基于“三位一体一平台”的“土木工程施工”课程改革与探索

汤 丹，彭利英，丰 静，何仲良，龙鹏程

（湖南工程学院 建筑工程学院，湖南 湘潭 411104）

2020年全国建筑业总产值263 947 亿元，同比增长 6.2%。［1］2020年初新冠肺炎疫情迅速蔓延，全国一度按下暂停键。同年，“火神山”“雷神山”两座方舱医院拔地而起，创造了十天建成方舱医院的“中国速度”；
世界最长跨海峡公铁两用大桥——平潭海峡公铁大桥建成通车；
北京至雄安新区城际铁路全线开通运营，亚洲最大火车站、雄安新区首个重大基础设施项目——京雄城际铁路雄安站正式投入使用。一个个震惊世界的超级工程是工程建设者不畏施工风险、科学组织、精心施工的结果，也是土木工程施工技术不断革新的见证。

“十四五”期间，我国基础设施建设将继续加大投资，中国建筑企业不断走向世界。行业蓬勃发展，施工技术日新月异，建筑高度、建造速度、施工难度不断刷新，需要更多地掌握施工技术、懂得施工组织和管理、善于学习研究、具备解决实际问题能力的高素质工程技术人员。应用型高校土木类专业作为行业基层岗位人才培养的摇篮，长期以来较为重视涵盖土木工程施工技术与施工组织知识的“土木工程施工”课程，持续不断地研究课程教学内容和教学方法。在新时代背景下，如何充分对接社会需求，更有针对性、与时俱进地进行“土木工程施工”课程教学，培养具有竞争力、可持续发展的应用型人才，值得进一步探讨。

（一）“土木工程施工”课程地位

“土木工程施工”课程是工程管理专业的一门主干课。其主要任务是研究土木工程施工技术和施工组织的一般规律，土木工程中主要工种施工工艺及工艺原理，施工项目科学的组织原理，以及土木工程施工中的新技术、新材料、新工艺的发展和应用。［2］“土木工程施工”课程具有综合性和实践性强、课程内容更新迭代速度快的特点，要求学生有扎实的专业基础知识储备（如工程测量、土木工程材料、房屋建筑学等）和较好的综合运用能力，又是后续系列专业核心课程（如工程项目管理、工程计量与计价等）的学习基础和前提，在专业知识体系中起到承上启下的作用。学生毕业以后，这门课程还是土木工程行业各类岗位、职称证书以及国家注册建造师、监理工程师、造价工程师等执业资格考试的必考内容，因此课程重要性不言而喻（如图1）。

图1 “土木工程施工”课程内容体系

（二）“土木工程施工”课程教学现状

“土木工程施工”课程知识有“广、宽、专”的特点，在当前的教学中还存在一些问题。一是课程内容量大、实践性强、枯燥、难度大，教学方式单调，学生感觉抽象、理解困难、难以提起兴趣、知识留存率低。二是教学与实践环节联系不紧密，课程设计多流于形式，施工现场生产实习环节与课程间隔时间长，生产实习过程走马观花，难以实现理论联系实际的既定效果。三是教材内容跟不上行业技术发展速度，导致部分内容老旧，与工程实际情况不符，课堂教学滞后于现实需求。四是考核手段单一，停留在“老师考教材、学生背教材”的生硬学习层面，未能对接行业技术升级的现实需求，也未能对接未来学生执业资格考试需要，更不能培养学生运用所学知识思考、解决工程实际问题的能力。“土木工程施工”课程教学亟须改进和创新。

创新教与学，是新时期教育教学改革的出发点和落脚点。［3］鉴于该课程的重要性以及土木工程施工技术和信息技术的迅速发展，一线教师围绕施工课程的理论和实践教学改革进行了深入研究。曾雪琴［4］构建了基于“SPOC+慕课”的混合式教学模式，注重提高学生自主学习的内驱力和解决问题的能力。冯亚娟［5］进行了基于项目驱动理念的混合式教学改革，提升了课程教学质量，但对学生课程成绩的影响并不突出。王作文［6］研究了如何利用现有的资源条件、各种手段以及保障措施实现土木工程施工课程多样化教学模式，让学生真正学到更切合实际、更有价值的施工知识。石晓娟［7］阐述了以设计竞赛为载体，将BIM 技术融入专业课程改革。袁杰［8］发现VR 应用在土木工程施工专业课程中能有效提高教学效率，实现互动式教学创新。

不同的教学模式和教学理念改革带来了不同的积极效果。已有的研究成果往往强调某种新型教学模式或信息技术运用在教学或实践的单一环节，并未解决理论和实践脱节的痛点问题，也缺乏以学生为中心，为学生提升专业学习效果和未来工作岗位匹配度，使学生具备充足发展后劲的长远考虑。不可回避的是，本课程的教学改革仍有两个主要问题要解决：一是“学了有什么用”，即如何与专业人才培养计划对应，与社会职业岗位需求对应，与学生毕业近远期预期成就对应。在掌握学生的学习倾向和需求的基础上调整教学方式和手段，让学生充分体会到课程的重要性、趣味性、实用性，延伸了解行业岗位设置和能力需求，从而提高学生学习热情，明晰学习目标。二是“学了怎么用”，即如何实现理论与实践环节的全程、有机、持续融合，打通理论教学、模拟演练、工程实习各环节壁垒，提升学生运用所学知识研究解决工程实际问题的能力；
并输送正确的工程价值观和伦理观，培养学生自主思考、勇于实践的良好习惯，培养学生精益求精的工匠精神。

本文从切实提高学生的学习效果和工程实践运用能力的层面出发，根据专业人才培养计划和土木工程行业现实人才需求，科学制定课程培养目标。根据“土木工程施工”课程知识量大、实践性强的特征，采用多样化教学模式和手段调动学生学习自主性和积极性。结合重大热点工程项目的最新成果来更新教学内容，以“虚拟仿真技术平台”为支撑构建“理论教学、模拟演练、工程实践”全过程结合、多层次融合的三位一体课程教学体系（见图2）。使学生了解土木工程施工领域国内外的施工技术及最新发展动态，掌握工程施工方案的选择和施工组织设计的编制，培养学生独立分析、解决土木工程施工技术和组织计划问题的初步能力。并为今后进一步学习、工作和科学研究打下基础，着力培养基础扎实、勤于思索、富有创新意识、与时俱进的应用型工程技术人才。

图2 “三位一体一平台”课程教学体系示意图

1.“三位一体”。是指从专业人才培养目标出发，运用跨越课程的全视角，通过多渠道、多路径将土木工程施工的理论教学、模拟演练、工程实践三个环节进行融会贯通，打通壁垒，克服实践与理论脱节的顽疾，在有限的课程时间段内拓展多维的学习空间，实现知识碎片化、课堂整合化，在学中练，在练中学，在实践中练和学。

2.“一平台”。是指利用虚拟仿真技术平台全面支撑“三位一体”教学体系，用BIM 技术贯穿“土木工程施工”课程环节，搭建老师直观教授指导、学生虚拟仿真展示练习、小组协同完成项目、班级虚拟仿真实训、团队协作竞赛提升的“生-师共同学习阵地”。

“土木工程施工”是某学院工程管理专业的专业主干课程，在大三上学期开设，理论课共56 课时，课程设计2 周。教学团队结合学科专业特色、人才培养特色和优势，在软硬件设施不断完善的基础上对课程进行了改革探索。

（一）教学设计

任何课程的创新和改革都必须因地制宜、因材施教。工程管理专业以培养工程造价和建造人才为主，课程教学以技术、经济、管理、法律并重。科学设计课程改革，必须结合自身专业建设情况，充分掌握学生的学习偏好、学习习惯、择业目标和就业形势，探索出合适的课程改革路径。

1.学情分析。为准确了解学生情况，课程团队对某学院2017—2020 级工程管理专业在校生进行了问卷调查，对学生的教学方式偏好和学习效果进行了统计；
对2011—2020 共十届工程管理专业毕业生进行问卷调查和部分访谈，对校友就业、发展及职场能力需要进行统计。调查结果显示：学生偏好直观演示法和任务驱动法教学方式，70%的学生认为在传统课堂教学模式下，自身的专业知识掌握和运用程度很一般；
在毕业生中有78%从事专业工作，其中有55%的毕业生在施工单位从事工程项目造价、施工、质量、安全管理等相关工作，从事专业工作考取职业证书的需求达到100%。［9］

根据调查结果可知：多数学生毕业后对“土木工程施工”课程知识使用频率高，施工技术和施工组织以及BIM 技术是专业必备技能，关系到职业道路发展。然而在校学生对课程重要性认识不足，自主学习积极性不高；
但他们创新思维活跃，乐于参加各类有趣的学习活动，善于查找资料和自主学习各类软件，喜欢热烈积极的讨论氛围，勇于表达自身观点，非常期待教学方式的更新；
同时他们还缺乏工程实践的经历，期待有更多学以致用的练习环节。

2.教学目标设定。在充分的学情调研分析基础上，结合目前行业用人单位要求和专业技术发展趋势，根据已有软硬件设施条件，确定基于“三位一体一平台”体系下的“土木工程施工”课程四大教学目标：一是学生理解该课程知识体系构成与其他专业课程的逻辑关系，了解课程学习意义和价值。二是学生熟练掌握各主要工种施工工艺流程和原理，熟悉施工规范，了解各类新技术、新材料、新设备，并能用BIM 技术进行准确展现。三是学生熟练掌握工程施工组织原理，能根据工程实际情况选择施工方案，能运用BIM 软件进行简单的工程项目施工组织设计编制工作。四是学生能分析各类常见工程问题，可以提出和科学展示自己的处理意见。

3.教学内容确定。为调动学生学习积极性，实现既定教学目标，对教学内容进行梳理：（1）主要部分为课本知识，包含土石方工程、桩基础工程、砌筑工程、混凝土结构工程、结构安装工程、地下工程、脚手架工程、防水工程、装饰装修工程、流水施工基本原理、网络计划技术、单位工程施工组织设计、施工组织总设计共十三部分内容，授课内容全面对接国家执业资格考试考点，并紧跟行业发展动态进行及时更新。（2）加入BIM 软件操作的学习内容，如Revit、广联达斑马梦龙进度软件、施工场地布置软件、BIM5D、BIM-FILM 等。（3）创新抓好课程实践环节，如课程设计BIM 化、课堂作业项目化、实习并轨化、实习报告课题化等。

（二）教学改革过程实施

1.理论教学项目化。将理论教学分为课本知识、BIM 软件学习、课堂实践拓展三个部分，结合真实工程项目案例进行理论串讲和知识拓展，课后作业也以工程项目实际问题形式进行布置。

课前通过简单在线测试，了解学生对已学专业基础课程的掌握情况。在课本知识的选择上，全面对接国家注册一级建造师建筑工程专业考点，课程安排注重详略得当，具有一定的高阶性和挑战度。丰富课堂授课形式，通过建立各类在线优质课程资源库，实现线上线下混合式教学，利用超星学习通等工具开展师生互动，线下课程运用海量施工图片、视频、动画、道具进行直观展示，提出问题组织课堂研讨。BIM 软件学习采用在线自学、线下答疑的方式，定期进行学习进度检查。每章课本知识学习完成后，布置对应的“工程施工常见问题”作为作业，学生成立项目小组，以小论文、BIM 软件演示等方式递交作品，在课堂上进行抽样汇报、点评。在课本知识之外，选择工程行业最新规范和最热点的新技术、新材料、新工艺、新设备制作“活页教材”，根据真实工程项目事件编写“工程典型案例库”；
开设专家讲座，观看超级工程系列纪录片，拓宽学生视野，保持课程内容的先进性。

以混凝土工程为例，混凝土工程包括配料、拌制、运输、输送、浇筑、振捣、养护、施工质量检查、冬期施工等内容，是钢筋混凝土结构工程的重要组成部分，其质量好坏直接关系到结构的承载能力和使用寿命，是土木工程施工课程的重中之重。考虑到目前工程行业普遍使用商品混凝土，因此对混凝土配料、拌制、运输仅进行简单原理讲解，重点对混凝土浇筑、养护、质量检查和冬期施工进行学习。混凝土的浇筑成型过程是混凝土施工的关键，但是相关规定内容多，工艺要求高，不同部位的混凝土浇筑方法也各有不同。为保证学习效果，在学习通上建立“混凝土浇筑学习专篇”，要求学生课前进行自学，上课前运用学习通进行简单问题测试。课上通过采用多个施工工艺讲解视频进行直观展示，配合重点讲解，让学生了解混凝土浇筑的一般规定和注意事项。紧接着引出大体积混凝土的概念、工作性能、开裂机理，并列举某工程项目大体积混凝土开裂的案例，请学生运用之前讲到的混凝土配料原理来对混凝土裂缝产生的原因进行小组讨论和发言，从而在积极踊跃的课堂氛围中归纳总结学生观点，顺势讲解大体积混凝土浇筑时应如何选择浇筑方案，采取哪些措施能防治温度裂缝。

为开阔学生视野，增长学生专业见识，帮助学生了解行业最前沿的技术，课程教学选用上海中心大厦基础大底板混凝土浇筑施工案例作为“活页教材”内容。上海中心大厦高达632m，位于上海市浦东新区陆家嘴功能区，是目前我国第一高楼。上海中心大厦工程基础底板是一块直径达121m 的圆形钢筋混凝土平台，厚度更是达到6m，相当于2层楼的高度，混凝土强度C50，总方量约为60 000m3。该超大体积混凝土工程，底板直径大、所需混凝土方量在高层建筑物为历次之最，建筑工程中一次连续浇筑混凝土60 000m3在世界上尚无先例。工程地处陆家嘴金融、商务、旅游中心，施工周边条件复杂，交通流量大，混凝土施工组织异常艰巨。“活页教材”从上海中心大厦基础大底板混凝土原材料优选，配合比的优化，超常规混凝土供应方案，到混凝土一次连续浇筑施工方案，混凝土裂缝控制措施，混凝土温度监测控制，混凝土养护方案等方面进行详细介绍。［10-12］

为巩固学习效果，帮助学生更加深刻掌握混凝土浇筑的技术要求、方法和规定，布置课后作业：课后观看纪录片《超级工程之上海中心大厦》；
各学习小组通过运用BIM 软件动态展示某一个建筑工程结构部位的混凝土浇筑施工工艺，并在课堂进行展示和讲解。

2.演练环节实战化。“土木工程施工”课程设计常规做法是单独设置在学期末，教师提供一个真实工程项目的轮廓图和工程量，由学生自主编制施工组织设计，包括文本、施工方案的选择、施工进度计划的编制、资源需求量计划的编制、施工现场平面布置。课程设计的初衷是让学生通过施工组织设计的整个流程，进一步了解工程项目施工的策划、组织、实施和管理过程，深化理解和掌握工程施工顺序、施工部署、人材机等资源调配，从而提升施工技术水平和实践能力。然而，学生往往对课程设计重视不够，态度不积极，成果趋同。

在“三位一体一平台”的课程教学体系下，土木工程施工课程设计不再独立设置，而是与教学、演练、实践穿插进行，一以贯之，密不可分。在理论教学开始时同步发布课程设计任务书，课堂作业设置为课程设计的阶段性小作品，以学习小组为单位选择不同的真实工程项目案例，运用BIM 技术进行施工组织设计编制和汇报，形式包括但不限于文本、PPT、视频动画等，在学期末进行作品上交和小组答辩。同时，学生可以选择参加各类专业学科竞赛替代课程设计，以学期末的竞赛作品成果作为汇报资料。通过课程设计、专业竞赛、BIM 虚拟仿真技术、真实工程案例与课堂的融合，真正实现模拟演练环节实战化，既有新鲜感又有挑战性。而学习小组在课程设计的实施过程中，有分工协作、讨论交流和互帮互助，课程设计的过程也是集体意识、团队精神、同学情谊培养的过程。

3.实践环节理论化。常规的课内实践环节主要是课程设计。因课程设计已在教学过程中布置和进行，可在该时段增设专家讲座，联系工程企业进行在线视频参观，增强实践学理性，也可在课程设计模型中进行虚拟仿真漫游，加强理解，增长见识。

课外实践环节主要是工程项目生产实习，设置在第六学期期末，与本课程间隔时间长达一个学期，且时间仅4 周，实习单位很难安排工作，愿意接收的单位少，学生实习效果也不理想。为有效拓展课外实践环节的深度，充分发挥各专业课程的相关性，通过加强与后续课程“工程项目管理”进行共同建设，延续“工程典型案例库”的编撰和使用，针对性巩固“土木工程施工”课程内容。将原设于第八学期为期3 周的毕业实习任务调整至第七学期开学，与生产实习和暑假结合，形成长达4个月的有效实习时间，通过设定实习任务书，开展实习周报、中期实习检查和实地指导考评，要求实习报告课题化、BIM 化、可视化，实现“理论-实践-理论”的良好循环。

（三）课程考核改革

常规的课程考核主要是闭卷考试，题型大致为单项选择题、多项选择题、填空题、简答题等。一方面是教师出题难，课程重点集中，为避免历年考卷重复率过高，教师出题时绞尽脑汁，呈现出考点越来越冷门、与实际工程应用偏离的情况；
另一方面是学生考试难，课程知识点多，考前花大量时间复习而考试成绩并不一定理想。

在“三位一体一平台”的教学体系中，注重学生对于课程知识的理解和综合运用解决实际问题的能力的培养，因此课程考核也应进行相应改革。将平时成绩权重确定为40%，构成由原来的“出勤情况+上课表现+平时作业”改为“线上线下学习情况+学习小组成绩+作业作品成绩”，另设额外加分项——“特色活动成绩”，如辩论赛、知识抢答赛、学科竞赛获奖等均可以额外加分。课程闭卷考试成绩权重确定为60%，采用国家一级建造师执业资格考试建筑工程管理与实务真题题型，设有单项选择题（30%）、多项选择题（20%）和案例分析题（50%）。案例分析题选用真实工程案例进行开放式命题，难度逐步增加，考核学生能否结合土木工程施工的知识，分析工程问题的原因，判断处理方式的对错，提出解决问题的办法。

（四）效果测评

教学团队从2018年起逐步试行“基于三位一体一平台”的“土木工程施工”课程改革，设置改革班2个，传统班1个。根据课堂调查结果显示，学生对于课程改革方式满意，并认为学习小组的形式不但极大提高了实操技能，还增强了同学之间的协作、增进了同学感情。与传统班相比，课堂作业、课程设计和实习报告质量均有明显提高，考试成绩也有明显进步。课程改革后，学生参与各类专业竞赛热情大增，参赛人数每年递增，参赛类型逐步扩大。从2017年仅5 人参加“第三届全国高校BIM 毕业设计大赛”，发展到2021年37 人次分别参与“第七届全国高校BIM 毕业设计创新大赛”“首届全国大学生工业化建筑与智慧建造竞赛”“全国大学生智能建造与管理创新竞赛”“全国建设类院校施工技术应用技能大赛”“湖南省大学生测绘综合技能大赛”等五类大赛；
获得全国特等奖1 项、一等奖1 项、二等奖2 项、三等奖2 项，硕果累累。同时，根据跟踪调查，改革班的学生在生产实习环节体现出极强的适应能力和执行力，在毕业设计环节也呈现出极佳的专业水平和沟通表达能力。

“基于三位一体一平台”的“土木工程施工”课程改革以虚拟仿真技术为载体，运用丰富的教学手段，如混合式教学、项目驱动法、研讨法等，实现了课程理论、模拟演练、工程实践的全面贯通，有效解决了该课程教学面临的现实问题，实现了学生作为学习主体、多门专业课程融合、多种技能同步提升的效果。当然，课程改革对于学生职场能力和发展的影响仍需要进行跟踪调查和研究，并据此进一步优化课程建设。

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