建筑虛擬仿真在實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

董遠(yuǎn)林

（威海職業(yè)學(xué)院建筑工程系 山東 威海 264200）

根據(jù)國家教育事業(yè)發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃“加快職業(yè)教育教學(xué)改革。實(shí)施中等職業(yè)教育改革創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃。根據(jù)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，更新職業(yè)教育專業(yè)目錄，加強(qiáng)專業(yè)課程、教材體系建設(shè)，變革教學(xué)內(nèi)容、方法、過程和技術(shù)手段。制定職業(yè)教育人才培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)課堂教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)的改革。推動(dòng)建設(shè)技能教室、標(biāo)準(zhǔn)化廠房、開放式實(shí)習(xí)基地和虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。”結(jié)合建筑專業(yè)實(shí)踐教學(xué)，特別是高職教育急需虛擬仿真資源。

1 建筑專業(yè)開發(fā)虛擬仿真資源的必要性

首先，由于建筑專業(yè)的特殊性，建筑專業(yè)的學(xué)生在上完理論課之后，要帶領(lǐng)學(xué)生去工地參觀學(xué)習(xí)，可能工地的施工項(xiàng)目內(nèi)容還沒開始或者已經(jīng)超過理論學(xué)習(xí)的進(jìn)度，導(dǎo)致后期的實(shí)踐教學(xué)效果差。也許有人要說，可以通過觀看相關(guān)視頻來彌補(bǔ)，但是視頻的這種平面性，學(xué)生是無法感受到真實(shí)的職場環(huán)境。

其次，高職教育中特別強(qiáng)調(diào)學(xué)生的實(shí)踐操作性，有些實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，例如：墻面抹灰、鋼筋綁扎等比較簡單的實(shí)訓(xùn)可以完成實(shí)踐操作，但是，整個(gè)工程項(xiàng)目的施工流程實(shí)訓(xùn)是無法完成的，并且，有些高職院校的實(shí)訓(xùn)條件有限，建筑材料無法循環(huán)使用，導(dǎo)致實(shí)訓(xùn)成本過高。

再次，帶領(lǐng)學(xué)生去聯(lián)系好的工地參觀，第二天可能由于天氣等原因，工地停工，學(xué)生無法進(jìn)行參觀學(xué)習(xí)。而且，建筑工地危險(xiǎn)因素多，不允許很多人進(jìn)入施工現(xiàn)場。

2 虛擬仿真在實(shí)踐教學(xué)中的運(yùn)用

那么，什么是虛擬仿真呢？虛擬（Virtual Reality），仿真（simulation），或稱為模擬現(xiàn)實(shí)，就是用一個(gè)系統(tǒng)模仿另一個(gè)真實(shí)系統(tǒng)的技術(shù)。虛擬仿真依托計(jì)算機(jī)，可以通過人的視覺、觸覺、聽覺等進(jìn)行現(xiàn)實(shí)情況的再現(xiàn)。其逼真性和實(shí)時(shí)交互性為虛擬仿真資源的本質(zhì)。虛擬仿真可以應(yīng)用在房地產(chǎn)行業(yè)，城市規(guī)劃、景點(diǎn)宣傳、模擬古建筑、游戲等方面。使人們能沉浸其中，出入自然，形成具有交互效能多維化的信息環(huán)境。建筑虛擬仿真區(qū)別于視頻等其他教學(xué)資源的特點(diǎn)在于：仿真性，一方面，虛擬環(huán)境給人的的各種感覺與所模擬的客觀世界非常相像，一切感覺如同在真實(shí)世界一樣；另一方面，當(dāng)人以自然的行為作用于虛擬環(huán)境時(shí)，環(huán)境做出的反應(yīng)也符合客觀世界的有關(guān)規(guī)律。如當(dāng)給虛幻物體一個(gè)作用力，該物體的運(yùn)動(dòng)就會(huì)符合力學(xué)定律，會(huì)沿著力的方向產(chǎn)生相應(yīng)的加速度；當(dāng)它遇到障礙物時(shí)，會(huì)被阻擋；虛幻性，既可以模擬客觀世界中以前存在過的或是現(xiàn)在真實(shí)存在的環(huán)境，也可模擬出客觀世界中當(dāng)前并不存在的但將來可能出現(xiàn)的環(huán)境，還可模擬客觀世界中并不會(huì)存在的而僅僅屬于人們幻想的環(huán)境；交互性，虛擬仿真系統(tǒng)中，不僅環(huán)境能夠作用于人，人也可以對環(huán)境進(jìn)行控制，而且人是以近乎自然的行為（自身的語言、肢體的動(dòng)作等）進(jìn)行控制的，虛擬環(huán)境還能夠?qū)θ说牟僮饔枰詫?shí)時(shí)的反應(yīng)。例如：當(dāng)我們?nèi)ピO(shè)計(jì)一個(gè)輕鋼龍骨吊頂施工工藝時(shí)，我們可以把施工的機(jī)具、材料等放在屏幕的左邊，施工區(qū)域放在屏幕的右邊，這樣我們模擬吊頂實(shí)訓(xùn)室時(shí)，就可拿左邊的工具，在右邊施工現(xiàn)場進(jìn)行操作練習(xí)；沉浸性，虛擬仿真系統(tǒng)中，使用者可獲得視覺、聽覺、嗅覺、觸覺、運(yùn)動(dòng)感覺等多種感知，從而獲得身臨其境的感受。理想的虛擬仿真系統(tǒng)應(yīng)該具有能夠給人所有感知信息的功能。

鑒于以上因素，根據(jù)建筑專業(yè)實(shí)訓(xùn)的特點(diǎn)，我們可以通過虛擬仿真技術(shù)來解決實(shí)訓(xùn)時(shí)因?yàn)楣て谶M(jìn)度不一致、天氣、危險(xiǎn)因素、實(shí)訓(xùn)成本過高等方面的弊端，進(jìn)行研發(fā)我們的建筑虛擬仿真資源，資源完成后，教師在講授完知識(shí)點(diǎn)后，可以直接帶領(lǐng)學(xué)生在機(jī)房內(nèi)進(jìn)行實(shí)訓(xùn)，學(xué)生既可以在實(shí)訓(xùn)室中模擬施工現(xiàn)場，進(jìn)行“現(xiàn)場”操作，又可以增加學(xué)習(xí)的趣味性。通過一套完整的虛擬仿真系統(tǒng)，學(xué)生可以在跟崗、頂崗之前進(jìn)行反復(fù)的模擬，幫助學(xué)生對學(xué)過的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行鞏固，為崗前的工作做好準(zhǔn)備。那么，教師也可以把虛擬仿真系統(tǒng)應(yīng)用到課堂教學(xué)中，有些核心課程，理論本身非常枯燥，導(dǎo)致學(xué)生上課時(shí)聽不懂、分心，甚至?xí)X。那么，教師通過上課演示，把知識(shí)點(diǎn)融入到仿真教學(xué)中去，可以大大提高課堂效率，在教、學(xué)、做的過程中讓學(xué)生領(lǐng)悟知識(shí)點(diǎn)，也有利于通過行動(dòng)導(dǎo)向進(jìn)行課程改革。

3 研發(fā)虛擬仿真資源的幾點(diǎn)體會(huì)

第一，前期論證階段。虛擬仿真開發(fā)哪些資源？如何研發(fā)？都需要我們好好的論證，避免有些仿真資源做了一半而前功盡棄，浪費(fèi)人力物力。有些課程特別是動(dòng)手強(qiáng)的課程，不但需要研發(fā)虛擬仿真資源，而且要在教學(xué)內(nèi)容深度中好好研發(fā)，例如：建筑施工技術(shù)、建筑裝飾施工技術(shù)等核心課程，理論本身抽象、學(xué)生不容易理解、課程本身具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，就需要大量開發(fā)仿真資源，我們不能為了研發(fā)仿真資源而研發(fā)仿真資源，那樣的話就失去了做仿真資源的意義了。那么，我們我們論證好的仿真資源，就需要在界面設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)形式、按鈕擺放等方面好好考慮下。

第二，編寫腳本階段。仿真資源的研發(fā)首先要有自己的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，特別是精通3D Max、VRP等軟件。硬件方面：如果要實(shí)現(xiàn)三維效果，在前期資源的制作中特別是3DMax建模階段，要注意盡量減少面，否則一般的機(jī)器是要“罷工”的。設(shè)計(jì)人員在建模、動(dòng)畫編輯等方面要及時(shí)進(jìn)行跟蹤。軟件方面：首先對自己研發(fā)出來的資源有預(yù)期的效果，避免盲目性，注意仿真資源和視頻的本質(zhì)區(qū)別，體現(xiàn)仿真資源的互動(dòng)性、環(huán)境的真實(shí)性、“游戲”性，特別是施工工藝腳本編寫注意前后的邏輯，要把主要的知識(shí)點(diǎn)融入到仿真資源中去，不能面面俱到。

第三，仿真資源研發(fā)后的演練階段。仿真資源研發(fā)完成后如果想要達(dá)到好的教學(xué)效果，就要模擬演練，可以找五六個(gè)學(xué)生進(jìn)行“試玩”，在演練的過程中找到存在的問題，有時(shí)，可以在一個(gè)施工知識(shí)點(diǎn)的部位添加聲音，有些可以添加視頻等這樣效果會(huì)更好。從教師、學(xué)生的角度不斷完善實(shí)訓(xùn)仿真資源。

總之，加快職業(yè)教育教學(xué)改革，通過虛擬仿真來推動(dòng)教學(xué)手段改革、推動(dòng)課堂改革、推動(dòng)教學(xué)內(nèi)容改革，這種方法是行之有效的。虛擬仿真資源的研發(fā)，不但是國家教育方針大力倡導(dǎo)的，而且可以切切實(shí)實(shí)的提高高職院校的實(shí)訓(xùn)效果。