陳 倩，韓 記，范 香

（西南財經(jīng)大學天府學院，四川 綿陽 621000）

1 “土木工程施工技術(shù)”課程現(xiàn)狀分析

1.1 “土木工程施工技術(shù)”課程概況

“土木工程施工技術(shù)”是建筑工程技術(shù)專業(yè)的一門核心專業(yè)課程，通過理論和實踐環(huán)節(jié)的教學培養(yǎng)學生獨立分析和解決建筑工程施工中有關(guān)施工技術(shù)問題的基本能力。它的任務(wù)是研究建筑工程施工技術(shù)的一般規(guī)律，即建筑工程中各主要工種工程的施工技術(shù)和工藝原理以及建筑施工新技術(shù)、新工藝的發(fā)展，使學生掌握建筑施工的基本知識、基本理論和決策方法，具有解決一般建筑施工問題的初步能力。

該課程在工程造價專業(yè)、建筑工程管理專業(yè)的課程體系中占有非常重要的地位，其涉及教學內(nèi)容較其他學科更為繁多。課程模塊包括土方工程、樁基礎(chǔ)工程、砌筑工程、鋼筋混凝土工程、預應力混凝土工程、鋼結(jié)構(gòu)工程、結(jié)構(gòu)安裝工程、屋面工程與地下防水工程、裝飾工程、高層建筑施工等。該課程可囊括“建筑材料”“建筑力學與結(jié)構(gòu)”“工程測量”等科目相關(guān)內(nèi)容。

1.2 傳統(tǒng)教學的不足

“土木工程施工技術(shù)”是一門綜合性、工藝性、實踐性以及操作性強的專業(yè)核心課。學生學習的過程中，強調(diào)理論聯(lián)系實際以及對知識綜合運用的能力。學生在學習本門課程時，理論知識的學習需要花費大量的精力和時間，并且還不能完全理解和吃透課程抽象的知識點。目前，“土木工程施工技術(shù)”教學中主要存在以下幾點問題。

1.2.1 教學手段有待完善

課堂教學主要是教師利用多媒體并結(jié)合板書對理論知識進行講解，過程中加入施工案例、圖片、視頻、動畫等。然而，多媒體教學的問題也比較多，如多媒體教學往往重形式、輕內(nèi)容，課堂上聲、光、像、圖過度堆砌，缺乏系統(tǒng)性，視頻資源不連貫[1]。再加上教學仍是以教師為主體，學生被動接受，這種傳統(tǒng)模式下學生參與度不夠，無論從主觀還是客觀心理上都難以接受。對知識的掌握和理解都不能達到預期的效果，雖然老師和學生共同努力，但是學生的成績?nèi)匀浑y以提高。

1.2.2 實訓教學困難

“土木工程施工技術(shù)”課程的理論知識需要應用于實踐，那么實訓是必不可少的環(huán)節(jié)，但是實訓環(huán)節(jié)存在如下不足之處：1）本門課程的實驗基地大多數(shù)是在建工地，一方面由于建筑工程的建設(shè)周期都比較長，工程量大，學生不能完整參觀學習建設(shè)工程的全周期的施工內(nèi)容；另一方面由于考慮到學生的人身安全，學生現(xiàn)場學習僅限于參觀，不能動手實踐，所以施工現(xiàn)場的實習效果不佳；2）對學校而言，無論是從經(jīng)費還是課時的安排都是有限的；3）學生自主選擇實習單位，教師無法對每個學生的實習過程進行跟蹤，難免有學生對實習敷衍了事，更難達到預期效果。

1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

根據(jù)《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃》的指導意見，教育部在2013—2015年啟動了國家級虛擬仿真實驗教學中心建設(shè)工作，得到了企業(yè)和高校的積極響應和支持?，F(xiàn)在已選出300個國家級虛擬仿真實驗教學中心，其中理工類211個，農(nóng)林醫(yī)藥類53個，人文社科類36個[2]。

中國農(nóng)業(yè)大學建立了機械與農(nóng)業(yè)工程虛擬仿真實驗教學中心，其教學原則是“虛實結(jié)合、相互補充”，按照該原則提出“三平臺、九模塊”的虛擬仿真實驗教學體系[3]。北京郵電大學開發(fā)了電子、通訊、網(wǎng)絡(luò)三門學科的虛擬實驗教學系統(tǒng)，解決了高校實驗教學設(shè)備及場地日益緊張等諸多問題[4]。

根據(jù)文獻[5]可知，國外高校虛擬仿真實驗教學研究的新動向包括以下幾點：1）加快新興信息技術(shù)在教育教學領(lǐng)域的應用；2）整合教育資源于在線學習、混合式學習和協(xié)作學習之中；3）基于信息技術(shù)教育教學由理論課程單一教學形態(tài)向理論與實踐教學相輔相成轉(zhuǎn)變；4）促進學生從以往的課程內(nèi)容單一消費者向創(chuàng)造者和設(shè)計者轉(zhuǎn)變；5）重視和加強開放教育資源的建設(shè)、使用和維護；6）建設(shè)具有完備數(shù)字化學習條件和虛擬實驗環(huán)境的未來教學實驗室等。

2 BIM-FILM技術(shù)理論基礎(chǔ)

為提高教學效果，解決學生難題，本項目提出將BIM-FILM技術(shù)應用于“土木工程施工技術(shù)”教學中。BIMFILM虛擬施工系統(tǒng)是近年來才發(fā)展起來的高新技術(shù)，是一款利用BIM技術(shù)結(jié)合游戲級引擎技術(shù)，能夠快速制作建設(shè)工程BIM施工動畫的可視化工具系統(tǒng)。

該軟件的操作界面簡潔，制作流程清晰，包括地形地貌—施工部署—施工模擬—環(huán)境部署—成果輸出。模型庫內(nèi)容完全滿足在校學生的學習要求，包括施工素材庫、主題構(gòu)件庫、企業(yè)CI庫、樣板節(jié)點庫、案例庫。內(nèi)置可定義動畫。虛擬仿真可對施工全過程進行模擬，讓學生感受逼真的施工環(huán)境，在學習了理論知識后，通過軟件操作加深理解，從而達到提高學習效率的目的。

BIM-FILM虛擬仿真技術(shù)具有動態(tài)性、經(jīng)濟性、高效性等多種優(yōu)點，只需要利用一臺計算機就能完成對仿真模擬的全部操作，因此成本比較低廉。該技術(shù)可以將原本靜態(tài)的建筑工程技術(shù)內(nèi)容以動態(tài)、立體的形式展示出來。利用BIM-FILM虛擬仿真技術(shù)可將施工技術(shù)各工種工程的完整施工工藝以動畫的形式展現(xiàn)，方便學生完成相關(guān)知識內(nèi)容的理解和學習，并且通過學生自主操作可加深對知識的理解和記憶；可對各項施工技術(shù)逐項分解，同時通過改變調(diào)整攝像機視角，可360 °全景式觀看動畫演示，將施工技術(shù)中的關(guān)鍵點逐一展示出來，以此能夠有效降低學生的學習難度。

本項目以西南財經(jīng)大學天府學院建筑工程管理專業(yè)為研究對象，將傳統(tǒng)教學與BIM-FILM技術(shù)相融合，以解決“土木工程施工技術(shù)”課程理論教學抽象、校內(nèi)實訓室設(shè)備更新慢、施工現(xiàn)場不安全、施工內(nèi)容銜接度不夠等方面的問題。

3 BIM-FILM技術(shù)在“土木工程施工技術(shù)”教學中的應用

“土木工程施工技術(shù)”教學設(shè)計是基于施工員崗位技能要求，以集水井施工方案為載體，采用任務(wù)驅(qū)動的教學方法，借助超星泛雅教學平臺和線下教學混合模式，利用三維動畫軟件BIM-FILM結(jié)合實驗室設(shè)備化解教學重難點。

3.1 課前預習

課前學生可登陸教學平臺自學PPT、微課、動畫、規(guī)范圖集等資料，自主完成課前測驗，檢驗自學效果。

3.2 課堂教學

3.2.1 以具體工程引入

給學生提供某實際工程的集水井降水施工方案，安排學生閱讀學習方案的編制內(nèi)容，包括編制依據(jù)、工程概況、集水井降水設(shè)計與施工、施工流程、明溝排水措施、井點系統(tǒng)施工準備及施工、降水運行、安全文明施工。

3.2.2 理論知識教學

集水井的施工工藝如下：根據(jù)圖紙放線開挖基坑→設(shè)置邊坡支護→開挖集水井→在井底鋪設(shè)一層粗骨料→砌筑磚墻井壁→井壁四周填充粗骨料→開挖排水溝→在排水溝中鋪設(shè)粗骨料→在排水溝中鋪設(shè)排水管→在排水管四周鋪設(shè)粗骨料→粗骨料上覆蓋防水布并用燒結(jié)磚壓實→安裝潛水泵→觀測水位。教學方式為利用PPT對施工工藝中的每一個步驟進行講解，包括怎么做、用什么機械、注意事項、安全文明施工等內(nèi)容。為了讓學生更直觀地掌握知識點，可利用BIM-FILM建設(shè)工程立體知識云庫中地土木工程施工技術(shù)里面的集水井施工動畫輔助教學。

3.2.3 BIM-FILM動畫制作

向?qū)W生講解BIM-FILM軟件平臺的組成部分，并根據(jù)集水井施工工藝流程中提示的步驟依次講解：第一步，根據(jù)方案中的工程概況新建地貌；第二步，根據(jù)案例方案設(shè)計施工環(huán)境，點擊主體構(gòu)件庫添加建筑，如項目部等；第三步，根據(jù)方案將REVIT軟件中制作好的基坑模型導入BIM-FILM；第四步，在施工素材庫中添加反鏟挖掘機和自卸車；第五步，在施工素材庫中添加壯工和手推車；第六步，在地形地貌中降低高度用以形成排水溝和集水井；第七步，在施工素材庫中添加材料粗骨料、墊板、磚塊、潛水泵等材料。各步驟根據(jù)施工工藝、施工方法在時間軸上設(shè)置相應的動畫，如圖1所示，在時間軸上對反鏟挖掘機設(shè)置自定義動畫，可模擬挖土卸土的過程；自卸車和手推車設(shè)置位移動畫，可模擬運輸過程；排水溝設(shè)置剖切動畫，可模擬排水溝形成過程等。為了將施工過程表現(xiàn)得更直觀、更清晰、更易懂，應在必要步驟進行鏡頭切換的設(shè)置。整個過程中的關(guān)鍵步驟利用迅捷文字轉(zhuǎn)語音工具插入語音解說。通過操作步驟的具體講解和演示，讓學生全面掌握集水井施工動畫制作流程。

圖1 集水井動畫制作截圖

3.2.4 現(xiàn)場實際操作

“土木工程施工技術(shù)”中有部分教學內(nèi)容能夠進行現(xiàn)場實際操作，如砌筑工程、鋼筋工程、混凝土工程等。針對這些知識點的教學就可以按照案例講解—理論教學—仿真演練—實際操作的教學模式進行。部分教學內(nèi)容無法提供現(xiàn)場實際操作的機會，如集水井、地下大型土方開挖，井點降水等，一方面是考慮到學生的人身安全，一方面是因為實驗器材造價過高。針對這些知識點利用BIM-FILM動畫制作，很好地彌補了無法進行現(xiàn)場實際操作的傳統(tǒng)教學缺陷。

3.3 課后加強

課后設(shè)置校級BIM-FILM施工動畫制作大賽。比賽流程為：以小組為單位在BIM-FILM官網(wǎng)登記報名信息—學生制作集水井施工動畫—小組進行成果匯報。比賽具體打分點如表1所示。

表1 BIM-FILM施工動畫制作比賽評分標準

4 應用評價

4.1 實驗對象的確定

本次實驗分別選取西南財經(jīng)大學天府學院工程造價專業(yè)2018級4個班的學生以及該校工程造價專業(yè)2019級4個班的學生進行對比研究，2019級學生的“土木工程施工技術(shù)”教學中融入BIM-FILM虛擬仿真技術(shù)，2018級學生該課程采用傳統(tǒng)教學模式。

4.2 課程的評價方案

本次的評價標準有以下3方面：學習態(tài)度、課堂表現(xiàn)、測驗。

課堂表現(xiàn)的評價方法：1）學生提問。這一環(huán)節(jié)一方面可以根據(jù)學生提問的深度檢測學生對知識的掌握程度，另一方面可以根據(jù)提問的積極性檢測學生的學習態(tài)度。2）教師提問。該環(huán)節(jié)可最直接檢驗學生對知識的掌握情況。

測驗的評價方式為學生的卷面分數(shù)。本次以2018級和2019級期中測驗和期末測驗兩次的成績作為對象進行對比分析。2018級和2019級的測驗題型一樣、測驗難度相當。其中測驗的題型設(shè)置包括：單項選擇題、多項選擇題、填空題、計算題、案例分析題。該題型的設(shè)置既包含主觀題也包含客觀題，從多角度對學生運用理論知識的能力進行檢驗。

4.3 評價結(jié)果分析

通過對一個學期的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，得出以下結(jié)論。

4.3.1 課堂表現(xiàn)對比

如圖2所示，為單次課學生提問平均數(shù)量。從圖中可以看出2019級學生提問的數(shù)量明顯多于2018級學生?？梢妼W生學習的主動性、積極性都有所增加。

圖2 學生提問數(shù)量

如圖3所示，為學生回答問題的正確率。正確率的升高表明新型教學方式下學生對相同知識點掌握得更好、理解得更透徹。

圖3 學生回答問題正確率

4.3.2 測驗結(jié)果對比

測驗是教學過程中的必要環(huán)節(jié)，其對學生學習情況的評價也最為直觀。本次統(tǒng)計2018級和2019級的期中測驗和期末測驗，得出數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 測驗結(jié)果對比

由表2數(shù)據(jù)可知，期中測驗結(jié)果顯示，通過半個學期的教學，融入BIM-FILM虛擬仿真技術(shù)的教學優(yōu)勢就已經(jīng)體現(xiàn)出來。在平均分、及格率、優(yōu)秀率這3個指標上，2019級都明顯高于2018級。期末測驗結(jié)果顯示，學生的理論知識掌握和應用情況都是2019級優(yōu)于2018級。

5 結(jié)束語

將BIM-FILM虛擬仿真技術(shù)應用于工科“土木工程施工技術(shù)”課程的教學中有以下幾方面優(yōu)點：1）能夠使教學內(nèi)容更加逼真、直觀，彌補學生實踐操作不足的缺陷，有效地保證了“土木工程施工技術(shù)”的教學質(zhì)量；2）只需一臺電腦即可完成操作，節(jié)約了實訓成本；3）覆蓋面廣，所有同學均可動手制作動畫，有效鍛煉了學生的動手能力；4）資源庫內(nèi)容豐富，有效解決了網(wǎng)上視頻資源不連貫、現(xiàn)場無法完整參觀施工工序的難題[6]；5）生動、形象的動畫教學提高了學生學習的積極性，改善了學生的學習態(tài)度。