本站原创摘 要：论文以隧道工程为例,分析了当前土木工程生产实习面临的接待能力和经费有限等困难,提出了基于视频影像虚拟实习和实际工点虚实结合的生产实习模式,并开发了相关虚拟实践平台.通过教学试验,证实该模式不仅能够解决土木工程等专业生产实习面临的困境,还能进一步改善实习效果.
关 键 词：土木工程；生产实习；虚拟实践平台
中图分类号：G646文献标志码：A文章编号：1674-9324（2013）19-0196-04
生产实习是工科类本科教学的重要实践环节,也是大学生的基本权利[1],对提升学生综合能力、实现理论与实践相结合有十分重要的作用.随着市场经济的发展,基于经济效益等多方面的考虑,多数行业的企业越来越不愿意为学校提供生产实习机会.以土木工程为例,绝大多数企业不允许毫无实践经验的学生真正从事生产性的工作,生产实习的安排越来越困难,教学效果也大幅下滑.如何从社会现实出发,通过教学手段和模式的改革,使土木工程等类似工科专业的生产实习摆脱目前的困境,值得高校教育工作者研究和探索.
一、土木工程专业生产实习的现状
1.土木工程专业生产实习的困境分析.按照新版土木工程指导性专业规范[2],土木工程各专业方向应安排4周生产实习和2周毕业实习.受到工程现场条件和实习经费等因素的限制,目前要全面落实这一要求具有相当大的难度,按班级进行集体生产实习则几乎不可能[3].无法集中安排进行生产实习的原因,其主要原因包括：
①工程现场接待能力很低.隧道工程施工现场一般地处偏远、交通不便,而且作业面狭窄,因而其接受实习学生的能力十分有限.
②实习单位接待意愿很低.由于隧道施工专业性强、风险很高、容错能力极低,处于干扰施工及安全风险等方面的顾虑,施工单位大多不愿意接待学生实习.
③人均实习经费很低.目前本科生生产实习生均费用普遍很低,一般只有几百元,少数高校甚至完全没有.而土木工程,尤其是隧道工程,实习工点普遍在野外,上述费用完全无法满足.
2.隧道工程专业生产实习的实际做法及分析.如果集中安排100名学生进入同一隧道工点进行实习,实习单位通常只能安排一至二次现场观摩,效果类似于认识实习.为了达到生产实习的应有效果,笔者所在教研室采取的办法是：将100名学生划分10组,每组约10名学生,安排1名指导教师；具体实习单位和工点由指导教师联系和负责；实际实习时根据工点的接收能力,每批次3-5名学生,分2-3批进行驻点实习.通过这样安排,可以保证每名学生在工程现场实习2-3周,基本可以达到培养方案的要求,但仍存在以下不足：
①内容单一、随机性大.学生实习工点由指导老师负责联络,每名学生通常只能在一个工点进行实习.实习的内容比较单一,通常只能是公路隧道、铁路隧道或者地铁隧道当中的一种,对其它类型的隧道则没有涉及.同时,隧道工点的联系与指导老师直接相关,受各方面因素限制,同一年级的不同学生、不同年级的不同学生,其实习工点和内容都是随机的,很不稳定.
②实习经费紧张.按照上述安排,每名学生仍需要在工程现场食宿2-3周,加上往返交通费,通常都会超过实习经费限额.超支部分目前主要由指导教师通过配套科研或技术怎么写作项目进行消化,存在一定的不合理性.
二、隧道工程专业生产实习的虚实结合模式
面对土木工程专业生产实习及其它实践环节存在的问题和困难,采取计算机及其他信息技术进行虚拟实习（实践）是较好的解决办法,目前也有一些尝试和探索,其中不乏成功的案例[4-7].但是,生产实习毕竟是完全围绕实践工作,与认识实习、室内实验和课程设计等有着本质区别,如何既能保证学习内容的完整性,又不是现场工作的体验性,需要审慎权衡.为此笔者对隧道工程专业生产实习进行了虚实结合模式的探索.
1.生产实习的虚实结合模式.所谓生产实习的虚实结合模式,即考虑现场工点和实习经费限制,将原来要求在现场完成的生产实习,分成在虚拟平台和实际现场两方面进行.虚拟平台实习,主要以视频影像为素材,范围可以涵盖不同类型隧道工程的各种工序,内容全面但感性体验稍差.实际现场实习,主要以现场较短时间的生产体验为主,内容单一但感性体验很强.通过虚实结合,较好地解决了内容、工点和经费的矛盾
2.虚实结合生产实习的实施流程.虚实结合模式将生产实习划分为两个阶段,两个阶段均采取分组开展的形式.第一阶段围绕学习任务划分学习小组,一般以学号或行政班级划分,组内成员相互熟悉并能良好协作交流；第二阶段围绕实习工点和指导教师、由不同学习小组派出代表形成工作小组,每个工作小组的学习内容不同.具体实施流程如图所示.
第一阶段为虚拟实习阶段.学生该阶段在校内实践训练中心利用虚拟实习平台进行实习.虚拟实习阶段为期三周,内容涵盖全部隧道类型、施工方法和工序.虚拟实习分为预习阶段和正式实习阶段.预习阶段为期一周,主要掌握实习的目的、内容、要求和实习重难点,了解实习纪律和安全生产要求,为正式实习及工点实习提供纲领性指导及安全纪律保证.预习阶段结束后通过考核方可进入正式实习阶段.正式实习阶段为期二周,主要是通过视频影像,辅以动画及配音讲解,熟悉全部隧道类型、施工方法和工序等.
第二阶段为实际工点实习阶段.学生该阶段按照工作分组,由指导教师组织在实际工点进行实习,并进行相应工点视频影像采集.指导教师在同步进行口头讲解和点评,学生采集视频影像后进行讲解和点评资料的整理.工点实习结束后,学生返回原来学习小组,组织针对实际工点实习成果的交流,教师跟踪点评和考核,并整理视频影像资料加入数据库.
3.虚实结合生产实习的成绩考评.根据虚实结合生产实习的特点,学生成绩考核由以下几部分构成：
①预习部分,占10%,由虚拟平台随机生成一组客观题,学生答题并提交后由虚拟平台自动评分.②虚拟实习部分,占40%,由虚拟平台随机生成一组视频影像资料,学生就资料进行评析,其内容涉及各工序的方法工艺、机械设备、人员构成、材料及工效,由指导教师进行评分.
③实际工点实习部分,占50%.该部分又由三部分构成：工作表现（精神面貌、组织纪律、钻研精神等）占10%,实习报告占20%,影像采集与评析占20%,由指导教师进行评分.
以上三部分成绩全部进入虚拟平台后,自动汇总形成综合评分,为学生生产实习的最后成绩.
三、隧道工程专业生产实习的虚拟平台建设
笔者依托住建部和高等学校土木工程本科专业指导委员会课题“区域内高校土木工程专业实践教学一体化改革与实践”项目开发的虚拟实践平台,对隧道工程专业生产实习虚拟平台建设进行了二次开发.
1.虚拟生产实习平台的模块构成.虚拟平台由三个功能模块和两个数据库构成,如图2所示,平台主界面如图3所示.
三个功能模块分别为预习模块、虚拟实习模块和现场实习模块.每个功能模块都具有学生与平台的交互功能,考试功能和考核功能.其中现场实习模块的考试和考核简化为教师输入现场表现、实习报告和影像采集评析的考核成绩.
两个数据库分别为实习资料库和学生成绩库.
学生开展虚实结合生产实习的流程如图中箭头所示,即：预习→预习考核→虚拟实习→虚拟实习考核→现场实习→现场实习考核.
2.各模块的具体构成.
①预习模块.包括以下几部分：
实习任务书,包含实习的目的、任务、流程、成果；
安全及纪律,包括现场安全要点和现场实习纪律.
随机组卷考试,内容涵盖任务书和安全纪律等内容,体现为判断题、单选、多选题.
虚拟评阅,具备自动评分功能.
②虚拟实习模块.包括以下几部分：
隧道类型及工法选择,供学生实习时选择相应内容,便于生成工序视频影像等素材.
虚拟生产情景,包括基本信息（显示隧道类型、施工工法、设计参数等信息）、影像播放、动画显示、作业要点信息、同步讲解音频.
随机组卷考试,自动抽取考核工序的视频影像及动画资料,内容涵盖所有实习工序,学生对其进行点评.
教师评阅,对学生的评析进行考核评价,给定成绩.
③现场实习模块.包含以下几部分：
成果提交,供学生提交实习报告、现场工点影像及评析内容；
教师评阅,对学生提交的实习报告和影像及评析内容进行考核评价,给定成绩.
④实习资料库.资料库是虚拟实习的素材所在,资料来源有两种：一种是教师采集和加工的影像视频及评析,一种是学生实习采集并经过教师审核修订后或重新加工的影像视频.
⑤学生成绩库.用于自动生成学生的最终成绩,并提供成绩打印等管理功能.
3.实习资料库.实习资料库存储的是经过教师审核的素材,形式包括视频、照片和动画.一份完整的素材除包含视频、照片或动画本身,还包含以下信息：
①素材基本信息,即素材采集时间、地点,所属的隧道类型,具体施工工序名称.
②素材学习要点,包括素材中体现的工序目标、机理、要求、方法、人员、机械、材料和作业工效.
③安全管理要点,素材所涉及工序中容易出现或已经出现的安全问题（包括隐患）；
④质量控制要点,素材所涉及工序中容易出现或已经出现的质量问题.
教师可以从每届学生实习过程中采集的视频影像资料中刷选具有代表性的、或者采集质量较高的逐年丰富实习资料库.
四、初步应用实例
结合住建部和高等学校土木工程本科专业指导委员会课题“区域内高校土木工程专业实践教学一体化改革与实践”教改课题,笔者在2012年指导隧道工程生产实习（共9名学生）过程中结合虚实结合模式进行了探索性试验.限于虚拟平台开发和素材入库进度,部分工作仍以人工实施.
预习阶段,按照虚拟平台的要求提供预习资料,学生学习1周（教师指导答疑）后教师出题考核,教师人工评卷；虚拟实习阶段,限于素材数量,以某隧道施工教学片为素材,按工序进行实习,教师制定一段视频进行考核；现场实习阶段,以安徽某公路隧道为实习工点,分3组进行开展实习,每组3人,实习2个星期,共采集施工视频123段,照片446张.
通过上述实习,学生和教师反映学习效果良好,优良率达100%.特别是在实习阶段采集视频影像并进行评析,对督促学生认真实习起到了十分重要的作用.
五、结语
在市场经济条件下,类似土木工程等专业的生产实习面临极大的挑战,通过虚实结合,以虚拟平台为基础,一方面利用虚拟技术拓宽实习视野,另一方面不舍弃现场实习带来的感性认识,不仅能够解决其面临的问题,实际还能进一步改善实习效果.
致谢：本文成果是中南大学、长沙理工大学、湖南大学三校联合申报的住建部和高等学校土木工程本科专业指导委员会课题“区域内高校土木工程专业实践教学一体化改革与实践”相关成果的一部分,研究及成文过程得到了课题组的资助及支持,中南大学土木工程学院隧道工程系（教研室）对本文也有贡献,在此一并致谢.