学模式普遍存在“重理论，轻实践”和“重构件，轻整体”的弊端[6]。

为了解决学生没有去过现场，对现场的梁板柱等构件认识不足等问题，基于虚拟仿真技术，实现土木工程施工全过程虚拟仿真，并将项目驱动式教学方法引入土木工程施工课程，将案例分解为土方工程、基础工程、钢筋混凝土工程、砌筑工程、预应力工程、安装工程、装饰装修工程和防水工程等。让学生主动融入学习过程，将班级学生进行分组，并制定详细的任务要求，要求各小组在课堂汇报完成情况，教师对小组的完成质量进行分析，从而总结分析利用虚拟仿真手段，采用项目驱动式模式教学的效果及存在的问题，为土木工程施工课程改革提供有益参考。

1  研究對象与方法

1.1  课程分析对象

选取笔者目前教授的教学班级——西南科技大学土木工程与建筑学院的工程管理专业的两个教学班级20180081和20180082班为本研究的开展对象，共计70名学生授课对象，这两个班级中有64个男生与6个女生。为了对比验证传统教学方法与本研究采用的教学方法实施的差异，研究过程中将工程管理20180081班作为新方案的研究对象，探索新方案的实施效果。将《土木工程施工技术》课程的知识点进行模块化处理，利用虚拟仿真技术，将模块知识点利用软件进行虚拟化重建，从而将枯燥的知识转变成知识点进行虚拟仿真重建。学生通过BIM将施工过程中的不同分部分项工程进行三维虚拟重构，上课教师采用项目驱动方式进行分组教学，将工程管理专业20180082班的33个学生采用传统的教学模式教学，并将其与20180081班级进行教学效果对比分析。本课程是工程管理专业的重要核心专业课程，需要学生学习相关的前置课程，如房屋建筑学、土力学、基础工程、砌体结构、混凝土结构工程等课程，通过对这两个对照组学生的成绩进行统计学处理，差异均无显著性（P>0.05），两组学生在统计学上具有可比性。

1.2  研究具体方案

将工程管理专业20180081班作为新方案实施对象，按照试验方案进行教学。将《土木工程施工技术》课程的主要知识点进行分解，然后利用BIM技术将不同的施工模块进行虚拟重建，从而让整个施工过程从枯燥的文字和图片变成三维可视化的图像，加深学生对施工过程的认识。基于项目驱动式教学方法，为充分发挥学生自主学习的能动性，将班级成员划分成7个小组，每个小组分别布置任务，如让学生自己建立柱子浇筑过程的虚拟图，分析浇筑过程中的顺序、流程、注意事项等。而工程管理20180082班则按照课程教学大纲内容要求，采用传统的讲授法进行教学，以章节为单位进行学习，教师按照知识点讲解。课程完成后期末统一命题考试和主观问卷调查来对课程教学效果进行评价。

1.3  分析软件

采用统计学软件SPSS 16.0对数据进行分析处理，统计表计用t检验，检验水准α=0.05。

2  教学效果分析

2.1 课后问卷调查分析

通过两种教学模式对比分析，课后问卷调查、学生座谈等统计调查结果，发现两个班级表现出不一样的效果，具体统计结果如表1所示。

通过对主动学习积极性、对课程知识点掌握程度及牢固程度等、解决实际工程问题能力、课程内容与实际工程结合度、团队相互协作等方面的统计分析有如下发现。高达91.3%的学生认为自己对课本知识点的记忆更加牢固，记忆效果更好，不容易忘记，而传统的填鸭式教学则记忆较短暂。有88.4%的学生认可采用这种新的教学模式，利用任务驱动，采用BIM技术实现课本枯燥知识的三维可视化，有利于激发学生学习兴趣，更像是做游戏，受到学生的普遍欢迎。有90.1%的学生认为上课的内容通过虚拟化改造后更加贴近实际，学生在建模过程中掌握了施工的基础知识，在建模过程中遇到问题会主动去查询，对整个知识流程更加清晰。有90.5%的学生在项目驱动式教学模式下，愿意主动去分析问题、解决问题，遇到问题主动去查询资料，使得学习的效果与解决问题的能力提升明显，主动解决施工问题的能力增强。将实际施工项目模块化，利用BIM计算三维重构通过实际工程虚拟化三维重构，有88.2%的学生认为这样的教学模式有助于深化对实际工程项目的认识，同时扩展学生学习知识的范围和内容，学生通过实际工程图纸的学习，也激发了学生学习的主动性，遇到问题知道搜集整理资料，从多角度去分析问题，知识面更加宽了。

2.2 课程期末考试成绩

表2统计了两个教学班级的期末考试成绩分布，通过下表可以看出，采用新的教学模式的班级，将课程知识点利用虚拟技术进行重构，并采用任务驱动教学模式的班级成绩分布明显更好，学生的期末成绩整体较好，高分人数较多，且没有不及格的现象，而采用传统模式的教学，学生知识理解较差。对于综合问题的回答不够全面，极易不够深刻，知识的灵活掌握程度较差。

3  讨论

通过两个班级的不同的教学模式对比发现，老师采用灌输式的教学，学生记忆、学习的主动性相对较差，尤其是施工课程实践性较强，学生对工地现场认识不足，导致教师的这种讲解学生难以理解，课程成绩明显低。采用新的项目驱动模式，利用BIM技术将施工知识虚拟化，通过任务促进学生学习动力的提升，可以激发学生在游戏和任务中学习知识，学会团队合作，激发学生的兴趣和主动学习的意愿，学生的团队合作精神及解决实际问题能力得到锻炼。《土木工程施工技术》课程实践性较强，目前高校扩招与安全问题导致学生到工地现机会少，课程理论知识偏多，实践知识较少，教师课堂上教授的理论无法完全替代现场实践。利用虚拟技术可视化施工过程，采用项目驱动式教学方法让学生对课程知识点进行分解学习，学生分组带任务学习，目的性更强，解决实际问题能力更强，达到了较好的效果。

参考文献

[1] 程昱，李欣，王岩俊，等.“半翻转课堂+项目驱动”模式在“网络编程”教学中的应用——以广东工业大学为例[J].西部素质教育，2021，7（2）：119-121.

[2] 韩培锋，文华，甘露.项目驱动式教学法在土木工程施工技术课程教学中应用研究[J].知识经济，2019（14）：150-151.

[3] 殷振瑶，安镜如.基于3D仿真平台的工程管理专业《土木工程施工技术》课程改革探讨[J].砖瓦，2020（10）：173-174.

[4] 张冠男，高哲，倪铭阳.理工科大学生创新实践能力培养探讨——以辽宁大学为例[J].科技资讯，2020，20（7）：210-212.

[5] 贺胜军.基于OBE理念的高职《基础会计》线上线下混合式教学模式探析[J].科技资讯，2020，36（12）：83-87.

[6] 杨硕东，肖海文.“双创”视域下高职院校工匠精神培养途径研究[J].科技资讯，2020，20（7）：192-194.