基于路桥数字沙盘的路桥课程实训教学研究

韩俊平

湖北城市建设职业技术学院市政工程学院，湖北 武汉 430205

教育部2018年发布的《教育信息化2.0行动计划》指出：“加强职业院校、高等学校虚拟仿真实训教学环境建设，服务信息化教学需要”“推进信息技术和智能技术深度融入教育教学全过程”“职业院校实践性教学课时原则上占总课时一半以上”。高职教育不是培养和造就学术精英，而是以适应生产、建设、管理、服务第一线需要的高素质技能型人才为培养目标。对于高职教育，实训是其办学理念中的重点，保质保量地实践实训教学是确保高职教育教学成果的必要手段，是培养学生职业技能和职业素质的根本途径，是提高学生的综合素质的有效方式，也是激发学生创新意识、培养学生创新能力的最佳选择。在信息化时代背景下，如何利用路桥数字沙盘更好地开展虚实结合的课程实训，避免“重建轻用”等现象，提升课程实训教学效果，是迫切需要研究的。

一、路桥数字沙盘简介

数字沙盘是一种高科技的产物，有立体数字沙盘、纯三维数字沙盘两种，比较常见的是立体数字沙盘，它由投影屏幕或显示屏、实体沙盘模型、灯光控制系统、语音解说系统等组成。立体数字沙盘利用三维动画技术制作视频内容，并投射到屏幕中，其中的实体沙盘模型利用灯光效果来回应投影屏幕所展现的内容，达到一种惟妙惟肖、变化多姿的动态视觉效果。

为满足路桥专业信息化实训教学需求，在教育部《高等职业教育创新发展行动计划（2015-2018年）》的引领下，湖北城市建设职业技术学院路桥专业参与了“三年行动计划”湖北省高职高专骨干专业建设，并已顺利完成了路桥数字沙盘项目建设。路桥数字沙盘由三个部分组成：第一部分是沙盘实体模型，包括桥梁数字沙盘、城市道路与轨道交通数字沙盘，桥梁沙盘由长江上的5座经典桥梁模型组成，能系统展示5种经典桥型的构造，城市道路与轨道交通沙盘由1条城市主干道、4条地铁线路及站点、1个广场综合体、1座城市交通枢纽等模型有机组合而成，能系统展示道路、轨道交通、地上地下综合交通枢纽的构造布局情况。第二部分是背景墙，包括桥梁文化背景墙、城市道路与轨道交通文化背景墙，桥梁文化背景墙展示了12座世界及中国名桥，城市道路与轨道交通文化背景墙展示了4种经典城市道路形式、5种轨道交通形式、3种交叉口形式。第三部分是数字化设施及资源，包括沙盘灯光控制系统、沙盘三维视频、道路施工虚拟仿真软件、平板电脑40套、路桥及市政工程电子资源库、路桥及轨道交通工程二维码、道路桥梁AR立体教材、教学用挂式触控一体机、立式触控一体机等。配置6组6边形课桌，能容纳40名学生实训。路桥数字沙盘可用于路桥专业的桥梁工程课程、道路工程课程、轨道交通工程课程实训。

二、基于桥梁数字沙盘的桥梁工程课程实训教学研究

根据职业教育教学改革要求，依托路桥数字沙盘、职教云等信息化教学资源，基于翻转课堂教学理念，以学生为中心，采用任务驱动教学法、小组合作探究法，以“认识桥梁的类型和组成（90min）”为例进行教学设计，将课堂延展为课前预习、课中讲练、课后拓展三个阶段［1］，采用“任务导入、小组汇报、理论讲解、参观沙盘、观看电子资源、总结点评”六步铺展实训，构建了“三段六步”实训教学法。

（一）利用职教云平台，进行课前预习

教师课前3天通过手机QQ群或微信群，发布课前预习通知，要求学生利用手机或电脑登录职教云桥梁工程课程教学平台，通过桥梁PPT课件、视频、动画等学习资源，完成对“桥梁的类型与组成”内容的预习。预习完毕后，每个小组选一座知名桥梁，制作桥梁预习PPT，用于预习成果课堂汇报。通过课前预习，拓展学习的时间与空间。

（二）依托虚实结合的桥梁数字沙盘，完成课中讲练

1.任务导入（5min）。在路桥数字化实训中心实施信息化教学，教师通过启发性提问“桥梁文化背景墙所展示的经典名桥中，最雄伟的桥梁是哪座？最秀美的桥梁是哪座？”，导入本次课的学习，并总体介绍本次课的主要实训任务和实训环节设计。

2.小组汇报（20min）。学生以小组为单位汇报预习成果PPT，并回答教师和其他小组提问。教师作为听众，进行打分，并记录学生知识掌握的不足之处。针对该环节对学生表现在职教云中进行评分，具体打分规则，见表1。通过小组汇报并评分使学生树立团队合作意识，锻炼学生的OFFICE办公软件应用能力、自我表达能力、展示能力、竞争能力［2］。

表1 小组汇报及职教云抢答评分规则

3.理论讲解，强化重点（20min）。教师通过利用桥梁三维动画讲解四种经典桥型及其构造组成，穿插职教云抢答环节，教师预先公布评分规则（见表1），根据学生抢答情况在职教云中给学生打分，鼓励学生又快又好地回答，抓住学生的注意力，培养学生的竞争能力。学生利用手机职教云APP进行抢答，强化所学内容，答题得分可实时显示在教室的投影屏幕上，寓学于乐［3］，提高学习趣味性。职教云平台自动将学生答题分数计入职教云平时成绩总得分。教师可适时了解学生掌握情况，对学生知识弱点进行补充讲解。

4.参观沙盘，突破难点（20min）。教师引导学生观看“桥梁数字沙盘”模型实体，带领学生直观感知武汉长江大桥、重庆朝天门长江大桥、江苏苏通长江大桥等超级桥梁工程实体模型，并观看配套的桥梁沙盘3D动画视频，了解每座桥的建设历史、构造组成、主要施工方法。桥梁沙盘3D动画可以对每座桥进行360度任意旋转，展示桥梁系部构造，并且视频讲到哪座桥，哪座桥的七彩灯光就会亮，给学生打造出视觉、听觉、触觉俱佳的信息化课堂盛宴，突破特大型桥梁的构造及组成学习难点。通过超级桥梁工程，展示我国桥梁建设的巨大成就，引导学生技术自信、中国自信。

5.利用沙盘电子资源，分组练习（15min）。对学生进行分组，利用数字沙盘配套的信息化资源，对“桥梁的构造和组成”内容进行分组自主学习和讨论。例如，A组学生通过台式触控一体机、挂式触控一体机的触控屏，选择预先存储的桥梁电子资源，自主点击观看；B组学生扫描沙盘模型和背景墙上的每座桥梁的二维码，进一步了解特大型桥梁的构造与组成，并能够现场指出每座桥梁模型的组成部位及其名称；C组学生在教师指导下用手机APP扫描《道路桥梁3D立体教材》的桥梁的三维彩色图片，进行多角度旋转、缩放、平移，仔细研读，自主讨论，深化对桥梁的构造组成的理解。各组进行触控一体机操作、扫描二维码、3D立体教材学习的有机轮换，多种信息化手段结合，培养学生的自主学习能力、探究能力［4］。

6.总结点评（10min）。教师指导学生对本次课的主要内容、重难点进行梳理总结，安排学生绘制本次课内容的思维导图，培养学生总结能力。教师根据各小组的自主学习情况、听讲情况、回答问题情况、表达展示情况、团队协助情况进行点评，使学生增强团队协作意识和竞争意识，达到本次课的素质目标。

（三）理论联系实际，进行课后拓展

教师通过职教云发布课后拓展任务，要求学生网上搜集1座近三年内正在建造的桥梁工程，了解其构造情况，并在职教云的“讨论”环节中开展桥梁构造讨论，职教云平台适时地将学生“讨论”环节得分计入职教云平时成绩个人总得分。通过课后拓展，培养学生理论联系实际、灵活运用所学知识的能力。

三、基于道路与轨道交通数字沙盘的道路工程课程实训教学研究

利用道路与轨道交通数字沙盘及数字化资源可以进行道路类型与构造认识实训、道路施工仿真实训。以《路面构造及施工实训（90min）》为例，依托道路与轨道交通数字沙盘中的珞喻路，开展“案例导向、任务驱动、观仿结合”的道路工程课程实训。

（一）案例导向，进行课前预习

教师课前3天通过手机QQ群或微信群，发布课前预习通知，要求学生利用手机或电脑上网查阅某城市主干路A道路的建设历史、路面结构层组成、路面施工工艺，结合具体案例进行路面施工实训预习。并分4个小组制作珞喻路预习PPT，用于课堂汇报。

（二）观防结合，进行课中讲练

1.任务驱动（5min）

教师介绍本次课的实训任务为掌握珞喻路的路面构造、路面施工工艺，并介绍实训流程。

2.翻转课堂（20min）

各小组分别汇报预习成果，并回答教师和其他小组提问。对学生汇报及答题情况在职教云平台中进行打分。

3.参观沙盘，认识路面构造（20min）

学生分组参观沙盘中的A道路模型，观看A道路横断面组成、竖向结构层组成，结合A道路三维仿真动感模型，讨论A道路沿线交叉口类型、标志标线布置形式、交通渠化方式，培养学生的观察能力、沟通能力、分析能力。讨论A道路在武汉市交通网络中的位置和作用，培养学生的全局意识。引导学生讨论A道路已完成的“白改黑”工程——在水泥路面上加铺沥青路面改善路况，培养学生树立因地制宜、经济适用的工程建设理念。

4.仿真实训，掌握路面施工（30min）

组织学生利用道路施工仿真软件开展A道路水泥混凝土下面层、沥青混合料上层施工仿真实训，掌握路面施工工艺，力求软件练习得分达到95分以上，塑造学生精益求精的工匠精神；并在职教云平台记录各小组的仿真实训平均得分。

5.总结点评（15min）

学生分组在线填写腾讯表格，总结本次课的内容，培养学生的概括总结能力、办公软件应用能力。教师点评各小组的思维导图，并在职教云平台给小组打分。结合本次课每组总得分，评出最优学习小组，并进行分数奖励。

（三）研究校内道路，进行课后拓展

安排学生课后观察湖北城市建设职业技术学院校内道路，识别校内道路的横断面形式，发掘校内道路“白改黑”历史，2018年校内道路由水泥路面加铺了沥青混凝土面层改善路况，变成了目前的沥青路面。通过课后拓展，强化对路面构造和施工方法的掌握和理解。

四、小结

引入声光电一体化、电子资源丰富的数字沙盘，给学生打造了一个优美、直观、互动性强的虚实结合的学习场地，解决了教学难点，较好地丰富了信息化教学手段，提高了学生的学习兴趣，激发了学生自主学习的积极性，使学生轻松愉快地掌握专业知识，增强了学生的自学能力、团队协作能力、竞争能力、表达能力，提升了学生的职业责任感、民族自豪感、爱国热情，学生的职业素养和综合技能得到了稳步提升［5］。基于路桥数字沙盘的实训教学得到了湖北省教育厅与建设厅领导的充分肯定，先后有本科、高职、中职等不同层次学校的学生来路桥数字沙盘实训室进行课程实训。随着数字沙盘的不断创新和信息化技术的不断发展，数字沙盘在信息化教学中的应用也将进一步优化和完善。