基于情境要素拓展的桥梁施工课程教学研究——以斜拉桥施工为例.pdf

西部素质教育2023 年 9 月第 9 卷第 17 期基于情境要素拓展的桥梁施工课程教学研究以斜拉桥施工为例沈正，孟云梅，李红梅，张德育，贾彩虹（南京工程学院建筑工程学院，江苏 南京，211167）在普通高等学校的道路桥梁及渡河工程本科专业中，桥梁施工课程属于必修课，甚至是核心课程。桥梁施工课程重点介绍了桥梁施工技术、施工的管理和施工质量等内容。笔者曾长期为道路桥梁及渡河工程专业的学生讲授这门课程，拥有丰富的教学经验，经总结得出，在开展该课程教学时，教师需要注意以下三个方面：淤教材内容丰富，且大多通过知识点团、知识链加以拓展，故在课堂教学中教师必须先采用多种方式帮助学生理顺思路，再进行对比，如果教师只是单纯使用语言、图像表达方式，那么对缺乏相关工作经历的学生而言，极易模糊有关理论，从而无法建立完整的理论知识框架；于教学内容主要是野外实际工程，而学生在生活中基本没有机会接触，因而一般没有感性认识，全靠学习来掌握理论知识，所以教师一定要选择最能打动他们的教学方法；盂桥梁施工在实际中受各个环节、各个方面条件的制约，形式复杂多变，所以教师一定要让学生知道，在不同的施工背景下，遇到的施工问题千差万别，必须慎重地参考各个方面的施工经验。目前，案例教学法、项目教学法和实践教学法被广泛用于桥梁施工课程教学中，这三种教学方法在培养学生学习兴趣、实践动手能力等方面都具有独特的优势，但每种教学方法也有其缺陷1。例如，案例教学法是由教师给出典型的案例，学生在阅读案例后，对案例进行思考、综合分析和广泛讨论，最后寻找规律2，获得解决问题的方法，因此该教学法需要学生有较高的思考分析能力，只在一些核心专业课程中使用。项目教学法是围绕一个具体项目，通过教师指导，让学生独立处理项目，包括收集信息、设计方案、项目实施和评价，但是一个具体项目与多门课程密切相关，所以除毕业设计（论文）外，其他课程采用项目教学法教学都很困难。实践教学法需要学生参与实际工程项目的设计或到现场进行施工实践，但是受现有条件限制，只有少数专业课才能满足实践教学法的要求。而情境教学法使用图片、视频、音乐及实物等多种工具或借助动作演示和角色体验来构建相关的情境进行教学，使学生能够更加直观地进行课程学习，并且构建情境的方法非常多，其中多数方法教师都能方便使用。因此综合比较情境教学法与上述三种教学方法的特点可发现，情境教学法将它们各自优点进行了整合。对此，在桥梁施工课程教学中，教师要想提高课堂教学效果，促进多因素共同作用于教学，深化学生对整个施工过程的认识，实现教学目的，那么采用情境教学法是一个非常好的选择。当然，现场的桥梁施工教学，效果必然高于课堂讲授，但受现实情况限制，而要想在课堂中实现生动形象的教学，可以通过对施工环境要素进行分类和拓展，将情境教学作为重点，利用各种方法形成模组化的典型情境，从而让学生更容易掌握知识。一、情境教学法的含义情境教学法是借助图片、视频、音乐和实物等方式或动作演示、角色体验等形式，构建反映教学内容的情境，使学生因感受到特定场景和氛围而逐步兴奋，进而让学生从被动地接受知识向主动探究知识转变3-6。该教学法源于布朗等人于 20 世纪 80 年代末发表的题为Environmental perception and the develop原ment of learning culture 的论文7，其并没有把科学知识看作个性心灵内在的表现，而是把科学知识看作个性心理和社会关系或自然物理环境双方互为联系的特征和互为作用的产物。情境教学法建立在情境的基DOI：10.16681/ki.wcqe.202317044作者简介：沈正（1975），男，副教授，博士。研究方向：道路桥梁工程教学。注：本文系南京工程学院教研项目（编号：YZKC2019060）；南京工程学院教改项目（编号：JG2019026）。摘要：文章以斜拉桥施工为例，首先阐述了情境教学法的含义，然后对施工情境要素进行了划分，接着说明了情境要素的建立方式，最后论述了基于情境要素拓展的桥梁施工课程教学实施案例。关键词：桥梁施工课程教学；情境要素；斜拉桥施工中图分类号：G642.0文献标志码：A文章编号：2095-6401(2023)17-0177-04西部素质教育2023 年 9 月第 9 卷第 17 期础上，而不是抽象的东西8。情境教学法中，教师除了采用传统教学方法进行授课，还必须构建相应的学习情境，使之与所教的知识相结合。早在 1978 年，我国就有学者进行情境教学相关研究，并进行了具体的情境教学法的实验9。通过运用情境教学法，把认知与情感、抽象思维与形象思维、教与学、指导与非指导等多因素在教学过程中进行综合协调、平衡与整合，能使艰深和晦涩难懂的理论或原理等变得生动具体，充分提高学生的认知水平与学习兴趣，使学生的学习模式发生重大改变，从被动学习知识向主动探究知识转变。情境教学法自产生以来，获得了长足的发展，目前已在较多课程教学中得到了广泛的应用10-13。根据桥梁工程施工项目的具体性质，教师对施工环境要素进行细分后，可以形成典型情境，并在课堂教学过程中对情境要点进行平行拓展，让学生对知识点的掌握更加深入，从而达到寓教于乐的目的。二、施工情境要素划分情境教学是人与环境之间的交流，因此需要先构建施工情境。施工情境主要通过众多要素的整合来体现，这些要素与施工方法、施工工艺都紧密相关，是教学重点。对实际施工案例和影响施工的因素进行综合分析，得出情境要素主要包括地形地貌、天气、施工季节、水电条件、道路交通情况、周围环境和某些特殊的情况，具体情境要素如表 1 所示。需要注意的是，一般要素在施工过程中不能改变，但可拓展要素可以改变，且改变时会严重影响工程项目实际施工的进行。表 1 施工情境要素及拓展内容这些要素之间并非绝对独立存在，彼此之间具有内部联系，因此不能单一选用。例如，由于地质灾害多发生在山区，且水电、道路交通等多不方便，经常要面临道路中断、电力供应中断等突发状况，故通常规定工程建设季节为非雨天。所以一定要按照类型来梳理具体项目，并进行合理的组合，同时要对情境要素的组织、构建典型情境提供相关依据。以国内东部地区长江上的斜拉桥施工为例，对斜拉桥的典型情境特征进行分析，具体如表 2 所示。表 2 工程类型典型情境要素特点三、情境要素的建立方式上述施工情境要素的形成是建立在典型的工程类型情境之上的。按特性分类，情境要素可划分为一般要素和可拓展要素。一般要素有地形地貌、周边环境、建设季节等，大部分和施工背景相关；可拓展的要素有气象、地质、水电、交通等条件，会对施工方式、工艺等产生较大影响。情境要素借助一般要素产生现场情境体验，可拓展要素则重点考察施工过程中可能出现的停水、停电、断路、不良气候等特殊现象及突发事件。教学中各种情境要素的设置，能够通过视觉、听觉与触觉来感受。第一，视觉。视觉是最主要的情境要素感受形式。情境要素中的施工季节、水文地质条件、地形地貌等一些环境元素，要用视频、动画、照片来呈现。这类资料主要来源于实际工程，因此在同一工程中要尽可能多地表现多种情境要素，并通过文字说明的方法，引导学生的思维，使其更好地感受情境要素载体。第二，听觉。听觉是人们间接感知情境要素的主要方法，学生需要从以前所学的知识和掌握的经验中，首先根据不同情境要素对施工情境进行理解和思考，然后进行施工情境的建构。具体而言，水文地质、地形地貌、水电、交通状况、民族等内容都要体现出来。同时，学生建构施工情境时要关注自己的相关知识构成与现场实践经验，也可采用其他方法加以补充说明。第三，触觉。触觉只反映在较少的情境要素中，比如，可参照真实的天气情况，或者根据一些实际施工机械、建筑材料、施工构件的触摸感觉，使学生了解情境教学中的要素。本课程依据感官的三种形式，按照课堂教学的要求适当地收集声音、视频与实物资料。首先整理列出各种资料的内容，如图 1 所示。目前已有的资料含有情境要素要素类型拓展内容一般要素地形地貌施工季节周边特殊条件平原/海洋/河流/山地/丘陵/沙漠夏季/冬季/雨季市区/城镇/农村/荒野民族/海拔可拓展要素突发气象水电条件地质条件交通条件高温/寒潮/冰雹/台风/雷雨/暴雪/雾霾有水有电/有水无电/无水有电/无水无电地层岩性/地质构造/地基变形道路直达/道路限制/有便道/偏僻工程类型典型情境要素特点斜拉桥平原/四季/多变/有水有电/线形展布/江中西部素质教育2023 年 9 月第 9 卷第 17 期地方特色、气象、环境、场景、施工、设备机具等音频、图像和实物资料，特别是对警示音频、突发情况图像及建筑材料缺陷、施工设备损坏的图片资料进行了专门采集，为深入拓展情境要素奠定了基础。图 1 各类情境资源类型在获取相关资料的过程中，基于南京工程学院土木工程虚拟仿真实验教学中心的桥梁工程虚拟现实情境和虚拟实验部分，使虚拟的教学情境成为情境资料的补充。借助虚拟现实技术实施虚拟现实教学，既可给学生构建丰富多彩的现实情境，也可充分调动学生学习的主观能动性。构建好情境要素后，必须将课程内容系统地整合到具体场景中才能进行教学。下面利用课程中斜拉桥施工的内容进行说明，基于情境要素拓展进行教学，拓展的内容主要是对斜拉索张拉力不足的处理。四、基于情境要素拓展的桥梁施工课程教学实施案例教学目的：使学生掌握斜拉桥的施工工艺和施工过程中一般质量问题的处理方法，了解斜拉桥的构造和悬臂拼装施工方法。教学知识点：索塔、主梁、斜拉索的主要施工方法，挂索和张拉的施工技术要点，斜拉桥施工过程中特殊情况的处理方法。教学方法：情境要素拓展教学法。典型情境：某斜拉桥施工。情境要素：长江下游、平原、空气湿润，附近还有多种建筑材料可选择使用，施工现场的水电、交通环境较好。可拓展要素：淤斜拉索张拉过程中出现张拉力不足，对应知识点为斜拉索施工；于预应力筋孔道漏浆，对应知识点为后张法预应力混凝土施工。课堂教学设计：教学过程分为课前、课中、课后三部分。课前工作主要是让学生预习斜拉桥施工的有关知识，掌握对桥涵养护的有关要求。课中，教师先利用各种方法介绍施工场景，以及各种情境要素的设置方法，如表 3 所示。然后对各个知识点进行解释说明，当学生掌握基本施工方法后，教师可给出施工中常出现的现象和解决方法，并发布具体施工案例让学生在课后进行学习和反思，教学设计过程如图 2 所示。表 3 典型情境建立方式其中的可拓展要素为斜拉索张拉力不足处理，主要的思路如下：控制锚具，拉索传力杆件强度、韧度和刚度，做好检测，并随时调整。如果在施工过程中，斜拉索端部接头处孔道漏浆，要找出产生漏浆的原因，同时结合目前的情境要素，借助情境要素拓展，让学生深入了解所学知识的工程背景。情境要素内 容建立方式地形地貌施工季节气 象条件水电条件交通条件周边长江夏季多雨水电皆有道路畅通农村施工图片、BIM 场景文字描述音频、图片文字描述、图片文字描述、图片图片西部素质教育2023 年 9 月第 9 卷第 17 期在这个过程中，要充分利用现有的虚拟资源。比如，在长江上斜拉桥的施工中，可根据现有的 BIM 三维模型，如图 3 所示，给学生介绍虚拟场景，这对提升课堂教学效果帮助很大。虚拟现实仿真技术、VR 穿戴装备最近几年来迅速发展，相关教学资源也逐渐被引入课堂教学，特别是实践课堂教学，这些虚拟现实场景材料将成为绝佳的情境要素资源。基于此，教师也可以将技术和工程环境要素充分结合起来，以便学生识别各种工程技术方案的适用条件与类型。图 3 斜拉桥施工 BIM 模型总之，随着经济的不断增长，国家正进行大规模基础设施建设，对桥梁施工技术提升有着迫切的要求。目前，新的施工工艺、施工方法不断涌现，但因各种技术的实际应用要求不同，实际工程差别巨大，对此，要使实际工程中各情境要素变得更加形象、丰富、具体，使学生在课堂上方便区别不同的施工工艺和施工方法，同时对多种情境要素的拓展，也能让学生更加深入地了解主要情境要素的影响。基于此，教师可运用情境教学法，对实际工程中的各种知识要素进行提炼，形成贴近实际的施工情境，并延展出相联系的要点，让学生深入对比，从而对施工工艺、方案中的不同情境要素有一定的理解，使施工实践与理论知识学习达到较好的交融，进而激励学生在课堂上学好工程理论知识，取得良好的学习效果。参考文献：1 申益春,杨定海,范东英.风景园林专业的情境教学法探析J.黑龙江农业科学,2015(2):120-122.2 申益春,许先升.园林专业教学中的案例教学法探究J.海南大学学报(自然科学版),2003,26(4):393-397.3 万小华.高职建筑技术类专业情境教学法研究与实践J.教师,2011(14):33-34.4 熊燕,涂莉娜.情境教学法在 砼结构施工 课程的应用J.教师博览(下旬刊),2013(2):13-14.5 晏飞,管小燕.情境教学法在工程类课程教学中的应用探讨J.成长,2021(6):43.6 霍宇翔,韦猛,董秀军.基于情境要素拓展的岩土工程施工教学研究J.中国地质教育,2018(4):73-76.7 BROWN J S,COLLIN A,DUGUID P.Environmental perception andthe development of learning cultureJ.Educational Research,2010(1):32-34.8 米俊魁.情境教学法理论探讨J.教育研究与实验,1990(3):26-30.9 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