基于虛擬仿真的“裝配式建筑概論”課程教學改革與實踐

楊蕓，宋朝勇

（1.武漢城市學院，湖北 武漢 430075；2.保利（武漢）房地產開發有限公司，湖北 武漢 430074）

1 前言

根據《建筑產業現代化發展綱要》的發展目標，三年后裝配式建筑應該占新建建筑的50%以上。2021年3月，《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》指出城市發展新理念新趨勢，發展智能建造，推廣裝配式建筑。2021年10月，在國務院發布的《2030年碳達峰行動方案》中也明確了全面推進城鄉建設向綠色低碳化轉型。大力推廣綠色低碳建材和綠色建造方式，積極發展裝配式建筑，不斷強化綠色設計和施工管理。各地政府非常重視并紛紛出臺相關政策，民間企業熱情高漲，不斷加大投入，在政策引導、技術提升、資本集中等合力的強勢推動下，預計中國的建筑產業化將經歷一個加速發展階段，能夠加快市場的轉型。

隨著我國人口紅利的消退以及新技術對建筑行業從業人員專業素質要求的不斷提高，我國在建筑產業化的領域已達到百萬人才的缺口，而專業的管理人員更是極度缺乏，特別是在裝配式深化設計小組、裝配式混凝土的預制構件工廠、裝配建筑施工企業等一線單位。國家要求全力發展裝配式建筑，對建筑行業的從業人員從專業知識、實操能力、工作素質等方面提出了全新的要求[1]。各高校亟需加大對裝配式建筑人才的培養，為潛在的、巨大的建筑市場輸出源源不斷的新生血液，提高學生就業率，為建筑化轉型貢獻力量。

2 裝配式建筑教學的現狀與問題

國家提倡發展裝配式建筑還不足十年，但各地的裝配式建筑施工已經如火如荼地在開展了，從裝配式建筑的設計到工廠預制構件的制作，再到現場吊裝，各級部門的管理人員和現場工人都處于一種邊學習、邊摸索、邊提升的狀態。目前由于國家關于裝配式建筑的指導標準還不完善，各個地方政府的行業標準不同、專業技術資料也不成熟、人才市場定位不清晰以及裝配式建筑相關理論體系的缺乏，使得我國各大高校對于如何開展裝配式建筑的教育也還處于不斷試驗改進的階段，還沒有成功的案例可以借鑒[2]。本校順應時代發展潮流，目前本科、專科均已全面開設裝配式建筑相關課程，所有土木工程相關專業全面開設“裝配式建筑概論”課程，對于施工方向的專業還開設了后續“裝配式混凝土建筑制作與施工”課程，同時在結構設計大賽中融入“裝配式混凝土建筑識深化設計”等課程。

在學習和教學中，發現裝配式建筑教學資源匱乏，各高校建筑教師對裝配式建筑結構的設計、制作、施工的研究不夠深入。由于裝配式建筑專業在構件深化設計、預制構件制作及現場吊裝這些方面都具有很強的實操性，與現場聯系非常緊密，因此在課堂上單純的理論講解無法達到良好的教學效果。想要提升教學效果，就需要授課教師深入裝配式預制構件工廠及裝配式建筑施工工地學習，同時發揮在專業技術上的實力優勢，將企業專家過硬的專業知識與豐富的現場管理經驗通過科學的方法轉化成優秀的教學資源，實現校企協同育人。但是目前的教學還是止步于理論，學生對于主要裝配式結構的設計、制作、施工、管理要點只停留于文字上的理解，不能直觀、身臨其境地體驗這一系列技術流程。

3 裝配式建筑課程的改革

目前有些高校的課程標準還是沿用陳舊的標準，即使在表面上做了形式變化，但在實際教學過程中還是一成不變，因此如果繼續采用傳統的裝配式建筑課程的標準，已達不到培育優質裝配式建筑人才的目標[3]。現階段本校已積極開發裝配式建筑新課程，率先在所有土木工程、工程管理、工程造價、建筑工程技術、建筑學等專業全面開設“裝配式建筑概論”課程，對于土木工程施工管理方向的同學還開設了“裝配式混凝土建筑制作與施工”課程，并借助全國大學生結構設計大賽、BIM畢業設計大賽進一步學習“裝配式混凝土建筑深化設計”“裝配式混凝土建筑識圖”等。采用碎片化混合式教學課程標準，按不同專業和層次細化教學內容，并采用信息化手段進行計劃實施，課程標準的修訂還會根據授課情況逐年進行調整，使得課程標準修訂不斷契合人才培養目標，達到院校優質課程教學的基本要求。

3.1 加強校企合作培養雙師型教學團隊

了解企業對于裝配式技術管理人才有哪些要求，建立與之適應的、完整的“裝配式建筑”課程體系。首先開展“雙師型”師資隊伍的建設，專任教師利用寒暑假安排到裝配式建筑相關企業掛職、學習，培養應用型教學意識，不斷提高教師的專業知識水平和實操能力。其次，將裝配式建筑企業的技術管理人員請到課堂，結合預制構件深化設計要點、預制構件制作工程實際生產流程或結合施工現場工程案例，進行實況講解。通過校企雙方的深入交流學習，提升專任教師的專業知識水平、實操能力、現場應變能力，打造過硬的裝配式建筑課程教學團隊。

3.2 利用虛擬仿真軟件豐富教學手段

虛擬仿真技術是當前數字化信息發展的核心優勢，可以充分發揮仿真教學的成本低、工況多、安全、綠色節能的優點，幫助學生更直觀地進行實驗實訓。解讀裝配式建筑技術選型與深化設計、裝配式結構主要技術規程規范、預制混凝土構件生產關鍵技術、裝配式結構施工質量安全管理及驗收標準規范等，建立完整的“裝配式建筑概論”課程體系。通過虛擬仿真和VR實訓模式，讓學生熟悉安全作業流程，工藝操作步驟和相關作業標準，了解裝配式實踐作業的作業安全、熟悉工藝流程、熟悉工藝標準等方面的內容。通過虛擬仿真實踐教學加強學生的實操能力，學生“被動”學習書本知識到“主動”進入角色體驗，將學生在裝配式實踐作業中的高成本、不可逆性、危險性，轉為低成本、重復性、安全性的體驗。

以本校開設面最為廣泛的“裝配式混凝土建筑概論”為例，教師團隊借助超星學習平臺開發虛實結合的課程資源庫，課程資源包括：教學大綱、主要教學內容簡介、章節教學PPT、教師錄播視頻、相關視頻動畫、仿真教學案例、項目案例庫、題庫等。利用BIM軟件展示知名的裝配式建筑企業實施的真實項目案例及詳細的技術要點。借助裝配式建筑施工的模擬軟件，生動展示裝配式混凝土建筑的施工要點，為學生營造“虛擬”的施工現場，讓學生身臨其境，實現寓教于樂，強化記憶，如圖1、圖2。

圖1 裝配式混凝土構件制作

圖2 裝配式混凝土建筑施工流程

借助虛擬仿真軟件來優化教學方法與手段，充分發揮多仿真軟件的優勢，將裝配式課程內容的各種實況以三維仿真的動態形式展示在學生面前，利用軟件有聲有色地為學生展示裝配式建筑從初步設計→設計方、施工方、構件制作方三方協作→優化設計→預制構件制作→吊裝施工→現場現澆混凝土→防水工程→竣工驗收的全過程，提升了學生的直觀觸感。

3.3 混合式教學打破學習的時間與空間壁壘

當前，移動互聯網的快速發展帶來了信息傳播方式的顛覆性改變。把傳統學習方式的優勢和e-Learning（數字化或網絡化學習）的優勢結合起來，二者優勢互補，即為混合式教學（Blending Learning），這種揚長避短的綜合教學方式可以取得最佳的教學效果。混合式教學可以充分發揮教師和學生的自主性，更能充分體現學生作為學習過程主體的主動性、積極性與創造性。

以本校開設面最廣的“裝配式建筑概論”為例，本課程面對的學生專業和層次大相徑庭，有本科的土木工程專業、工程管理專業、工程造價專業、建筑學專業，專升本的土木工程、工程管理專業、專科的建工技術專業還有擴招的建工技術專業等。學生自身專業水平、學習方式也不相同。例如，在校的本科和專科學生采用的是線上線下混合式教學方式，學習的裝配式建筑概論課程內容大體一致，但專科生學到此即止，對于本科學生還需進一步學習后續“裝配式混凝土建筑制作與施工”“裝配式混凝土建筑深化設計”“裝配式混凝土建筑識圖”等。擴招的學生由于工作性質不能來學校上課，所以采用的是線上直播的教學方式，教師共享屏幕，結合授課PPT，利用仿真動畫和現場實際案例進行直播講解。在這些教學過程中，教師團隊也學習到了如何提升教學效果，如何提高學生的積極性，不斷豐富教學資源和教學手段，積累了豐富的教學經驗。

“裝配式建筑概論”課程將學生學習過程中的課堂活動參與的積極性、教學平臺學生作業、課堂互動、簽到等指標分別列入碎片化課程學習考核中來，課程整體實施效果較好，如圖3。

圖3 混合式教學分析圖

4 結論

“裝配式建筑概論”課程以裝配式建筑制作要點和施工工藝為基點，不斷完善教學內容，優化教學手段，改革授課方式，有效改變了傳統單一化理論教學模式，利用虛擬仿真軟件融合裝配式建筑專業理論與實踐操作，讓學生身臨其境，在潛移默化中熟練掌握裝配式建筑的專業知識與實操技能，拓寬了今后的就業范圍，同時提升了教學效果，為裝配式建筑的發展提供了高水平應用型人才。