土木工程生產實習的虛實結合模式及平臺建設

摘要：論文以隧道工程為例，分析了當前土木工程生產實習面臨的接待能力和經費有限等困難，提出了基于視頻影像虛擬實習和實際工點虛實結合的生產實習模式，并開發了相關虛擬實踐平臺。通過教學試驗，證實該模式不僅能夠解決土木工程等專業生產實習面臨的困境，還能進一步改善實習效果。

關鍵詞：土木工程；生產實習；虛擬實踐平臺

中圖分類號：G646 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）19-0196-04

生產實習是工科類本科教學的重要實踐環節，也是大學生的基本權利[1]，對提升學生綜合能力、實現理論與實踐相結合有十分重要的作用。隨著市場經濟的發展，基于經濟效益等多方面的考慮，多數行業的企業越來越不愿意為學校提供生產實習機會。以土木工程為例，絕大多數企業不允許毫無實踐經驗的學生真正從事生產性的工作，生產實習的安排越來越困難，教學效果也大幅下滑。如何從社會現實出發，通過教學手段和模式的改革，使土木工程等類似工科專業的生產實習擺脫目前的困境，值得高校教育工作者研究和探索。

一、土木工程專業生產實習的現狀

1.土木工程專業生產實習的困境分析。按照新版土木工程指導性專業規范[2]，土木工程各專業方向應安排4周生產實習和2周畢業實習。受到工程現場條件和實習經費等因素的限制，目前要全面落實這一要求具有相當大的難度，按班級進行集體生產實習則幾乎不可能[3]。無法集中安排進行生產實習的原因，其主要原因包括：

①工程現場接待能力很低。隧道工程施工現場一般地處偏遠、交通不便，而且作業面狹窄，因而其接受實習學生的能力十分有限。

②實習單位接待意愿很低。由于隧道施工專業性強、風險很高、容錯能力極低，處于干擾施工及安全風險等方面的顧慮，施工單位大多不愿意接待學生實習。

③人均實習經費很低。目前本科生生產實習生均費用普遍很低，一般只有幾百元，少數高校甚至完全沒有。而土木工程，尤其是隧道工程，實習工點普遍在野外，上述費用完全無法滿足。

2.隧道工程專業生產實習的實際做法及分析。如果集中安排100名學生進入同一隧道工點進行實習，實習單位通常只能安排一至二次現場觀摩，效果類似于認識實習。為了達到生產實習的應有效果，筆者所在教研室采取的辦法是：將100名學生劃分10組，每組約10名學生，安排1名指導教師；具體實習單位和工點由指導教師聯系和負責；實際實習時根據工點的接收能力，每批次3-5名學生，分2-3批進行駐點實習。通過這樣安排，可以保證每名學生在工程現場實習2-3周，基本可以達到培養方案的要求，但仍存在以下不足：

①內容單一、隨機性大。學生實習工點由指導老師負責聯絡，每名學生通常只能在一個工點進行實習。實習的內容比較單一，通常只能是公路隧道、鐵路隧道或者地鐵隧道當中的一種，對其它類型的隧道則沒有涉及。同時，隧道工點的聯系與指導老師直接相關，受各方面因素限制，同一年級的不同學生、不同年級的不同學生，其實習工點和內容都是隨機的，很不穩定。

②實習經費緊張。按照上述安排，每名學生仍需要在工程現場食宿2-3周，加上往返交通費，通常都會超過實習經費限額。超支部分目前主要由指導教師通過配套科研或技術服務項目進行消化，存在一定的不合理性。

二、隧道工程專業生產實習的虛實結合模式

面對土木工程專業生產實習及其它實踐環節存在的問題和困難，采取計算機及其他信息技術進行虛擬實習（實踐）是較好的解決辦法，目前也有一些嘗試和探索，其中不乏成功的案例[4-7]。但是，生產實習畢竟是完全圍繞實踐工作，與認識實習、室內實驗和課程設計等有著本質區別，如何既能保證學習內容的完整性，又不是現場工作的體驗性，需要審慎權衡。為此筆者對隧道工程專業生產實習進行了虛實結合模式的探索。

1.生產實習的虛實結合模式。所謂生產實習的虛實結合模式，即考慮現場工點和實習經費限制，將原來要求在現場完成的生產實習，分成在虛擬平臺和實際現場兩方面進行。虛擬平臺實習，主要以視頻影像為素材，范圍可以涵蓋不同類型隧道工程的各種工序，內容全面但感性體驗稍差。實際現場實習，主要以現場較短時間的生產體驗為主，內容單一但感性體驗很強。通過虛實結合，較好地解決了內容、工點和經費的矛盾

2.虛實結合生產實習的實施流程。虛實結合模式將生產實習劃分為兩個階段，兩個階段均采取分組開展的形式。第一階段圍繞學習任務劃分學習小組，一般以學號或行政班級劃分，組內成員相互熟悉并能良好協作交流；第二階段圍繞實習工點和指導教師、由不同學習小組派出代表形成工作小組，每個工作小組的學習內容不同。具體實施流程如圖所示。

第一階段為虛擬實習階段。學生該階段在校內實踐訓練中心利用虛擬實習平臺進行實習。虛擬實習階段為期三周，內容涵蓋全部隧道類型、施工方法和工序。虛擬實習分為預習階段和正式實習階段。預習階段為期一周，主要掌握實習的目的、內容、要求和實習重難點，了解實習紀律和安全生產要求，為正式實習及工點實習提供綱領性指導及安全紀律保證。預習階段結束后通過考核方可進入正式實習階段。正式實習階段為期二周，主要是通過視頻影像，輔以動畫及配音講解，熟悉全部隧道類型、施工方法和工序等。

第二階段為實際工點實習階段。學生該階段按照工作分組，由指導教師組織在實際工點進行實習，并進行相應工點視頻影像采集。指導教師在同步進行口頭講解和點評，學生采集視頻影像后進行講解和點評資料的整理。工點實習結束后，學生返回原來學習小組，組織針對實際工點實習成果的交流，教師跟蹤點評和考核，并整理視頻影像資料加入數據庫。

3.虛實結合生產實習的成績考評。根據虛實結合生產實習的特點，學生成績考核由以下幾部分構成：

①預習部分，占10%，由虛擬平臺隨機生成一組客觀題，學生答題并提交后由虛擬平臺自動評分。

②虛擬實習部分，占40%，由虛擬平臺隨機生成一組視頻影像資料，學生就資料進行評析，其內容涉及各工序的方法工藝、機械設備、人員構成、材料及工效，由指導教師進行評分。

③實際工點實習部分，占50%。該部分又由三部分構成：工作表現（精神面貌、組織紀律、鉆研精神等）占10%，實習報告占20%，影像采集與評析占20%，由指導教師進行評分。

以上三部分成績全部進入虛擬平臺后，自動匯總形成綜合評分，為學生生產實習的最后成績。

三、隧道工程專業生產實習的虛擬平臺建設

筆者依托住建部和高等學校土木工程本科專業指導委員會課題“區域內高校土木工程專業實踐教學一體化改革與實踐”項目開發的虛擬實踐平臺，對隧道工程專業生產實習虛擬平臺建設進行了二次開發。

1.虛擬生產實習平臺的模塊構成。虛擬平臺由三個功能模塊和兩個數據庫構成，如圖2所示，平臺主界面如圖3所示。

三個功能模塊分別為預習模塊、虛擬實習模塊和現場實習模塊。每個功能模塊都具有學生與平臺的交互功能，考試功能和考核功能。其中現場實習模塊的考試和考核簡化為教師輸入現場表現、實習報告和影像采集評析的考核成績。

兩個數據庫分別為實習資料庫和學生成績庫。

學生開展虛實結合生產實習的流程如圖中箭頭所示，即：預習→預習考核→虛擬實習→虛擬實習考核→現場實習→現場實習考核。

2.各模塊的具體構成。

①預習模塊。包括以下幾部分：

實習任務書，包含實習的目的、任務、流程、成果；

安全及紀律，包括現場安全要點和現場實習紀律。

隨機組卷考試，內容涵蓋任務書和安全紀律等內容，體現為判斷題、單選、多選題。

虛擬評閱，具備自動評分功能。

②虛擬實習模塊。包括以下幾部分：

隧道類型及工法選擇，供學生實習時選擇相應內容，便于生成工序視頻影像等素材。

虛擬生產情景，包括基本信息（顯示隧道類型、施工工法、設計參數等信息）、影像播放、動畫顯示、作業要點信息、同步講解音頻。

隨機組卷考試，自動抽取考核工序的視頻影像及動畫資料，內容涵蓋所有實習工序，學生對其進行點評。

教師評閱，對學生的評析進行考核評價，給定成績。

③現場實習模塊。包含以下幾部分：

成果提交，供學生提交實習報告、現場工點影像及評析內容；

教師評閱，對學生提交的實習報告和影像及評析內容進行考核評價，給定成績。

④實習資料庫。資料庫是虛擬實習的素材所在，資料來源有兩種：一種是教師采集和加工的影像視頻及評析，一種是學生實習采集并經過教師審核修訂后或重新加工的影像視頻。

⑤學生成績庫。用于自動生成學生的最終成績，并提供成績打印等管理功能。

3.實習資料庫。實習資料庫存儲的是經過教師審核的素材，形式包括視頻、照片和動畫。一份完整的素材除包含視頻、照片或動畫本身，還包含以下信息：

①素材基本信息，即素材采集時間、地點，所屬的隧道類型，具體施工工序名稱。

②素材學習要點，包括素材中體現的工序目標、機理、要求、方法、人員、機械、材料和作業工效。

③安全管理要點，素材所涉及工序中容易出現或已經出現的安全問題（包括隱患）；

④質量控制要點，素材所涉及工序中容易出現或已經出現的質量問題。

教師可以從每屆學生實習過程中采集的視頻影像資料中刷選具有代表性的、或者采集質量較高的逐年豐富實習資料庫。

四、初步應用實例

結合住建部和高等學校土木工程本科專業指導委員會課題“區域內高校土木工程專業實踐教學一體化改革與實踐”教改課題，筆者在2012年指導隧道工程生產實習（共9名學生）過程中結合虛實結合模式進行了探索性試驗。限于虛擬平臺開發和素材入庫進度，部分工作仍以人工實施。

預習階段，按照虛擬平臺的要求提供預習資料，學生學習1周（教師指導答疑）后教師出題考核，教師人工評卷；虛擬實習階段，限于素材數量，以某隧道施工教學片為素材，按工序進行實習，教師制定一段視頻進行考核；現場實習階段，以安徽某公路隧道為實習工點，分3組進行開展實習，每組3人，實習2個星期，共采集施工視頻123段，照片446張。

通過上述實習，學生和教師反映學習效果良好，優良率達100%。特別是在實習階段采集視頻影像并進行評析，對督促學生認真實習起到了十分重要的作用。

五、結語

在市場經濟條件下，類似土木工程等專業的生產實習面臨極大的挑戰，通過虛實結合，以虛擬平臺為基礎，一方面利用虛擬技術拓寬實習視野，另一方面不舍棄現場實習帶來的感性認識，不僅能夠解決其面臨的問題，實際還能進一步改善實習效果。

致謝：本文成果是中南大學、長沙理工大學、湖南大學三校聯合申報的住建部和高等學校土木工程本科專業指導委員會課題“區域內高校土木工程專業實踐教學一體化改革與實踐”相關成果的一部分，研究及成文過程得到了課題組的資助及支持，中南大學土木工程學院隧道工程系（教研室）對本文也有貢獻，在此一并致謝。

參考文獻：

[1]黃芳.論大學生的實習權[J].高教探索，2011，（3）：38-42.

[2]高等學校土木工程學科專業指導委員會.高等學校土木工程本科指導性專業規范[M].北京：中國建筑工業出版社，2011.

[3]陳婷.應用型高校實踐教學質量保障的問題與對策[J].高教探索，2008，（3）：72-74.

[4]楊琦峰，謝琴，宋平.基于云計算的大學生創新訓練服務平臺建設模式研究[J].現代教育技術，2012，22（3）：110-114.

基金項目：住建部和高等學校土木工程本科專業指導委員會課題“區域內高校土木工程專業實踐教學一體化改革與實踐”；中南大學土木工程學院教改課題“城市隧道工程虛擬生產實習平臺構建”

作者簡介：伍毅敏，男，江西南康人，副教授，中南大學土木工程學院教師，博士，碩士生導師，研究方向：隧道與地下工程。