基于虚拟仿真技术下的“公路工程构造物投影绘制”课程教学实施探讨

何睿华 李 捷

(青海交通职业技术学院 西宁 810003)

1 背景

近年来,随着国家对交通强国战略的顺利推进，我国道路工程建设项目日益增多，提升工程设计人员对公路工程构造物投影绘制技术水平，意义重大。目前，学者们已开展了道路工程制图教学方面的相关研究[1-10]，但随着虚拟现实技术的迅速发展，如何有效结合此技术进一步推动公路工程构造物投影绘制课程的发展亟待开展相关研究。

因此，以交通教育集团为平台，以道路桥梁工程技术专业建设委员会为纽带，发挥自身特色形成“产、校、企”三方联动的工学结合平台，展现“新技术、新工艺、新规范”在实际教学中的应用，促进工学结合人才培养模式的有效实施。以思考能力、独立学习的能力、解决问题的能力、创新能力、表达能力五个核心能力培养为目标，道路桥梁工程建设项目为载体，全面落实基于工作过程的成果导向工学结合人才培养模式，结合现代学徒制、产业学院等培养手段，让学生的实践教学和生产一线紧密融合。通过“典型工作任务分析—行动领域归纳—学习领域转化”的课程开发路径，制定课程标准，以岗位能力为需求，确定教学内容，以能力培养为主线，进行项目导向、任务驱动的系统化课程设计。

2 教学现状分析

2.1 学情分析

教学对象为道路桥梁工程技术专业学生班级组成中男生占89%(图1)，通过课堂教学发现男生在空间感知和理解能力方面明显优于女生，而在绘图的准确性和精细化方面略差。通过调查了解到大部分同学乐于通过信息化手段进行学习，对于学习枯燥的理论知识存在畏难的情绪，上课注意力不集中，但是动手能力强，思维活跃，因此在实际教学过程中，要充分考虑各类同学的差异，合理设计教学内容及教学方法，做到因地制宜，因材施教。

图1 学情状况分析图

2.2 教学组织分析

传统的课堂教学是一种以老师为中心、书本为中心和课堂为中心的模式。这种模式往往形成了老师单向灌输、学生被动接受的局面，作为认知主体的学生在整个教学过程中始终处于被动接受知识的地位，学生学习的主动性被忽视，甚至被压抑。

很显然，这与职业教育对人才培养的要求不相符，这种模式担负不了培养高素质、创造性人才的重担，因此改变传统教学模式，打造适应新课改要求的高效课堂模式势在必行。

3 教学改进措施

3.1 整体教学设计

按照职业教育工作过程系统化课程开发的流程，通过企业调研，明确公路建设企业的工作岗位——设计人员，其对应的工作过程(环节)及后续教学内容开发过程见图2，具体阐述如下：

图2 整体教学设计

“公路工程构造物投影绘制”项目安排16学时，聘请设计单位的高级工程师，对接行业职业标准，对接职业岗位工作过程，与任课教师共同参与修订完善人才培养方案，强化培养实践应用能力，制定任务指导书。教师在课前发放任务指导书，指导书针对相关任务给出相应的基础知识和职业能力要求，在教学过程中着力构建“三对接”应用型人才培养模式。通过任务式教学，将公路工程构造物结构和相应的工程设计图纸作为实践项目，使学生根据投影的基本理论和作图方法，按工作需要画出相应图样，使用计算机CAD软件绘制道路施工图。

3.2 明确教学目标

“鉴影度形 绘路识桥”——公路工程构造物绘制项目教学内容共计16个课时，其教学目标为：

3.2.1 素质目标

(1)培养学生积极投身于路桥专业的工作热情和动力，练就工匠精神；

(2)培养学生与人协作的能力、严谨的工作态度、精湛的业务技能和顽强的进取精神；

(3)培养学生养成自主学习的良好习惯，培养学生的自学能力和独立思考能力；

(4)培养学生不断学习新知识、新技术的能力；

(5)培养学生的语言表达能力和人际沟通能力。

3.2.2 能力目标

(1) 职业能力培养目标；

(2) 熟练运用道路工程制图相关和行业国家标准；

(3) 能根据投影的基本理论和作图方法，按工作需要画出相应图样；

(4) 能使用绘图工具画出符合制图标准的工程图；

(5) 能用计算机绘制简单的道路施工图；

(6) 能识读桥梁工程结构图。

3.2.3 知识目标

(1)掌握制图的基础知识；

(2)掌握基本体、组合体的投影规律及投影图绘制；

(3)掌握道路构造物工程图识读方法；

(4)掌握常用二维基本图形的绘制方法；

(5)掌握CAD软件二维编辑命令的用法：

(6)了解工程图的绘制方法和步骤。

3.3 教学设计策略

高等职业教育以培养生产、建设、服务和管理一线的高端技能应用型专门人才为根本任务[1]。在整个教学过程中采取多段式的教学模式，通过任务驱动、课堂引导、强化训练、总结反思等过程完成对教学内容、教学目标的学习内化。根据学生的实际情况进行教学设计，搭建师生交流的平台，及时发现学生存在的问题并加以解决，通过云班课、慕课平台、优学院等多个教学平台实现教学资源的多元化、让学生在课前预习、课中学习、课后总结过程中都能得到老师的及时讲解答疑，使学生在一个更开放、更平等、更自由的环境中学会主动学习、主动求解、主动思考[2]。

3.4 教学评价方案

本课程采用过程性考核与终结性考核相结合的方式。过程性考核成绩占60%，包括学生在线上学习内容占30%，课中考勤占30%，作业占20%，实训操作占20%；终结性考核占40%(图3)。

图3 考核方式

按照教学诊断与改进的工作内容，以“五横五纵”“八字螺旋改进要求中的内容”，在实践教学构成中，以麦克思、云班课等工具作为人才培养状态数据采集与管理平台，依托专业建设咨询委员会、各专业负责团队，制定科学合理的教学资源，在整个学期的授课过程中通过目标考核、随堂听课、学生问卷反馈等形式实时监督，将即时的教学评价作为课程教学效果的评估手段之一[3]。在实际授课的过程中，根据每年道路桥梁工程技术专业学生的具体情况，制定合理的人才培养方案、培养目标、课程标准(表1)。通过合理的教学设计、课堂组织，在课堂教学实施过程中，将课堂实际教学效果和麦克思教学质量评价、云班课问卷调查相结合，根据反馈结果及时掌握学生对课程内容、难易程度的适应性，及时掌握学生的学习效果、学习状态。一方面针对学生学习过程中出现的问题调整教学手段，跟进学生的学习进度、知识掌握状态，对课堂教学做出针对性的调整；另一方面通过自我学习，不断提升自身的能力水平，创新及改进教学手段，探索新的教学模式，从而不断提升教学效果[4]。

表1 “五横五纵一平台”具体实施

4 教学实施与成效

4.1 教学实施过程

(1)课前导入 任务驱动

针对教学内容提前进行学情调查，使教学过程做到有的放矢。为每一小节布置相应的预习任务，给出下堂课所学的工程构造物图纸，借助VR虚拟现实技术辅助学生独立分析构造物组成，使学生对新知识有初步的理解，提高课堂学习效率。通过任务驱动并建立奖励机制的方式，帮助学生养成自主学习的良好习惯，使学生主动学习，主动思考，在课堂前为每一堂课做好基础建设，搭好底座[5]。课堂教学手段如图4。

图4 课堂教学手段

(2)课堂导入 智慧启发

在课堂开始时对学生的课前任务完成情况进行评价，通过点评使学生了解自己对旧知识的掌握和对新知识的了解情况，有针对性的完成旧知识的消化和巩固，新知识的理解和掌握。在课堂中带领学生分析真实的工程构造物图纸，分析其投影特点和空间位置，通过VR技术展现道路工程构造物的实体模型，完成基本体、组合体模型的观测、旋转、拆解和搭建，搭建图纸从绘制到立体实现的通道，使学生在动手的过程中学会基本体、组合体的投影、剖面、断面的表达，真正实现课程目标的理实转化[6]。

(3)强化训练 内化知识

依托真实的工程为载体，向学生展示真实工程构造物图纸实例，并带领学生完成图纸绘制。通过软件制图穿插手绘的方式，提高学生识图、记图、绘图的能力，提高学习效果。学生独立绘制完成后对自己的图纸进行讲解，通过“学生互评、教师点评、共建企业老师共评”的交流学习方式，使学生更快的发现投影绘制中的问题并加以改正，全面提升识图、绘图能力[7]。

(4)课后总结 堂下反思

每堂课结束后，引导学生对本节课知识点进行总结，使学生加深对本节课知识的理解和掌握，学生通过总结反思及时发现不足，及时查缺补漏。并在麦可思平台发布教学问卷，布置下堂课教学任务，根据问卷反馈信息进行教学反思及整改。

4.2 教学实施成效

通过实施课前、课中、课后的三段式任务教学模式(图5)，将课堂交给学生，引导学生由老师讲、学生听转向老师和学生共同完成，通过阅读、分析、绘制施工图纸，使学生学会识读公路工程构造物结构图，并进行绘制。利用云班课的轻直播、头脑风暴等程序让学生发表见解，创造正向竞争条件，互相争辩，大大激发学生的学习热情，使学生在主动思考探索与合作交流的学习过程中，真正理解并掌握基础知识和专业技能，实现培养目标的融会贯通[8]。

图5 教学实施成效鱼骨图

5 教学反思与整改

5.1 教学反思

(1)整体教学过程中，存在自建课程资源不够丰富，学生能够使用的案例、模型组合方式还不够丰富的现象。

(2)大部分学生已经习惯于填鸭式的教学方法，初次接触翻转课堂的教学模式，如独立使用VR技术绘制投影时，或独立进行图纸讲解时，需要一个适应过程，对于部分学生而言，更多的是将VR技术当做新技术的一类游戏而不是当作学习工具，从而会产生学习效果差异较大的问题[9]。

5.2 教学整改

(1)增加更多的课程资源，如在线课程、云教材、案例展示分解动画等内容，增加第二课堂时间，在课内课外增加新技术的使用机会，使学生适应新教学模式下的师生关系转变，激发学生的学习兴趣，从而提升教学效果，使学生真正化被动为主动，自我学习，自我成长。

(2)改变对学生的评价方法，由以往的看学生的考试成绩评价学习能力转换为尝试运用课堂观察、课堂评价、跟踪学生的学习过程等方式，区别于大学课堂对理论知识的看重，在高职学生培养的过程中更趋向于评价学生在学习过程中表现出来的自主学习能力、创造能力和解决问题的能力，为今后的职业发展奠定能力基础[10]。

6 特色与创新

(1)多维育人、多维评价，实现校企深度融合

依托校企合作的省级设计院和学校教师构成的双主体教师团队，为学生的教学、实训、工作共同提供保障，在校内由教师和企业专家共同完成课程教学；在整个教学过程中使用设计院正在进行的项目进行教学；在授课过程中让设计院兼职教师远程指导，并对完成的制图成果进行远程评价；在完成班级综合评价后，邀请一线设计劳模进行职业素养教育，让学生逐渐养成严谨、务实、追求卓越的工作素养，同时将多维评价结果作为学生企业实习、就业评价的一部分，并将结果作为设计院的录用评价依据，一方面为社会输送了大量人才，另一方面输出的人员为学校的教育教学提供保障，实现了校企之间的对接，完成了校企双主体的共建、共管、共育。

(2)虚拟现实，实现教学系统实施

建立VR虚拟仿真实训室，使学生在虚拟的操作场景中感受道路工程立体结构，用VR三维视觉冲击，使学生在使用CAD软件绘制平面图形前，增强对构造物的立体空间感受，解决图形绘制教学时无法准确搭建的空间立体感，使学生“身临其境”，激发学生的学习兴趣，从而引导学生由被动学习转向主动学习，并乐于学习。

7 结语

职业教育的方向是提升学生的实践能力与创新能力，在教学的过程中不断探索改进，对接职业岗位工作过程，以学生为中心，以成果为导向，基于职业标准，结合企业真实设计案例，使课堂活动变得直观、生动，从而达到教学目标。