宋承裕

職業(yè)院校傳統(tǒng)的采用校外實(shí)習(xí)和校內(nèi)實(shí)訓(xùn)培養(yǎng)學(xué)生的動手能力的教學(xué)方法和手段已經(jīng)不能適應(yīng)建設(shè)行業(yè)技能型緊缺人才培養(yǎng)要求。學(xué)生學(xué)習(xí)都是處于被動狀態(tài)，學(xué)生的積極性不能被充分調(diào)動出來，提高不了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和興趣。模擬動畫仿真，是學(xué)科課程與圖形文字、聲像等信息技術(shù)相互結(jié)合的產(chǎn)物，既可以提高學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，又能激勵高校教學(xué)改革與創(chuàng)新，達(dá)到教學(xué)大綱的效果，提高教學(xué)能力，拓展實(shí)踐領(lǐng)域，豐富教學(xué)內(nèi)容。根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗，簡單地談?wù)勀M動畫仿真教學(xué)在建筑工程專業(yè)教學(xué)的應(yīng)用。

建筑工程模擬動畫仿真教學(xué)應(yīng)用一、模擬動畫仿真教學(xué)概述

1.模擬動畫仿真教學(xué)

模擬動畫仿真教學(xué)（The simulation animation teaching）就是利用計算機(jī)及其Flash等相關(guān)視頻軟件技術(shù)依據(jù)現(xiàn)場實(shí)況制作生成各種三維動畫模型來演繹系統(tǒng)發(fā)生的真實(shí)過程的一種教學(xué)方法。這里的動畫模型可以是定性的，也可以是定量的。即既可以是物理的模型，也可以是數(shù)學(xué)的模型；既可以是靜態(tài)的模型，也可以是動態(tài)的模型；既可以是連續(xù)的模型，也可以是離散的模型。這里的系統(tǒng)不但包括機(jī)電、建筑、化工等工程系列，而且還包含生態(tài)經(jīng)濟(jì)等管理系統(tǒng)。

在動畫制作過程中模擬現(xiàn)實(shí)的境況時采用的景物除廠房建筑、交通、設(shè)施設(shè)備實(shí)物外，也可采用擬建建筑、廠房等設(shè)計模型，甚至構(gòu)件組成材料內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)、風(fēng)管的超音速氣流等現(xiàn)實(shí)生活中觀察不了的抽象模型。

2.模擬動畫仿真教學(xué)的特點(diǎn)

模擬動畫仿真教學(xué)是在教學(xué)過程中利用計算機(jī)通過制作的情境動畫向?qū)W生演繹模擬的自然或社會現(xiàn)場，是一種理論結(jié)合實(shí)踐新的教學(xué)方法和教學(xué)手段。模擬動畫仿真教學(xué)經(jīng)過多年的發(fā)展，采用數(shù)字化構(gòu)建繁雜的物理模型來表明現(xiàn)實(shí)世界的變化規(guī)律已成為現(xiàn)實(shí)，模擬動畫仿真教學(xué)在各個學(xué)科和領(lǐng)域得到充分的拓展。模擬動畫仿真教學(xué)經(jīng)過多年的發(fā)展，也展現(xiàn)了它獨(dú)有的特點(diǎn)，模擬動畫仿真教學(xué)具有專業(yè)性、實(shí)踐性、互動性等特點(diǎn)，有助于培養(yǎng)和提升學(xué)生的決策能力和提高學(xué)生的個人素質(zhì)。

（1）專業(yè)性

模擬動畫仿真教學(xué)過程中采用的模擬動畫都是依據(jù)我們學(xué)的專業(yè)和課程，根據(jù)現(xiàn)場的真實(shí)場景項目、擬建項目及其工藝以及特定的環(huán)境下制作的。由于模擬動畫仿真教學(xué)在各個學(xué)科和領(lǐng)域得到充分的應(yīng)用，所以在教學(xué)過程中，要展現(xiàn)其特定的專業(yè)性，要以具體的項目案例為驅(qū)動，特定的工作任務(wù)為導(dǎo)向，給學(xué)生演繹與其專業(yè)相適應(yīng)的模擬動畫，做到理論和實(shí)踐結(jié)合，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加強(qiáng)學(xué)生對其知識點(diǎn)的理解，加深學(xué)生對專業(yè)課程的印象。例如，《土木工程施工》專業(yè)課程，在講授地基處理時演繹其各種處理方法的模擬動畫以提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和教學(xué)效果就體現(xiàn)其專業(yè)性的特點(diǎn)。

（2）實(shí)踐性

這里提及的實(shí)踐，也可以認(rèn)為是模擬場景。模擬動畫仿真技術(shù)是利用計算機(jī)結(jié)合flash等相關(guān)視頻軟件技術(shù)模擬的自然或社會現(xiàn)場，創(chuàng)建一個虛擬但能復(fù)現(xiàn)真實(shí)的施工現(xiàn)場環(huán)境，情境教學(xué)。譬如在講授《房屋構(gòu)造》演繹一個完整的建筑及其環(huán)境的三維動畫，多方位多角度的展示房屋結(jié)構(gòu)的特征及其組成，使抽象轉(zhuǎn)為直觀，這就顯現(xiàn)其事件性的特點(diǎn)。

（3）互動性

模擬動畫仿真根據(jù)現(xiàn)場的真實(shí)場景項目、擬建項目及其工藝以及特定的環(huán)境下依據(jù)計算機(jī)及其相關(guān)軟件制作的，其工藝步驟具有一定的智能化，具有可操作性、應(yīng)用性，可以靈活設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)、施工條件、工藝、以及故障來調(diào)整工藝工序的演變結(jié)果，建立各種事故和極限點(diǎn)，了解危險作業(yè)或臨界點(diǎn)。在教學(xué)過程中可以讓學(xué)生自行調(diào)整和改變參數(shù)，評估學(xué)生的成績并分析學(xué)生對理論知識的掌握和理解程度，檢驗一下教學(xué)效果。例如，《工程測量》課程有關(guān)水準(zhǔn)儀讀書的有關(guān)要點(diǎn)講解時，利用模擬讀數(shù)器現(xiàn)場讓學(xué)生讀數(shù)這就體現(xiàn)其互動性的特點(diǎn)。

二、建筑工程專業(yè)模擬動畫仿真教學(xué)的應(yīng)用及其效果

建筑工程專業(yè)模擬動畫仿真教學(xué)的應(yīng)用主要是以建筑情境為原型，利用模擬動畫技術(shù)，利用多媒體課件和Flash動畫復(fù)現(xiàn)建筑任意角度動態(tài)顯示的虛擬建筑情境，構(gòu)建滿足建筑專業(yè)教學(xué)要求的數(shù)字化課堂教學(xué)環(huán)境，增強(qiáng)學(xué)生的空間及其過程的想象力，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)能力。

1.建筑結(jié)構(gòu)方面的應(yīng)用

對于建筑結(jié)構(gòu)人們極為關(guān)心的是承載力極限及其結(jié)構(gòu)破壞問題。面對特殊的結(jié)構(gòu)和形式、復(fù)雜的荷載和材料的性能，通過模擬動畫仿真可以觀察到整個過程的破壞，比較直觀形象，工作原理及其內(nèi)容更容易理解。學(xué)生可以通過模擬動畫了解建筑物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在模擬情境重自由漫游，置身于場景之中，并且能夠在設(shè)定的場景中進(jìn)行數(shù)據(jù)參數(shù)、模擬環(huán)境等元素就行設(shè)置，與之互動，猶如親臨現(xiàn)場的體驗。例如壓桿穩(wěn)定測試模擬動畫如圖1所示）。

在教學(xué)過程中，可以讓學(xué)生借助計算機(jī)對壓桿穩(wěn)定測試實(shí)驗來驗證壓桿穩(wěn)定受力特征進(jìn)行現(xiàn)場操作。學(xué)生可以在計算機(jī)上直接對對壓桿進(jìn)行固定、按壓壓桿，壓力機(jī)根據(jù)學(xué)生給出的各種荷載對結(jié)果進(jìn)行分析反饋。

教學(xué)效果：通過這樣的模擬動畫仿真教學(xué)，學(xué)生能夠快速的理解和掌握壓桿的受力穩(wěn)定性能及其臨界彎曲荷載的邊界條件，深化學(xué)生對建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的認(rèn)識和了解。

2.在地基與基礎(chǔ)方面的應(yīng)用

地基與基礎(chǔ)是地下隱蔽工程的，外觀觀察比較困難，模擬動畫仿真技術(shù)把地基與基礎(chǔ)內(nèi)部結(jié)構(gòu)多維度表現(xiàn)出來，對于了解地基與基礎(chǔ)的內(nèi)部特性有著很大的意義。在對課程基本理論學(xué)習(xí)的同時，采用模擬動畫仿真教學(xué)，讓學(xué)生認(rèn)識和熟悉土壓縮實(shí)驗、原位測試、三軸實(shí)驗、無側(cè)限抗壓實(shí)驗土工實(shí)驗各種設(shè)備儀器，了解實(shí)驗的工作原理，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性性，增強(qiáng)學(xué)生感知認(rèn)識，提高學(xué)生的理解能力和創(chuàng)新能力。例如，了解土方開挖時的塌方，我們可以通過模擬動畫仿真技術(shù)知道斷層、裂隙和節(jié)理的密度，分析地下結(jié)構(gòu)和邊坡的穩(wěn)定性。例如，樁基筏板基礎(chǔ)設(shè)計模擬動畫如圖2、圖3所示。

在教學(xué)過程中可以讓學(xué)生借助計算機(jī)對樁基筏板基礎(chǔ)進(jìn)行模擬設(shè)計。學(xué)生可以自行建立和修訂參數(shù)，通過演示來觀察各項參數(shù)的變化的同時樁基筏板基礎(chǔ)是如何變化的，樁的長度、樁的位置、周邊基礎(chǔ)等對樁基筏板基礎(chǔ)產(chǎn)生什么樣的影響，與內(nèi)力、樁頂反力等的影響。論證分析其變化與基礎(chǔ)內(nèi)力、變形及其樁定反力之間存在何種規(guī)律。

教學(xué)效果：通過這樣的模擬動畫仿真教學(xué)，學(xué)生可以輕松的對樁基筏板基礎(chǔ)形狀、厚度、樁的長度、樁的位置進(jìn)行修改，演示過程中能直觀地反映出樁基筏板基礎(chǔ)在參數(shù)變化時的變形和內(nèi)力變化。深化了學(xué)生樁基筏板基礎(chǔ)的認(rèn)識，了解了樁的長度、樁的位置、周邊基礎(chǔ)等對樁基筏板基礎(chǔ)產(chǎn)生的影響，鞏固了學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)知識，提高了學(xué)習(xí)效率。

3.防災(zāi)抗震方面的應(yīng)用

地震災(zāi)害是自然災(zāi)害當(dāng)中破壞力最強(qiáng)、很難及時預(yù)測和最廣泛分布的災(zāi)害，加強(qiáng)建筑物抗震設(shè)防的研究，提高建筑物的抗震性能，是建筑專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)的一個重要課題。隨著技術(shù)的發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)形式越來越顯示出新的、非凡的和特殊的發(fā)展特點(diǎn)，傳統(tǒng)的理論教學(xué)方式已經(jīng)不能適應(yīng)這種發(fā)展趨勢，在教學(xué)過程中通過模擬動畫仿真教學(xué)，通過耗能減震結(jié)構(gòu)模擬動畫，直觀、形象的向?qū)W生展示其發(fā)展機(jī)理，使學(xué)生身臨其境，增強(qiáng)學(xué)生感知能力。例如，耗能減震結(jié)構(gòu)模擬動畫如圖4、圖5所示。

在教學(xué)過程中可以讓學(xué)生借助計算機(jī)對構(gòu)件的尺寸、形狀、鋼筋形式數(shù)量以及震波等進(jìn)行設(shè)置，通過模擬演示，觀察構(gòu)件內(nèi)力及其變形變化情況。論證分析結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)臨界狀況的邊界條件，優(yōu)化設(shè)計有效的提高結(jié)構(gòu)的抗震能力。

教學(xué)效果：通過這樣的模擬動畫仿真教學(xué)，學(xué)生對構(gòu)件的各項幾何參數(shù)包括地震波和耗能阻尼支撐進(jìn)行設(shè)置，通過演示論證分析結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)臨界狀況的邊界條件，對耗能減震的專業(yè)知識有了深刻的認(rèn)識和理解。

4.在施工工藝中的應(yīng)用

建筑工程施工方法和施工組織具有多樣性和變異性的特點(diǎn)，施工工藝復(fù)雜，包含支模拆模、綁扎鋼筋、砌筑、澆搗、養(yǎng)護(hù)等眾多工序，種種工序之間環(huán)環(huán)相扣，錯綜復(fù)雜，對于混凝土的澆筑進(jìn)度都有一定的影響。在講授施工工藝專業(yè)理論知識時模擬動畫仿真模擬各個施工工藝過程以及各工序之間的層間邏輯關(guān)系，可以科學(xué)形象的顯示不同的施工工藝及其技術(shù)措施產(chǎn)生的結(jié)果和效用，進(jìn)而對施工方案和施工進(jìn)度進(jìn)行量化處理。學(xué)生通過模擬動畫仿真教學(xué)不僅可以加深施工技術(shù)的理論知識的理解，同時也能夠通過模擬動畫仿真教學(xué)更深層次的去了解新工藝新方法，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、激發(fā)學(xué)生的主觀能動性和創(chuàng)新意識。

在教學(xué)過程中可以演示先張法張拉鋼筋的整個過程，從鋼筋張拉開始至設(shè)計應(yīng)力的1.05倍、支模板、放置夾具、撤去張來機(jī)澆注混凝土及其養(yǎng)護(hù)達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的75%截斷多余鋼筋整個操作工藝都能直觀的反映出來，通俗易懂。

教學(xué)效果：通過這樣的模擬動畫仿真教學(xué)，學(xué)生能夠清晰的了解先張法的整個工藝過程、操作步驟及其工作原理，能夠正確區(qū)分先張法與后張法的施工的不同之處，不但能夠快速的理解張拉原理，也為今后的工作奠定的扎實(shí)的基礎(chǔ)。

三、建筑工程專業(yè)模擬動畫仿真教學(xué)的優(yōu)越性

建筑工程涉及的專業(yè)課程很多，建筑是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，影響其安全性、耐久性、穩(wěn)定性的因素很多，如《建筑力學(xué)》《建筑識圖》《建筑結(jié)構(gòu)》《鋼筋混凝土》，等等，這些課程相對比較深奧復(fù)雜，而且很抽象，各個工序工藝之間有著非常復(fù)雜的相關(guān)性，利用傳統(tǒng)的教學(xué)方式和方法，僅僅通過書本教材獲得客觀正確的結(jié)論是很難實(shí)現(xiàn)的，必須要有一套系統(tǒng)的、全面的方法和手段配合相關(guān)的實(shí)習(xí)實(shí)踐才能了解和掌握其知識要點(diǎn)。而模擬動畫仿真教學(xué)在授課過程中通過演繹模擬動畫仿真，將比較抽象的概念轉(zhuǎn)化為現(xiàn)場情境，直觀、形象的將建筑展現(xiàn)在學(xué)生面前，學(xué)生學(xué)習(xí)時身臨其境，大腦的思維能夠得到充分的調(diào)動，能快速的理解其的工作原理及其組成，加快的知識點(diǎn)的理解和記憶，學(xué)習(xí)效率得到極大的提高。所以模擬動畫仿真教學(xué)在建筑工程專業(yè)教學(xué)中顯得尤為重要，主要體現(xiàn)在一下幾點(diǎn)：

（1）填補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)手段和教學(xué)方法上缺陷和不足。建筑工程專業(yè)模擬動畫仿真教學(xué)相對于傳統(tǒng)教學(xué)而言，更能使抽象的概念變得直觀，建筑工程專業(yè)模擬動畫仿真教學(xué)填補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)手段和教學(xué)方法上缺陷和不足。

（2）填補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)實(shí)習(xí)和實(shí)踐過程的不足。建筑工程專業(yè)模擬動畫仿真教學(xué)在講課過程中給學(xué)生演繹其各種施工工藝過程和原理，而這一演繹過程恰恰也是施工現(xiàn)場的真實(shí)過程的展現(xiàn)，相當(dāng)于一個現(xiàn)場實(shí)踐過程，增強(qiáng)了學(xué)生的認(rèn)知感，填補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)實(shí)習(xí)和實(shí)踐過程的不足，提高學(xué)生的理論知識和專業(yè)技術(shù)水平。

（3）學(xué)習(xí)效率得到極大提高。將傳統(tǒng)的教學(xué)手段與模擬動畫仿真教學(xué)相比較，在同一課程同樣的時間的狀態(tài)下，傳統(tǒng)的教學(xué)模式教學(xué)學(xué)生能夠接受和記憶的內(nèi)容在百分之三十左右，模擬動畫仿真教學(xué)學(xué)生能夠接受和記憶的內(nèi)容在百分之三十左右，可見，模擬動畫仿真教學(xué)可以大大的提高學(xué)習(xí)效率。

（4）安全性得到保障。采用模擬動畫仿真教學(xué)，由于涉及到建筑本身的好多實(shí)踐過程都是在課堂或者多媒體教室利用計算機(jī)來完成，改變了傳統(tǒng)的學(xué)生在實(shí)驗室或到工地現(xiàn)場利用真實(shí)材料和設(shè)備來完成相關(guān)實(shí)驗，減少了材料、設(shè)備及其現(xiàn)場存在的不安全隱患給學(xué)生帶來的傷害，極大的提高了安全系數(shù)。

（5）節(jié)約了成本。采用模擬動畫仿真教學(xué)，采用的多媒體手段進(jìn)行教學(xué)，其生成軟件可以反復(fù)使用。傳統(tǒng)的教學(xué)模式學(xué)生在進(jìn)行學(xué)習(xí)和實(shí)訓(xùn)過程中，都是事先準(zhǔn)備好教學(xué)和試驗需要用到的材料，學(xué)生根據(jù)老師傳授的試驗方法和書本上講解的基本原理對材料進(jìn)行加工操作。試驗結(jié)束后使用的材料基本不能再次使用，要進(jìn)行下次試驗時有得重新材料。采用模擬動畫仿真教學(xué)時，其動畫模擬都是采用的多媒體手段進(jìn)行演示，其應(yīng)用軟件可以反復(fù)使用，試驗過程可以反復(fù)進(jìn)行，充分發(fā)揮出學(xué)生的主觀能動性，互動性極強(qiáng)，極大的降低了運(yùn)行成本，強(qiáng)化了專業(yè)基礎(chǔ)知識的了解，提高了教學(xué)效果。

四、建筑工程專業(yè)模擬動畫仿真教學(xué)的局限性及解決途徑

當(dāng)然模擬動畫仿真教學(xué)除了具有上述的優(yōu)點(diǎn)以外，也存在一定的局限性。

首先，真實(shí)操作性差。模擬動畫仿真教學(xué)整個過程都是模擬演示，學(xué)生不能真實(shí)的動手實(shí)際操作，對一個真實(shí)項目不能完全去感知和領(lǐng)悟，特別是專業(yè)技能方面，缺乏應(yīng)有的鍛煉和培養(yǎng)，實(shí)際動手能力不強(qiáng)。

其次，容易造成安全生產(chǎn)意識淡薄由于模擬動畫仿真教學(xué)整個過程都是在計算機(jī)上完成，工作安全性極高。學(xué)生在實(shí)踐過程中即使出現(xiàn)不按照規(guī)定流程和施工工藝要求進(jìn)行操作，出現(xiàn)錯誤或故障也可以通過關(guān)閉系統(tǒng)重新操作來完成實(shí)踐，這樣容易是學(xué)生產(chǎn)生僥幸心理，麻痹大意，不能養(yǎng)成高度的責(zé)任感和安全意識。

針對建筑工程專業(yè)模擬動畫仿真教學(xué)存在的局限性，在教學(xué)過程當(dāng)中應(yīng)該在傳授理論知識和實(shí)踐技巧的同時，也應(yīng)該要求學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中不斷的突出問題，思考問題，增強(qiáng)解決問題的能力和素質(zhì)。同時，也要真正做到校企結(jié)合，理論學(xué)習(xí)和生產(chǎn)實(shí)踐緊密結(jié)合，在學(xué)生掌握理論知識和實(shí)踐要求的基礎(chǔ)上及時的安排學(xué)生進(jìn)入企業(yè)進(jìn)行實(shí)踐實(shí)習(xí)，鞏固學(xué)校學(xué)到的理論知識，使模擬動畫仿真教學(xué)和現(xiàn)場施工管理有效的結(jié)合起來，增強(qiáng)學(xué)生的動手能力，提高學(xué)生的專業(yè)技術(shù)技能水平和職業(yè)素質(zhì)。

五、結(jié)論

總之，模擬動畫仿真教學(xué)提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)主觀能動性，培養(yǎng)了學(xué)生的想象能力，增強(qiáng)了學(xué)生的自信心和成就感，通過模擬動畫仿真教學(xué)，學(xué)生能夠充分了解自己學(xué)到的科學(xué)理論知識及其掌握的專業(yè)技術(shù)水平，充分結(jié)合理論和實(shí)踐，提高對專業(yè)技術(shù)的理解，激發(fā)專業(yè)精神。模擬動畫仿真教學(xué)拓展創(chuàng)造性和想象力，將在未來的智能教育中獲得巨大發(fā)展。

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