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摘要：《工程施工》课程具有内容庞杂、工艺繁多、情境依赖的特点，现有的教学和实践方式无法满足培养需要。本文对基于虚拟施工平台的《工程施工》课程教学效果进行实证研究后发现，虚拟施工平台能够吸引学生注意力，加深学生对施工操作、工具、效果和文件的理解，但需要学生具备一定基础知识。建议增加学生运用平台实际操作环节以强化学习效果，同时对平台细节的完善给出了建议。
关键词：虚拟施工；工程施工；教学效果；实证研究
本文引用格式：张羽，等.基于虚拟施工平台的《工程施工》教学效果实证研究[J].教育现代化,2020,7(46):7-9.
An Empirical Study on the Teaching Effect of"Engineering Construction"Based on Virtual Construction Platform
ZHANG Yu,LI Qing-rui,LAI Mao-tong,YANG Xin-yi
(Southwest Petroleum University,Chengdu Sichuan)
Abstract:The course of engineering construction has the characteristics of complex contents,various techniques and situation dependence,and the existing teaching and practice methods can not meet the training needs.This paper makes an empirical study on the teaching effect of"engineering construction"course based on virtual construction platform,and finds that virtual construction platform can attract students'attention and deepen their understanding of construction operation,tools,effects and documents,but it requires students to have certain basic knowledge.It is suggested to increase the practical operation of the platform for students to enhance the learning effect,and to improve the details of the platform.
Key words:Virtual construction;Engineering construction;Teaching effect;Empirical research
一 引言
《工程施工》作为工程管理专业和土木工程专业本科教育的核心课程，在课程体系中起到承前启后的关键作用。然而，工程施工本身具有内容庞杂、工艺繁多、情境依赖的特点，导致传统课堂讲授模式无法满足相关专业高素质应用型人才的能力培养需求。同时，工程现场观摩和实践教学又受到施工场所、进度、环境、天气、安全风险等诸多因素限制，无法做到全知识点覆盖，学生也很难获得覆盖所有环节的完整实践训练。可见，现有的《工程施工》教学和实践方式有待进一步完善。
近年来，国内外土木建筑领域学术界和工程界越来越关注虚拟施工技术(VC,Virtual Construction)的探索和应用[1]。国外将虚拟技术应用于教育领域已有相对成熟的研究成果，且已经发展到运用虚拟现实技术(VR,Virtual Reality)的阶段[2]。然而，国内的相关研究多基于BIM技术，着重于运用虚拟仿真技术考察施工组织过程，目的是优化施工计划和管理[3]。如将其运用于水利工程，对高堆石坝施工的土石方动态平衡进行计算与优化调配等[4]。运用虚拟施工技术进行教学改革的研究较为鲜见。尽管如此，机械[5]、电气[6]、企业管理[7]与运营[8]等其他领域的研究已证实，虚拟技术能在一定程度上提高教学效率。
综上所述，本研究通过收集基于虚拟施工平台的学生学习评价数据并进行分析，探索应用虚拟施工平台进行《工程施工》课程教学的方式，最终为教学效率的提升和虚拟施工平台的改进提供借鉴。
二 虚拟施工平台
虚拟施工技术(Construction VP，即CVP)是基于虚拟模型技术而提出的用于建筑项目设计、施工过程模拟与分析的数字化、可视化技术[9]，基于该技术构建的仿真平台称为虚拟施工平台。本研究所运用的虚拟施工平台为三好公司制作的建筑工程仿真实训平台。该平台是基于3DMax和Unity3D平台开发的、针对建筑工程全套施工流程进行细节演示和实训操作的平台，包含开工测量、地基基础、主体结构、屋面工程、装饰装修五类49个施工工艺模块。该平台具有仿真、教学和考评三种模式，界面如图1所示。
图1展示的三类模式中，仿真模式可让参与者在虚拟世界内自由行动，浏览各种施工材料、机械、文件、构件、区域和设施等。教学模式则能让参与者在电脑提示下演示从开工测量到地基主体再到装饰装修等建筑施工全过程的所有操作。考评模式主要考察参与者对施工操作过程的记忆和理解，即在无任何提示的条件下自主选择工具库、资料库、材料库中的工具材料和文档资料，完成整个施工流程，并能够根据完成过程评分。虚拟施工操作展示如图2所示。
三 资料收集与分析
（一）资料收集
本研究以参与《工程施工》课程讲座的四川省某高校2019级工程管理本科生为样本。在运用虚拟施工平台进行讲座后立即进行课堂感受问卷调查。问卷包含评价选择题与开放性提问两部分。评价选择需对了解虚拟施工平台、平台更能吸引注意力、平台更有助于理解施工操作、平台更有助于了解施工工具、平台更有助于体会施工效果、平台更有助于理解施工文件、更愿意接受平台教学这七项描述进行评价，从非常同意到非常不同意五个等级。开放性提问则包括“课堂上哪个部分给你印象最深刻”和“对虚拟施工平台教学有什么建议”两个问题。问卷共发放65份，回收65份，回收率100%。
（二）定量分析
图3为虚拟施工教学七个描述的评价数据均值和离散系数。从图3中可知，对于虚拟施工平台的了解（描述1）均值为2.45、离散系数为0.45，表明多数同学课前对虚拟施工平台的了解有限，且同学之间差异较大，一些同学非常了解，另一些同学很不了解。这意味着虚拟施工平台教学的基础差异比较明显，其对教学效果的影响值得关注。关于虚拟施工平台的优势方面，与传统授课方式相比，虚拟施工平台授课更能吸引学生注意力（描述2，均值4.05），也更有助于学生对施工操作（描述3，均值4.22）、工具（描述4，均值4.03）、效果（描述5，均值4）和文件（描述6，均值3.86）的学习和理解，且同学对各项描述的评价较为一致，离散系数均在0.2附近波动。然而，上述优势存在一定的差异，优势最明显的是帮助学生理解施工操作，最不明显的是帮助学生理解施工文件，施工工具、效果和注意力三方面效果居中。这意味着该虚拟施工平台对施工操作展现的非常具体、详细，对施工工具和效果的展现也较为生动，能够较好地吸引学生注意力。但平台帮助理解施工文件的功能相对不强，可能是由于施工文件较为枯燥、上课时展现时间较为短暂等原因所致。对于描述7，即与传统教学方式相比更愿意接受虚拟施工平台教学的描述，评价均值为3.86，与优势评价相比稍低，表明虽然虚拟施工平台有上述优势，但同学们对于该教学方法还有一些不适应，该教学方法也有待改进。
进一步分析七类描述的相关性得到表1。其中，描述1仅与描述7显著正相关，相关系数为0.264，表明之前了解虚拟施工的同学更乐于接受虚拟施工教学方式，这也印证了对平台的熟悉程度会影响教学效果的论点。描述2与除描述1外所有描述均显著正相关，表明平台对学员的吸引力能够帮助学员学习施工操作、工具、效果和文件，也能促使学员接受平台辅助教学的方式。描述3、4、5、6之间存在显著的正相关，表明施工操作、工具和效果、文件的学习存在一定关联，能够互相促进。描述5和描述6与描述7的相关显著性较弱，相关系数也较低，仅为0.26和0.303，表明在施工效果和施工文件学习方面平台辅助教学优势不明显，从而对传统教学的替代作用有限。
（三）定性分析
对开放性提问进行定性分析可知，有20位同学认为印象最深刻部分是能够虚拟施工操作，有14位同学则认为具体形象的施工过程让人印象深刻，有11位同学对钢筋绑扎部分印象深刻，有7位同学对动画效果印象深刻。这些都表明虚拟施工平台具有操作具体、动作形象生动的优势，也与评价部分结论相似。虚拟施工平台教学建议方面，16位同学认为细节处需放大，这是由于部分操作工具如钢丝刷、剁斧由于体积较小，在投影时不易看清，这也提醒软件公司可在小工具应用展示时适当放大区域。有6位同学建议放缓动画速度，这可能与投影不易看清和部分动画速度过快有关。有4位同学建议完善基础知识，意味着学生需要具备一定基础知识才能更好理解虚拟施工平台操作意图。还有5位同学建议教学与个人操作相结合，这也符合该虚拟施工平台的设计初衷，即不仅包括展示功能，更突出实际操作功能。
四 结语
虚拟施工平台是近年才在国内兴起的施工技术和组织模拟软件，具有形状具体、过程形象、操作生动等特点。本研究通过收集课后评价资料并进行统计分析后发现，与传统教学方式相比，虚拟施工平台辅助教学更能吸引学生注意力，也更有助于学生对施工操作、工具、效果和文件的学习和理解，得到了大部分同学的认可。然而，虚拟施工平台辅助教学需要学生具备一定的背景知识才能更好理解施工操作原理。同时，若能够放大部分细节展示、放缓部分操作过程，则虚拟施工平台教学效果会得到加强。此外，学生具有较强的实际操作意愿，建议增加相应实操环节，以加深学生的理解。
参考文献
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