融合虚拟仿真与信息技术的施工技术课程创新教学研究

郭涛 周小龙 郑显春

摘要：施工技术课程创新教学研究的目的在于更新课程教学资源，培养学生创新思维，实现了虚拟仿真技术对课程教学过程的优化，激发学生的学习兴趣，提升学生解决工程问题的能力。在信息化教学背景下，“云端”教学平台可以对课程全过程进行评价，形成完整的学习链条，激发学生学习的积极性和专注度，从而实现对学生更全面、更公正的评价。为保证课程的教学效果，培养适应课程创新教学的高质量教师队伍非常重要。融合虚拟仿真和信息技术的施工技术课程创新教学研究有利于培养新时代高等工程人才，为新课程体系的建立提供借鉴。

关键词：虚拟仿真 信息技术 施工技术教学 课程评价

中图分类号：G642;U445-4

Research on the Innovative Teaching of the Construction Technology Course Integrating Virtual Simulation and Information Technologies

GUO Tao1，2  ZHOU Xiaolong1，2  ZHENG Xianchun1，2

（1.Hebei University of Architecture；2.Hebei Key Laboratory of Diagnosis， Reconstruction and Anti-Disaster of Civil Engineering， Zhangjiakou， Hebei Province， 075000 China）

Abstract：The purpose of research on the innovative teaching of the Construction Technology curriculum is to update the teaching resources of the course， train students innovative thinking， realize the optimization of the teaching process of the course by virtual simulation technology， stimulate students' learning interest and improve students' ability to solve engineering problems. Under the background of information-based teaching， the "cloud" teaching platform can evaluate the whole process of the course to form a complete learning chain and stimulate students' enthusiasm and concentration in learning， so as to achieve the more comprehensive and fair evaluation of students. In order to guarantee the teaching effect of the curriculum， it is very important to cultivate high-quality teachers who can adapt to the innovation teaching of the curriculum. Research on the innovative teaching of the Construction Technology course that integrates virtual simulation and information technologies is conducive to the training of advanced engineering talents in the new era， and provides reference for the establishment of the new curriculum system.

Key Words： Virtual simulation; Information technology; Construction Technology teaching; Curriculum evaluation

随着新兴技术的蓬勃发展，新一轮技术发展变革驱动着社会向数字化转型，建筑业面临着巨大的竞争和转型压力。社会需求是工程教育不断改革发展的原动力，各高校要顺应建筑业发展趋势，设置适应产业发展新要求的课程体系[1]。

国务院《关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》提出“鼓励学校利用数字教育资源及教育服务平台，逐步探索网络化教育新模式，扩大优质教育资源覆盖面，促进教育公平。”施工技术课程作为专业核心课具有实践操作性强、综合协调性宽、社会覆盖面广、发展变化快等特征[2]。传统的教学方式不能满足现代化建造业对高级工程人才的要求，影响学生的创新能力和高阶思维的培养，无法有效提升学生解决问题的能力。适应高等工程人才培养的“金课”是以课程为基本单元，依托信息化教学平台为创新教学手段。这些创新教学手段有整合优质教育资源、开展跨学科教学、优化信息化教育环境、自我掌控学习进度、打造智慧教学空间、创新课堂开展方式、线上线下多元化教学等。在这样的背景下，融合信息技术与虚拟仿真的施工技术课程创新实践，可以提升课程教学质量，实现现代工程教育教学目标。

1 施工技术课堂教学的不足

（1）目前，施工技术课程教学内容往往只注重学习传统的施工技术及工艺，缺乏新兴的建造技术，只能实现千篇一律的建设项目，这样对培养创新型人才是不利的。

（2）随着信息化技术、移动技术、智能建造技术在工程建设过程中的应用不断提升，传统施工技术课堂教学模式无法有效传授智慧工地的学习任务，学生在校学习的内容与企业需求之间脱节，无法适应现代建筑业的发展变化。

（3）施工技术的课程内容复杂、实践性强，因教学场地的限制，教学形式主要以课堂讲授为主，比较单调、枯燥，不容易让学生产生形象化的认识，不能提升学生的实践能力。

（4）教材内容更新速度往往不够及时，新技术的应用相对滞后，差异化的内容也无法体现。

（5）学校在上课过程中面临着配套资源短缺的情况，网上资源不够全面、系统，甚至有些现场操作不规范，起不到为学生示范的作用。

（6）课程学习效果评定难以全面量化。传统的施工技术课程评价对学生实践、创新能力考核较少，往往仅凭书面作业、试卷作为判断依据，缺乏对学生全过程、多方面的关注和考核。

2 施工技术课程的创新教学设计

2.1 更新课程教学资源，培养创新思维

施工技术课程的创新教学设计要建立多专业课程交叉资源共享，将行业领域的最新需求嵌入教学过程，更重视教学内容的实践性和前沿性。通过更新教学内容和创新课程体系，帮助学生发散思维，拓展理论及实际研究方向[3]。通过学习，学生不仅掌握传统的施工技术，还掌握施工新兴技术的主要工法、工艺流程、技术标准等知识。这种教学方式培养了学生针对建筑过程中复杂问题进行识别、表达和判断的能力，以及综合运用、分析并解决复杂工程问题的能力。新兴技术包括建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）应用技术、机器人和自动化系统、无人机、装配式建筑构件制作与安装等，结合建造技术、信息工程、智能自动化、能源、计算机及应用等多专业交叉融合的特点，实现了从简单工具到复杂系统。新技术的应用使建筑质量更高，成本更低，也是建筑更安全、更美观，并对环境的产生更小的影响。

BIM是建筑行业的一项新兴技术。BIM技术是虚拟构建项目，以便项目的所有阶段都可以在现场施工开始之前进行规划和修正。这一层次的预规划包括所有材料、劳动力和项目建设顺序的空间协调，实现了建造过程的虚拟规划。建筑信息建模由二维变为三维空间模型，还可以添加时间、成本、可持续性、资产管理等多维度信息。

智能机械化施工，机器人系统在制造业已经相当普遍，并被证明更安全、高效、准确和高产。由于建筑环境的动态性和非结构化，机器人和自动化将在建筑行业发挥越来越重要的作用。例如：自动挖掘机、传感器压实机、巡检机器人、墙体组装机器人、砌砖机、路沿浇筑机器人、混凝土精整机器人、立柱焊接机器人等。机器人系统应用于建筑施工现场，可以有效地减少施工时间，提高施工精度，并通过取代人类进行危险操作来提高安全性。无人机作为一种趋势技术，在工人无法到达的施工现场提供所需的数据，可以用于建筑施工过程中的调查、协助检查、改进质量，提高生产力和质量控制精度。

可持续发展和高效施工的目标要求深化推广非现场的工厂化住宅生产，即预制装配式施工技术。技术优势包括制造过程中质量的稳定性、生产速度的提高、减少浪费和不足、提高生产效率以及改善环境性能等。这些都是将更多的施工过程从效率低下、管理困难的建筑工地转移到相对安全、高效和更规范的现场环境，并可以带来更好的社会效益。

2.2融合虚拟仿真技术，培养实践能力

2.2.1 适用施工技术课程教学的虚拟仿真平台特点

根据施工技术课程特点，虚拟仿真平台上的课程学习任务涵盖了建造全过程，加强了学习过程中的实践性，让学生真实体验现场建造的细节。配合新兴施工技术的信息化、移动化、智能化的教学内容，虚拟仿真平台的资源可以线上更新，并及时将现代施工技术的发展变化融入教学中，让学生掌握新技术、新技能。平台能够提升教学效率，让教师自由添加教学点，也可对教学点的资源进行编辑，从而丰富教学内容、自由记录教学进度以及持续推进教学。

品茗教育系列软件的工程建造智慧工坊、智慧工地的应用教学沙盘，实现了科学规范的施工技术现场演示，模拟工程现场全方位精细化和高效率监管。模拟真实建造过程，分阶段、分场景详细介绍建造现场。模拟场景分为6个阶段：施工准备、地基基础、主体结构、装饰装修、屋面工程和室外工程，详细介绍了建造现场。建造的每个阶段都对接了对应的教学资源，详尽还原了施工现场的工艺工法，可在场景和教学页面自由切换，快速定位教学场景。学生以漫游的视角观看整个施工场地，体验现场建造过程。

智能建造技术实训系统的学习任务涉及智能建造技术、BIM应用、物联网、自动控制、智能检测、大数据与AI计算、智能测量、信息化管理、VR教育、慧眼AI、工地云平台、移动巡更等。以真实项目案例中的图纸、模型、数据为依托，教师完成任务后布置和发布，学生接受任务后以闯关模式自主完成知识实训、任务答题。这个平台将学生带入真实项目的工作场景，通过理论与实践相结合，学习相关技术及项目管理的知识。

2.2.2 虚拟仿真技术优化课程教学过程

根据教师的教学设计实现课堂教学与虚拟仿真教学线上线下的融合，虚拟仿真平台可实现施工技术课堂教学知识点与智慧工地场景的结合，让学生如身临其境般置身于工地现场学习知识。通过生动的教学场景的打造，学生被“带入”课程中。学生的学习兴趣被激发，解决工程问题的能力也获得了提升。由于线下学时有限，配合教学进度学生可线上自主完成教师在虚拟仿真平台发布的任务。根据内容的复杂和难易程度，学习任务分为个人任务与小组任务两种模式。小组任务需小组成员合作讨论完成。

针对学生在虚拟仿真平台的实践里出现的问题及重难知识点，授课教师要及时设置互动、成果点评、任务检测，加强线上线下师生督学，形成合力促进教学[4]。主讲教师可在平台任务里自由添加教学点，也可对教学点的资源进行编辑，丰富教学内容。教师通过监管大屏进行班级学习情况的实时监管。平台还可以记录教学进度，方便教学的连续性。此外，平台能自动进行智能考评、实时排行、实训进度管理等。

线下课堂里教师可进入平台演示虚拟仿真动画或实地操作应用视频，并可以展示“知识点”模块，学生可掌握智慧工地每个应用的工作原理、操作事项、应用价值。教学场景涉及工地入口、土方基坑施工区、主体建筑施工区、员工生活区、管理办公区、材料加工区、安全教育区等，通过互联网信息技术进行场景的全面还原，将现场搬到课堂中、屏幕前，打破了空间限制条件。

配合施工技术线下教学内容与进度，教师发布线上平台的任务。具体任务模块及要求包括以下方面。

• 项目概况。了解项目概况信息，掌握项目组织架构类型及其特点，掌握智慧工地管理理念及BIM、物联网、VR/AR等技术的基本概念。
• BIM图审/场布。了解图纸会审概念及流程、掌握BIM图纸会审的要点；了解项目整体工序及部署情况，掌握场地布置基本原则与要求。
• 劳务实名制。了解实名制背景，掌握实名制系统组成及应用方法。
• 环境监测。了解环境监测主要内容，掌握扬尘监测系统组成及应用方法。
• 智能水电监测。了解临时用电/用水管理背景现状，掌握水电监测系统组成及应用方法。
• 基坑工程施工方案（小组任务）。掌握本项目基坑工程施工方案，掌握深基坑监测主要内容与方法。
• 施工现场慧眼。了解AI技术原理，掌握施工现场慧眼AI应用情景。
• 现场安全教育。了解施工现场安全教育背景现状，掌握VR安全教育应用方法。
• 大体积混凝土。掌握大体积混凝土施工存在主要问题及大体积混凝土测温系统的应用。
• 塔吊作业。熟悉施工现场塔吊作业存在的问题。
• 现场情况处理（小组任务）。了解施工现场常见问题并掌握其解决措施；依据施工现场管理情景，对事件与任务做出合理判断并给出合理措施。
• 实测实量。了解量测的主要项目内容及标准，掌握实测实量的组成及应用原理。   
• 高支模施工。掌握高支模主要施工内容、方法和高支模监测系统应用。
• 施工现场升降机。掌握施工现场升降机作业存在的问题，了解升降机监控系统的应用。
• 临边防护监测。掌握四口、五临边内容及临边防护监测的应用。
• 卸料平台作业。了解施工现场卸料平台作业存在的问题。

2.3 融合信息技术，进行课程全过程评价

课程教学评价的目的是提升教学质量，新的技术环境呼唤新的教学评价方式[5]。有效的评价应该更注重学习的过程性、综合性、全面性，做到人机协同分析评价。教师要根据线上线下各教学环节完善课程教学体系，利用信息技术搭建课程评价体系。施工技术课程总评成绩可以按平时成绩、虚拟仿真平台实践成绩、考试成绩三大部分综合计算。虚拟仿真平台实践成绩可根据学生完成任务的情况，由平台自动记录。针对课程要求，学校可采用SPOC、MOOC、超星学习通、雨课堂等“云端”教学平台。学生可以把虚拟仿真平台操作过程中的问题、收获、现场图片等信息上传到“云端”教学平台，随时与教师进行互动。这能有效防止一些同学在完成虚拟仿真平台任务时的代操作以及抄袭任务的问题。教师也可据此了解学生的学习参与度和学习效果，在做学生评价时给与加分。这种评价方式有效监督了学生的学习过程，并提升了学生对课程的参与度。

“云端”教学平台可实现课程考核多元化：图文+视频+讨论+作业+预习+课堂互动（弹幕、投稿）+课堂练习+考试。根据课程要求，教师设计各个评价元素的占比。（1）图文。可上传虚拟仿真平台上的学习收获或图片。（2）视频。结合课程教学过程及学生反馈的难点问题，插入讲解视频，也可插入慕课学习资源等。软件可记录观看时长。（3）讨论。通过发起相关的讨论话题，同学们可以在平台上交流回复、积极发言以及提供有建设性的交流内容，平台会给予计分。平台针对讨论内容分析出高频词，协助教师更快了解学生对讨论内容的理解程度。（4）作业和预习。通过平台相应功能模块，教师提前设计好内容发布，学生在课前、课后学习与答题后，平台会自动计分。（5）课堂互动。学生通过弹幕、投稿等方式及时有效地回应教师在课堂上的提问，进行有效互动，活跃课堂气氛。（6）课堂练习。教师随堂发布习题，学生获得答题分数，有效检测课堂的听课效果，保证学生在课堂上的专注投入。（7）考试。教师配合课程进度，设计阶段考核，如单元考试、期中考试、期末考试等。平台发布的线上考试能够督促学生及时掌握课程内容，作为线下考试的有效补充，也能促使学生取得更理想的成绩。

借助信息化教学平台的大数据，多元化评价考核指标更注重学生全过程、多元化的表现。通过学生的控制和引导，建立“监督 － 反馈 － 评价 － 改进”这种完整的学习链条。课程评价体系要更注重学生成果的产出及学习效果[6]。学生要取得课程成绩就要投入足够的精力，形成完整的学习链条，激发自己学习的积极性和专注度。平台通过各种考核指标对学生进行更全面、更公平的评价。

3 培养适应课程创新教学的高质量教师队伍

教师是课程的主要实施者，提升教师教学创新能力，打造高质量教学团队是实现课程创新教学的重要保障。建设融合虚拟仿真与信息技术的施工技术课程，对教师能力提出更高的要求，既要有扎实的专业理论素养，还要掌握先进的教育教学技术[7]；既要对建设行业的发展有着精准的把控和透彻的分析，具备较强的实践能力，还要具备较强的创新思维和数字技术应用能力。高校要积极组织并展开教师教学技术及创新力提升的培训，鼓励教师参加高水平的行业专家交流活动、专项讲座或者网络课程；制定制度规范的教师工程实践经历，鼓励教师参加专业执业资格考试，培养“双师型”教师，提升教师的实践指导能力；鼓励教师参加各级各类教学技能竞赛，并配合适当的考核测评，全面建设高质量的教师队伍。

4 结语

融合虚拟仿真和信息技术的施工技术课程创新教学研究，体现了现代化建设行业发展对人才的培养需求。课程创新教学能够激发学生学习的积极性和创造力，提升学生解决复杂工程问题的能力。“云端”教学平台的应用能够实现对学生更全面、更公正的评价。为保障课程创新教学的效果，学校要加强培养高质量师资队伍的建设。施工技术课程创新教学有利于培养新时代高等工程人才，为新课程体系的建立提供借鉴。

参考文献

[1] 卢昱杰，高慧，霍天昭.智能建造专业建设体系与教学方案设计[J].高等建筑教育，2022，31（1）：8-14.

[2] 赵培莉.“智慧工地”背景下课程考核方式的改革创建：以“建筑施工技术”课程为例[J].教育教学论坛，2023，3（13）：66-69.

[3] 丁研.新工科背景下智能建筑课程创新思考与实践[J].高等建筑教育，2023（3）：56-62.

[4] 王益琳.数字化转型背景下职教智慧课堂实践研究：以建筑 CAD 课程为例[J].现代职业教育，2023（12）：29-32.

[5] 邓伟，杨晓丹，高倩倩，等.人工智能支持下的课堂教学评价模型研究[J].中国教育信息化，2023（8）：3-14.

[6] 郭涛，周小龙，于枫珍.高校土木工程专业“金课”建设实践研究[J].中国现代教育装备，2020（11）：78-80.

[7] 杨明.创新型人才培养目标下高校混合式“金课”建设：契合性与建设路径[J].长春教育学院学报，2021（4）：38-42.