基于虚拟仿真的“装配式建筑概论”课程教学改革与实践

杨芸，宋朝勇

（1.武汉城市学院，湖北 武汉 430075；2.保利（武汉）房地产开发有限公司，湖北 武汉 430074）

1 前言

根据《建筑产业现代化发展纲要》的发展目标，三年后装配式建筑应该占新建建筑的50%以上。2021年3月，《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》指出城市发展新理念新趋势，发展智能建造，推广装配式建筑。2021年10月，在国务院发布的《2030年碳达峰行动方案》中也明确了全面推进城乡建设向绿色低碳化转型。大力推广绿色低碳建材和绿色建造方式，积极发展装配式建筑，不断强化绿色设计和施工管理。各地政府非常重视并纷纷出台相关政策，民间企业热情高涨，不断加大投入，在政策引导、技术提升、资本集中等合力的强势推动下，预计中国的建筑产业化将经历一个加速发展阶段，能够加快市场的转型。

随着我国人口红利的消退以及新技术对建筑行业从业人员专业素质要求的不断提高，我国在建筑产业化的领域已达到百万人才的缺口，而专业的管理人员更是极度缺乏，特别是在装配式深化设计小组、装配式混凝土的预制构件工厂、装配建筑施工企业等一线单位。国家要求全力发展装配式建筑，对建筑行业的从业人员从专业知识、实操能力、工作素质等方面提出了全新的要求[1]。各高校亟需加大对装配式建筑人才的培养，为潜在的、巨大的建筑市场输出源源不断的新生血液，提高学生就业率，为建筑化转型贡献力量。

2 装配式建筑教学的现状与问题

国家提倡发展装配式建筑还不足十年，但各地的装配式建筑施工已经如火如荼地在开展了，从装配式建筑的设计到工厂预制构件的制作，再到现场吊装，各级部门的管理人员和现场工人都处于一种边学习、边摸索、边提升的状态。目前由于国家关于装配式建筑的指导标准还不完善，各个地方政府的行业标准不同、专业技术资料也不成熟、人才市场定位不清晰以及装配式建筑相关理论体系的缺乏，使得我国各大高校对于如何开展装配式建筑的教育也还处于不断试验改进的阶段，还没有成功的案例可以借鉴[2]。本校顺应时代发展潮流，目前本科、专科均已全面开设装配式建筑相关课程，所有土木工程相关专业全面开设“装配式建筑概论”课程，对于施工方向的专业还开设了后续“装配式混凝土建筑制作与施工”课程，同时在结构设计大赛中融入“装配式混凝土建筑识深化设计”等课程。

在学习和教学中，发现装配式建筑教学资源匮乏，各高校建筑教师对装配式建筑结构的设计、制作、施工的研究不够深入。由于装配式建筑专业在构件深化设计、预制构件制作及现场吊装这些方面都具有很强的实操性，与现场联系非常紧密，因此在课堂上单纯的理论讲解无法达到良好的教学效果。想要提升教学效果，就需要授课教师深入装配式预制构件工厂及装配式建筑施工工地学习，同时发挥在专业技术上的实力优势，将企业专家过硬的专业知识与丰富的现场管理经验通过科学的方法转化成优秀的教学资源，实现校企协同育人。但是目前的教学还是止步于理论，学生对于主要装配式结构的设计、制作、施工、管理要点只停留于文字上的理解，不能直观、身临其境地体验这一系列技术流程。

3 装配式建筑课程的改革

目前有些高校的课程标准还是沿用陈旧的标准，即使在表面上做了形式变化，但在实际教学过程中还是一成不变，因此如果继续采用传统的装配式建筑课程的标准，已达不到培育优质装配式建筑人才的目标[3]。现阶段本校已积极开发装配式建筑新课程，率先在所有土木工程、工程管理、工程造价、建筑工程技术、建筑学等专业全面开设“装配式建筑概论”课程，对于土木工程施工管理方向的同学还开设了“装配式混凝土建筑制作与施工”课程，并借助全国大学生结构设计大赛、BIM毕业设计大赛进一步学习“装配式混凝土建筑深化设计”“装配式混凝土建筑识图”等。采用碎片化混合式教学课程标准，按不同专业和层次细化教学内容，并采用信息化手段进行计划实施，课程标准的修订还会根据授课情况逐年进行调整，使得课程标准修订不断契合人才培养目标，达到院校优质课程教学的基本要求。

3.1 加强校企合作培养双师型教学团队

了解企业对于装配式技术管理人才有哪些要求，建立与之适应的、完整的“装配式建筑”课程体系。首先开展“双师型”师资队伍的建设，专任教师利用寒暑假安排到装配式建筑相关企业挂职、学习，培养应用型教学意识，不断提高教师的专业知识水平和实操能力。其次，将装配式建筑企业的技术管理人员请到课堂，结合预制构件深化设计要点、预制构件制作工程实际生产流程或结合施工现场工程案例，进行实况讲解。通过校企双方的深入交流学习，提升专任教师的专业知识水平、实操能力、现场应变能力，打造过硬的装配式建筑课程教学团队。

3.2 利用虚拟仿真软件丰富教学手段

虚拟仿真技术是当前数字化信息发展的核心优势，可以充分发挥仿真教学的成本低、工况多、安全、绿色节能的优点，帮助学生更直观地进行实验实训。解读装配式建筑技术选型与深化设计、装配式结构主要技术规程规范、预制混凝土构件生产关键技术、装配式结构施工质量安全管理及验收标准规范等，建立完整的“装配式建筑概论”课程体系。通过虚拟仿真和VR实训模式，让学生熟悉安全作业流程，工艺操作步骤和相关作业标准，了解装配式实践作业的作业安全、熟悉工艺流程、熟悉工艺标准等方面的内容。通过虚拟仿真实践教学加强学生的实操能力，学生“被动”学习书本知识到“主动”进入角色体验，将学生在装配式实践作业中的高成本、不可逆性、危险性，转为低成本、重复性、安全性的体验。

以本校开设面最为广泛的“装配式混凝土建筑概论”为例，教师团队借助超星学习平台开发虚实结合的课程资源库，课程资源包括：教学大纲、主要教学内容简介、章节教学PPT、教师录播视频、相关视频动画、仿真教学案例、项目案例库、题库等。利用BIM软件展示知名的装配式建筑企业实施的真实项目案例及详细的技术要点。借助装配式建筑施工的模拟软件，生动展示装配式混凝土建筑的施工要点，为学生营造“虚拟”的施工现场，让学生身临其境，实现寓教于乐，强化记忆，如图1、图2。

图1 装配式混凝土构件制作

图2 装配式混凝土建筑施工流程

借助虚拟仿真软件来优化教学方法与手段，充分发挥多仿真软件的优势，将装配式课程内容的各种实况以三维仿真的动态形式展示在学生面前，利用软件有声有色地为学生展示装配式建筑从初步设计→设计方、施工方、构件制作方三方协作→优化设计→预制构件制作→吊装施工→现场现浇混凝土→防水工程→竣工验收的全过程，提升了学生的直观触感。

3.3 混合式教学打破学习的时间与空间壁垒

当前，移动互联网的快速发展带来了信息传播方式的颠覆性改变。把传统学习方式的优势和e-Learning（数字化或网络化学习）的优势结合起来，二者优势互补，即为混合式教学（Blending Learning），这种扬长避短的综合教学方式可以取得最佳的教学效果。混合式教学可以充分发挥教师和学生的自主性，更能充分体现学生作为学习过程主体的主动性、积极性与创造性。

以本校开设面最广的“装配式建筑概论”为例，本课程面对的学生专业和层次大相径庭，有本科的土木工程专业、工程管理专业、工程造价专业、建筑学专业，专升本的土木工程、工程管理专业、专科的建工技术专业还有扩招的建工技术专业等。学生自身专业水平、学习方式也不相同。例如，在校的本科和专科学生采用的是线上线下混合式教学方式，学习的装配式建筑概论课程内容大体一致，但专科生学到此即止，对于本科学生还需进一步学习后续“装配式混凝土建筑制作与施工”“装配式混凝土建筑深化设计”“装配式混凝土建筑识图”等。扩招的学生由于工作性质不能来学校上课，所以采用的是线上直播的教学方式，教师共享屏幕，结合授课PPT，利用仿真动画和现场实际案例进行直播讲解。在这些教学过程中，教师团队也学习到了如何提升教学效果，如何提高学生的积极性，不断丰富教学资源和教学手段，积累了丰富的教学经验。

“装配式建筑概论”课程将学生学习过程中的课堂活动参与的积极性、教学平台学生作业、课堂互动、签到等指标分别列入碎片化课程学习考核中来，课程整体实施效果较好，如图3。

图3 混合式教学分析图

4 结论

“装配式建筑概论”课程以装配式建筑制作要点和施工工艺为基点，不断完善教学内容，优化教学手段，改革授课方式，有效改变了传统单一化理论教学模式，利用虚拟仿真软件融合装配式建筑专业理论与实践操作，让学生身临其境，在潜移默化中熟练掌握装配式建筑的专业知识与实操技能，拓宽了今后的就业范围，同时提升了教学效果，为装配式建筑的发展提供了高水平应用型人才。