高職工程識圖課程虛擬仿真教學(xué)探討

沈新福　易斌

【摘 要】分析工程識圖虛擬仿真教學(xué)的實際意義，構(gòu)建工程識圖虛擬仿真教學(xué)的目標，提出工程識圖虛擬仿真教學(xué)的可行性措施。

【關(guān)鍵詞】高職 工程識圖 虛擬仿真教學(xué)

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2015）11C-0162-02

工程識圖是建筑人才的基本技能。工程圖被喻為“工程界的語言”，識圖能力的培養(yǎng)對建筑工程技術(shù)專業(yè)學(xué)生來說非常重要，高職院校建筑工程專業(yè)培養(yǎng)高技能型人才，首先是要求其能夠看懂工程圖紙。識圖教學(xué)旨在培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力和空間構(gòu)形能力，它是“圖—物”和“物—圖”轉(zhuǎn)化的質(zhì)的飛躍過程。目前在識圖課程教學(xué)中，存在著諸多問題，高職學(xué)生普遍對空間想象能力比較差。譬如學(xué)生對傳統(tǒng)施工圖紙無法直觀理解，學(xué)生無法根據(jù)圖紙完成更深入的知識學(xué)習(xí)等，不僅影響相關(guān)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，而且會使他們在今后的實際工作中也面臨諸多困難。對此，筆者提出整體仿真識圖概念，探索利用現(xiàn)代仿真數(shù)字技術(shù)手段，突破傳統(tǒng)識圖教學(xué)方式，以進程式教學(xué)理念開創(chuàng)信息化教學(xué)新時代。

一、工程識圖虛擬仿真教學(xué)的實際意義

虛擬仿真技術(shù)是一種用一個系統(tǒng)模仿另一個真實系統(tǒng)的技術(shù)，這種技術(shù)依托計算機手段，對人的視覺、觸覺、聽覺等進行現(xiàn)實情況的再現(xiàn)，所以也稱為模擬現(xiàn)實。逼真性和實時交互性是虛擬仿真資源的本質(zhì)，它使人們沉浸其中，形成具有交互效能多維化的一個立體化信息環(huán)境。

建筑虛擬仿真區(qū)別于視頻等其他教學(xué)資源的特點在于其仿真性。一方面，虛擬環(huán)境給人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，環(huán)境做出的反應(yīng)也符合客觀世界的有關(guān)規(guī)律。具體來說，就是能夠用立體化的建筑構(gòu)件來代替?zhèn)鹘y(tǒng)教學(xué)平面化的建筑構(gòu)件，更符合高職學(xué)生的學(xué)習(xí)特點。

那么，仿真數(shù)字技術(shù)對教學(xué)的實際意義何在呢？首先，傳統(tǒng)識圖時代教學(xué)意味著就是平面設(shè)計藍圖，是依靠平面圖紙進行識圖，識圖過程不直觀，理解能力差的高職學(xué)生較難接受。后來到了仿真識圖初級時代，采用的是單構(gòu)件仿真識圖方法，依靠單體構(gòu)件三維仿真進行構(gòu)件識圖，學(xué)習(xí)過程無串聯(lián)。而現(xiàn)在，現(xiàn)代仿真識圖時代是采用進程式仿真識圖方法，緊密結(jié)合學(xué)生學(xué)習(xí)過程和課程知識，識圖過程全面、直觀、深入、整體。

總之，工程識圖虛擬仿真教學(xué)的實踐意義可以歸納成下面幾個層面：第一，學(xué)生層面可以提高學(xué)習(xí)效率，增強崗位核心競爭力；第二，學(xué)校層面可以加強職業(yè)教育能力，推動教學(xué)模式改革；第三，教師層面可以使教學(xué)方式多樣化，促進教學(xué)模式改革；第四，社會層面可以促進校企互助，提高行業(yè)人才培養(yǎng)水平。

二、工程識圖虛擬仿真教學(xué)的目標

建成過程健全的教學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)，建成教學(xué)資源完整的知識庫，完成考、評、學(xué)交互平臺的建設(shè)。

以“進程式”的教學(xué)方式，從學(xué)生對房屋建筑結(jié)構(gòu)的整體認識開始，從簡單的多層磚混結(jié)構(gòu)房屋到復(fù)雜的框架高層建筑，通過教學(xué)、自學(xué)、管理、考核為一體的功能特色，逐步讓學(xué)生做到“了解圖、看懂圖、會畫圖、應(yīng)用圖”。教學(xué)總體目標是培養(yǎng)學(xué)生的認識能力、了解能力、再到深度掌握識圖能力的全過程，完成課程的系統(tǒng)性學(xué)習(xí)，提升知識應(yīng)用能力。這實際上是把識圖能力培養(yǎng)上升到更高的層次，全面解決系統(tǒng)性教學(xué)難點，這也是工程識圖課程改革的最終目的所在。

三、工程識圖虛擬仿真教學(xué)的可行性措施

（一）研究進程式開發(fā)思路，深度完善教學(xué)知識體系

充分考慮教師和學(xué)生的“教、學(xué)”需求，從產(chǎn)品開發(fā)源頭鎖定開發(fā)目標，以產(chǎn)品主體人群即學(xué)生的學(xué)習(xí)過程為依據(jù)，將知識深化作為開發(fā)線索，幫助教師進行課內(nèi)外的教學(xué)，徹底解決學(xué)生學(xué)習(xí)不深入、知識結(jié)構(gòu)體系不完整的問題。

（二）采用全三維識圖模式，教學(xué)從此“立體化”

三維式的“立體化”教學(xué)，從360度展示全方位施工圖各個知識細節(jié)，其形式更加直觀、生動，不但可以實現(xiàn)傳統(tǒng)圖紙的平面看圖功能，同時可以進行部件的旋轉(zhuǎn)、透視、縮放等特定功能，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)知識過程中對整體建筑和單體構(gòu)件都可以有全面而深入的了解。

（三）設(shè)計情景式漫游，體驗沉浸式學(xué)習(xí)樂趣

完成從單體識圖向整體識圖變革的步伐，其情景式漫游成為一大標志。學(xué)生可以自主成為學(xué)習(xí)的“主角”，通過角色代入，在虛擬仿真的建筑之間進行行走觀測、認知學(xué)習(xí)、任務(wù)實踐等等，有效提升了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性。

（四）引入“游戲任務(wù)”教學(xué)手段，讓學(xué)習(xí)寓教于樂

基于“游戲”教學(xué)的產(chǎn)品特色，將學(xué)習(xí)任務(wù)轉(zhuǎn)化為“游戲關(guān)卡”，學(xué)生可以通過不同的學(xué)習(xí)任務(wù)得到自己的詳細成績。這種學(xué)習(xí)方式使學(xué)生深度學(xué)習(xí)構(gòu)造認識，領(lǐng)悟圖紙分析，理解識圖建模，激發(fā)學(xué)習(xí)主動性，最大限度提高教學(xué)適用性。當(dāng)然，這種“游戲任務(wù)”必須精心構(gòu)思，巧妙地把專業(yè)知識點與游戲結(jié)合在一起。

（五）擴容強勁，共享虛擬仿真教學(xué)管理平臺

作為行業(yè)顛覆性的教學(xué)管理平臺，可以實現(xiàn)資源的自由配置、課程的自主定制、考核的系統(tǒng)操作。不單純作為獨立軟件應(yīng)用，其接口更可以與其他教學(xué)管理平臺相鏈接，讓教師在授課過程中，根據(jù)學(xué)生特色完成個性化的識圖課程教學(xué)。

（六）開發(fā)教學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)，建立相應(yīng)資源庫

在建筑識圖虛擬仿真教學(xué)實踐中，教師可以采用同一套完整、合適的建筑工程圖紙，對涉及的施工方法進行整合，以工程案例的形式實現(xiàn)仿真教學(xué)。

1.虛擬工地尋物。作為識圖學(xué)習(xí)的熱身學(xué)習(xí)模塊，帶著提升識圖學(xué)習(xí)趣味性、熟悉三維模擬的工地場景和熟悉三維軟件操作等目的，可以設(shè)計包括模塊說明、任務(wù)操作和退出場景功能在內(nèi)的軟件，通過找到全部的工具箱作為任務(wù)完成。

虛擬建筑物每層隨機在不同的幾個位置出現(xiàn)工具箱，打開工具箱可以獲得不同的獎勵。獎勵物品包括各種制圖工具，幫助學(xué)生了解各種工具用途的同時，也包括增加模塊趣味性的任務(wù)道具。

2.構(gòu)造結(jié)構(gòu)認識。作為識圖學(xué)習(xí)的入門學(xué)習(xí)模塊，構(gòu)造認識包括模塊說明、外瞻模式、實體模式和退出場景功能。學(xué)生通過對建筑內(nèi)、外的觀察，可以了解該建筑的各構(gòu)件信息。在外瞻模式中，則可以通過建筑拆分和三維旋轉(zhuǎn)對節(jié)點進行辨識，讓學(xué)生熟悉建筑外部形狀。而三維漫游則可以將“學(xué)生”傳送到建筑內(nèi)部，通過定位樓層對建筑內(nèi)部構(gòu)件進行一一解讀，讓學(xué)生了解內(nèi)部布置、構(gòu)件構(gòu)造，掌握構(gòu)件作用及特征。

3.工程圖紙分析。圖紙分為建筑施工圖和結(jié)構(gòu)施工圖兩大類，學(xué)生可以通過三維模型解讀平面圖紙，學(xué)習(xí)過程包括三維動畫演示、圖紙查看模式和三維漫游模式。模型和圖紙之間可以百分百等信息轉(zhuǎn)換，讓學(xué)生實時了解知識要點，同時圖紙具備放大、拖動、旋轉(zhuǎn)、透視等查看功能，做到每個知識點都可以詳細觀察和解讀。在學(xué)生完成圖紙基本解讀之后，還能根據(jù)圖紙上不同的學(xué)習(xí)節(jié)點，選擇相應(yīng)的三維漫游進入建筑內(nèi)部直接觀看相關(guān)信息，讓識圖真正做到串聯(lián)、立體、具象。

4.簡單識圖建模。作為識圖學(xué)習(xí)的練習(xí)模塊，識圖建模包括模塊說明、任務(wù)存檔載入和樓層關(guān)卡選擇功能，根據(jù)用戶需要選擇存檔繼續(xù)練習(xí)或者重新選擇關(guān)卡進行練習(xí)。通過動手能力將各個構(gòu)件配置相應(yīng)的參數(shù)，組裝三維房屋模型，并在建好的三維模型上，能夠繼續(xù)漫游。識圖建模設(shè)置了相關(guān)題目來加強知識點的鞏固，每完成一個階段的任務(wù)后都會有一個總結(jié)報告進行總結(jié)和分析，他可以培養(yǎng)學(xué)生最直接的建筑感知認知，有助于學(xué)生學(xué)習(xí)好建筑材料、建筑構(gòu)造和建筑結(jié)構(gòu)等各門專業(yè)課。

5.建立共享資源庫。具體包括：（1）施工圖紙圖庫：具有多種類型的施工圖紙，每張圖紙具有詳細的解說，并且在查看過程中可以通過6種不同的關(guān)鍵詞進行搜索，方便調(diào)取使用。（2）建筑構(gòu)件庫：儲存大量構(gòu)件，可以指導(dǎo)學(xué)生系統(tǒng)性的了解每種構(gòu)件知識，構(gòu)件庫中包含了構(gòu)件的定義以及信息描述。同時還能進一步進行構(gòu)件查看，包括三維構(gòu)件動畫、三維旋轉(zhuǎn)、詳細信息以及圖紙查看。（3）基礎(chǔ)知識庫：可提供查看相關(guān)識圖基礎(chǔ)的文獻資料，分制圖基本知識、投影知識、圖集三類。基礎(chǔ)知識庫可以通過模型道具的方式增強建筑工程整體框架的空間想象能力，從而加強學(xué)生識圖的能力，并提供專業(yè)技能規(guī)范標準的評判標準，提高教學(xué)的規(guī)范性；建筑圖集是為了提供標準的建筑做法和設(shè)計，以節(jié)省設(shè)計人員的工作，以及規(guī)范建筑設(shè)計，可作為學(xué)生識圖的依據(jù)。所有文獻資料均可直接點擊在線閱讀。（4）練習(xí)習(xí)題庫：支持教學(xué)資源的自主編輯與管理，教師可以配置習(xí)題資源，學(xué)生則可以在習(xí)題庫中進行考核。該功能嫁接于既有專業(yè)資源平臺，作為擴容完善整個教學(xué)練環(huán)節(jié)。

四、結(jié)束語

提高學(xué)習(xí)效率，增強學(xué)生識圖能力；豐富教學(xué)手段，提升教學(xué)效果；完善專業(yè)信息化建設(shè)體系；實現(xiàn)校企互助，提高專業(yè)的社會服務(wù)能力。利用現(xiàn)代仿真數(shù)字技術(shù)手段解決建筑識圖教學(xué)中的問題，提出整體仿真識圖概念，突破傳統(tǒng)識圖方式，從而提高學(xué)生識圖水平，是建筑專業(yè)教學(xué)改革的一項有益嘗試。

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【作者簡介】沈新福（1975- ），男，柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院 高級工程師、全國注冊監(jiān)理工程師、一級建造師，研究方向：建筑設(shè)計與施工技術(shù)教學(xué)；易 斌（1967- ），男，柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)士，高級工程師、副教授、一級建造師，研究方向：建筑施工技術(shù)與教學(xué)。

（責(zé)編 何田田）