新时代“土木工程施工”课程的信息化教学手段研究

岳 健,安永林,赵 超

(湖南科技大学 土木工程学院,湖南 湘潭 411201)

0 引言

当前,随着5G、移动互联网、云计算、大数据、人工智能等新一代网络信息技术在本科教育领域的推广应用,本科教育信息化正在开启新的时代。随着我国土木工程建设的高速发展,实践中应用的土木工程施工技术越来越注重多项技术的交叉融合,而且技术更新的速度也越来越快,这就倒逼“土木工程施工”课程的讲授内容不仅要信息量大而且要及时更新,但相应教材内容的更新明显滞后。因此,在“土木工程施工”课程的教学中,教师除了采用常规的课堂教学手段,还有必要采用一些信息化的教学手段,以提高学生的学习效果[1-5]。目前信息化教学手段多种多样,但应用到具体课程的教学中应“因课而异”,“土木工程施工”课程的信息化教学手段重在“合适”,不能盲目照搬其他学校或其他课程使用的手段。对于湖南科技大学开设的“土木工程施工”课程,教师除了采用“PPT+板书”的常规课堂教学手段,还可以采用“QQ群+微信+仿真技术”的手段进行信息化教学。

1 教师利用QQ群进行信息化教学

对于“土木工程施工”课程,教师利用QQ群进行信息化教学主要体现在以下几个方面。

(1)教师利用QQ群指导学生提前预习。湖南科技大学任课教师会在第5学期的期末接到“土木工程施工”的上课任务,但本科生从第6学期的第1周才会在学校教室里正式开始“土木工程施工”课程,这样就存在约2个月的时间差(包括寒假)。在这段时间内,学生们分散在全国各地,学生们手头也没有这门课的纸质教材,传统的学习方式无能为力。但是,教师可以在这段时间利用QQ群这种信息化手段,让学生提前预习这门课的相关内容,这样学生也能度过一个充实的长假。教师建立一个“土木工程施工课程学习QQ群”,让所有学生都加入；教师可以在QQ群里上传这门课的讲课PPT,也可以上传版权允许的电子版教材,还可以上传相关的动画视频学习资料；根据这些资料,在QQ群里,教师可以指导学生提前预习并认真观察自己家及附近存在的土木工程施工的相关内容,如表1所示,并且鼓励学生们把自己所见到的拍照上传QQ群进行分享讨论,大家在讨论各自家乡建筑美景的同时,也快乐地提前预习了“土木工程施工”的相关内容,这样能明显提升之后的课堂学习效果。

表1 在QQ群里教师指导学生在寒假预习的内容

(2)教师利用QQ群指导学生完成视频学习。“土木工程施工”这一门课中的很多施工技术不仅过程烦琐而且晦涩难懂,仅仅依靠传统的课堂讲解枯燥乏味,学生很难掌握这些技术。因此可以引入施工过程三维动画视频教学以克服这些缺点,但选择的视频最好能详细具体地描述整个施工过程,这样学生观看的视频动辄超过30 min,在课堂上观看这些视频太耗费时间。教师可以把这些学习视频上传到QQ群,转换成永久文件,让学生在课下可以随时下载并观看学习这些视频。为了督促学生们仔细观看这些视频,笔者还利用QQ群的“作业”功能,布置了视频观看总结作业,占了平时成绩的50%,要求学生仔细观看QQ群里的所有视频,并且写不少于500字的总结,在线提交,这样做极大提升了学生的学习兴趣。笔者评阅考试试卷时发现,一些让学生阐述施工工艺过程的问答题,学生给出的答案并不是以前那种死记硬背式的烦琐的全文字表达,而是绘制QQ群里看到并记住的视频图形并配合精简的文字描述,表明学生已经真正掌握了相关知识。

(3)教师利用QQ群的其他功能开展教学工作。教师可以利用QQ群的“投票”功能,快速获取全班学生对于讲课速度快慢、授课内容难易等方面的意见,以便教师及时进行调整。教师也可以利用QQ群的“在线共享文档”功能,快速收集学生的手机号码等个人信息,方便教学中有事情可以联系到学生本人,学生们也可以随时随地编辑这个文档,在文档中发表对教学的任何意见。显而易见,教师采取这些信息化手段大大提升了教学效率。

2 教师利用微信进行信息化教学

对于“土木工程施工”课程,教师利用微信进行信息化教学主要体现在以下几个方面。

(1)教师指导学生利用微信二维码学习课程知识。在笔者选用的“土木工程施工”课程教材中,很多知识点的文字表述旁边都配备了二维码,学生可以利用手机微信扫描这些二维码观看学习相关内容。这些二维码一般都为视频文件,主要有两类：一类二维码用于详细描述某个施工技术细节,比如“预应力梁波纹管留设孔道”这一施工技术细节就可以扫描二维码观看；另一类二维码再现了课堂计算例题的讲解过程,比如“分别流水法施工方案计算例题”的难度比较大,老师的讲解过程就被制作成了二维码,如果基础差的学生在课堂上没有听懂老师讲的这道例题,可以在课后扫描二维码继续观看理解。需要说明的是,前面QQ群中的那些学习视频耗时较长,而教材中配备的二维码视频一般耗时较短,笔者选择让学生观看的二维码视频一般不超过6 min。因此,笔者主要是让学生在课前、课间、课后的10 min扫描观看二维码视频,以达到提前预习或及时回顾相关知识点的目的。特别是在两节课连上的课间10 min休息时间,笔者让学生观看二维码视频,使学生在轻松快乐中学习知识,有效地改善了学生抽空就想睡觉的不良习惯。

(2)教师可以把一些有助于学习的微信公众号推荐给学生。土木工程行业的很多网站建得不错,里面有很多适合本科生的学习资料,这些网站公众号也会经常发布一些土木工程时事讨论的优秀推文,学生在等车坐车等空闲时间可以浏览一下这些网站,这对于学习“土木工程施工”课程是非常有好处的。例如笔者曾把“隧道网”的微信公众号推荐给学生,引起了很多学生的学习兴趣。

(3)教师指导学生利用微信观看会议报告。当今土木工程施工技术的更新速度很快,利用微信观看会议报告是了解土木工程行业最新发展趋势与最先进技术的有效方式。目前很多土木工程学术会议在现场开展的同时还进行网上直播,有的甚至可以回放观看会议录像。虽然一些太深奥的会议报告不适合本科生观看,但教师可以筛选出容易理解的会议报告推荐给本科生观看,实际上很多院士的报告对于本科生而言也能看得懂。例如：笔者曾把2020年11月举办的中国隧道与地下工程大会的观看网址链接发给学生,并且提醒学生可以观看会议直播,也可以先放到微信的收藏夹中以供日后观看会议录像；学生们通过观看这些会议报告,被最新的土木工程施工技术折服,学习“土木工程施工”课程的自豪感油然而生,从而明显提高了学习兴趣。

3 教师利用仿真技术进行信息化教学

对于“土木工程施工”课程,教师利用仿真技术进行信息化教学主要体现在以下几个方面。

(1)教师利用BIM仿真技术进行教学。在“土木工程施工”课程中,教师利用BIM仿真技术进行教学,主要是针对某些复杂的土木工程施工过程,如果学生仅仅依靠“文字+图片”理解起来较困难,教师可建立过程可视化的BIM仿真模型,模拟建筑物真实全面的时空信息,从“长度+宽度+高度+时间+成本”的五维角度讲解施工过程,从而使学生进行全面准确地进行理解。另外,随着土木工程施工技术越来越复杂,学生毕业后成为技术员,在给工人师傅进行复杂工程的技术交底时,如果还用过去的平面纸质技术交底就会使工人师傅难于理解,因此可考虑使用手机BIM多维可视化技术交底。这样学生在“土木工程施工”课程学习中,也能学习到教师是怎样利用BIM仿真技术讲解复杂工程问题的,由此及彼,这对于自己将来利用BIM仿真技术对工人师傅进行技术交底是非常有益的。

(2)教师利用数值仿真技术进行教学。在“土木工程施工”课程中,教师利用数值仿真技术进行教学,主要是指依据有限单元法等数值分析原理,利用相关软件,建立数值仿真模型,计算出结构的位移与内力等,这在比较选择最合理的土木工程施工方案上具有重要的作用。例如：教师在讲解隧道的全断面法、上下台阶法、CD法、CRD法这几种开挖方法时,针对同一隧道工程,教师利用数值仿真技术计算出这几种开挖方法的位移,并且把这几种开挖方法的位移结果图显示在同一张幻灯片上,从而直观地显示出CRD法引起的位移最小,告诉学生如果以控制位移为主要目的,就应该选择CRD法开挖隧道,这能加深学生对这几种开挖方法的理解。

(3)教师利用虚拟仿真实验进行教学。在“土木工程施工”课程中,教师利用虚拟仿真实验进行教学,主要是对于某些特别危险的或非常复杂的土木工程施工过程,如果学生仅仅通过理论课程的学习难于掌握,而真实实验太过于危险或花费巨大无法实际操作,教师可以指导学生进行虚拟仿真实验加强理解。笔者推荐学生进入“国家虚拟仿真实验教学课程共享平台”,可以结合讲课进度,及时完成相应的虚拟仿真实验。例如：讲到隧道爆破施工技术时,由于太过于危险而无法开展真实实验,学生可以通过完成隧道爆破施工虚拟仿真实验而掌握相应的施工技术；讲到盾构隧道的施工技术时,由于盾构机太过于昂贵而无法进行真实实验,学生可以通过完成盾构隧道施工虚拟仿真实验掌握相应的施工技术。

4 结语

目前信息化教学手段多种多样,但应用到具体课程的教学中应“因课而异”。在“土木工程施工”课程的教学中,教师除了采用常规的课堂教学手段,还可以采用“QQ群+微信+仿真技术”的信息化手段进行教学。教师既可以利用QQ群指导学生提前预习与完成视频学习,也可以利用QQ群的投票功能与在线共享文档功能开展相关的教学工作；教师既可以指导学生利用微信二维码与微信公众号学习课程知识,也可以指导学生利用微信观看会议报告；教师可以综合利用BIM仿真技术、数值仿真技术、虚拟仿真实验进行教学。实践表明,在教学中采用这些信息化手段明显提升了学生的学习效果,也培养了学生进行信息化施工的能力。