虚拟仿真实训平台在《桥梁工程》课程教学中的应用及探究

汪荷玲，李 丹

（广州城市职业学院；广州市城市建设职业学校，广东 广州 510000）

0 前言

虚拟仿真实训平台是通过计算机预先建构基础三维图像模型，经过编程及特定的VR设备，可在计算机中生成虚拟现实，戴上特殊设备后人仿佛进入了计算机虚拟世界中，可观察、操作、互动，非常适合一些实践性强的课程教学使用[1]。

桥梁工程是道路与桥梁工程技术专业的核心课程，其教学内容涉及面广、技术性高、实践性强、技术发展快、与实际工程联系紧密[1]。桥梁工程施工中涉及较多的大型施工机械、不同的施工方法、复杂的施工工艺、严谨的施工组织，课程内容抽象、烦琐，仅仅依靠老师课堂讲解，学生很难真正掌握桥梁施工技术。

1 虚拟仿真实训平台应用的必要性

桥梁工程施工项目结构体量大，建设周期长，老师不可能将工程现场搬到课堂进行实时教学；且桥梁工程施工环节多，工艺复杂，仅仅依靠老师课堂讲解，学生难以真正理解；再者桥梁工程施工工艺工法具有单向性，一旦完成不可逆，也不能重复进行；况且目前处于后疫情时代，若让学生去现场学习，极大地增加了安全隐患和防疫风险。虚拟仿真实训平台将真实的施工现场情境进行“再现”，可以使学生在虚拟场景中进行人机交互，减少理论或实践知识掌握不足造成的设备损坏和安全事故[2]，故虚拟仿真实训平台在桥梁课程中的应用，是解决工科职业教育中“看不到、进不去、成本高、危险性大”等特殊困难的有效手段，虚拟仿真实验教学是学科专业与信息技术深度融合的产物[3]。

2020年9月，中共中央办公厅、国务院办公厅印发《加快推进教育现代化实施方案（2018—2022年）》，提出大力推进教育信息化，加快推进智慧教育创新发展，设立“智慧教育示范区”，开展国家虚拟仿真实验教学项目等建设。国务院印发《国家职业教育改革实施方案》（职教20条）指出，适应“互联网+职业教育”发展需求，运用现代信息技术改进教学方式方法，推进虚拟工厂等网络学习空间建设和普遍应用。故虚拟仿真实训平台在教学中的应用，既是迎合国家政策，又可推动虚拟仿真技术在教学领域的发展。

开展虚拟仿真实验教学，能够拓展实验及实践教学的深度和广度，提高教学实效，实现理论与实践教学的紧密结合[4]。虚拟仿真实训平台应用于桥梁工程课程中，可立体呈现桥梁各个构件的尺寸及位置关系，可模拟展示各施工环节，拉近了课堂与施工现场的距离，实现了学校专业与企业就业的对接，为提高学生的职业能力和就业质量打下一定的基础。依托桥梁工程施工虚拟仿真实训系统，学校不仅可以开展面向实际生产过程的实训教学，还可以面向施工企业开展员工培训，提高虚拟仿真实训系统的利用率，更好地促进桥梁工程领域科学技术水平的发展[5]。

2 虚拟仿真实训平台教学应用案例

本文运用的虚拟仿真教学平台是北京睿格致科技有限公司研发的建设工程立体知识云库平台，该平台包括土建施工类、市政道桥类、工程管理等不同专业模块。本文采用的是市政道桥类模块，该模块又包括桥涵、道路、隧道等模块，桥涵工程包括施工准备、基础工程、下部结构、上部结构、附属工、涵洞工程、桥梁模型教具、特殊桥梁结构施工等教学模块，基本涵盖了桥涵工程施工的所有领域。通过账号密码，进入平台后找到相应的教学模块就可进行教学和学习。

本课程采用虚拟仿真技术与项目化教学相结合教学模式，以实际工程案例为载体，运用任务驱动法，整个教学环节通过课前预习、计划，课中展示、实施，课后评价完成课程教学，整个教学过程涵盖学、教、练、考、评等教学方法。下面以桥梁工程中的桩基础施工为例，分别从课前、课中、课后三个环节对虚拟仿真实训平台的应用进行详解。

（1）课前：老师课前将从虚拟仿真教学平台中调取桩基施工准备知识的视频和资料，及老师收集的工程项目资料，课前2天通过学习平台发给学生，并发布预习任务及相关知识的讨论，让学生分好组，各组提前阅读和查阅资料，搞清楚桩基施工前应做好哪些准备工作，弄懂桥梁桩基础的作用、桩基的分类等任务，课堂上各组推选代表发表各组的看法。整个课前教学过程称之为“学”。

（2）课中：老师会先检查预习情况，让各组代表发言讨论回复课前任务，并进行点评和打分。接着老师通过思维导图讲解钻孔灌注桩的施工工序：施工准备→场地整理→测量放线→开挖泥浆池→钻机就位→埋设护筒→钻孔→清孔→吊放钢筋笼→下导管→二次清孔→浇筑水下混凝土及拔导管→拆除护筒→破除桩头施工，同时指导学生查看和学习虚拟仿真实训平台里桩基施工的4D微课、相关视频及工程图片（简称“教”），待整个施工工序讲完后，老师在虚拟仿真实训平台的教学管理中发布课堂任务。利用虚拟仿真平台的“3D互动练”模块，让学生置身于施工现场，扮演施工员，按照实训平台的提示及老师的现在指导，进行钻孔灌注桩的全过程施工练习（简称“练”）。学生成功完成练习后，可查看考核综合得分情况，自核自己任务的完成情况，不过关的还可重复练习。当学生基本掌握钻孔灌注桩的施工工序后，老师可择时发布考试任务，利用虚拟仿真平台的“3D互动考”模块，让学生独立完成钻孔灌注桩的施工，熟练掌握施工步骤，巩固施工技能，完成该任务的考试，平台有相应的分数与考后解析（简称“考”）。最后老师通过教学管理系统查看成绩分析，了解学生的掌握情况并进行打分。

（3）课后：课堂教学结束后，老师可以发布作业，如：利用思维导图画出钻孔灌注桩的施工工序。除了采用旋挖钻机成孔外，还有什么成孔方式、用到哪些机械、工艺又如何？或者孔灌注、挖孔桩、预制桩的适用条件分别是什么？也可以发布课后测评，学生完成后上传至平台反馈给老师，以便老师进行每次课的教学评价。每学完一个章节，老师会组织一次学习成果汇报，以便老师进行阶段性评价和教学反思。

3 教学过程效果评价

由于实践性较强的课程，更注重过程性评价，故下文中的教学效果评价均是指过程性评价。课程教学过程效果评价包括两种方式：学生自评和教师评价。学生自评是根据学习效果验收情况进行评价，以桩基础施工中安装钢筋笼及浇筑混凝土为例，可参照表1进行自评。教师的评价主要是对学生的专业能力、动手能力、创新能力、进行有效的评价。本案例中教师对学生的平时评价分3个部分，课前预习评价、课中学习评价、课后巩固评价，见表2。

表1 学生平时学习自评

表2 教师评价（百分制）

本门课程结束后，整理学生平时学习过程中，学生自评和教师评价数据如表3。

表3 平时学习效果评价成果（百分制）

另外还对班里的学生进行了问卷调查。从调查的统计结果可知：100%的学生表示有了虚拟仿真平台，学习桥梁工程课程的兴趣大增、学习积极性显著提高；97.3%的学生认为虚拟仿真平台加深了自己对桥梁施工的理解；86.5%的学生认为虚拟仿真平台让自己对职业及将来就业有了更加清晰的认识；83.3%的学生认为此虚拟仿真平台提高了自己的创新精神和动手实践能力。91.9%的学生表示在此教学模式下收获很大；81.1%的学生认为此教学模式对于养成职业习惯比较有帮助；78.4%的学生认为此教学模式对于提高团队合作能力有较大帮助。

从表3可以看出，学生自评时平时成绩大于80分以上的占75.7%，教师评价时，平时成绩大于80分以上的占81.1%，也就是说对于这门课程，大部分学生都是充分参与课程的学习。从问卷调查显示，绝大部分同学表示通过该门课程的学习，提高了自己的专业能力和综合能力。

4 结语

虚拟仿真实训平台有效促进课程与施工现场的结合，帮助老师构建立体课堂，拓展了学生学习的时间和空间，有效提升专业课程教学效果，提升学生创新精神与自主学习精神，助力于桥梁工程施工专业高素质技术技能人才的培养。但虚拟仿真实训平台也有一定的局限性，教学过程中不能过度地依赖虚拟实训，毕竟虚拟情景不同等同于施工现场，故虚拟实训不能完全取代实际操作，要有针对性地选择恰当的虚拟仿真实训项目，才能有效提高学生的专业技能、实践能力、创新能力及综合素养。