高职院校建筑工程专业仿真教具及模型的自主研发探讨

易斌

【摘 要】以高职院校建筑工程专业为例，探讨仿真教具及模型的自主研发，以解决教学资源配置不足的问题，从而带动实践教学课程改革工作，提高教师的科研动手能力。

【关键词】高职 仿真技术 仿真教具 自主研发 课程改革

【中图分类号】 G 【文献标识码】 A

【文章编号】0450-9889（2015）06C-0150-02

教学教具及模型在课程实践中的应用是一个信息传递的过程，现代教学传递信息的常规教学辅助工具比较多，如挂图、实物模型、多媒体等。而实物模型能反映物体真实的外观、变化和运动过程，特别直观，尤其对于高职学生来说意义重大。教学教具及模型的使用，一方面可以让学生亲自制作模型，激发培养学生的学习兴趣，为学生创造操作活动情境，加深对专业构造的了解；另一方面这些教具及模型作为其他专业课的教学辅助工具在教学中也广泛得以应用。

一、研发仿真教具的意义

建筑工程技术专业是一个实践性很强的工科专业，实践教学环节（尤其是现场实习）占很大的比重，是提高专业人才动手能力、专业素质和创新能力的关键途径与手段。目前，全国各高职院校开设土木建筑类专业较多，也不同程度地构建了自己的校内外实训基地，开展了各种认知类、实操类的实训项目。但是，建筑专业实践教学开展实体实训要求建筑物规模较大、投入资金较多、学生实训时间较长等，使得现有实训条件无法满足教学要求。

开展以校内模拟工程环境为背景、基于仿真技术的建筑工程类专业实训教学改革，不仅可以很好地满足人才培养的需求，还可以在一定程度上解决教学资源配置不足的问题。

第一，职业教育对提高学生专业素养、培养动手能力的客观要求。受到专业实训条件限制，高职院校的建筑实训往往顾虑较多，安全、成本、时间等方面都无法做到平衡。有了仿真实物教具，实训时间可以更灵活，安全也有保障，耗材不贵，创造了强化专业实践训练的基础。

第二，培养教师科研开发与专业实践能力的有效手段。研发仿真实物教具的过程，实际上也是专业课老师深入了解实训项目、工程材料，分析结构力学，掌握成本的过程，特别是对于年轻教师来说意义尤其重大，是一次很好的专业实践能力的锻炼。

第三，优化实训资源、降低教学成本的理想途径。每一所学校的实训资源有限、资金有限，仿真实物教具大批量生产，一次性采购，大大降低了教学运营成本，是每个学校管理者都盼望的。

二、研发仿真实物教具的设计思路和方法

（一）研发设计的思路

通过与合作单位的研究与开发，将建筑工程技术施工的项目转化为室内仿真模拟实训系统产品，形成系统化、产业化的开发，并运用到教学实践当中去。

1.真正让学生通过仿真模拟实训系统产品动手，进一步消化建筑施工工艺理论知识，强化动手能力，加深对建筑工程技术施工内容的理解。

2.采用本课题研发产品，可部分替代真实实训，不受气候、场地、耗材的影响，不存在真实实训带来的安全问题，在专业教室内就可以做到教、学、做一体化。

总之，设计开发一系列仿真模拟实训产品，将室外大型、真实实训项目模拟化、小型化、室内化、模型化，尽量降低实训成本，一定程度解决了建筑类实训的困惑，它是一种辅助性的教学产品，具有深远的实际意义。

（二）研发设计的原则

1.教具可周转使用，以降低实训教学成本。考虑一部分教学实训材料都是一次性使用，对于班级多学生人数多的实训来说，耗材投入比较大，必须考虑成本。

2.简化教具构造，以方便在室内实训使用。仿真教具不同于真品的地方，就在于学生实训安排在室内，学生实训时间有限，要想完成相关实训工作量，必须方便使用。

3.教具模块化，以提高学生操作效率。教具的模块化，可以降低采购成本、维护成本。

（三）研发设计的方法

1.将对应真品实物进行比例缩小，采用常见的规格尺寸即可。以标准砖为例，真品实物为粘土烧结而成，标准尺寸为240×115×53 mm；可以缩小为原物的1/2，配套标准砖为半砖、2/3砖，即可满足常规砌筑组砌工艺的实训要求；对于砖之间的水泥砂浆灰缝，可采用白色泡沫进行仿真，学生只需要按照实物灰缝尺寸进行裁割即可，为方便拆除，可不用胶粘剂粘结。

2.将某些对应真品的构造进行改造，采用更加利于拆拼的方法。以脚手架体系为例，对应真品采用的是48×3.5 mm的钢管，外加三种扣件进行拼装而成；而这些显然不方便缩小比例仿真，需要采用一种更加有利于学生在室内进行快速拆拼的结构；于是决定采用简化杆件、不锈钢螺栓连接的方案，

3.将对应真品实物的材质进行替换，采用更加低成本的胶合板、硬质塑料板以及更加耐用的烤漆钢管。

以模板为例，要求学生根据所给图纸进行尺寸计算、制作，而对应真品采用的是18 mm厚竹胶板或者钢板制成，不利于学生在实训台上迅速裁割；经过大量材料比较分析，决定采用方便加工的木质三厘板。

（四）研发设计的过程

第一步：充分调查研究教学所需教具的用途，确定开发深度，详细列出相应功能要求、成本要求。从建筑专业课程典型项目入手，确定砌筑工程、脚手架工程、钢筋工程、模板工程等这些教具是必需的，适合微缩从而方便搬到室内进行仿真实训，而且成本较低，有些还可以循环使用。

第二步：走访建材市场，了解对应真品实物及材料规格、品种、价格；分析对应真品实物构造，确定哪些参数可以借鉴、哪些必须改造。通过调查和实物拆解发现，实际工程中的对应真品并非可以简单微缩而成，一是构造复杂了微缩不方便大批量制作，二是成本原因导致材料不能照搬。因此，必须自己设计改造，但是又不能变化太大，否则失去仿真的初衷，学生使用起来真实感也降低。

第三步：初步设计仿真教具方案，确定构造、材质、尺寸，绘制构件草图和组装图。有了初步设计方案，也只是一个比较模糊的概念。在绘制草图的中，特别是结构细节和组装方面，遇到了当初不曾预想到的地方，也是通过不断修改完善才定稿。整个过程都采用了CAD软件进行二维和三维的手段。

第四步：委托专业厂家进行仿真教具样品加工。有了加工蓝图，还需要跟专业教学仪器生产厂家技术员进一步沟通，最终才能下单加工。

第五步：完成仿真教具样品的试用、修改、定型。教具样品出来之后，研发团队始终坚持“实用、好用、安全”的原则，反复试用，总结经验，修改图纸，再生产，再定型。

（五）研发设计的具体内容

选取建筑工程技术施工实训的若干项目（例如砌筑工程施工、脚手架工程施工、模板制作安装施工、钢结构厂房结构安装施工等），将大型施工实训工具与材料进行微缩，做成可让学生动手完成的、可反复拆装的、系统化的教学用具，施工技术实训项目模拟化，移到室内完成相关建筑类实训项目。

1.砌筑工程施工项目：可用微缩的砌块完成仿真砌筑墙体。

2.脚手架工程施工项目：可用微缩的脚手架按图纸、比例搭设仿真脚手架体系。

3.模板制作安装施工项目：可用微缩的木模板按图纸、比例搭设仿真整层楼的梁、板、柱模板体系。

4.钢结构厂房结构安装施工项目：可用微缩的钢构件和工具按图纸、比例搭设钢结构厂房。

5.其他仿真施工项目。

三、研发仿真实物教具的成果和影响

（一）研发推动教学改革的发展

1.有了这些仿真教具，可以把部分不宜开展的大型建筑施工工艺实训搬到室内，有效开展砌筑仿真实训、脚手架搭设与拆除仿真实训、模板制作与安装仿真实训、钢筋加工与绑扎仿真实训等。

2.有了这些仿真教具，可以配置较少的师资，缓解了专业课老师较缺乏的现状。在室内的仿真实训中，老师只需要讲解实训要领、演示实训过程、考核实训成果即可。老师的精力与时间可以更多用在教学设计、课程改革等方面。

3.有了这些仿真教具，可以拓展更多的专业课实训项目，例如施工组织平面设计实训、工程识图实训、房屋构造模型制作实训等。

（二）提高了教师的科研水平

在自制教具过程中，根据教具的不同，为了达到更好的演示和教学效果，往往会采用一些较为先进的技术手段，这就要求教师不断学习新知识、掌握新技术。对于年轻的专业课教师来说，本身就是一个极好的锻炼机会。仿真教具研发出来了，老师们的动手能力和科研水平都有了较大提高。以脚手架体系为例，老师们的理解仅仅限于书本上的介绍，没有深入了解杆件和脚手架板的弊端。通过研发，才真正发现问题、想方设法解决问题。

（三）极大提高了学生学习积极性

将仿真教具投入实践教学中，学生普遍反映良好。在分组完成各类课堂实训、集中实训时，手脑并用，有成就感。不仅锻炼了动手能力，还提高了识图水平，收到了较好的教学效果。

（四）研发带来了其他附加成果

不仅完成了砌体砌块、钢筋、木模板等常见实训教具，也产生了若干项实用新型发明专利，分别为仿真拼装式脚手架杆件、脚手架板、便携式吊锤、激光吊锤、临时围护栏杆、多功能坡度检测器等。在这个基础上，还拟定了一整套相应的仿真教具实训指导书，完成仿真教学实训的实践标准化。

结合建筑工程专业实训的教学仿真模型，是一种重要的教学辅助工具。模型的设计效果必须能反映建筑工程的构造、结构、受力特点、施工工艺、使用过程等方面。随着建筑工程的发展，将会出现很多新的结构形式、构造方法，因此模型的设计也会不断发展。同时，制作模型的新材料在不断增加，制作工具和工艺也在不断提高和改进，教学模型的制作会越来越简单，模型的样式会越来越多样。

仿真教具的自主研究与设计过程，带动了本专业的实践教学课程改革工作，产生了一批实用新型专利发明成果，同时教师的科研动手能力也得到了提高，是一次很有意义的探索，值得推广。

【参考文献】

[1]杨柏青.高职院校实物教具自主开发及应用的探索[J].职教研究，2009（2）

[2]刘捷，马驰.房屋建筑模型教具制作探讨[J].武汉工程职业技术学院学报，2010（1）

[3]徐秀芬.高职院校实践教学中存在的问题及对策[J].平原大学学报，2004（6）

[4]金恩平，任伟.关于高职院校实践教学问题的分析与思考[J].漯河职业技术学院学报（综合版），2005（1）

【作者简介】易 斌（1967- ），男，在职研究生，柳州铁道职业技术学院教研室主任兼专业负责人，副教授，高级工程师。

（责编 黎 原）