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土木工程施工实训的教学方法探讨

2013/07/17 阅读:

根据土木工程专业培养方案的需要,《土木工程施工》课程主要讲述建筑施工技术和组织中的施工工艺原理和操作要点,剖析影响工程质量和安全的因素及对策。这些分部工程中的基坑支护与降水、土方开挖、高大模板、起重吊装工程等属于危险性较大的工程,安全隐患多,而施工实习实训又是施工课的重要组成部分,必须进行实践。从目前就业情况看,土木工程专业绝大部分学生是到施工单位、监理单位以及与此课程密切相关的单位。因此,如何使学生尽快适应建设工作岗位,学以致用,培养学生的动手能力,提高学生的综合专业技能和创新能力是《土木工程施工》课程的目标[2]。若要利用计算机创造虚拟环境来模拟各种真实环境,并根据真实环境和实际操作情况在虚拟的环境中进行操作、验证、设计、运行,把仿真技术与《土木工程施工》教学完美地结合起来,需要将土木工程施工中各个研究对象共性的规律提炼出来,归纳为各个单元操作,并将这些单元操作按施工工艺过程整合。例如,钢筋工程实训中,把钢筋施工工艺分为钢筋调直、下料、弯曲、接长(焊接)、绑扎安装、验收一条主线,开发出基于施工企业的虚拟仿真场景的实践教学软件或技能操作平台。不仅可以节省学校购买钢筋调直机、钢筋切断机、钢筋弯曲机、电焊机及钢材等材料设备资金的投入,而且学生实训安全也得到保证,并能快速而高效率地提高学生技能实践的质量和安全。还可以实现施工技能实训中与仿真设备的交互,能够像玩电子游戏一样无限制地使用和复制,减少人为损坏设备的可能性,学生实训的安全也得到保障;也可通过修改实训模型有效增加新设备的功能,优化资源库;充分利用网络实现施工技术应用技能合作性训练、协同性训练以及远程训练等,达到资源共享目的。从学生的角度,让学生根据所学的内容在相应仿真环境中进行施工实训操作,可以自由改变各个施工工艺的参数,自由控制各个节点实训内容,观察其施工工艺过程,从而进行施工生产实践中质量与安全的控制,掌握施工工艺操作技术,建造出符合《建筑工程质量验收标准》的合格建筑产品[3]。

一、工程施工实习实训教学的现状

工程施工实习实训主要包括施工技术的模板工程、钢筋工程、混凝土工程、砌体工程的操作性实训和现场管理的单位工程施工组织设计两大部分,它是土木工程专业培养方案中的专业关键必修课,是实践性、综合性都很强的课程,有别于其他选修类别的课程。然而,目前我国土木工程施工类课程教学普遍存在着较大的困难和问题,主要表现为如下几方面。

1.教学内容滞后于现行规范、工程实践。土木工程施工教材内容陈旧,技术落后,没有与时俱进,紧跟现行法律和规范,贴近工程实践,没有形成较好的课内课外相结合的有层次的互动式的施工类课程教学体系。例如,2009年国家出台了《建筑施工组织设计规范》(GB/T50502-2009),尽管是推荐性规范,但是在《土木工程施工》教材中讲述的仍然是50年代施工组织设计内容。

2.在课堂教学方法和教学手段方面。由于土木工程施工课程的实践性、综合性和理论跨度大等特点。施工课基本是采用课堂教学方式,以教师讲授为主,这样传统的教学模式非常陈旧,没有调动起学生的学习积极性,教学效果一般较差。尽管有的教师运用多媒体教学手段,收集大量的图片、动画资料,然而,由于时间与空间的限制,学生也很难观察到施工的全过程。

3.施工生产管理实训方法和手段方面。土木工程专业是一个实践性很强的工科类专业,实践教学环节效果的好坏对毕业后学生适应社会工作及动手操作能力尤为重要。现在全国高校土木类院校的培养方案实习分为施工生产实习3周,毕业实习3周,条件好的学校有3周的实训,以老师根据教学安排事先联系好实习单位,在规定时间内集中组织学生到工地去参观、见习,由现场技术人员和老师对工程概况及施工技术进行讲解,然后由学生自己去寻找实习单位,这种放羊式的教学方法,使得实践环节流于形式,效果极差。

4.在实习实训教学环境方面。实习实训教学资源的不足是长期困绕《土木工程施工》实践教学质量提高的难题。时代的发展和科技的进步对实验教学提出越来越高的要求,对学生创新思维和实践能力的培养需要一种趋于个性化的教学,需要占用更多的实验、实习实训教学资源。而这种矛盾可通过仿真技术的应用得以缓解,运用计算机仿真技术软件,可模拟环境情境,学生通过仿真实习实训后,对实训的整体到局部建立起直观感性认识,学生可不受实际实训条件和时间限制进行实验、实习实训方案设计。虚拟仿真技术和实际情境实验结合的模式可合理有效配置教学资源,解决实践课时少的问题,改善教学条件,形成多元化的教学环境[4]。

二、土木工程施工实习实训教学内容和方法

针对以上土木工程施工教学的现状,对土木类学生进行市场调研,采取一系列教学措施,利用仿真技术在施工实习实训中的3D技术和教学调研取得的成果带到课堂上,采取“理论实践一体化”教学方法,以实践技能教学为主线,重视理论联系实际的教学原则,是提高学生综合执业能力和技能的有效的教学方法。

1.加快虚拟仿真实训教学的规范化和标准化建设。2003年我系申报了我校教学科研项目《以软手段模拟硬设备开展多媒体辅助混凝土结构实验教学的研究》,现已获批。该项目研究的主要目的就是要研制一个适合土木工程专业实训教学的实验教学软件,越来越注重虚拟仿真技术实训教学的应用研究。基于虚拟仿真技术具有人机交互,寓教于乐,直观形象,便于记忆,实现互联网,场景逼真体验等优点,规范化、标准化的实训教学引入虚拟现实将大大激发学生的学习兴趣,增强求知的渴望和好奇心,避免传统教学模式课程教学机械、沉闷的现象[5]。

2.利用虚拟仿真技术进行施工安全控制。由于土木工程施工过程的复杂性和危险性,建筑企业从业人员流动性大、安全意识差等情况已经成为建筑企业保证工程质量、安全施工、安全管理的一个十分棘手的问题。土木类施工实训实习多数高等院校都是把实习生安排到与建筑施工企业校企结合的工程项目。而工程项目现场安全隐患较多,一般建筑企业都不愿意学生在现场实训过程中的亲自动手操作,加上目前法律法规不够完善,最害怕实习生在建筑施工现场出现安全事故。目前虚拟现实技术主要应用在课堂讲解演示与试验实践教学环节中,而利用它进行施工过程安全控制,规范施工企业安全生产管理,提高建筑施工企业安全生产管理水平,预防和减少减少安全事故的发生,实现标准化安全管理,这也是将虚拟现实技术用于安全管理的基础[6]。

3.注重VR系统设计和实训师资培养。虚拟仿真技术(Virtualreality,简称VR)又称灵境技术,是以沉浸性、交互性和构想性为基本特征的计算机高级人机界面。VR系统的建设和发展,师资队伍建设是关键,讲授土木工程施工这门实践性极强的专业课,除了需要系统的专业理论外,还要有一定的施工实践经验。而培养出既熟悉工程施工专业知识,又有较好的计算机应用能力的实训指导教师是开展虚拟仿真技术的必要条件。开展虚拟仿真实训实验,在实训之前要做好充分的准备工作,进行实训教学科学周密的策划设计过程,更需要实训指导教师在教学理念和教学能力上具备创新能力。利用学校青年教师工程实践培训机会,首先安排拟讲授施工课的青年教师到施工企业信息管理中心兼职锻炼,时间不少于一年,弥补实践经验的不足。与此同时,可考虑与企业合作进行虚拟仿真实训教学软件开发和设计,力争构建具有工程特色的土木工程施工课程教师队伍,即双师型的施工课教师队伍,以满足施工授课的需要。

4.实习实训前做好充分准备。施工生产实习实训前由教研室充分论证做好实施方案,采用集中和散点方式,时间安排从大三第六学期末的倒数第三周开始,至第七学期第二周结束,其问包含一个暑假,共计十周左右时间,学生可在此期间灵活安排完成生产实习任务。在实习之前,除了实习指导教师会安排学生按照实习大纲的要求完成实习各项任务外,土木工程施工任课教师还会专门为学生布置部分工作,即要求每个实习实训小组(3~5人),根据自己的实习内容制作一份多媒体课件,内容主要是在施工实习过程中,学生认为比较新的施工材料、工艺以及施工管理方法和措施。开课前提交给任课教师,并随时准备在土木工程施工理论授课时讲授。通过此种形式锻炼了学生总结工程实践经验的能力,培养了学生的团队意识,同时学生提交的多媒体课件还丰富了任课教师的教学素材和内容,及时更新的案例会更加吸引学生的注意力,有利于改善教学效果。

5.改革后的实训实习成绩评定方法。考核也是激发学生学习潜能的重要方式,考核既是学生学习的压力也是动力,为了保证日常教学效果,激发学生参与课堂教学的积极性,对土木工程施工理论教学的考核进行了局部调整,将实习实训成果的课堂展示作为评判课程平时成绩的重要依据。为了取得较好的成绩,学生在施工生产实习实训中,非常注重对施工细节的观察,对施工中的某些做法会有更深入的思考,使实习实训不再流于形式,施工实习实训的质量也有所改善[7]。因此,应用虚拟仿真技术实训实习后的成绩评定方法划分为优良、合格、不合格三个等级。实训实习大纲中要求的保证项目应全数检查,动手操作评分值达到80分及以上者评定为优良;评分值应在80分以下,70分及以上者评定为合格;当考核汇总表得分值不足70分时,当有一分项检查评分表为零时,评定为不合格。当实训实习考核评定的等级为不合格时,必须限期整改达到合格。

三、结束语

将虚拟仿真技术应用在《土木工程施工》课程实习实训教学中,改进了传统实践教学模式和方法,不但可以节约学校实验设备的投资,使实习实训成本大大降低,而且能够摒弃学生不好的学习习惯,有效地提高了学习效果和效率,培养了学生的创新和动手能力。同时,通过师生互动活跃了课堂气氛,充分调动了学生自主学习的积极性,有效地保证了《土木工程施工》课程教学的质量。虚拟仿真技术在土木工程专业实训教学中的应用使得实习教学过程既体现先进现代施工技术的内涵,又充分培养了学生设计、分析和动手操作的能力。(本文作者:周国恩、梁鑫、周雨单位:广西科技大学土木建筑工程学院)

土木工程施工实训的教学方法探讨

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