基于相似理論的高職院校建筑施工安全課程實踐教學改革探索

潘泱波，苗磊剛，周慧芳

（江蘇建筑職業(yè)技術學院 建筑管理學院，江蘇徐州 221116）

建筑施工作業(yè)具有過程復雜、安全隱患多、危險性大等特點。隨著我國基礎設施建設和房地產(chǎn)市場的興起，建筑業(yè)快速發(fā)展，然而大幅增加的施工作業(yè)活動也帶來了更大的安全管理壓力。

近年來，全社會對安全生產(chǎn)重視程度不斷提高，對建筑行業(yè)施工作業(yè)人員的安全意識與技能也提出了更高要求[1]。這就要求建筑類職業(yè)教育提高人才培養(yǎng)質量，把好建筑行業(yè)入口關。建筑施工安全課程在職業(yè)院校建筑類專業(yè)群特別是建設工程管理類專業(yè)的人才培養(yǎng)中具有重要作用，因此，探索研究更加科學實用的建筑施工安全課程教學方法，將學生培養(yǎng)成為高素質、高技能、懂安全、重視安全的專業(yè)人才，成為合格的建設者和接班人，對建筑業(yè)的發(fā)展十分重要[2-3]。

本文通過分析高職院校建筑施工安全課程實踐教學中存在的問題，創(chuàng)新性地提出了將相似模擬理論引入課程實踐教學建設，結合數(shù)字化教學手段，探索課程新型實踐教學體系，構建理虛實一體化教學新模式[4-5]，進一步提升項目化教學的質量和學習效果，使學生切實增強職業(yè)技能，畢業(yè)即可直接勝任工作。

1 現(xiàn)階段建筑施工安全課程存在的問題

目前，很多高職院校的建筑施工安全課程采用傳統(tǒng)的教學模式，尚未形成良好的項目化實踐教學模式，存在重理論、輕實踐的現(xiàn)象，對課程項目化實踐教學的課程標準、內容設置、培養(yǎng)方案等方面還缺乏系統(tǒng)的研究[6-7]。現(xiàn)階段，在已經(jīng)認識到建筑施工安全課程理論教學中存在的理論脫離實踐、課堂枯燥沉悶、交流互動缺乏等問題的基礎上，教育工作者通過不斷探索推動課程向實踐性和項目化的方向發(fā)展，然而，在實施過程中依然存在諸多問題，有待解決[8-9]。

1.1 學情研究中發(fā)現(xiàn)的問題

在與眾多高職院校教師和學生交流的基礎上，通過對學生學習興趣的分析能夠發(fā)現(xiàn)，學生通常會因教學方式的不同而對課程產(chǎn)生差異性的學習興趣，具有以下特點：對動手實操的興趣最高，對計算機軟件即數(shù)字化教學的興趣次之，對理論學習的興趣最低。在以傳統(tǒng)多媒體方式開展的理論學習過程中，學生對視頻學習的興趣又要高于對圖片和文字的學習。因此，教師在教學過程中要充分考慮當今學生的學習特點，將多種教學方法、教學資源進一步有機結合，與時俱進，不斷開拓創(chuàng)新。

1.2 建筑施工安全實踐課程存在的問題

基于理論與實踐相結合的教學理念，職業(yè)教育更加注重對學生實踐能力的培養(yǎng)，在課程開展實踐教學的過程中主要存在以下問題。

（1）實踐與理論脫節(jié)。傳統(tǒng)的實踐教學內容與實際施工現(xiàn)場操作存在較大差距，教師在授課中通常側重傳授理論知識和現(xiàn)場常見安全問題的一般解決方法，而忽視了實際施工現(xiàn)場中的復雜安全問題和實際應對方法。學生實踐學習后依然難以直接應用所學知識解決實際問題。

（2）教學內容與實際情況不符。傳統(tǒng)的實踐教學通常在固定的時間和空間內進行，與實際工地操作存在很大的差距，無法較為真實地還原建筑施工現(xiàn)場的場景。

（3）對安全風險的判斷與認知不足。在傳統(tǒng)的實踐課程中，學生對安全風險的感受和判斷認知程度相對較低，無法體驗到建筑施工現(xiàn)場的真實情況，不利于學生風險隱患意識的樹立。

（4）教師缺乏現(xiàn)場實踐經(jīng)驗。教師由于缺乏實踐經(jīng)驗，只能通過教材內容指導學生實踐，無法提供真實的案例和經(jīng)驗分享，以至于學生在實踐操作中遇到困難和問題時，教師不能給予及時有效的指導和建議，使得學生無法解決問題。

（5）學生參與度不高。傳統(tǒng)的實踐課程缺乏互動性和趣味性，學生往往只是被動地接受教師的指導和培訓，學生動手操作的機會很少，經(jīng)常出現(xiàn)少數(shù)學生做、多數(shù)學生看的情景，學生實踐參與度較低，教師沒有將學生的主觀能動性調動起來。

1.3 建筑施工安全項目化課程改革存在的問題

為了激發(fā)學生的學習動力，提高學生的綜合素養(yǎng)，培養(yǎng)學生自主學習能力和團隊合作意識，項目化教學已然成為現(xiàn)代教育中被廣泛采用的教學方法。課程在近年的項目化教學改革和應用過程中遇到了如下問題。

（1）缺乏實踐環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的項目化課程往往以安全理論為基礎展開，缺乏實際案例數(shù)據(jù)支持和現(xiàn)場操作的實踐環(huán)節(jié)，同時，項目任務實施需要實物模型、專業(yè)軟件、安全裝備等教學資源，而一些高職院校缺乏這些資源，影響項目實施的質量，使學生很難將理論知識應用于實際項目中。

（2）項目選擇不合理。傳統(tǒng)的項目化課程往往只有幾個標準化項目可選擇，發(fā)布的任務也以編撰安全技術和管理相關文字資料為主。然而實際建筑施工項目的規(guī)模、特點和風險程度各不相同，僅靠幾個標準化項目難以滿足學生學習需求。因此，通過傳統(tǒng)的項目化教學任務，學生無法接觸到真實的工程施工情況，也無法有效應對各種安全問題。

（3）綜合性和系統(tǒng)性不強。建筑施工安全涉及多個環(huán)節(jié)，包括設計計算、施工技術與管理等方面，傳統(tǒng)的項目化課程往往只注重對特定環(huán)節(jié)或問題的講解，缺乏整體性和系統(tǒng)性。

（4）教學評估與反饋不完善。不是所有的學生都能迅速適應項目化學習，一些學生可能習慣了傳統(tǒng)的學習模式，能夠在考試中取得好成績，但面對需要團隊協(xié)作、創(chuàng)新思考的項目時感到無所適從。因此，教師需要開發(fā)更為合理高效的評估體系進行教學評分，并及時給予有效的反饋來考查學生的實際操作和解決問題的能力。

2 建筑施工安全課程教學改革與探索

根據(jù)對江蘇建筑職業(yè)技術學院建設工程管理專業(yè)開展的學生座談、畢業(yè)生訪問和企業(yè)調研等結果的分析，在施工現(xiàn)場從事安全管理工作的畢業(yè)生，相對比較薄弱的職業(yè)能力是安全設計與計算、隱患排查治理等[10]。基于上文分析，此類能力的不足與建筑施工安全課程教學中存在的問題息息相關。因此，研究科學、合理、多樣化的教學方法，切實解決學生“理論學習不扎實、現(xiàn)場實物不認識、動手實操不了解”等問題尤為關鍵。

2.1 基于相似模擬理論建立實踐教學新體系

為了彌補上述實踐教學和項目化教學中存在的不足，在已有研究的基礎上，提出將相似模擬理論引入實踐平臺的構建，打造新型建筑施工安全課程實踐教學內容，進一步完善課程實踐教學體系。

相似模擬理論是力學實驗的重要理論基礎[11]，被廣泛應用于由相似材料構建的模型試驗，是指在量綱分析的基礎上，按照設計的相似比例系數(shù)將實物原型與模型在幾何、運動、動力等物理量上形成相應比例，從而利用模型實驗反向推演對應原型的相應規(guī)律。在建筑施工安全課程中，有較多的教學內容為危險性較大的分部分項工程（下稱“危大工程”）安全技術，需要針對各類“危大工程”開展項目化實踐教學。基于相似模擬理論，嘗試將施工現(xiàn)場“危大工程”的結構和相關設施按照設計的相似比例系數(shù)進行縮小，并在校內實訓場地構建相似模型實踐教學平臺，從而最大限度實現(xiàn)將施工現(xiàn)場“搬”到校內實訓場，使學生通過分組合作的方式對“危大工程”展開設計計算研究、相似模擬材料選型、動手實操搭建、驗算優(yōu)化改進、討論匯報總結等步驟，在實踐過程中不斷夯實理論基礎，激發(fā)自主創(chuàng)新能力，提升團隊協(xié)作和個人實操能力，對安全風險和隱患的沉浸式體驗感十足，真正達到懂設計、懂計算、懂材料、懂工藝。

2.2 虛擬現(xiàn)實與真實現(xiàn)實耦合教學

在過去的建筑施工安全虛擬現(xiàn)實（VR）體驗教學中，學生往往只是在軟件設定的情景中體驗，教學資源更新慢，限制了教學內容的設計，難以使學生實現(xiàn)對建筑施工安全更深入學習[12-13]。現(xiàn)嘗試通過將虛擬現(xiàn)實技術與真實現(xiàn)實耦合教學，即結合虛擬現(xiàn)實和具體的施工現(xiàn)場真實場景，提供更具沉浸式、交互式和個性化的教學體驗。首先，根據(jù)施工現(xiàn)場真實環(huán)境，使用3D 掃描、無人機測繪、制圖與建模軟件等技術創(chuàng)建一個與真實環(huán)境一致的虛擬環(huán)境。其次，將真實施工現(xiàn)場數(shù)據(jù)與虛擬環(huán)境相結合，讓學生能夠應用互動和控制系統(tǒng)在虛擬環(huán)境中進行安全設計和施工模擬。最后，通過耦合教學可以利用軟件程序即時獲取反饋、評估和建議，幫助學生增強安全知識和技能；同時，教師通過收集學生在虛擬現(xiàn)實中的表現(xiàn)數(shù)據(jù)，可以進行后期分析并改進教學方法，從而進一步優(yōu)化教學內容和交互設計，并提供個性化的學習支持，更好地滿足了項目化教學的需要。

2.3 數(shù)字化技術與相似模擬技術相協(xié)同

在構建相似模型實踐教學平臺的同時，探索線上線下混合式教學模式，利用數(shù)字化、信息化技術，大幅提升“危大工程”安全設計和計算的準確性、效率和可靠性。首先，針對施工現(xiàn)場各類“危大工程”，使用BIM 或類似的工具創(chuàng)建工程項目的數(shù)字孿生模型[14]，學生輸入初步設計的結構材料參數(shù)、地質數(shù)據(jù)、施工方法和環(huán)境條件等詳細信息，并施加風險因素，仿真模擬工程項目對不同風險因素的響應情況，完成模型參數(shù)設置。其次，基于模型計算結果，學生評估結構在該參數(shù)設置下的安全性能，如果分析結果不滿足安全要求，則重新調整設計參數(shù)或施工方案，直至滿足安全要求后將設計計算和分析結果匯總成報告。再次，根據(jù)匯總報告，通過設置合理的相似比例系數(shù)，將設計完成的數(shù)字模型模擬的現(xiàn)實工程材料尺寸、力學屬性等參數(shù)進行縮小。最后，利用3D 打印技術[15]，制造出具有縮小后的外形尺寸和力學屬性的相似材料，最終完成相似模型的搭建。

將數(shù)字化技術與相似模擬技術結合，可以為學生提供更具互動性的實踐平臺，在實訓場地實現(xiàn)“危大工程”從安全設計計算到數(shù)字模型建立、動手實操搭建的全過程，幫助學生更好地理解和檢測“危大工程”的施工運行情況，提供更加真實豐富、綜合全面的教學體驗。

3 結束語

建筑施工安全是一門對實踐教學需求高、對學生動手實操能力要求高，且十分適用項目化教學方式的課程。本文從課程學情研究以及在實踐課程、項目化課程改革中發(fā)現(xiàn)的問題出發(fā)，對建筑施工安全課程的實踐教學改革進行了探索。針對建筑施工“危大工程”，首先，通過嘗試利用相似模擬的方法，構建相似模型實踐教學平臺，可以將施工現(xiàn)場“搬”到校內實訓場。其次，結合虛擬現(xiàn)實與真實現(xiàn)實耦合教學以及數(shù)字化技術與相似模擬技術相協(xié)同的教學方式，一方面，將真實施工現(xiàn)場與虛擬環(huán)境相結合，讓學生能夠應用互動和控制系統(tǒng)在虛擬環(huán)境中進行安全設計和施工模擬，另一方面，學生借助數(shù)字化技術對“危大工程”展開設計計算研究、數(shù)字孿生模型構建、驗算優(yōu)化、相似模擬材料選型與制作、動手實操搭建、匯報討論與總結等過程，完成項目化學習任務。教學改革的實施構建了理虛實一體化教學新模式，進一步提升了項目化實踐教學質量和學習效果，為培養(yǎng)復合型技術技能型人才提供了新思路。