易斌

【摘 要】以高職院校建筑工程專業(yè)為例，探討仿真教具及模型的自主研發(fā)，以解決教學資源配置不足的問題，從而帶動實踐教學課程改革工作，提高教師的科研動手能力。

【關(guān)鍵詞】高職 仿真技術(shù) 仿真教具 自主研發(fā) 課程改革

【中圖分類號】 G 【文獻標識碼】 A

【文章編號】0450-9889（2015）06C-0150-02

教學教具及模型在課程實踐中的應用是一個信息傳遞的過程，現(xiàn)代教學傳遞信息的常規(guī)教學輔助工具比較多，如掛圖、實物模型、多媒體等。而實物模型能反映物體真實的外觀、變化和運動過程，特別直觀，尤其對于高職學生來說意義重大。教學教具及模型的使用，一方面可以讓學生親自制作模型，激發(fā)培養(yǎng)學生的學習興趣，為學生創(chuàng)造操作活動情境，加深對專業(yè)構(gòu)造的了解；另一方面這些教具及模型作為其他專業(yè)課的教學輔助工具在教學中也廣泛得以應用。

一、研發(fā)仿真教具的意義

建筑工程技術(shù)專業(yè)是一個實踐性很強的工科專業(yè)，實踐教學環(huán)節(jié)（尤其是現(xiàn)場實習）占很大的比重，是提高專業(yè)人才動手能力、專業(yè)素質(zhì)和創(chuàng)新能力的關(guān)鍵途徑與手段。目前，全國各高職院校開設土木建筑類專業(yè)較多，也不同程度地構(gòu)建了自己的校內(nèi)外實訓基地，開展了各種認知類、實操類的實訓項目。但是，建筑專業(yè)實踐教學開展實體實訓要求建筑物規(guī)模較大、投入資金較多、學生實訓時間較長等，使得現(xiàn)有實訓條件無法滿足教學要求。

開展以校內(nèi)模擬工程環(huán)境為背景、基于仿真技術(shù)的建筑工程類專業(yè)實訓教學改革，不僅可以很好地滿足人才培養(yǎng)的需求，還可以在一定程度上解決教學資源配置不足的問題。

第一，職業(yè)教育對提高學生專業(yè)素養(yǎng)、培養(yǎng)動手能力的客觀要求。受到專業(yè)實訓條件限制，高職院校的建筑實訓往往顧慮較多，安全、成本、時間等方面都無法做到平衡。有了仿真實物教具，實訓時間可以更靈活，安全也有保障，耗材不貴，創(chuàng)造了強化專業(yè)實踐訓練的基礎(chǔ)。

第二，培養(yǎng)教師科研開發(fā)與專業(yè)實踐能力的有效手段。研發(fā)仿真實物教具的過程，實際上也是專業(yè)課老師深入了解實訓項目、工程材料，分析結(jié)構(gòu)力學，掌握成本的過程，特別是對于年輕教師來說意義尤其重大，是一次很好的專業(yè)實踐能力的鍛煉。

第三，優(yōu)化實訓資源、降低教學成本的理想途徑。每一所學校的實訓資源有限、資金有限，仿真實物教具大批量生產(chǎn)，一次性采購，大大降低了教學運營成本，是每個學校管理者都盼望的。

二、研發(fā)仿真實物教具的設計思路和方法

（一）研發(fā)設計的思路

通過與合作單位的研究與開發(fā)，將建筑工程技術(shù)施工的項目轉(zhuǎn)化為室內(nèi)仿真模擬實訓系統(tǒng)產(chǎn)品，形成系統(tǒng)化、產(chǎn)業(yè)化的開發(fā)，并運用到教學實踐當中去。

1.真正讓學生通過仿真模擬實訓系統(tǒng)產(chǎn)品動手，進一步消化建筑施工工藝理論知識，強化動手能力，加深對建筑工程技術(shù)施工內(nèi)容的理解。

2.采用本課題研發(fā)產(chǎn)品，可部分替代真實實訓，不受氣候、場地、耗材的影響，不存在真實實訓帶來的安全問題，在專業(yè)教室內(nèi)就可以做到教、學、做一體化。

總之，設計開發(fā)一系列仿真模擬實訓產(chǎn)品，將室外大型、真實實訓項目模擬化、小型化、室內(nèi)化、模型化，盡量降低實訓成本，一定程度解決了建筑類實訓的困惑，它是一種輔助性的教學產(chǎn)品，具有深遠的實際意義。

（二）研發(fā)設計的原則

1.教具可周轉(zhuǎn)使用，以降低實訓教學成本?？紤]一部分教學實訓材料都是一次性使用，對于班級多學生人數(shù)多的實訓來說，耗材投入比較大，必須考慮成本。

2.簡化教具構(gòu)造，以方便在室內(nèi)實訓使用。仿真教具不同于真品的地方，就在于學生實訓安排在室內(nèi)，學生實訓時間有限，要想完成相關(guān)實訓工作量，必須方便使用。

3.教具模塊化，以提高學生操作效率。教具的模塊化，可以降低采購成本、維護成本。

（三）研發(fā)設計的方法

1.將對應真品實物進行比例縮小，采用常見的規(guī)格尺寸即可。以標準磚為例，真品實物為粘土燒結(jié)而成，標準尺寸為240×115×53 mm；可以縮小為原物的1/2，配套標準磚為半磚、2/3磚，即可滿足常規(guī)砌筑組砌工藝的實訓要求；對于磚之間的水泥砂漿灰縫，可采用白色泡沫進行仿真，學生只需要按照實物灰縫尺寸進行裁割即可，為方便拆除，可不用膠粘劑粘結(jié)。

2.將某些對應真品的構(gòu)造進行改造，采用更加利于拆拼的方法。以腳手架體系為例，對應真品采用的是48×3.5 mm的鋼管，外加三種扣件進行拼裝而成；而這些顯然不方便縮小比例仿真，需要采用一種更加有利于學生在室內(nèi)進行快速拆拼的結(jié)構(gòu)；于是決定采用簡化桿件、不銹鋼螺栓連接的方案，

3.將對應真品實物的材質(zhì)進行替換，采用更加低成本的膠合板、硬質(zhì)塑料板以及更加耐用的烤漆鋼管。

以模板為例，要求學生根據(jù)所給圖紙進行尺寸計算、制作，而對應真品采用的是18 mm厚竹膠板或者鋼板制成，不利于學生在實訓臺上迅速裁割；經(jīng)過大量材料比較分析，決定采用方便加工的木質(zhì)三厘板。

（四）研發(fā)設計的過程

第一步：充分調(diào)查研究教學所需教具的用途，確定開發(fā)深度，詳細列出相應功能要求、成本要求。從建筑專業(yè)課程典型項目入手，確定砌筑工程、腳手架工程、鋼筋工程、模板工程等這些教具是必需的，適合微縮從而方便搬到室內(nèi)進行仿真實訓，而且成本較低，有些還可以循環(huán)使用。

第二步：走訪建材市場，了解對應真品實物及材料規(guī)格、品種、價格；分析對應真品實物構(gòu)造，確定哪些參數(shù)可以借鑒、哪些必須改造。通過調(diào)查和實物拆解發(fā)現(xiàn)，實際工程中的對應真品并非可以簡單微縮而成，一是構(gòu)造復雜了微縮不方便大批量制作，二是成本原因?qū)е虏牧喜荒苷瞻?。因此，必須自己設計改造，但是又不能變化太大，否則失去仿真的初衷，學生使用起來真實感也降低。

第三步：初步設計仿真教具方案，確定構(gòu)造、材質(zhì)、尺寸，繪制構(gòu)件草圖和組裝圖。有了初步設計方案，也只是一個比較模糊的概念。在繪制草圖的中，特別是結(jié)構(gòu)細節(jié)和組裝方面，遇到了當初不曾預想到的地方，也是通過不斷修改完善才定稿。整個過程都采用了CAD軟件進行二維和三維的手段。

第四步：委托專業(yè)廠家進行仿真教具樣品加工。有了加工藍圖，還需要跟專業(yè)教學儀器生產(chǎn)廠家技術(shù)員進一步溝通，最終才能下單加工。

第五步：完成仿真教具樣品的試用、修改、定型。教具樣品出來之后，研發(fā)團隊始終堅持“實用、好用、安全”的原則，反復試用，總結(jié)經(jīng)驗，修改圖紙，再生產(chǎn)，再定型。

（五）研發(fā)設計的具體內(nèi)容

選取建筑工程技術(shù)施工實訓的若干項目（例如砌筑工程施工、腳手架工程施工、模板制作安裝施工、鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)安裝施工等），將大型施工實訓工具與材料進行微縮，做成可讓學生動手完成的、可反復拆裝的、系統(tǒng)化的教學用具，施工技術(shù)實訓項目模擬化，移到室內(nèi)完成相關(guān)建筑類實訓項目。

1.砌筑工程施工項目：可用微縮的砌塊完成仿真砌筑墻體。

2.腳手架工程施工項目：可用微縮的腳手架按圖紙、比例搭設仿真腳手架體系。

3.模板制作安裝施工項目：可用微縮的木模板按圖紙、比例搭設仿真整層樓的梁、板、柱模板體系。

4.鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)安裝施工項目：可用微縮的鋼構(gòu)件和工具按圖紙、比例搭設鋼結(jié)構(gòu)廠房。

5.其他仿真施工項目。

三、研發(fā)仿真實物教具的成果和影響

（一）研發(fā)推動教學改革的發(fā)展

1.有了這些仿真教具，可以把部分不宜開展的大型建筑施工工藝實訓搬到室內(nèi)，有效開展砌筑仿真實訓、腳手架搭設與拆除仿真實訓、模板制作與安裝仿真實訓、鋼筋加工與綁扎仿真實訓等。

2.有了這些仿真教具，可以配置較少的師資，緩解了專業(yè)課老師較缺乏的現(xiàn)狀。在室內(nèi)的仿真實訓中，老師只需要講解實訓要領(lǐng)、演示實訓過程、考核實訓成果即可。老師的精力與時間可以更多用在教學設計、課程改革等方面。

3.有了這些仿真教具，可以拓展更多的專業(yè)課實訓項目，例如施工組織平面設計實訓、工程識圖實訓、房屋構(gòu)造模型制作實訓等。

（二）提高了教師的科研水平

在自制教具過程中，根據(jù)教具的不同，為了達到更好的演示和教學效果，往往會采用一些較為先進的技術(shù)手段，這就要求教師不斷學習新知識、掌握新技術(shù)。對于年輕的專業(yè)課教師來說，本身就是一個極好的鍛煉機會。仿真教具研發(fā)出來了，老師們的動手能力和科研水平都有了較大提高。以腳手架體系為例，老師們的理解僅僅限于書本上的介紹，沒有深入了解桿件和腳手架板的弊端。通過研發(fā)，才真正發(fā)現(xiàn)問題、想方設法解決問題。

（三）極大提高了學生學習積極性

將仿真教具投入實踐教學中，學生普遍反映良好。在分組完成各類課堂實訓、集中實訓時，手腦并用，有成就感。不僅鍛煉了動手能力，還提高了識圖水平，收到了較好的教學效果。

（四）研發(fā)帶來了其他附加成果

不僅完成了砌體砌塊、鋼筋、木模板等常見實訓教具，也產(chǎn)生了若干項實用新型發(fā)明專利，分別為仿真拼裝式腳手架桿件、腳手架板、便攜式吊錘、激光吊錘、臨時圍護欄桿、多功能坡度檢測器等。在這個基礎(chǔ)上，還擬定了一整套相應的仿真教具實訓指導書，完成仿真教學實訓的實踐標準化。

結(jié)合建筑工程專業(yè)實訓的教學仿真模型，是一種重要的教學輔助工具。模型的設計效果必須能反映建筑工程的構(gòu)造、結(jié)構(gòu)、受力特點、施工工藝、使用過程等方面。隨著建筑工程的發(fā)展，將會出現(xiàn)很多新的結(jié)構(gòu)形式、構(gòu)造方法，因此模型的設計也會不斷發(fā)展。同時，制作模型的新材料在不斷增加，制作工具和工藝也在不斷提高和改進，教學模型的制作會越來越簡單，模型的樣式會越來越多樣。

仿真教具的自主研究與設計過程，帶動了本專業(yè)的實踐教學課程改革工作，產(chǎn)生了一批實用新型專利發(fā)明成果，同時教師的科研動手能力也得到了提高，是一次很有意義的探索，值得推廣。

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【作者簡介】易 斌（1967- ），男，在職研究生，柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學院教研室主任兼專業(yè)負責人，副教授，高級工程師。

（責編 黎 原）