土木工程施工课程教学中存在的问题及改革措施研究

摘 要 随着信息技术快速发展，对传统教学模式带来了机遇和挑战，转变传统的教学方式是课程教学过程中的必经之路。从我国土木工程施工课程教学过程中存在的突出问题的角度出发，对施工课程教学改革措施开展有针对性的探索，从教学资源、教学手段和的教师队伍三个方面提出相应措施。上述研究，为进一步深化土木工程施工课程教学改革提供借鉴和参考。

关键词 土木工程施工;课程教学;改革措施

引言

土木工程施工课程作为土木工程、工程管理专业的主干课、必修课，旨在让学生掌握施工技术部分中主要分项工程的工艺原理、施工方法、操作技术、机械选用等方面的局部性规律和知识;学会建筑产品生产过程中，各工种工程之间相互配合、相互协调的全局性组织规律和方法。土木工程施工是将设计蓝图变成现实产品的关键环节，通过本课程的理论教学，培养学生具有独立解决一般土木工程施工技术与组织计划问题的初步能力。目前，国内大专院校培养的土木工程、工程管理专业的学生，其主要就业单位为建筑施工企业。因此，该门课程的教学质量直接影响到学生专业素质和从业能力。

土木工程施工课程具有理论跨度大、实践性强、内容多、教学课时少等特点，根据教师和学生的反馈，教学效果一直不容乐观。因此，对现阶段施工课程教学过程中存在的主要问题进行分析，并提出相关教学改革措施是完善施工课程体系建设亟待解决的问题。

1现阶段土木工程施工课程教学中存在的问题

1.1 教学内容滞后于行业应用需求

当今建筑工程逐渐呈现出建筑高度不断攀升、跨度不断增大、规模不断扩大、施工难度不断增加等特征，在施工技术和组织管理过程中不断呈现出新的技术手段和管理方法。然而，新的施工技术和组织方法要完全规范化，再编入教材，这需要一定的时间。从目前施工教材的内容看，绝大部分教材讲述的内容大致相同，其中施工技术部分主要包括：土石方工程、地基处理与桩基础工程、砌体工程、混凝土工程、预应力混凝土工程、结构安装工程、防水工程、装饰装修工程;组织部分主要包括：流水施工原理、网络技术、单位工程施工组织设计和施工组织总设计等内容。

现阶段，为解决建筑产业目前存在的工业化和标准化水平低、劳动生产率低、科技进步贡献率低、住宅质量和性能低及资源能源消耗高、环境污染程度高等问题，国家大力推广装配式混凝土建筑和钢结构建筑，以减少建筑垃圾和扬尘污染，缩短建造工期，提升工程质量。然而，与装配式建筑相关的施工技术手段和组织方法在现有教材中很少涉及。此外，随着信息技术的不断发展，在复杂工程的施工管理过程中，协同工作平台、可视化模拟、大数据分析等技术手段被广泛应用。然而，上述方法在现有的教材中也较少涉及。

1.2 教学方式存在较大缺点

现阶段土木工程施工教学模式按照施工技术、施工组织的固定顺序开展，各个章节之间彼此独立、内容跨度大、知识体系具有碎片化特性。因此，教师在分散讲授各章节内容后缺乏系统性的归纳、总结，造成学成在学习过程中很难对章节的内容进行有效整合，出现学习效果不佳、知识架构松散等问题。另一方面，施工课程中分项工程的工艺原理、施工方法、操作技术、机械选用等教学内容繁杂，学生需记忆内容较多。现阶段国内各大高校的施工课程还是以课堂填鸭式教学模式为主，课程中大量的施工工艺知识通过教师讲授给学生。然而，教师一般从学校到学校，缺乏施工现场的工作经验，授课缺乏生动性，造成学生在学习过程中以死记硬背为主，分析和解决问题的能力欠缺。

1.3 課程实践教学环节薄弱

施工课程具有很强实践性，需要学生深入现场，通过现场实践教学以加深学生对专业理论知识的了解程度、掌握实际操作技能。现阶段，施工课程实践教学重视和投入不足，对于国内大部分高校而言，在实践教学方面依然没有建立起一个独立、完整的教学体系，实践教学只是作为理论教学的一种依附而存在。目前在施工课程实践教学过程中主要存在以下三方面的问题：①教师用实践教学理论化的模式来代替学生面向实际的工程训练;②实践教学方法和手段落后，内容陈旧、形式单一，缺少自主性和创新性;③施工课程实践教学困难重重，或受高校实验室利用率低限制，或出于施工场地不安全因素，造成学生在实践教学环节很难受到完整、全面的实践训练，是高校人才培养的薄弱环节[1]。

2土木工程施工课程教学改革措施思考

2.1 加强VR技术在土木工程施工教学中的应用

虚拟现实（Virtual Reality，VR）理念由美国 VPL Research 公司的创始人Jaron Lanier 在 20 世纪 80 年代初提出，是一种结合计算机、电子信息、仿真技术于一体，通过创建三维虚拟空间，让用户通过视、听、触觉等作用方式，实现在虚拟世界中与对象自然交互。随着社会生产力和科学技术的不断发展，各行各业对VR技术的需求日益旺盛。在施工教学过程中引入VR技术手段，是满足国家对土木工程专业新型创新人才培养的需求及新工科教学实践的重要方法[2]。

VR系统主要分为桌面虚拟现实系统、沉浸式虚拟现实系统和分布式虚拟现实系统。在桌面虚拟现实系统中，用户通过普通计算机登录虚拟环境，通过使用数据手套、VR眼镜及三维鼠标等设备操作各种对象，实现一体式模拟[2]。该系统具有设备要求不高、成本较低、可在普通计算机上实现等特点，是目前应用最为广泛的系统。沉浸式虚拟现实系统通过有效实现封闭式模拟环境，使用户完全置身于虚拟环境之中，产生强烈的沉浸感。在分布式虚拟现实系统中，用户在不同地域可同时使用网络进行虚拟连接，实现工作交互、共享资源信息。

将VR应用于施工课程教学，相较于传统的填鸭式教学模式，具有如下优势：①可丰富当前施工课程的教学方式。教学中运用 VR 创建虚拟教学系统，其交互式模拟效果能给学生带来全新的沉浸式体验，从而激发学生的学习热情和好奇心，学生通过VR技术可反复训练各种施工工艺的操作流程，从而熟练掌握技能。②可提高课堂的互动性。VR具有极强的交互性，学生根据老师的理论讲解同步开展实践模拟，进而加深对知识点的理解记忆，提高学习效率和兴趣。③可避免施工现场操作带来的危险。高层建筑爬模施工、滑模施工、碗扣式脚手架施工等工艺流程在操作过程中都具有一定的危险性，使用VR技术可让学生在学校完成施工操作，不仅消除了学生施工实习中的危险，还解决了教师联系实践教学基地困难的问题。

2.2 推广BIM技术在土木工程施工教学中的应用

建筑信息模型（Building Information Model，BIM）理念最早由美国乔治亚理工大学Chuck Eastman 教授提出，已逐渐被建筑行业认可并广泛应用。根据美国国家BIM标准给出的概念：BIM是建设项目在物理和功能特性方面的数字表达，形成全生命周期中共享的知识资源，不同利益方在不同阶段通过在BIM将中段插入、提取、更新和修改信息，以协同各自职责[3]。BIM 技术以三维信息化模型为载体，具有可视化、协调性、模拟性、优化性及信息完备性等特点，对土木行业的传统的设计理念与施工方法带来全面的变革。

《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020）》中指出：应加快教育信息化进程，强化信息技术应用，提高教师应用信息化水平，更新教学观念，改进教学方法，提高教学效果。BIM技术作为建筑领域中信息技术的重要手段，引起了国内高校和行业的广泛关注，如清华大学、华中科技大学为代表的部分高校进行了相关研究并开设了 BIM 课程，国家会展中心、上海迪士尼乐园、上海中心等复杂工程施工中应用BIM技术[4]。

将BIM技术应用于施工课程教学，具有如下优势：①实现施工过程模拟推演。针对滑模施工、地下连续墙施工、水下混凝土浇筑等复杂工艺，可在三维模型的基础上加入时间维度，扩展为4D模型。复杂工艺流程以动态的三维方式进行模拟推演，让学生直观、感性地体验施工的详细过程。②提高学生协同能力。BIM技术的优势在于覆盖建筑全生命周期的数据信息，使各参与作业者协同工作。在教学过程中让学生扮演“项目经理”的角色，来解决各专业信息出现的“不兼容”问题，从而增强学生学习积极性和主动性。③提高学生运用理论知识解决实际问题的创新能力。利用BIM技术让学生解决施工组织设计中的工程量计算、进度计划安排、施工场地布置、模拟关键工序施工过程等问题，既加强了学生的BIM建模和应用技能，也提高学生运用理论知识解决实际问题的创新能力。

2.3 构建土木工程施工教学资源数据库

施工课程各章节之间知识体系具有碎片化特性，且各章节施工工艺和规范内容繁杂，学生需记忆内容较多。为了增加课程的生动性，在教学过程中通过施工图片、视频、动画等形式形象地展现出来，使课程中复杂的施工工艺和工艺原理通过生动、形象的方式得以补充。在施工课程教学过程中教师通过构建教学资源数据库可实现在教学过程中的教学资源的积累与重用，并通过多元化的教学资源提高学生学习兴趣和感性认识。教学资源数据库主要涵盖施工工艺图片库、视频库、工程案例库等。在施工教学过程中通过不断扩充教学资源数据库，实现教师在教学阶段讲解到某一重要知识点时，可直接从资源数据库中检索到相关的图片、视频、动画、规范规程等内容。

2.4 完善“走出去，引进来”的教师队伍建设体系

施工课程的建设离不开优秀的教师队伍，可按照“专职教師工程化、兼职教师专业化”的目标，加强专、兼职课程教学团队建设[5]。一方面，针对教师从学校到学校的现状，积极鼓励专职教师“走出去”，到建筑企业中挂职、锻炼，提高教师的工程实践能力。另一方面，将施工企业总工程师或在建筑企业中从事技术或管理工作的优秀毕业生“引进来”，聘为校外兼职教师，参与到课程讲解或实践教学等工作中。通过采取“走出去，引进来”的方式深入开展校企双向协作，多角度、多途径地培养基础一支理论扎实、实践能力强、具有创新意识的教学团队。

3结束语

随着信息化技术的不断发展，对传统教学模式带来了机遇和挑战，转变传统的教学方式是课程教学过程中的必经之路。本文针对我国施工课程教学过程中存在的教学内容滞后、教学方式单一和课程实践教学环节薄弱等突出问题，对施工课程教学改革措施开展有针对性的探索，提出了加强VR和BIM技术在土木工程施工教学中的应用、构建施工课程教学资源数据库和“走出去，引进来”的教师队伍建设措施。上述研究，为进一步深化土木工程施工课程教学改革，努力培养适应社会发展需求的施工管理人才提供借鉴和参考。

参考文献

[1] 李倩，王雪锋.基于BIM的独立院校土木工程专业多课程联合教学研究[J].高等建筑教育，2016，25（6）：85-90.

[2] 袁杰，赵倩怡，童华炜，等.基于VR的土木工程施工课程改革与实践[J].高等工程教育研究，2019（3）：99-101.

[3] American national standard institute.United States national building information modeling standards[S].USA：National Institute of Building Sciences，2007.

[4] 卫星，巨云华.基于BIM+VR技术的钢结构桥梁教学实践改革研究[J].图学学报，2018，39（6）：219-226.

[5] 白泉，边晶梅，于贺，等.虚实结合的土木工程专业实践教学体系构建研究[J].高等工程教育研究，2018，（4）：67-71.

作者简介

刘平（1984-），男;职称：讲师，博士，一级建造工程师，现就职单位：兰州理工大学，研究方向：土木工程建造与管理。