基于交通工程虚实结合实训平台的混合式教学探索——以“桥梁施工技术”课程为例

杨 腾，陆凡婷，雷成霞，王康俊

（1.山西水利职业技术学院，山西 运城 044000；2.运城职业技术大学，山西 运城 044000）

《中国教育现代化2035》提出利用现代技术加快推动人才培养模式改革，实现规模化教育与个性化培养的有机结合。高等职业教育的培养目标是培养高素质的技能型人才[1-2]，主要强调知识在实践中的应用。虚拟仿真技术是以现实为基础，创造虚拟环境，让使用者在交互中获得真实环境的感受和体验[3]。在“双高”计划的推进过程中，山西水利职业技术学院在课程教学改革的投入逐渐增大。由于“桥梁施工技术”课程的特殊性，传统教学模式已难以满足新时代发展对学生的实践技能的要求，为参加全国交通运输职业教育道路与桥梁施工技术应用技能大赛，本着以赛促学，以赛促教，以赛促建的目标，引入三好交通工程虚实结合教学实训平台（如图1所示），平台按工程类别和分部分项工程划分归类资源模块，每个模块包含节点构造、建筑材料、施工工艺、施工规范、质量检测等内容。如何将虚拟仿真软件同教学有效地结合，并借助学习通平台开展教学活动，为本次教学探索的重点任务。

图1 交通工程虚实结合实训平台

1 课程教学现状及改革思路

1.1 教学方式由理论传授转变为理实一体

“桥梁施工技术”课程是一门实践性非常强的课程，教学内容包含大量的施工工艺及流程。虚拟仿真实训平台采用三维动画模拟施工工艺流程、使用可视化手段可让学生对工程实践有了更加直观的感受。在操作过程中具有使用灵活、安全环保、可重复等诸多优点，教师在教学演示时，能够细致地讲解每一步操作的要点，学生在学习中如若能借助虚拟仿真实训平台所提供的模块进行操作，可以方便快捷地理解并掌握相关节点的施工工艺，通过对材料及施工机械的选择，达到熟练掌握施工流程的目的。

1.2 教学工具由传统多媒体转变为学习通+虚拟仿真实训系统

随着智能手机的普及，移动互联网教学方式逐渐进入人们的视野，在职业教育的改革浪潮中发挥了重要的作业，山西水利职业技术学院自2018年起已大力推广移动互联网教学，经过几年的经验积累，逐渐探索出互联网移动教学模式，在对比了多款教学平台各自的优势后，结合本门课程特点，本课程最终选择“学习通+虚拟仿真实训系统”进行相关的实践和探索。

1.3 教学模式由学生被动学习转变为主动探索

“桥梁施工技术”课程内容大部分需要学生理解记忆。传统的教学方法，主要靠教师讲解，学生的参与程度较低，很容易被其他事物吸引注意力，导致对课程失去学习兴趣。故案例式、互动式、小组讨论式、理实一体化等教学方法是目前教师亟待学习及采用的，借助虚拟仿真实训平台，引导学生自主学习，按照平台的提示完成相关的施工工序，最后加以考核，让学生将施工流程熟记于心，潜移默化地达成了教学所设定的目标。

2 基于虚拟仿真实训平台的课程教学设计

为解决教学现状所存在的问题，达成课程的目标要求，结合人才培养方案和课程标准进行教学设计，本课程的混合教学具体实施方案分为两个主线(如图2所示)，一个是教师进行教学安排和设置，另一个则为学生按要求完成相关的任务。教师模块主要包括任课教师进行课程建设、设置教学项目及任务、上传教学资源(包括课堂教学设计、施工方案、施工工艺视频、质量检验标准)、收集学生问题、针对性讲解、拓展教学内容、布置课后作业等。学生模块主要包括课前完成相关资源的学习，课中借助虚拟仿真实训平台进行实操，课后举一反三，巩固提高并根据施工操作中所涉及的内容进行作业的作答。

图2 课堂教学设计整体思路

3 基于虚拟仿真实训平台的课程教学实施

交通工程虚实结合教学实训平台采用模块化设计，将实体模型按等比例全部呈现在软件的虚拟环境中，实现三维场景漫游并能多角度地展示构造节点。采用虚拟漫游模式，将实训基地搬到课堂、搬到多媒体教室中来。模块化虚拟仿真施工实训+学习通平台能够达成课程改革的核心目标，可以达到理论结合实践，实践贴近实际的效果，从而大大提高学生的技能水平[4-5]。

下面以“桩基础施工”为例，结合交通工程虚实结合教学实训平台的实操模块(如图3所示)及管理模块(如图4所示)，用学习通软件作为课堂教学管理工具，展示依据“基于虚拟仿真实训平台混合式教学”理念进行课堂教学的思路。

图3 实训平台实操模块

图4 实训平台管理模块

3.1 课前预习设计

在混合式教学模式下，进行课前预习是非常有必要的，预习能够让学生带着问题进入课堂。借助学习通平台，教师上传某工程实例的工程概况、桩基施工工艺视频、施工方案及编制依据，通过平台软件的设置，可以对学生的预习情况实现快速，准确地反馈。学生预习的成果可以通过预设的习题进行考察。

教师在上传资料前，首先应在学习通章节模块中建立对应的实训课程，在课程内添加相应的素材及桩基施工视频，软件会自动识别视频并将其设置为任务点，学生在学习后能够智能统计出完成情况。

3.2 课中理论讲解

在桩基础施工教学过程中，学生在软件实操前首先应掌握基本的理论知识。桩基础按施工方法可分为沉入桩和灌注桩两大类，而灌注桩按成孔方法不同，主要有钻孔灌注桩和挖孔灌注桩。针对不同的桩基础，施工的工艺和工法也不尽相同。因而教师在讲解时既要全面，又要重点突出，此外还要结合实操平台进行针对性地讲解。

3.3 课中实操演练

3.3.1 交通工程虚实结合实操模块

交通工程虚实结合实操模块依据真实的案例，以纯三维的展示形式逼真地还原施工现场。学生通过交互式操作达到掌握施工管理流程与施工工艺流程的目的，施工现场按照规范要求来搭建。在实训操作过程中，选择施工所需要的材料和机具，通过播放按钮依次完成每一步的操作(桩基施工流程如图5所示)。学生在前期学习时，可以选择练习模式，在该模式下，每一步操作均会有提示，根据所描述的施工步骤，选择工具，熟练时即可关闭提示功能，进行交互练习。在考核模式下如果选择错误，会进行相应的扣分，并且没办法进入下一步的操作，技能的提升应当是反复练习、不断地打磨，在多次的操作之后能够将桩基施工工序熟练地掌握，不再需要对课本理论的死记硬背。

图5 桩基施工流程

3.3.2 交通工程虚实结合管理模块

交通工程虚实结合管理模块总共有三个实训内容:1)技术交底；2)进度计划；3)质量验收。技术交底实训内容主要有:施工准备、作业条件、施工工艺、质量标准、成品保护。进度计划需要学生根据施工部署来绘制横道图。质量验收环节主要有:质量验收视频、质量验收记录表。该模块所包含的主要内容见图6所示。

图6 施工组织管理模块

技术交底环节能够依据真实施工场景提升学生的现场施工管理技能，该环节包括以下五方面内容。

1）施工准备。在施工准备阶段，应能够合理地配置施工所需要的必备材料和机械。在操作时，可根据工艺视频的提示在材料库和机具库中选择所需的材料和工具。

2）作业条件。施工前应具备一定的作业条件，如熟悉图纸，原材料检验合格，三通一平等。

3）施工工艺。施工工艺在交互时，应按施工顺序进行选择，系统会生成流程图，每一步对应的都有详细的实施过程及施工注意事项。

4）质量标准。质量标准注重考查学生对于施工质量把控的掌握程度，根据重要性又分为主控项目和一般项目。

5）成品保护。成品保护则是依据现场的情况，采取一定的措施，避免结构物由于操作失误而发生破损。

以上五个阶段有机结合，从多个维度，多个角度，对学生的实操技能进行全方位提升，每一步操作都会根据权重来设置相应的分值。

进度计划环节以横道图的方式来考查学生对于进度计划的掌握程度，通过两个维度来反映施工的进度安排，水平方向是施工所需要的时间，竖直方向是施工的步骤。在操作时应根据施工部署提示，完成施工进度计划图的绘制。

质量验收环节以《城市桥梁工程施工与质量验收规范》(CJJ2-2008)标准为依据，结合施工现场检查情况，以三维虚拟仿真动画还原实际检查场景。在进行此环节的实操时，应首先了解规范对相关内容的具体规定。单纯地给学生讲解规范是非常枯燥的，仅凭老师的描述也很难以让学生理解相关的内容。通过动画演示，对照质量验收记录表，可以将规范所述的含义真实地表达出来，通过填写质量验收记录表的数据，并对其进行统计分析，判断所检查的主控项目和一般项目是否合格。

3.4 课后加强巩固

课后在教师的引导下，还应做到让学生能够举一反三，灵活运用所学的知识。通过对学生在虚拟仿真实训平台操作的数据进行分析，掌握学生的薄弱环节。对于共性问题有针对性地录制微课视频，在学习通平台发布，设置课后习题，进行知识拓展，根据反馈及时调整下一次教学内容及方式。

习题的设置应紧扣实训内容，并能够进行适当的延伸，尽量以客观题为主。发布时间可选择在学生自习时，时间不宜过长，作业截止后允许补交，这样会标记出超时提交的学生。及格分数根据具体情况进行设置，低于及格分则会自动被打回重做。学生做完之后允许查看答案，查看答案的时间，应设置在作业结束之后。开启题目乱序功能，以避免做题过程中学生相互对答案，同时开启作答需完成任务点功能，只有在看完相关的视频之后，才能进行题目的作答。

4 基于虚拟仿真实训平台的教学成绩评定

形成性成绩是对学生学习过程的一种全面评价，依据的不仅是学生在学习过程中的表现、阶段性成绩，还涉及学生在学习过程中所表现的情感、态度和策略，该评价方式以学生为中心，以学生的能力培养为主导。在教学中，借助实训平台和学习通监测数据在考核评价体系中的优势，引入项目考核方式。采用学习一个项目，考核一个项目，使学生能够熟练掌握每个项目的知识点、技能点。通过对学生学习过程的观察、记录、总结，反思教学中存在的问题，及时调整教学策略，保证教学目标能够达成。最后，下载导出学习通统计数据，结合虚拟仿真实训平台成绩，分析课堂报告、学情统计、成绩统计等内容，根据学生的平时表现、学习态度进行个人综合评定[6]。

5 结语

“虚拟仿真实训平台+学习通”混合教学模式在道路与桥梁工程技术专业实践教学中的应用，具有安全高效、贴近实践、过程可控、评价全面等诸多优势。它能够使一些危险性、高成本、受场地限制的实训项目有效开展成为可能，极大地拓宽了专业教学的实践内容，提高了学生的操作技能，提升了道路与桥梁工程技术专业的教学质量。我们必须顺应时代发展的潮流，不断探索、改革创新课程教学模式。